CN107082023A - 二次电池切离方法及电力供给系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次电池切离方法及电力供给系统，进行电力供给系统中的二次电池从电力供给路径的切离，其中，在检测到所述二次电池存在异常之后，将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为所述规定值以下时，不进行所述二次电池从所述电力供给路径的切离，另一方面，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比所述规定值大时，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池切离方法及电力供给系统。
背景技术
在作为向负载的电力供给源具备燃料电池及二次电池的燃料电池系统中，在二次电池发生异常时使继电器工作来将二次电池与负载之间的电路切断，由此将二次电池与辅机、行驶用电动机切离(例如，参照国际公开第2013/099009)。
发明内容
在使继电器工作来切断电路的情况下，即使对于行驶用电动机使转矩指令为零，在电流从二次电池向行驶用电动机流动时，也存在继电器发生损伤的可能性。
本发明提供一种能够抑制继电器的损伤并将二次电池从系统平顺地切离的二次电池切离方法及电力供给系统。
本发明的第一方式的二次电池切离方法是进行电力供给系统中的二次电池从电力供给路径的切离的二次电池切离方法，所述电力供给系统能够从所述二次电池通过所述电力供给路径向行驶用电动机供给电力。所述电力供给系统具备转换器、蓄电部、继电器和控制部，所述转换器设于所述二次电池与所述行驶用电动机之间的电力供给路径，所述蓄电部设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述行驶用电动机的部位，所述继电器设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述二次电池侧处，所述控制部对所述行驶用电动机、所述转换器及所述继电器进行控制。二次电池切离方法包括：检测所述二次电池是否存在异常；在检测到所述二次电池存在异常之后，将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断；判定所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差是否比规定值大；以及在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下时，不进行所述二次电池从所述电力供给路径的切离，另一方面，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比规定值大时，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
根据上述第一方式，在蓄电部的电压与二次电池的电压之差比规定值大时，电流不从二次电池向行驶用电动机侧流动。因此，在该状态下使继电器工作来将二次电池从电力供给路径切离，由此使继电器对电路的切断为无电弧开放。由此，能够抑制由于在电路的切断时产生的电弧而继电器发生熔敷并损伤的那样的不良情况。
在上述第一方式中，还可以在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下的情况下，通过所述行驶用电动机的再生来对所述蓄电部进行充电，直至所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差变得比规定值大为止。
根据上述方式，能够通过行驶用电动机的再生来提高蓄电部的电压，使蓄电部的电压相对于二次电池的电压比规定值大，使电流不从二次电池向行驶用电动机侧流动。
在上述方式中，也可以是，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比所述规定值大的情况下，在使所述电力供给系统的所有辅机停止之后，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
在上述方式中，也可以是，使所述电力供给系统的所有辅机为预先设定的最低限度的驱动，使消耗电力为最小化，从而将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断。
在上述方式中，也可以是，所述规定值是根据计测所述电压的传感器的误差、所述蓄电部的容量而决定的电压值。
本发明的第二方式的电力供给系统是能够从二次电池通过电力供给路径向行驶用电动机供给电力的电力供给系统。所述电力供给系统具备转换器、蓄电部、继电器和控制部，所述转换器设于所述二次电池与所述行驶用电动机之间的电力供给路径，所述蓄电部设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述行驶用电动机的部位，所述继电器设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠近所述二次电池的部位，所述控制部对所述行驶用电动机、所述转换器及所述继电器进行控制。所述控制部构成为，i)检测所述二次电池的异常，ii)在检测到所述二次电池的异常之后，将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断，iii)判定所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差是否比规定值大，iv)在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下时，不进行所述二次电池从所述电力供给路径的切离，另一方面，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比规定值大时，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
在上述第二方式中，也可以是，所述控制部构成为，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下的情况下，通过所述行驶用电动机的再生来对所述蓄电部进行充电，直至所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差变得比规定值大为止。
根据本发明的二次电池切离方法及电力供给系统，能够抑制继电器的损伤并将二次电池从系统平顺地切离。
附图说明
本发明的实施方式的特征、优点、技术及工业意义通过参照附图如下来描述，其中相同的数字表示相同的元件，其中，
图1是适用本发明的实施方式的二次电池切离方法的燃料电池系统的概略结构图。
图2是表示本发明的实施方式的二次电池切离方法中的无电弧开放控制的流程图。
具体实施方式
接着，说明本发明的二次电池切离方法的实施方式。需要说明的是，在本实施方式中，以具备燃料电池的燃料电池系统为例进行说明。
图1是适用本发明的实施方式的二次电池切离方法的燃料电池系统的概略结构图。如图1所示，本实施方式的燃料电池系统(电力供给系统)11具备燃料电池12及二次电池20作为向负载的电力供给源。
燃料电池12例如为高分子电解质型燃料电池，成为层叠多个单电池的堆叠构造。单电池成为在由离子交换膜构成的电解质的一面上具有空气极，在另一面上具有燃料极，而且以从两侧夹持空气极及燃料极的方式具有一对分隔件的构造。并且，向一侧的分隔件的氢气流路供给作为燃料气体的氢气，向另一侧的分隔件的氧化气体流路供给作为氧化气体的空气，通过这些气体发生电化学反应来产生电力。
燃料电池12与牵引电动机13及驱动电动机14经由电力供给路径A连接。牵引电动机13是用于使车辆行驶的电动机，驱动电动机14是向燃料电池12压送空气(氧化气体)的压缩机用的电动机。在该电力供给路径A上从燃料电池12侧依次设有FC升压转换器15、电容器17及IPM(Intelligent Power Module：智能功率模块)16。
FC升压转换器15是直流的电压转换器，对从燃料电池12输入的直流电压进行调整并向IPM16侧输出。牵引电动机13及驱动电动机14例如为三相交流电动机，IPM16将直流电流转换成三相交流并向牵引电动机13及驱动电动机14供给。
在电力供给路径A上连接有电力供给路径B。电力供给路径A与电力供给路径B的连接点X位于FC升压转换器15与IPM16之间。在电力供给路径B的一端连接有二次电池20，在二次电池20与连接点X之间设有蓄电池升压转换器22。
二次电池20能够基于来自控制部30的控制信号，将燃料电池12的输出电力的剩余部分、牵引电动机13的再生电力进行充电，或者在相对于牵引电动机13、驱动电动机14的驱动所需要的电力而燃料电池12的输出电力不足的情况下补给该不足量的电力，或者向后述的辅机电动机25、26供给电力。在二次电池20中设有对与电力供给路径B之间的电路进行开闭的继电器21。
蓄电池升压转换器22是直流的电压转换器，具有对从二次电池20输入的直流电压进行调整并向牵引电动机13、驱动电动机14侧输出的功能和对从燃料电池12或牵引电动机13输入的直流电压进行调整并向二次电池20及/或辅机电动机25、26输出的功能。通过这样的蓄电池升压转换器22的功能，实现二次电池20的充放电。
并且，通过这样的蓄电池升压转换器22的功能，在燃料电池系统11的通常运转时，控制向IPM16的输入电压，另一方面，在二次电池20成为从燃料电池系统11切离的状态的情况(二次电池20发生异常时)下，能够进行从燃料电池12向辅机电动机25、26的供电。
在电力供给路径B的低电压侧(二次电池20侧)连接有电力供给路径C、D。电力供给路径B与电力供给路径C、D的连接点Y、Z位于蓄电池升压转换器22与二次电池20之间。在电力供给路径C、D上设有辅机变换器23、24及辅机电动机25、26。
辅机电动机25是对用于使从燃料电池12的氢气流路排出的氢废气向燃料电池12回流的氢泵进行驱动的电动机。辅机电动机26是对用于使燃料电池12的调温所使用的冷却水循环的冷却水泵进行驱动的电动机。辅机变换器23、24分别将直流电流转换成三相交流并向辅机电动机25、26供给。
控制部30是用于统一控制燃料电池系统11的计算机系统，具有例如中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。控制部30接受从各种传感器供给的信号(例如表示加速器开度的信号、表示车速的信号、表示燃料电池12的输出电流或输出电压的信号等)的输入，算出包括牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26在内的负载整体的要求电力。
需要说明的是，本实施方式的控制部30也能够基于从设于二次电池20或其周边的传感器类供给的信号来检测二次电池20的故障等异常的发生。即，控制部30兼具作为异常检测部的功能。
而且，控制部30在检测到二次电池20发生异常的情况下，使继电器21工作来将二次电池20切离，切断从二次电池20向牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26的电力供给。
作为除牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26以外的负载，有由车辆行驶所需要的装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)消耗的电力、由在乘员空间内配置的装置(空调装置、照明器具、音响等)消耗的电力等。
控制部30决定燃料电池12和二次电池20的各输出电力的分配，算出发电指令值。更具体而言，控制部30在算出对于燃料电池12及二次电池20的要求电力时，以获得这些要求电力的方式控制FC升压转换器15及蓄电池升压转换器22的动作。
控制部30在包括二次电池20未发生异常时在内的通常运转时，使FC升压转换器15控制燃料电池12的输出电压，并且使蓄电池升压转换器22控制向牵引电动机13、驱动电动机14侧的输出电压，换言之，控制向IPM16的输入电压，但是在二次电池20发生异常时，使蓄电池升压转换器22控制向辅机电动机25、26的输出电压，并且使FC升压转换器15控制其输出电压，换言之，以使向IPM16的输入电压符合包括牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26的驱动输出在内的燃料电池系统11整体的要求输出的方式进行控制。
本实施方式的燃料电池系统11在控制部30检测到二次电池20的故障(异常)时，使继电器21工作来将二次电池20切离，由此将系统控制更换为无蓄电池退避行驶模式并继续车辆运转。
可是，在使继电器21工作来将二次电池20从燃料电池系统11切离时，即使对于牵引电动机13使转矩指令为零，在电流从二次电池20向牵引电动机13流动时，也存在继电器21发生熔敷并损伤的可能性。
因此，在本实施方式的燃料电池系统11中，控制部30进行以下的无电弧开放控制。
图2是表示本发明的实施方式的二次电池切离方法中的无电弧开放控制的流程图。
(异常检测步骤、电流切断步骤)控制部30在检测到二次电池20的故障等异常时(步骤S1)，使燃料电池系统11的所有辅机(牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26等)为预先设定的最低限度的驱动，因此使消耗电力最小化。由此，燃料电池12几乎成为发电停止状态，使FC升压转换器15及蓄电池升压转换器22停止。于是，通过停止的蓄电池升压转换器22将向二次电池20侧的电流的流动切断(步骤S2)。
(电压判定步骤)在该状态下，控制部30比较电容器17的电压即电容器电压Vc与二次电池20的电压即电池电压Vb。并且，如下式(1)所示，判定是否电容器电压Vc大于电池电压Vb加上规定值Vs而得到的电压值，即判定是否电容器电压Vc与电池电压Vb之差比规定值Vs大(步骤S3)。
Vc-Vb＞Vs…(1)
在此，规定值Vs是根据电压传感器等传感器的误差、电容器17的容量等来决定的电压值。
(充电步骤)在电容器电压Vc为电池电压Vb加上规定值Vs而得到的电压值以下的情况下，即在电容器电压Vc与电池电压Vb之差为规定值Vs以下的情况下(步骤S3：否)，控制部30不使继电器21工作，换言之，不将二次电池20从电力供给路径B切离，而是通过牵引电动机13的再生来向电容器17充电，使电容器电压Vc升压(步骤S4)。基于该牵引电动机13的再生进行的电容器17的充电与使用者的要求等无关地继续至电容器电压Vc与电池电压Vb之差变得比规定值Vs大为止。
可是，在车辆以高速行驶的高车速状态下，牵引电动机13的转速较高，因此在使电容器电压Vc升压时，电容器17可能成为过电压状态。在该情况下，控制部30使空气压缩机的驱动电动机14驱动。于是，通过驱动电动机14的驱动而使电容器电压Vc降压，抑制电容器17的过电压。
(切离步骤)在电容器电压Vc大于电池电压Vb加上规定值Vs而得到的电压值的情况下，即在电容器电压Vc与电池电压Vb之差比规定值Vs大的情况下(步骤S3：是)，控制部30使燃料电池系统11的所有辅机(牵引电动机13、驱动电动机14及辅机电动机25、26等)停止，然后使继电器21工作来将二次电池20从电力供给路径B切离(步骤S5)。
此时，由于处于电容器电压Vc与电池电压Vb之差比规定值Vs大的状态，所以电流不会从二次电池20连接的电力供给路径B向牵引电动机13及驱动电动机14连接的电力供给路径A流动。因此，使继电器21对电路的切断为无电弧开放，抑制在切断时产生电弧并发生熔敷的这样的不良情况。
需要说明的是，若电容器电压Vc与电池电压Vb相同，则电流不会从二次电池20连接的电力供给路径B向牵引电动机13及驱动电动机14连接的电力供给路径A流动。但是，在该情况下，由于电容器17放电，所以电容器电压Vc会变得比电池电压Vb小，电流从二次电池20流动，在该状态下可能使继电器21工作。因此，在电容器电压Vc与电池电压Vb的比较中，将根据电压传感器等传感器的误差、电容器17的容量等来决定的电压值作为规定值Vs而具有余量。
如以上说明的那样，根据本实施方式的二次电池切离方法，在电容器电压Vc与电池电压Vb之差比规定值Vs大时，电流不从二次电池20向牵引电动机13侧流动。因此，在该状态下使继电器21工作来将二次电池20从电力供给路径B切离，由此使继电器21对电路的切断为无电弧开放。由此，能够抑制在电路的切断时产生电弧而继电器21发生熔敷并损伤的这样的不良情况。
并且，在电容器电压Vc相对于电池电压Vb为规定值以下的情况下，通过牵引电动机13的再生对电容器17进行充电来提高电容器电压Vc，使电容器电压Vc与电池电压Vb之差比规定值大。由此，能够使电流不从二次电池20向牵引电动机13侧流动。
需要说明的是，在上述实施方式中，在电力供给路径A上设置了电容器17，但只要是蓄电的设备即可，并不限于电容器17，例如也可以设置二次电池等。
并且，在上述实施方式中，作为具备二次电池20的电力供给系统，以具备燃料电池12的燃料电池系统11为例进行了说明，但作为电力供给系统，也可以是例如电动汽车等那样不具备燃料电池12的系统。
Claims (7)
1.一种二次电池切离方法，进行电力供给系统中的二次电池从电力供给路径的切离，所述电力供给系统能够从所述二次电池通过所述电力供给路径向行驶用电动机供给电力，所述电力供给系统具备转换器、蓄电部、继电器和控制部，所述转换器设于所述二次电池与所述行驶用电动机之间的电力供给路径，所述蓄电部设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述行驶用电动机的部位，所述继电器设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述二次电池的部位，所述控制部对所述行驶用电动机、所述转换器及所述继电器进行控制，
所述二次电池切离方法包括：
检测所述二次电池是否存在异常；
在检测到所述二次电池存在异常之后，将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断；
判定所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差是否比规定值大；以及
在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为所述规定值以下时，不进行所述二次电池从所述电力供给路径的切离，另一方面，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比所述规定值大时，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
2.根据权利要求1所述的二次电池切离方法，其中，还包括：
在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为所述规定值以下的情况下，通过所述行驶用电动机的再生来对所述蓄电部进行充电，直至所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差变得比所述规定值大为止。
3.根据权利要求1所述的二次电池切离方法，其中，
在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比所述规定值大的情况下，在使所述电力供给系统的所有辅机停止之后，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池切离方法，其中，
使所述电力供给系统的所有辅机为预先设定的最低限度的驱动，使消耗电力为最小化，从而将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的二次电池切离方法，其中，
所述规定值是根据计测所述电压的传感器的误差、所述蓄电部的容量而决定的电压值。
6.一种电力供给系统，能够从二次电池通过电力供给路径向行驶用电动机供给电力，具备转换器、蓄电部、继电器和控制部，
所述转换器设于所述二次电池与所述行驶用电动机之间的电力供给路径，
所述蓄电部设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述行驶用电动机的部位，
所述继电器设于所述电力供给路径中的比所述转换器靠所述二次电池的部位，
所述控制部对所述行驶用电动机、所述转换器及所述继电器进行控制，
所述控制部构成为，
i)检测所述二次电池的异常，
ii)在检测到所述二次电池的异常之后，将通过所述转换器的向所述二次电池侧的电流的流动切断，
iii)判定所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差是否比规定值大，
iv)在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下时，不进行所述二次电池从所述电力供给路径的切离，另一方面，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差比规定值大时，使所述继电器工作来将所述二次电池从所述电力供给路径切离。
7.根据权利要求6所述的电力供给系统，其中，
所述控制部构成为，在判定为所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差为规定值以下的情况下，通过所述行驶用电动机的再生来对所述蓄电部进行充电，直至所述蓄电部的电压与所述二次电池的电压之差变得比规定值大为止。
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