JP2009159723A - 電源制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】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おいて、電源リレーの投入時にアークもスイッチングの損失も生じさせないようにすること。
【解決手段】第１のリレー装置１３内の２個のリレーが切断されている状態において、燃料電池１１の出力電圧Ｖ_FCと入力平滑キャパシタ１６の両端の電圧Ｖ_L1との差が所定の閾値Ｅ_TV以下に低減されるようキャパシタ昇圧コンバータ１５が制御される（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。燃料電池１１の出力電圧Ｖ_FCと入力平滑キャパシタ１６の両端の電圧Ｖ_L1との差が所定の閾値Ｅ_TV以下になると、第１のリレー装置１３内の２個のリレーが接続される（ステップＳ１０６）。
【選択図】図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。

周知のように、キャパシタを含む容量性負荷回路において電源リレーを接続すると突入電流（インラッシュカレント）が発生する。この突入電流は、リレー接点でアークを発生させることがあり、また、そのアークは、リレー接点を溶融させることがある。

このようなリレー接点の溶融を避けるため、一般的には、電源リレーと並列に接続された迂回路に、制限抵抗と補助リレーとが備えられる。電源からの電力供給の開始は、まず、補助リレーを接続することによって行われ、過渡状態において発生する突入電流が、制限抵抗において緩和される。そして、電力供給が定常状態になると、電源リレーが接続され、補助リレーが切断される（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、前述した補助リレーでも、接続時にはアークが発生することがある。電源リレーや補助リレーが電源に隣接していることから、電源が燃料電池である場合、アークが水素ガスに引火する虞がある。また、電源リレーの接続以外に、補助リレーの接続と切断とが行われるため、補助リレーのスイッチングにおける損失も少なからずある。

特開２００６−１５８１７３号公報（段落００７６） 特開２００６−２３８５８９号公報 特開２００５−３４８５３０号公報

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、電源リレーの接続時にアークもスイッチングの損失も生じさせないようにすることにある。

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で電力の供給形態を制御するため、燃料電池から入力される直流電力の電圧を変換して負荷回路へ出力するための第１の電圧変換器、燃料電池の出力端子対と第１の電圧変換器の入力端子対との間に介在する第１のリレー、第１の電圧変換器の入力端子対の間に接続される第１のキャパシタ、直流電力を出力する補助電源、その補助電源から入力される直流電力の電圧を変換して第１のキャパシタに蓄積するための第２の電圧変換器、及び、第１のリレーが切断されている状態において燃料電池の出力電圧と第１のキャパシタの両端の電圧との差が所定の閾値以下に低減されるよう第２の電圧変換器を制御した上で、第１のリレーを接続する制御を行う制御部を備えることを、特徴としている。

このように構成されると、第１のリレーの投入前に、燃料電池の出力端子対の電圧と第１のキャパシタの両端の電圧との差を、所定の閾値以下に低減することができる。このため、所定の閾値が、第１のリレーを投入してもアークが発生しない程十分低い値に設定されていれば、第１のリレーにおいてアークが生じないこととなる。この結果、燃料電池に第１のリレーが隣接していても、アークが水素ガスに引火することがない。また、補助リ
レーが不要であるため、補助リレーのスイッチングにおける損失も生じない。

なお、この電源制御システムが、蓄放電自在な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第３の電圧変換器を備えている場合において、その二次電池と第３の電圧変換器との間に第２のリレーが接続されているときには、この電源制御システムは、第３の電圧変換器における二次電池側の端子対の間に接続された第２のキャパシタに対して補助電源の出力電力を蓄積するための第４の電圧変換器を、備えていてもよい。

この第４の電圧変換器によれば、制御部は、第２のリレーを接続する前に、二次電池の出力電圧と第２のキャパシタの両端の電圧との差を、所定の閾値以下に低減することができる。このため、所定の閾値が、第２のリレーを投入してもアークが発生しない程十分低い値に設定されていれば、第２のリレーにおいてアークが生じないこととなる。この結果、二次電池から可燃ガスが漏出する可能性がある場合において、その二次電池に第２のリレーが隣接していても、アークが可燃ガスに引火することがない。

従って、前述した電源制御システムによれば、電源リレーの接続時にアークもスイッチングの損失も生じなくなる。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について、説明する。

＜＜構成＞＞
図１は、本実施形態の電源制御システムの構成図である。

本実施形態の電力供給システムは、負荷回路（Ｌｏａｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）３０に対して力行電力を供給するとともに負荷回路３０からの回生電力を蓄積しておくためのシステムである。図１に示すように、この電力供給システムは、第１の電路と、第２の電路とを、備えている。

＜第１の電路の構成＞
第１の電路は、燃料電池（ＦＣ）１１、電圧センサ１２、第１のリレー装置１３、補助電源１４、第１のキャパシタ昇圧コンバータ（ＣＯＮ１）１５、入力平滑キャパシタ１６、電圧センサ１７、燃料電池昇圧コンバータ（Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１８、及び、出力平滑キャパシタ１９を、主に含んでいる。

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。

第１のリレー装置１３は、燃料電池１１から負荷回路３０への電力の出力及びその停止を制御するための電子部品であり、その燃料電池１１の出力端子対のそれぞれに接続された２個のリレーを備えている。

燃料電池昇圧コンバータ１８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、第１のリレー装置１３内の２個のリレーを介して燃料電池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の入力端子対に接続されている。

なお、この燃料電池昇圧コンバータ１８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１８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１８ａとスイッチング素子１８ｂとが、直列に接続されている。ダイオード１８ａ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１８ｂ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１８ｂには、ダイオード１８ｃが並列接続されており、このダイオード１８ｃ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１８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１８ｄを介して、アームにおけるダイオード１８ａとスイッチング素子１８ｂ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１８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１８ｂが導通状態となったときには、スイッチング素子１８ｂに電気が流れることによってリアクトル１８ｄに電磁エネルギーが蓄積される。逆に、スイッチング素子１８ｂが遮断状態となったときには、入力端子からリアクトル１８ｄとダイオード１８ａとを経由して出力端子へ電気が流れるとともに、電流減小に伴ってリアクトル１８ｄ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１８ｂ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１８での昇圧量が制御される。

図１の入力平滑キャパシタ１６及び出力平滑キャパシタ１９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１６は、燃料電池昇圧コンバータ１８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１９は、燃料電池昇圧コンバータ１８の出力端子対の間にアームとして接続されている。

第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５は、直流電力を出力する補助電源１４による入力平滑キャパシタ１６の蓄電の開始及び停止と、入力平滑キャパシタ１６の両端の印加電圧とを、制御するための電圧変換器である。この第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５の出力端子対は、入力平滑キャパシタ１６の両端に接続され、入力端子対は、補助電源１４の出力端子対に接続されている。

なお、この第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５には、例えば、図３に示した内部構成が、採用されている。図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５は、図２に例示した燃料電池昇圧コンバータ１８にスイッチング素子とダイオードとを１個ずつ追加したものと等価な内部構成となっている。具体的には、図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５は、出力端子対（図中右側の端子対）の間のアームにおいて、正側（図中上側）から負側（図中下側）へと順に、ダイオード１５ａとスイッチング素子１５ｂとを、備えている。ダイオード１５ａは、逆極性状態となっている。また、スイッチング素子１５ｂ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おり、このスイッチング素子１５ｂには、ダイオード１５ｃが、逆極性状態で並列接続されている。図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５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、スイッチング素子１５ｅリアクトル１５ｄを介して、アームにおけるダイオード１５ａとスイッチング素子１５ｂとの間の中点に、接続されている。スイッチング素子１５ｅは、リアクトル１５ｄよりも入力端子側（図中左側）に配置され、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１５ｅには、ダイ
オード１５ｆが、逆極性状態で並列接続されている。従って、図３に例示された第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５は、入力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１５ｅが導通状態になっているときには、図２の燃料電池昇圧コンバータ１８と等価な回路構成となる。このため、スイッチング素子１５ｂ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、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５での昇圧量が制御される。また、スイッチング素子１５ｅが遮断状態になっているときには、電力の出力が停止される。

電圧センサ１２は、燃料電池１１の出力端子対の間に印加されている電圧Ｖ_FCを検出するための電子部品である。また、電圧センサ１７は、燃料電池昇圧コンバータ１８の入力端子対の間に印加されている電圧Ｖ_L1を検出するための電子部品である。なお、電圧Ｖ_L1は、入力平滑キャパシタ１６の両端に印加されている電圧でもある。

＜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２のリレー装置２３、補助電源２４、第２のキャパシタ昇圧コンバータ（ＣＯＮ２）２５、第１の平滑キャパシタ２６、電圧センサ２７、双方向昇降圧コンバータ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２８、及び、第２の平滑キャパシタ２９を、主に含んでいる。

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。

第２のリレー装置２３は、二次電池２１と負荷回路３０との間の電力の入出力及びその停止を制御するための電子部品であり、その二次電池２１の端子対のそれぞれに接続された２個のリレーを備えている。

双方向昇降圧コンバータ２８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（二次電池２１側の端子対）は、それぞれ、第２のリレー装置２３内の２個のリレーを介して二次電池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（負荷回路３０側の端子対）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。

なお、この双方向昇降圧コンバータ２８には、例えば、図４に示したような内部構成が、採用されている。図４の双方向昇降圧コンバータ２８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１５ａ、１５ｂ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２８ｃ、２８ｄを備えている。これら４個のスイッチング素子２８ａ〜２８ｄ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２８ａ〜２８ｄには、それぞれダイオード２８ｅ〜２８ｈが並列接続されており、これら４個のダイオード２８ｅ〜２８ｈ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２８ａ、２８ｂ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２８ｃ、２８ｄの間の中点と、リアクトル２８ｉを介して、接続されている。従って、図４に例示された双方向昇降圧コンバータ２８は、力行方向において入力側となる端子対（図中左側の電子対）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２８ａが導通状態にあるとともに２個のスイッチング素子２８ｂ、２８ｃ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１８と等価な回路構成となる。このため、スイッチング素子２８ｄ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２８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（図中右側の電子対）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２８ａ、２８ｄ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２８ｂ、２８ｃがともに導通状態となると、２個のスイッチング素子２８ｂ、２８ｃに電気が流れることによってリアクトル２８ｉ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２８ｂ、２８ｃ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２８ｉ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２８ｂ、２８ｃ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２８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。

図１の第１及び第２の平滑キャパシタ２６、２９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２６は、双方向昇降圧コンバータ２８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２９は、双方向昇降圧コンバータ２８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。

第２のキャパシタ昇圧コンバータ２５は、補助電源２４による第１の平滑キャパシタ２６の蓄電の開始及び停止と、第１の平滑キャパシタ２６の両端の印加電圧とを、制御するための電圧変換器である。この第２のキャパシタ昇圧コンバータ２５の入力端子対が、補助電源２４の出力端子対に接続され、出力端子対が、第１の平滑キャパシタ２６の両端に接続されている。

なお、この第２のキャパシタ昇圧コンバータ２５には、例えば、図３に示した内部構成が、採用されている。従って、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２５ａが導通状態になっているときには、図２の燃料電池昇圧コンバータ１８と等価な回路構成となる。このため、スイッチング素子２５ｂ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、第２のキャパシタ昇圧コンバータ２５による昇圧量が制御される。また、スイッチング素子２５ｅが遮断状態になっているときには、電力の出力が停止される。

電圧センサ２２は、二次電池２１の出力端子間に印加されている電圧Ｖ_BATを検出する
ための電子部品である。また、電圧センサ２７は、双方向昇降圧コンバータ２８の入力端子間に印加されている電圧Ｖ_L2を検出するための電子部品である。なお、電圧Ｖ_L2は、第２の平滑キャパシタ２６の両端に印加されている電圧でもある。

＜制御主体＞
本実施形態の電力供給システムは、例えば、自システムを搭載した自動車のＥＣＵ［Electoronic control unit］４０によって、制御される。ＥＣＵ４０は、周知のように、自動車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ＲＯＭ［Read Only Memory］とＣＰＵ［Central Processing Unit］とＲＡＭ［Random Access Memory］とを主に備えている。

このＥＣＵ４０は、本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、燃料電池昇圧コンバータ１８及び双方向昇降圧コンバータ２８のスイッチングを制御する機能、第１及び第２のキャパシタ昇圧コンバータ１５、２５を制御する機能、電圧センサ１２、１７が検出する電圧Ｖ_FC、Ｖ_L1に基づいて第１のリレー装置１３を制御する機能、並びに、電圧センサ２２、２７が検出する電圧Ｖ_BAT、Ｖ_L2に基づいて第２のリ
レーを制御する機能を、備えている。このうち、第１及び第２のリレー装置１３、２３を制御する機能は、例えば、リレー制御プログラム４１により実現される。

このリレー制御プログラム４１は、例えば、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、開始される。

＜＜制御内容＞＞
図５は、リレー制御プログラム４１に従ってＥＣＵ４０（内のＣＰＵ）が実行するリレー制御処理の流れを示す図である。なお、図５に示すリレー制御処理は、第１のリレー装置１３を制御するためものである。第２のリレー装置２３を制御するためのリレー制御処理の内容は、使用電圧が電圧Ｖ_FC、Ｖ_L1の代わりに電圧Ｖ_BAT、Ｖ_L2となっていることを
除き、この図５の内容と同一である。従って、第２のリレー装置２３に係るリレー制御処理の内容については、図５を援用して省略する。

リレー制御処理の開始後、最初のステップＳ１０１では、ＥＣＵ４０（内のＣＰＵ）は、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５の動作状態を制御可能な状態に切り替えることによって、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５の制御を開始する。図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５について言えば、ＥＣＵ４０は、スイッチング素子１５ｅを導通状態に切り替える。

次のステップＳ１０２では、ＥＣＵ４０は、所定の通流率（デューティファクタ）を初期値として、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５のスイッチング（チョッピング）制御をその通流率にて開始する。図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５について言えば、ＥＣＵ４０は、スイッチング素子１５ｂについて導通と遮断のスイッチング（チョッピング）を開始する。その後、ＥＣＵ４０は、次のステップＳ１０３へ処理を進める。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ４０は、電圧センサ１２、１７がそれぞれ検出した電圧Ｖ_FC及び電圧Ｖ_L1を取得する。

次のステップＳ１０４では、ＥＣＵ４０は、電圧Ｖ_FCから電圧Ｖ_L1を減算して得られる値が所定の閾値Ｅ_TV以下であるか否かを、判別する。そして、電圧Ｖ_FCから電圧Ｖ_L1を減算して得られる値が所定の閾値Ｅ_TV以下でなかった場合、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４からステップＳ１０５へ処理を分岐させる。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ４０は、スイッチング（チョッピング）制御における通流率を調節し、ステップＳ１０３へ処理を戻す。なお、この調節方法は、ＰＩＤ制御のような所定の数式を使って演算により通流率を求めるものであっても良いし、電圧の値と通流率の値との対応関係を規定したマップに基づいて通流率を求めるものであっても良い。

これらステップＳ１０３乃至Ｓ１０５の処理ループの実行中に、電圧Ｖ_FCから電圧Ｖ_L1を減算して得られる値が所定の閾値Ｅ_TV以下となると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４からステップＳ１０６へ処理を進める。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ４０は、第１のリレー装置１３内の２個のリレーを接続する制御を行う。

次のステップＳ１０７では、ＥＣＵ４０は、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５の動作状態を制御不能な状態に切り替えることによって、第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５の制御を停止する。図３の第１のキャパシタ昇圧コンバータ１５について言えば、ＥＣ
Ｕ４０は、スイッチング素子１５ｅを遮断状態に切り替える。その後、ＥＣＵ４０は、図５に係るリレー制御処理を終了する。

＜＜作用効果＞＞
本実施形態において、第１のリレー装置１３内の２個のリレーが何れも切断されているとともに、入力平滑キャパシタ１６が幾らか放電されていると、燃料電池１１の出力端子対の間の電圧Ｖ_FCと、入力平滑キャパシタ１６の両端の電圧Ｖ_L1とに、差が生じる。この状態において、図５に係るリレー制御処理が行われることなく、第１のリレー装置１３内の２個のリレーが接続されてしまうと、リレーにおいて突入電流が生じて、アークが発生する虞がある。

しかしながら、本実施形態では、第１のリレー装置１３内の２個のリレーが接続される前に、図５に係るリレー制御処理が行わるようになっている。そのため、燃料電池１１の出力端子対の間の電圧Ｖ_FCから入力平滑キャパシタ１６の両端の電圧Ｖ_L1を減算して得られる値が、所定の閾値Ｅ_TV以下になった段階で、第１のリレー装置１３内の２個のリレーが接続される。ここで、所定の閾値Ｅ_TVが、第１のリレー装置１３内の２個のリレーを接続してもアークが発生しない程十分低い値に設定されていれば、第１のリレー装置１３においてアークが発生しないこととなる。そして、このようにアークが発生しなければ、燃料電池１１から水素ガスが漏れ出てしまった場合でも、アークが水素ガスに引火することもない。また、第１のリレー装置１３には補助リレーが不要であるため、補助リレーのスイッチングにおける損失も生じない。

勿論、第２の電路においても同様に、第２のリレー装置２３内の２個のリレーが接続される前に、図５に係るリレー制御処理が行わるようになっている。そのため、二次電池２１の端子対の間の電圧Ｖ_BATから第２の平滑キャパシタ２６の両端の電圧Ｖ_L2を減算して
得られる値が、所定の閾値Ｅ_TV以下になった段階で、第２のリレー装置２３内の２個のリレーが接続される。ここで、所定の閾値Ｅ_TVが、第２のリレー装置２３内の２個のリレーを接続してもアークが発生しない程十分低い値に設定されていれば、第２のリレー装置２３においてアークが発生しないこととなる。そして、このようにアークが発生しなければ、二次電池２１から可燃ガスが漏れ出てしまった場合でも、アークがその可燃ガスに引火することもない。

なお、第１及び第２のリレー装置１３、２３においてアークが発生しない程十分低い閾値Ｅ_TVは、実験的、理論的、又は、経験的によって求められたものとすることができる。また、閾値Ｅ_TVは、アークが発生せず且つノイズも発生しない程十分低い値であっても良く、この場合の閾値Ｅ_TVも、実験的、理論的、又は、経験的によって求められたものとすることができる。更には、閾値Ｅ_TVは、ほぼゼロであっても良い。

＜＜変形例＞＞
以上に説明した本実施形態では、図１に示すように、補助電源１４、２４が、二次電池２１と別体であるとした。しかしながら、補助電源１４、２４は、二次電池２１そのものであっても良い。補助電源１４、２４が、二次電池２１そのものであれば、負荷回路３０から二次電池２１に蓄積された回生電力を有効に利用することができ、電源制御システム全体の効率が向上することとなる。

また、補助電源１４、２４が二次電池２１そのものである場合、補助電源１４と入力平滑キャパシタ１６との間、及び、補助電源２４と第１の平滑キャパシタ２６との間には、図３に示すような片方向昇圧コンバータではなく、図４に示すような双方向昇降圧コンバータが配置されていても良い。このように補助電源１４、２４と各キャパシタ１６、２６との間に双方向昇降圧コンバータが配置されていると、第１及び第２のリレー装置１３、
２３のリレーの切断後に、各キャパシタ１６、２６の蓄積電力を放電させることができるため、電源制御システムの安全性が高まるとももに、その蓄積電力を二次電池２１に回収することができるため、電源制御システム全体の効率がさらに向上することとなる。

本実施形態の電源制御システムの構成図 燃料電池昇圧コンバータの内部構成の一例を示す図 キャパシタ昇圧コンバータの内部構成の一例を示す図 双方向昇降圧コンバータの内部構成の一例を示す図 リレー制御プログラムに従ってＥＣＵが実行するリレー制御処理の流れを示す図

符号の説明

１１ 燃料電池
１２ 電圧センサ
１３ リレー装置
１４ 補助電源
１５ 第１のキャパシタ昇圧コンバータ
１５ａ スイッチング素子
１５ｂ スイッチング素子
１５ｃ ダイオード
１５ｃ ダイオード
１５ｅ リアクトル
１６ 入力平滑キャパシタ
１７ 電圧センサ
１８ 燃料電池昇圧コンバータ
２１ 二次電池
２２ 電圧センサ
２３ リレー装置
２４ 補助電源
２５ 第２のキャパシタ昇圧コンバータ
２６ 第１の平滑キャパシタ
２７ 電圧センサ
２８ 双方向昇降圧コンバータ
３０ 負荷
４０ ＥＣＵ
４１ リレー制御プログラム

Claims (3)

1. 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で電力の供給形態を制御するための電源制御システムであって、
   前記燃料電池から入力される直流電力の電圧を変換して前記負荷回路へ出力するための第１の電圧変換器、
   前記燃料電池の出力端子対と前記第１の電圧変換器の入力端子対との間に介在する第１のリレー、
   前記第１の電圧変換器の入力端子対の間に接続される第１のキャパシタ、
   直流電力を出力する補助電源、
   前記補助電源から入力される直流電力の電圧を変換して前記第１のキャパシタに蓄積するための第２の電圧変換器、及び、
   前記第１のリレーが切断されている状態において前記燃料電池の出力電圧と前記第１のキャパシタの両端の電圧との差が所定の閾値以下に低減されるよう前記第２の電圧変換器を制御した上で、前記第１のリレーを接続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。
2. 蓄放電自在な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第３の電圧変換器、
   前記二次電池の端子対と前記第３の電圧変換器における前記二次電池側の端子対との間に介在する第２のリレー、
   前記第３の電圧変換器における前記二次電池側の端子対の間に接続される第２のキャパシタ、及び、
   前記補助電源から入力される直流電力の電圧を変換して前記第２のキャパシタに蓄積するための第４の電圧変換器
   を更に備え、
   前記制御部は、
   前記第２のリレーが切断されている状態において前記二次電池の出力電圧と前記第２のキャパシタの両端の電圧との差が所定の閾値以下に低減されるよう前記第４の電圧変換器を制御した上で、前記第２のリレーを接続する制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の電源制御システム。
3. 前記補助電源が前記二次電池である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電源制御システム。

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