JP2023077482A - power control system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力制御システムに関する。 The present disclosure relates to power control systems.
二次電池を備える燃料電池システムが知られている。特許文献1には、二次電池の昇圧コンバータが異常により昇圧できない場合に、燃料電池の昇圧コンバータの入力電圧に対する出力電圧の比が、燃料電池の昇圧コンバータの昇圧動作が保証される範囲で最小となる最小昇圧比を満たすように燃料電池の電圧を制御する燃料電池システムが記載されている。このような制御を行うことにより、二次電池の昇圧コンバータが故障した場合であっても、燃料電池の昇圧コンバータが出力する電圧が、二次電池の昇圧コンバータの出力側の電圧よりも高くなる可能性を抑制できる。
A fuel cell system including a secondary battery is known.
しかし、特許文献1に記載の燃料電池システムにおいては、二次電池の昇圧コンバータの昇圧前の電圧を測定するセンサの断線を検出できないので、燃料電池システムを起動する前にそのセンサが断線すると、燃料電池システムは、誤った二次電池の昇圧コンバータの昇圧前の電圧の値を用いて制御を行うおそれがある。この場合、二次電池の昇圧コンバータの昇圧後の電圧が過電圧となり、燃料電池システムを起動できないおそれがある。従って、二次電池の昇圧コンバータの昇圧前の電圧を測定するセンサが断線している場合であっても過電圧を抑制できる技術が望まれていた。
However, in the fuel cell system described in
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and can be implemented as the following modes.
本開示の一形態によれば、電力制御システムが提供される。この電力制御システムは、二次電池と、前記二次電池の出力電圧を昇圧する第1コンバータと、前記二次電池と前記第1コンバータとを電気的に接続しまたは遮断するリレー回路と、前記二次電池の出力電圧である第1電圧を測定する第1センサと、前記第1コンバータに入力される電圧である第2電圧を測定する第2センサと、前記第1コンバータから出力される電圧である第3電圧を測定する第3センサと、前記第2電圧を用いて前記第1コンバータを制御する第1制御と、前記第1電圧を用いて前記第1コンバータを制御する、または、昇圧を行わないよう前記第1コンバータを制御する第2制御と、を実行可能な制御部と、を備える。前記制御部は、前記電力制御システムの起動後であって、前記リレー回路の接続処理が完了していない場合において、前記第1電圧と前記第2電圧との差が予め定められた第1閾値以上であり、かつ前記第2電圧と前記第3電圧との差が予め定められた第2閾値以上である時間が予め定められた閾値時間以上継続したことである断線可能性条件が満たされる場合、前記第2制御を行う。
この形態の電力制御システムによれば、制御部は、第1電圧と第2電圧と第3電圧とを用いて、第2センサの断線の可能性がある断線可能性条件が満たされる場合、第1電圧の値を用いて第1コンバータを制御することを決定する。すなわち、第2センサで断線が生じている可能性がある場合に、実際に第1コンバータに入力される電圧の値とは異なる可能性のある第2電圧の値を用いて第1コンバータを制御して第3電圧が過電圧となることを抑制できる。そのため、第1コンバータの昇圧前の電圧を測定する第2センサが断線している場合であっても第3電圧が過電圧となることを抑制できる。
According to one aspect of the present disclosure, a power control system is provided. This power control system includes a secondary battery, a first converter that boosts the output voltage of the secondary battery, a relay circuit that electrically connects or disconnects the secondary battery and the first converter, and A first sensor that measures a first voltage that is an output voltage of a secondary battery, a second sensor that measures a second voltage that is a voltage input to the first converter, and a voltage output from the first converter. a third sensor that measures a third voltage, a first control that uses the second voltage to control the first converter, and a voltage that controls the first converter using the first voltage, or boosts a second control that controls the first converter so as not to perform; After the power control system is activated, the control unit controls the difference between the first voltage and the second voltage to be a predetermined first threshold value when the connection processing of the relay circuit is not completed. and the disconnection possibility condition is satisfied that the time during which the difference between the second voltage and the third voltage is equal to or greater than a predetermined second threshold continues for a predetermined threshold time or longer. , to perform the second control.
According to the power control system of this aspect, the control unit uses the first voltage, the second voltage, and the third voltage to determine the possibility of disconnection of the second sensor when the disconnection possibility condition is satisfied. It is determined that the value of 1 voltage is used to control the first converter. That is, when there is a possibility that a disconnection has occurred in the second sensor, the first converter is controlled using a second voltage value that may differ from the voltage value actually input to the first converter. As a result, it is possible to suppress the third voltage from becoming an overvoltage. Therefore, even if the second sensor that measures the pre-boosted voltage of the first converter is disconnected, it is possible to prevent the third voltage from becoming an overvoltage.
なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、二次電池のコンバータの昇圧前の電圧を測定するセンサの断線を判別する方法等の態様で実現することが可能である。 Note that the present disclosure can be implemented in various forms, for example, it can be implemented in a mode such as a method for determining disconnection of a sensor that measures the pre-boosted voltage of a secondary battery converter. be.
A.第1実施形態:
図1は、本開示の一実施形態における電力制御システム100の概略構成を示す概略図である。電力制御システム100は、二次電池10と、リレー回路20と、第1コンバータ30と、インバータ40と、第1センサ11と、第2センサ12と、第3センサ13と、制御部50と、を備える。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
二次電池10は、例えば、リチウムイオン電池である。リレー回路20は、二次電池10と第1コンバータ30とを電気的に接続し、または遮断する回路である。
The
第1コンバータ30は、非絶縁型の双方向DC/DCコンバータである。第1コンバータ30はスイッチS1、S2とリアクトルL1とコンデンサC1とを内蔵する。第1コンバータ30は、二次電池10とインバータ40との間に配置され、制御部50の制御に応じて、昇圧動作および降圧動作を行う。スイッチS1は、二次電池10とインバータ40とを接続する電力線W1に接続されている。スイッチS2は、二次電池10とインバータ40とを接続する接地線W2に接続されている。リアクトルL1の一端はスイッチS1に直列に接続されており、リアクトルL1の他端は電力線W1に接続されている。コンデンサC1の一端は電力線W1に接続されており、コンデンサC1の他端は接地線W2に接続されている。より具体的には、制御部50は、第1コンバータ30の降圧動作時には、下アーム側のスイッチS2をオフにした状態で、上アーム側のスイッチS1をオン/オフ動作させる。また、制御部50は、第1コンバータ30の昇圧動作時には、上アーム側のスイッチS1をオフにした状態で、下アーム側のスイッチS2をオン/オフ動作させる。第1コンバータ30は、バッテリコンバータともいう。
The
インバータ40は、二次電池10から供給される直流電力を交流電力へ変換し、高電圧で駆動される三相交流モータ等の部品を含む負荷200に電力を供給する。第1コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷に供給する。
Inverter 40 converts DC power supplied from
第1センサ11は、二次電池10の出力電圧である第1電圧を測定する。第2センサ12は、第1コンバータ30に入力される電圧である第2電圧を測定する。第1電圧と第2電圧との差を検知することによって、リレー回路20の異常を検知できる。第3センサ13は、第1コンバータ30から出力される電圧である第3電圧を測定する。第1センサ11および第2センサ12、第3センサ13は、それぞれ測定した電圧値を制御部50に送信する。
The first sensor 11 measures a first voltage, which is the output voltage of the
制御部50は、CPUとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。CPUは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する昇圧制御処理を実現する。制御部50は、第2電圧を用いて第1コンバータ30を制御する第1制御と、第2電圧に代えて第1電圧を用いて第1コンバータ30を制御する。
The
図2は、本実施形態における、電力制御システム100の昇圧制御処理の概要を表わすフローチャートである。昇圧制御処理は第2センサ12が断線している可能性に応じて、制御部50が第1制御と第2制御とを切り替える処理である。この処理は、電力制御システム100の起動後に行われる処理である。
FIG. 2 is a flow chart showing an outline of boost control processing of
ステップS100において、制御部50は、リレー回路20の接続処理が完了したか否かを判定する。より具体的には、リレー回路20のステータスが完了になっているか否かを判定する。リレー回路20の接続処理が完了することによって、電力制御システム100の稼働状態が安定し、リレー回路20によって繋がっている負荷200等の部品の駆動を安定して行える。リレー回路20の接続処理が完了していない場合、ステップS110の処理に進む。一方、リレー回路20の接続処理が完了した場合、ステップS125の処理に進み、第1制御を行う。
In step S100, the
ステップS110において、制御部50は、断線可能性条件が満たされるか否か判定する。断線可能性条件とは、第2センサ12が断線している可能性があることを示す条件である。より具体的には、制御部50は、第1電圧と第2電圧との差が予め定められた第1閾値以上であり、かつ第2電圧と第3電圧との差が予め定められた第2閾値以上である時間が予め定められた第1閾値時間以上継続したか否かを判定する。第1閾値および第2閾値は、それぞれ、第3電圧が過電圧となる電圧の値と昇圧比との関係から実験的または経験的に求めることができる。第1閾値は第2閾値と同じ値でもよい。また、第1閾値時間は、リレー回路20の接続処理が完了するまでの時間であり、例えば、100ミリ秒である。なお、制御部50は、第1電圧と第2電圧との差が第1閾値以上であり、かつ第2電圧と第3電圧との差が第2閾値以上である時間が第1閾値時間未満しか継続しなかった場合、第2センサ12が断線している可能性があると判定しない。リレー回路20の接続処理が完了していない場合、第1電圧および第2電圧、第3電圧が安定しないため、第2センサ12が断線していなくても、例えば、第1電圧と第2電圧との差が第1閾値時間未満の時間、第1閾値以上となるおそれがある。従って、制御部50は、第1電圧と第2電圧との差が第1閾値以上であり、かつ第2電圧と第3電圧との差が第2閾値以上である時間が第1閾値時間以上であることを断線可能性条件に設定するので、第2センサ12が断線している可能性があると誤判定することを抑制できる。
In step S110, the
断線可能性条件が満たされる場合、すなわち、第2センサ12が断線している可能性がある場合、制御部50は、ステップS120の処理に進み、第2制御を行う。一方、断線可能性条件が満たされない場合、すなわち、第2センサ12が断線している可能性がない場合、制御部50は、ステップS125の処理に進み、第1制御を行う。
If the disconnection possibility condition is satisfied, that is, if there is a possibility that the
ステップS130において、制御部50は、電力制御システム100を終了する要求があったか否かを判定する。電力制御システム100を終了する要求があった場合、昇圧制限処理を終了する。一方、電力制御システム100を終了する要求がなかった場合、すなわち、電力制御システム100を駆動し続ける場合、ステップS100の処理に戻る。
In step S<b>130 , the
以上で説明した本実施形態の電力制御システム100によれば、制御部50は、第1電圧と第2電圧と第3電圧とを用いて、断線可能性条件が満たされる場合、第1電圧の値を用いて第1コンバータ30を制御する。すなわち、第2センサ12で断線が生じている可能性がある場合に、実際に第1コンバータ30に入力される電圧の値とは異なる第2電圧の値を用いて第1コンバータ30を制御して第3電圧が過電圧となることを抑制できる。そのため、第1コンバータ30の昇圧前の電圧を測定する第2センサ12が断線している場合であっても第3電圧が過電圧となることを抑制できる。
According to the
また、第1電圧と第2電圧との差が第1閾値以上であり、かつ第2電圧と第3電圧との差が第2閾値以上である時間が第1閾値時間以上継続したことが断線可能性条件に設定されるので、制御部50は、第2センサ12の断線の可能性がある状況であることを、精度良く特定できる。
Further, if the time period during which the difference between the first voltage and the second voltage is equal to or greater than the first threshold and the difference between the second voltage and the third voltage is equal to or greater than the second threshold continues for the first threshold time or longer, the disconnection occurs. Since the possibility condition is set, the
B.第2実施形態:
図3は、第2実施形態における昇圧制御処理のフローチャートである。第2実施形態における昇圧制御処理は、ステップS100において、リレー回路20の接続処理が完了した場合、ステップS115の処理に進む点、およびステップS115以降の処理が、第1実施形態と異なる。第2実施形態における電力制御システム100の構成は、第1実施形態と同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 3 is a flow chart of boost control processing in the second embodiment. The step-up control process in the second embodiment differs from that in the first embodiment in that when the connection process of the
制御部50は、ステップS115において、第1センサ11または第2センサ12に異常があるか否か判定する。本実施形態において、制御部50は、第1電圧と第2電圧との差が、予め定めた第3閾値以上である時間が、予め定められた第2閾値時間以上継続したか否かを判定する。第3閾値は第1閾値よりも小さい。また、第2閾値時間は第1閾値時間よりも長い。第2閾値時間は、例えば、5秒である。第1センサ11および第2センサ12に異常が検知されない場合、ステップS125の処理に進む。一方、第1センサ11または第2センサ12に異常が検知される場合、ステップS127の処理に進む。
In step S115, the
ステップS125において、制御部50は、第1制御を行う。すなわち、それまでに第2制御を実行していた場合、より具体的には、制御部50は、ステップS120で第2制御を行い、ステップS130の処理において、電力制御システム100を終了する要求がなかったと判定し、ステップS100の処理に戻った場合であり、かつ、リレー回路20の接続処理が完了した場合に、第2制御から第1制御に移行する。
In step S125, the
ステップS127において、制御部50は、予め定められた異常制御を行う。異常制御とは、第1センサ11または第2センサ12が故障している可能性がある場合に行う制御であり、例えば、昇圧を行わないよう、第1コンバータ30を制御する。
In step S127, the
第2制御は、第2電圧に代えて第1電圧を用いて第1コンバータ30を制御するため、第1制御よりも制御内容が煩雑となる。以上で説明した本実施形態の電力制御システム100によれば、制御部50は、第2制御を行うよう決定した後であっても、第1センサ11と第2センサ12との異常が検知されない場合には、第2制御から第1制御に移行するため、制御内容が煩雑となることを抑制できる。
Since the second control uses the first voltage instead of the second voltage to control the
C.第3実施形態: C. Third embodiment:
第3実施形態は、第2制御が、第1コンバータ30を制御して、昇圧を行わないようにすることである点が第1実施形態と異なる。第2実施形態における電力制御システム100の構成は、第1実施形態と同じである。
The third embodiment differs from the first embodiment in that the second control controls the
制御部50は、第2制御として、上アーム側のスイッチS1をオンする。これにより、第1コンバータ30は、昇圧を行わない。
As the second control, the
以上で説明した本実施形態の電力制御システム100によれば、第2センサ12で断線が生じている可能性がある場合に、制御部50は、昇圧を行わないようにするため、第3電圧が過電圧となることをより抑制できる。
According to the
D.第4実施形態:
図4は、第4実施形態における電力制御システム100Bの説明図である。第4実施形態における電力制御システム100Bは、燃料電池60と第1コンバータ30と第4センサ61とを備える点が第2実施形態における電力制御システム100と異なり、他の構成は第2実施形態と同じである。本実施形態の電力制御システム100Bは、例えば、燃料電池車両に搭載される。
D. Fourth embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram of the
燃料電池60は、反応ガスとして水素ガス(アノードガス)と空気(カソードガス)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池60は、複数のセル(図示せず)が積層されて構成されている。各セルは、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する1組のセパレータとを有する。燃料電池60によって発電された電力は、第2コンバータ70と第1コンバータ30とを介して二次電池10に蓄電される。
The
第2コンバータ70は、非絶縁型のDC/DCコンバータである。第2コンバータ70は、燃料電池60に接続され、制御部50の制御に応じて、燃料電池60の出力電圧を昇圧する。第2コンバータ70は、燃料電池コンバータともいう。第2コンバータ70で昇圧された電圧はインバータ40を介して負荷200に供給される。本実施形態において、負荷200は、例えば、車輪(図示せず)を駆動するためのトラクションモータ(図示せず)や、エアコンプレッサ(図示せず)である。
The
第4センサ61は、燃料電池60の電圧である第4電圧を測定する。制御部50は、昇圧制御処理において、第4電圧が第1電圧よりも低い場合に 、第1コンバータ30を制御して、昇圧を行わないようにする。
A
以上で説明した本実施形態の電力制御システム100Bによれば、制御部50は、第4電圧が第1電圧よりも低い場合に、昇圧を行わないようにするため、第3電圧が過電圧となることをより抑制できる。
According to the
E.他の実施形態:
(E1)上述した実施形態において、制御部50は、ステップS110において断線可能性条件が満たされない場合、第1制御を行っている。これに限らず、制御部50は、更に、他の条件を満たす場合に第1制御を行うようにしてもよい。
E. Other embodiments:
(E1) In the above-described embodiment, the
(E2)上述した第2実施形態において、第3閾値は第1閾値よりも小さい。これに限らず、第3閾値は第1閾値以上であってもよい。なお、リレー回路20の接続処理が完了している場合、リレー回路20の接続処理が完了していない場合よりも第1電圧と第2電圧とは安定するため、第1センサ11および第2センサ12に異常が検知されない場合に、第1電圧と第2電圧とは大きく乖離しない。すなわち、第3閾値を小さい値に設定しても、第1センサ11および第2センサ12に異常があると誤判定する可能性が低い。そのため、第3閾値は、第1閾値よりも小さいことが好ましい。
(E2) In the second embodiment described above, the third threshold is smaller than the first threshold. The third threshold is not limited to this, and may be equal to or higher than the first threshold. When the connection processing of the
(E3)上述した第2実施形態において、第2閾値時間は第1閾値時間よりも長い。これに限らず、第2閾値時間は第1閾値時間以下であってもよい。第1閾値時間は、リレー回路20の接続処理が完了するまでの時間以下であるが、第2閾値時間はリレー回路20の接続処理が完了するまでの時間よりも長い時間に設定できる。第2時間が長い場合、第2時間が短い場合よりも第1センサ11および第2センサ12が故障している可能性を確実に判別できる。そのため、第2閾値時間は第1閾値時間よりも長いことが好ましい。また、第2閾値時間が十分に長い場合、第3閾値を小さい値に設定しても、第1センサ11および第2センサ12に異常があることを確実に判別できる。
(E3) In the second embodiment described above, the second threshold time is longer than the first threshold time. The second threshold time is not limited to this, and the second threshold time may be less than or equal to the first threshold time. The first threshold time is equal to or less than the time until the connection processing of the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are In addition, it is possible to perform replacement and combination as appropriate. Moreover, if the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
10…二次電池、11…第1センサ、12…第2センサ、13…第3センサ、20…リレー回路、30…第1コンバータ、40…インバータ、50…制御部、60…燃料電池、61…第4センサ、70…第2コンバータ、100、100B…電力制御システム、200…負荷、C1…コンデンサ、L1…リアクトル、S1、S2…スイッチ、W1…電力線、W2…接地線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
二次電池と、
前記二次電池の出力電圧を昇圧する第1コンバータと、
前記二次電池と前記第1コンバータとを電気的に接続しまたは遮断するリレー回路と、
前記二次電池の出力電圧である第1電圧を測定する第1センサと、
前記第1コンバータに入力される電圧である第2電圧を測定する第2センサと、
前記第1コンバータから出力される電圧である第3電圧を測定する第3センサと、
前記第2電圧を用いて前記第1コンバータを制御する第1制御と、前記第1電圧を用いて前記第1コンバータを制御し、または、昇圧を行わないよう前記第1コンバータを制御する第2制御と、を実行可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力制御システムの起動後であって、
前記リレー回路の接続処理が完了していない場合において、前記第1電圧と前記第2電圧との差が予め定められた第1閾値以上であり、かつ前記第2電圧と前記第3電圧との差が予め定められた第2閾値以上である時間が予め定められた閾値時間以上継続したことである断線可能性条件が満たされる場合、前記第2制御を行う、電力制御システム。 A power control system,
a secondary battery;
a first converter that boosts the output voltage of the secondary battery;
a relay circuit that electrically connects or disconnects the secondary battery and the first converter;
a first sensor that measures a first voltage that is the output voltage of the secondary battery;
a second sensor that measures a second voltage that is the voltage input to the first converter;
a third sensor that measures a third voltage that is the voltage output from the first converter;
A first control that controls the first converter using the second voltage, and a second control that controls the first converter using the first voltage or controls the first converter so as not to boost the voltage. a control unit capable of executing a control,
After starting the power control system, the control unit
When the connection process of the relay circuit is not completed, the difference between the first voltage and the second voltage is equal to or greater than a predetermined first threshold, and the difference between the second voltage and the third voltage is A power control system that performs the second control when a disconnection possibility condition is satisfied that a time period in which the difference is equal to or greater than a predetermined second threshold continues for a predetermined threshold time or longer.
前記制御部は、前記第2制御を実行している場合であり、かつ、前記接続処理が完了している場合において、前記第1センサと前記第2センサとの異常が検知されない場合に、前記第2制御から前記第1制御に移行する、電力制御システム。 A power control system according to claim 1,
When the control unit is executing the second control and when the connection process is completed, if an abnormality between the first sensor and the second sensor is not detected, the A power control system that transitions from a second control to the first control.
前記第2制御は、前記第1コンバータを制御して、昇圧を行わないようにする制御である、電力制御システム。 A power control system according to claim 1 or claim 2,
The power control system, wherein the second control controls the first converter to prevent boosting.
燃料電池と、
前記燃料電池の電圧を昇圧する第2コンバータと、
前記燃料電池の電圧である第4電圧を測定する第4センサと、を備え、
前記制御部は、前記第4電圧が前記第1電圧よりも低い場合に、前記第1コンバータを制御して、昇圧を行わないようにする前記第2制御を行う、電力制御システム。 3. A power control system according to claim 1 or claim 2, further comprising:
a fuel cell;
a second converter that boosts the voltage of the fuel cell;
a fourth sensor that measures a fourth voltage that is the voltage of the fuel cell;
The power control system, wherein the control unit controls the first converter to perform the second control so as not to boost the voltage when the fourth voltage is lower than the first voltage.
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