JP2009224126A - Power supply control system - Google Patents
Power supply control system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009224126A JP2009224126A JP2008066024A JP2008066024A JP2009224126A JP 2009224126 A JP2009224126 A JP 2009224126A JP 2008066024 A JP2008066024 A JP 2008066024A JP 2008066024 A JP2008066024 A JP 2008066024A JP 2009224126 A JP2009224126 A JP 2009224126A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- load circuit
- terminal pair
- secondary battery
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 58
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 54
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】二次電池との間で電力の遣り取りを行う負荷回路の入出力端子対の間に過電圧が掛からないようにすること。
【解決手段】電力供給システムでは、双方向昇降圧コンバータ24における二次電池21側の端子対の正極と負荷回路30側の端子対の正極とを接続する迂回電路上に、スイッチ26が配置されている。負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADが、所定の閾値VLIMを
超えると(ステップS102;はい)、スイッチ26が投入され(ステップS104)、負荷回路30の端子対の間に蓄えられた電力と、負荷回路30から出力される回生電力とが、二次電池21に充電される。
【選択図】図1An overvoltage is prevented from being applied between a pair of input / output terminals of a load circuit that exchanges power with a secondary battery.
In a power supply system, a switch is disposed on a bypass circuit that connects a positive electrode of a terminal pair on the secondary battery and a positive electrode of a terminal pair on a load circuit in a bidirectional buck-boost converter. ing. When the voltage V LOAD between the terminal pair of the load circuit 30 exceeds a predetermined threshold value V LIM (step S102; Yes), the switch 26 is turned on (step S104) and stored between the terminal pair of the load circuit 30. The secondary battery 21 is charged with the generated power and the regenerative power output from the load circuit 30.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池から負荷回路への電力の供給形態を制御するための電源制御システムに、関する。 The present invention relates to a power supply control system for controlling a power supply form from a fuel cell to a load circuit.
周知のように、燃料電池自動車は、電動機を駆動機関として備えているとともに、直流電力を出力する燃料電池を動力源として備えている。また、燃料電池自動車は、燃料電池の小型化の観点から、電動機を含む負荷回路と燃料電池との間に、直流電力を昇圧するための電圧変換器を、備えている。更に、燃料電池自動車は、電動機による回生エネルギーを再利用できるようにするため、充電自在な二次電池と、その二次電池での充放電を制御するための双方向電圧変換器とを、備えている(例えば特許文献1)。なお、一般に、負荷回路と燃料電池との間の回路は、燃料電池を保護するため、回生電気が燃料電池に向かって流れないよう、構成されている。 As is well known, a fuel cell vehicle includes an electric motor as a drive engine and a fuel cell that outputs DC power as a power source. In addition, the fuel cell vehicle includes a voltage converter for boosting DC power between the load circuit including the electric motor and the fuel cell from the viewpoint of miniaturization of the fuel cell. Further, the fuel cell vehicle includes a rechargeable secondary battery and a bidirectional voltage converter for controlling charging / discharging in the secondary battery so that the regenerative energy generated by the electric motor can be reused. (For example, Patent Document 1). In general, a circuit between the load circuit and the fuel cell is configured so that regenerative electricity does not flow toward the fuel cell in order to protect the fuel cell.
ところで、前述した双方向電圧変換器と雖も、電子部品であるから、何れ故障する。その双方向電圧変換器が故障して電気が流れなくなってしまうと、負荷回路内の電動機による回生エネルギーは、二次電池にも燃料電池にも送られないため、行き場を失い、負荷回路の入出力端子対間に、過電圧を発生させる。この過電圧は、負荷回路や電圧変換器などの電子部品の破壊を引き起こす要因となる。 Incidentally, since the bidirectional voltage converter and the bag described above are also electronic components, they will eventually fail. If the bidirectional voltage converter breaks down and electricity stops flowing, the regenerative energy from the motor in the load circuit is not sent to the secondary battery or the fuel cell, so the destination is lost and the load circuit is turned on. Overvoltage is generated between the output terminal pair. This overvoltage becomes a factor causing destruction of electronic components such as a load circuit and a voltage converter.
また、双方向電圧変換器が故障していなくても、その他の何らかの要因により、負荷回路の入出力端子対の間に過電圧が掛かってしまっても、やはり、負荷回路や電圧変換器などの電子部品の破壊が引き起こされる可能性がある。 Even if the bidirectional voltage converter is not faulty, even if an overvoltage is applied between the input / output terminal pair of the load circuit due to some other factor, the electronic circuit such as the load circuit or voltage converter is still used. Parts can be destroyed.
本発明は、前述したような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、二次電池との間で電力の遣り取りを行う負荷回路の入出力端子対の間に過電圧が掛からないようにすることにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and the problem is that overvoltage is generated between the input / output terminal pair of the load circuit that exchanges power with the secondary battery. It is to prevent it from hanging.
上記の課題を解決するために案出された電源制御システムの第1の態様は、直流電力を出力する燃料電池とその直流電力の供給先である負荷回路との間、及び、充放電自在な二次電池と負荷回路との間において、電力の供給形態を制御するため、二次電池と負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、その双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を接続する迂回電路上に配置された開閉器、及び、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えた場合に、開閉器を投入する制御を行う制御部を備えることを、特徴としている。 A first aspect of a power supply control system devised to solve the above problems is a chargeable / dischargeable fuel cell between a fuel cell that outputs DC power and a load circuit to which the DC power is supplied. Bidirectional voltage converter for converting powering power or regenerative power voltage between the secondary battery and the load circuit in order to control the power supply form between the secondary battery and the load circuit, both When the voltage between the switch placed on the bypass circuit that connects the positive electrodes of the input terminal pair and output terminal pair of the voltage converter and the input / output terminal pair of the load circuit exceeds a predetermined threshold It is characterized by having a control part which performs control which throws in a switch.
このように構成されると、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えたときに、双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対における正極同士が短絡され、負荷回路の入出力端子対の間に蓄えられた電力と、負荷回路から出力される回生電力とが、二次電池に充電されるとととなる。このため、所定の閾値が、負荷回路や電圧変換器などの電
子部品の破壊を引き起こさない程十分低い値に設定されていれば、双方向電圧変換器の故障、又は、その他の要因により、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が上昇したとしても、電子部品の破壊が生じない。
With this configuration, when the voltage between the input / output terminal pair of the load circuit exceeds a predetermined threshold, the positive terminals of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter are short-circuited, and the load The power stored between the input / output terminal pair of the circuit and the regenerative power output from the load circuit are charged to the secondary battery. For this reason, if the predetermined threshold is set to a value that is sufficiently low so as not to cause damage to the electronic components such as the load circuit and the voltage converter, the load is caused by a failure of the bidirectional voltage converter or other factors. Even if the voltage between the input / output terminal pair of the circuit rises, the electronic component is not destroyed.
また、上記の課題を解決するため案出された電源制御システムの第2の態様は、直流電力を出力する燃料電池とその直流電力の供給先である負荷回路との間、及び、充放電自在な二次電池と負荷回路との間において、電力の供給形態を制御するため、二次電池と負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、その双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を接続する迂回電路上に配置された開閉器、及び、双方向電圧変換器が故障した場合に、開閉器を投入する制御を行う制御部を備えることを、特徴としている。 Further, a second aspect of the power supply control system devised to solve the above-described problem is that a fuel cell that outputs DC power and a load circuit that is a supply destination of the DC power can be freely charged and discharged. Bidirectional voltage converter for converting the power running power or regenerative power voltage between the secondary battery and the load circuit in order to control the power supply form between the secondary battery and the load circuit, A switch placed on the bypass circuit that connects the positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter, and a control to turn on the switch when the bidirectional voltage converter fails. It is characterized by including a control unit for performing.
このように構成されると、双方向電圧変換器が故障したときに、双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対における正極同士が短絡される。従って、双方向電圧変換器の故障中において、負荷回路から回生電力が出力されたとしても、その回生電力が、迂回電路を通って二次電池に充電され、負荷回路の入出力端子対の間には、過電圧が掛からない。その結果、負荷回路や電圧変換器などの電子部品の破壊が引き起こされることもない。 If comprised in this way, when a bidirectional voltage converter fails, the positive electrodes in the input terminal pair and output terminal pair of a bidirectional voltage converter will be short-circuited. Therefore, even if the regenerative power is output from the load circuit during the failure of the bidirectional voltage converter, the regenerative power is charged to the secondary battery through the bypass circuit, and between the input / output terminal pairs of the load circuit. There is no overvoltage applied. As a result, the electronic components such as the load circuit and the voltage converter are not destroyed.
また、上記の課題を解決するため案出された電源制御システムの第3の態様は、直流電力を出力する燃料電池とその直流電力の供給先である負荷回路との間、及び、充放電自在な二次電池と負荷回路との間において、電力の供給形態を制御するため、二次電池と前記負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、及び、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えた場合に、双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を短絡するよう双方向電圧変換器を制御する制御部を備えることを、特徴としている。 Further, a third aspect of the power supply control system devised to solve the above-described problem is that a fuel cell that outputs DC power and a load circuit that is a supply destination of the DC power can be freely charged and discharged. Bidirectional voltage converter for converting power running power or regenerative power voltage between the secondary battery and the load circuit in order to control the power supply mode between the secondary battery and the load circuit, In addition, when the voltage between the input / output terminal pair of the load circuit exceeds a predetermined threshold, the bidirectional voltage converter is configured to short-circuit the positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter. It is characterized by including a control unit for controlling.
このように構成されると、前述した第1の態様の電源制御システムと同様に、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えたときに、双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対における正極同士が短絡され、負荷回路の入出力端子対の間に蓄えられた電力と、負荷回路から出力される回生電力とが、二次電池に充電されることとなる。このため、所定の閾値が、負荷回路や電圧変換器などの電子部品の破壊を引き起こさない程十分低い値に設定されていれば、双方向電圧変換器の故障、又は、その他の要因により、負荷回路の入出力端子対の間の電圧が上昇したとしても、電子部品の破壊が生じない。 If comprised in this way, like the power supply control system of the 1st aspect mentioned above, when the voltage between the input-output terminal pair of a load circuit exceeds a predetermined threshold value, the input of a bidirectional voltage converter The positive electrodes of the terminal pair and the output terminal pair are short-circuited, and the power stored between the input / output terminal pairs of the load circuit and the regenerative power output from the load circuit are charged to the secondary battery. . For this reason, if the predetermined threshold is set to a value that is sufficiently low so as not to cause damage to the electronic components such as the load circuit and the voltage converter, the load is caused by a failure of the bidirectional voltage converter or other factors. Even if the voltage between the input / output terminal pair of the circuit rises, the electronic component is not destroyed.
従って、前述した電源制御システムによれば、二次電池との間で電力の遣り取りを行う負荷回路の入出力端子対の間に過電圧が掛からなくなる。 Therefore, according to the power supply control system described above, an overvoltage is not applied between the input / output terminal pair of the load circuit that exchanges power with the secondary battery.
以下、前述した電源制御システムの実施形態である電力供給システムについて、添付図面に基づき、説明する。なお、以下に説明する電力供給システムは、燃料電池自動車の負荷回路である電装品に対して電力を供給するためのシステムである。 Hereinafter, a power supply system that is an embodiment of the power supply control system described above will be described with reference to the accompanying drawings. The power supply system described below is a system for supplying power to an electrical component that is a load circuit of a fuel cell vehicle.
<<構成>>
図1は、第1の実施形態の電力供給システムの構成図である。
<< Configuration >>
FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply system according to the first embodiment.
図1に示すように、第1の実施形態の電力供給システムは、負荷回路30に接続された第1の電路10と第2の電路20とからなる。
As shown in FIG. 1, the power supply system of the first embodiment includes a first
<負荷回路の構成>
負荷回路30は、交流モータ31、インバータ32、その他の電装品(Electrical equipment)33、及び、電圧センサ34を、含んでいる。
<Configuration of load circuit>
The
交流モータ31は、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換して燃料電池自動車の車軸に回転力を供給したり、その車軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力として出力したりするための交流発電機である。
The
インバータ32は、直流電力を交流電力に変換し、且つ、その逆変換を行うための直交変換器である。
The
電装品33は、空調機、室内照明、カーオーディオ、カーナビゲーションシステム、電動シート装置、盗難防止装置、ヘッドライトシステムなどの機器である。
The
電圧センサ34は、負荷回路30全体の端子対の間に印加されている電圧VLOADを検出するための電子部品である。
The
インバータ32の端子対は、それぞれ、負荷回路30全体の端子対に接続され、電装品33の端子対も、それぞれ、負荷回路30全体の端子対に接続されている。従って、インバータ32と電装品33は、並列接続されている。
Each terminal pair of the
また、負荷回路30全体の端子対には、第1の電路10の端子対がそれぞれ接続されているとともに、第2の電路20の端子対もそれぞれ接続されている。従って、第1の電路と第2の電路は、並列接続されている。
In addition, the terminal pair of the first
<第1の電路の構成>
第1の電路10は、燃料電池(FC)11、入力平滑キャパシタ13、燃料電池昇圧コンバータ(Boost converter)14、及び、出力平滑キャパシタ15を、主に含んでいる。
<Configuration of first electric circuit>
The first
燃料電池11は、燃料としての水素と大気中の酸素とを化学反応させることによって直流電力を出力する発電装置である。燃料電池11は、図示していないが、周知のように、複数の単セルからなるスタックと、各単セルに供給するための燃料が高圧に詰め込まれた燃料タンクと、各単セルに大気を送り込むための空気圧縮機とを、主要な構成として、備えている。また、スタックは、各単セルで発生する電力を出力するための出力端子対を、備えている。なお、図1において、上側の出力端子が正極であり、下側の出力端子が負極となっている。
The
燃料電池昇圧コンバータ14は、入力された直流電力を昇圧しながら出力するための直流電圧変換器であり、この入力端子対は、それぞれ、燃料電池11の出力端子対に接続され、出力端子対は、それぞれ、負荷回路30の端子対に接続されている。
The fuel
なお、この燃料電池昇圧コンバータ14には、例えば、図2に示したような内部構成が、採用されている。図2の燃料電池昇圧コンバータ14は、出力端子対(図中右側の端子対)を接続するアームを備え、そのアームでは、正側(図中上側)から負側(図中下側)へと順に、ダイオード14aとスイッチング素子14bとが、直列に接続されている。ダイオード14aは、正側から負側へと電気が流れる方向とは逆の方向にその順方向を向けており(以下、このような接続状態を逆極性状態と表記する)、逆に、スイッチング素子14bは、正側から負側へと電気が流れる方向にその順方向を向けている。さらに、このスイッチング素子14bには、ダイオード14cが並列接続されており、このダイオード
14cも、逆極性状態となっている。図2の燃料電池昇圧コンバータ14の負側の入力端子は、負側の出力端子と接続され、正側の入力端子は、リアクトル14dを介して、アームにおけるダイオード14aとスイッチング素子14bとの間の中点に、接続されている。従って、図2に例示された燃料電池昇圧コンバータ14では、入力端子対に電圧が印加されている場合において、スイッチング素子14bが導通状態となったときには、スイッチング素子14bに電気が流れることによってリアクトル14dに電磁エネルギーが蓄積される。逆に、スイッチング素子14bが遮断状態となったときには、入力端子からリアクトル14dとダイオード14aとを経由して出力端子の正極へ電気が流れるとともに、電流減小に伴ってリアクトル14dが逆起電力として電磁エネルギーを放出することによりこの逆起電力による電圧が入力電圧に合成される。このスイッチング素子14bの導通と遮断のスイッチング(チョッピング)間隔が制御されることにより、燃料電池昇圧コンバータ14での昇圧量が制御される。
The fuel
図1の入力平滑キャパシタ13及び出力平滑キャパシタ15は、何れも、電流を平滑化するための電子部品である。入力平滑キャパシタ13は、燃料電池昇圧コンバータ14の入力端子対の間にアームとして接続され、出力平滑キャパシタ15は、燃料電池昇圧コンバータ14の出力端子対の間にアームとして接続されている。
Each of the
<第2の電路の構成>
第2の電路は、二次電池(BAT)21、電圧センサ22、第1の平滑キャパシタ23、双方向昇降圧コンバータ(Bidirectional buck−boost converter)24、第2の平滑キャパシタ25、及び、スイッチ26を、主に含んでいる。
<Configuration of second electric circuit>
The second electric circuit includes a secondary battery (BAT) 21, a
二次電池21は、周知のように、直流電力の充電及び放電が自在である蓄電装置であり、入出力のための端子対を備えている。
As is well known, the
双方向昇降圧コンバータ24は、力行方向において入力された直流電力を昇圧しながら出力したり回生方向において入力された直流電力を降圧しながら出力したりするための直流電圧変換器である。力行方向において入力側となる端子対は、それぞれ、二次電池21の端子対に接続され、力行方向において出力側となる端子対は、それぞれ、負荷回路30における入出力のための端子対に接続されている。
The bidirectional step-up / down
なお、この双方向昇降圧コンバータ24には、例えば、図3に示したような内部構成が、採用されている。図3の双方向昇降圧コンバータ24は、力行方向において入力側となる端子対(図中左側の端子対)を接続する第1のアームに、2個のスイッチング素子24a、24bを備えているとともに、力行方向において出力側となる端子対(図中右側の端子対)を接続する第2のアームにも、2個のスイッチング素子24c、24dを備えている。これら4個のスイッチング素子24a〜24dは、何れも、正側(図中上側)から負側(図中下側)へと電気が流れる方向にその順方向を向けている。また、これら4個のスイッチング素子24a〜24dには、それぞれダイオード24e〜24hが並列接続されており、これら4個のダイオード24e〜24hとも、逆極性状態となっている。さらに、第1のアームにおける2個のスイッチング素子24a、24bの間の中点は、第2のアームにおける2個のスイッチング素子24c、24dの間の中点と、リアクトル24iを介して、接続されている。従って、図3に例示された双方向昇降圧コンバータ24は、力行方向において入力側となる端子対(図中左側の端子対)に電圧が印加されている場合であって、スイッチング素子24aが導通状態にあるとともに2個のスイッチング素子24b、24cが遮断状態になっているときには、図2に例示した燃料電池昇圧コンバータ14と等価な回路構成となる。このため、スイッチング素子24dの導通と遮断のスイッチング(チョッピング)間隔が制御されることにより、双方向昇降圧コンバータ24による
力行方向での昇圧量が制御される。一方、回生方向において入力側となる端子対(図中右側の端子対)に電圧が印加されている場合であって、2個のスイッチング素子24a、24dが遮断状態になっているときには、2個のスイッチング素子24b、24cがともに導通状態となると、2個のスイッチング素子24b、24cに電気が流れることによってリアクトル24iに電磁エネルギーが蓄積され、逆に、2個のスイッチング素子24b、24cがともに遮断状態となると、電流減少に伴ってリアクトル24iが逆起電力として電磁エネルギーを放出することによりこの逆起電力による電圧が出力端子対(図中右側の端子対)に印加される。つまり、回生方向において、これら2個のスイッチング素子24b、24cの導通と遮断のスイッチング(チョッピング)間隔が制御されることにより、双方向昇降圧コンバータ24による回生方向での降圧量(回生電力が降圧される量)が制御される。
The bidirectional buck-
なお、第1の実施形態では、双方向昇降圧コンバータ24は、過温度、過電流、過電圧などを検知して外部通知や駆動停止などを行う保護回路とともに1つのモジュール部品を構成している。このモジュール部品は、IPM[Intelligent Power Module]やパワーIC[Integrated Circuit]と称されている。
In the first embodiment, the bidirectional buck-
図1の第1及び第2の平滑キャパシタ23、25は、何れも、電流を平滑化するための電子部品である。第1の平滑キャパシタ23は、双方向昇降圧コンバータ24における二次電池21側の端子対の間にアームとして接続され、第2の平滑キャパシタ25は、双方向昇降圧コンバータ24における負荷回路30側の端子対の間にアームとして接続されている。
Each of the first and
電圧センサ22は、二次電池21の出力端子対の間に印加されている電圧VBATを検出
するための電子部品である。
The
スイッチ26は、回路の短絡と開放とを切り替えるための電子部品であり、双方向昇降圧コンバータ24の両側の端子対における正極同士を接続する迂回電路上に配置されている。
The
<制御主体>
第1の実施形態の電力供給システムは、自システムを搭載した燃料電池車両のECU[Electoronic control unit]40によって、制御される。ECU40は、車両内の各種センサからの情報に基づいてエンジンやABS[Antilock Brake System]や空調機などを
制御するためのユニットであり、図示していないが、I/O[Input/Output]インターフェースとEEPROM[Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory
]とCPU[Central Processing Unit]とRAM[Random Access Memory]とを主に備
えている。
<Control entity>
The power supply system of the first embodiment is controlled by an ECU (Electoronic control unit) 40 of a fuel cell vehicle equipped with the system. The
], A CPU [Central Processing Unit], and a RAM [Random Access Memory].
このECU40は、第1の実施形態の電力供給システムを制御するための機能として、具体的には、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADに基づいて燃料電池昇圧コンバータ14のスイッチングを制御する機能、力行時において電圧VLOADに基づいて双方向昇降圧コンバータ24のスイッチングを制御する機能、回生時において電圧VBATに基づいて双
方向昇降圧コンバータ24のスイッチングを制御する機能、負荷回路30内のインバータ32を制御する機能、及び、第2の電路20内のスイッチ26の動作を制御する機能を、備えている。このうち、第2の電路20内のスイッチ26の動作を制御する機能は、例えば、スイッチ制御プログラム41により実現される。
Specifically, the
このスイッチ制御プログラム41は、例えば、燃料自動車自動車における図示せぬイグニッションキーシリンダが回転されることによってイグニッション信号がオフ状態からオ
ン状態に切り替わることを契機として、図示せぬCPUによって図示せぬEEPROMから読み出されて実行される。
The
<<制御内容>>
図4は、スイッチ制御プログラム41に従ってECU40(内のCPU)が実行するスイッチ制御処理の流れを示す図である。
<< Control details >>
FIG. 4 is a diagram illustrating a flow of switch control processing executed by the ECU 40 (internal CPU) in accordance with the
スイッチ制御処理の開始後、最初のステップS101では、ECU40(内のCPU)は、負荷回路30の端子対の間に印加されている電圧VLOADを電圧センサ34から取得する。
In the first step S <b> 101 after the start of the switch control process, the ECU 40 (internal CPU) acquires the voltage V LOAD applied between the terminal pair of the
次のステップS102では、ECU40は、ステップS101で取得した電圧VLOADが所定の閾値VLIMを超過しているか否かを、判別する。そして、電圧VLOADが所定の閾値
VLIMを超過していなかった場合、ECU40は、ステップS102からステップS10
3へ処理を分岐させる。
In the next step S102, the
The process branches to 3.
ステップS103では、ECU40は、双方向昇降圧コンバータ24とともにモジュール部品を構成している保護回路から故障発生通知があったか否かを、判別する。そして、故障発生通知がなかった場合、ECU40は、ステップS103から処理を分岐させ、ステップS101へ処理を戻す。
In step S <b> 103, the
これらステップS102及びS103の処理ループの実行中に、電圧VLOADが所定の閾値VLIMを超過した場合、又は、故障発生通知があった場合、ECU40は、ステップS
104へ処理を進める。
When the voltage V LOAD exceeds a predetermined threshold value V LIM or when a failure occurrence notification is received during the execution of the processing loop of steps S102 and S103, the
The process proceeds to 104.
ステップS104では、ECU40は、第2の電路20内のスイッチ26を投入する制御を行う。
In step S104, the
次のステップS105では、ECU40は、インバータ32を制御する機能(として動作するECU40)が回生を停止する処理を完了するまで、待機する。そして、インバータ32を制御する機能が回生を停止する処理を完了すると、ECU40は、ステップS106へ処理を進める。
In the next step S105, the
ステップS106では、ECU40は、第2の電路20内のスイッチ26を開放する制御を行う。その後、ECU40は、図4に係るスイッチ制御処理を終了する。
In step S106, the
<<作用効果>>
第1の実施形態の電力供給システムでは、ECU40が、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADと、双方向昇降圧コンバータ24とともにモジュール部品を構成している保護回路からの故障発生通知の有無とを、監視している(ステップS101、S102;いいえ、S103;いいえ)。
<< Action and effect >>
In the power supply system of the first embodiment, the
この監視がなされている間に、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADが、何らかの要因によって、所定の閾値VLIMを超えると、ECU40は、スイッチ26を投入する制御
を行い、双方向昇降圧コンバータ24の二次電池21側の端子対と負荷回路30側の端子対とにおける正極同士を短絡する(ステップS102;はい、S104)。すると、負荷回路30の端子対の間に蓄えられた電力と、負荷回路30から出力される回生電力とが、二次電池21に充電されるとととなる。ここで、所定の閾値VLIMが、負荷回路30や燃
料電池昇圧コンバータ14などの電子部品の破壊を引き起こさない程十分低い値に設定されていれば、何らかの要因によって、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADが上昇した
としても、その電圧VLOADが過電圧とならず、電子部品の破壊が生じない。つまり、電力供給システムが、第1の実施形態のように構成されると、ロバスト性(不確定変動に対する現状維持能力)が向上することとなる。
During this monitoring, when the voltage V LOAD between the terminal pair of the
また、前述した監視がなされている間に、双方向昇降圧コンバータ24が故障しても、ECU40は、スイッチ26を投入する制御を行い、双方向昇降圧コンバータ24の二次電池21側の端子対と負荷回路30側の端子対とにおける正極同士を短絡する(ステップS103;はい、S104)。これにより、双方向昇降圧コンバータ24が故障している最中に、負荷回路30から回生電力が出力されたとしても、その回生電力が、迂回電路を通って二次電池21に充電され、負荷回路30の端子対の間には、過電圧が掛からない。その結果、負荷回路30や燃料電池昇圧コンバータ14などの電子部品の破壊が引き起こされることもない。従って、双方向昇降圧コンバータ24の故障に対し、電力供給システムのロバスト性が向上する。
Further, even if the bidirectional buck-
なお、前述した第1の実施形態では、燃料電池11と負荷回路30との間に燃料電池昇圧コンバータ14が備えられていたが、この燃料電池昇圧コンバータ14は、無くてもよい。但し、負荷回路30からの回生電気が燃料電池11に流れないようにするため、燃料電池11の出力端子対の正極と負荷回路30の端子対の正極との間に、負荷回路30に向かう方向を順方向とするダイオードが、備えられている必要がある。
In the first embodiment described above, the fuel
<<構成>>
図5は、第2の実施形態の電力供給システムの構成図である。
<< Configuration >>
FIG. 5 is a configuration diagram of a power supply system according to the second embodiment.
図5と図1とを比較して明らかなように、第2の実施形態は、第2の電路20にスイッチ26を備えていない点で、第1の実施形態と相違する。その相違点以外の電子部品の構成については、第2の実施形態は、第1の実施形態と同じである。
As is clear by comparing FIG. 5 and FIG. 1, the second embodiment is different from the first embodiment in that the
第2の実施形態では、スイッチ26が存在しないことに伴い、ECU40が実行する処理の内容が、若干異なっている。簡単に説明すると、ECU40は、第1の実施形態におけるスイッチ制御プログラム41の代わりに、負荷回路30の電子対の間の電圧VLOADが所定の閾値VLIMを超過したときに双方向昇降圧コンバータ24を制御するためのコンバ
ータ制御プログラム42を、備えている。
In the second embodiment, the content of the processing executed by the
<<制御内容>>
図6は、コンバータ制御プログラム42に従ってECU40(内のCPU)が実行するコンバータ制御処理の流れを示す図である。
<< Control details >>
FIG. 6 is a diagram showing a flow of converter control processing executed by the ECU 40 (internal CPU) in accordance with the
コンバータ制御処理の開始後、最初のステップS201では、ECU40(内のCPU)は、負荷回路30の端子対の間に印加されている電圧VLOADを電圧センサ34から取得する。
In the first step S201 after the start of the converter control process, the ECU 40 (internal CPU) acquires the voltage V LOAD applied between the terminal pair of the
次のステップS202では、ECU40は、ステップS201で取得した電圧VLOADが所定の閾値VLIMを超過しているか否かを、判別する。そして、電圧VLOADが所定の閾値
VLIMを超過していなかった場合、ECU40は、ステップS202から処理を分岐させ
、ステップS201へ処理を戻す。一方、電圧VLOADが所定の閾値VLIMを超過していた
場合、ECU40は、ステップS202からステップS203へ処理を進める。
In the next step S202, the
ステップS203では、ECU40は、双方向昇降圧コンバータ24におけるスイッチング制御を中断し、その双方向昇降圧コンバータ24における第1アームの正極側のスイ
ッチング素子24aと、第2アームの正極側のスイッチング素子24cとを、導通状態にするとともに、残りのスイッチング素子24b、24dを遮断状態にする(図3参照)。これにより、双方向昇降圧コンバータ24の二次電池21側の端子対と負荷回路30側の端子対とにおける正極同士が、短絡されることとなる。
In step S203, the
次のステップS204では、ECU40は、インバータ32を制御する機能(として動作するECU40)が回生を停止する処理を完了するまで、待機する。そして、インバータ32を制御する機能が回生を停止する処理を完了すると、ECU40は、ステップS205へ処理を進める。
In the next step S204, the
ステップS205では、ECU40は、双方向昇降圧コンバータ24におけるスイッチング制御を再開する。その後、ECU40は、図6に係るコンバータ制御処理を終了する。
In step S205, the
<<作用効果>>
第2の実施形態の電力供給システムでは、ECU40が、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADを、監視している(ステップS201、S202;いいえ)。
<< Action and effect >>
In the power supply system of the second embodiment, the
この監視がなされている間に、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADが、何らかの要因によって、所定の閾値VLIMを超えると、ECU40は、双方向昇降圧コンバータ24
の両側の端子対における正極同士を短絡する(ステップS202;はい、S203)。すると、負荷回路30の端子対の間に蓄えられた電力と、負荷回路30から出力される回生電力とが、二次電池21に充電されるとととなる。ここで、所定の閾値VLIMが、第1の
実施形態と同様に、負荷回路30や燃料電池昇圧コンバータ14などの電子部品の破壊を引き起こさない程十分低い値に設定されていれば、何らかの要因によって、負荷回路30の端子対の間の電圧VLOADが上昇したとしても、その電圧VLOADが過電圧とならず、電子部品の破壊が生じない。つまり、電力供給システムが、第2の実施形態のように構成されても、ロバスト性が向上することとなる。
During this monitoring, if the voltage V LOAD between the terminal pair of the
The positive electrodes in the terminal pairs on both sides are short-circuited (step S202; yes, S203). Then, the power stored between the terminal pair of the
11 燃料電池
13 入力平滑キャパシタ
14 燃料電池昇圧コンバータ
15 出力平滑キャパシタ
21 二次電池
23 平滑キャパシタ
24 双方向昇降圧コンバータ
24a スイッチング素子
24c スイッチング素子
25 平滑キャパシタ
26 スイッチ
30 負荷回路
31 交流モータ
32 インバータ
33 電装品
34 電圧センサ
40 ECU
41 スイッチ制御プログラム
42 コンバータ制御プログラム
DESCRIPTION OF
41
Claims (6)
前記二次電池と前記負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、
前記双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を接続する迂回電路上に配置された開閉器、及び、
前記負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉器を投入する制御を行う制御部
を備えることを特徴とする電源制御システム。 A power source for controlling a power supply mode between a fuel cell that outputs DC power and a load circuit that is a supply destination of the DC power, and between a chargeable / dischargeable secondary battery and the load circuit. A control system,
A bidirectional voltage converter for converting a voltage of powering power or regenerative power between the secondary battery and the load circuit;
A switch disposed on a bypass circuit that connects positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter; and
A power supply control system comprising: a control unit that performs control to turn on the switch when a voltage between a pair of input and output terminals of the load circuit exceeds a predetermined threshold value.
前記二次電池と前記負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、
前記双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を接続する迂回電路上に配置された開閉器、及び、
前記双方向電圧変換器が故障した場合に、前記開閉器を投入する制御を行う制御部
を備えることを特徴とする電源制御システム。 A power source for controlling a power supply mode between a fuel cell that outputs DC power and a load circuit that is a supply destination of the DC power, and between a chargeable / dischargeable secondary battery and the load circuit. A control system,
A bidirectional voltage converter for converting a voltage of powering power or regenerative power between the secondary battery and the load circuit;
A switch disposed on a bypass circuit that connects positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter; and
A power supply control system comprising: a control unit that performs control to turn on the switch when the bidirectional voltage converter fails.
前記制御部は、故障を検知した旨が前記双方向電圧変換器から通知された場合に、前記開閉器を投入する制御を行う
ことを特徴とする請求項2記載の電源制御システム。 The bidirectional voltage converter has a function of notifying the control unit to that effect when a self-failure is detected,
The power supply control system according to claim 2, wherein the control unit performs control to turn on the switch when the bidirectional voltage converter is notified that a failure has been detected.
前記制御部は、前記開閉器の投入後、前記電動機による回生電力の出力が停止されるよう前記直交変換器を制御してから、前記開閉器を開放する
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の電源制御システム。 The load circuit includes an AC motor for supplying a rotational force to an axle of a fuel cell vehicle, and an orthogonal motor for converting DC power from the fuel cell and the secondary battery into AC power and supplying the AC power to the AC motor. Including a converter,
The said control part controls the said orthogonal converter so that the output of the regenerative electric power by the said motor is stopped after throwing in the said switch, Then, the said switch is open | released. Or the power supply control system of 3.
前記二次電池と前記負荷回路との間で力行電力又は回生電力の電圧を変換するための双方向電圧変換器、及び、
前記負荷回路の入出力端子対の間の電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を短絡するよう前記双方向電圧変換器を制御する制御部
を備えることを特徴とする電源制御システム。 A power source for controlling a power supply mode between a fuel cell that outputs DC power and a load circuit that is a supply destination of the DC power, and between a chargeable / dischargeable secondary battery and the load circuit. A control system,
A bidirectional voltage converter for converting a voltage of powering power or regenerative power between the secondary battery and the load circuit; and
When the voltage between the input / output terminal pair of the load circuit exceeds a predetermined threshold, the bidirectional voltage converter is configured to short-circuit the positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter. A power supply control system comprising a control unit for controlling the power supply.
前記制御部は、前記双方向電圧変換器の入力端子対と出力端子対とにおける正極同士を
短絡した後、前記電動機による回生電力の出力が停止されるよう前記直交変換器を制御してから、前記正極同士を開放する
ことを特徴とする請求項5記載の電源制御システム。 The load circuit includes an AC motor for supplying a rotational force to an axle of a fuel cell vehicle, and an orthogonal motor for converting DC power from the fuel cell and the secondary battery into AC power and supplying the AC power to the AC motor. Including a converter,
The control unit, after short-circuiting the positive electrodes of the input terminal pair and the output terminal pair of the bidirectional voltage converter, after controlling the orthogonal converter so that the output of the regenerative power by the motor is stopped, The power supply control system according to claim 5, wherein the positive electrodes are opened.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008066024A JP2009224126A (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Power supply control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008066024A JP2009224126A (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Power supply control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009224126A true JP2009224126A (en) | 2009-10-01 |
Family
ID=41240700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008066024A Withdrawn JP2009224126A (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Power supply control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009224126A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101877497A (en) * | 2010-07-28 | 2010-11-03 | 湖南科力远新能源股份有限公司 | Special charger for energy storage power station |
WO2011119219A2 (en) | 2010-03-23 | 2011-09-29 | Northrop Grumman Systems Corporation | A system and method for providing a high efficiency bypass circuit for multi-stage dc-dc converters used in battery powered systems |
CN102280916A (en) * | 2011-06-23 | 2011-12-14 | 北京华辰北斗信息技术有限公司 | Power supply module compatible with a plurality of batteries and GPS receiving equipment |
WO2013155820A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | 广东易事特电源股份有限公司 | Non-isolated symmetric self-coupling 18-pulse rectifier power system |
CN105826968A (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-03 | 保时捷股份公司 | High-voltage charge booster and method for charging direct current traction battery and corresponding electric vehicle |
-
2008
- 2008-03-14 JP JP2008066024A patent/JP2009224126A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011119219A2 (en) | 2010-03-23 | 2011-09-29 | Northrop Grumman Systems Corporation | A system and method for providing a high efficiency bypass circuit for multi-stage dc-dc converters used in battery powered systems |
EP2550718A4 (en) * | 2010-03-23 | 2015-10-21 | Northrop Grumman Systems Corp | SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING HIGH-EFFICIENCY TRANSFER CIRCUIT FOR MULTI-STAGE DC POWER CURRENT TRANSFORMERS USED IN BATTERY-DRIVEN SYSTEMS |
CN101877497A (en) * | 2010-07-28 | 2010-11-03 | 湖南科力远新能源股份有限公司 | Special charger for energy storage power station |
CN102280916A (en) * | 2011-06-23 | 2011-12-14 | 北京华辰北斗信息技术有限公司 | Power supply module compatible with a plurality of batteries and GPS receiving equipment |
WO2013155820A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | 广东易事特电源股份有限公司 | Non-isolated symmetric self-coupling 18-pulse rectifier power system |
CN105826968A (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-03 | 保时捷股份公司 | High-voltage charge booster and method for charging direct current traction battery and corresponding electric vehicle |
CN105826968B (en) * | 2015-01-28 | 2020-10-27 | 保时捷股份公司 | High voltage charging booster and method for charging DC traction battery and electric vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5333348B2 (en) | Vehicle power conversion device and vehicle including the same | |
CN104512274B (en) | Electric vehicle power conversion system | |
CN102804574B (en) | The output diode short-circuit detecting device of transducer | |
US9956882B2 (en) | Electric power storage system | |
CN105324274B (en) | Automotive power supply system | |
KR101940373B1 (en) | Energy storage system with range extender and energy management and control method | |
JP6174876B2 (en) | Dual power load drive system and fuel cell vehicle | |
CN101689769B (en) | Power supply system, and power supply control method and power supply control program employed in power supply system | |
CN100483916C (en) | Electric load device, abnormally handling method, and computer-readable recordinging medium storing therein program for causing computer to execute electric load abnormality handling | |
JP5171578B2 (en) | Battery control device for vehicle | |
US10017138B2 (en) | Power supply management system and power supply management method | |
JP2011130551A (en) | Power supply device and vehicle with the same | |
JP5104648B2 (en) | Vehicle power supply apparatus and control method thereof | |
JP2011004556A (en) | Power supply device for vehicle | |
JP6339785B2 (en) | Electric vehicle power conversion system | |
JP2018198519A (en) | Vehicle power supply device | |
JP2009224126A (en) | Power supply control system | |
JP2014018017A (en) | Battery system controller | |
JP6722080B2 (en) | Vehicle power supply | |
CN115349212A (en) | Fault diagnosis method for current cutoff device, and power storage device | |
JP2006311775A (en) | Load-drive device and vehicle with load-driving device mounted | |
CN114080332B (en) | Power supply device, fuel cell vehicle, and method for voltage limitation at power supply device | |
JP6344334B2 (en) | Power control unit | |
JP6155854B2 (en) | Battery system | |
CN107921917A (en) | Vehicle-mounted supply unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110607 |