JP2022023516A - 給電制御システムおよび給電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の給電制御システムは、第1電動装置と、第1インバータと、第1燃料電池システムと、第1電圧変換器とを備える第1駆動ユニットと、第2電動装置と、第2インバータと、第2燃料電池システムと、第2電圧変換器とを備える第2駆動ユニットと、共通のバッテリと、第1駆動ユニットの第1電流値と、第2駆動ユニットの第2電流値とによる第1電流値の目標値とし、第1インバータ又は/及び第1電圧変換器を制御し、第2インバータ及び第2燃料電池システムが第1駆動ユニットとバッテリの間に流れる第1電流値と第2駆動ユニットとバッテリの間に流れる第2電流値で決定される第2電流値の目標値とする、第2インバータ又は/及び第2電圧変換器を制御する制御部とを備える。
【選択図】図1
Description
また、複数の燃料電池システムを一台の車両に搭載させる構成として、2個の電動装置の各々に対し、それぞれの電動装置の駆動を制御するため、異なる系統の駆動ユニットとして、AC-DC変換器と、燃料電池システムと、バッテリとを備える構成が考えられる。
しかしながら、バッテリを共通とした場合に、異なる駆動ユニットで一つのバッテリを駆動することが考慮されていないため、バッテリが過充電あるいは過放電の状態となる場合がある。
(1):この発明の一態様に係る給電制御システムは、第1電動装置と、前記第1電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第1インバータと、前記第1インバータに直流電力を供給する第1燃料電池システムと、前記第1インバータの直流側端子の電圧を制御する電圧制御を行なう第1電圧変換器とを備える第1駆動ユニットと、第2電動装置と、前記第2電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第2インバータと、前記第2インバータに直流電力を供給する第2燃料電池システムと、前記第2インバータの直流側端子の電圧を制御する第2電圧変換器とを備える第2駆動ユニットと、前記第1電圧変換器及び前記第2電圧変換器の各々に共通に接続されたバッテリと、前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される前記第1電流値の目標値となるように、前記第1インバータ又は/及び前記第1電圧変換器を制御し、前記第2インバータ及び前記第2燃料電池システムの各々が前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される目標値となるように、前記第2インバータ又は/及び前記第2電圧変換器を制御する制御部とを備える給電制御システムである。
なお、図1に示した電動車両1の概略構成は一例であり、構成はこれに限らない。
次に、第1の実施形態に係る駆動ユニット4A及び4Bの構成例を説明する。図2は、本実施形態に係る駆動ユニット4を含む給電制御システムの構成の一例を示すブロック図である。図2のように、給電制御システムは、駆動ユニット4A、駆動ユニット4B、バッテリ40の各々を備えている。駆動ユニット4Aは、燃料電池システム200A、バッテリコンバータ34A、インバータ32A、モータ12A、制御部33A、エアーコンディショナ45A、電流センサ35A、電流センサ36A及び記憶部150Aを備えている。駆動ユニット4Bは、燃料電池システム200B、バッテリコンバータ34B、インバータ32B、モータ12B、制御部33B、DCDC変換部45B、電流センサ35B、電流センサ36B及び記憶部150Bを備えている。
また、バッテリコンバータ34は、インバータ32の直流側端子を所定の電圧(直流電圧を昇圧したインバータ32の直流側端子に供給する電圧)となるように電圧制御を行なう。
DCDC変換部45Bは、直流-直流変換を行う。DCDC変換部45は、例えばバッテリ40が出力する直流電圧のおよそ300Vを、12Vの直流電圧に変換する。
また、電流センサ35A及び36Aは、オームの法則を用いて、電気回路の両端の電位差と、当該電気回路に流れる電流との関係から電流値を推定して取得する構成であってもよい。同様に、電流センサ35B及び36Bも、オームの法則を用いて、電気回路の両端の電位差と、当該電気回路に流れる電流との関係から電流値を推定して取得する構成であってもよい。
ここで、燃料電池システム200について具体的に説明する。図3は、実施形態に係る燃料電池システム200の構成の一例を示す図である。図3に示す構成は、電動車両10に搭載される複数の燃料電池システム200のそれぞれに適用可能である。なお、本実施形態に係る燃料電池システム200については、以下の構成に限定されるものではなく、例えばアノードとカソードによって発電するシステム構成であれば如何なる構成であってもよい。図3に示す燃料電池システム200は、例えば、FCスタック210と、コンプレッサ214と、封止入口弁216と、加湿器218と、気液分離器220と、排気循環ポンプ(P)222と、水素タンク226と、水素供給弁228と、水素循環部230と、気液分離器232と、温度センサ(T)240と、コンタクタ242と、FCコンバータ244と、FC制御装置246と、FC冷却システム280とを備える。
図4は、第1の実施形態に係る制御部33の構成の一例を示す図である。制御部33は、例えば、モータ制御部331と、ブレーキ制御部332と、電力制御部333と、走行制御部334とを備える。モータ制御部331、ブレーキ制御部332、電力制御部333、および走行制御部334は、それぞれ、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め電動車両1のHDDやフラッシュメモリ等の記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROM等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体(非一過性の記憶媒体)がドライブ装置に装着されることで電動車両1のHDDやフラッシュメモリにインストールされてもよい。上記の記憶装置は、例えば記憶部150である。
図5(a)においては、電力制御部333Aは、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34Aと燃料電池システム200A(FCコンバータ244A)に対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給されている。これにより、インバータ32Aは、燃料電池システム200から供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Aを所定のトルクにより駆動させる。また、電力制御部333Bは、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34Bと燃料電池システム200B(FCコンバータ244B)に対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給されている。これにより、インバータ32Bは、燃料電池システム200Bから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Bを所定のトルクにより駆動させる。
また、モータ12A及び12Bのトルクが制限トルクに低減する記載としたが、トルクが0の状態としてモータ12A及び12Bにトルクが発生しない状態、すなわちインバータ32A、32Bを停止させる構成としてもよい。この場合、電力制御部333Aは燃料電池システム200Aにおける電力の発生を停止させる指令を出力する。同様に、電力制御部333Bは、燃料電池システム200Bにおける電力の発生を停止させる制御を行なう。
図6(a)においては、電力制御部333Aは、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34Aと燃料電池システム200Aに対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給されている。これにより、インバータ32Aは、燃料電池システム200Aから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Aを所定のトルクにより駆動させる。また、電力制御部333Bは、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34Bと燃料電池システム200Bに対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給されている。これにより、インバータ32Bは、燃料電池システム200Bから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Bを所定のトルクにより駆動させる。
また、燃料電池システム200A及び200Bの発電(発生)する直流電力を同時に低減(あるいは停止)させる記載としたが、電力制御部333Aが取得値MIA及びMIBの加算値が充電電流値ICTAを超えた場合に燃料電池システム200Aの発電(発生)する直流電力を低減した後に、電力制御部333Bが取得値MIA及びMIBの加算値が充電電流値ICTAを超えている場合、燃料電池システム200Aの発生する直流電力を低減させてもよい。
図7は、駆動ユニット4Aにおける給電制御の処理の動作例を示すフローチャートである。電力制御部333Aは、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34Aと燃料電池システム200Aに対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給した後、図7のフローチャートの動作を行なう。
この同期の取得については、例えば、駆動ユニット4A及び4B間を有線あるいは無線で接続して、駆動ユニット4A、4Bのいずれか一方をマスター制御部とし、他方をスレーブ制御部として、マスター制御部が各ステップの動作を行う際、スレーブに同一のステップの動作を行なうことを指令する制御信号を送信する。
さらに、上述したバッテリの34における放電電流及び充電電流が増加した際におけるFCコンバータ244からインバータ32の直流端子側への直流電力の給電制御を行う、電力制御部333の機能を、FCコンバータ244の各々に備えさせる構成としてもよい。この場合、FCコンバータ244には電流センサ35の各々の出力が直接に接続される。
また、本実施形態においては、制御部33における電力制御部333が放電電流及び充電電流が増加した際の給電制御の動作を行なうとして説明したが、FCコンバータ244における燃料電池制御装置246や、バッテリコンバータ34のコントローラなどに設ける構成としてもよい。
次に、第2の実施形態に係る駆動ユニット4A#及び4B#の構成例を説明する。図9は、第2の実施形態に係る駆動ユニット4#を含む給電制御システムの構成の一例を示すブロック図である。図9のように、給電制御システムは、駆動ユニット4A#、駆動ユニット4B#、バッテリ40、制御部100、記憶部150の各々を備えている。駆動ユニット4A#は、燃料電池システム200A、バッテリコンバータ34A、インバータ32A、モータ12A、エアーコンディショナ45A、電流センサ35A、電流センサ36Aを備えている。駆動ユニット4B#は、燃料電池システム200B、バッテリコンバータ34B、インバータ32B、モータ12B、DCDC変換部45B、電流センサ35B、電流センサ36Bを備えている。また、以下の説明において、駆動ユニット4A#、4B#をそれぞれ区別しない場合には、単に駆動ユニット4#のようにA及びBを付加せずに説明する。
第1の実施形態において、駆動ユニット4A、4Bの各々が独立して備えていた制御部33それぞれを、第2の実施形態においては、制御部100として統合し、駆動ユニット4A#及び4B#に共通に接続された構成となっている。
図5(a)においては、電力制御部333#は、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34A及び334Bと、燃料電池システム200A(FCコンバータ244A)及び200B(244B)とに対して、必要なトルクを得るための要求電力量を供給させている。これにより、インバータ32Aは、燃料電池システム200Aから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Aを所定のトルクにより駆動させる。また、インバータ32Bは、燃料電池システム200Bから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Bを所定のトルクにより駆動させる。
図6(a)においては、電力制御部333#は、車両センサの出力に基づいて、バッテリコンバータ34A及び燃料電池システム200Aと、バッテリコンバータ34B及び燃料電池システム200Bとに対して、必要なトルクを得るための要求電力量が供給されている。これにより、インバータ32Aは、燃料電池システム200Aから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Aを所定のトルクにより駆動させる。また、インバータ32Bは、燃料電池システム200Bから供給される直流電力と、不足分を調整するためのバッテリから供給される直流電力とを合算した直流電力により、モータ12Bを所定のトルクにより駆動させる。
上述の構成において、制御部100における電力制御部333#が燃料電池システム200におけるFCコンバータ244に対する給電制御を、図2に示すように、制御部100における電力制御部333#が放電電流及び充電電流が増加した際の給電制御をFCコンバータ244に対する制御を燃料電池制御装置246を介して行う構成として説明したが、FCコンバータ244に直流電力の発生の停止あるいは低減、すなわちインバータ32の直流側端子への直流電力の供給を停止あるいは低減させるなどの制御をより高速に行うため、電力制御部333#が直接にFCコンバータ244を制御する構成としてもよい。
さらに、上述したバッテリの34における放電電流及び充電電流が増加した際におけるFCコンバータ244からインバータ32の直流端子側への直流電力の給電制御を行う、電力制御部333#の機能を、FCコンバータ244の各々に備えさせる構成としてもよい。この場合、FCコンバータ244には電流センサ35の各々の出力が直接に接続される。
電力制御部333#は、車両センサの出力に基づいて、駆動ユニット4A#及び4B#の各々に対して、必要なトルクを得るための要求電力量を供給した後、図11のフローチャートの動作を行なう。
5A,5B…車輪
12,12A,12B…モータ
32,32A,32B…インバータ
33,33A,33B,100…制御部
34,34A,34B…バッテリコンバータ
35A,35B,36A,36B…電流センサ
40…バッテリ
45A…エアーコンディショナ
45B…DCDC変換部
150,150A,150…記憶部
200,200A,200B…燃料電池システム
201A,201B…燃料電池
202,202A,202B…エアーポンプ
210…FCスタック
214…コンプレッサ
216…封止入口弁
218…加湿器
222…排気循環ポンプ
226…水素タンク
228…水素供給弁
232…気液分離器
240…温度センサ
242…コンタクタ
244,244A,244B…FCコンバータ
246…FC制御装置
280…燃料電池冷却システム
331…モータ制御部
332…ブレーキ制御部
333,333#,333A,333B…電力制御部
334…走行制御部
Claims (9)
- 第1電動装置と、前記第1電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第1インバータと、前記第1インバータに直流電力を供給する第1燃料電池システムと、前記第1インバータの直流側端子の電圧を制御する電圧制御を行なう第1電圧変換器とを備える第1駆動ユニットと、
第2電動装置と、前記第2電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第2インバータと、前記第2インバータに直流電力を供給する第2燃料電池システムと、前記第2インバータの直流側端子の電圧を制御する第2電圧変換器とを備える第2駆動ユニットと、
前記第1電圧変換器及び前記第2電圧変換器の各々に共通に接続されたバッテリと、
前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される前記第1電流値の目標値となるように、前記第1インバータ又は/及び前記第1電圧変換器を制御し、前記第2インバータ及び前記第2燃料電池システムの各々が前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される目標値となるように、前記第2インバータ又は/及び前記第2電圧変換器を制御する制御部と
を備える
給電制御システム。 - 前記制御部が前記第1電流値及び前記第2電流値とを加算し、加算結果が前記バッテリの放電電流に設定されている所定の第1閾値電流値を超えている場合、前記第1電動装置に供給する直流電力を低減させてトルク制限を行ない、また前記第2電動装置に供給する直流電力を低減させてトルク制限を行なう
請求項1に記載の給電制御システム。 - 前記制御部が前記第1電動装置に供給する直流電力を低減させてトルク制限を行なった後に、前記第1電流値及び前記第2電流値とを加算し、加算結果が前記第1閾値電流値を超えている場合に、前記第2電動装置に供給する直流電力を低減させてトルク制限を行なう
請求項2に記載の給電制御システム。 - 前記制御部が前記第1電流値及び前記第2電流値とを加算し、加算結果が前記バッテリの充電電流に設定されている所定の第2閾値電流値を超えている場合、前記第1燃料電池システムが前記第1電動装置に供給する直流電力を低減させ、また前記第1燃料電池システムが前記第1電動装置に供給する直流電力を低減させる
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の給電制御システム。 - 前記制御部が前記第1燃料電池システムの直流電力の発生を低減させた後に、前記第1電流値及び前記第2電流値とを加算し、加算結果が前記第2閾値電流値を超えている場合に、前記第2燃料電池システムの直流電力の発生を低減させる
請求項4に記載の給電制御システム。 - 前記制御部が前記第1駆動ユニットにおける第1制御部、及び前記第2駆動ユニットにおける第2制御部であり、
前記第1電流値を取得して、取得値を前記第1制御部に出力する第1-1電流センサと、
前記第1電流値を取得して、取得値を前記第2制御部に出力する第1-2電流センサと、
前記第2電流値を取得して、取得値を前記第1制御部に出力する第2-1電流センサと、
前記第2電流値を取得して、取得値を前記第2制御部に出力する第2-2電流センサと
をさらに備える
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の給電制御システム。 - 前記第1-2電流センサ及び前記第2-1電流センサの各々に換え、前記バッテリの電源端子と、前記第1駆動ユニット及び第2駆動ユニットに分岐する点との間に一括電流センサを設け、当該一括電流センサが第1電流値及び第2電流値の加算された電流値を取得する
請求項6に記載の給電制御システム。 - 前記第1電流値を取得して、取得値を前記制御部に対して出力する第1電流センサと、
前記第2電流値を取得して、取得値を前記制御部に対して出力する第2電流センサと
をさらに備える
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の給電制御システム。 - 第1電動装置と、前記第1電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第1インバータと、前記第1インバータに直流電力を供給する第1燃料電池システムと、前記第1インバータの直流側端子の電圧を制御する第1電圧変換器とを備える第1駆動ユニットと、
第2電動装置と、前記第2電動装置に接続され直流電力と交流電力との変換を行なう第2インバータと、前記第2インバータに直流電力を供給する第2燃料電池システムと、前記第2インバータの直流側端子の電圧を制御する第2電圧変換器とを備える第2駆動ユニットと、
前記第1電圧変換器及び前記第2電圧変換器の各々に共通に接続されたバッテリと、制御部とを備える給電制御システムを駆動させる給電制御方法であり、
前記制御部が、前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される前記第1電流値の目標値となるように、前記第1インバータ又は/及び前記第1電圧変換器を制御し、前記第2インバータ及び前記第2燃料電池システムの各々が前記第1駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第1電流値と、前記第2駆動ユニットと前記バッテリとの間に流れる第2電流値とに基づいて決定される前記第1電流値の目標値となるように、前記第2インバータ又は/及び前記第2電圧変換器を制御する
給電制御方法。
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