JP5143665B2 - 電力システム及び燃料電池車両 - Google Patents
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Description
以下、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両について図面を参照して説明する。
(1)全体構成
図1は、一実施形態に係る電力システム12を搭載した燃料電池車両10(以下「FC車両10」と称する。)の回路図である。FC車両10は、電力システム12に加え、モータユニット20を有する。電力システム12は、FCユニット40と、バッテリユニット60と、統括制御部80とを有する。
モータユニット20は、モータ22に加え、パワー・ドライブ・ユニット24(以下「PDU24」と称する。)と、減速機26と、シャフト28と、車輪30と、モータECU32(ECU:Electric Control Unit)と、電圧センサ34とを備える。
FCユニット40は、FC42に加え、水素タンク44と、エアコンプレッサ46と、FC ECU48と、第1DC/DCコンバータ50と、第1コンバータECU52と、バイパスダイオード54と、逆流防止用ダイオード56と、電流センサ58と、電圧センサ59を有する。
バッテリユニット60は、バッテリ62に加え、電圧センサ64、66と、電流センサ68、70と、第2DC/DCコンバータ72と、第2コンバータECU74とを有する。
統括制御部80は、モータ22の要求出力(モータ要求出力Pmr_req)[W]やFCユニット40(エアコンプレッサ46等)の要求電力、図示しない補機の要求電力に基づいて、モータECU32、FC ECU48、第1コンバータECU52及び第2コンバータECU74を制御する(詳細は後述する。)。
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、上述した電圧センサ34、59、64、66、電流センサ58、68、70の他、通信線82に接続されるイグニッションスイッチ84、アクセルセンサ86、ブレーキセンサ88、及び車速センサ90等がある。
(1)統括制御部80における処理
図2には、第1DC/DCコンバータ50及び第2DC/DCコンバータ72で用いる制御目標値を統括制御部80において算出するフローチャートが示されている。
図6には、第1コンバータECU52が行う処理(動作モードの選択を含む。)のフローチャートが示されている。ステップS11において、第1コンバータECU52は、バッテリユニット60の電流センサ68から1次電流I1を取得する。続くステップS12において、第1コンバータECU52は、1次電流I1が所定の上限閾値(1次電流上限閾値TH_I1)[A]を超えているかどうかを判定する。この1次電流上限閾値TH_I1は、バッテリ62に過電流が発生しているかどうかを判定するための閾値であり、1次電流I1が1次電流上限閾値TH_I1を所定時間[s]又は所定のカウント値(第1過電流発生判定閾値TH_oc1)を超えている場合、1次電流I1が1次電流上限閾値TH_I1を超えていることを確定し、バッテリ62に過電流が発生していると判断する。1次電流上限閾値TH_I1や第1過電流発生判定閾値TH_oc1は、実験値や理論値、シミュレーション値を用いることができる。
図9には、第2コンバータECU74が行う処理のフローチャートが示されている。ステップS41において、第2コンバータECU74は、FCユニット40の電流センサ58からFC出力電流Ifcを、統括制御部80からFC目標電流Ifc_tarを取得する。続くステップS42において、第2コンバータECU74は、FC出力電流IfcがFC目標電流Ifc_tar未満であるかどうかを判定する。FC出力電流IfcがFC目標電流Ifc_tar未満である場合(S42:Yes)、ステップS43において、第2コンバータECU74は、第2DC/DCコンバータ72の昇圧率を減少させる。具体的には、第2DC/DCコンバータ72の駆動デューティDUT2を所定値分低下させる。これにより、第2DC/DCコンバータ72の図示しないスイッチング素子のオン時間が短くなり、バッテリ出力電圧Vbatをより低い昇圧率で昇圧する。これにより、2次電流I2が減少し、FCユニット出力電流Ifc2が増加する。その結果、FC出力電流Ifcも増加し、FC出力電流IfcをFC目標電流Ifc_tarに近付けることができる。なお、前記所定値は、FC出力電流Ifcの変化速度等を考慮して適宜設定される。
図10には、モータECU32が行う処理のフローチャートが示されている。ステップS51において、モータECU32は、電圧センサ34からPDU電圧Vpduを、統括制御部80からPDU目標電圧Vpdu_tarを取得する。続くステップS52において、モータECU32は、PDU電圧VpduがPDU目標電圧Vpdu_tarを超えているかどうかを判定する。PDU電圧VpduがPDU目標電圧Vpdu_tarを超えている場合(S52:Yes)、ステップS53において、モータECU32は、PDU24に入力される電力(PDU入力電力Ppdu)[W]を、モータ必要電圧Vmr_necに対応する電力まで下げるように要求する出力制限指令をPDU24に出力する。PDU電圧VpduがPDU目標電圧Vpdu_tarを超えていない場合(S52:No)、ステップS54において、モータECU32は、上記のような出力制限指令を行わず、PDU24は、直流/交流変換後、PDU入力電力Ppduをそのままモータ22に供給する。
以上のように、本実施形態では、バッテリ62とモータ22との間に配置された第2DC/DCコンバータ72により、FC出力電流Ifc及びFCユニット出力電流Ifc2を制御することができる。従って、第2DC/DCコンバータ72を第1DC/DCコンバータ50に協調させつつ、FC出力電流Ifc及びFCユニット出力電流Ifc2を制御可能となる。
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
22…モータ(負荷) 24…PDU(負荷制限部)
42…燃料電池 50…第1DC/DCコンバータ
52…第1コンバータECU 54…バイパスダイオード
62…バッテリ(蓄電装置) 72…第2DC/DCコンバータ
74…第2コンバータECU 80…統括制御部
92…バイパスダイオード I1…1次電流
I1lim_tar…1次電流制限目標値
Ibat…バッテリ出力電流
Ifc…FC出力電流 Ifc_tar…FC目標電流
Ifc2…FCユニット出力電流 TH_I1…1次電流上限閾値
Th_Ifc…FC出力電流上限閾値 Vbat…バッテリ出力電圧
Vfc…FC出力電圧 Vmr_nec…モータ必要電圧
Vpdu…PDU電圧 Vpdu_tar…PDU目標電圧
Claims (8)
- 負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、
前記燃料電池と前記負荷との間に配置された第1DC/DCコンバータと、
前記蓄電装置と前記負荷との間に配置された第2DC/DCコンバータと、
を有する電力システムであって、
前記蓄電装置の出力電流の検出値に基づいて前記第1DC/DCコンバータの変圧率を変更すること、及び
前記燃料電池の出力電流の検出値に基づいて前記第2DC/DCコンバータの変圧率を変更すること
の少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1記載の電力システムにおいて、
前記第2DC/DCコンバータは、前記燃料電池の出力電流の検出値が前記燃料電池の出力電流目標値と等しくなるように前記蓄電装置の出力電圧を変圧する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項2記載の電力システムにおいて、
前記第1DC/DCコンバータは、前記燃料電池から前記負荷への配線と前記蓄電装置から前記負荷への配線とが合流する合流点における電圧が前記負荷の必要電圧以上になるように前記燃料電池の出力電圧を変圧する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1記載の電力システムにおいて、
前記第1DC/DCコンバータは、前記蓄電装置の出力電流の検出値が前記蓄電装置の出力電流目標値と等しくなるように前記燃料電池の出力電圧を変圧する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1記載の電力システムにおいて、
前記第1DC/DCコンバータは、前記蓄電装置の出力電流の検出値が当該出力電流の上限閾値を超えないように前記燃料電池の出力電圧を変圧する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1記載の電力システムにおいて、
前記第2DC/DCコンバータは、前記燃料電池の出力電流の検出値が当該出力電流の上限閾値を超えないように前記蓄電装置の出力電圧を変圧する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力システムにおいて、
前記燃料電池の出力電圧が前記負荷の必要電圧を超えるとき、前記第1DC/DCコンバータを直結状態とすること若しくは第1バイパスダイオードを経由することにより、前記第1DC/DCコンバータによる電圧変換なしに前記燃料電池の出力電圧を前記負荷に印加し、又は
前記蓄電装置の出力電圧が前記負荷の必要電圧を超えるとき、前記第2DC/DCコンバータを直結状態とすること若しくは第2バイパスダイオードを経由することにより、前記第2DC/DCコンバータによる電圧変換なしに前記蓄電装置の出力電圧を前記負荷に印加する
ことを特徴とする電力システム。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力システムを搭載した燃料電池車両。
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