JP2011010508A - Electric power supply system - Google Patents

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尚樹 蟹江
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an inrush current from flowing upon turning on a relay switch capable of electrically connecting boosting outputs from a DC power supply.SOLUTION: A control unit 20 turns on a relay switch 18 (19) to charge a capacitor C1 with a DC power supply 13. When a difference between voltages at both ends of a relay switch 17 (voltages of capacitors C1 and C2) detected by voltage detecting circuits 22 and 23 becomes the minimum, the control unit controls the relay switch 17 to go on.

Description

本発明は、電源システムに関する。当該電源システムは、例えば、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に適用可能である。   The present invention relates to a power supply system. The power supply system can be applied to vehicles such as fuel cell vehicles, electric vehicles, and hybrid vehicles.

電源システムの一例として燃料電池自動車に搭載された燃料電池システムが知られている。既存の燃料電池システムには、車両の駆動輪を駆動するモータに電力を供給する電力供給源として、燃料電池(FC)と二次電池(バッテリ)とを併用するものがある。   As an example of a power supply system, a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle is known. Some existing fuel cell systems use both a fuel cell (FC) and a secondary battery (battery) as a power supply source for supplying power to a motor that drives a driving wheel of a vehicle.

特開2004−166376号公報JP 2004-166376 A 特開2008−017598号公報JP 2008-017598 A 特開2004−234907号公報JP 2004-234907 A

FCとバッテリとを併用する燃料電池システムでは、例えば、バッテリからモータ(あるいはモータに交流電力を供給するインバータ)に至る電気経路に、FCをリレースイッチ経由で接続することができる。リレースイッチがOFFの状態ではバッテリからモータ(あるいはインバータ)に、リレースイッチがONの状態ではFCからモータ(あるいはインバータ)にそれぞれ電力を供給することができる。   In a fuel cell system using both FC and a battery, for example, the FC can be connected to an electric path from the battery to a motor (or an inverter that supplies AC power to the motor) via a relay switch. When the relay switch is OFF, power can be supplied from the battery to the motor (or inverter), and when the relay switch is ON, power can be supplied from the FC to the motor (or inverter).

ここで、FC及びバッテリの各出力である直流(DC)電圧をそれぞれモータの駆動に適した直流電圧に変換(例えば昇圧)可能なように、FCとリレースイッチとの間、及び、バッテリとリレースイッチとの間のそれぞれにはDC−DCコンバータを設けることができる。この場合、リレースイッチは、2つのDC−DCコンバータに挟まれた接続形態となる。   Here, the direct current (DC) voltage, which is the output of each FC and battery, can be converted (eg, stepped up) into a direct current voltage suitable for driving the motor, between the FC and the relay switch, and between the battery and the relay. A DC-DC converter can be provided between each switch. In this case, the relay switch is connected between two DC-DC converters.

しかしながら、従来技術では、このようにリレースイッチが2つのDC−DCコンバータに挟まれた接続形態において、リレースイッチの適切な制御タイミングについて何ら検討されていない。そのため、リレースイッチの両端電圧が異なる状態でリレースイッチをONにしてしまう場合も想定され、そのような場合、予期しない大きな電流(突入電流)がリレースイッチに流れてリレースイッチが溶着してしまうおそれがある。   However, in the related art, in the connection form in which the relay switch is sandwiched between the two DC-DC converters as described above, no appropriate control timing of the relay switch is studied. Therefore, it is also assumed that the relay switch is turned on when the voltage across the relay switch is different. In such a case, an unexpected large current (inrush current) may flow through the relay switch and the relay switch may be welded. There is.

そこで、本発明の目的の一つは、直流電源の昇圧出力どうしを電気的に接続可能なリレースイッチをONにした場合に、当該リレースイッチに突入電流が流れることを抑止できるようにすることにある。   Accordingly, one of the objects of the present invention is to prevent the inrush current from flowing through the relay switch when the relay switch that can electrically connect the boosted outputs of the DC power supplies is turned on. is there.

なお、当該目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。   In addition, it is not only the said objective but the effect brought about by each structure shown to the form for implementing invention mentioned later, Comprising: There exists an effect which cannot be obtained by the prior art, It can be positioned as one of the purposes.

本発明の電源システムの一態様は、第1の直流電源と、第2の直流電源と、前記第1の直流電源の出力電圧を昇圧した電圧が印加される第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサの出力電圧が印加される第1のリレースイッチと、前記第2の直流電源と前記第1のリレースイッチとを電気的に接続可能な第2のリレースイッチと、前記第1のリレースイッチと前記第2のリレースイッチとの間において前記第2の直流電源の出力電圧を昇圧した電圧が印加される第2のコンデンサと、前記第1及び第2のコンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、前記第2のリレースイッチをONにして前記第2の直流電源から前記第2のコンデンサへの充電を行ない、前記電圧検出回路で検出された電圧の差分が最小となった場合に、前記第1のリレースイッチをONに制御する制御部と、を備える。   One aspect of the power supply system of the present invention includes a first DC power supply, a second DC power supply, a first capacitor to which a voltage obtained by boosting an output voltage of the first DC power supply is applied, and the first DC power supply. A first relay switch to which an output voltage of the capacitor is applied, a second relay switch capable of electrically connecting the second DC power source and the first relay switch, and the first relay switch And a second capacitor to which a voltage obtained by boosting the output voltage of the second DC power source is applied between the first relay switch and the second relay switch, and a voltage detection circuit for detecting the voltages of the first and second capacitors And when the second relay switch is turned on to charge the second capacitor from the second DC power supply, and the difference between the voltages detected by the voltage detection circuit is minimized, 1st relay And a control unit for controlling the switch to ON.

ここで、前記制御部は、前記電圧の差分が最小となった場合に、前記第2のリレースイッチをOFFに制御して前記第2のコンデンサへの充電を停止するようにしてもよい。   Here, when the difference between the voltages is minimized, the control unit may control the second relay switch to be turned off to stop charging the second capacitor.

また、前記第1のコンデンサは、前記第1の直流電源の出力電圧を昇圧して前記第1のリレースイッチの一端に印加する第1の昇圧コンバータの要素であり、前記第2のコンデンサは、前記第2の直流電源の出力電圧を昇圧して前記第1のリレースイッチの他端に印加する第2の昇圧コンバータの要素である、こととしてもよい。   The first capacitor is an element of a first boost converter that boosts the output voltage of the first DC power source and applies it to one end of the first relay switch, and the second capacitor is It may be an element of a second boost converter that boosts the output voltage of the second DC power supply and applies the boosted voltage to the other end of the first relay switch.

さらに、前記制御部は、前記第1の電気経路の電圧が前記第2の直流電源の出力電圧よりも大きい場合、前記第2の昇圧コンバータを駆動して前記電圧の差分が最小となるように前記第2のコンデンサの印加電圧を昇圧させる、ようにしてもよい。   Further, the control unit drives the second boost converter to minimize the difference between the voltages when the voltage of the first electric path is larger than the output voltage of the second DC power supply. The voltage applied to the second capacitor may be boosted.

本発明によれば、直流電源の昇圧出力どうしを電気的に接続可能な(第1の)リレースイッチをONにした場合に突入電流が流れることを抑止することができる。したがって、(第1の)リレースイッチの溶着を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent an inrush current from flowing when a (first) relay switch that can electrically connect boosted outputs of DC power supplies is turned on. Therefore, welding of the (first) relay switch can be prevented.

一実施形態に係る電源システム及び当該電源システムを搭載した車両の構成例を模式的に示す図である。It is a figure showing typically an example of composition of a power supply system concerning one embodiment and vehicles carrying the power supply system. 図1に例示する電源システムの要素間の接続形態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the connection form between the elements of the power supply system illustrated in FIG. 図1に例示するECUによるリレースイッチの制御例を説明するフローチャートである。2 is a flowchart illustrating an example of control of a relay switch by an ECU illustrated in FIG. 1.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形(各実施例を組み合わせる等)して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described below. In other words, the present invention can be implemented with various modifications (combining the embodiments, etc.) without departing from the spirit of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings are schematic and do not necessarily match actual dimensions and ratios. In some cases, the dimensional relationships and ratios may be different between the drawings.

〔1〕電源システムの構成例
図1は、一実施形態に係る電源システム10及び当該電源システム10を搭載した車両1の構成例を模式的に示す図である。
[1] Configuration Example of Power Supply System FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a power supply system 10 according to an embodiment and a vehicle 1 equipped with the power supply system 10.

電源システム10は、例示的に、燃料電池(FC)11を有する燃料電池システムであり、車両1は、燃料電池システム10を駆動電力の供給源とする電気機器の一例としての燃料電池自動車である。ただし、車両1は、電気自動車やハイブリッド自動車であってもよい。   The power supply system 10 is illustratively a fuel cell system having a fuel cell (FC) 11, and the vehicle 1 is a fuel cell vehicle as an example of an electrical device that uses the fuel cell system 10 as a source of driving power. . However, the vehicle 1 may be an electric vehicle or a hybrid vehicle.

車両1は、駆動輪2を駆動するモータ16や、電子制御ユニット(ECU)20、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサ21等を備える。アクセルペダルセンサ21は、電子制御ユニット20に電気的に接続されており、例えば、検出したアクセスペダルの開度に応じてモータ16(駆動輪2)の回転速度がECU20によって制御される。   The vehicle 1 includes a motor 16 that drives the drive wheels 2, an electronic control unit (ECU) 20, an accelerator pedal sensor 21 that detects the opening of an accelerator pedal, and the like. The accelerator pedal sensor 21 is electrically connected to the electronic control unit 20. For example, the rotational speed of the motor 16 (drive wheel 2) is controlled by the ECU 20 according to the detected opening degree of the access pedal.

燃料電池システム10は、前記燃料電池(FC)11のほか、非限定的な一例として、FC昇圧コンバータ12、バッテリ13、バッテリ昇圧コンバータ14、インバータ15等を備える。   In addition to the fuel cell (FC) 11, the fuel cell system 10 includes, as a non-limiting example, an FC boost converter 12, a battery 13, a battery boost converter 14, an inverter 15, and the like.

FC11は、電気化学反応を利用して発電する装置であり、直流電圧を出力する第1の直流電源の一例である。FC11には、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、アルカリ電解質型等の種々のタイプの燃料電池が適用可能である。FC11が発電した電力は、車両1の駆動輪2を駆動するモータ16の駆動電力や、バッテリ13の充電に用いられる。   The FC 11 is a device that generates electricity using an electrochemical reaction, and is an example of a first DC power source that outputs a DC voltage. Various types of fuel cells such as solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, and alkaline electrolyte type can be applied to FC11. The power generated by the FC 11 is used to drive the motor 16 that drives the drive wheels 2 of the vehicle 1 and to charge the battery 13.

バッテリ13は、充放電可能な二次電池であり、直流電圧を出力する第2の直流電源の一例である。バッテリ13には、例示的に、リチウムイオン、ニッケル水素、ニッケルカドミウム等の種々のタイプの二次電池を適用可能である。バッテリ13は、車両1やFC11の運転時に使用される種々の電気機器に電力を供給することができる。ここでいう電気機器には、例えば、車両1の照明機器、空調機器、油圧ポンプ、FC11の燃料ガスや改質原料を供給するポンプ、改質器の温度を調整するヒータ等が含まれる。   The battery 13 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is an example of a second DC power source that outputs a DC voltage. Various types of secondary batteries such as lithium ion, nickel metal hydride, and nickel cadmium can be applied to the battery 13 exemplarily. The battery 13 can supply electric power to various electric devices used when the vehicle 1 or the FC 11 is operated. The electrical equipment here includes, for example, lighting equipment for the vehicle 1, air conditioning equipment, a hydraulic pump, a pump for supplying fuel gas and reforming material of FC11, a heater for adjusting the temperature of the reformer, and the like.

これらのFC11及びバッテリ13は、図1に例示するように、インバータ15に対して電気的に並列に接続されている。FC11からインバータ15に至る電気経路には、FC昇圧コンバータ12が設けられている。FC昇圧コンバータ12は、入力DC電圧を昇圧するDC−DCコンバータであり、FC11で発生したDC電圧を変換可能な範囲で所定のDC電圧に変換(例えば昇圧)して、インバータ15に印加することができる。このような昇圧動作により、FC11の出力電力が低くても、モータ16の駆動に要する駆動電力を確保することが可能となる。   The FC 11 and the battery 13 are electrically connected in parallel to the inverter 15 as illustrated in FIG. An FC boost converter 12 is provided in the electrical path from the FC 11 to the inverter 15. The FC boost converter 12 is a DC-DC converter that boosts an input DC voltage, converts the DC voltage generated by the FC 11 into a predetermined DC voltage within a convertible range (for example, boosts it), and applies it to the inverter 15. Can do. Such boosting operation makes it possible to secure the driving power required to drive the motor 16 even when the output power of the FC 11 is low.

一方、バッテリ13からインバータ15に至る電気経路には、バッテリ昇圧コンバータ14が、FC昇圧コンバータ12とインバータ15との間の電気経路に対して並列に接続されている。当該コンバータ14も、DC−DCコンバータであり、バッテリ13又はインバータ15から印加されたDC電圧を変換可能な範囲で所定のDC電圧に変換することができる。   On the other hand, the battery boost converter 14 is connected in parallel to the electrical path between the FC boost converter 12 and the inverter 15 in the electrical path from the battery 13 to the inverter 15. The converter 14 is also a DC-DC converter, and can convert the DC voltage applied from the battery 13 or the inverter 15 into a predetermined DC voltage within a convertible range.

コンバータ14には、昇圧及び降圧の双方が可能な昇降圧型のコンバータを適用でき、例えば、バッテリ13からの入力DC電圧を制御(昇圧)してインバータ15側に出力する一方、FC11又はモータ16からの入力DC電圧を制御(降圧)してバッテリ13に出力することが可能である。これにより、バッテリ13の充放電が可能となる。   The converter 14 can be a step-up / step-down converter capable of both boosting and stepping down. For example, the converter 14 controls (boosts) the input DC voltage from the battery 13 and outputs it to the inverter 15 side. The input DC voltage can be controlled (stepped down) and output to the battery 13. Thereby, charging / discharging of the battery 13 is attained.

また、コンバータ14は、出力電圧が制御されることで、インバータ15の端子電圧を制御することが可能である。当該制御は、インバータ15に対して並列に接続された各電源(FC11及びバッテリ13)の相対的な出力電圧差を制御して、両者の電力を適切に使い分けることを可能にする。   Moreover, the converter 14 can control the terminal voltage of the inverter 15 by controlling the output voltage. This control controls the relative output voltage difference between the power supplies (FC 11 and battery 13) connected in parallel to the inverter 15, and makes it possible to properly use both powers.

インバータ15は、FC11からコンバータ12を介して、また、バッテリ13からコンバータ14を介して、DC電圧の入力を受け、当該入力DC電圧を交流(AC)電圧に変換し、これをモータ16の駆動電圧として供給する。その際、ECU20は、要求動力に応じたAC電圧がモータ16に供給されるよう、インバータ15の動作(スイッチング)を制御する。   The inverter 15 receives DC voltage input from the FC 11 via the converter 12 and from the battery 13 via the converter 14, converts the input DC voltage into alternating current (AC) voltage, and drives the motor 16. Supply as voltage. At that time, the ECU 20 controls the operation (switching) of the inverter 15 so that an AC voltage corresponding to the required power is supplied to the motor 16.

ECU20は、既述の制御のほか、車両1及び燃料電池システム10の動作(運転)を統括的に制御する。ECU20は、例示的に、演算処理装置の一例としてのCPU、記憶装置の一例としてのRAM、ROM等を備えたマイクロコンピュータとして実現できる。ECU20は、モータ16や燃料電池システム10の各要素、種々のセンサ群と電気的に接続され、各種センサ値の受信、演算処理、指令(制御信号)の送信等を適宜に実施する。センサ群には、アクセルペダルセンサ21のほか、例示的に、バッテリ13の充電状態(SOC:State Of Charge)を検出するSOCセンサ、車速(モータ16の回転数)を検出する車速センサ、図2により後述する電圧センサ22、23及び24等が含まれ得る。   In addition to the control described above, the ECU 20 comprehensively controls the operation (operation) of the vehicle 1 and the fuel cell system 10. The ECU 20 can be exemplarily realized as a microcomputer including a CPU as an example of an arithmetic processing device, a RAM, a ROM as an example of a storage device, and the like. The ECU 20 is electrically connected to each element of the motor 16 and the fuel cell system 10 and various sensor groups, and appropriately receives various sensor values, performs arithmetic processing, transmits commands (control signals), and the like. In addition to the accelerator pedal sensor 21, the sensor group includes, for example, an SOC sensor that detects the state of charge (SOC) of the battery 13, a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed (the number of rotations of the motor 16), and FIG. May include voltage sensors 22, 23, and 24, which will be described later.

〔2〕バッテリ13、昇圧コンバータ12及び14、及びインバータ15の接続形態
図2に例示するように、FC11の出力電圧を昇圧するFC昇圧コンバータ(以下、単に「FCコンバータ」ともいう。)12の出力は、(第1の)リレースイッチ17を介してインバータ15に電気的に接続することができる。リレースイッチ(以下、「FCリレー」ともいう。)17のON/OFFは、例えば、ECU20によって制御することができる。
[2] Connection Form of Battery 13, Booster Converters 12 and 14, and Inverter 15 As illustrated in FIG. 2, an FC boost converter (hereinafter also simply referred to as “FC converter”) 12 that boosts the output voltage of FC11. The output can be electrically connected to the inverter 15 via a (first) relay switch 17. ON / OFF of the relay switch (hereinafter also referred to as “FC relay”) 17 can be controlled by the ECU 20, for example.

これに対し、バッテリ13の出力電圧を昇圧するバッテリ昇圧コンバータ(以下、「バッテリコンバータ」ともいう。)14の出力は、FCリレー17を介さずにインバータ15に電気的に接続することができる。換言すれば、バッテリ13からバッテリコンバータ14を経由してインバータ15(モータ16)に至る電気経路に、FCリレー17を介してFC11(FCコンバータ12)を接続することができる。   On the other hand, the output of a battery boost converter (hereinafter also referred to as “battery converter”) 14 that boosts the output voltage of the battery 13 can be electrically connected to the inverter 15 without going through the FC relay 17. In other words, the FC 11 (FC converter 12) can be connected via the FC relay 17 to the electrical path from the battery 13 via the battery converter 14 to the inverter 15 (motor 16).

これにより、FCリレー17がOFFの状態においてバッテリコンバータ14の出力電圧(電力)をインバータ15(モータ16)に供給し、FCリレー17がONの状態においてFCコンバータ12の出力電圧(電力)をインバータ15(モータ16)に供給することができる。   Thereby, the output voltage (electric power) of the battery converter 14 is supplied to the inverter 15 (motor 16) when the FC relay 17 is OFF, and the output voltage (electric power) of the FC converter 12 is supplied to the inverter when the FC relay 17 is ON. 15 (motor 16).

FCコンバータ12とFCリレー17との間の電気経路には、ダイオードD1が直列に接続されるとともに、ダイオードD1のカソードにコンデンサC2が並列に接続されている。したがって、コンデンサC2には、FC11の出力電圧をFCコンバータ12によって昇圧した電圧が印加される。なお、図2において、ダイオードD1及び(第1の)コンデンサC2は、FCコンバータ12の外部に図示しているが、FCコンバータ12の要素(出力ダイオード及び出力平滑コンデンサ)として考えてよい。   In the electrical path between the FC converter 12 and the FC relay 17, a diode D1 is connected in series, and a capacitor C2 is connected in parallel to the cathode of the diode D1. Therefore, a voltage obtained by boosting the output voltage of the FC 11 by the FC converter 12 is applied to the capacitor C2. In FIG. 2, the diode D1 and the (first) capacitor C2 are illustrated outside the FC converter 12, but may be considered as elements (output diode and output smoothing capacitor) of the FC converter 12.

一方、FCリレー17とコンバータ14との間の電気経路にも、(第2の)コンデンサC1が並列に接続されている。したがって、コンデンサC1には、バッテリ13の出力電圧をバッテリコンバータ14によって昇圧した電圧が印加される。図2において、コンデンサC1も、バッテリコンバータ14の外部に図示しているが、バッテリコンバータ14の要素(出力平滑コンデンサ)と考えてよい。   On the other hand, a (second) capacitor C1 is also connected in parallel to the electrical path between the FC relay 17 and the converter 14. Therefore, a voltage obtained by boosting the output voltage of the battery 13 by the battery converter 14 is applied to the capacitor C1. In FIG. 2, the capacitor C <b> 1 is also illustrated outside the battery converter 14, but may be considered as an element (output smoothing capacitor) of the battery converter 14.

また、バッテリ13とバッテリコンバータ14との間の電気的な接続には、リレースイッチ18、及び、制限抵抗R及びリレースイッチ19の直列接続回路(プリチャージ回路)の並列接続回路を用いることができる。リレースイッチ18及び19は、いずれも、バッテリ13とバッテリコンバータ14との間を電気的に接続(導通)可能なリレースイッチの一例である。各リレースイッチ18及び19のON/OFFも、例えば、ECU20によって制御することができる。   For electrical connection between the battery 13 and the battery converter 14, a relay switch 18 and a parallel connection circuit of a series connection circuit (precharge circuit) of the limiting resistor R and the relay switch 19 can be used. . The relay switches 18 and 19 are both examples of a relay switch that can be electrically connected (conducted) between the battery 13 and the battery converter 14. ON / OFF of each relay switch 18 and 19 can also be controlled by ECU20, for example.

リレースイッチ18は、例示的に、バッテリ13とバッテリコンバータ14との間の第1の電気経路(主電気経路)上に設けられており、ON状態でバッテリ13とバッテリコンバータ14との間の主電気経路を導通させる。なお、以下の説明において、リレースイッチ18は、「システムメインリレー18」ともいう。   The relay switch 18 is exemplarily provided on a first electric path (main electric path) between the battery 13 and the battery converter 14, and the main switch between the battery 13 and the battery converter 14 in the ON state. Conduct the electrical path. In the following description, the relay switch 18 is also referred to as a “system main relay 18”.

一方、プリチャージ回路の要素である、制限抵抗R付きリレースイッチ19(以下、「チャージリレー19」ともいう。)は、例示的に、バッテリ13とバッテリコンバータ14との間において主電気経路をバイパスする第2の電気経路(バイパス経路)上に設けられており、ON状態でバッテリ13とバッテリコンバータ14との間のバイパス経路を導通させる。   On the other hand, a relay switch 19 with a limiting resistor R (hereinafter also referred to as “charge relay 19”), which is an element of the precharge circuit, illustratively bypasses the main electrical path between the battery 13 and the battery converter 14. Is provided on the second electrical path (bypass path) that conducts the bypass path between the battery 13 and the battery converter 14 in the ON state.

チャージリレー19は、システムメインリレー18がOFFの状態でONに制御され、システムメインリレー18がONに制御される際にOFFに制御される。チャージリレー19がONに制御されると、バッテリ13の出力電流が制限抵抗R経由でコンデンサC1に徐々に充電(プリチャージ)され、その充電量に応じてコンデンサC1の電圧が徐々に上昇する。コンデンサC1の電圧とバッテリ13の出力電圧(開放電圧)との差分が最小(理想的にはゼロ)になった状態でシステムメインリレー18をONにすることで、システムメインリレー18に所定値以上の過電流(突入電流)が流れることを抑止できる。   The charge relay 19 is controlled to be ON when the system main relay 18 is OFF, and is controlled to be OFF when the system main relay 18 is controlled to be ON. When the charge relay 19 is controlled to be ON, the output current of the battery 13 is gradually charged (precharged) to the capacitor C1 via the limiting resistor R, and the voltage of the capacitor C1 gradually increases according to the amount of charge. By turning on the system main relay 18 in a state where the difference between the voltage of the capacitor C1 and the output voltage (open voltage) of the battery 13 is minimum (ideally zero), the system main relay 18 has a predetermined value or more. It is possible to prevent the overcurrent (inrush current) from flowing.

さてここで、上述のように、FC11の出力電圧を昇圧するFCコンバータ12と、バッテリ13の出力電圧を昇圧するバッテリコンバータ14とが、FCリレー17を介して相互に接続される形態では、FC11からFCリレー17に至る電気経路に並列接続されたコンデンサC2に電荷が残留する場合がある。その結果、FCリレー17の両端の電圧(コンデンサC1及びC2の電圧)V1及びV2が異なる電圧になっている可能性がある。このような状態でFCリレー12をONにすると、FCリレー17に突入電流が流れ、場合によってはFCリレー17が溶着するおそれがある。   Now, as described above, the FC converter 12 that boosts the output voltage of the FC 11 and the battery converter 14 that boosts the output voltage of the battery 13 are connected to each other via the FC relay 17. In some cases, a charge may remain in the capacitor C2 connected in parallel to the electrical path from the first to the FC relay 17. As a result, the voltages at both ends of the FC relay 17 (voltages of the capacitors C1 and C2) V1 and V2 may be different voltages. When the FC relay 12 is turned on in such a state, an inrush current flows through the FC relay 17 and the FC relay 17 may be welded in some cases.

そこで、本実施形態では、FCリレー17の両端の電圧V1及びV2を検出(モニタ)して、各電圧V1及びV2の差分が最小(理想的にはゼロ)である状態でFCリレー17をONに制御する。これにより、FCリレー17に突入電流が流れてFCリレー17が溶着してしまうことを防止することができる。   Therefore, in this embodiment, the voltages V1 and V2 at both ends of the FC relay 17 are detected (monitored), and the FC relay 17 is turned on in a state where the difference between the voltages V1 and V2 is minimum (ideally zero). To control. Thereby, it is possible to prevent the inrush current from flowing into the FC relay 17 and the FC relay 17 from being welded.

ここで、コンデンサC2の残留電荷に応じた電圧V2がバッテリ13の出力電圧Vb以下である場合には、チャージリレー19をONに制御して電圧V1を上昇させることで、FCリレー17の両端の電圧V1及びV2の差分を最小にすることができる。   Here, when the voltage V2 corresponding to the residual charge of the capacitor C2 is equal to or lower than the output voltage Vb of the battery 13, the charge relay 19 is controlled to be turned on to increase the voltage V1, so that the voltage at both ends of the FC relay 17 is increased. The difference between the voltages V1 and V2 can be minimized.

一方、コンデンサC2の電圧V2がバッテリ13の出力電圧Vbよりも大きい場合には、バッテリコンバータ14の昇圧動作を併用して電圧V1を昇圧することで、FCリレー17の両端の電圧V1及びV2の差分を最小に制御できる。   On the other hand, when the voltage V2 of the capacitor C2 is higher than the output voltage Vb of the battery 13, the voltage V1 is boosted by using the boosting operation of the battery converter 14 together, so that the voltages V1 and V2 across the FC relay 17 are increased. The difference can be controlled to the minimum.

以上のような制御を実現すべく、本実施形態の電源システム10には、図2中に例示するように、電圧センサ22、23及び24を備えることができる。   In order to realize the control as described above, the power supply system 10 of the present embodiment can include voltage sensors 22, 23, and 24 as illustrated in FIG.

電圧センサ22は、例示的に、FCリレー17とバッテリコンバータ14との間の電気経路に設けられて、FCリレー17とバッテリコンバータ14との間の電圧(コンデンサC1の電圧)V1を検出する。   For example, the voltage sensor 22 is provided in an electrical path between the FC relay 17 and the battery converter 14 and detects a voltage (voltage of the capacitor C1) V1 between the FC relay 17 and the battery converter 14.

電圧センサ23は、例示的に、FCコンバータ12とFCリレー17との間の電気経路に設けられて、FCコンバータ12とFCリレー17との間の電圧(コンデンサC2の電圧)V2を検出する。   For example, the voltage sensor 23 is provided in an electrical path between the FC converter 12 and the FC relay 17 and detects a voltage (voltage of the capacitor C2) V2 between the FC converter 12 and the FC relay 17.

つまり、電圧センサ22及び23は、FCリレー17の両端電圧(コンデンサC1及びC2の電圧)V1及びV2を検出する検出回路の一例である。   That is, the voltage sensors 22 and 23 are an example of a detection circuit that detects the voltages across the FC relay 17 (voltages of the capacitors C1 and C2) V1 and V2.

電圧センサ24は、バッテリ13とシステムメインリレー18との間の電気経路に設けられて、バッテリ13の出力電圧(開放電圧)Vbを検出する。   The voltage sensor 24 is provided in an electrical path between the battery 13 and the system main relay 18 and detects an output voltage (open voltage) Vb of the battery 13.

電圧センサ22、23及び24は、それぞれ例えばECU20に電気的に接続されて、それぞれにおいて検出した電圧(以下、「電圧センサ値」ともいう)V1,V2及びVbを、ECU20に与えることができる。   The voltage sensors 22, 23, and 24 are electrically connected to the ECU 20, for example, and can provide the ECU 20 with voltages (hereinafter, also referred to as “voltage sensor values”) V 1, V 2, and Vb detected.

〔3〕リレースイッチ制御
以下、制御部の一例としてのECU20によるリレースイッチ制御について、図3に例示するフローチャートに従って説明する。なお、初期状態において、各リレースイッチ17〜19は、いずれもOFF状態であるものと仮定する。
[3] Relay Switch Control Hereinafter, relay switch control by the ECU 20 as an example of the control unit will be described with reference to the flowchart illustrated in FIG. In the initial state, it is assumed that all the relay switches 17 to 19 are in the OFF state.

ECU20は、各電圧センサ22,23及び24による電圧センサ値V1,V2及びVbを周期的に取得する(処理P1)。ECU20は、FCリレー17及びシステムメインリレー18をONにする場合、まず、チャージリレー19をONに制御してバッテリ13とバッテリコンバータ14との間を電気的に接続する(処理P2)。これより、制限抵抗Rを介してコンデンサC1が徐々に充電(プリチャージ)され、その充電量に応じてコンデンサC1の電圧V1が徐々に上昇してゆく。   The ECU 20 periodically acquires the voltage sensor values V1, V2, and Vb from the voltage sensors 22, 23, and 24 (processing P1). When turning on the FC relay 17 and the system main relay 18, the ECU 20 first controls the charge relay 19 to electrically connect the battery 13 and the battery converter 14 (processing P <b> 2). Thus, the capacitor C1 is gradually charged (precharged) via the limiting resistor R, and the voltage V1 of the capacitor C1 gradually increases according to the amount of charge.

ECU20は、電圧センサ23により得られたFC11側の電圧センサ値V2が、電圧センサ24により得られたバッテリ13側の電圧センサ値Vb以下である(V2≦Vb)か否かを判定する(処理P3)。   The ECU 20 determines whether or not the voltage sensor value V2 on the FC11 side obtained by the voltage sensor 23 is equal to or less than the voltage sensor value Vb on the battery 13 side obtained by the voltage sensor 24 (processing V2 ≦ Vb). P3).

当該判定の結果、V2≦Vbであれば、ECU20は、さらに電圧センサ22により得られた、FCリレー17及びバッテリコンバータ14の間の電圧センサ値V1と、電圧センサ24により得られたバッテリ13の電圧センサ値Vbとが等しいか否かを判定する(処理P3のYルートから処理P4)。   If V2 ≦ Vb as a result of the determination, the ECU 20 further determines the voltage sensor value V1 between the FC relay 17 and the battery converter 14 obtained by the voltage sensor 22 and the battery 13 obtained by the voltage sensor 24. It is determined whether or not the voltage sensor value Vb is equal (from the Y route of process P3 to process P4).

その結果、電圧センサ値V1と電圧センサ値Vbとが異なると判定された場合、ECU20は、FCリレー17の両端電圧である、電圧センサ値V1及びV2が互いに等しいか否かを更に判定する(処理P4のNルートから処理P7)。   As a result, when it is determined that the voltage sensor value V1 is different from the voltage sensor value Vb, the ECU 20 further determines whether or not the voltage sensor values V1 and V2, which are the voltages across the FC relay 17, are equal to each other ( From the N route of the process P4, the process P7).

判定の結果、両電圧センサ値V1及びV2が等しければ、換言すればFCリレー17の両端電圧V1及びV2に電位差が無ければ、ECU20は、チャージリレー19をOFFに制御してコンデンサC1へのプリチャージを停止するとともに、FCリレー17をONに制御する(処理P7のYルートから処理P8及びP9)。FCリレー17の両端電圧V1及びV2に電位差の状態でFCリレー17がONになるので、FCリレー17に突入電流は流れず、FCリレー12の溶着等の障害発生を防止することができる。   As a result of the determination, if both the voltage sensor values V1 and V2 are equal, in other words, if there is no potential difference between the voltages V1 and V2 at both ends of the FC relay 17, the ECU 20 controls the charge relay 19 to OFF to pre-charge the capacitor C1. The charging is stopped and the FC relay 17 is controlled to be ON (processing P8 and processing P8 and P9 from the Y route of processing P7). Since the FC relay 17 is turned on with a voltage difference between the both-end voltages V1 and V2 of the FC relay 17, no inrush current flows through the FC relay 17, and it is possible to prevent the occurrence of failures such as welding of the FC relay 12.

なお、両電圧センサ値V1及びV2が異なる場合、ECU20は、当該リレー制御は行なわずに処理P1以降の処理を実行する。つまり、ECU20は、コンデンサC1へのプリチャージを継続させつつ電圧監視を継続する。   When the voltage sensor values V1 and V2 are different, the ECU 20 executes the processes after the process P1 without performing the relay control. That is, the ECU 20 continues voltage monitoring while continuing to precharge the capacitor C1.

その後、電圧センサ値V1が電圧センサ値Vbと等しくなれば(処理P4でYと判定されれば)、ECU20は、システムメインリレー18をONに制御するとともに、チャージリレー19をOFFに制御する(処理P4のYルートから処理P5及びP6)。チャージリレー19のOFF制御により、コンデンサC1へのプリチャージが停止される。   Thereafter, when voltage sensor value V1 becomes equal to voltage sensor value Vb (when it is determined as Y in process P4), ECU 20 controls system main relay 18 to ON and charge relay 19 to OFF ( From the Y route of the process P4, processes P5 and P6). The precharge to the capacitor C1 is stopped by the OFF control of the charge relay 19.

ところで、処理P3においてFC11側の電圧センサ値V2がバッテリ13側の電圧センサ値Vbよりも大きい(V2>Vb)場合、換言すれば、コンデンサC1を満充電しても電圧V1が電圧V2に満たない場合、ECU20は、バッテリコンバータ14による昇圧を併用して電圧V1をバッテリ13の出力電圧を超えて昇圧させる。そのため、ECU20は、まず、FCリレー17のバッテリコンバータ14側の電圧センサ値V1がバッテリ13側の電圧センサ値Vbと等しいか否かを判定し、システムメインリレー18をONにできるかを確認する(処理P10)。   By the way, if the voltage sensor value V2 on the FC11 side is larger than the voltage sensor value Vb on the battery 13 side in process P3 (V2> Vb), in other words, even if the capacitor C1 is fully charged, the voltage V1 satisfies the voltage V2. If not, the ECU 20 boosts the voltage V <b> 1 beyond the output voltage of the battery 13 by using the boost by the battery converter 14 together. Therefore, the ECU 20 first determines whether or not the voltage sensor value V1 on the battery converter 14 side of the FC relay 17 is equal to the voltage sensor value Vb on the battery 13 side, and confirms whether the system main relay 18 can be turned on. (Process P10).

判定の結果、両電圧センサ値V1及びVbが等しければ、システムメインリレー20をONにしても突入電流は生じないので、ECU20は、システムメインリレー18をONに制御するとともに、チャージリレー19をOFFに制御する(処理P10のYルートから処理P11及びP12)。次いで、ECU20は、バッテリコンバータ14の昇圧動作を制御してバッテリコンバータ14の出力電圧(コンデンサC1の電圧)V1を上昇させる(処理P13)。なお、電圧センサ値V1及びVbが異なる場合(処理P10でNと判定された場合)、ECU20は、処理P1以降の処理に戻って、システムメインリレー18がONにできる電圧状態(V1=Vb)になるまで(処理P10でYと判定されるまで)、コンデンサC1へのプリチャージ及び電圧監視を継続する。   If both voltage sensor values V1 and Vb are equal as a result of the determination, an inrush current does not occur even when the system main relay 20 is turned on. Therefore, the ECU 20 controls the system main relay 18 to be turned on and turns off the charge relay 19. (From the Y route of the process P10 to the processes P11 and P12). Next, the ECU 20 controls the boost operation of the battery converter 14 to increase the output voltage (voltage of the capacitor C1) V1 of the battery converter 14 (process P13). When the voltage sensor values V1 and Vb are different (when it is determined as N in the process P10), the ECU 20 returns to the process after the process P1 so that the system main relay 18 can be turned on (V1 = Vb). Until it becomes (until determined as Y in process P10), precharge and voltage monitoring of the capacitor C1 are continued.

システムメインリレー18をONに制御した後、ECU20は、FCリレー17とバッテリコンバータ14との間の電圧センサ値V1がFC11側の電圧センサ値V2と等しくなったか否かを判定する(処理P14)。   After controlling the system main relay 18 to be ON, the ECU 20 determines whether or not the voltage sensor value V1 between the FC relay 17 and the battery converter 14 is equal to the FC11 side voltage sensor value V2 (processing P14). .

判定の結果、両電圧センサ値V1及びV2が等しければ、ECU20は、バッテリコンバータ14の昇圧動作を停止し、FCリレー17の両端電圧に差分が無い(V1=V2)状態でFCリレー17をONに制御する。電圧センサ値V1及びV2が異なる場合(処理P14でNと判定された場合)、ECU20は、処理P1以降の処理に戻って、V1=V2となるまで、バッテリコンバータ14による電圧V1の昇圧を継続する。   If the two voltage sensor values V1 and V2 are equal as a result of the determination, the ECU 20 stops the boosting operation of the battery converter 14 and turns on the FC relay 17 in a state where there is no difference in the voltage across the FC relay 17 (V1 = V2). To control. When voltage sensor values V1 and V2 are different (when it is determined as N in process P14), ECU 20 returns to the process after process P1 and continues boosting voltage V1 by battery converter 14 until V1 = V2. To do.

このように、FC11側の電圧センサ値V2がバッテリ13側の電圧センサ値Vbよりも大きい場合でも、バッテリコンバータ14の昇圧動作を利用してFCリレー17の両端電圧に差分を無くした状態で、FCリレー17をONにすることができる。したがって、バッテリ13の開放電圧Vb、バッテリコンバータ12の出力電圧V1、及びFCコンバータ12の出力電圧V2がどのような電圧状態にあっても、FCリレー17の両端電圧V1及びV2の差分が最小である状態でFCリレー17をONにすることができる。   As described above, even when the voltage sensor value V2 on the FC11 side is larger than the voltage sensor value Vb on the battery 13 side, the difference between the voltages at both ends of the FC relay 17 is eliminated using the boost operation of the battery converter 14. The FC relay 17 can be turned on. Therefore, the difference between the voltages V1 and V2 across the FC relay 17 is the smallest regardless of the voltage state of the open voltage Vb of the battery 13, the output voltage V1 of the battery converter 12, and the output voltage V2 of the FC converter 12. The FC relay 17 can be turned on in a certain state.

なお、上述した動作例では、FCリレー17の両端電圧V1及びV2が等しい場合にFCリレー17をONに制御することとしたが、V1及びV2が異なる場合であっても許容可能な範囲(例えばFCリレー17の溶着が生じない範囲)の差分に過ぎないのであれば、FCリレー17をONに制御することを許容してもよい。   In the above-described operation example, the FC relay 17 is controlled to be ON when the both-end voltages V1 and V2 of the FC relay 17 are equal. However, even if V1 and V2 are different, an allowable range (for example, If it is only the difference of the range in which the welding of the FC relay 17 does not occur, it may be permitted to control the FC relay 17 to be ON.

〔4〕その他
上述した実施形態は、車載の電源システムに限らず、上述したFC11とバッテリ13との関係のように2つの直流電源を併用する電源システムであれば、パーソナルコンピュータや、オーディオビジュアル(AV)機器、携帯端末等の電気機器に搭載される電源システムに適用することも可能である。
[4] Others The above-described embodiment is not limited to an in-vehicle power supply system, and any power supply system that uses two DC power sources together, such as the relationship between the FC 11 and the battery 13 described above, may be a personal computer or an audiovisual ( It is also possible to apply to a power supply system mounted on electrical equipment such as AV) equipment and portable terminals.

10 電源システム(燃料電池システム)
12 FC昇圧コンバータ
13 バッテリ
14 バッテリ昇圧コンバータ
15 インバータ
16 モータ
17 リレースイッチ(FCリレー)
18 リレースイッチ(システムメインリレー)
19 リレースイッチ(チャージリレー)
20 電子制御ユニット(ECU)
21 アクセルペダルセンサ
22,23,24 電圧センサ
R 制限抵抗
C1,C2 コンデンサ
D1 ダイオード
10 Power supply system (fuel cell system)
12 FC Boost Converter 13 Battery 14 Battery Boost Converter 15 Inverter 16 Motor 17 Relay Switch (FC Relay)
18 Relay switch (system main relay)
19 Relay switch (charge relay)
20 Electronic control unit (ECU)
21 Accelerator pedal sensor 22, 23, 24 Voltage sensor R Limiting resistor C1, C2 Capacitor D1 Diode

Claims (4)

第1の直流電源と、
第2の直流電源と、
前記第1の直流電源の出力電圧を昇圧した電圧が印加される第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサの出力電圧が印加される第1のリレースイッチと、
前記第2の直流電源と前記第1のリレースイッチとを電気的に接続可能な第2のリレースイッチと、
前記第1のリレースイッチと前記第2のリレースイッチとの間において前記第2の直流電源の出力電圧を昇圧した電圧が印加される第2のコンデンサと、
前記第1及び第2のコンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記第2のリレースイッチをONにして前記第2の直流電源から前記第2のコンデンサへの充電を行ない、前記電圧検出回路で検出された電圧の差分が最小となった場合に、前記第1のリレースイッチをONに制御する制御部と、
を備えた、電源システム。
A first DC power supply;
A second DC power source;
A first capacitor to which a voltage obtained by boosting the output voltage of the first DC power supply is applied;
A first relay switch to which an output voltage of the first capacitor is applied;
A second relay switch capable of electrically connecting the second DC power source and the first relay switch;
A second capacitor to which a voltage obtained by boosting the output voltage of the second DC power source is applied between the first relay switch and the second relay switch;
A voltage detection circuit for detecting voltages of the first and second capacitors;
When the second relay switch is turned on to charge the second capacitor from the second DC power supply, the first voltage difference detected by the voltage detection circuit is minimized. A control unit that controls the relay switch of
Power supply system with
前記制御部は、
前記電圧の差分が最小となった場合に、前記第2のリレースイッチをOFFに制御して前記第2のコンデンサへの充電を停止する、請求項1記載の電源システム。
The controller is
2. The power supply system according to claim 1, wherein when the voltage difference is minimized, the second relay switch is controlled to be turned off to stop charging the second capacitor.
前記第1のコンデンサは、前記第1の直流電源の出力電圧を昇圧して前記第1のリレースイッチの一端に印加する第1の昇圧コンバータの要素であり、
前記第2のコンデンサは、前記第2の直流電源の出力電圧を昇圧して前記第1のリレースイッチの他端に印加する第2の昇圧コンバータの要素である、請求項1又は2に記載の電源システム。
The first capacitor is an element of a first boost converter that boosts the output voltage of the first DC power source and applies the boosted voltage to one end of the first relay switch.
3. The second capacitor according to claim 1, wherein the second capacitor is an element of a second boost converter that boosts an output voltage of the second DC power source and applies the boosted voltage to the other end of the first relay switch. Power system.
前記制御部は、
前記第1の電気経路の電圧が前記第2の直流電源の出力電圧よりも大きい場合、前記第2の昇圧コンバータを駆動して前記電圧の差分が最小となるように前記第2のコンデンサの印加電圧を昇圧させる、請求項3記載の電源システム。
The controller is
When the voltage of the first electric path is larger than the output voltage of the second DC power supply, the second capacitor is applied so as to drive the second boost converter so that the voltage difference is minimized. The power supply system according to claim 3, wherein the voltage is boosted.
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