JP2002044807A - Power supply for electric vehicle - Google Patents

Power supply for electric vehicle

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JP2002044807A
JP2002044807A JP2000226934A JP2000226934A JP2002044807A JP 2002044807 A JP2002044807 A JP 2002044807A JP 2000226934 A JP2000226934 A JP 2000226934A JP 2000226934 A JP2000226934 A JP 2000226934A JP 2002044807 A JP2002044807 A JP 2002044807A
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fuel cell
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converter
power supply
power
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JP2000226934A
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Soichi Shiozawa
総一 塩澤
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Yamaha Motor Co Ltd
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  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply for an electric vehicle, which suppresses deterioration of a fuel cell by preventing the fuel cell from supplying excessive current when the power demand abruptly increases from the drive motor. SOLUTION: The power supply has a first power supply having a DC/DC converter 5 at the output of a fuel cell 2 and a second power supply consisting of a secondary battery 3, both parallel connected to the vehicle drive motor 1. Further it has a control means 20a to control the power from the first power supply by controlling the output instruction signal to the above DC/DC converter 5 and supplies power to the drive motor from the first and/or the second power supply to meet the demand from the above motor 1. The above control means 20a changes the output instruction signal to the above DC/DC converter 5 to increase the current when the load demand increases from the motor 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電動車両の電力供給
装置に関し、特に、燃料電池と二次電池とを組合せたハ
イブリッド電源からなる電動車両の電力供給装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device for an electric vehicle, and more particularly to a power supply device for an electric vehicle comprising a hybrid power supply in which a fuel cell and a secondary battery are combined.

【0002】[0002]

【従来の技術】車両駆動用モータの電源として燃料電池
を用いた電動車両において、燃料電池の電力を補うとと
もに要求負荷への応答性を高めるために、車両に燃料電
池とともに二次電池を搭載し、これら2つの電源を用い
てモータを駆動するハイブリッド電動車両が開発されて
いる。このように二次電池を併用することにより、車両
に搭載する燃料電池の重量や容積を軽減し且つ大電力が
必要な場合に対処するとともに燃料電池の応答性をカバ
ーすることができる。
2. Description of the Related Art In an electric vehicle using a fuel cell as a power source for a vehicle driving motor, a secondary battery is mounted on the vehicle together with the fuel cell in order to supplement the electric power of the fuel cell and increase the responsiveness to a required load. A hybrid electric vehicle that drives a motor using these two power sources has been developed. By thus using the secondary battery together, it is possible to reduce the weight and volume of the fuel cell mounted on the vehicle, cope with a case where a large amount of power is required, and cover the responsiveness of the fuel cell.

【0003】このようなハイブリッド電動車両におい
て、モータからの要求負荷に応じて、燃料電池と二次電
池からの電力供給配分を変えて負荷や電池容量等に対応
した最適な分担割合でモータを駆動することが考えられ
ている。例えば、図8(A)に示すように、変動する要
求負荷aに対し、燃料電池(FC)の最大電力を超える
ピーク負荷時にはその超える分を二次電池からの放電で
補い、燃料電池の最大電力以下のときにはその剰余電力
で二次電池を充電する。また、同図(B)に示すよう
に、要求負荷aが常に燃料電池の最大電力を超えている
ときには二次電池を充電することなく常に燃料電池と二
次電池からの放電によりモータに電力を供給する。ま
た、同図(C)に示すように、要求負荷が常に燃料電池
の最大電力より小さいときには燃料電池のみでモータを
駆動しつつ剰余電力で二次電池を充電する。
In such a hybrid electric vehicle, the power supply distribution from the fuel cell and the secondary battery is changed according to the load required by the motor, and the motor is driven at an optimum sharing ratio corresponding to the load, the battery capacity, and the like. Is thought to be. For example, as shown in FIG. 8 (A), when the peak load exceeds the maximum power of the fuel cell (FC), the excess of the required load a is compensated for by the discharge from the secondary battery. When the power is lower than the power, the secondary battery is charged with the surplus power. Also, as shown in FIG. 4B, when the required load a always exceeds the maximum power of the fuel cell, the electric power is always supplied to the motor by discharging the fuel cell and the secondary battery without charging the secondary battery. Supply. When the required load is always smaller than the maximum power of the fuel cell, the secondary battery is charged with the surplus power while driving the motor only with the fuel cell, as shown in FIG.

【0004】このようなハイブリッド電動車両におい
て、全要求負荷に対する燃料電池側からの電力供給量の
割合を制御するために、燃料電池の出力側にDC/DC
コンバータを設け、運転状態や充電状態に応じてこのD
C/DCコンバータの出力指令値を変えることにより、
このDC/DCコンバータを介してモータに供給される
燃料電池からの電力配分を調整することが考えられてい
る。
In such a hybrid electric vehicle, in order to control the ratio of the amount of electric power supplied from the fuel cell to the total required load, DC / DC is applied to the output of the fuel cell.
A converter is provided, and this D
By changing the output command value of the C / DC converter,
Adjusting the distribution of power from the fuel cell supplied to the motor via the DC / DC converter has been considered.

【0005】この場合、燃料電池は適正な許容最大出力
となる定格電力値を有し、これを超える過負荷運転を行
うと、過電流が流れるとともに異常な電圧低下状態とな
り、燃料電池が劣化する。したがって、適正な許容値を
超えないように燃料電池を動作させる必要がある。
[0005] In this case, the fuel cell has a rated power value at which a proper allowable maximum output is obtained. If an overload operation exceeding this value is performed, an overcurrent flows and an abnormal voltage drop occurs, deteriorating the fuel cell. . Therefore, it is necessary to operate the fuel cell so as not to exceed an appropriate allowable value.

【0006】一方、燃料電池の異常な電圧低下を防止す
るための補機用電源が特開平11−154520公報に
記載されている。この公報記載の補機用電源は、独立で
発電可能に構成された燃料電池において、この燃料電池
の発電する電力の一部を前記燃料電池の単独発電に必要
な補機に供給可能にする補機用電源であって、前記燃料
電池の発電する電力の一部の電圧の変換を行うDC/D
Cコンバータと、このDC/DCコンバータの出力で充
電される電池と、前記DC/DCコンバータを通過する
前記燃料電池からの電力を制御する入力電流制限機構を
備えた構成である。このような構成により、燃料電池本
体の電圧低下などを起こさないでスムースに起動させる
ことを目的としている。
On the other hand, an auxiliary power supply for preventing an abnormal voltage drop of a fuel cell is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-154520. The power supply for auxiliary equipment described in this publication is an auxiliary power supply that can supply a part of the electric power generated by the fuel cell to the auxiliary equipment necessary for independent power generation of the fuel cell in a fuel cell configured to be able to generate power independently. DC / D for converting the voltage of a part of the electric power generated by the fuel cell
The configuration includes a C converter, a battery charged by the output of the DC / DC converter, and an input current limiting mechanism for controlling power from the fuel cell passing through the DC / DC converter. With such a configuration, an object is to smoothly start the fuel cell without causing a voltage drop or the like of the fuel cell main body.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ハイブリッド電動車両において、急加速あるいはその他
の負荷の急増が生じた場合、二次電池側の残存容量が少
ないときやエネルギー密度が小さいときあるいは電池が
劣化しているときなどには、急激な負荷が燃料電池にか
かり、急増した負荷分の電流が燃料電池側から流れて、
この負荷電流の増加により燃料電池の電圧が極度に低下
し正常な発電機能が阻害されるとともに電極板等の劣化
を来たすおそれがある。
However, in the above-described hybrid electric vehicle, when sudden acceleration or other sudden increase in load occurs, when the remaining capacity of the secondary battery is small, when the energy density is small, or when the battery is used. When the battery is deteriorated, a sudden load is applied to the fuel cell, and the current for the suddenly increased load flows from the fuel cell,
Due to the increase in the load current, the voltage of the fuel cell is extremely reduced, and a normal power generation function may be impaired, and the electrode plate and the like may be deteriorated.

【0008】一方、前述の公報記載の補機用電源は、起
動初期の燃料電池の低電圧時に燃料電池から補機への電
力供給を停止して二次電池から補機へ電力を供給するも
のであり、燃料電池の電圧が所定の値に達したら燃料電
池のみから補機に電力を供給する。この起動初期におけ
る燃料電池から補機への電力供給量の割合をDC/DC
コンバータのデューティ比を変えて制御する。したがっ
て、起動後の通常運転状態における駆動モータ側からの
急激な要求負荷増加への対応を考慮していない。このた
め、負荷急増時に前述のように燃料電池が劣化するおそ
れがある。
On the other hand, the power supply for auxiliary equipment described in the above-mentioned publication stops power supply from the fuel cell to the auxiliary equipment and supplies electric power from the secondary battery to the auxiliary equipment at the time of low voltage of the fuel cell at the initial stage of startup. When the voltage of the fuel cell reaches a predetermined value, electric power is supplied only to the auxiliary device from the fuel cell. The ratio of the amount of power supply from the fuel cell to the auxiliary equipment in the initial stage of the start is DC / DC
Control is performed by changing the duty ratio of the converter. Therefore, no consideration is given to a response to a sudden increase in the required load from the drive motor in the normal operation state after startup. For this reason, the fuel cell may deteriorate as described above when the load suddenly increases.

【0009】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、車両駆動用モータからの要求負荷の急増時等に燃
料電池から過大な電力が供給されることを防止して燃料
電池の劣化を抑制した電動車両の電力供給装置の提供を
目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned prior art, and prevents excessive electric power from being supplied from a fuel cell when a required load from a vehicle drive motor suddenly increases, thereby preventing deterioration of the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a suppressed power supply device for an electric vehicle.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、燃料電池の出力側にDC/DCコンバ
ータを備えた第1電源と、二次電池からなる第2電源と
を並列して車両駆動用モータに接続し、前記DC/DC
コンバータへの出力指令信号を制御して前記第1電源か
らの出力を制御する制御手段を備え、前記モータからの
要求負荷に応じて第1電源および/または第2電源から
前記モータに電力を供給する電動車両の電力供給装置に
おいて、前記制御手段は、前記モータからの要求負荷増
加時に、負荷電流の増加に応じて前記DC/DCコンバ
ータの出力指令信号を変えることを特徴とする電動車両
の電力供給装置を提供する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a first power supply having a DC / DC converter on the output side of a fuel cell and a second power supply comprising a secondary battery are connected in parallel. Connected to the vehicle drive motor, and the DC / DC
Control means for controlling an output command signal to a converter to control the output from the first power supply, and supplying power to the motor from the first power supply and / or the second power supply in accordance with a required load from the motor In the electric vehicle power supply apparatus, the control means changes an output command signal of the DC / DC converter according to an increase in load current when a required load from the motor increases. Provide a supply device.

【0011】この構成によれば、燃料電池を第1電源と
し二次電池を第2電源として2つの電源を有するハイブ
リッド電動車両において、通常走行時における急激な負
荷の増加時等に、燃料電池からの出力電圧を調整する可
変型のDC/DCコンバータへの出力指令信号値が負荷
の増加に伴って上昇した場合、燃料電池の出力を監視し
て燃料電池出力が所定の許容値を超える状態になったと
きに、DC/DCコンバータの出力指令信号値を、負荷
増加分に応じて減算し、燃料電池からの過度な電力供給
を防止して燃料電池の劣化を抑制する。
According to this configuration, in a hybrid electric vehicle having two power sources using the fuel cell as the first power source and the secondary battery as the second power source, when the load suddenly increases during normal driving, etc. When the output command signal value to the variable DC / DC converter for adjusting the output voltage of the fuel cell rises with an increase in the load, the output of the fuel cell is monitored and the fuel cell output exceeds a predetermined allowable value. When this happens, the output command signal value of the DC / DC converter is subtracted according to the load increase, thereby preventing excessive power supply from the fuel cell and suppressing deterioration of the fuel cell.

【0012】好ましい構成例では、前記DC/DCコン
バータの出力側に電流センサおよび電圧センサを設け、
前記制御手段は、前記DC/DCコンバータの効率特性
マップを備え、該DC/DCコンバータの出力側の電流
および電圧の検出値から前記効率特性マップに基づいて
前記燃料電池の出力を算出し、この算出した燃料電池出
力に応じて前記DC/DCコンバータの出力指令信号を
変えることを特徴としている。
In a preferred configuration example, a current sensor and a voltage sensor are provided on the output side of the DC / DC converter,
The control means includes an efficiency characteristic map of the DC / DC converter, and calculates an output of the fuel cell based on the efficiency characteristic map from detected values of current and voltage on the output side of the DC / DC converter. The output command signal of the DC / DC converter is changed according to the calculated fuel cell output.

【0013】この構成によれば、DC/DCコンバータ
の出力側に設けた電流センサおよび電圧センサからの出
力側データから、予め実験等で求めたDC/DCコンバ
ータの効率特性マップに基づいてDC/DCコンバータ
の入力側の電力、すなわち燃料電池の出力が演算され
る。この演算により求めた燃料電池の出力が所定の許容
値より大きくなったら、DC/DCコンバータの出力指
令信号値を下げて燃料電池の出力を所定の定格値以下に
維持する。これにより、燃料電池出力を直接モニタする
ことなく、DC/DCコンバータの出力側データからそ
の入力側の燃料電池からの出力を演算して推定できるた
め、部品点数の削減や構造の簡素化が図られる。
[0013] According to this configuration, the DC / DC converter outputs the DC / DC converter data based on the DC / DC converter efficiency characteristic map obtained in advance through experiments or the like from the output side data from the current sensor and the voltage sensor provided on the output side. The power on the input side of the DC converter, that is, the output of the fuel cell is calculated. When the output of the fuel cell obtained by this calculation becomes larger than a predetermined allowable value, the output command signal value of the DC / DC converter is reduced to maintain the output of the fuel cell at a predetermined rated value or less. As a result, the output from the fuel cell on the input side can be calculated and estimated from the output side data of the DC / DC converter without directly monitoring the output of the fuel cell, thereby reducing the number of parts and simplifying the structure. Can be

【0014】別の好ましい構成例では、前記燃料電池と
DC/DCコンバータとの間に電流センサおよび電圧セ
ンサを設け、前記制御手段は、該電流センサおよび電圧
センサの検出信号に基づいて前記燃料電池の出力を算出
し、この算出した燃料電池出力に応じて前記DC/DC
コンバータの出力指令信号を変えることを特徴としてい
る。
In another preferred embodiment, a current sensor and a voltage sensor are provided between the fuel cell and the DC / DC converter, and the control means controls the fuel cell based on detection signals from the current sensor and the voltage sensor. Of the DC / DC according to the calculated fuel cell output.
It is characterized in that the output command signal of the converter is changed.

【0015】この構成によれば、燃料電池出力側に設け
た電流センサおよび電圧センサから直接燃料電池の電流
および電圧が検出され、この検出データに基づいて燃料
電池出力が算出され、この燃料電池出力が所定の許容値
より大きくなったら、DC/DCコンバータの出力指令
信号値を下げて燃料電池の出力を所定の定格値以下に維
持する。これにより、DC/DCコンバータの効率特性
マップを準備することなく燃料電池出力側の検出データ
に基づいて直接燃料電池出力を演算処理することができ
るため、演算処理のプログラムが簡素化する。
According to this configuration, the current and voltage of the fuel cell are directly detected from the current sensor and the voltage sensor provided on the output side of the fuel cell, and the output of the fuel cell is calculated based on the detected data. Is larger than a predetermined allowable value, the output command signal value of the DC / DC converter is reduced to maintain the output of the fuel cell at or below a predetermined rated value. Thus, the fuel cell output can be directly processed on the basis of the detection data on the fuel cell output side without preparing the efficiency characteristic map of the DC / DC converter, thereby simplifying the calculation processing program.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図1は、本発明が適用される
電動車両の電源供給装置全体のブロック構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of the entire power supply device for an electric vehicle to which the present invention is applied.

【0017】この実施形態は例えば自動二輪車の電源供
給装置である。車両の後輪(不図示)に連結された車両
駆動用モータ1の電源となる燃料電池2および二次電池
3がインターフェイス(IF)を介して2点鎖線で示す
コントローラ4に連結される。燃料電池2の出力側にD
C/DCコンバータ5が接続され第1の電源を構成す
る。第2の電源となる二次電池3はモータ1に対しこの
第1の電源に並列に接続される。DC/DCコンバータ
5は、出力可変型であり、出力指令信号に応じて燃料電
池2からの電圧をモータ駆動に必要な電圧に変換してモ
ータ1に電力を供給する。このDC/DCコンバータ5
により、運転状態や二次電池の容量等に応じて第1電源
および第2電源からモータ1に供給される電力の配分を
調整制御する。
This embodiment is, for example, a power supply device for a motorcycle. A fuel cell 2 and a secondary battery 3 serving as a power source of a vehicle driving motor 1 connected to a rear wheel (not shown) of the vehicle are connected to a controller 4 shown by a two-dot chain line via an interface (IF). D on the output side of the fuel cell 2
The C / DC converter 5 is connected and forms a first power supply. A secondary battery 3 serving as a second power supply is connected to the motor 1 in parallel with the first power supply. The DC / DC converter 5 is of a variable output type, and converts a voltage from the fuel cell 2 into a voltage required for driving the motor in accordance with an output command signal and supplies power to the motor 1. This DC / DC converter 5
Thereby, the distribution of the power supplied from the first power supply and the second power supply to the motor 1 is adjusted and controlled according to the operating state, the capacity of the secondary battery, and the like.

【0018】燃料電池2の構成を簡単に説明すると、こ
の燃料電池2は、アノード極に燃料となる水素を供給
し、カソード極に酸化剤として空気を供給し、触媒によ
る電気化学反応を行って発電するものである。両電極間
には高分子イオン交換膜が介装される。このイオン交換
膜には水素イオンの透過性を確保して円滑に移動させる
べく濡れ状態とするために水が供給される。このような
電極対を単位としてセルが構成され、複数枚のセルを組
合せて各セルの起電力を合計した所定出力のFCユニッ
トを形成する。なお、セルの起電力反応に伴う発熱は、
各セルの外周に空気あるいは水を流して冷却する。
The configuration of the fuel cell 2 will be briefly described. This fuel cell 2 supplies hydrogen as a fuel to an anode, supplies air as an oxidant to a cathode, and performs an electrochemical reaction by a catalyst. It generates electricity. A polymer ion exchange membrane is interposed between the two electrodes. Water is supplied to the ion-exchange membrane in order to secure the permeability of hydrogen ions and to make the ion-exchange membrane wet and smooth. A cell is configured using such an electrode pair as a unit, and a plurality of cells are combined to form an FC unit having a predetermined output obtained by summing the electromotive forces of the cells. The heat generated by the electromotive reaction of the cell is:
Cooling is performed by flowing air or water around each cell.

【0019】燃料となる水素は、例えばメタノールを一
次燃料としてこれを水と混合して加熱蒸発させ、改質器
の触媒反応により水素と二酸化炭素に分解し、シフトコ
ンバータや選択酸化反応器等を介して改質器で微量に発
生した一酸化炭素の濃度を低下させた後、この水素ガス
を燃料電池のセルのアノード電極に供給する。あるいは
水素ガスをボンベから直接供給してもよい。
Hydrogen serving as a fuel is mixed with water, for example, with methanol as a primary fuel, heated and evaporated, and decomposed into hydrogen and carbon dioxide by a catalytic reaction of a reformer. The hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the cell of the fuel cell after the concentration of the carbon monoxide slightly generated in the reformer is reduced through the reformer. Alternatively, hydrogen gas may be supplied directly from a cylinder.

【0020】発電用の空気は空気ポンプ(不図示)によ
りカソード極に供給される。燃料電池2には、FCユニ
ット内の水の凍結防止のためのヒータ6と、該ヒータ6
の加熱温度均一化のため及び発電時の冷却のための冷却
ファン7が備わる。
Air for power generation is supplied to the cathode electrode by an air pump (not shown). The fuel cell 2 includes a heater 6 for preventing water in the FC unit from freezing,
A cooling fan 7 is provided for making the heating temperature uniform and for cooling during power generation.

【0021】ユーザスイッチ8は、例えば夜間充電モー
ド等の運転モードの設定を行う。メインスイッチ9がO
Nにされると、これがコントローラ4内のメインスイッ
チ検出部10で検出され、システム電源制御部11を介
してコントローラ電源12、DC/DCコンバータ5お
よびモータコントローラ13の電源がONとなり、コン
トローラ4によるシステム全体の電力供給制御が可能な
状態となる。
The user switch 8 sets an operation mode such as a night charging mode. Main switch 9 is O
When set to N, this is detected by the main switch detection unit 10 in the controller 4, and the power of the controller power supply 12, the DC / DC converter 5, and the motor controller 13 is turned on via the system power supply control unit 11. The power supply control of the entire system becomes possible.

【0022】タイマ時間算出部14は、夜間低温時等に
燃料電池2内の水の凍結防止のために、ヒータ6あるい
は燃料電池2自体を駆動するためのタイマ時間を算出
し、メインスイッチ9がOFFであってもシステム電源
制御部11を介して電源をONにして暖気運転を行う。
この暖気運転は、外気温度検出部16およびセル温度検
出部17からの検出温度に基づいて暖気運転制御部18
が判断し、ヒータ制御部19あるいはFC出力制御部2
0を介してヒータ6あるいは燃料電池2を駆動する。ヒ
ータ6を駆動するときには温度均一化のために冷却ファ
ン制御部21を介して冷却ファン7も駆動する。また、
燃料電池2を駆動する場合においてもセル温度に応じて
冷却ファン7を駆動する。
The timer time calculating unit 14 calculates a timer time for driving the heater 6 or the fuel cell 2 itself in order to prevent freezing of water in the fuel cell 2 at a low temperature at night or the like. Even when the power is OFF, the power is turned ON via the system power control unit 11 to perform the warm-up operation.
This warm-up operation is performed based on the temperatures detected by the outside air temperature detector 16 and the cell temperature detector 17.
Is determined, the heater control unit 19 or the FC output control unit 2
0 drives the heater 6 or the fuel cell 2. When the heater 6 is driven, the cooling fan 7 is also driven via the cooling fan control unit 21 to make the temperature uniform. Also,
Even when driving the fuel cell 2, the cooling fan 7 is driven according to the cell temperature.

【0023】モータ出力計算部22は、スロットル23
の操作によるスロットル開度信号からモータ1への供給
電力を算出する。このとき二次電池保護制御部24によ
り二次電池の残存容量や温度に応じて、二次電池保護の
ために燃料電池2と二次電池3との電力分担割合に制限
が加えられ、この制限値を加味してモータの制御信号が
モータコントローラ13に送られる。
The motor output calculator 22 includes a throttle 23
The power supply to the motor 1 is calculated from the throttle opening signal by the operation of (1). At this time, the secondary battery protection control unit 24 limits the power sharing ratio between the fuel cell 2 and the secondary battery 3 to protect the secondary battery according to the remaining capacity and temperature of the secondary battery. A motor control signal is sent to the motor controller 13 in consideration of the value.

【0024】充電状態検出部25は、二次電池3が充電
状態か放電状態かを判別するとともに充電の場合には燃
料電池によるものか回生電流によるものかを判別する。
すなわち、二次電池3の電流センサ26からの電流検出
信号を電流検出部27で充電方向か放電方向かを判別す
るとともに、モータ1の電流センサ28により回生電流
が二次電池側に流れているかを検出して充電状態を判別
する。
The state-of-charge detecting unit 25 determines whether the secondary battery 3 is in a charged state or a discharged state, and in the case of charging, also determines whether the state is due to a fuel cell or a regenerative current.
That is, the current detection signal from the current sensor 26 of the secondary battery 3 is determined by the current detection unit 27 in the charging direction or the discharging direction, and the regenerative current is flowing to the secondary battery side by the current sensor 28 of the motor 1. Is detected to determine the state of charge.

【0025】容量計算部29は、二次電池3の電圧検出
部30および温度検出部31からの検出信号および電流
検出データに基づいて二次電池3の容量を計算し、これ
を前述の二次電池保護制御部24に送るとともに、FC
出力制御部20に送り、二次電池容量に応じて燃料電池
2の電力配分を制御する。
The capacity calculation unit 29 calculates the capacity of the secondary battery 3 based on the detection signals and the current detection data from the voltage detection unit 30 and the temperature detection unit 31 of the secondary battery 3, and calculates the capacity of the secondary battery 3 as described above. Send to battery protection control unit 24
The power is sent to the output control unit 20 to control the power distribution of the fuel cell 2 according to the secondary battery capacity.

【0026】FC出力制御部20は、D/A変換器32
を介して電圧指令値をDC/DCコンバータ5に送る。
この電圧指令値は、DC/DCコンバータ5を介してモ
ータ1に供給される燃料電池2からの電力を制御するも
のである。この場合、燃料電池の異常、例えば燃料切れ
やセル温度の異常等が発生した場合には、その検出デー
タが異常データ受信部33に送られる。この異常データ
はFC出力制御部20を介してFC起動/停止判断部3
4に送られ、ここで燃料電池2の駆動が可能かどうかを
判断して燃料電池2のON/OFF信号を送出する。
The FC output control unit 20 includes a D / A converter 32
The voltage command value is sent to the DC / DC converter 5 via the.
This voltage command value controls the electric power supplied from the fuel cell 2 to the motor 1 via the DC / DC converter 5. In this case, when an abnormality of the fuel cell, for example, an out-of-fuel condition or an abnormal cell temperature occurs, the detected data is sent to the abnormal data receiving unit 33. This abnormal data is sent to the FC start / stop determining unit 3 via the FC output control unit 20.
4 and determines whether or not the fuel cell 2 can be driven, and sends an ON / OFF signal for the fuel cell 2.

【0027】図2は、上記ハイブリッド電動車両におけ
る本発明の第1の実施形態の要部を示すブロック構成図
である。なお、図2は図1の要部を示すものであり、図
1と同じ構成要素は同じ符号で示し、図示していない部
分の構成は図1の構成と同じである。
FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the first embodiment of the present invention in the hybrid electric vehicle. FIG. 2 shows a main part of FIG. 1, and the same components as those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the configuration of a portion not shown is the same as that of FIG.

【0028】この実施形態では、DC/DCコンバータ
5の出力側に電圧センサ35および電流センサ36が設
けられ、それぞれ検出データが電流検出部37および電
圧検出部38を介してFC出力制御部20(図1)内の
DC/DC出力制御部20aに送られる。DC/DC出
力制御部20aは、これらの電流データおよび電圧デー
タから、予め有するDC/DCコンバータ5の効率特性
データのマップ40に基づいて、後述のようにDC/D
Cコンバータ5の入力側の電力(燃料電池2の出力)を
演算で求める。この演算で求めた燃料電池出力に応じ
て、D/A変換器32を介してDC/DCコンバータ5
に対し、出力指令信号を送り、燃料電池2からモータ1
に供給される電力を制御する。
In this embodiment, a voltage sensor 35 and a current sensor 36 are provided on the output side of the DC / DC converter 5, and the detection data is supplied to the FC output control unit 20 (through a current detection unit 37 and a voltage detection unit 38, respectively). It is sent to the DC / DC output control unit 20a in FIG. The DC / DC output control unit 20a converts the current data and the voltage data into a DC / D signal based on a map 40 of the efficiency characteristic data of the DC / DC converter 5 as described later.
Power on the input side of the C converter 5 (output of the fuel cell 2) is obtained by calculation. The DC / DC converter 5 is connected via the D / A converter 32 in accordance with the fuel cell output obtained by this calculation.
To the motor 1 from the fuel cell 2
To control the power supplied to the

【0029】燃料電池は、例えばスロットル開度に応じ
てモータの要求負荷に対応した電力を出力する。この場
合、二次電池3の電圧および電流が電圧センサ39およ
び電流センサ26でそれぞれ検出され、コントローラ4
内の電流検出部27および電圧検出部30を介してDC
/DC出力制御部20aに送られる。これらのデータに
基づいて二次電池3の容量や充電状態等が判別され、こ
れらを考慮して燃料電池2が分担すべき電力供給量を判
断してDC/DCコンバータ5に対する出力指令信号を
発信する。
The fuel cell outputs electric power corresponding to the required load of the motor, for example, according to the throttle opening. In this case, the voltage and the current of the secondary battery 3 are detected by the voltage sensor 39 and the current sensor 26, respectively.
DC through a current detection unit 27 and a voltage detection unit 30
/ DC output control section 20a. Based on these data, the capacity and state of charge of the secondary battery 3 are determined, the power supply amount to be shared by the fuel cell 2 is determined in consideration of these, and an output command signal to the DC / DC converter 5 is transmitted. I do.

【0030】モータ駆動すべき要求負荷が増加した場合
の運転モードとして、要求負荷の増加に対応して燃料電
池2からの電力供給量を増加したり、あるいは燃料電池
2は常に所定の定格電力値で運転し続け要求負荷の増加
は二次電池3で負担するように電力の供給を制御する。
このような電力供給制御は、前述のようにDC/DC出
力制御部20aで行われる。この場合、要求負荷が急激
に増加した場合等に、燃料電池2がその出力の許容制限
値を超えて電力を供給すると負荷電流が増加して電圧の
異常低下が起こり燃料電池が劣化する。本実施形態は、
このような燃料電池の許容値を超えた運転を防止するも
のであり、DC/DCコンバータ5の出力側の電流およ
び電圧のデータから燃料電池の出力を演算して求め、こ
れが許容値レベルを超えているかどうかを推定するもの
である。
As an operation mode when the required load to be driven by the motor is increased, the amount of power supplied from the fuel cell 2 is increased in response to the increase in the required load, or the fuel cell 2 always has a predetermined rated power value. The power supply is controlled so that the secondary battery 3 bears the increase in the required load.
Such power supply control is performed by the DC / DC output control unit 20a as described above. In this case, for example, when the required load suddenly increases, if the fuel cell 2 supplies power exceeding the allowable limit of its output, the load current increases and the voltage drops abnormally, deteriorating the fuel cell. In this embodiment,
In order to prevent the operation of the fuel cell exceeding the allowable value, the output of the fuel cell is obtained by calculating the output of the fuel cell from the current and voltage data on the output side of the DC / DC converter 5. It is to estimate whether or not.

【0031】図3、図4および図5は、上記第1実施形
態の演算処理の説明図である。図3(A)は燃料電池の
出力特性の例を示す。出力電力の増加に伴い出力電流が
増加するとともに出力電圧が低下する。この場合、電力
=電流×電圧である。電流値がさらに大きくなってある
値を超えると電圧が急激に低下する。この急激な電圧低
下が起こる前に出力電力を下げる必要がある。このため
には、DC/DCコンバータ5に対する出力指令値を下
げる必要がある。
FIGS. 3, 4 and 5 are explanatory diagrams of the arithmetic processing of the first embodiment. FIG. 3A shows an example of the output characteristics of the fuel cell. As the output power increases, the output current increases and the output voltage decreases. In this case, power = current × voltage. When the current value further increases and exceeds a certain value, the voltage sharply decreases. It is necessary to reduce the output power before this sudden voltage drop occurs. For this purpose, it is necessary to lower the output command value for the DC / DC converter 5.

【0032】図3(B)はこの出力指令値の減算量を示
す図である。横軸は負荷増加に伴う電流の増加を示し、
縦軸は出力指令値(コントロール電圧)の減算量を示
す。図示したように、電流が増加している場合には、そ
の増加量に比例して出力指令値の減算量を多くする。こ
れにより、例えば制限値を超えた場合の燃料電池の急激
な出力増加を抑えることができる。負荷に対応した電流
が増加していない場合(横軸での電流が負の場合)に
は、出力指令値を下げる必要はなく、現在行っている出
力指令値での運転を続行する。
FIG. 3B is a diagram showing the amount of subtraction of the output command value. The horizontal axis shows the increase in current with increasing load,
The vertical axis indicates the subtraction amount of the output command value (control voltage). As shown in the figure, when the current is increasing, the amount of subtraction of the output command value is increased in proportion to the increasing amount. As a result, for example, a sudden increase in the output of the fuel cell when the output value exceeds the limit value can be suppressed. When the current corresponding to the load has not increased (when the current on the horizontal axis is negative), there is no need to lower the output command value, and the operation with the current output command value is continued.

【0033】図3(C)はDC/DCコンバータ5の出
力特性のグラフである。横軸は出力指令値(コントロー
ル電圧)であり、縦軸は出力電圧である。出力指令値が
大きい程出力電圧が大きくなる。例えば、DC/DCコ
ンバータのコントロール電圧がv1でそのときの出力が
V1で駆動しているときに、負荷急増により前述の
(B)での負荷電流の増加がA1であったとする。この
とき同図からΔv1だけ出力指令値を減算する。これに
より、(C)に示すようにコントロール電圧がΔv1か
らΔv2に下がり、その結果DC/DCコンバータの出
力はV1からV2に下がる。このようにして負荷電流の
増加に応じて出力指令値を下げ、これにより燃料電池側
からの電力供給を抑えることができる。
FIG. 3C is a graph showing the output characteristics of the DC / DC converter 5. The horizontal axis is the output command value (control voltage), and the vertical axis is the output voltage. The output voltage increases as the output command value increases. For example, it is assumed that when the control voltage of the DC / DC converter is v1 and the output at that time is driven at V1, the increase in the load current in (B) is A1 due to a sudden increase in the load. At this time, the output command value is subtracted by Δv1 from FIG. As a result, the control voltage decreases from Δv1 to Δv2 as shown in FIG. 3 (C), and as a result, the output of the DC / DC converter decreases from V1 to V2. In this way, the output command value is reduced in accordance with the increase in the load current, whereby the power supply from the fuel cell side can be suppressed.

【0034】このような動作原理に基づき、以下のよう
に燃料電池からの電力供給制御を行う。図4に示すよう
に、モータ駆動すべき要求負荷41が増加した場合(例
えばスロットル23(図1)を開いた場合)に、DC/
DCコンバータ5の出力側に設けた電圧センサ35およ
び電流センサ36によりそれぞれ電圧(Vdc)および
電流(Idc)を検出する。これらの電圧および電流の
検出データはDC/DC出力制御部20aに送られ、こ
こで以下のように演算処理されて燃料電池の出力が求め
られる。
Based on such an operation principle, the power supply from the fuel cell is controlled as follows. As shown in FIG. 4, when the required load 41 to be driven by the motor increases (for example, when the throttle 23 (FIG. 1) is opened), DC /
Voltage (Vdc) and current (Idc) are detected by a voltage sensor 35 and a current sensor 36 provided on the output side of the DC converter 5, respectively. The detection data of these voltages and currents is sent to the DC / DC output control unit 20a, where it is subjected to arithmetic processing as described below to obtain the output of the fuel cell.

【0035】 燃料電池出力=DC/DCコンバータ入力 =(DC/DCコンバータ出力) ×(DC/DCコンバータ効率) =(Vdc×Idc)×ηdc ここで、VdcおよびIdcは検出データであり、ηd
cはマップ40から読み込む。
Fuel cell output = DC / DC converter input = (DC / DC converter output) × (DC / DC converter efficiency) = (Vdc × Idc) × ηdc where Vdc and Idc are detection data, and ηd
c is read from the map 40.

【0036】このようにして求めた燃料電池出力に基づ
いて、図5(A)に示すように、モータ要求負荷aの増
大にかかわらず、燃料電池出力(FC出力b)が常に所
定の制限値以下となるようにDC/DCコンバータの出
力(DC/DC出力c)を制御する。
Based on the fuel cell output obtained in this way, as shown in FIG. 5A, the fuel cell output (FC output b) is always a predetermined limit value regardless of the increase in the motor required load a. The output of the DC / DC converter (DC / DC output c) is controlled as follows.

【0037】このDC/DC出力制御は、同図(B)に
示すように、DC/DCコンバータへの出力指令値を制
御することにより行われる。前述の演算処理で求めたF
C出力値をモニターし、所定の制限区間の範囲を超えた
らDC/DC出力指令値を減算する。この減算値は、前
述の図3(B)に示したように、燃料電池の負荷電流増
加分に対応している。
The DC / DC output control is performed by controlling an output command value to the DC / DC converter as shown in FIG. F obtained by the above-described arithmetic processing
The C output value is monitored, and the DC / DC output command value is subtracted when the value exceeds the range of the predetermined limit section. This subtraction value corresponds to the increase in the load current of the fuel cell, as shown in FIG.

【0038】このようにDC/DC出力指令値を減算す
ることにより、ある一定の時間遅れをもってFC出力値
が低下する。より具体的には、制御プログラムにおける
制御サイクル(通常は数ms)において、DC/DCコ
ンバータの出力側の電流および電圧検出データから負荷
電流の増加分およびFC出力を演算して求め、このFC
出力が制限区間を越えている場合には、次の制御サイク
ルにおいて、DC/DC出力指令値を負荷電流の増加分
に対応して減少させる。これにより、FC出力値を下げ
て適正な許容範囲以下で運転することができ燃料電池の
劣化が抑制される。
By subtracting the DC / DC output command value in this way, the FC output value decreases with a certain time delay. More specifically, in a control cycle (usually several milliseconds) in a control program, an increase in load current and an FC output are calculated from the current and voltage detection data on the output side of the DC / DC converter.
If the output exceeds the limit section, the DC / DC output command value is decreased in the next control cycle in accordance with the increase in the load current. As a result, the FC output value can be reduced and operation can be performed within an appropriate allowable range, thereby suppressing deterioration of the fuel cell.

【0039】図6および図7は、本発明の第2の実施形
態の要部構成図および制御動作の説明図である。この実
施形態は、図6に示すように、燃料電池2の出力側(D
C/DCコンバータ5の入力側)に電圧センサ42およ
び電流センサ43を設け、燃料電池2の出力側を直接検
出して電力を求めるものである。すなわち、図7に示す
ように、燃料電池2の出力側の電圧Vdcおよび電流I
dcを検出し、これらの検出データから、効率特性のデ
ータマップを用いることなく直接燃料電池2の出力値
(Vdc×Idc)を求める。その他の構成および作用
効果は前述の実施形態と同様である。
FIGS. 6 and 7 are a main part configuration diagram and a control operation explanatory diagram of the second embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the output side (D
The voltage sensor 42 and the current sensor 43 are provided on the input side of the C / DC converter 5), and the power is obtained by directly detecting the output side of the fuel cell 2. That is, as shown in FIG. 7, the voltage Vdc and the current I
dc is detected, and the output value (Vdc × Idc) of the fuel cell 2 is directly obtained from the detected data without using a data map of the efficiency characteristics. The other configuration and operation and effect are the same as those of the above-described embodiment.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、燃料
電池を第1電源とし二次電池を第2電源として2つのモ
ータ駆動用電源を有するハイブリッド電動車両におい
て、通常走行時における急激な負荷の増加時等に、燃料
電池からの出力電圧を調整する可変型のDC/DCコン
バータへの出力指令信号値が負荷の増加に伴って上昇し
た場合、燃料電池の出力を、DC/DCコンバータの出
力側の検出データから演算し、又は燃料電池の出力側の
検出データから直接求めて、この燃料電池出力を監視
し、燃料電池出力が所定の許容値を超える状態になった
ときに、DC/DCコンバータの出力指令信号値を、負
荷増加分に応じて減算し、燃料電池からの定格出力を超
えた過度な電力供給を防止することができる。これによ
りハイブリッド電動車両における燃料電池の早期劣化を
抑制することができる。
As described above, according to the present invention, in a hybrid electric vehicle having a fuel cell as a first power source and a secondary battery as a second power source and having two motor driving power sources, a sudden load during normal driving is obtained. When the output command signal value to the variable DC / DC converter that adjusts the output voltage from the fuel cell increases with an increase in load, for example, when the load of the fuel cell increases, the output of the fuel cell is reduced by the DC / DC converter. This fuel cell output is monitored by calculating from the detection data on the output side or directly obtained from the detection data on the output side of the fuel cell. When the fuel cell output exceeds a predetermined allowable value, DC / The output command signal value of the DC converter is subtracted according to the load increase, so that excessive power supply exceeding the rated output from the fuel cell can be prevented. Thus, early deterioration of the fuel cell in the hybrid electric vehicle can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明が適用される電動車両全体のブロック
構成図。
FIG. 1 is a block diagram of an entire electric vehicle to which the present invention is applied.

【図2】 本発明の実施形態に係る電力供給装置の要部
構成図。
FIG. 2 is a main part configuration diagram of a power supply device according to the embodiment of the present invention.

【図3】 燃料電池およびDC/DCコンバータの出力
特性の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of output characteristics of a fuel cell and a DC / DC converter.

【図4】 図2の実施形態の制御処理の動作説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation of a control process according to the embodiment of FIG. 2;

【図5】 図2の実施形態の制御処理における出力説明
図。
FIG. 5 is an explanatory view of an output in the control processing of the embodiment in FIG. 2;

【図6】 本発明の別の実施形態の要部構成図。FIG. 6 is a main part configuration diagram of another embodiment of the present invention.

【図7】 図6の実施形態の制御処理の動作説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of the control processing according to the embodiment of FIG. 6;

【図8】 ハイブリッド電源の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of a hybrid power supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:車両駆動用モータ、2:燃料電池、3:二次電池、
4:コントローラ、5:DC/DCコンバータ、6:ヒ
ータ、7:冷却ファン、8:ユーザスイッチ、9:メイ
ンスイッチ、10:メインスイッチ検出部、11:シス
テム電源制御部、12:コントローラ電源、13:モー
タコントローラ、14:タイマ時間制御部、16:温度
検出部、17:温度検出部、18:暖気運転制御部、1
9:ヒータ制御部、20:FC出力制御部、23:スロ
ットル、24:二次電池保護制御部、25:充電状態検
出部、26:電流センサ、27:電流検出部、28:電
流センサ、29:容量計算部、30:電圧検出部、3
1:温度検出部、32:D/A変換器、33:データ受
信部、34:FC起動/停止判断部、35:電圧セン
サ、36:電流センサ、37:電流検出部、38:電圧
検出部、39:電圧センサ、40:効率特性データのマ
ップ、41:要求負荷、42:電圧センサ、43:電流
センサ。
1: motor for driving a vehicle, 2: fuel cell, 3: secondary battery,
4: controller, 5: DC / DC converter, 6: heater, 7: cooling fan, 8: user switch, 9: main switch, 10: main switch detector, 11: system power controller, 12: controller power, 13 : Motor controller, 14: timer time control unit, 16: temperature detection unit, 17: temperature detection unit, 18: warm-up operation control unit, 1
9: heater control unit, 20: FC output control unit, 23: throttle, 24: secondary battery protection control unit, 25: charge state detection unit, 26: current sensor, 27: current detection unit, 28: current sensor, 29 : Capacity calculator, 30: voltage detector, 3
1: temperature detector, 32: D / A converter, 33: data receiver, 34: FC start / stop determiner, 35: voltage sensor, 36: current sensor, 37: current detector, 38: voltage detector , 39: voltage sensor, 40: map of efficiency characteristic data, 41: required load, 42: voltage sensor, 43: current sensor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02J 7/34 ZHV H02J 7/34 ZHVK Fターム(参考) 5G003 AA05 BA01 CA01 CA11 CC02 DA07 DA15 DA18 FA06 GB03 GC05 5G065 AA00 BA02 DA01 DA07 EA02 EA04 GA09 HA01 HA09 HA16 JA07 LA01 LA02 MA10 5H027 AA00 DD03 KK51 MM26 5H115 PA15 PG04 PI16 PI18 PO10 PU01 QE01 QH01 QN03 QN08 SE03 SE06 SE10 TO05 TO12 TO13 TR19 TR20 TU02 TU04──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H02J 7/34 ZHV H02J 7/34 ZHVK F-term (Reference) 5G003 AA05 BA01 CA01 CA11 CC02 DA07 DA15 DA18 FA06 GB03 GC05 5G065 AA00 BA02 DA01 DA07 EA02 EA04 GA09 HA01 HA09 HA16 JA07 LA01 LA02 MA10 5H027 AA00 DD03 KK51 MM26 5H115 PA15 PG04 PI16 PI18 PO10 PU01 QE01 QH01 QN03 QN08 SE03 SE06 SE10 TO05 TO12 TO13 TR19 TR20 TU02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料電池の出力側にDC/DCコンバータ
を備えた第1電源と、二次電池からなる第2電源とを並
列して車両駆動用モータに接続し、前記DC/DCコン
バータへの出力指令信号を制御して前記第1電源からの
出力を制御する制御手段を備え、前記モータからの要求
負荷に応じて第1電源および/または第2電源から前記
モータに電力を供給する電動車両の電力供給装置におい
て、 前記制御手段は、前記モータからの要求負荷増加時に、
負荷電流の増加に応じて前記DC/DCコンバータの出
力指令信号を変えることを特徴とする電動車両の電力供
給装置。
1. A first power supply having a DC / DC converter on the output side of a fuel cell and a second power supply comprising a secondary battery are connected in parallel to a vehicle driving motor, and are connected to the DC / DC converter. Control means for controlling the output command signal from the first power supply to control the output from the first power supply, and supplying electric power from the first power supply and / or the second power supply to the motor in accordance with a load required from the motor. In the power supply device for a vehicle, the control unit is configured to increase a required load from the motor.
An electric power supply device for an electric vehicle, wherein an output command signal of the DC / DC converter is changed according to an increase in load current.
【請求項2】前記DC/DCコンバータの出力側に電流
センサおよび電圧センサを設け、前記制御手段は、前記
DC/DCコンバータの効率特性マップを備え、該DC
/DCコンバータの出力側の電流および電圧の検出値か
ら前記効率特性マップに基づいて前記燃料電池の出力を
算出し、この算出した燃料電池出力に応じて前記DC/
DCコンバータの出力指令信号を変えることを特徴とす
る請求項1に記載の電動車両の電力供給装置。
A current sensor and a voltage sensor are provided on an output side of the DC / DC converter, and the control means includes an efficiency characteristic map of the DC / DC converter;
The output of the fuel cell is calculated based on the efficiency characteristic map from the detected values of the current and the voltage on the output side of the DC / DC converter, and the DC / DC converter is calculated according to the calculated fuel cell output.
The power supply device for an electric vehicle according to claim 1, wherein an output command signal of the DC converter is changed.
【請求項3】前記燃料電池とDC/DCコンバータとの
間に電流センサおよび電圧センサを設け、前記制御手段
は、該電流センサおよび電圧センサの検出信号に基づい
て前記燃料電池の出力を算出し、この算出した燃料電池
出力に応じて前記DC/DCコンバータの出力指令信号
を変えることを特徴とする請求項1に記載の電動車両の
電力供給装置。
3. A current sensor and a voltage sensor are provided between the fuel cell and a DC / DC converter, and the control means calculates an output of the fuel cell based on detection signals of the current sensor and the voltage sensor. The power supply device for an electric vehicle according to claim 1, wherein an output command signal of the DC / DC converter is changed according to the calculated fuel cell output.
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