JP6740934B2 - Control device - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置に関し、詳しくは、昇圧コンバータと昇降圧コンバータとを制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device, and more particularly to a control device that controls a boost converter and a buck-boost converter.
従来、この種の制御装置としては、複数のゲートターンオフサイリスタ(GTO)と、複数のダイオードと、を備えるインバータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。複数のダイオードは、対応するGTOに逆並列接続されている。この装置では、GTOのゲートをオンしているときに、GTOのゲートカソード間電圧を用いて、ダイオードに短絡が生じているか否かを判定している。 Conventionally, as this type of control device, a control device that controls an inverter including a plurality of gate turn-off thyristors (GTO) and a plurality of diodes has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The plurality of diodes are connected in anti-parallel to the corresponding GTO. In this device, when the gate of the GTO is turned on, the gate-cathode voltage of the GTO is used to determine whether or not a short circuit has occurred in the diode.
ところで、上アームをダイオードで構成し下アームを半導体スイッチング素子で構成する昇圧コンバータを制御する制御装置では、上アームにオンオフ可能なスイッチング素子を有していないため、上述の手法では、ダイオードに短絡が生じていることを判定することができない。ダイオードに短絡が生じていることを判定する手法として、ダイオードのアノードとカソードとの間の電圧を検出する手法がある。しかしながら、この手法では、例えば、昇圧コンバータを電気自動車に搭載する場合など、ダイオードに印加する電圧が変化したり、様々なノイズで電圧が変動するときには、短絡の判定が困難になってしまう。特に、昇圧コンバータが燃料電池に接続されている場合において、上アームを構成するダイオードが短絡した状態で負荷から燃料電池の電池電圧以上の電圧が供給されると、燃料電池の劣化が進むことがある。 By the way, in a control device for controlling a step-up converter in which the upper arm is composed of a diode and the lower arm is composed of a semiconductor switching element, the upper arm does not have a switching element that can be turned on and off. Cannot be determined. As a method of determining that a short circuit has occurred in the diode, there is a method of detecting the voltage between the anode and the cathode of the diode. However, this method makes it difficult to determine a short circuit when the voltage applied to the diode changes or when the voltage changes due to various noises, for example, when the boost converter is mounted in an electric vehicle. In particular, when the boost converter is connected to the fuel cell, if the voltage higher than the cell voltage of the fuel cell is supplied from the load with the diode forming the upper arm short-circuited, the fuel cell may deteriorate. is there.
本発明の制御装置は、昇圧コンバータの上アームを構成するダイオードの短絡を適正に判定すると共に、燃料電池の劣化を抑制することを主目的とする。 The control device of the present invention is mainly intended to properly determine a short circuit of a diode forming an upper arm of a boost converter and suppress deterioration of a fuel cell.
本発明の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The control device of the present invention employs the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明の制御装置は、
上アームを構成し互いに並列接続された2つのダイオードと、下アームを構成する少なくとも一つの半導体スイッチング素子と、前記上アームと前記下アームとの接続点に一端が接続されたリアクトルと、を有し、負荷が接続された第1電力ラインと燃料電池が接続された第2電力ラインとに接続された昇圧コンバータと、
前記第1電力ラインとバッテリに接続された第3電力ラインとに接続された昇降圧コンバータと、
を制御する制御装置であって、
前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記昇圧コンバータの前記半導体スイッチング素子をスイッチング制御すると共に前記昇降圧コンバータを制御し、
前記半導体スイッチング素子をオフしている場合において、前記リアクトルの電流に対する前記2つのダイオードのうちの一方のダイオードの電流の割合が所定割合未満であるときには、前記半導体スイッチング素子のオフを継続させるオフ継続制御を実行すると共に、前記第1電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御し、
前記オフ継続制御を実行している場合において、前記2つのダイオードのうちの他方のダイオードから前記燃料電池へ電流が流れ始めたときには、前記第1電力ラインの電圧が前記第2電力ラインの電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御する、
ことを要旨とする。
The control device of the present invention is
Two diodes forming an upper arm and connected in parallel to each other, at least one semiconductor switching element forming a lower arm, and a reactor having one end connected to a connection point between the upper arm and the lower arm are provided. And a boost converter connected to the first power line to which the load is connected and the second power line to which the fuel cell is connected,
A buck-boost converter connected to the first power line and a third power line connected to the battery;
A control device for controlling
Switching control of the semiconductor switching element of the boost converter and control of the buck-boost converter so that the voltage of the first power line becomes a target voltage,
In the case where the semiconductor switching element is turned off, when the ratio of the current of one of the two diodes to the current of the reactor is less than a predetermined ratio, the off continuation of continuing the turning off of the semiconductor switching element Controlling the buck-boost converter so that the voltage of the first power line becomes the target voltage.
In the case where the off continuation control is executed, when the current starts flowing from the other diode of the two diodes to the fuel cell, the voltage of the first power line becomes equal to the voltage of the second power line. To control the buck-boost converter,
That is the summary.
この本発明の制御装置では、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータの半導体スイッチング素子をスイッチング制御すると共に昇降圧コンバータを制御する。半導体スイッチング素子をオフしている場合において、リアクトルの電流に対する2つのダイオードのうちの一方のダイオードの電流の割合が所定割合未満であるときには、半導体スイッチング素子のオフを継続させるオフ継続制御を実行すると共に、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように昇降圧コンバータを制御する。「所定割合」は、2つのダイオードの双方に短絡が生じていないときにおける、リアクトルに流れる電流に対する一方のダイオードに流れる電流の割合として予め定めた割合である。他方のダイオードに短絡が生じると、短絡が生じているダイオードに電流が集中して流れるから、リアクトルの電流に対する一方のダイオードに流れる電流割合が所定割合未満となる。また、昇圧コンバータの動作中は、リアクトルの電流や2つのダイオードに流れる電流が変化することから、他方のダイオードの短絡とは別の要因で、リアクトルの電流に対する2つのダイオードのうちの一方のダイオードの電流の割合が所定割合未満となることがある。したがって、半導体スイッチング素子をオフしている場合において、リアクトルの電流に対する一方のダイオードの電流の割合が所定割合未満であるときには、他方のダイオードに短絡が生じている可能性があると判定することができる。そして、この場合に、半導体スイッチング素子のオフを継続させるオフ継続制御を実行すると共に、第1電力ラインの電圧が目標電圧となるよう昇降圧コンバータを制御することにより、リアクトルからの電流が徐々に減少して値0となり、他方のダイオードの電流も徐々に減少して値0となる。他方のダイオードが短絡しているときには、他方のダイオードから燃料電池へ電流が流れ始める。したがって、他方のダイオードから燃料電池へ電流が流れ始めたときには、他方のダイオードが短絡していると判定して、第1電力ラインの電圧が第2電力ラインの電圧となるように昇降圧コンバータを制御する。これにより、短絡した他方のダイオードを介して第1電力ラインから燃料電池に向けて電流が流れ、第2電力ラインの電圧が燃料電池の端子間の電圧以上となることを抑制できる。したがって、燃料電池の劣化を抑制することができる。この結果、昇圧コンバータの上アームを構成するダイオードの短絡を適正に判定すると共に、燃料電池の劣化を抑制することができる。
In the controller of the present invention, the semiconductor switching element of the boost converter is switching-controlled and the buck-boost converter is controlled so that the voltage of the first power line becomes the target voltage. In the case where the semiconductor switching element is off, when the ratio of the current of one of the two diodes to the current of the reactor is less than the predetermined ratio, the off continuation control for continuing the off of the semiconductor switching element is executed. At the same time, the buck-boost converter is controlled so that the voltage of the first power line becomes the target voltage. The "predetermined ratio" is a ratio predetermined as a ratio of the current flowing through one of the diodes to the current flowing through the reactor when the two diodes are not short-circuited. When a short circuit occurs in the other diode, current concentrates in the short-circuited diode, and the ratio of the current flowing in one diode to the current of the reactor becomes less than a predetermined ratio. Further, during operation of the boost converter, the current of the reactor and the current flowing through the two diodes change. Therefore, one of the two diodes corresponding to the current of the reactor is caused by a factor other than the short circuit of the other diode. There is a case where the ratio of the current is less than the predetermined ratio. Therefore, when the semiconductor switching element is off, if the ratio of the current of one diode to the current of the reactor is less than the predetermined ratio, it may be determined that the other diode may be short-circuited. it can. Then, in this case, by performing the off continuation control for continuing to turn off the semiconductor switching element and controlling the step-up/down converter so that the voltage of the first power line becomes the target voltage, the current from the reactor is gradually increased. It decreases to the
こうした本発明の制御装置において、前記昇圧コンバータは、リレーを介して前記第1電力ラインに接続されており、前記オフ継続制御を実行している場合において、前記他方のダイオードから前記燃料電池へ電流が流れ始めたときには、前記第1電力ラインの電圧が前記第2電力ラインの電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御し、前記第1電力ラインの電圧が前記第2電力ラインの電圧となったときには、前記リレーをオフしてもよい。この場合において、前記制御装置は、前記負荷と前記昇圧コンバータと前記昇降圧コンバータと共に車両に搭載され、前記負荷は、走行用の動力を出力するモータと、前記第1電力ラインに接続され前記モータを駆動するインバータと、を有し、前記リレーをオフしたときには、前記バッテリからの電力で前記モータが走行するように前記インバータを制御してもよい。こうすれば、昇圧コンバータのダイオードが短絡したときでも車両を走行させることができる。 In such a control device of the present invention, the boost converter is connected to the first power line via a relay, and when the off continuation control is executed, a current flows from the other diode to the fuel cell. Start to flow, the buck-boost converter is controlled so that the voltage of the first power line becomes the voltage of the second power line, and the voltage of the first power line becomes the voltage of the second power line. In case of, the relay may be turned off. In this case, the control device is mounted on a vehicle together with the load, the boost converter, and the step-up/down converter, and the load is connected to the motor for outputting power for traveling and the first power line. And an inverter for driving the inverter. When the relay is turned off, the inverter may be controlled so that the motor is driven by electric power from the battery. With this, the vehicle can be driven even when the diode of the boost converter is short-circuited.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、燃料電池(FC)40と、FC昇圧コンバータ42と、バッテリ50と、昇降圧コンバータ52と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)70と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
モータ32は、例えば同期発電電動機として構成されており、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。このモータ32は、ECU70によってインバータ34の図示しないスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
The
燃料電池40は、高圧水素タンクから供給されて燃料ポンプ(循環ポンプ)により循環される燃料ガスとしての水素と、酸素ポンプ(エアコンプレッサ)により供給されて加湿器によって加湿された空気中の酸素と、の電気化学反応により発電する燃料電池として構成されている。この燃料電池40は、ECU70によって運転制御されている。
The fuel cell 40 includes hydrogen as fuel gas supplied from a high-pressure hydrogen tank and circulated by a fuel pump (circulation pump), and oxygen in the air supplied by an oxygen pump (air compressor) and humidified by a humidifier. The fuel cell is configured to generate electricity by the electrochemical reaction of. The operation of the fuel cell 40 is controlled by the
FC昇圧コンバータ42は、インバータ34が接続されたインバータ側電力ライン60と、燃料電池40が接続された燃料電池側電力ライン61と、に接続されている。FC昇圧コンバータ42は、インバータ側電力ライン60とはリレー63を介して接続されている。FC昇圧コンバータ42は、昇圧部43と、コンデンサ44と、コンデンサ45と、を有する。昇圧部43は、上アームを構成する2つのダイオードD1,D2と、下アームを構成する2つのスイッチング素子S1,S2およびスイッチング素子S1,S2に逆並列接続された2つのダイオードと、リアクトルLと、を有する。2つのスイッチング素子S1,S2は、半導体(例えば、シリコンなど)による金属酸化物電界効果トランジスタ(MOSFET)として形成されている。コンデンサ44は、昇圧部43よりインバータ側電力ライン60側に取り付けられている。コンデンサ45は、昇圧部43より燃料電池側電力ライン61側に取り付けられている。FC昇圧コンバータ42は、ECU70によって2つのスイッチング素子S1,S2がスイッチング制御されることにより、燃料電池側電力ライン61の電力を昇圧してインバータ側電力ライン60に供給する。
The FC
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。バッテリ50は、ECU70によって管理されている。
The
昇降圧コンバータ52は、インバータ側電力ライン60と、バッテリ50が接続されたバッテリ側電力ライン62と、に接続されている。この昇降圧コンバータ52は、昇降圧部53と、コンデンサ54と、コンデンサ55と、を有する。昇降圧部53は、2つのスイッチング素子と、2つのダイオードと、リアクトルと、を有する。コンデンサ54は、昇降圧部53よりインバータ側電力ライン60側に取り付けられており、コンデンサ55は、昇降圧部53よりバッテリ側電力ライン62側に取り付けられている。この昇降圧コンバータ52は、ECU70によって2つのスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、バッテリ側電力ライン62の電力を昇圧してインバータ側電力ライン60に供給したり、インバータ側電力ライン60の電力を降圧してバッテリ側電力ライン62に供給したりする。
The step-up/down
ECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
Although not shown, the
ECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの回転位置θmやモータ32の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサからの相電流Iu,Iv,Iw,高圧水素タンク内の圧力を検出する圧力センサからのタンク内圧力Pt,燃料電池40の出力端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Vfc,燃料電池40の出力端子に取り付けられた電流センサからの電流Ifc,リアクトルLに流れる電流を検出する電流センサ43aからの電流IL,ダイオードD1に流れる電流を検出する電流センサ43bからの電流ID1,コンデンサ44の端子間に取り付けられた電圧センサからのコンデンサ44の電圧VHfc,コンデンサ45の端子間に取り付けられた電圧センサ45aからのコンデンサ45の電圧VLfc,コンデンサ54の端子間に取り付けられた電圧センサからのコンデンサ54の電圧VH,コンデンサ55の端子間に取り付けられた電圧センサからのコンデンサ55の電圧VL,バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサからの電池温度Tbなどを挙げることができる。また、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号やシフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどを挙げることができる。
Signals from various sensors are input to the
ECU70からは、各種制御信号などが出力ポートを介して出力されている。各種制御信号としては、インバータ34のスイッチング素子へのスイッチング制御信号,燃料電池40の運転用の補機(循環ポンプやエアコンプレッサなど)への運転制御信号,FC昇圧コンバータ42のスイッチング素子S1,S2へのスイッチング制御信号,昇降圧コンバータ52への制御信号,リレー63のオンオフ制御信号などを挙げることができる。
Various control signals and the like are output from the
こうして構成された実施例の燃料電池車20では、ECU70は、走行する際には、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定し、要求トルクTr*が駆動軸26に出力されるように、燃料電池40とFC昇圧コンバータ42と昇降圧コンバータ52とモータ32(インバータ34)とを制御する。FC昇圧コンバータ42,昇降圧コンバータ52については、コンデンサ44,54の目標電圧VHfc*,VH*を基本値VHbに設定し、コンデンサ44,54の電圧VHfc、VHが目標電圧VHfc*,VH*となるように、FC昇圧コンバータ42の昇圧部43のスイッチング素子S1,S2や昇降圧コンバータ52の昇降圧部53のスイッチング素子を制御する。
In the
次に、こうして構成された実施例の燃料電池車20の動作、特に、ダイオードD1,D2に短絡が生じたときの動作について説明する。図2は、実施例のECU70により実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、走行中に、FC昇圧コンバータ42の昇圧部43のスイッチング素子S1,S2がオフされているときに実行される。なお、本ルーチンの実行を開始したときには、昇降圧コンバータ52については、コンデンサ54の電圧VHが目標電圧VH*(基本値VHb)となるように、昇降圧コンバータ52の昇降圧部53のスイッチング素子を制御する。
Next, the operation of the
本ルーチンが実行されると、ECU70は、オフ時間Toffの計測を開始して(ステップS100)、電流IL,ID1,電圧VLfcを入力する処理を実行する(ステップS110)。電流IL,ID1は、 電流センサ43a,43bにより検出されたものを入力している。電圧VLfcは、電圧センサ45aにより検出されたものを入力している。
When this routine is executed, the
続いて、電流ILに対する電流ID1の割合Riが所定割合Rref未満であるか否かを判定する(ステップS120)。ここで、所定割合Rrefは、ダイオードD1,D2の双方が短絡していない場合における電流ILに対する電流ID1の割合として予め定めた割合であり、例えば、40%,50%,60%などである。ダイオードD2に短絡が生じると、短絡が生じていない場合に比してダイオードD2へより多くの電流が流れダイオードD1に流れる電流が減ることから、電流ILに対する電流ID1の割合Riが所定割合Rref未満になる。また、走行中は、ダイオードD2に短絡が生じていない場合でも電流IL,ID1が変化するため、一時的に割合Riが所定割合Rref未満となることがある。したがって、ステップS120の処理は、ダイオードD2に短絡が生じている可能性があるか否かを判定する処理となっている。 Then, it is determined whether the ratio Ri of the current ID1 to the current IL is less than the predetermined ratio Rref (step S120). Here, the predetermined ratio Rref is a predetermined ratio as the ratio of the current ID1 to the current IL when both the diodes D1 and D2 are not short-circuited, and is, for example, 40%, 50%, 60%. When a short circuit occurs in the diode D2, more current flows to the diode D2 than in the case where no short circuit occurs, and the current flowing in the diode D1 decreases. Therefore, the ratio Ri of the current ID1 to the current IL is less than the predetermined ratio Rref. become. Further, during traveling, the currents IL and ID1 change even when the diode D2 is not short-circuited, so that the ratio Ri may temporarily become less than the predetermined ratio Rref. Therefore, the process of step S120 is a process of determining whether or not a short circuit may occur in the diode D2.
ステップS120の処理で割合Riが所定割合Rref以上であると判定されたときには、ダイオードD2に短絡が生じている可能性はないと判断して、短絡フラグFを値0に設定する(ステップS130)。短絡フラグFは、ダイオードD2に短絡が生じている可能性がないときには値0に設定され、ダイオードD2に短絡が生じている可能性があるときには値1に設定されるフラグである。
When it is determined in the process of step S120 that the ratio Ri is equal to or greater than the predetermined ratio Rref, it is determined that the diode D2 may not be short-circuited, and the short-circuit flag F is set to the value 0 (step S130). .. The short-circuit flag F is a flag that is set to a
続いて、オフ時間Toffが所定時間Trefを超えているか否かを判定する(ステップS160)。ここで、所定時間Trefは、FC昇圧コンバータ42のスイッチング素子S1,S2をオフする時間として、FC昇圧コンバータ42をスイッチング制御する際のデューティ比(スイッチング素子S1,S2を制御するためのゲート信号の周期に対するスイッチング素子S1,S2をオンする時間の割合)から定めた値である。したがって、ステップS160の処理は、スイッチング素子S1,S2をオフしている時間がFC昇圧コンバータ42をスイッチング制御する際のデューティ比に対応する時間を超えたか否かを判定する処理となっている。
Then, it is determined whether the off time Toff exceeds the predetermined time Tref (step S160). Here, the predetermined time Tref is a time for turning off the switching elements S1 and S2 of the
オフ時間Toffが所定時間Trefを超えていないときには、ステップS110の処理に戻り、オフ時間Toffが所定時間Trefを超えているときには、短絡フラグFが値0であるか否かを調べる(ステップS170)。短絡フラグFが値1であるときには、ダイオードD2に短絡が生じている可能性があると判断され、ステップS110の処理へ戻り、短絡フラグFが値0のときには、ダイオードD2に短絡が生じている可能性はないと判断して、スイッチング素子S1,S2のゲートをオンして(ステップS180)、本ルーチンを終了する。今、短絡フラグが値0であるときを考えているから、スイッチング素子S1,S2のゲートをオンされることになる。こうした処理により、ダイオードD2に短絡が生じている可能性がないときには、オフ時間Toffが所定時間Trefを超えるとスイッチング素子S1,S2のゲートをオンとする。すなわち、FC昇圧コンバータ42をスイッチング制御する際のデューティ比に対応する時間だけスイッチング素子S1,S2をオフとするから、不必要にスイッチング素子S1,S2をオフとする時間が長くなることを抑制することができる。
When the off time Toff does not exceed the predetermined time Tref, the process returns to step S110, and when the off time Toff exceeds the predetermined time Tref, it is checked whether or not the short-circuit flag F is 0 (step S170). .. When the short-circuit flag F has a value of 1, it is determined that the diode D2 may have a short circuit, and the process returns to step S110. When the short-circuit flag F has a value of 0, the diode D2 has a short circuit. When it is determined that there is no possibility, the gates of the switching elements S1 and S2 are turned on (step S180), and this routine ends. Now, considering that the short-circuit flag has a value of 0, the gates of the switching elements S1 and S2 are turned on. By such processing, when there is no possibility that the diode D2 is short-circuited, the gates of the switching elements S1 and S2 are turned on when the off time Toff exceeds the predetermined time Tref. That is, since the switching elements S1 and S2 are turned off for a time corresponding to the duty ratio when the
ステップS120の処理で割合Riが所定割合Rref未満であると判定されたときには、ダイオードD2に短絡が生じている可能性があると判断して、短絡フラグFに値1を設定し(ステップS140)、続いて、電流ILが値0未満であるか否かを判定する(ステップS150)。図3は、スイッチング素子S1,S2のゲート電圧Vg,電流ID2,ダイオードD2の順方向電圧VD2,電流ID1,IL,電圧VHfcから電圧VLfcを減じた電圧差dVfcの時間変化の一例を示す説明図である。今、昇降圧コンバータ52は、コンデンサ54の電圧VHが目標電圧VH*(基本値VHb)となるように制御されるから、コンデンサ54の電圧VHが目標電圧VH*(基本値VHb)に維持される。そのため、コンデンサ44の電圧VHfcも、目標電圧VH*(基本値VHb)に維持され、電圧差dVが一定値に維持される。スイッチング素子S1,S2をオフとした状態で、ダイオードD2に短絡が生じると(時間t1)、ダイオードD2のショットキー障壁がなくなり、順方向電圧VD2が下がる。リアクトルLの電流ILは、電圧VHfcから電圧VLfcを減じた値をリアクトルLのインダクタンスL1で除した傾き(=VHfc−VLfc/L1)で減少し、値0となる(時間t2)。さらに、こうした状態が継続すると、インバータ側電力ライン60からリアクトルLの方向へ電流が流れ始めるから、電流ILが値0未満であるか否かを判定することにより、ダイオードD2に短絡が生じていることを判定することができる。したがって、ステップS140の処理は、ダイオードD2に短絡が生じているか否かを判定する(確定する)処理となっている。
When it is determined that the ratio Ri is less than the predetermined ratio Rref in the process of step S120, it is determined that the diode D2 may be short-circuited, and the short-circuit flag F is set to the value 1 (step S140). Then, it is determined whether the current IL is less than 0 (step S150). FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a change over time of the voltage difference dVfc obtained by subtracting the voltage VLfc from the gate voltage Vg of the switching elements S1 and S2, the current ID2, the forward voltage VD2 of the diode D2, the currents ID1 and IL, and the voltage VHfc. Is. Now, the buck-
ステップS150で電流ILが値0以上であると判定されたときには、ダイオードD2に短絡が生じている可能性はあるが確定はできないと判断して、ステップS160の処理に進み、オフ時間Toffが所定時間Trefを超えているか否かを判定する(ステップS160)。オフ時間Toffが所定時間Trefを超えていないときには、ステップS110の処理に戻り、スイッチング素子S1,S2のオフ制御を継続する。オフ時間Toffが所定時間Trefを超えているときには、短絡フラグFが値0か否かを判定する(ステップS170)。今、短絡フラグFが値1であるときを考えているから、ステップS110の処理へ戻り、スイッチング素子S1,S2のオフ制御を継続する。
When it is determined in step S150 that the current IL is equal to or greater than 0, it is determined that the diode D2 may be short-circuited but cannot be confirmed, and the process proceeds to step S160 to set the off time Toff to a predetermined value. It is determined whether the time Tref is exceeded (step S160). When the off time Toff does not exceed the predetermined time Tref, the process returns to step S110, and the off control of the switching elements S1 and S2 is continued. When the off time Toff exceeds the predetermined time Tref, it is determined whether or not the short-circuit flag F is 0 (step S170). Since it is now considered that the short-circuit flag F has the
こうしてスイッチング素子S1,S2のオフ制御を継続した状態で、ステップS150の処理で電流ILが値0未満であると判定されたときには、ダイオードD2に短絡が生じていると判断して、電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御する(ステップS190)。電流ILが値0未満である状態、すなわち、インバータ側電力ライン60から燃料電池40に向けて電流が流れる状態が継続すると、燃料電池40に電圧VLfcを超える電圧が印加され、燃料電池40の電気分解が生じて劣化する場合がある。しかしながら、ステップS190の処理において、電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御することにより、インバータ側電力ライン60の電圧とコンデンサ44の電圧VHfcとをコンデンサ55の電圧VLfcと同一または電圧VLfc近傍の電圧とし、リアクトルLの電流ILを値0もしくは値0近傍の小さな電流値とすることができる。これにより、燃料電池40の劣化を抑制することができる。
When it is determined in step S150 that the current IL is less than 0 while the OFF control of the switching elements S1 and S2 is continued, it is determined that the diode D2 is short-circuited and the voltage VH is The step-up/down
こうして電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御したら、リレー63をオフとする(ステップS200)。電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御して、インバータ側電力ライン60の電圧とコンデンサ44の電圧VHfcとの電圧差を値0もしくは小さくした状態でリレー63をオフすることにより、リレー63の接点が溶着することを抑制できる。
After controlling the step-up/down
こうしてリレー63をオフとしたら、バッテリ50からの電力をインバータ34へ供給してモータ32を駆動して走行するバッテリEV走行(退避走行)を開始して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。こうした処理により、FC昇圧コンバータ42のダイオードD2に短絡が生じたときでも、モータ32を駆動して燃料電池車20を走行させることができる。
When the relay 63 is turned off in this way, battery EV traveling (retracting traveling) in which electric power from the
以上説明した実施例の燃料電池車20によれば、コンデンサ44,54の電圧VHfc,VH(インバータ側電力ライン60の電圧)が目標電圧VH*(VHfc*)となるようにFC昇圧コンバータ42のスイッチング素子S1,S2をスイッチング制御すると共に昇降圧コンバータ52の各スイッチング素子を制御し、スイッチング素子S1,S2をオフしている場合において、割合Riが所定割合Rref未満であるときには、スイッチング素子S1,S2のオフを継続させると共に、コンデンサ54の電圧VH(インバータ側電力ライン60の電圧)が目標電圧VH*となるように昇降圧コンバータ52を制御し、スイッチング素子S1,S2のオフを継続させている場合において、ダイオードD2から燃料電池40へ電流が流れ始めたときには、コンデンサ54の電圧VH(インバータ側電力ライン60の電圧)がコンデンサ45の電圧VLfc(燃料電池40の電圧)となるように昇降圧コンバータ52を制御することにより、ダイオードD2の短絡を適正に判定すると共に、燃料電池40の劣化を抑制することができる。
According to the
実施例の燃料電池車20では、ステップS190の処理の後にステップS200,S210の処理を実行しているが、ステップS200,S210の処理を実行しなくてもよい。
In the
実施例の燃料電池車20では、ステップS150の処理で電流ILが値0未満であると判定されると、直ちにステップS190の処理へ進み、電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御しているが、ステップS150の処理で電流ILが値0未満であると判定されてから、燃料電池40の劣化の程度が小さい範囲内の時間が経過してから、ステップS190の処理へ進み、電圧VHが電圧VLfcとなるように昇降圧コンバータ52を制御してもよい。
In the
実施例の燃料電池車20では、FC昇圧コンバータ42は、昇圧部43の下アームにスイッチング素子S1,S2を備えているが、少なくとも一つの半導体スイッチング素子を下アームに備えていればよいから、一つの半導体スイッチング素子を備えていてもよいし、3つ以上の半導体スイッチング素子を備えていてもよい。
In the
実施例の燃料電池車20では、インバータ34とFC昇圧コンバータ42との間にリレー63を備えているが、リレー63を備えていなくてもよい。
Although the
実施例では、本発明を、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26にモータ32が接続された燃料電池車20に適用する場合について例示しているが、こうした車両に限定するものではなく、モータ32を備える他の装置に適用しても構わない。また、FC昇圧コンバータ42や昇降圧コンバータ52がモータ32を駆動するためのインバータ34に接続されている場合に限定されるものではなく、FC昇圧コンバータ42や昇降圧コンバータ52が他の装置に接続されていてもよい。
In the embodiment, the present invention is applied to the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、FC昇圧コンバータ42が「昇圧コンバータ」に相当し、モータ32およびインバータ34が「負荷」に相当し、昇降圧コンバータ52が「昇降圧コンバータ」に相当し、ECU70が「制御装置」に相当する。
Correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is that the embodiment implements the invention described in the section of means for solving the problem. This is an example for specifically explaining the mode for carrying out the invention, and does not limit the elements of the invention described in the column of means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be made based on the description in that column, and the embodiment is the invention of the invention described in the column of means for solving the problem. This is just a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be implemented.
本発明は、制御装置の製造産業などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the control device manufacturing industry and the like.
20 燃料電池車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、34 インバータ、40 燃料電池、42 FC昇圧コンバータ、43 昇圧部、43a,43b 電流センサ、44,45 コンデンサ、45a 電圧センサ、50 バッテリ、52 昇降圧コンバータ、53 昇降圧部、54,55 コンデンサ、60 インバータ側電力ライン、61 燃料電池側電力ライン、62 バッテリ側電力ライン、63 リレー、70 ECU、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、D1,D2 ダイオード、S1,S2 スイッチング素子、L リアクトル。 20 fuel cell vehicle, 22a, 22b drive wheels, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 34 inverter, 40 fuel cell, 42 FC boost converter, 43 booster section, 43a, 43b current sensor, 44, 45 capacitor, 45a Voltage sensor, 50 battery, 52 step-up/down converter, 53 step-up/down unit, 54, 55 capacitor, 60 inverter side power line, 61 fuel cell side power line, 62 battery side power line, 63 relay, 70 ECU, 80 ignition switch, 81 shift lever, 82 shift position sensor, 83 accelerator pedal, 84 accelerator pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, D1, D2 diode, S1, S2 switching element, L reactor.
Claims (1)
前記第1電力ラインとバッテリに接続された第3電力ラインとに接続された昇降圧コンバータと、
を制御する制御装置であって、
前記第1電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記昇圧コンバータの前記半導体スイッチング素子をスイッチング制御すると共に前記昇降圧コンバータを制御し、
前記半導体スイッチング素子をオフしている場合において、前記リアクトルの電流に対する前記2つのダイオードのうちの一方のダイオードの電流の割合が所定割合未満であるときには、前記半導体スイッチング素子のオフを継続させるオフ継続制御を実行すると共に、前記第1電力ラインの電圧が前記目標電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御し、
前記オフ継続制御を実行している場合において、前記2つのダイオードのうちの他方のダイオードから前記燃料電池へ電流が流れ始めたときには、前記第1電力ラインの電圧が前記第2電力ラインの電圧となるように前記昇降圧コンバータを制御する、
制御装置。 Two diodes forming an upper arm and connected in parallel to each other, at least one semiconductor switching element forming a lower arm, and a reactor having one end connected to a connection point between the upper arm and the lower arm are provided. And a boost converter connected to the first power line to which the load is connected and the second power line to which the fuel cell is connected,
A buck-boost converter connected to the first power line and a third power line connected to the battery;
A control device for controlling
Switching control of the semiconductor switching element of the boost converter and control of the buck-boost converter so that the voltage of the first power line becomes a target voltage,
In the case where the semiconductor switching element is turned off, when the ratio of the current of one of the two diodes to the current of the reactor is less than a predetermined ratio, the off continuation of continuing the turning off of the semiconductor switching element Controlling the buck-boost converter so that the voltage of the first power line becomes the target voltage.
In the case where the off continuation control is executed, when the current starts flowing from the other diode of the two diodes to the fuel cell, the voltage of the first power line becomes equal to the voltage of the second power line. To control the buck-boost converter,
Control device.
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