JP4746593B2 - Contactor connection / disconnection method - Google Patents
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Description
本発明は、プリチャージ回路を持たないコンタクタの接続・遮断方法に関する。 The present invention relates to a method for connecting / disconnecting a contactor having no precharge circuit.
例えば、燃料電池自動車では、燃料電池とともに補助電源として二次電池が設けられており、走行モータと燃料電池との間と、走行モータと二次電池との間に、それぞれ電気的に接続遮断するためのコンタクタが設けられている。この種の燃料電池自動車では、走行モータに電力を供給する際に突入電流を防止するために、二次電池側のコンタクタをオンにし、二次電池側の電圧が所定値以上になってから燃料電池側のコンタクタをオンにする技術が提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載のコンタクタの接続方法では、接続時の突入電流は低く抑えることはできるようになるものの、突入電流を完全になくすことは困難である。
However, with the contactor connection method described in
また、特許文献1のようなプリチャージ回路を持たないコンタクタを備えた高圧回路では、これまで、P側、N側のスイッチに同時に接続信号を出していた。しかし、接続信号を出してから実際にスイッチが接続されるまでの時間には製品上のバラツキがあるため、P側、N側のどちらに突入電流が流れるかは管理できなかった。このため、一方のスイッチに毎回突入電流が流れて、片側のスイッチのみの性能が落ちる可能性があった。
Further, in a high voltage circuit including a contactor having no precharge circuit as in
また、コンタクタの遮断時においても同様で、実際にコンタクタが遮断されるまでの時間には製品上のバラツキがあるため、P側とN側のスイッチのどちらにアーク放電が発生するかは管理できず、いずれか一方のスイッチに毎回アーク放電が発生して、片側のスイッチのみの性能が落ちる可能性があった。 Similarly, when the contactor is shut off, there is a variation on the product in the time until the contactor is actually shut down, so it is possible to control which of the P-side and N-side switches generates arc discharge. In other words, an arc discharge is generated every time one of the switches, and the performance of only one of the switches may be deteriorated.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、コンタクタの接続・遮断に対して十分な耐久性を持たせることができるコンタクタの接続・遮断方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a contactor connection / disconnection method capable of providing sufficient durability against contactor connection / disconnection.
請求項1に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池の電力供給を受ける負荷と、前記燃料電池と前記負荷とをつなぐ電力線上の正極と負極にそれぞれ接続遮断を行う電磁開閉型のスイッチを有し、かつ、プリチャージ回路を有しない燃料電池用コンタクタと、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され、前記負荷への電力供給を行い、かつ、前記燃料電池の発電電力を充電する高圧バッテリと、燃料電池システムの起動時に前記高圧バッテリからの電圧を昇圧するDC/DCコンバータと、前記高圧バッテリと前記DC/DCコンバータとをつなぐ電力線上の正極と負極にそれぞれ接続遮断を行うスイッチを有し、かつ、プリチャージ回路を有するバッテリ用コンタクタと、前記DC/DCコンバータと前記バッテリ用コンタクタとの間に接続されるコンデンサと、を備えた燃料電池システムにおけるコンタクタの接続・遮断方法であって、前記燃料電池システムの起動時に、前記バッテリ用コンタクタの前記プリチャージ回路が設けられていない側の一方のスイッチを接続するとともに前記プリチャージ回路を接続して前記コンデンサの充電を開始し、前記コンデンサの充電が完了したときに前記バッテリ用コンタクタの他方のスイッチを接続した後に前記プリチャージ回路を遮断し、前記燃料電池用コンタクタの前記燃料電池側の電圧が、前記燃料電池用コンタクタの前記DC/DCコンバータ側の電圧とほぼ等しくなったときに前記燃料電池用コンタクタの接続信号を出力し、前記燃料電池用コンタクタを接続する前記接続信号を出す場合、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続するタイミングとして2つのスイッチの一方に接続信号を出してから当該一方のスイッチを確実に接続するのに必要な第1所定時間が経過したときに2つのスイッチの他方に接続信号を出すことでずれを生じさせ、前記接続信号が出された所定回数毎に、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続する順番を入れ替え、前記燃料電池システムの停止時に、前記燃料電池用コンタクタを遮断する遮断信号を出す場合、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断するタイミングとして2つのスイッチの一方に遮断信号を出してから当該一方のスイッチを確実に遮断するのに必要な第2所定時間が経過したときに2つのスイッチの他方に遮断信号を出すことでずれを生じさせ、前記遮断信号が出された所定回数毎に、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断する順番を入れ替え、前記燃料電池用コンタクタの前記燃料電池側の電圧が、前記燃料電池内を掃気して前記燃料電池用コンタクタの2つのスイッチの一方の遮断から他方の遮断の間における前記DC/DCコンバータ側の電圧が徐々に低下することになる所定値まで低下したときに前記燃料電池用コンタクタの遮断信号を出力し、前記接続信号が出されたときの前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続する順番と、前記遮断信号が出されたときの前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断する順番を等しくすることを特徴とする。
なお、第1所定時間は、後記する実施形態に記載の図3の[t1−t2]に相当する。また、第2所定時間は、後記する実施形態に記載の図3の[t4−t5]に相当する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a load that receives power supply from the fuel cell, and an electromagnetic open / close switch that disconnects connection between a positive electrode and a negative electrode on a power line that connects the fuel cell and the load. A fuel cell contactor having no precharge circuit, connected to the load in parallel with the fuel cell, supplying power to the load, and charging power generated by the fuel cell A high voltage battery, a DC / DC converter that boosts the voltage from the high voltage battery when the fuel cell system is started up, and a positive electrode and a negative electrode on a power line connecting the high voltage battery and the DC / DC converter, respectively. A battery contactor having a switch and a precharge circuit; and the DC / DC converter and the battery contactor. A contactor connection / disconnection method in a fuel cell system comprising: a capacitor connected to the battery contactor, wherein at the time of startup of the fuel cell system, one of the battery contactors on the side where the precharge circuit is not provided Connect the switch and connect the precharge circuit to start charging the capacitor, and when the charging of the capacitor is completed, disconnect the precharge circuit after connecting the other switch of the battery contactor, When the voltage on the fuel cell side of the fuel cell contactor becomes substantially equal to the voltage on the DC / DC converter side of the fuel cell contactor, a connection signal of the fuel cell contactor is output, and the fuel cell when issuing the connection signal for connecting the use contactors, before and the positive electrode side switch Connected to the other of the two switches when the first predetermined time required to securely connect the one of the switches the has passed since issuing a connection signal to one of two switches as the timing for connecting the negative electrode side switch causing deviation by outputting a signal at every predetermined number of times the connection signal is issued, in reverse order for connecting the between the positive electrode side switch the negative electrode side switch, when stopping the fuel cell system, the fuel When a shut-off signal for shutting off a battery contactor is issued, a shut-off signal is issued to one of the two switches as a timing for shutting off the positive switch and the negative switch, and then the one switch is securely shut off. When the second predetermined time required for elapses, a cutoff signal is output to the other of the two switches to cause a shift, and the cutoff signal is issued. The order of shutting off the positive side switch and the negative side switch is switched every predetermined number of times, and the voltage on the fuel cell side of the fuel cell contactor scavenges the inside of the fuel cell, so that the fuel cell contactor When the voltage on the DC / DC converter side between one of the two switches of the two switches is reduced to a predetermined value at which the voltage gradually decreases, the cutoff signal of the fuel cell contactor is output, The order of connecting the positive side switch and the negative side switch when the connection signal is issued, and the order of cutting off the positive side switch and the negative side switch when the cutoff signal is issued Are equal to each other.
The first predetermined time corresponds to [t1-t2] in FIG. 3 described in an embodiment described later. The second predetermined time corresponds to [t4-t5] in FIG. 3 described in an embodiment described later.
請求項1に係る発明によれば、正極側と負極側のスイッチを接続する順番を所定回数毎に入れ替えて、正極側と負極側のそれぞれのスイッチに対して均等に突入電流を受け持たせることができるので(片持ちがなくなるので)、コンタクタ全体として、耐久性を増すことが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, the order of connecting the positive side and negative side switches is changed every predetermined number of times, and the positive side and negative side switches are equally charged with inrush current. Therefore, the durability of the contactor as a whole can be increased.
請求項1に係る発明によれば、遮断のときも、正極側と負極側のスイッチを遮断する順番を所定回数毎に入れ替えて、正極側と負極側のそれぞれのスイッチに対して均等にアーク放電を受け持たせることができるので(片持ちがなくなるので)、コンタクタ全体として、耐久性を増すことが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, even when shutting off, the order of shutting off the switches on the positive electrode side and the negative electrode side is changed every predetermined number of times, and arc discharge is equally performed on each switch on the positive electrode side and the negative electrode side Therefore, the durability of the contactor as a whole can be increased.
請求項1に係る発明によれば、接続と、遮断とを等しい順番にすることで、より均等に受け持ちを分担できる。ちなみに、アーク放電と、突入電流の負荷の度合いが異なり、突入電流のほうが負荷が大きくなる。
According to the invention which concerns on
本発明のコンタクタの接続・遮断方法によれば、コンタクタの接続・遮断に対して十分な耐久性を持たせることができる。 According to the contactor connection / cutoff method of the present invention, it is possible to provide sufficient durability against contactor connection / cutoff.
図1は本実施形態のコンタクタの接続・遮断方法が適用される燃料電池自動車を示す全体構成図である。なお、本実施形態では、燃料電池自動車Vに適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、電気自動車、ハイブリット自動車、船舶、航空機などに適用してもよい。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell vehicle to which the contactor connection / cutoff method of this embodiment is applied. In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the fuel cell vehicle V will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to an electric vehicle, a hybrid vehicle, a ship, an aircraft, and the like.
図1に示すように、燃料電池自動車Vは、燃料電池スタック(電力源)10、走行モータ(負荷)20、モータPDU(Power Drive Unit)30、燃料電池用コンタクタ40、高圧二次バッテリ50、ECU(Electric Control Unit)60などを備えている。
As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle V includes a fuel cell stack (power source) 10, a travel motor (load) 20, a motor PDU (Power Drive Unit) 30, a fuel cell contactor 40, a high voltage
前記燃料電池スタック(FCスタック)10は、プロトン伝導性を有する固体高分子からなる電解質膜の一面側をアノード(水素極)、他面側をカソード(空気極)でそれぞれ挟んで構成した膜電極接合体を有し、この膜電極接合体の両側を導電性のセパレータで挟んで構成した単セルを複数積層した構造を有している。この燃料電池スタック10では、水素タンク(図示せず)からアノードに水素が供給され、エアコンプレッサ(図示)を駆動してカソードに空気(酸素)が供給されることにより、アノードでは、水素イオン(プロトン)が電解質膜をアノードに向けて透過し、電子が走行モータ20(負荷)などを介してカソードに移動することにより発電が行われ、カソードでは透過した水素イオンと空気中の酸素と電子とにより水が生成される。なお、発電により生成された水は、例えば車外に排出される。 The fuel cell stack (FC stack) 10 is a membrane electrode formed by sandwiching one side of an electrolyte membrane made of a solid polymer having proton conductivity with an anode (hydrogen electrode) and the other side with a cathode (air electrode). The membrane electrode assembly has a structure in which a plurality of unit cells each having a membrane electrode assembly sandwiched between conductive separators are stacked. In this fuel cell stack 10, hydrogen is supplied from a hydrogen tank (not shown) to the anode, and an air compressor (not shown) is driven to supply air (oxygen) to the cathode. Proton) permeates through the electrolyte membrane toward the anode, and electrons move to the cathode via the traveling motor 20 (load) or the like to generate power. At the cathode, the permeated hydrogen ions, oxygen and electrons in the air Produces water. In addition, the water produced | generated by electric power generation is discharged | emitted out of a vehicle, for example.
前記走行モータ20は、例えば永久磁石式の3相交流同期モータで構成され、燃料電池スタック10や高圧二次バッテリ50から供給される電力によって燃料電池自動車Vに設けられた駆動輪を回転駆動させる。なお、走行モータ20は、モータPDU(Power Drive Unit)30を介して燃料電池スタック10と接続される。
The
前記モータPDU30は、インバータ回路などで構成され、燃料電池スタック10や後記する高圧二次バッテリ50からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力を走行モータ20に供給する機能を有している。また、モータPDU30は、走行モータ20の回生電力を直流電力に変換して高圧二次バッテリ50に充電する機能も有している。
The
前記燃料電池用コンタクタ40は、プリチャージ回路を有しないものであって、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1,L2上に設けられている。すなわち、燃料電池スタック10の正極とモータPDU30の正極とを接続する電力線L1上に接続・遮断を行う燃料電池用コンタクタ40の正極側のスイッチ(電磁開閉器)41が設けられている。また、燃料電池スタック10の負極とモータPDU30の負極とを接続する電力線L2上に接続・遮断を行う燃料電池用コンタクタ40の負極側のスイッチ(電磁開閉器)42が設けられている。
The fuel cell contactor 40 does not have a precharge circuit, and is provided on power lines L1 and L2 connecting the fuel cell stack 10 and the
前記高圧二次バッテリ50は、燃料電池スタック1に対して並列に接続され、モータPDU30を介して走行モータ20と接続されている。なお、高圧二次バッテリ50は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池などであり、燃料電池スタック1からの発電電力を受けて充電可能であると共に放電可能なものである。
The high-voltage
また、高圧二次バッテリ50は、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1,L2と、電力線L3,L4を介して接続されている。さらに説明すると、この電力線L3,L4は、燃料電池用コンタクタ40の下流側、つまりモータPDU30と燃料電池用コンタクタ40との間に接続され、電力線L3が電力線L1と接続され、電力線L4が電力線L2と接続されている。
The high-voltage
また、前記電力線L3,L4上には、バッテリ用コンタクタ51、DC/DCコンバータ56が設けられている。バッテリ用コンタクタ51は、電力線L3上に正極側のスイッチ(電磁開閉器)52が設けられ、電力線L4上に負極側のスイッチ(電磁開閉器)53が設けられている。また、バッテリ用コンタクタ51は、スイッチ52とともにプリチャージ回路54が設けられている。
A
前記プリチャージ回路54は、電線54a、抵抗体54b、電磁開閉器からなる予備スイッチ54cで構成されている。電線54aの両端は、スイッチ52の上流側と下流側にそれぞれ接続され、電線54a上に、抵抗体54bと予備スイッチ54cが直列に設けられている。
The precharge circuit 54 includes an
前記DC/DCコンバータ56は、直流の電圧を別の直流の電圧に変換する機能を有し、バッテリ用コンタクタ51の下流側の電力線L3,L4上に設けられている。
The DC /
なお、バッテリ用コンタクタ51とDC/DCコンバータ56との間の電力線L3,L4には、電力線L3と電力線L4とを接続するようにコンデンサ57が設けられている。
A
前記ECU60は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、プログラムなどで構成され、燃料電池用コンタクタ40のスイッチ41,42、バッテリ用コンタクタ51のスイッチ52,53および予備スイッチ54cを適宜開閉制御する。また、ECU60は、例えば、燃料電池用コンタクタ40の上流側(燃料電池スタック1側)に設けられた電圧センサ61から電圧値V1、燃料電池用コンタクタ40の下流側に設けられた電圧センサ62から電圧値V2をそれぞれ取得する。
The
(第1実施形態)
次に、第1実施形態のコンタクタの接続・遮断方法について、図2および図3を参照して、燃料電池用コンタクタ(以下、コンタクタと略記する)40の接続方法について説明する。図2は第1実施形態のコンタクタの接続・遮断方法を示すフローチャート、図3は第1実施形態におけるタイミングチャートである。第1の実施形態は、コンタクタ40を接続する接続信号が出されたときに、正極側のスイッチ41を接続するタイミングと負極側のスイッチ42を接続するタイミングにずれを生じさせ、接続信号が出された所定回数毎に、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42を接続する順番を入れ替えることを特徴としている。なお、燃料電池自動車Vの運転停止時には、コンタクタ40の正極側のスイッチ41および負極側のスイッチ42は遮断(オフ)されている。同様に、バッテリ用コンタクタ51のスイッチ52,53および予備スイッチ54cも遮断(オフ)されている。
(First embodiment)
Next, a contactor connection / cutoff method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 for a connection method of a fuel cell contactor (hereinafter abbreviated as a contactor) 40. FIG. 2 is a flowchart showing a contactor connection / disconnection method according to the first embodiment, and FIG. 3 is a timing chart according to the first embodiment. In the first embodiment, when a connection signal for connecting the contactor 40 is issued, the timing for connecting the positive switch 41 and the timing for connecting the negative switch 42 are shifted, and the connection signal is output. The order of connecting the positive switch 41 and the negative switch 42 is switched every predetermined number of times. When the operation of the fuel cell vehicle V is stopped, the positive switch 41 and the negative switch 42 of the contactor 40 are cut off (off). Similarly, the
まず、運転者によって燃料電池自動車Vのイグニッションスイッチ(図示せず)がオンにされると、ECU60は、コンタクタ40を接続する接続信号を出力するとともに、バッテリ用コンタクタ51のスイッチ(負極側)53を接続(ON)し、プリチャージ回路54の予備スイッチ54cを接続(ON)して、コンデンサ57の充電を開始する。このとき、プリチャージ回路54に設けられた抵抗体54bによって、突入電流が流れるのを制限している。そして、コンデンサ57が充電されると、スイッチ(正極側)52が接続(ON)される。そして、予備スイッチ54cが遮断(OFF)される。
First, when an ignition switch (not shown) of the fuel cell vehicle V is turned on by the driver, the
また、ECU60は、高圧二次バッテリ50に蓄積された電力を利用して、例えば、水素タンクの遮断弁を開くとともにエアコンプレッサを駆動して、燃料電池スタック10に水素と空気を供給して、燃料電池スタック10の電圧(開放端電圧)を所定値まで上昇させる。なお、所定値とは、燃料電池スタック10からの給電が可能になる電圧値を意味している。
Further, the
そして、ステップS101において、ECU60は、コンタクタ40の接続を行ってもよいかどうかを判断する。なお、このときの接続条件とは、高圧二次バッテリ50から供給されてDC/DCコンバータ56により電圧変換された後の、コンタクタ40の下流側の電圧V2が、コンタクタ40の上流側の電圧V1とほぼ等しくなったかどうかによって判断できる。ステップS101において、ECU60は、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1にほぼ等しくなっていないと判断した場合には(No)、ステップS101を繰り返し、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1にほぼ等しくなったと判断した場合には(Yes)、ステップS102に進む。
In step S101, the
ステップS102において、ECU60は、順序決定フラグが「0」であるかどうかを判断する。なお、順序決定フラグは例えば「0」または「1」であり、いずれかのフラグがメモリに記憶され、適宜読み出され、また書き換えが行われるようになっている。ステップS102において、ECU60は、読み出された順序決定フラグが「0」であると判断した場合には(Yes)、ステップS103に進む。
In step S102, the
ステップS103において、ECU60は、コンタクタ40の負極側(N側)のスイッチ42を接続するON指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L2を導通させる。
In step S <b> 103, the
そして、ステップS104に進み、ECU60は、ステップS103でON指令を出してから所定時間が経過したかどうかを判断する。なお、ここでの所定時間とは、負極側のスイッチ42が確実に接続されるのに必要な時間であり、例えばECU60に設けられたタイマ(図示せず)によって判断される。ステップS104において、ECU60は、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS104の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS105に進む。
In step S104, the
ステップS105において、ECU60は、コンタクタ40の正極側(P側)のスイッチ41を接続するON指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1を導通させる。
In step S105, the
そして、ステップS106に進み、ECU60は、ステップS105でON指令を出してから所定時間が経過したかどうかを判断する。なお、ここでの所定時間についても前記と同様に、正極側のスイッチ41が確実に接続されるのに必要な時間であり、例えば図示しないタイマによって判断される。ステップS106において、ECU60は、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS106の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS107に進む。
In step S106, the
ステップS107において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグ「0」を「1」に書き換え、コンタクタ40の接続を終了する。コンタクタ40の接続が完了すると、燃料電池スタック10の発電電力が走行モータ20などに供給可能になる。また、高圧二次バッテリ50からの給電から燃料電池スタック10の給電に切り替えて、エアコンプレッサなどを駆動させる。
In step S107, the
そして、運転者によってイグニッションスイッチがオフにされ、次回コンタクタ40を接続する接続信号が出力された場合には、図2のフローのステップS102において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグは「1」であると判断して、ステップS108に進む。
When the ignition switch is turned off by the driver and a connection signal for connecting the contactor 40 is output next time, in step S102 of the flow in FIG. 2, the
ステップS108において、ECU60は、前回とは逆にまずコンタクタ40の正極側(P側)のスイッチ41を接続するON指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1を導通させる。
In step S108, contrary to the previous time, the
そして、ステップS109に進み、ECU60は、ステップS106と同様にして、所定時間が経過したかどうかを判断し、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS109の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS110に進む。
Then, the process proceeds to step S109, and the
ステップS110において、ECU60は、コンタクタ40の負極側(N側)のスイッチ42を接続するON指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L2を導通させる。
In step S110, the
そして、ステップS111に進み、ECU60は、ステップS104と同様にして、所定時間が経過したかどうかを判断し、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS111の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS112に進む。 And it progresses to step S111 and ECU60 judges whether predetermined time passed like step S104, and when it is judged that predetermined time has not passed (No), processing of step S111 is performed. If it is determined repeatedly that the predetermined time has elapsed (Yes), the process proceeds to step S112.
ステップS112において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグ「1」を「0」に書き換え、コンタクタ40の接続を終了する。
In step S112, the
そして、また次回にコンタクタ40を接続する場合には、ステップS101〜S107の処理が実行される。 And when connecting the contactor 40 next time, the process of step S101-S107 is performed.
さらに、図3のタイムチャートを参照して説明すると、1回目のコンタクタ40の接続では、図3(a)に示すように、時刻t1において、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1にほぼ等しくなると(S101、Yes)、コンタクタ40の負極側のスイッチ42にON指令が出される(S103)。そして、ON指令から所定時間(t2−t1)経過したら(S104、Yes)、正極側のスイッチ41にON指令が出される(時刻t2、S105)。このとき、正極側のスイッチ41を介して突入電流が流れ、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1に等しくなる。そして、正極側のスイッチ41に対するON指令から所定時間(t3−t2)が経過したら(S106、Yes)、順序決定フラグ「0」を「1」に書き換える(時刻t3、S107)。 Further, referring to the time chart of FIG. 3, in the first connection of the contactor 40, as shown in FIG. 3A, the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 becomes the voltage on the upstream side at the time t1. When it becomes substantially equal to V1 (S101, Yes), an ON command is issued to the switch 42 on the negative electrode side of the contactor 40 (S103). When a predetermined time (t2-t1) has elapsed from the ON command (S104, Yes), an ON command is issued to the positive switch 41 (time t2, S105). At this time, an inrush current flows through the switch 41 on the positive electrode side, and the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 becomes equal to the voltage V1 on the upstream side. Then, when a predetermined time (t3-t2) has elapsed from the ON command to the positive switch 41 (S106, Yes), the order determination flag “0” is rewritten to “1” (time t3, S107).
そして、次回(2回目)のコンタクタ40の接続では、図3(b)に示すように、時刻t1において、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1にほぼ等しくなると(S101、Yes)、コンタクタ40の正極側のスイッチ41にON指令が出される(S108)。そして、ON指令から所定時間(t2−t1)経過すると(S109、Yes)、負極側のスイッチ42に対するON指令が出される(時刻t2、S110)。このとき、負極側のスイッチ42を介して突入電流が流れ、コンタクタ40の下流側の電圧V2が上流側の電圧V1に等しくなる。そして、負極側のスイッチ42に対するON指令から所定時間(t3−t2)が経過したら(S111、Yes)、順序決定フラグ「1」を「0」に書き換える(時刻t3、S112)。 In the next (second) contactor 40 connection, as shown in FIG. 3B, when the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 becomes substantially equal to the voltage V1 on the upstream side at time t1 (S101, Yes). ), An ON command is issued to the switch 41 on the positive side of the contactor 40 (S108). When a predetermined time (t2-t1) elapses from the ON command (S109, Yes), an ON command is issued to the negative switch 42 (time t2, S110). At this time, an inrush current flows through the switch 42 on the negative electrode side, and the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 becomes equal to the voltage V1 on the upstream side. When a predetermined time (t3-t2) has elapsed from the ON command to the negative switch 42 (S111, Yes), the order determination flag “1” is rewritten to “0” (time t3, S112).
このような本実施形態によれば、コンタクタ40の正極側のスイッチ41を接続するタイミングと、負極側のスイッチ42を接続するタイミングを互いにずらし、1回毎(所定回数毎)に、それぞれの接続の順番を入れ替える。これにより、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42とに交互(均等)に突入電流を受け持たせることができるので、コンタクタ40の耐久性を増すことが可能になる。 According to the present embodiment, the timing for connecting the positive switch 41 and the timing for connecting the negative switch 42 of the contactor 40 are shifted from each other, and each connection is performed once (every predetermined number of times). Change the order. As a result, the positive side switch 41 and the negative side switch 42 can be provided with an inrush current alternately (evenly), so that the durability of the contactor 40 can be increased.
(第2実施形態)
図4は第2実施形態のコンタクタの接続・遮断方法を示すフローチャート、図5は第2実施形態におけるタイミングチャートである。第2実施形態は、コンタクタ40を遮断する遮断信号が出されたときに、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42を遮断するタイミングにずれを生じさせ、遮断信号が出された所定回数毎に、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42を遮断する順番を入れ替えることを特徴としている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a flowchart showing a contactor connection / disconnection method according to the second embodiment, and FIG. 5 is a timing chart according to the second embodiment. In the second embodiment, when a shut-off signal for shutting off the contactor 40 is issued, the timing for shutting off the positive-side switch 41 and the negative-side switch 42 is shifted, and every predetermined number of times the shut-off signal is issued. Further, the order of shutting off the positive switch 41 and the negative switch 42 is switched.
例えば、運転者によってイグニッションスイッチがオフにされると、ECU60は、コンタクタ40を遮断する遮断信号を出力し、ステップS201において、コンタクタ40の遮断を行ってもよいかどうかを判断する。なお、このときの遮断条件とは、燃料電池自動車Vの場合であれば、燃料電池スタック10内を掃気ガス(空気など)で掃気して、燃料電池スタック10の電圧が所定値まで低下したかどうかによって判断できる。ステップS201において、ECU60は、燃料電池スタック10の電圧(V1,V2)が所定値まで低下していないと判断した場合には(No)、ステップS201を繰り返し、燃料電池スタック10の電圧が所定値まで低下したと判断した場合には(Yes)、ステップS202に進む。
For example, when the ignition switch is turned off by the driver, the
ステップS202において、ECU60は、順序決定フラグが0であるかどうかを判断する。なお、順序決定フラグは、例えば「0」または「1」であり、いずれかのフラグがメモリに記憶され、適宜読み出され、また書き換えが行われるようになっている。ステップS202において、ECU60は、読み出された順序決定フラグが「0」であると判断した場合には(Yes)、ステップS203に進む。
In step S202, the
ステップS203において、ECU60は、コンタクタ40の負極側(N側)のスイッチ42を遮断するOFF指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L2を遮断する。
In step S203, the
そして、ステップS204に進み、ECU60は、ステップS103でOFF指令を出してから所定時間が経過したかどうかを判断する。なお、ここでの所定時間とは、負極側のスイッチ42が確実に遮断されるのに必要な時間であり、例えばECU60に設けられたタイマ(図示せず)によって判断される。ステップS204において、ECU60は、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS204の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS205に進む。
In step S204, the
ステップS205において、ECU60は、コンタクタ40の正極側(P側)のスイッチ41を遮断するOFF指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1を遮断する。
In step S205, the
そして、ステップS206に進み、ECU60は、ステップS205でOFF指令を出してから所定時間が経過したかどうかを判断する。なお、ここでの所定時間についても前記と同様に、正極側のスイッチ41が確実に遮断されるのに必要な時間であり、例えば図示しないタイマによって判断される。ステップS206において、ECU60は、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS206の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS207に進む。
Then, the process proceeds to step S206, and the
ステップS207において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグ「0」を「1」に書き換え、コンタクタ40の遮断を終了する。また、バッテリ用コンタクタ51のスイッチ(正極側)52が遮断(オフ)され、スイッチ(負極側)53が遮断(オフ)されて、電力線L3,L4が遮断される。
In step S207, the
そして、運転者によってイグニッションスイッチがオンにされて、次回コンタクタ40を遮断する遮断信号が出力された場合には、図4のフローのステップS202において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグは「1」と判断して、ステップS208に進む。
Then, when the ignition switch is turned on by the driver and a shutoff signal for shutting down the contactor 40 is output next time, in step S202 of the flow of FIG. 4, the
ステップS208において、ECU60は、前回とは逆にまずコンタクタ40の正極側(P側)のスイッチ41を遮断するOFF指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L1を遮断する。
In step S208, the
そして、ステップS209に進み、ECU60は、ステップS206と同様にして、所定時間が経過したかどうかを判断し、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS209の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS210に進む。 And it progresses to step S209 and ECU60 judges whether predetermined time passed like step S206, and when it is judged that predetermined time has not passed (No), processing of step S209 is performed. If it is determined repeatedly that the predetermined time has elapsed (Yes), the process proceeds to step S210.
ステップS210において、ECU60は、コンタクタ40の負極側(N側)のスイッチ42を遮断するOFF指令を出力して、燃料電池スタック10とモータPDU30とを接続する電力線L2を遮断する。
In step S210, the
そして、ステップS211に進み、ECU60は、ステップS204と同様にして、所定時間が経過したかどうかを判断し、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS211の処理を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS212に進む。 And it progresses to step S211, ECU60 judges whether predetermined time passed like step S204, and when it is judged that predetermined time has not passed (No), processing of step S211 is carried out. If it is determined repeatedly that the predetermined time has elapsed (Yes), the process proceeds to step S212.
ステップS212において、ECU60は、メモリに記憶された順序決定フラグ「1」を「0」に書き換え、コンタクタ40の遮断を終了する。そして、また次回にコンタクタ40を遮断する場合には、ステップS201〜S207の処理を実行する。
In step S212, the
さらに、図5のタイムチャートを参照して説明すると、1回目のコンタクタ40の遮断では、図5(a)に示すように、時刻t4において、燃料電池スタック10の掃気などによって燃料電池スタック10の電圧が所定値まで低下すると(S201、Yes)、コンタクタ40の負極側のスイッチ42にOFF指令が出される(S203)。このとき、負極側のスイッチ42を介してアーク放電が発生し、コンタクタ40の下流側の電圧V2が徐々に低下する。そして、OFF指令から所定時間(t5−t4)経過したら(S204、Yes)、正極側のスイッチ41にOFF指令が出される(時刻t5、S205)。そして、OFF指令から所定時間(t6−t5)が経過したら(S206、Yes)、順序決定フラグ「0」を「1」に書き換える(時刻t6、S207)。 Further, with reference to the time chart of FIG. 5, when the contactor 40 is shut off for the first time, as shown in FIG. 5A, the scavenging of the fuel cell stack 10 or the like of the fuel cell stack 10 is performed at time t4. When the voltage drops to a predetermined value (S201, Yes), an OFF command is issued to the switch 42 on the negative electrode side of the contactor 40 (S203). At this time, arc discharge occurs through the negative switch 42, and the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 gradually decreases. When a predetermined time (t5-t4) has elapsed from the OFF command (S204, Yes), an OFF command is issued to the positive switch 41 (time t5, S205). Then, when a predetermined time (t6-t5) has elapsed from the OFF command (S206, Yes), the order determination flag “0” is rewritten to “1” (time t6, S207).
そして、次回(2回目)のコンタクタ40の遮断では、図5(b)に示すように、順序決定フラグは「1」であるので、時刻t4において、燃料電池スタック10の掃気などによって燃料電池スタック10の電圧が所定値まで低下すると(S201、Yes)、コンタクタ40の正極側のスイッチ41にOFF指令が出される(S208)。このとき、正極側のスイッチ41を介してアーク放電が発生し、コンタクタ40の下流側の電圧V2が徐々に低下する。そして、OFF指令から所定時間(t5−t4)経過したら(S209、Yes)、負極側のスイッチ42にOFF指令が出される(時刻t5、S210)。そして、OFF指令から所定時間が経過したら(S211、Yes)、順序決定フラグ「1」を「0」に書き換える(時刻t6、S212)。 When the contactor 40 is shut off next time (second time), the order determination flag is “1” as shown in FIG. 5B, so that the fuel cell stack is scavenged by the scavenging of the fuel cell stack 10 at time t4. When the voltage of 10 decreases to a predetermined value (S201, Yes), an OFF command is issued to the switch 41 on the positive side of the contactor 40 (S208). At this time, arc discharge is generated via the switch 41 on the positive electrode side, and the voltage V2 on the downstream side of the contactor 40 gradually decreases. When a predetermined time (t5-t4) has elapsed from the OFF command (S209, Yes), an OFF command is issued to the negative-side switch 42 (time t5, S210). Then, when a predetermined time has elapsed from the OFF command (S211, Yes), the order determination flag “1” is rewritten to “0” (time t6, S212).
このように本実施形態によれば、コンタクタ40の正極側のスイッチ41を遮断するタイミングと、負極側のスイッチ42を遮断するタイミングをずらし、1回毎(所定回数毎)に、それぞれの遮断する順番を入れ替えることにより、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42とに交互(均等)にアーク放電の発生を受け持たせることができ、コンタクタ40の耐久性を増すことが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the timing at which the positive-side switch 41 of the contactor 40 is shut off is shifted from the timing at which the negative-side switch 42 is shut off, and the contactor 40 is shut off every time (every predetermined number of times). By changing the order, the positive switch 41 and the negative switch 42 can be alternately (equally) assigned to the occurrence of arc discharge, and the durability of the contactor 40 can be increased.
(第3実施形態)
図6は第3実施形態のコンタクタの接続・遮断方法を示すフローチャート、図7は第3実施形態におけるタイミングチャートである。第3実施形態は、コンタクタ40を接続する接続信号が出されたときの正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42を接続する順番と、コンタクタ40を遮断する遮断信号が出されたときの正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42を遮断する順番を等しくすることを特徴としている。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a flowchart showing a contactor connection / disconnection method according to the third embodiment, and FIG. 7 is a timing chart according to the third embodiment. In the third embodiment, the order of connecting the positive side switch 41 and the negative side switch 42 when a connection signal for connecting the contactor 40 is issued, and the positive polarity when a cutoff signal for shutting off the contactor 40 is issued. The order in which the switch 41 on the side and the switch 42 on the negative electrode side are cut off is made equal.
なお、図6のステップS301、S302、S303、S304、S305は、燃料電池自動車Vの運転準備期間であり、図2に示す第1実施形態のステップS101、S103、S104、S105、S106とそれぞれ同様である。また、図6のステップS308、S309、S310、S311、S312は、停止期間であり、図4に示す第2実施形態のステップS201、S203、S204、S205、S206とそれぞれ同様である。 Note that steps S301, S302, S303, S304, and S305 in FIG. 6 are driving preparation periods of the fuel cell vehicle V, and are the same as steps S101, S103, S104, S105, and S106 in the first embodiment shown in FIG. It is. Also, steps S308, S309, S310, S311, and S312 in FIG. 6 are stop periods, which are the same as steps S201, S203, S204, S205, and S206, respectively, of the second embodiment shown in FIG.
ステップS305において所定時間が経過した場合には(Yes)、ステップS306に進み、ECU60は、運転準備期間から通常運転に移行する。通常運転では、例えば、燃料電池スタック10の発電電力を走行モータ20や補機に供給し、また必要に応じて高圧二次バッテリ50などを充電する。
If the predetermined time has elapsed in step S305 (Yes), the process proceeds to step S306, and the
そして、ステップS307に進み、ECU60は、運転者によってイグニッションスイッチがオフにされたかどうかを判断し、オフにされていないと判断した場合には(No)、ステップS306に戻って通常運転を継続し、オフにされたと判断した場合には(Yes)、ステップS308に進む。
In step S307, the
また、図7のタイミングチャートを参照して説明すると、運転準備期間におけるコンタクタ40の接続時には、まずコンタクタ40の負極側のスイッチ42がONにされ(時刻t7)、所定時間(t8−t7)経過後に正極側のスイッチ41がONにされ(時刻t8)、通常運転に移行する。そして、イグニッションスイッチがオフにされてコンタクタ40が遮断される時には、まずコンタクタ40の負極側のスイッチ42がOFFにされ(時刻t9)、所定時間(t10−t9)経過後に正極側のスイッチ41がOFFにされる(時刻t10)。 Further, with reference to the timing chart of FIG. 7, when the contactor 40 is connected during the operation preparation period, the switch 42 on the negative side of the contactor 40 is first turned ON (time t7), and a predetermined time (t8-t7) has elapsed. Later, the switch 41 on the positive electrode side is turned on (time t8), and the normal operation is started. When the ignition switch is turned off and the contactor 40 is shut off, the negative electrode side switch 42 of the contactor 40 is first turned off (time t9), and the positive electrode side switch 41 is turned on after a predetermined time (t10-t9). It is turned off (time t10).
このように、接続する順番と遮断する順番を等しくして、コンタクタ40の接続時には正極側のスイッチ41に突入電流を受け持たせ、コンタクタ40の遮断時には負極側のスイッチ42にアーク放電を受け持たせることで、正極側のスイッチ41と負極側のスイッチ42に対してさらに均等に受け持ちを分担させることが可能になる。 In this way, the order of connection and the order of disconnection are made equal so that when the contactor 40 is connected, the positive-side switch 41 receives an inrush current, and when the contactor 40 is disconnected, the negative-side switch 42 receives arc discharge. By doing so, it becomes possible to share the charge more evenly with respect to the switch 41 on the positive electrode side and the switch 42 on the negative electrode side.
なお、第3実施形態では、コンタクタ40の負極側のスイッチ42を先に接続する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、正極側のスイッチ41を先に接続するようにしてもよい。 In the third embodiment, the case where the negative electrode side switch 42 of the contactor 40 is connected first has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the positive electrode side switch 41 is connected first. You may do it.
また、第1実施形態および第2実施形態では、所定回数として1回毎に順番を入れ替えた例を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、5回毎、10回毎など適宜変更することができる。 In the first embodiment and the second embodiment, the example in which the order is changed every time as the predetermined number of times has been described. However, the present invention is not limited to this example, and every five times, every ten times, etc. Can be changed.
10 燃料電池スタック(電力源)
20 走行モータ(負荷)
40 燃料電池用コンタクタ(コンタクタ)
41 正極側のスイッチ
42 負極側のスイッチ
70 ECU
L1,L2 電力線
10 Fuel cell stack (power source)
20 Traveling motor (load)
40 Contactor for fuel cell (contactor)
41 Positive Switch 42 Negative Switch 70 ECU
L1, L2 power line
Claims (1)
前記燃料電池の電力供給を受ける負荷と、
前記燃料電池と前記負荷とをつなぐ電力線上の正極と負極にそれぞれ接続遮断を行う電磁開閉型のスイッチを有し、かつ、プリチャージ回路を有しない燃料電池用コンタクタと、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され、前記負荷への電力供給を行い、かつ、前記燃料電池の発電電力を充電する高圧バッテリと、
燃料電池システムの起動時に前記高圧バッテリからの電圧を昇圧するDC/DCコンバータと、
前記高圧バッテリと前記DC/DCコンバータとをつなぐ電力線上の正極と負極にそれぞれ接続遮断を行うスイッチを有し、かつ、プリチャージ回路を有するバッテリ用コンタクタと、
前記DC/DCコンバータと前記バッテリ用コンタクタとの間に接続されるコンデンサと、
を備えた燃料電池システムにおけるコンタクタの接続・遮断方法であって、
前記燃料電池システムの起動時に、
前記バッテリ用コンタクタの前記プリチャージ回路が設けられていない側の一方のスイッチを接続するとともに前記プリチャージ回路を接続して前記コンデンサの充電を開始し、前記コンデンサの充電が完了したときに前記バッテリ用コンタクタの他方のスイッチを接続した後に前記プリチャージ回路を遮断し、
前記燃料電池用コンタクタの前記燃料電池側の電圧が、前記燃料電池用コンタクタの前記DC/DCコンバータ側の電圧とほぼ等しくなったときに前記燃料電池用コンタクタの接続信号を出力し、
前記燃料電池用コンタクタを接続する前記接続信号を出す場合、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続するタイミングとして2つのスイッチの一方に接続信号を出してから当該一方のスイッチを確実に接続するのに必要な第1所定時間が経過したときに2つのスイッチの他方に接続信号を出すことでずれを生じさせ、前記接続信号が出された所定回数毎に、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続する順番を入れ替え、
前記燃料電池システムの停止時に、
前記燃料電池用コンタクタを遮断する遮断信号を出す場合、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断するタイミングとして2つのスイッチの一方に遮断信号を出してから当該一方のスイッチを確実に遮断するのに必要な第2所定時間が経過したときに2つのスイッチの他方に遮断信号を出すことでずれを生じさせ、前記遮断信号が出された所定回数毎に、前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断する順番を入れ替え、
前記燃料電池用コンタクタの前記燃料電池側の電圧が、前記燃料電池内を掃気して前記燃料電池用コンタクタの2つのスイッチの一方の遮断から他方の遮断の間における前記DC/DCコンバータ側の電圧が徐々に低下することになる所定値まで低下したときに前記燃料電池用コンタクタの遮断信号を出力し、
前記接続信号が出されたときの前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを接続する順番と、前記遮断信号が出されたときの前記正極側のスイッチと前記負極側のスイッチを遮断する順番を等しくすることを特徴とするコンタクタの接続・遮断方法。 A fuel cell;
A load that receives power from the fuel cell;
A contactor for a fuel cell having an electromagnetic open / close switch for disconnecting and connecting to a positive electrode and a negative electrode on a power line connecting the fuel cell and the load, and having no precharge circuit;
A high-voltage battery connected in parallel to the fuel cell with respect to the load, supplying power to the load, and charging power generated by the fuel cell;
A DC / DC converter that boosts the voltage from the high-voltage battery at the time of startup of the fuel cell system;
A battery contactor having a switch for disconnecting connection to the positive and negative electrodes on the power line connecting the high-voltage battery and the DC / DC converter, and having a precharge circuit;
A capacitor connected between the DC / DC converter and the battery contactor;
A contactor connecting / disconnecting method in a fuel cell system comprising:
At startup of the fuel cell system,
The battery contactor is connected to one of the switches on the side where the precharge circuit is not provided and connected to the precharge circuit to start charging the capacitor, and when the charging of the capacitor is completed, the battery After disconnecting the precharge circuit after connecting the other switch of the contactor for
When the voltage on the fuel cell side of the fuel cell contactor becomes substantially equal to the voltage on the DC / DC converter side of the fuel cell contactor, a connection signal for the fuel cell contactor is output,
Wherein when issuing the connection signal for connecting the fuel cell contactor, wherein the positive electrode side of the two of the one of the switches from issuing a connection signal to one of the switches as the timing for connecting the switch and the negative electrode side switch reliably When a first predetermined time necessary for connection has elapsed, a connection signal is output to the other of the two switches to cause a shift, and for each predetermined number of times the connection signal is output, Change the order of connecting the negative side switch,
When the fuel cell system is stopped,
When a shut-off signal for shutting off the fuel cell contactor is issued, a shut-off signal is output to one of the two switches as a timing for shutting off the positive-side switch and the negative-side switch, and then the one switch is reliably shut off. When a second predetermined time necessary to do so has elapsed, a disconnection signal is output to the other of the two switches to cause a deviation, and at each predetermined number of times the interrupt signal is output, the positive-side switch and the switch Change the order of shutting off the negative side switch,
The voltage on the fuel cell side of the fuel cell contactor is the voltage on the DC / DC converter side between the cutoff of one of the two switches of the fuel cell contactor by scavenging the inside of the fuel cell. Outputs a shut-off signal of the fuel cell contactor when the value drops to a predetermined value that gradually decreases,
The order of connecting the positive side switch and the negative side switch when the connection signal is issued, and the order of cutting off the positive side switch and the negative side switch when the cutoff signal is issued Contactor connection / disconnection method characterized by equalizing
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