JP2022549637A - 燃料電池スタック絶縁監視システム - Google Patents

燃料電池スタック絶縁監視システム Download PDF

Info

Publication number
JP2022549637A
JP2022549637A JP2022518702A JP2022518702A JP2022549637A JP 2022549637 A JP2022549637 A JP 2022549637A JP 2022518702 A JP2022518702 A JP 2022518702A JP 2022518702 A JP2022518702 A JP 2022518702A JP 2022549637 A JP2022549637 A JP 2022549637A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stack
switch
insulation resistance
strings
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2022518702A
Other languages
English (en)
Inventor
レイ スン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ceres Intellectual Property Co Ltd
Original Assignee
Ceres Intellectual Property Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceres Intellectual Property Co Ltd filed Critical Ceres Intellectual Property Co Ltd
Publication of JP2022549637A publication Critical patent/JP2022549637A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/371—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with remote indication, e.g. on external chargers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/56—Testing of electric apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本出願は、スタックモジュール障害監視システムを提供するものであり、このシステムは、絶縁抵抗テスターと、スタックストリングのｍ個のグループで構成されるスタックモジュールと、ｍ個の電子スイッチグループとを備え、各電子スイッチグループは、第１のスイッチと第２のスイッチとを備え、第１のスイッチの一方の端部は、スタックストリングの１つのグループの正極に接続され、第１のスイッチの他方の端部は、絶縁抵抗テスターの正極端部に接続されており、第２のスイッチの一方の端部は、スタックストリングのグループの負極に接続され、第２のスイッチの他方の端部は、絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されており、電子スイッチグループ内のスイッチの制御端部がコントローラに接続され、コントローラにより電子スイッチグループ内のスイッチがオンおよびオフに制御され、絶縁抵抗テスターは、スタックストリングの各グループの絶縁抵抗を順次テストし、その絶縁抵抗をコントローラに送信し、スタックストリングの各グループに絶縁障害が有るか否かのオンライン監視を実現し、絶縁障害のあるスタックストリングをスタックモジュール内で迅速に位置特定するために、コントローラは、絶縁抵抗に基づいてスタックストリングのグループに絶縁障害が有るか否かを判定する。

Description

本発明は、燃料電池の技術分野に属し、特にスタックモジュールの障害監視システムおよび方法に関するものである。
スタックモジュールは、燃料電池電気自動車に電力を供給するために使用される。スタックストリングの各グループは、複数のスタックで構成される。
現在、スタックモジュール全体に絶縁障害が有るか否かはオンラインでしか監視できず、絶縁障害が発生した場合はスタックモジュール全体がシャットダウンする。スタックモジュールは分解されることとなり、次にスタックモジュール内のスタックストリングの各グループの絶縁抵抗が順次テストされる。障害の位置特定を実現するために、どのグループのスタックストリングに絶縁障害が有るかが、各グループのスタックストリングの絶縁抵抗に応じて判定される。
スタックモジュールの絶縁障害の既存の監視方法では、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視することができないため、スタックモジュール内の障害の位置を特定することは困難である。
本発明は、先行技術では、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視することができないため、障害のあるスタックをスタックモジュール内で位置特定することが困難であるという問題を解決するためのスタックモジュール障害監視システムを提供するものである。
本発明は、スタックモジュール障害監視システムを提供するものであり、このシステムは、絶縁抵抗テスターと、スタックストリングのｍ個のグループを有するスタックモジュールであって、ｍは１以上の正の整数である、スタックモジュールと、ｍ個の電子スイッチグループとを備え、電子スイッチグループの各々が、第１のスイッチおよび第２のスイッチを有し、第１のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの１つのグループの正極に接続され、第１のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの正極端部に接続されている。第２のスイッチの第１の端部が、スタックストリングのこのセットの負極に接続され、第２のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されている。コントローラは、第１のスイッチの制御端部および第２のスイッチの制御端部にそれぞれ接続され、コントローラが、電子スイッチグループ内のスイッチをオンおよびオフに制御する。絶縁抵抗テスターは、スタックストリングの各セットの絶縁性を順次検出し、検出した絶縁抵抗を絶縁抵抗テスターに接続されたコントローラに送信し、スタックモジュール内の各セットのスタックストリングに絶縁障害が有るかどうかを監視する。
監視システムはスタック予充電ユニットをさらに備えることができ、スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極が、スタックストリングの各セットの正極に接続され、スタック予充電ユニットのＤＣバスバーの負極が、スタックストリングの各グループの負極に接続されている。
システムはまた、スタックの各グループにそれぞれ直列に接続された第１のダイオードと第２のダイオードと、をさらに備えることができ、第１のダイオードのアノードがスタックストリングの各グループの正極に接続され、第１のダイオードのカソードがスタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続され、かつ第２のダイオードのアノードがスタック予充電ユニットのＤＣバスの負極に接続され、第２のダイオードのカソードがスタックストリングの各グループの負極に接続されている。
本システムはまた、各電源スイッチの制御端部がそれぞれコントローラに接続されているｍ個の電源スイッチを備えることができる。電源スイッチの開閉はコントローラによって制御される。スタック予充電ユニットのＤＣバスバーの正極と、スタックストリングの各グループの正極との間の接続は、以下のステップ、すなわち、各電源スイッチの第１の端部がスタックストリングのグループの正極に接続されること、および各電源スイッチの第２の端部がスタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続されること、を備える。
絶縁抵抗は、ＣＡＮバスを介してコントローラによって接続され得る。テストされた絶縁抵抗は、スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに絶縁障害が有るか否かを監視するために、絶縁抵抗テスターに接続されたコントローラに送信されることができ、検出された絶縁抵抗を、ＣＡＮバスを介してコントローラに送信して、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをコントローラによって監視する。
電子スイッチのグループは、絶縁型パワーエレクトロニクスにされ得る。
本発明は、スタックモジュール障害監視システムを提供するものであり、このシステムは、絶縁抵抗テスターと、ｍ個のセットのスタックストリングを備えるスタックモジュールと、ｍ個の電子スイッチのグループとを備え、各電子スイッチグループが、第１スイッチと第２スイッチとを備える。第１のスイッチの一方の端部は、スタックストリングのセットの正極に接続され、第１のスイッチの他方の端部は、絶縁抵抗テスターの正極端部に接続されており、第２のスイッチの一方の端部は、スタックストリングのこのセットの負極に接続され、第２のスイッチの他方の端部は絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されており、電子スイッチグループのスイッチの制御端部がコントローラに接続され、コントローラが電子スイッチグループのスイッチをスイッチオンおよびスイッチオフ制御することにより、絶縁抵抗テスターが、スタックストリングの各セットの絶縁抵抗を順次検出して絶縁抵抗をコントローラに送信し、コントローラが絶縁抵抗に応じてこのセットのスタックストリングに絶縁障害が有るかどうかを判定することにより、各セットのスタックストリングに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視し、絶縁障害のあるスタックストリングをスタックモジュール内で迅速に位置特定することができるようになる。
本発明はまた、監視システムで使用するためのスタックモジュール障害監視の方法を提供し、監視システムが、絶縁抵抗テスターと、スタックストリングのｍ個のグループを備えるスタックモジュールであって、ｍは１以上の正の整数である、スタックモジュールと、ｍ個の電子スイッチグループであって、電子スイッチグループの各々が、第１のスイッチと、第２のスイッチとを備え、第１のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの１つのグループの正極に接続され、第１のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの正極端部に接続され、かつ第２のスイッチの第１の端部が、スタックストリングのグループの負極に接続され、第２のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されている、ｍ個の電子スイッチグループと、第１のスイッチの制御端部および第２のスイッチの制御端部にそれぞれ接続されたコントローラであって、コントローラが、電子スイッチグループ内のスイッチをオンおよびオフに制御する、コントローラと、を備え、方法が、絶縁抵抗テスターによって、スタックストリングの各グループの絶縁抵抗を順次テストすることと、テストした絶縁抵抗を絶縁抵抗テスターに接続されたコントローラに送信することと、スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに絶縁障害が有るか否かを判定することと、を含む。
以下、説明に用いる図面を簡単に記載する。なお、以下の記載における図面は、本発明のいくつかの実施形態である。
スタックモジュール障害監視システムの構造概略図である。 スタックモジュール障害監視システムの別の構造概略図である。
以下、本発明の実施形態を、図面と併せて記載する。記載された実施形態は、本発明の実施形態のすべてではなく、一部に過ぎない。
本実施形態では、スタックモジュール障害監視システムを提供する。このスタックモジュール障害監視システムは、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視することができ、絶縁障害を有するスタックストリングをスタックモジュール内で迅速かつ簡易に位置特定することができる。
図１に示すように、本実施形態のスタックモジュール障害監視システムは、絶縁抵抗テスター１とスタックモジュール２とを備え、スタックモジュール２は、スタックストリングのｍ個のセットを備え、ここで、ｍは１以上の正の整数である。
スタックストリングの各セットはｎ個のスタックで構成されており、ｎは１以上の正の整数である。スタックストリング間においてはパラレル接続が行われ、スタックストリングの各セットのスタック間はシリアル接続が行われる。
電子スイッチグループ３はｍ個あり、そのうちの電子スイッチグループの１つは、スタックストリングの１セットおよび絶縁抵抗テスター１と別々に接続されている。すなわち、スタックストリングの各セットは、１つの電子スイッチグループを介して絶縁抵抗テスター１と別々に接続されている。
電子スイッチグループ３、スタックストリングおよび絶縁抵抗テスター１間の接続構造は以下のとおりである。
各電子スイッチグループは、第１のスイッチおよび第２のスイッチを備える。第１のスイッチの第１の端部は、スタックストリングの１つのセットの正極に接続され、第１のスイッチの第２の端部は、絶縁抵抗テスター１の正極端部に接続される。第２のスイッチの第１の端部は、スタックストリングのこのセットの負極に接続され、第２のスイッチの第２の端部は、絶縁抵抗テスター１の負極端部に接続される。
電子スイッチグループごとに、この電子スイッチグループの第１のスイッチの制御端部および第２のスイッチの制御端部が、コントローラに接続されている。コントローラは図１には示されていない。
コントローラは、各電子スイッチグループの第１のスイッチおよび第２のスイッチのスイッチオフおよびスイッチオンを制御し、各電子スイッチグループの第１スイッチおよび第２スイッチは、同期してスイッチオフおよびスイッチオンに切り替えられる。
電子スイッチグループの場合、この電子スイッチグループの第１のスイッチおよび第２のスイッチがオンになると、この電子スイッチグループに接続されているスタックストリングが絶縁抵抗テスターに接続される。この場合、絶縁抵抗テスターはこのスタックストリングの絶縁抵抗を検出する。
第１の電子スイッチグループとスタックストリングの第１のセットおよび絶縁抵抗テスター１との接続を例にとると、第１の電子スイッチグループの第１のスイッチおよび第２のスイッチが同期してスイッチオンになると、スタックストリングの第１のセットと絶縁抵抗テスター１との間に閉ループが形成されるので、絶縁抵抗テスター１を用いてスタックストリングの第１のセットの絶縁抵抗を検出することが可能となる。この場合、他のｍ－ｌ電子スイッチグループの第１のスイッチと第２のスイッチとをスイッチオフにして、他のｍ－ｌグループのスタックストリングを絶縁抵抗テスター１から切り離す。
これに基づいて、絶縁抵抗テスター１は、スタックストリングの各セットの絶縁抵抗を順次検出することができる。また、絶縁抵抗テスター１が絶縁抵抗を検出する基本方式は、先行技術における絶縁抵抗テストの基本方式と同じであるので、改めて説明しない。
任意選択的に、本実施形態の電子スイッチグループ内のスイッチは、絶縁型パワーエレクトロニクス、例えば、ＭＯＳチューブ、ＩＧＢＴまたは炭化ケイ素チューブである。すなわち、第１のスイッチは、ＭＯＳチューブ、ＩＧＢＴ、またはカーボランダムチューブのうちのいずれか１つであり、第２のスイッチもＭＯＳチューブ、ＩＧＢＴ、または炭化ケイ素チューブうちのいずれか１つである。
絶縁抵抗テスター１は、検出されたスタックストリングの各セットの絶縁抵抗を、絶縁抵抗テスター１に接続されたコントローラに送信する。絶縁抵抗に基づいて、コントローラがスタックストリングのこのセットに絶縁障害が有るかどうかを判定することができるので、スタック内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで検出し、絶縁障害の有るスタックストリングをスタックモジュール内で位置特定するようになる。
本実施形態では、コントローラはＦＣＵであり得、ＣＡＮバスを介して絶縁抵抗テスター１をコントローラに接続し、絶縁抵抗テスター１がスタックストリングの絶縁抵抗を検出した後、ＣＡＮバスを介して、検出した絶縁抵抗をコントローラに送信することができる。
本実施形態のスタックモジュール障害監視システムは、絶縁抵抗テスターと、スタックストリングのｍ個のセットを備えるスタックモジュールと、ｍ個の電子スイッチグループであって、電子スイッチグループの各々が、第１のスイッチと、第２のスイッチとを備え、かつ第１のスイッチの第１の端部が、スタックストリングのうちの１つのセットの正極に接続され、第１のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの正極端部に接続され、第２のスイッチの第１の端部が、スタックストリングのこのセットの負極に接続され、かつ第２のスイッチの第２の端部が、絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されている、ｍ個の電子スイッチグループと、第１のスイッチの制御端部および第２のスイッチの制御端部に別々に接続された制御と、を備える。コントローラは、電子スイッチグループ内のスイッチのスイッチオフとスイッチオンを制御することができ、スタックストリングの各セットを絶縁抵抗テスターに順次接続し、絶縁抵抗テスターは、絶縁抵抗テスターに接続されたスタックストリングのこのセットの絶縁抵抗を検出して、絶縁抵抗をコントローラに送信し、スタックモジュール内の各セットのスタックストリングに絶縁障害が有るかどうかを監視するので、スタックモジュール内の各セットのスタックストリングと位置に絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視し、絶縁障害のあるスタックストリングをスタックモジュール内で位置特定するようになる。
スタックモジュールは、燃料電池電気自動車に電力を供給するために使用される。例えば、スタックモジュールは電気自動車のスタック予充電ユニットに接続され、スタック予充電ユニットは電気自動車のＤＣバスに接続され、電力はスタック予充電ユニットを介して電気自動車に供給される。
ただし、スタックモジュール内の絶縁欠陥をオンラインで監視するプロセスにおいては、スタックモジュールを個別に取り外す必要がないため、本願で提供されるスタックモジュール障害監視システムにおいても、スタック予充電ユニットを備える。スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極は、スタックストリングの各セットの正極に接続されている。スタック予充電ユニットのＤＣバスの負極は、スタックストリングの各セットの負極に接続され、スタック予充電ユニットを介して燃料電池スタックを有する電気自動車への電力供給を実現する。
図２に示すように、スタック予充電ユニットが含まれることに基づいて、この実施形態のスタックモジュール障害監視システムも、図１に基づいて、スタックストリングの各セットと別々に接続された第１のダイオード４および第２のダイオード５を備える。第１のダイオード４の正極は、スタックストリングの各セットの正極に接続され、第１のダイオード４の負極は、スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続され、第２のダイオード５の正極は、スタック予充電ユニットのＤＣバスの負極に接続され、第２のダイオード５の負極は、スタックストリングの各セットの負極に接続されている。本実施形態における第１のダイオード４の各々および第２のダイオード５の各々の方向は、このスタックストリングがスタック予充電ユニットに電力を供給するときの電流の方向と一致している。
任意選択的に、第１のダイオード４および第２のダイオード５は、パワーダイオードであり得る。本実施形態では、第１のダイオード４はスタックストリングの各セットの正極に設定され、第２のダイオード５はスタックストリングの各セットの負極に設定されているので、正極を異なるスタックストリングの負極から分離し、異なるスタックストリングの電圧不均衡によって生じる相互干渉を回避するようになる。
図２に示すように、この実施形態のスタックモジュール障害監視システムはまた、ｍ個の電源スイッチ６を備える。
各電源スイッチの制御端部は、コントローラに個別に接続されている。電源スイッチの開閉はコントローラによって制御される。各電源スイッチの第１の端部は、スタックストリングのグループの正極に接続され、各電源スイッチの第２の端部は、スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続されている。
本実施形態では、スタックストリングの各セットのＤＣバス出力インターフェースに１つの電源スイッチを設定し、各スタックストリングのスイッチオンまたはスイッチオフ、およびメインＤＣバスとの接続をそれぞれ制御する。特定のスタックストリングのセットの絶縁抵抗障害が検出されると、コントローラは、スタックストリングのこのセットに接続された対応する電源スイッチのスイッチオフとスイッチオンとを制御し、絶縁障害のあるスタックストリングとＤＣバスとの接続を切断して、スタックストリングがさらに絶縁障害に陥ることを防止するとともに、他の正常なスタックストリングが動作する間、車両全体が運行距離拡張モードで動作することを保証することができる。
前述の技術的解決策に基づき、本実施形態で提供されるスタックモジュール障害監視システムは、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットの独立した絶縁抵抗のオンライン監視を実現し、スタックモジュール全体に対して絶縁抵抗テストを行う場合にパワーダイオードが試験結果に与える影響を排除し、スタックモジュールの絶縁抵抗テストの結果の精度を向上させることができる。また、特定のスタックストリングのセットの絶縁抵抗障害が判定された場合、障害のあるスタックストリングを正確に位置特定し得、コントローラが故障したスタックストリングとの切り離しとＤＣバスとの接続とを制御することで、正常なスタックストリングの動作を保証し、スタックモジュールによってパワーアップした車両システムの安全性と信頼性を効果的に向上させることができる。
図２に示すスタックモジュール障害監視システムを参照すると、スタックストリングの第１セットは、直列に接続されたｎ個のスタックストリング（例えば、Ｓｔａｃｋ１－ｌ、Ｓｔａｃｋ１－２、……Ｓｔａｃｋ１－ｎ）を備える。スタックストリングの第１のセットは、第１の電子スイッチグループに接続されている。第１の電子スイッチグループは、スタックストリングの第１のセットと絶縁抵抗テスターとの間の接続を実現するために使用され、図２に示される第１のスイッチグループは、第１のスイッチＫｓ１＋および第２のスイッチＫｓ１－を備える。スタックストリングの第１のセットの正極、すなわちＳｔａｃｋ１－１の正極は、第１のスイッチＫｓ１＋に接続され、第１のスイッチＫｓ１＋を介して絶縁抵抗テスターの正極に接続される。スタックストリングの第１のセットの負極、すなわちＳｔａｃｋ１－ｎの負極は、第１のスイッチＫｓ１－接続され、第１のスイッチＫｓ１－を介して絶縁抵抗テスターの負極に接続される。
スタックストリングの第１のセットの正極、すなわちＳｔａｃｋ１－１の正極は第１のダイオードＤ１＋に接続され、スタックストリングの第１のセットの負極、すなわちＳｔａｃｋ１－ｎの負極は第２のダイオードＤ１－に接続される。
スタックストリングの第１のセットの正極、すなわちＳｔａｃｋ１－１の正極は、第１の電源スイッチＫ１に接続され、第１の電源スイッチＫ１の第２の端部は、スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続される。
同様に、ｉ番目のスタックストリングのセットは、例えばＳｔａｃｋｉ－１、Ｓｔａｃｋｉ－２、Ｓｔａｃｋｉ－ｎのように、直列に接続されたｎ個のスタックストリングを備える。ｉは、１からｍまでの正の整数である。
ｉ番目のスタックストリングのセットは、ｉ番目の電子スイッチグループに接続されている。ｉ番目の電子スイッチグループは、ｉ番目のスタックストリングのセットと絶縁抵抗テスターとの間の接続を実現するために使用され、図２に示されるｉ番目の電子スイッチグループは、第１のスイッチＫｓｉ＋と第２のスイッチＫｓｉ－とを備える。スタックストリングのｉ番目のセットの正極、すなわちＳｔａｃｋｉ－１の正極は、第１のスイッチＫｓｉ＋に接続され、第１のスイッチＫｓｉ＋を介して絶縁抵抗テスターの正極に接続される。スタックストリングのｉ番目のセットの負極、すなわちＳｔａｃｋｉ－ｎの負極は、第１のスイッチＫｓｉ－に接続され、第１のスイッチＫｓｉ－を介して絶縁抵抗テスターの負極に接続される。
スタックストリングのｉ番目のセットの正極、すなわちＳｔａｃｋｉ－１の正極は、第１のダイオードＤｉ＋に接続され、スタックストリングのｉ番目のセットの負極、すなわちＳｔａｃｋｉ－ｎの負極は、第２のダイオードＤｉ－に接続される。
ｉ番目のセットのスタックストリングの正極、すなわちＳｔａｃｋｉ－１の正極は、ｉ番目の電源スイッチＫｉの第１の端部に接続され、ｉ番目の電源スイッチＫｉの第２の端部は、スタック予充電ユニットのＤＣバスの正極に接続される。
図２に示したスタックモジュール障害監視システムに基づき、スタックストリングの第１のセットの絶縁抵抗テストを例にとり、スタックモジュール障害監視システムの動作の基本方式を記載する。
（１）運転中、例えばＦＣＵなどのコントローラは、ｍ個の電源スイッチ（Ｋ１、Ｋ２．．．．．．Ｋｍ）のスイッチオンを制御し、スタックモジュールを電気自動車のＤＣバスに接続し、車両全体の運行距離を拡張するための電力を供給する。
（２）ＦＣＵは、第１の電子スイッチグループの２つのスイッチ（Ｋｓ１＋とＫｓ１－）の同期スイッチオンを制御し、第１の電子スイッチグループを除く他のｍ－ｌ個の電子スイッチグループのＫｓｉ＋とＫｓｉ－と（ｍ≧ｉ≧２）の同期スイッチオフを制御し、絶縁抵抗テスターは、スタックストリングの第１のセットの絶縁抵抗を検出し、検出したスタックストリングの第１のセットの絶縁抵抗をＣＡＮバスを介してＦＣＵに送信する。
（３）ＦＣＵは、受信した第１のスタックストリングの絶縁抵抗に応じて、スタックストリングの第１のセットに絶縁障害が有るかどうかを判定し、スタックストリングの第１のセットに絶縁障害があると判定された状況下において、Ｋ１のスイッチオンおよびスイッチオフを制御して、スタックストリングの第１のセットとＤＣバスとの間の接続を切断し、絶縁障害がさらに悪化するのを防止するようになる。
前述のステップにより、スタックストリングの第ｍのセットの絶縁抵抗を検出し、スタックモジュール内のスタックストリングの各セットに絶縁障害が有るかどうかをオンラインで監視し、特定のセットのスタックストリングに絶縁障害が有る場合、絶縁障害の有るスタックストリングを正確に位置特定し、ＦＣＵによって制御されるスタックストリングをＤＣバスから切り離すことで、正常なスタックストリングの動作を保証し、スタックモジュールによってパワーアップされた車両システムの安全性と信頼性を効果的に向上させることができる。
本明細書中の実施形態はすべて漸進的な様式で説明され、実施形態間の同一または類似の部分については相互に参照することができ、各実施形態は他の実施形態との差違に焦点を当てる。
上記は本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の基本方式から逸脱することなく、本発明の保護の範囲内で改良および装飾を行うことができる。

Claims (7)

  1. スタックモジュール障害監視システムであって、前記監視システムが、
    絶縁抵抗テスターと、
    スタックストリングのｍ個のグループを備えるスタックモジュールであって、ｍが１以上の正の整数である、スタックモジュールと、
    ｍ個の電子スイッチグループであって、前記電子スイッチグループの各々が、第１のスイッチと、第２のスイッチとを備え、前記第１のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの１つのグループの正極に接続され、前記第１のスイッチの第２の端部が、前記絶縁抵抗テスターの正極端部に接続され、かつ、前記第２のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの前記グループの負極に接続され、前記第２のスイッチの第２の端部が、前記絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されている、ｍ個の電子スイッチグループと、
    前記第１のスイッチの制御端部および前記第２のスイッチの制御端部にそれぞれ接続されたコントローラであって、前記コントローラが、前記電子スイッチグループ内の前記スイッチをオンおよびオフに制御する、コントローラと、
    を備え、
    前記スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに前記絶縁障害が有るか否かを監視するために、前記絶縁抵抗テスターが、スタックストリングの各グループの絶縁抵抗を順次テストし、前記テストした絶縁抵抗を前記絶縁抵抗テスターに接続された前記コントローラに送信するように構成されている、スタックモジュール障害監視システム。
  2. 前記監視システムが、スタック予充電ユニットをさらに備え、前記スタック予充電ユニットのＤＣバスバーの正極が、スタックストリングの各グループの前記正極に接続され、前記スタック予充電ユニットの前記ＤＣバスバーの負極が、スタックストリングの各グループの前記負極に接続されている、請求項１に記載の監視システム。
  3. 前記監視システムが、スタックストリングの各グループにそれぞれ直列に接続された第１のダイオードと第２のダイオードと、をさらに備え、
    前記第１のダイオードのアノードがスタックストリングの各グループの前記正極に接続され、前記第１のダイオードのカソードが前記スタック予充電ユニットの前記ＤＣバスの前記正極に接続され、かつ、
    前記第２のダイオードのアノードが前記スタック予充電ユニットの前記ＤＣバスの前記負極に接続され、前記第２のダイオードのカソードがスタックストリングの各グループの前記負極に接続されている、請求項２に記載の監視システム。
  4. 前記監視システムが、ｍ個の電源スイッチをさらに備え、
    各電源スイッチの制御端部が、前記電源スイッチの前記開閉を制御するように構成されている前記コントローラにそれぞれ接続され、かつ、
    前記スタック予充電ユニットの前記ＤＣバスバーの前記正極と、スタックストリングの各グループの前記正極との間の前記接続が、
    スタックストリングの１つのグループの正極に接続されている各電源スイッチの第１の端部と、
    前記スタック予充電ユニットの前記ＤＣバスの前記正極に接続されている各電源スイッチの第２の端部と、
    を備える、請求項２または３に記載の監視システム。
  5. 前記絶縁抵抗テスターが、ＣＡＮバスを通して前記コントローラに接続され、前記テストされた絶縁抵抗を前記絶縁抵抗テスターに接続された前記コントローラに送信して、前記スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに絶縁障害が有るか否かを監視する前記ステップが、前記テストされた絶縁抵抗を前記ＣＡＮバスにより前記コントローラに送信して、前記スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに前記絶縁障害が有るか否かを前記コントローラにより監視することを含むように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載の監視システム。
  6. 前記電子スイッチグループが、絶縁型パワーエレクトロニクスデバイスである、先行請求項のいずれか一項に記載の監視システム。
  7. 監視システムで使用するためのスタックモジュール障害監視の方法であって、前記監視システムが、
    絶縁抵抗テスターと、
    スタックストリングのｍ個のグループを備えるスタックモジュールであって、ｍが１以上の正の整数である、スタックモジュールと、
    ｍ個の電子スイッチグループであって、前記電子スイッチグループの各々が、第１のスイッチと、第２のスイッチとを備え、前記第１のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの１つのグループの正極に接続され、前記第１のスイッチの第２の端部が、前記絶縁抵抗テスターの正極端部に接続され、かつ、前記第２のスイッチの第１の端部が、スタックストリングの前記グループの負極に接続され、前記第２のスイッチの第２の端部が、前記絶縁抵抗テスターの負極端部に接続されている、ｍ個の電子スイッチグループと、
    前記第１のスイッチの制御端部および前記第２のスイッチの制御端部にそれぞれ接続されたコントローラであって、前記コントローラが、前記電子スイッチグループ内の前記スイッチをオンおよびオフに制御する、コントローラと、
    を備え、
    前記方法が、前記絶縁抵抗テスターによって、スタックストリングの各グループの絶縁抵抗を順次テストすることと、前記テストした絶縁抵抗を前記絶縁抵抗テスターに接続された前記コントローラに送信することと、前記スタックモジュール内のスタックストリングの各グループに絶縁障害が有るか否かを判定することと、を含む、方法。
JP2022518702A 2019-09-30 2020-09-30 燃料電池スタック絶縁監視システム Withdrawn JP2022549637A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201921663423.6 2019-09-30
CN201921663423.6U CN210403910U (zh) 2019-09-30 2019-09-30 电堆模组故障监测系统
PCT/IB2020/059159 WO2021064600A1 (en) 2019-09-30 2020-09-30 Fuel cell stack insulation monitoring system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022549637A true JP2022549637A (ja) 2022-11-28

Family

ID=70342766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022518702A Withdrawn JP2022549637A (ja) 2019-09-30 2020-09-30 燃料電池スタック絶縁監視システム

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220344686A1 (ja)
EP (1) EP4038401A1 (ja)
JP (1) JP2022549637A (ja)
KR (1) KR20220074931A (ja)
CN (1) CN210403910U (ja)
GB (1) GB2602583B (ja)
WO (1) WO2021064600A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112382777B (zh) * 2020-11-03 2023-12-29 盐城国投中科新能源科技有限公司 一种提高氢燃料电池系统绝缘性能的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19503749C1 (de) * 1995-02-04 1996-04-18 Daimler Benz Ag Fahrzeug mit einem brennstoffzellen- oder batteriegespeisten Energieversorgungsnetz
DE102013012151A1 (de) * 2013-07-19 2015-01-22 Daimler Ag Messanordnung zur Messung von Isolationswiderständen und Kraftfahrzeug
US10421367B2 (en) * 2015-10-30 2019-09-24 Faraday & Future Inc. Electric vehicle battery test

Also Published As

Publication number Publication date
US20220344686A1 (en) 2022-10-27
GB2602583A (en) 2022-07-06
GB2602583B (en) 2023-08-30
GB202203708D0 (en) 2022-05-04
WO2021064600A1 (en) 2021-04-08
CN210403910U (zh) 2020-04-24
KR20220074931A (ko) 2022-06-03
EP4038401A1 (en) 2022-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3239161U (ja) 燃料電池スタックモジュール障害検出システム
CN110716150B (zh) 一种储能系统及其绝缘检测方法
CN102067421B (zh) 用于高压电力系统的电力设备
US20150188487A1 (en) Failure detection device, failure detection system, and failure detection method
CN103929086B (zh) 光伏逆变器及其开机自检方法
CN112415377B (zh) 一种三相并网逆变器继电器失效检测方法
CN106696724B (zh) 一种电动车动力电池及其控制方法、装置及电动车
US20220216690A1 (en) Photovoltaic power generation system and method
CN107275694B (zh) 兼具主动均衡与被动均衡的分布式蓄电池均衡装置及方法
KR102595174B1 (ko) 배터리 시스템
CN103487678A (zh) 一种便携式功率模块测试系统及试验方法
CN113078714B (zh) 一种储能系统及储能系统控制方法
WO2020173472A1 (zh) 储能系统及其绝缘检测方法
US9819180B2 (en) Method for sequentially disconnecting/connecting electrical current sources from/to a common load
CN105676091A (zh) 一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法
JP2014183671A (ja) 組電池の異常検出装置
CN113489046A (zh) 一种光伏系统、直流汇流箱及接线错误检测方法
JP2022549637A (ja) 燃料電池スタック絶縁監視システム
CN104655973A (zh) 一种ups系统中检测电池模块短路的方法和装置
CN116526620A (zh) 一种储能系统及其主动均衡系统
JP2015164374A (ja) 給電システム、給電制御装置、給電システムにおける給電制御方法及びプログラム
CN116436114A (zh) 一种储能系统及其漏电故障定位方法
WO2020191931A1 (zh) 一种电池化成电路及电池化成装置
CN221378216U (zh) 电池包及其断线检测电路
CN219041445U (zh) 电池管理系统及电器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230831

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20240313