JP2011019337A - Converter control apparatus - Google Patents

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啓之 今西
Nobuyuki Kitamura
伸之 北村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a converter control apparatus capable of sufficiently exhibiting operation performance of a soft switching converter by taking countermeasures against low temperature.SOLUTION: A controller detects the temperature Tev of an EV element, on the basis of a signal transmitted from a temperature sensor (step S1). If it is determined that the temperature Tev of the EV element is lower than a switching threshold temperature Tth1, the controller starts hard switch control, while always turning off a second switch element of an auxiliary circuit (step S2→step S3). Meanwhile, when determining that the temperature Tev of the EV element is not less than the switching threshold temperature Tth1 (NO in step S2), the controller starts soft switching control (step S4).

Description

本発明は、燃料電池の出力電圧を制御するコンバータ制御装置に関する。   The present invention relates to a converter control device that controls an output voltage of a fuel cell.

自動車等に搭載される燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電能力を超える急な負荷の変化等に対応するため、動力源として燃料電池とバッテリとを備えたハイブリッド型の燃料電池システムが種々提案されている。   In fuel cell systems mounted on automobiles, various hybrid fuel cell systems with fuel cells and batteries as power sources have been proposed in order to respond to sudden load changes exceeding the power generation capacity of fuel cells. Has been.

ハイブリッド型の燃料電池システムにおいては、燃料電池の出力電圧やバッテリの出力電圧をDC/DCコンバータで制御している。このような制御を行うDC/DCコンバータとしては、パワートランジスタ、IGBT、FET等のスイッチング素子をPWM動作させて電圧の変換を行う形式のものが広く利用されている。DC/DCコンバータは、電子機器の省電力化、小型化及び高性能化に伴い、一層の低損失、高効率及び低ノイズ化が望まれており、特に、PWM動作に伴うスイッチング損失やスイッチングサージの低減が望まれている。   In the hybrid fuel cell system, the output voltage of the fuel cell and the output voltage of the battery are controlled by a DC / DC converter. As a DC / DC converter that performs such control, a type that performs voltage conversion by causing a switching element such as a power transistor, IGBT, or FET to perform PWM operation is widely used. DC / DC converters are required to have further lower loss, higher efficiency, and lower noise in accordance with power saving, downsizing, and higher performance of electronic devices, and in particular, switching loss and switching surge associated with PWM operation. Reduction is desired.

このようなスイッチング損失、スイッチングサージを低減させる技術のひとつにソフトスイッチング技術がある。ここで、ソフトスイッチングは、ZVS(Zero Voltage Switching)又はZCS(Zero Current Switching)を実現するためのスイッチング方式であり、パワー半導体デバイスのスイッチング損失やそれに与えるストレスが低い。これに対してパワー半導体デバイスの持つスイッチング機能により電圧・電流を直接ターンオン・オフするスイッチング方式はハードスイッチングと称されている。以下の記述においてはZVS/ZCSの双方もしくはその一方が実現されている方式をソフトスイッチング、それ以外をハードスイッチングという。   One of the techniques for reducing such switching loss and switching surge is soft switching technique. Here, soft switching is a switching method for realizing ZVS (Zero Voltage Switching) or ZCS (Zero Current Switching), and has low switching loss and stress applied to the power semiconductor device. On the other hand, a switching method in which the voltage / current is directly turned on / off by the switching function of the power semiconductor device is called hard switching. In the following description, a method in which both or one of ZVS / ZCS is realized is called soft switching, and the other is called hard switching.

ソフトスイッチングは、例えばインダクタ、スイッチング素子、ダイオードなどを備えた昇降圧型DC/DCコンバータ(主昇圧回路)に、スイッチング損失を低減するための補助回路を付加したもの(いわゆるソフトスイッチングコンバータ)によって実現される(例えば特許文献1参照)。   Soft switching is realized by, for example, a step-up / step-down DC / DC converter (main boost circuit) including an inductor, a switching element, a diode, etc., and an auxiliary circuit for reducing switching loss (so-called soft switching converter). (See, for example, Patent Document 1).

特開2005−102438号公報JP 2005-102438 A

図18は、ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の耐圧と素子温度の関係を例示した図であり、図19は、ソフトスイッチングコンバータの昇圧電圧と温度の関係を示した図である。
図18に示すように、素子温度が低いほど、ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の耐圧も低くなる。このため、ソフトスイッチングコンバータの昇圧電圧(すなわち、ソフトスイッチコンバータの出力電圧)も、素子の耐圧を超えないように、素子温度範囲ごとに設定している(図19参照)。
FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the withstand voltage of the elements constituting the soft switching converter and the element temperature, and FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the boost voltage and the temperature of the soft switching converter.
As shown in FIG. 18, the lower the element temperature, the lower the breakdown voltage of the elements constituting the soft switching converter. For this reason, the boost voltage of the soft switching converter (that is, the output voltage of the soft switch converter) is also set for each element temperature range so as not to exceed the breakdown voltage of the element (see FIG. 19).

しかしながら、ソフトスイッチングコンバータの動作効率の観点からは、昇圧電圧を下げてソフトスイッチコンバータを動作させること(別言すれば、動作性能を下げた状態でソフトスイッチングコンバータを利用すること)は好ましいことではない。
現状では、特に昇温対策をすることなく、ソフトスイッチングコンバータの利用による素子温度の上昇にあわせて昇圧電圧を切り換えているが(例えば図19に示す昇圧電圧Vu2→昇圧電圧Vu1)、かかる態様では、ソフトスイッチングコンバータの動作性能を十分に生かせない、という問題があった。
However, from the viewpoint of the operating efficiency of the soft switching converter, it is preferable to operate the soft switch converter by lowering the boost voltage (in other words, to use the soft switching converter in a state where the operating performance is lowered). Absent.
At present, the boosted voltage is switched in accordance with the rise of the element temperature due to the use of the soft switching converter without taking any measures against the temperature rise (for example, the boosted voltage Vu2 → the boosted voltage Vu1 shown in FIG. 19). There was a problem that the operation performance of the soft switching converter could not be fully utilized.

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、低温対策処理を施すことでソフトスイッチングコンバータの動作性能を十分に生かすことが可能なコンバータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a converter control device that can fully utilize the operation performance of a soft switching converter by performing a low-temperature countermeasure process.

上記課題を解決するため、本発明に係るコンバータ制御装置は、燃料電池の出力を制御する主昇圧回路と補助回路とを備えたソフトスイッチングコンバータの制御装置であって、前記ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の関連温度を検知する温度センサと、前記主昇圧回路を用いたハードスイッチングと前記主昇圧回路と前記補助回路を用いたソフトスイッチングとの切換を行い、前記関連温度が設定閾値以下である場合に前記ハードスイッチングに切換を行うスイッチング切換手段と、前記ハードスイッチング及び前記ソフトスイッチングのスイッチング制御を行うスイッチング制御手段とを具備することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a converter control device according to the present invention is a soft switching converter control device including a main booster circuit and an auxiliary circuit for controlling the output of a fuel cell, and constitutes the soft switching converter. Switching between a temperature sensor for detecting a related temperature of the element, hard switching using the main booster circuit, and soft switching using the main booster circuit and the auxiliary circuit, and the related temperature is equal to or lower than a set threshold value And a switching switching means for switching to the hard switching, and a switching control means for performing switching control of the hard switching and the soft switching.

かかる構成によれば、ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の関連温度が設定閾値以下(例えば−2℃など)である場合に、低温対策制御として、ソフトスイッチングコンバータの制御をソフトスイッチングからハードスイッチングに切り換える。かかる切換により、ソフトスイッチングコンバータの動作性能は一時的に落ちるものの、スイッチング損失を増大させ、素子温度を急速昇温させることができるため、ソフトスイッチングコンバータの動作性能を十分に生かすことを可能とする。   According to such a configuration, when the related temperature of the elements constituting the soft switching converter is equal to or lower than a set threshold (for example, −2 ° C. or the like), the soft switching converter control is switched from soft switching to hard switching as low temperature countermeasure control. . By such switching, although the operating performance of the soft switching converter temporarily falls, the switching loss can be increased and the element temperature can be raised rapidly, so that the operating performance of the soft switching converter can be fully utilized. .

ここで、上記構成にあっては、前記ソフトスイッチコンバータについて前記ハードスイッチングのスイッチング制御が行われている状態において、前記燃料電池について供給される反応ガスが通常発電時に比して少なく、かつ、前記通常発電に比して電力損失が大きい低効率発電が行われているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって肯定的な判断結果が得られた場合に、前記燃料電池の出力電力を一定に保ったまま、前記燃料電池の出力電流を所定量だけ低減するように、前記燃料電池の運転動作点を制御する動作点制御手段とをさらに具備する態様が好ましい。   Here, in the above configuration, in the state where the switching control of the hard switching is performed for the soft switch converter, the reaction gas supplied to the fuel cell is less than that during normal power generation, and the A judgment means for judging whether or not low-efficiency power generation with a large power loss as compared with normal power generation is performed, and when a positive judgment result is obtained by the judgment means, the output power of the fuel cell is An embodiment further comprising operating point control means for controlling the operating operating point of the fuel cell so as to reduce the output current of the fuel cell by a predetermined amount while keeping the fuel cell constant.

また、上記構成にあっては、前記判断手段は、前記燃料電池について低効率発電が行われ、かつ、ソフトスイッチコンバータを構成する素子の素子温度が規定温度以上となったか否かを判断する態様が好ましい。   In the above configuration, the determination unit determines whether low-efficiency power generation is performed for the fuel cell and whether the element temperature of the elements constituting the soft switch converter is equal to or higher than a specified temperature. Is preferred.

さらにまた、上記構成にあっては、前記主昇圧回路は、一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードと、一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された主スイッチと、前記第一ダイオードのアノードと前記燃料電池の低電位側の端子に接続された平滑コンデンサとを備え、前記補助回路は、前記主昇圧回路を構成する主スイッチに並列に接続された補助スイッチと、前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記燃料電池の高電位側の端子と低電位側の端子に接続された、クランプダイオードとスナバコンデンサとが直列接続された第一直列接続体とを備える態様が好ましい。   Furthermore, in the above configuration, the main booster circuit includes a main coil having one end connected to a high potential side terminal of the fuel cell, and a first diode having a cathode connected to the other end of the main coil. A main switch having one end connected to the other end of the main coil and the other end connected to a low potential side terminal of the fuel cell, an anode of the first diode, and a low potential side terminal of the fuel cell A smoothing capacitor connected to the main switch, the auxiliary circuit connected in parallel to the main switch constituting the main booster circuit, and connected in parallel to the main switch, and the high potential of the fuel cell An aspect including a first series connection body in which a clamp diode and a snubber capacitor are connected in series, which are connected to the terminal on the side and the terminal on the low potential side, is preferable.

また、上記構成にあっては、前記補助回路は、前記クランプダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と、前記主コイルの一端との間に接続された、ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとが直列接続された第二直列接続体をさらに備える態様も好ましい。   Further, in the above configuration, the auxiliary circuit includes a diode, an auxiliary coil, and the auxiliary switch connected between a connection portion of the clamp diode and the snubber capacitor and one end of the main coil. An embodiment further comprising a second series connection body connected in series is also preferable.

本発明によれば、低温対策処理を施すことでソフトスイッチングコンバータの動作性能を十分に生かすことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to sufficiently utilize the operation performance of the soft switching converter by performing the low temperature countermeasure process.

本実施形態に係るFCHVシステムのシステム構成図である。It is a system configuration figure of the FCHV system concerning this embodiment. 同実施形態に係る多相のFCソフトスイッチングコンバータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the multiphase FC soft switching converter which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るFCソフトスイッチングコンバータの1相分の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure for 1 phase of the FC soft switching converter which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るソフトスイッチング処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the soft switching process which concerns on the same embodiment. モード1の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an operation in mode 1. モード2の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an operation in mode 2. モード3の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an operation in mode 3. モード4の動作を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an operation in mode 4. モード5の動作を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an operation in mode 5. モード6の動作を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an operation in mode 6. モード5のスナバコンデンサC2の電圧Vc、第1スイッチング素子S1にかかる電圧Ve、第1スイッチング素子S1を流れる電流Ieの関係を例示した図である。It is the figure which illustrated the relationship between the voltage Vc of the snubber capacitor | condenser C2 of mode 5, the voltage Ve concerning 1st switching element S1, and the electric current Ie which flows through 1st switching element S1. モード2からモード3への遷移過程における電圧・電流挙動を示す図である。It is a figure which shows the voltage and electric current behavior in the transition process from mode 2 to mode 3. スイッチング切換制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a switching switching control process. 素子破壊防止制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an element destruction prevention control process. FC電流とFC電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between FC electric current and FC voltage. FC電流とFC電圧とFCパワーの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between FC electric current, FC voltage, and FC power. 補助回路の他の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated other composition of an auxiliary circuit. ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の耐圧と素子温度の関係を例示した図である。It is the figure which illustrated the relationship between the proof pressure of the element which comprises a soft switching converter, and element temperature. ソフトスイッチングコンバータの昇圧電圧と温度の関係を示した図である。It is the figure which showed the boost voltage and temperature relationship of a soft switching converter.

A.本実施形態
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。 図1は本実施形態に係る車両に搭載されたFCHVシステムの構成を示す。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)を想定するが、電気自動車などにも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
A. Embodiments Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an FCHV system mounted on a vehicle according to the present embodiment. In the following description, a fuel cell vehicle (FCHV) is assumed as an example of the vehicle, but the present invention can also be applied to an electric vehicle. Further, the present invention can be applied not only to vehicles but also to various moving bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.), stationary power sources, and portable fuel cell systems.

A−1.システムの全体構成
FCHVシステム100は、燃料電池110とインバータ140の間にFCコンバータ2500が設けられるとともに、バッテリ120とインバータ140の間にDC/DCコンバータ(以下、バッテリコンバータ)180が設けられている。
A-1. Overall System Configuration The FCHV system 100 includes an FC converter 2500 between the fuel cell 110 and the inverter 140, and a DC / DC converter (hereinafter referred to as a battery converter) 180 between the battery 120 and the inverter 140. .

燃料電池110は、複数の単位セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池110には、燃料電池110の出力電圧Vfcmesを検出するための電圧センサV0、及び出力電流Ifcmesを検出するための電流センサI0が取り付けられている。燃料電池110においては、アノード極において(1)式の酸化反応が生じ、カソード極において(2)式の還元反応が生じ、燃料電池110全体としては(3)式の起電反応が生じる。   The fuel cell 110 is a solid polymer electrolyte cell stack in which a plurality of unit cells are stacked in series. The fuel cell 110 is provided with a voltage sensor V0 for detecting the output voltage Vfcmes of the fuel cell 110 and a current sensor I0 for detecting the output current Ifcmes. In the fuel cell 110, the oxidation reaction of the formula (1) occurs in the anode electrode, the reduction reaction of the formula (2) occurs in the cathode electrode, and the electromotive reaction of the formula (3) occurs in the fuel cell 110 as a whole.

2 → 2H++2e- ・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O ・・・(2)
2+(1/2)O2 → H2O ・・・(3)
H 2 → 2H + + 2e (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)

単位セルは、高分子電解質膜等を燃料極及び空気極の二つの電極で挟み込んだMEAを燃料ガスと酸化ガスとを供給するためのセパレータで挟み込んだ構造を有している。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。   The unit cell has a structure in which a MEA in which a polymer electrolyte membrane or the like is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode and an air electrode, is sandwiched between separators for supplying fuel gas and oxidizing gas. The anode electrode is provided with an anode electrode catalyst layer on the porous support layer, and the cathode electrode is provided with a cathode electrode catalyst layer on the porous support layer.

燃料電池110には、燃料ガスをアノード極に供給する系統、酸化ガスをカソード極に供給する系統、及び冷却液を提供する系統(いずれも図示略)が設けられており、コントローラ160からの制御信号に応じて、燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量を制御することにより、所望の電力を発電することが可能となっている。   The fuel cell 110 is provided with a system for supplying fuel gas to the anode electrode, a system for supplying oxidizing gas to the cathode electrode, and a system for supplying coolant (all not shown). By controlling the supply amount of the fuel gas and the supply amount of the oxidizing gas according to the signal, it is possible to generate desired power.

FCコンバータ2500は、燃料電池110の出力電圧Vfcmesを制御する役割を担っており、一次側(入力側:燃料電池110側)に入力された出力電圧Vfcmesを、一次側と異なる電圧値に変換(昇圧または降圧)して二次側(出力側:インバータ140側)に出力し、また逆に、二次側に入力された電圧を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力する双方向の電圧変換装置である。このFCコンバータ2500により、燃料電池110の出力電圧Vfcmesが目標出力に応じた電圧となるように制御する。   The FC converter 2500 plays a role of controlling the output voltage Vfcmes of the fuel cell 110, and converts the output voltage Vfcmes input to the primary side (input side: fuel cell 110 side) into a voltage value different from the primary side ( Step-up or step-down) and output to the secondary side (output side: inverter 140 side). Conversely, the voltage input to the secondary side is converted to a voltage different from the secondary side and output to the primary side. A bidirectional voltage converter. The FC converter 2500 controls the output voltage Vfcmes of the fuel cell 110 to be a voltage corresponding to the target output.

バッテリ120は、負荷130に対して燃料電池110と並列に接続されており、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ120としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。   The battery 120 is connected in parallel to the fuel cell 110 with respect to the load 130, and stores a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer when the load fluctuates due to acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. Function as. As the battery 120, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is used.

バッテリコンバータ180は、インバータ140の入力電圧を制御する役割を担っており、例えばFCコンバータ2500と同様の回路構成を有している。なお、バッテリコンバータ180として昇圧型のコンバータを採用しても良いが、これに代えて昇圧動作および降圧動作が可能な昇降圧型のコンバータを採用しても良く、インバータ140の入力電圧の制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。   The battery converter 180 plays a role of controlling the input voltage of the inverter 140 and has a circuit configuration similar to that of the FC converter 2500, for example. Note that a step-up converter may be employed as the battery converter 180, but a step-up / step-down converter capable of step-up and step-down operations may be employed instead, and the input voltage of the inverter 140 can be controlled. Any configuration can be adopted.

インバータ140は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータであり、コントローラ160からの制御指令に従って、燃料電池110またはバッテリ120から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、トラクションモータ131の回転トルクを制御する。   The inverter 140 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method, and converts DC power output from the fuel cell 110 or the battery 120 into three-phase AC power in accordance with a control command from the controller 160, thereby obtaining a traction motor. The rotational torque of 131 is controlled.

トラクションモータ131は、本車両の主動力となるものであり、減速時には回生電力を発生するようにもなっている。ディファレンシャル132は減速装置であり、トラクションモータ131の高速回転を所定の回転数に減速し、タイヤ133が設けられたシャフトを回転させる。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、これにより当該車両の車速等が検知される。なお、本実施形態では、燃料電池110から供給される電力を受けて動作可能な全ての機器(トラクションモータ131、ディファレンシャル132を含む)を負荷130と総称している。   The traction motor 131 is the main power of the vehicle, and generates regenerative power during deceleration. The differential 132 is a reduction device that reduces the high-speed rotation of the traction motor 131 to a predetermined number of rotations and rotates the shaft on which the tire 133 is provided. The shaft is provided with a wheel speed sensor (not shown) and the like, thereby detecting the vehicle speed of the vehicle. In the present embodiment, all devices (including the traction motor 131 and the differential 132) that can operate by receiving power supplied from the fuel cell 110 are collectively referred to as a load 130.

コントローラ160は、FCHVシステム100の制御用のコンピュータシステムであり、例えばCPU、RAM、ROM等を備えている。コントローラ160は、センサ群170から供給される各種の信号(例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池110の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など)を入力して、負荷130の要求電力(すなわち、システム全体の要求電力)を求める。   The controller 160 is a computer system for controlling the FCHV system 100 and includes, for example, a CPU, a RAM, a ROM, and the like. The controller 160 inputs various signals (for example, a signal representing the accelerator opening, a signal representing the vehicle speed, a signal representing the output current and output terminal voltage of the fuel cell 110) supplied from the sensor group 170, and the load. The required power of 130 (that is, the required power of the entire system) is obtained.

負荷130の要求電力は、例えば車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類(加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等)で消費される電力、車両走行に必要な装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等)で消費される電力、乗員空間内に配設される装置(空調装置、照明器具、及びオーディオ等)で消費される電力などが含まれる。   The required power of the load 130 is, for example, the total value of the vehicle running power and the auxiliary machine power. Auxiliary power is the power consumed by in-vehicle accessories (humidifiers, air compressors, hydrogen pumps, cooling water circulation pumps, etc.), and equipment required for vehicle travel (transmissions, wheel control devices, steering devices, and suspensions) Power consumed by devices, etc., and power consumed by devices (air conditioners, lighting fixtures, audio, etc.) disposed in the passenger space.

そして、コントローラ(コンバータ制御装置)160は、燃料電池110とバッテリ120とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算する。コントローラ160は、燃料電池110及びバッテリ120に対する要求電力を求めると、これらの要求電力が得られるようにFCコンバータ2500及びバッテリコンバータ180の動作を制御する。 Then, the controller (converter control device) 160 determines the distribution of output power between the fuel cell 110 and the battery 120 and calculates a power generation command value. When the controller 160 obtains the required power for the fuel cell 110 and the battery 120, the controller 160 controls the operations of the FC converter 2500 and the battery converter 180 so that the required power is obtained.

FC冷却機構210は、冷却流路に冷却媒体(例えば冷却水)を循環させることよって燃料電池110を冷却する機構であり、冷却ポンプ、ラジエータ、切替え弁などを備えて構成される。このFC冷却機構210には、冷却媒体の温度(FC温度を反映)を検出する温度センサ231が設けられている。   The FC cooling mechanism 210 is a mechanism that cools the fuel cell 110 by circulating a cooling medium (for example, cooling water) through the cooling flow path, and includes a cooling pump, a radiator, a switching valve, and the like. The FC cooling mechanism 210 is provided with a temperature sensor 231 that detects the temperature of the cooling medium (reflecting the FC temperature).

EV冷却機構220は、冷却流路に冷却媒体(例えば冷却水)を循環させることによってFCコンバータ2500やバッテリコンバータ180などの機器(以下、EV機器)を冷却する機構であり、冷却ポンプ、ラジエータ、切替え弁などを備えて構成される。このEV冷却機構220にも、FC冷却機構210と同様、冷却媒体の温度(EV機器を構成する素子の温度を反映)を検出する温度センサ232が設けられている。   The EV cooling mechanism 220 is a mechanism that cools devices (hereinafter, EV devices) such as the FC converter 2500 and the battery converter 180 by circulating a cooling medium (for example, cooling water) in the cooling flow path, and includes a cooling pump, a radiator, It is configured with a switching valve. Similarly to the FC cooling mechanism 210, the EV cooling mechanism 220 is also provided with a temperature sensor 232 that detects the temperature of the cooling medium (reflecting the temperature of the elements constituting the EV device).

A−2.FCコンバータの構成
図1に示すように、FCコンバータ2500は、U相、V相、W相によって構成された三相の共振型コンバータとしての回路構成を備えている。三相共振型コンバータの回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ類似の回路部分と、その交流を再び整流して異なる直流電圧に変換する部分とが組み合わされている。本実施形態では、FCコンバータ2500としてフリーホイール回路(詳細は後述)を備えた多相のソフトスイッチングコンバータ(以下、多相のFCソフトスイッチングコンバータ)を採用している。
A-2. Configuration of FC Converter As shown in FIG. 1, the FC converter 2500 has a circuit configuration as a three-phase resonant converter composed of a U phase, a V phase, and a W phase. The circuit configuration of the three-phase resonant converter combines an inverter-like circuit part that once converts an input DC voltage into AC, and a part that rectifies the AC again to convert it to a different DC voltage. In the present embodiment, a multi-phase soft switching converter (hereinafter referred to as a multi-phase FC soft switching converter) provided with a freewheel circuit (details will be described later) is employed as the FC converter 2500.

A−2−1.多相のFCソフトスイッチングコンバータの説明
図2は、FCHVシステム100に搭載される多相のFCソフトスイッチングコンバータ2500の回路構成を示す図であり、図3は、多相のFCソフトスイッチングコンバータ2500の1相分の回路構成を示す図である。
A-2-1. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a multi-phase FC soft switching converter 2500 mounted on the FCHV system 100, and FIG. 3 is a diagram of the multi-phase FC soft switching converter 2500. It is a figure which shows the circuit structure for 1 phase.

以下の説明では、多相のFCソフトスイッチングコンバータ2500を構成するU相、V相、W相のFCソフトスイッチングコンバータを、それぞれFCソフトスイッチングコンバータ250a、25b、250cと呼び、特に区別する必要がない場合には、単にFCソフトスイッチングコンバータ250と呼ぶ。また、FCソフトスイッチングコンバータ250に入力される昇圧前の電圧をコンバータ入力電圧Vinと呼び、FCソフトスイッチングコンバータ250から出力される昇圧後の電圧をコンバータ出力電圧Voutと呼ぶ。   In the following description, the U-phase, V-phase, and W-phase FC soft switching converters constituting the multi-phase FC soft switching converter 2500 are referred to as FC soft switching converters 250a, 25b, and 250c, respectively, and need not be particularly distinguished. In some cases, it is simply called FC soft switching converter 250. Further, the voltage before boosting input to the FC soft switching converter 250 is called a converter input voltage Vin, and the voltage after boosting output from the FC soft switching converter 250 is called a converter output voltage Vout.

図3に示すように、各FCソフトスイッチングコンバータ250は、昇圧動作を行うための主昇圧回路22aと、ソフトスイッチング動作を行うための補助回路22bと、フリーホイール回路22cを備えて構成されている。
主昇圧回路22aは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などからなる第1スイッチング素子S1とダイオードD4で構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルL1に蓄えられたエネルギを負荷130にダイオードD5を介して解放することで燃料電池110の出力電圧を昇圧する。
As shown in FIG. 3, each FC soft switching converter 250 includes a main boosting circuit 22a for performing a boosting operation, an auxiliary circuit 22b for performing a soft switching operation, and a freewheel circuit 22c. .
The main booster circuit 22a switches the energy stored in the coil L1 to the load 130 via the diode D5 by the switching operation of the switching circuit including the first switching element S1 made of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and the diode D4. The output voltage of the fuel cell 110 is boosted by releasing.

詳述すると、コイルL1の一端が燃料電池110の高電位側の端子に接続され、第1スイッチング素子S1の一端の極がコイルL1の他端に接続され、第1のスイッチング素子S1の他端の極が燃料電池110の低電位側の端子に接続されている。また、ダイオードD5のカソード端子がコイルL1の他端に接続され、さらに、平滑コンデンサとして機能するコンデンサC3は、ダイオードD5のアノード端子と第1スイッチング素子S1の他端との間に接続されている。主昇圧回路22aには、燃料電池110側に平滑コンデンサC1が設けられており、これにより燃料電池110の出力電流のリップルを低減することが可能となる。なお、第1スイッチング素子S1の両端電圧を検知する電圧センサSv1が設けられている。   More specifically, one end of the coil L1 is connected to the high potential side terminal of the fuel cell 110, one pole of the first switching element S1 is connected to the other end of the coil L1, and the other end of the first switching element S1. Is connected to the low potential side terminal of the fuel cell 110. The cathode terminal of the diode D5 is connected to the other end of the coil L1, and the capacitor C3 functioning as a smoothing capacitor is connected between the anode terminal of the diode D5 and the other end of the first switching element S1. . The main booster circuit 22a is provided with a smoothing capacitor C1 on the fuel cell 110 side, which makes it possible to reduce the ripple of the output current of the fuel cell 110. A voltage sensor Sv1 that detects the voltage across the first switching element S1 is provided.

ここで、コンデンサC3にかかる電圧VHは、FCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ出力電圧Voutとなり、平滑コンデンサC1にかかる電圧VLは、燃料電池110の出力電圧であってFCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ入力電圧Vinとなる。   Here, the voltage VH applied to the capacitor C3 becomes the converter output voltage Vout of the FC soft switching converter 150, and the voltage VL applied to the smoothing capacitor C1 is the output voltage of the fuel cell 110 and the converter input voltage of the FC soft switching converter 150. Vin.

補助回路22bには、第1スイッチング素子S1に並列に接続された、クランプダイオードD3とこのクランプダイオードD3に直列に接続されたスナバコンデンサC2とを含む第1直列接続体が含まれている。第1直列接続体は、クランプダイオードD3のカソード端子がコイルL1の他端に接続され、クランプダイオードD3のアノード端子がスナバコンデンサC2の一端に接続されている。さらに、スナバコンデンサC2の他端は、燃料電池110の低電位側の端子に接続されている。なお、スナバコンデンサC2の両端電圧を検知する電圧センサSv2が設けられている。   The auxiliary circuit 22b includes a first series connection body including a clamp diode D3 connected in parallel to the first switching element S1 and a snubber capacitor C2 connected in series to the clamp diode D3. In the first series connection body, the cathode terminal of the clamp diode D3 is connected to the other end of the coil L1, and the anode terminal of the clamp diode D3 is connected to one end of the snubber capacitor C2. Further, the other end of the snubber capacitor C2 is connected to a terminal on the low potential side of the fuel cell 110. A voltage sensor Sv2 that detects the voltage across the snubber capacitor C2 is provided.

さらに、補助回路22bには、ダイオードD2と第2スイッチング素子S2及びダイオードD1と、各相に共通の補助コイルL2によって構成された第2直列接続体が含まれる。
第2直列接続体は、ダイオードD2のアノード端子が第1直列接続体のダイオードD3とスナバコンデンサC2との接続部位に接続されている。さらに、ダイオードD2のカソード端子が第2スイッチング素子(補助スイッチ)S2の一端の極に接続されている。また、第2スイッチング素子S2の他端の極は、補助コイルL2とフリーホイール回路22cの接続部位に接続されている。フリーホイールダイオードD6のアノード端子は、燃料電池110の低電位側に接続される一方、フリーホイールダイオードD6のカソード端子は補助コイルL2に接続されている。このフリーホイール回路22cは、各相に共通のフリーホイールダイオードD6を備えており、補助コイルL2が通電中に第2スイッチング素子S2がオープン故障などした場合であっても、第2スイッチング素子S2を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐために設けられたフェールセーフ機能を実現するための回路である。なお、フリーホイール回路22cを備えていない構成にも本発明を適用可能である。
Further, the auxiliary circuit 22b includes a diode D2, a second switching element S2, a diode D1, and a second series connection body configured by an auxiliary coil L2 common to each phase.
In the second series connection body, the anode terminal of the diode D2 is connected to the connection portion between the diode D3 of the first series connection body and the snubber capacitor C2. Furthermore, the cathode terminal of the diode D2 is connected to the pole at one end of the second switching element (auxiliary switch) S2. Moreover, the pole of the other end of the second switching element S2 is connected to a connection site between the auxiliary coil L2 and the freewheel circuit 22c. The anode terminal of the freewheel diode D6 is connected to the low potential side of the fuel cell 110, while the cathode terminal of the freewheel diode D6 is connected to the auxiliary coil L2. This free wheel circuit 22c includes a common free wheel diode D6 for each phase, and even if the second switching element S2 has an open failure while the auxiliary coil L2 is energized, the second switching element S2 is provided. This is a circuit for realizing a fail-safe function provided in order to prevent the occurrence of a surge voltage that would break down. Note that the present invention can also be applied to a configuration that does not include the freewheel circuit 22c.

このように構成されるFCソフトスイッチングコンバータ250においては、コントローラ160が各相の第1スイッチング素子S1のスイッチングデューティー比を調整することで、FCソフトスイッチングコンバータ250による昇圧比、すなわちコンバータ入力電圧Vinに対するコンバータ出力電圧Voutの比が制御される。また、第1スイッチング素子S1のスイッチング動作において補助回路12bの第2スイッチング素子S2のスイッチング動作を介在させることで、ソフトスイッチングが実現される。   In the FC soft switching converter 250 configured as described above, the controller 160 adjusts the switching duty ratio of the first switching element S1 of each phase, whereby the boost ratio by the FC soft switching converter 250, that is, the converter input voltage Vin is adjusted. The ratio of the converter output voltage Vout is controlled. Also, soft switching is realized by interposing the switching operation of the second switching element S2 of the auxiliary circuit 12b in the switching operation of the first switching element S1.

一方、FCソフトスイッチングコンバータ250において、補助回路12bを機能させなければ(すなわち補助回路12bの第2スイッチング素子S2を常時オフとしておくことで)、ハードスイッチングが実現される。周知のとおり、ハードスイッチングは、ソフトスイッチングに比べてスイッチング損失が大きいため、通常は、あえてハードスイッチングを行うことはしない。
しかしながら、発明が解決しようとする課題の項において説明したように、低温始動時など、素子温度が低い場合には耐圧が低くなるため、動作性能を下げた状態でFCソフトスイッチングコンバータ250を利用しなければならない、という問題がある。
On the other hand, in the FC soft switching converter 250, if the auxiliary circuit 12b is not functioned (that is, the second switching element S2 of the auxiliary circuit 12b is always turned off), hard switching is realized. As is well known, since hard switching has a larger switching loss than soft switching, hard switching is not usually performed.
However, as explained in the section of the problem to be solved by the invention, when the element temperature is low, such as at a low temperature start, the breakdown voltage becomes low. Therefore, the FC soft switching converter 250 is used with the operation performance lowered. There is a problem of having to.

そこで、本実施形態では、低温対策制御として、FCソフトスイッチングコンバータ250の制御をソフトスイッチング制御からハードスイッチング制御に切り換えることで、スイッチング損失を増大させ、これにより素子温度を迅速に昇温させることで、ソフトスイッチングコンバータの動作性能を十分に生かすことを可能とする。   Therefore, in the present embodiment, as the low-temperature countermeasure control, the control of the FC soft switching converter 250 is switched from the soft switching control to the hard switching control, thereby increasing the switching loss and thereby rapidly increasing the element temperature. It is possible to make full use of the operation performance of the soft switching converter.

ここで、FCソフトスイッチングコンバータ250のスイッチング制御の概略を説明すると、ハードスイッチング制御を行う場合には、補助回路12bの第2スイッチング素子S2を常時オフとする一方、ソフトスイッチング制御を行う場合には、以下に示すソフトスイッチング処理を実行し、これによりハードスイッチング、ソフトスイッチングの切換を可能とする。   Here, the outline of the switching control of the FC soft switching converter 250 will be described. When performing hard switching control, the second switching element S2 of the auxiliary circuit 12b is always turned off, while when performing soft switching control. The soft switching process shown below is executed, thereby enabling switching between hard switching and soft switching.

次に、FCソフトスイッチングコンバータ250によるソフトスイッチング動作について、図4等を参照しながら説明する。図4は、ソフトスイッチング動作を介したFCソフトスイッチングコンバータ25の一サイクルの処理(以下、ソフトスイッチング処理)を示すフローチャートであり、コントローラ160が図4に示すステップS101〜S106を順次実行することによって一サイクルを形成する。なお、以下の説明では、FCソフトスイッチングコンバータ25の電流、電圧の状態をあらわすモードをそれぞれモード1〜モード6として表現し、その状態を図5〜図10に示す。また、図5〜図10では回路を流れる電流を矢印で示す。   Next, the soft switching operation by the FC soft switching converter 250 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing one cycle of processing (hereinafter referred to as soft switching processing) of the FC soft switching converter 25 through the soft switching operation. The controller 160 sequentially executes steps S101 to S106 shown in FIG. Form one cycle. In the following description, modes representing the current and voltage states of the FC soft switching converter 25 are expressed as modes 1 to 6, respectively, and the states are shown in FIGS. 5 to 10, the current flowing through the circuit is indicated by an arrow.

<ソフトスイッチング動作>
まず、図4に示すソフトスイッチング処理が行われる初期状態は、燃料電池110から負荷130に要求される電力が供給されている状態、すなわち第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2がともにターンオフされることで、コイルL1、ダイオードD5を介して電流が負荷130に供給される状態にある。
<Soft switching operation>
First, the initial state in which the soft switching process shown in FIG. 4 is performed is a state where power required for the load 130 is supplied from the fuel cell 110, that is, both the first switching element S1 and the second switching element S2 are turned off. Thus, a current is supplied to the load 130 via the coil L1 and the diode D5.

(モード1;図5参照)
ステップS101においては、第1スイッチング素子S1のターンオフを保持する一方、第2スイッチング素子S2をターンオンする。かかるスイッチング動作を行うと、FCソフトスイッチングコンバータ150の出力電圧VHと入力電圧VLの電位差により、負荷130側に流れていた電流がコイルL1、ダイオードD3、第2スイッチング素子S2、補助コイルL2を介して補助回路12b側に徐々に移行してゆく。なお、図5中では、負荷130側から補助回路12b側への電流の移行の様子を白抜き矢印で示している。
(Mode 1; see FIG. 5)
In step S101, the first switching element S1 is kept turned off while the second switching element S2 is turned on. When such a switching operation is performed, the current flowing to the load 130 side through the coil L1, the diode D3, the second switching element S2, and the auxiliary coil L2 due to the potential difference between the output voltage VH of the FC soft switching converter 150 and the input voltage VL. Then, it gradually shifts to the auxiliary circuit 12b side. In FIG. 5, the state of current transfer from the load 130 side to the auxiliary circuit 12b side is indicated by a white arrow.

また、第2スイッチング素子S2をターンオンすることにより、図5に示す矢印Dm11の向きに電流の循環が発生する。ここで、第2スイッチング素子S2の電流変化速度は、補助コイルL2の両端電圧(VH−VL)と補助コイルL2のインダクタンスに従い増加していくが、第2スイッチング素子S2に流れる電流は補助コイルL2により抑制されるため、結果としてダイオードD5を介して負荷130側に流れる電流(図5に示す矢印Dm12参照)のソフトターンオフが実現される。
ここで、モード1からモード2への遷移完了時間tmode1は下記式(4)によって表される。
Ip;相電流
L2id;補助コイルL2のインダクタンス
Further, when the second switching element S2 is turned on, current circulation occurs in the direction of the arrow Dm11 shown in FIG. Here, the current change rate of the second switching element S2 increases according to the voltage across the auxiliary coil L2 (VH−VL) and the inductance of the auxiliary coil L2, but the current flowing through the second switching element S2 is the auxiliary coil L2. As a result, soft turn-off of the current (see arrow Dm12 shown in FIG. 5) flowing to the load 130 side via the diode D5 is realized.
Here, the transition completion time tmode1 from mode 1 to mode 2 is represented by the following equation (4).
Ip; phase current L2id; inductance of auxiliary coil L2

(モード2;図6参照)
上記遷移完了時間が経過し、ステップS102に移行すると、ダイオードD5を流れる電流はゼロとなり、コイルL1及びダイオードD5を介して補助回路12b側に電流が流れ込むとともに(図6に示す矢印Dm21参照)、代わってスナバコンデンサC2と燃料電池110の電圧VLとの電位差により、スナバコンデンサC2にチャージされていた電荷が補助回路12b側に流れてゆく(図6に示す矢印Dm22参照)。このスナバコンデンサC2の容量に応じて、第1スイッチング素子S1にかかる電圧が決定される。
(Mode 2; see FIG. 6)
When the transition completion time has elapsed and the process proceeds to step S102, the current flowing through the diode D5 becomes zero, and the current flows into the auxiliary circuit 12b via the coil L1 and the diode D5 (see arrow Dm21 shown in FIG. 6). Instead, due to the potential difference between the snubber capacitor C2 and the voltage VL of the fuel cell 110, the charge charged in the snubber capacitor C2 flows toward the auxiliary circuit 12b (see arrow Dm22 shown in FIG. 6). The voltage applied to the first switching element S1 is determined according to the capacitance of the snubber capacitor C2.

ここで、図12はモード2からモード3への遷移過程における電圧・電流挙動を示す図であり、燃料電池110の電圧を太実線、スナバコンデンサC2の電圧を細実線、スナバコンデンサC2の電流を破線で示している。
図6に示すDm21の経路の通電が開始された後(図12に示す(A)参照)、スナバコンデンサC2の電圧VHと燃料電池110の電圧VLとの電位差により、図6に示すDm22の経路の通電、すなわち補助コイルL2への通電が開始される(図12に示す(B)参照)。ここで、図12に示すように、スナバコンデンサC2の電流は、スナバコンデンサC2の電圧が料電池110の電圧VLに到達するまで上昇し続ける。
Here, FIG. 12 is a diagram showing the voltage / current behavior in the transition process from mode 2 to mode 3, wherein the voltage of the fuel cell 110 is a thick solid line, the voltage of the snubber capacitor C2 is a thin solid line, and the current of the snubber capacitor C2 is shown. It is indicated by a broken line.
After energization of the path Dm21 shown in FIG. 6 is started (see (A) in FIG. 12), the path Dm22 shown in FIG. 6 is caused by the potential difference between the voltage VH of the snubber capacitor C2 and the voltage VL of the fuel cell 110. Energization, that is, energization of the auxiliary coil L2 is started (see (B) shown in FIG. 12). Here, as shown in FIG. 12, the current of the snubber capacitor C <b> 2 continues to rise until the voltage of the snubber capacitor C <b> 2 reaches the voltage VL of the battery 110.

詳述すると、スナバコンデンサC2の電圧VHと燃料電池110の電圧VLの電位差によってスナバコンデンサC2に蓄積された電荷が電源側に回生され始めるが(図6に示す矢印Dm22)、もともとの電位差は(VH−VL)であるため、スナバコンデンサC2に蓄積された電荷の流れ(放電)は電源電圧(すなわち燃料電池110の電圧VL)に到達したところ(図12に示すタイミングTt1)でとまってしまうところ、補助コイルL2の特性(すなわち、電流を流し続けようとする特性)により、スナバコンデンサC2の電圧がVL以下になっても電荷を流し続けようとする(図12に示す(C)参照)。このとき、下記式(4)’が成立すれば、スナバコンデンサC2の電荷はすべて流れる(放電)ことになる。
左辺;補助コイルL2に蓄積されたエネルギ
右辺;スナバコンデンサC2に残存するエネルギ
More specifically, although the electric charge accumulated in the snubber capacitor C2 begins to be regenerated on the power source side due to the potential difference between the voltage VH of the snubber capacitor C2 and the voltage VL of the fuel cell 110 (arrow Dm22 shown in FIG. 6), the original potential difference is ( VH−VL), the flow of electric charge (discharge) accumulated in the snubber capacitor C2 stops when it reaches the power supply voltage (that is, the voltage VL of the fuel cell 110) (timing Tt1 shown in FIG. 12). Due to the characteristic of the auxiliary coil L2 (that is, the characteristic that the current is to continue to flow), the charge continues to flow even if the voltage of the snubber capacitor C2 becomes VL or less (see (C) in FIG. 12). At this time, if the following expression (4) ′ is satisfied, all the charges of the snubber capacitor C2 flow (discharge).
Left side; right side of energy stored in auxiliary coil L2; energy remaining in snubber capacitor C2

スナバコンデンサC2に蓄積された電荷がなくなると、図6に示すDm23の経路でフリーホイール動作を行い、通電を継続する(図12に示す(D)参照)。これにより、補助コイルL2に蓄積されたエネルギが全て放出される。なお、補助コイルL2の一端にはダイオードD2のアノードが接続されているため、LC共振は半波で止まる。このため、スナバコンデンサC2は、放電後に0Vを保持することになる。   When the electric charge accumulated in the snubber capacitor C2 is exhausted, a free wheel operation is performed along the path Dm23 shown in FIG. 6 and energization is continued (see (D) shown in FIG. 12). Thereby, all the energy accumulated in the auxiliary coil L2 is released. Since the anode of the diode D2 is connected to one end of the auxiliary coil L2, the LC resonance stops at a half wave. For this reason, the snubber capacitor C2 holds 0 V after discharging.

ここで、モード2からモード3への遷移完了時間tmode2は下記式(5)によって表される。
C2d;コンデンサC2の容量
Here, the transition completion time tmode2 from mode 2 to mode 3 is expressed by the following equation (5).
C2d: capacitance of capacitor C2

(モード3;図7参照)
図6に示すDm22の経路で電流が流れる動作が終了し、スナバコンデンサC2の電荷が抜けきる、あるいは最小電圧(MIN電圧)となると、第1スイッチング素子S1がターンオンされ、ステップS103に移行する。スナバコンデンサC2の電圧がゼロとなった状態では、第1スイッチング素子S1にかかる電圧もゼロとなるため、ZVS(Zero Voltage Switching)が実現される。かかる状態では、コイルL1に流れる電流Il1は、矢印Dm31に示す補助回路12b側に流れる電流Idm31と矢印Dm32に示す第1スイッチング素子S1を介して流れる電流Idm32の和となる(下記式(6)参照)。
(Mode 3; see FIG. 7)
When the operation of flowing a current through the path Dm22 shown in FIG. 6 is completed and the electric charge of the snubber capacitor C2 is completely discharged or reaches the minimum voltage (MIN voltage), the first switching element S1 is turned on, and the process proceeds to step S103. In a state where the voltage of the snubber capacitor C2 becomes zero, the voltage applied to the first switching element S1 is also zero, so that ZVS (Zero Voltage Switching) is realized. In such a state, the current Il1 flowing in the coil L1 is the sum of the current Idm31 flowing on the auxiliary circuit 12b side indicated by the arrow Dm31 and the current Idm32 flowing through the first switching element S1 indicated by the arrow Dm32 (the following equation (6) reference).

ここで、第1スイッチング素子S1に流れる電流Idm31は、補助回路12b側に流れる電流Idm31の減少速度に応じて決定される。補助回路12b側に流れる電流Idm31の電流変化速度は下記式(7)によって表わされる、すなわち補助回路12b側に流れる電流Idm31は下記式(7)の変化速度で減少していくため、第1スイッチング素子S1をターンオンしたとしても第1スイッチング素子S1に流れる電流が急に立ち上がることはなく、ZCS(Zero Current Switching)が実現される。
Here, the current Idm31 flowing through the first switching element S1 is determined according to the decreasing rate of the current Idm31 flowing through the auxiliary circuit 12b. The current change rate of the current Idm31 flowing to the auxiliary circuit 12b side is expressed by the following equation (7). That is, the current Idm31 flowing to the auxiliary circuit 12b side decreases at the change rate of the following equation (7), so the first switching Even if the element S1 is turned on, the current flowing through the first switching element S1 does not suddenly rise, and ZCS (Zero Current Switching) is realized.

(モード4;図8参照)
そして、ステップS104では、ステップS103の状態が継続することで、コイルL1に流れ込んでいく電流量を増加させてコイルL1に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく(図8に矢印Dm42参照)。ここで、補助回路12bにはダイオードD2が存在するため、補助コイルL2に逆電流は流れず、第2スイッチング素子S2を介してスナバコンデンサC2に充電が行われることはない。また、この時点で第1スイッチング素子S1はターンオンしているため、ダイオードD3を経由してスナバコンデンサC2に充電が行われることもない。従って、コイルL1の電流=第1スイッチング素子S1の電流となり、コイルL1に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく。ここで、第1スイッチング素子S1のターンオン時間Ts1は、下記式(8)によって近似的に表される。
Tcon;制御周期
なお、制御周期とは、ステップS101〜ステップS106までの一連の処理を一周期(一サイクル)としたときのソフトスイッチング処理の時間周期を意味する。
(Mode 4; see FIG. 8)
In step S104, the state of step S103 continues, increasing the amount of current flowing into the coil L1 and gradually increasing the energy stored in the coil L1 (see arrow Dm42 in FIG. 8). Here, since the auxiliary circuit 12b includes the diode D2, no reverse current flows through the auxiliary coil L2, and the snubber capacitor C2 is not charged via the second switching element S2. At this time, since the first switching element S1 is turned on, the snubber capacitor C2 is not charged via the diode D3. Therefore, the current of the coil L1 is equal to the current of the first switching element S1, and the energy stored in the coil L1 is gradually increased. Here, the turn-on time Ts1 of the first switching element S1 is approximately represented by the following formula (8).
Tcon; control period The control period means a time period of the soft switching process when a series of processes from step S101 to step S106 is defined as one period (one cycle).

(モード5;図9参照)
ステップS104においてコイルL1に所望のエネルギが蓄えられると、第1スイッチング素子S12がターンオフされ、図9に矢印Dm51で示す経路に電流が流れる。ここで、図11は、モード5におけるスナバコンデンサC2の電圧Vc、第1スイッチング素子S1にかかる電圧Ve、第1スイッチング素子S1を流れる電流Ieの関係を例示した図である。上記スイッチング動作が行われると、モード2において電荷が抜かれて低電圧状態となっているスナバコンデンサC2に電荷がチャージされ、これにより、スナバコンデンサC2の電圧VcはFCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ出力電圧VHに向かって上昇する。このとき、第1スイッチング素子S1にかかる電圧Veの上昇速度は、スナバコンデンサC2への充電により抑制され(すなわち、電圧の立ち上がりが鈍化され)、ターンオフ時(図11に示すα参照)のスイッチング損失を低減するZVS動作をすることが可能となる。
(Mode 5; see FIG. 9)
When desired energy is stored in the coil L1 in step S104, the first switching element S12 is turned off, and a current flows through a path indicated by an arrow Dm51 in FIG. Here, FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship among the voltage Vc of the snubber capacitor C2, the voltage Ve applied to the first switching element S1, and the current Ie flowing through the first switching element S1 in mode 5. When the above switching operation is performed, the charge is removed from the snubber capacitor C2, which is in a low voltage state in mode 2, so that the voltage Vc of the snubber capacitor C2 becomes the converter output voltage of the FC soft switching converter 150. Rise toward VH. At this time, the rising speed of the voltage Ve applied to the first switching element S1 is suppressed by charging the snubber capacitor C2 (that is, the rise of the voltage is slowed down), and switching loss at the time of turn-off (see α shown in FIG. 11). It is possible to perform a ZVS operation for reducing the above.

(モード6;図10参照)
スナバコンデンサC2が電圧VHまで充電されると、コイルL1に蓄えられたエネルギが負荷130側に解放される(図10に示す矢印Dm61参照)。ここで、第1スイッチング素子S1のターンオフ時間Ts2は、下記式(9)によって近似的に表される。
(Mode 6; see FIG. 10)
When the snubber capacitor C2 is charged to the voltage VH, the energy stored in the coil L1 is released to the load 130 side (see arrow Dm61 shown in FIG. 10). Here, the turn-off time Ts2 of the first switching element S1 is approximately represented by the following formula (9).

以上説明したソフトスイッチング処理を行うことでFCソフトスイッチングコンバータ150のスイッチング損失を可及的に抑制した上で、燃料電池110の出力電圧を所望の電圧に上昇し、負荷130に供給することが可能となる。   By performing the soft switching process described above, the switching loss of the FC soft switching converter 150 can be suppressed as much as possible, and the output voltage of the fuel cell 110 can be increased to a desired voltage and supplied to the load 130. It becomes.

A−2−2.スイッチング制御の切換え動作
図13は、コントローラ160によって実行されるスイッチング切換制御処理を示すフローチャートである。
コントローラ160は、EV冷却機構220に設置された温度センサ232から送られるセンシング信号に基づいてEV冷却機構220を構成する素子の温度(素子の関連温度;以下、EV素子温度)Tevを検知する(ステップS1)。
A-2-2. Switching Operation of Switching Control FIG. 13 is a flowchart showing a switching switching control process executed by the controller 160.
The controller 160 detects the temperature (element related temperature; hereinafter, EV element temperature) Tev of the elements constituting the EV cooling mechanism 220 based on the sensing signal sent from the temperature sensor 232 installed in the EV cooling mechanism 220 ( Step S1).

コントローラ160は、EV素子温度Tevとメモリ(図示略)に格納された切換閾値温度Tth1とを比較し、EV素子温度Tevが切換閾値温度Tth1を下回っているか否かを判断する(ステップS2)。ここで、切換閾値温度Tth1は、FCソフトスイッチングコンバータ250についてハードスイッチング制御とソフトスイッチング制御との切り換えを判断するための閾値温度(例えば−2℃など)であり、予め実験などによって求めることができる。この切換閾値温度Tth1は固定値としても良いが、メンテナンス作業時などに適宜設定・変更できるように構成しても良い。   Controller 160 compares EV element temperature Tev with switching threshold temperature Tth1 stored in a memory (not shown), and determines whether EV element temperature Tev is lower than switching threshold temperature Tth1 (step S2). Here, the switching threshold temperature Tth1 is a threshold temperature (for example, −2 ° C. or the like) for determining switching between the hard switching control and the soft switching control for the FC soft switching converter 250, and can be obtained in advance by experiments or the like. . The switching threshold temperature Tth1 may be a fixed value, but may be configured so that it can be set and changed as appropriate during maintenance work.

コントローラ(スイッチング切換制御手段、スイッチング制御手段)160は、EV素子温度Tevが切換閾値温度Tth1を下回っていると判断すると(ステップS2;YES)、補助回路12bの第2スイッチング素子S2を常時オフとしてハードスイッチ制御を開始し(ステップS3)、処理を終了する。   When the controller (switching switching control means, switching control means) 160 determines that the EV element temperature Tev is lower than the switching threshold temperature Tth1 (step S2; YES), the second switching element S2 of the auxiliary circuit 12b is always turned off. Hard switch control is started (step S3), and the process is terminated.

一方、コントローラ(スイッチング切換制御手段、スイッチング制御手段)160は、EV素子温度Tevが切換閾値温度Tth1以上であると判断すると(ステップS2;NO)、図4〜図12を参照して説明したスイッチング処理を行うことでソフトスイッチング制御を開始し(ステップS4)、処理を終了する。   On the other hand, when the controller (switching switching control means, switching control means) 160 determines that the EV element temperature Tev is equal to or higher than the switching threshold temperature Tth1 (step S2; NO), the switching described with reference to FIGS. By performing the process, soft switching control is started (step S4), and the process is terminated.

<ハードスイッチング制御による素子の異常過熱の問題>
前述したように、FCソフトスイッチングコンバータ250の制御をソフトスイッチング制御からハードスイッチング制御に切り換えることで、スイッチング損失を増大させ、これにより素子温度を迅速に昇温(すなわち急速昇温)させることが可能となる。
しかし、別の見方をすれば、スイッチング損失を増大させると、その分、FCソフトスイッチングコンバータ250を構成する各素子(以下、「IMP素子」と総称)が過熱されることとなり、何ら制限を設けなければIPM素子の異常過熱により、素子破壊が生じてしまうおそれがある。
<The problem of abnormal overheating of the element due to hard switching control>
As described above, by switching the control of the FC soft switching converter 250 from the soft switching control to the hard switching control, it is possible to increase the switching loss and thereby quickly increase the element temperature (that is, rapidly increase the temperature). It becomes.
However, from another viewpoint, when switching loss is increased, each element constituting the FC soft switching converter 250 (hereinafter collectively referred to as “IMP element”) is overheated, and there is no limitation. Otherwise, there is a risk that the element will be destroyed due to abnormal overheating of the IPM element.

そこで、本実施形態においては、一定の条件を満たす場合には、IPM素子の素子温度が、耐熱温度(負荷率制限開始温度)Tls以下に収まるように、燃料電池110の運転動作点を変更する制御を実施する。
ここで、一定の条件を満たす場合とは、燃料電池110の低効率発電により急速暖機中である場合いい、燃料電池110の運転動作点を変更する制御とは、等パワーライン上でFC電流を下げ、FC電圧を上げることにより、要求パワーを満たしつつも、FCソフトスイッチングコンバータ250を流れる電流(通過電流)を減らすことにより、IMP素子で生じる損失を減らす制御(素子破壊防止制御)をいう。
Therefore, in the present embodiment, when a certain condition is satisfied, the operating point of the fuel cell 110 is changed so that the element temperature of the IPM element falls below the heat resistant temperature (load factor restriction start temperature) Tls. Implement control.
Here, the case of satisfying a certain condition means that the fuel cell 110 is rapidly warming up due to low-efficiency power generation, and the control for changing the operation point of the fuel cell 110 is the FC current on the equal power line. This is control (element destruction prevention control) that reduces the loss generated in the IMP element by reducing the current (passing current) flowing through the FC soft switching converter 250 while satisfying the required power by lowering the FC voltage and increasing the FC voltage. .

以下、図14を参照しながら、素子破壊防止制御の詳細について説明する。図14は、ハードスイッチング制御の際、コントローラ160によって実行される素子破壊防止制御処理を示すフローチャートである。
コントローラ160は、EV冷却機構220に設置された温度センサ232から送られるセンシング信号に基づいてEV素子温度Tevを検知し、この素子温度Tevがメモリ(図示略)に格納された素子破壊防止閾値温度Tth2を超えたか否かを判断する(ステップS10)。
The details of the element destruction prevention control will be described below with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing an element destruction prevention control process executed by the controller 160 in the hard switching control.
The controller 160 detects the EV element temperature Tev based on a sensing signal sent from the temperature sensor 232 installed in the EV cooling mechanism 220, and the element temperature Tev is stored in a memory (not shown). It is determined whether or not Tth2 has been exceeded (step S10).

ここで、素子破壊防止閾値温度Tth2は、素子破壊防止制御が必要か否かを判断するための閾値温度(例えば、105℃など)であり、予め実験などによって求めることができる。この素子破壊防止閾値温度Tth2は、負荷率制限開始温度Tls(例えば120℃など)よりも低く設定される(Tth2<Tls)。なお、素子破壊防止閾値温度Tth2は固定値としても良いが、メンテナンス作業時などに適宜設定・変更できるように構成しても良い。   Here, the element destruction prevention threshold temperature Tth2 is a threshold temperature (for example, 105 ° C. or the like) for determining whether or not element destruction prevention control is necessary, and can be obtained in advance through experiments or the like. The element destruction prevention threshold temperature Tth2 is set lower than the load factor restriction start temperature Tls (for example, 120 ° C.) (Tth2 <Tls). The element destruction prevention threshold temperature Tth2 may be a fixed value, but may be configured so that it can be set and changed as appropriate during maintenance work.

コントローラ160は、EV素子温度Tevが素子破壊防止閾値温度Tth2を超えていないと判断すると(ステップS20;NO)、以下に示すステップを実行することなく、処理を終了する。   When the controller 160 determines that the EV element temperature Tev does not exceed the element destruction prevention threshold temperature Tth2 (step S20; NO), the controller 160 ends the process without executing the following steps.

一方、コントローラ(判断手段)160は、EV素子温度Tevが素子破壊防止閾値温度Tth2を超えていると判断すると(ステップS20;YES)、燃料電池110が低効率発電中であるか否かを判断する(ステップS30)。なお、燃料電池110が低効率運転中でないと判断した場合には(ステップS30;NO)、以下に示すステップを実行することなく、処理を終了する。ここで、燃料電池110の低効率発電とは、燃料電池110に供給される反応ガス(例えば、カソードに供給される酸化ガス)が通常発電時に比して少なく、かつ、通常発電に比して電力損失が大きい発電をいう(詳細は後述)。   On the other hand, when the controller (determination means) 160 determines that the EV element temperature Tev exceeds the element destruction prevention threshold temperature Tth2 (step S20; YES), it determines whether or not the fuel cell 110 is performing low-efficiency power generation. (Step S30). If it is determined that the fuel cell 110 is not operating at a low efficiency (step S30; NO), the process is terminated without executing the following steps. Here, the low-efficiency power generation of the fuel cell 110 means that the reaction gas (for example, the oxidizing gas supplied to the cathode) supplied to the fuel cell 110 is less than that during normal power generation and compared to normal power generation. This refers to power generation with large power loss (details will be described later).

なお、低効率発電中であるか否かは、例えば温度センサ231によって検知されるFC温度が閾値温度(例えば0℃)を下回っており、かつ、燃料電池110に供給される酸化ガスのストイキ比が閾値(例えば1.2程度)を下回っている場合に低効率発電であると判断する。もちろん、低効率発電中であるか否かの判断手法はこれに限る趣旨ではなく、例えばFC電圧やFC電流の値に基づいて低効率発電中であるか否かを判断しても良い。以下、低効率発電と通常発電の相違について、詳細に説明する。   Whether or not the low-efficiency power generation is being performed is determined by, for example, the FC temperature detected by the temperature sensor 231 being lower than a threshold temperature (for example, 0 ° C.) and the stoichiometric ratio of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 110. Is below a threshold value (for example, about 1.2), it is determined that the power generation is low efficiency. Of course, the determination method of whether or not the low-efficiency power generation is being performed is not limited to this. For example, it may be determined whether or not the low-efficiency power generation is being performed based on the values of the FC voltage and the FC current. Hereinafter, the difference between low-efficiency power generation and normal power generation will be described in detail.

<低効率発電と通常発電の相違>
図15は、燃料電池の出力電流(FC電流)と出力電圧(FC電圧)の関係を示す図であり、通常発電を行った場合を実線で示し、低効率発電を行った場合を点線で示す。なお、横軸はFC電流、縦軸はFC電圧をあらわしている。
<Difference between low-efficiency power generation and normal power generation>
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the output current (FC current) and the output voltage (FC voltage) of the fuel cell, in which the case of normal power generation is shown by a solid line, and the case of low efficiency power generation is shown by a dotted line . The horizontal axis represents the FC current, and the vertical axis represents the FC voltage.

ここで、低効率発電を行う場合には、例えばエアストイキ比を1.0付近(理論値)に絞った状態で燃料電池110を運転する一方(図15の点線部分参照)、通常発電を行う場合には、例えばエアストイキ比を2.0以上(理論値)に設定した状態で燃料電池40を運転する(図15の実線部分参照)。低効率発電を行うことで、通常発電に比して電力損失は大きくなるため、急速暖機が可能となる。   Here, when performing low-efficiency power generation, for example, while operating the fuel cell 110 in a state where the air stoichiometric ratio is reduced to around 1.0 (theoretical value) (see the dotted line portion in FIG. 15), normal power generation is performed. For example, the fuel cell 40 is operated in a state where the air stoichiometric ratio is set to 2.0 or more (theoretical value) (see the solid line portion in FIG. 15). By performing low-efficiency power generation, the power loss is larger than that of normal power generation, so that rapid warm-up is possible.

ここで、図16は、低効率発電時の燃料電池110の出力電流(FC電流)と出力電圧(FC電圧)と出力電力(FCパワー)の関係を示す図であり、左横軸はFC電流、右横軸はFCパワー、軸はFC電圧をあらわしている。   Here, FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the output current (FC current), output voltage (FC voltage), and output power (FC power) of the fuel cell 110 during low-efficiency power generation, and the left horizontal axis represents the FC current. The right horizontal axis represents FC power, and the axis represents FC voltage.

本実施形態では、低効率発電中に、EV素子の異常過熱による素子破壊を防止する必要があると判断すると、等パワーラインl上でFC電流を下げ、FC電圧を上げるように燃料電池110の動作点を移動(変更)する。これにより、要求パワーは満たしつつも、FCソフトスイッチコンバータ250の通過電流を減らして電力損失を下げることができ、最終的にはIMP素子の破壊を防止することが可能となる。
動作点変更前 動作点変更後
(I1,V1) → (I2,V2)
(I1>I2、V1<V2)
In the present embodiment, if it is determined that it is necessary to prevent element destruction due to abnormal overheating of the EV element during low-efficiency power generation, the FC current is reduced on the equal power line l so that the FC voltage is increased. Move (change) the operating point. As a result, while satisfying the required power, the current passing through the FC soft switch converter 250 can be reduced to reduce the power loss, and finally the IMP element can be prevented from being destroyed.
Before changing operating point After changing operating point (I1, V1) → (I2, V2)
(I1> I2, V1 <V2)

具体的には、図14に示すステップS30において、コントローラ(動作点制御手段)160は燃料電池110が低効率発電中であると判断すると(ステップS30;YES)、等パワーライン上でFC電流を一定量ΔI(=I2−I1)下げ、FC電圧を上げるように燃料電池110の運転動作点を移動(変更)し、処理を終了する。これにより、要求パワーは満たしつつも、FCソフトスイッチコンバータ250の通過電流を減らして電力損失を下げることができ、最終的にはIMP素子の破壊を防止することが可能となる。ここで、FC電流の減少量ΔI(=I2−I1)は、素子破壊を防止するのに必要な電力損失の減少量を予め実験などによって求めておき、求めた電力損失の減少が得られるように設定すれば良い。もちろん、このFC電流の減少量ΔIは、固定値としても良いが、メンテナンス作業時などに適宜設定・変更できるように構成しても良い。   Specifically, when the controller (operating point control means) 160 determines in step S30 shown in FIG. 14 that the fuel cell 110 is generating low efficiency (step S30; YES), the FC current is calculated on the equal power line. The operation point of the fuel cell 110 is moved (changed) so as to decrease the fixed amount ΔI (= I2−I1) and increase the FC voltage, and the process is terminated. As a result, while satisfying the required power, the current passing through the FC soft switch converter 250 can be reduced to reduce the power loss, and finally the IMP element can be prevented from being destroyed. Here, the reduction amount ΔI (= I2−I1) of the FC current is obtained in advance by an experiment or the like to obtain the reduction amount of the power loss necessary for preventing the element destruction, so that the reduction of the obtained power loss can be obtained. Should be set. Of course, the FC current decrease amount ΔI may be a fixed value, but may be configured so as to be appropriately set / changed during maintenance work.

B.変形例
上述した本実施形態では、補助回路22bに含まれる第2直列接続体として、ダイオードD2のアノード端子が第1直列接続体のダイオードD3とスナバコンデンサC2との接続部位に接続され、ダイオードD2のカソード端子が第2スイッチング素子(補助スイッチ)S2の一端の極に接続されている例を説明したが(図3参照)、この第2直列接続体の回路トポロジーについて、コイルL2、ダイオードD2、第2スイッチング素子S2などによるスイッチング回路の直列順序は適宜入れ替えた態様も採用し得る。具体的には、図16に示すように、フリーホイール回路22cを除くとともにコイルL2と第2スイッチング素子S2などによるスイッチング回路の順序を入れ替えても良い。
B. In the present embodiment described above, as the second series connection body included in the auxiliary circuit 22b, the anode terminal of the diode D2 is connected to the connection portion between the diode D3 and the snubber capacitor C2 of the first series connection body, and the diode D2 The cathode terminal is connected to the pole of one end of the second switching element (auxiliary switch) S2 (see FIG. 3). Regarding the circuit topology of this second series connection body, the coil L2, the diode D2, A mode in which the series order of the switching circuits by the second switching element S2 or the like is appropriately changed can also be adopted. Specifically, as shown in FIG. 16, the order of the switching circuit including the coil L2 and the second switching element S2 may be changed while the free wheel circuit 22c is excluded.

100…FCHVシステム、110…燃料電池、120…バッテリ、130…負荷、140…インバータ、2500…FCコンバータ、160…コントローラ、170…センサ群、180…バッテリコンバータ、210…FC冷却機構、220…EV冷却機構、231,232…温度センサ、250…FCソフトスイッチングコンバータ、22a…主昇圧回路、22b…補助回路、22c…フリーホイール回路、S1,S2…スイッチング素子、C1,C3…平滑コンデンサ、C2…スナバコンデンサ、L1,L2,…コイル、D1,D2,D3,D4,D5…ダイオード、D6…フリーホイールダイオード。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... FCHV system, 110 ... Fuel cell, 120 ... Battery, 130 ... Load, 140 ... Inverter, 2500 ... FC converter, 160 ... Controller, 170 ... Sensor group, 180 ... Battery converter, 210 ... FC cooling mechanism, 220 ... EV Cooling mechanism, 231, 232 ... temperature sensor, 250 ... FC soft switching converter, 22a ... main booster circuit, 22b ... auxiliary circuit, 22c ... freewheel circuit, S1, S2 ... switching element, C1, C3 ... smoothing capacitor, C2 ... Snubber capacitors, L1, L2, ... coils, D1, D2, D3, D4, D5 ... diodes, D6 ... freewheeling diodes.

Claims (5)

燃料電池の出力を制御する主昇圧回路と補助回路とを備えたソフトスイッチングコンバータの制御装置であって、
前記ソフトスイッチングコンバータを構成する素子の関連温度を検知する温度センサと、
前記主昇圧回路を用いたハードスイッチングと前記主昇圧回路と前記補助回路を用いたソフトスイッチングとの切換を行い、前記関連温度が設定閾値以下である場合に前記ハードスイッチングに切換を行うスイッチング切換手段と、
前記ハードスイッチング及び前記ソフトスイッチングのスイッチング制御を行うスイッチング制御手段と
を具備する、ソフトスイッチングコンバータの制御装置。
A control device for a soft switching converter having a main booster circuit and an auxiliary circuit for controlling the output of a fuel cell,
A temperature sensor for detecting a related temperature of an element constituting the soft switching converter;
Switching switching means for switching between hard switching using the main boosting circuit and soft switching using the main boosting circuit and the auxiliary circuit, and switching to the hard switching when the related temperature is equal to or lower than a set threshold. When,
A control device for a soft switching converter, comprising switching control means for performing switching control of the hard switching and the soft switching.
前記ソフトスイッチコンバータについて前記ハードスイッチングのスイッチング制御が行われている状態において、前記燃料電池について供給される反応ガスが通常発電時に比して少なく、かつ、前記通常発電に比して電力損失が大きい低効率発電が行われているか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって肯定的な判断結果が得られた場合に、前記燃料電池の出力電力を一定に保ったまま、前記燃料電池の出力電流を所定量だけ低減するように、前記燃料電池の運転動作点を制御する動作点制御手段とをさらに具備する、請求項1に記載のソフトスイッチングコンバータの制御装置。
In the state where the switching control of the hard switching is performed for the soft switch converter, the reaction gas supplied to the fuel cell is less than that during normal power generation, and the power loss is larger than that in the normal power generation. A determination means for determining whether low-efficiency power generation is being performed;
When a positive determination result is obtained by the determination means, the operation of the fuel cell is performed so as to reduce the output current of the fuel cell by a predetermined amount while keeping the output power of the fuel cell constant. The control device for a soft switching converter according to claim 1, further comprising operating point control means for controlling the point.
前記判断手段は、前記燃料電池について低効率発電が行われ、かつ、ソフトスイッチコンバータを構成する素子の素子温度が規定温度以上となったか否かを判断する、請求項2に記載のソフトスイッチングコンバータの制御装置。   3. The soft switching converter according to claim 2, wherein the determination unit determines whether low-efficiency power generation is performed for the fuel cell and an element temperature of an element constituting the soft switch converter is equal to or higher than a specified temperature. Control device. 前記主昇圧回路は、
一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、
カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードと、
一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された主スイッチと、
前記第一ダイオードのアノードと前記燃料電池の低電位側の端子に接続された平滑コンデンサとを備え、
前記補助回路は、
前記主昇圧回路を構成する主スイッチに並列に接続された補助スイッチと、
前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記燃料電池の高電位側の端子と低電位側の端子に接続された、クランプダイオードとスナバコンデンサとが直列接続された第一直列接続体とを備える、請求項1〜3に記載のソフトスイッチングコンバータの制御装置。
The main booster circuit
A main coil having one end connected to a terminal on the high potential side of the fuel cell;
A first diode having a cathode connected to the other end of the main coil;
A main switch having one end connected to the other end of the main coil and the other end connected to a terminal on the low potential side of the fuel cell;
A smoothing capacitor connected to the anode of the first diode and a terminal on the low potential side of the fuel cell;
The auxiliary circuit is
An auxiliary switch connected in parallel to the main switch constituting the main booster circuit;
A first series connection body connected in parallel to the main switch and connected to a high potential side terminal and a low potential side terminal of the fuel cell, in which a clamp diode and a snubber capacitor are connected in series; The control apparatus of the soft switching converter of Claims 1-3.
前記補助回路は、
前記クランプダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と、前記主コイルの一端との間に接続された、ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとが直列接続された第二直列接続体をさらに備える、請求項4に記載のソフトスイッチングコンバータ制御装置。
The auxiliary circuit is
And further comprising a second series connection body connected between a connection portion of the clamp diode and the snubber capacitor and one end of the main coil, wherein the diode, the auxiliary coil, and the auxiliary switch are connected in series. Item 5. The soft switching converter control device according to Item 4.
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