KR101860697B1 - 전력 조정 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전력 조정 시스템은 부하에 접속되는 연료 전지와, 연료 전지와 부하 사이에 접속되고, 해당 연료 전지의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지용 컨버터와, 부하에 대하여 연료 전지와 병렬로 접속되고, 연료 전지와는 다른 전력 공급원인 배터리와, 연료 전지의 정극과 중간점 사이 및 해당 연료 전지의 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치와, 연료 전지용 컨버터를 바이패스하여 연료 전지와 부하를 연결하는 전류 바이패스 경로와, 전류 바이패스 경로 상에 설치되고, 임피던스 측정 장치에 의해 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는 전류 바이패스 경로를 전기적으로 차단하는 전류 차단부를 구비하고 있다.

Description

전력 조정 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 연료 전지와, 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치와, 고전압 배터리와, DC/DC 컨버터를 구비하는 전력 조정 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
연료 전지를 구비하는 전력 조정 시스템에 있어서, 연료 전지에 접속된 부하의 요구에 따라, 연료 가스(예를 들어, 수소)와 산화제 가스(예를 들어, 공기)를 연료 전지에 공급함으로써, 연료 전지의 출력 전력을 부하에 공급 가능한 전력 조정 시스템이 알려져 있다.
상기와 같은 전력 조정 시스템에서는 연료 전지의 동작 상태를 제어하기 위해, 예를 들어 임피던스 측정 장치나 컨트롤러 등에 의해 교류 전압 신호를 출력하면서 연료 전지의 출력 전류 및 출력 전압의 교류 성분을 계측하고, 계측한 이들 교류 성분을 연산함으로써, 연료 전지의 내부 임피던스를 추정하고 있다.
WO2012/077450에는 복수의 발전 요소가 적층되는 적층 전지의 내부 저항(내부 임피던스)을 측정하는 내부 저항 측정 장치가 개시되어 있다. 이 내부 저항 측정 장치에서는 적층 전지의 정극측의 전위 및 부극측의 전위와, 그것들의 중도 부분의 전위의 각 전위차에 기초하여, 적층 전지의 내부 저항을 측정하고 있다.
그러나, WO2012/077450에서는 장치의 부하 장치로서, 주행용 모터 등을 예시하고 있지만, 구체적인 구성에 대해서는 개시되어 있지 않다. 여기서, 본 출원인은 배터리(고전압의 이차 전지)와, 배터리에 대하여 전기적으로 병렬로 설치된 연료 전지를 구비하는 연료 전지 시스템(전력 조정 시스템)을 제안하고 있다.
배터리와 연료 전지를 병렬로 배치한 전력 조정 시스템에서는 배터리의 출력과 연료 전지의 출력을 링크(동기)시키기 위해, 적어도 어느 한쪽의 출력측에 DC/DC 컨버터가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이 내부 저항 측정 장치는 이와 같은 전력 조정 시스템 내의 연료 전지의 임피던스를 측정하기 위해 이용하는 것이 생각된다.
상술한 바와 같은 DC/DC 컨버터를 구비하는 전력 조정 시스템은, 예를 들어 연료 전지를 구비하는 차량의 모터를 구동하기 위해 사용된다. DC/DC 컨버터를 배터리측에 구비하는 전력 조정 시스템에 있어서 차량의 모터 등에 부하 변동이 있으면, 인버터 등으로부터 부하 변동에 따른 신호가 연료 전지에 입력되는 경우가 있다. 그리고, 그와 같은 신호가 내부 저항 측정 장치에서 사용하는 교류 신호(교류 전류 신호)의 주파수와 가까운 경우, 내부 저항 측정 장치로부터 연료 전지에 공급되는 교류 전류가 부하측에도 흘러 버릴 가능성이 있다.
이와 같은 상황에서는 연료 전지의 임피던스의 측정 정밀도가 극단적으로 저하되어 버린다. 그리고, 측정한 임피던스가 어긋나 있으면, 연료 전지의 습윤 상태를 추정할 수 없어, 연료 전지 내가 과건조가 되거나, 플러딩(과습윤)을 일으키거나 하여, 연료 전지가 발전 불량이 되어 버릴 가능성이 있다는 문제가 있다.
한편, DC/DC 컨버터를 연료 전지측에 설치한 경우에는, DC/DC 컨버터 자체의 임피던스가 높기 때문에, 부하 변동 성분이 연료 전지측에 유입되는 것을 억제할 수 있다. 그러나, DC/DC 컨버터의 임피던스가 높기 때문에, 연료 전지의 출력 손실이 DC/DC 컨버터에 의해 발생해 버려, 이와 같은 손실로 인해, DC/DC 컨버터가 발열해 버린다는 문제도 있다.
본 발명은 상술한 문제점에 착안하여 이루어진 것이고, 부하 변동이 일어날 수 있는 부하에 대해서도, 연료 전지의 출력 손실을 저감하면서, 연료 전지의 임피던스를 정확하게 측정할 수 있는 전력 조정 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 본 발명의 전력 조정 시스템은, 부하에 접속되는 연료 전지와, 연료 전지와 부하 사이에 접속되고, 해당 연료 전지의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지용 컨버터와, 부하에 대하여 연료 전지와 병렬로 접속되고, 연료 전지와는 다른 전력 공급원인 배터리와, 연료 전지의 정극과 중간점 사이 및 해당 연료 전지의 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치를 구비한다. 또한, 본 발명의 전력 조정 시스템은, 연료 전지용 컨버터를 바이패스하여 연료 전지와 부하를 연결하는 전류 바이패스 경로와, 전류 바이패스 경로 상에 설치되고, 임피던스 측정 장치에 의해 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 전류 바이패스 경로를 전기적으로 차단하는 전류 차단부를 더 구비한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 연료 전지용 전력 조정 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 연료 전지 스택용의 임피던스 측정 장치의 회로도이다.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 연료 전지용 컨트롤러, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러 및 임피던스 측정 장치의 전체적인 제어를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 FC 전류 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 기준 FC 전압 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 모터 하한 전압 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 FC 습윤 상태 추정 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 FC 임피던스 산출 요구 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 연료 전지용 컨트롤러에 의해 실행되는 DC 링크 전압 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러에 의해 실행되는 FC용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러에 의해 실행되는 배터리용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 12는 임피던스 측정 장치에 의해 실행되는 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 연료 전지용 전력 조정 시스템(1)[이하, 간단히 「전력 조정 시스템(1)」이라고 함]의 전체 구성을 도시하는 도면이다. 본 발명의 전력 조정 시스템(1)은 강전 배터리를 구비하고, 연료 전지를 구동원으로 하는 차량에 사용되는 것이다. 이 전력 조정 시스템(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 구동 모터(2)로 차량을 구동하는 전기 자동차에 탑재된다. 또한, 이 전력 조정 시스템(1)은 연료 전지를 구동원으로 하는 것이라면, 연료 전지 차량(연료 전지를 이용한 전기 자동차) 이외의 장치 등의 부하에도 적용할 수 있다.
본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이 연료 전지 스택(6)과, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(연료 전지 컨버터)(5)와, 강전 배터리(20)[이하, 간단히 「배터리(20)」라고 함]와, 보조 기계류(30)와, 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(배터리용 컨버터)(8)를 구비한다. 또한, 전력 조정 시스템(1)은 연료 전지 스택(6)을 포함하는 전력 조정 시스템(1) 전체를 제어하는 연료 전지용 컨트롤러(10)와, DC/DC 컨버터(5)를 제어하는 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)와, DC/DC 컨버터(8)를 제어하는 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)를 구비한다. 또한, 전력 조정 시스템(1)은 부하로서의 구동 모터(2)와, 연료 전지 스택(6) 및 배터리(20)로부터 입력되는 직류 전력을 구동 모터(2)로의 교류 전력으로 스위칭 제어하는 구동 인버터(3)를 구비한다.
또한, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)은 연료 전지 스택(6)을 구성하는 연료 전지의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정 장치(200)를 구비한다. 임피던스 측정 장치(200)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.
본 실시 형태에서는 DC/DC 컨버터(5)의 정극측의 출력 단자와, 연료 전지 스택(6)의 정극측의 출력 단자 사이에, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류가 DC/DC 컨버터(5)를 바이패스하기 위한 전류 바이패스 경로 BR을 설치하고 있다. 즉, 이 전류 바이패스 경로 BR은 구동 인버터(3)를 통해, 연료 전지 스택(6)과 부하가 되는 구동 모터(2)를 연결시키는 것이다.
또한, 전류 바이패스 경로 BR 상에는, 부하가 되는 구동 모터(2)측으로부터 연료 전지 스택(6)으로의 전류의 흐름을 차단하는 전류 차단부로서의 다이오드(100)가 설치된다. 다이오드(100)는 연료 전지 스택(6)으로부터 구동 인버터(3)를 향하는 방향이 순방향이 되도록 배치되고, 본 발명의 전류 차단부로서 기능한다. 그 때문에, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)가 승압된 경우에는, 이 다이오드(100)에 의해 DC/DC 컨버터(5)의 출력으로부터 연료 전지 스택(6)으로 전류가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)는 연료 전지 스택(6)과 구동 인버터(3)[구동 모터(2)] 사이에 설치된다. 이 DC/DC 컨버터(5)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 구동 인버터(3)의 입력 전압으로 변환하는 것이다. 본 실시 형태에서는, DC/DC 컨버터(5)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 구동 모터(2)의 구동 전압에 적합한 전압으로 승압하기 위한 승압 컨버터이다.
본 실시 형태에서는, DC/DC 컨버터(5)는 3상의 컨버터로 구성된다. 이 때문에, 이하에서는 이 DC/DC 컨버터(5)를 다상 컨버터(5)라고 하는 경우도 있다. 또한, 다상 컨버터(5)의 상수는 3상 이상이어도 된다.
다상 컨버터(5)는, 도 1에 도시한 바와 같이 U상 컨버터와, V상 컨버터와, W상 컨버터의 3개의 컨버터로 구성된다. U상, V상 및 W상 컨버터에는 3개의 리액터(5U, 5V, 5W)가 각각 접속된다. 또한, U상 컨버터, V상 컨버터 및 W상 컨버터는 동일한 구성을 갖는다. 그 때문에, 이하에서는 U상 컨버터를 대표로 하여, 그 구성을 설명한다.
U상 컨버터는 리액터(5U)와, 강압측의 스위칭 소자(51U)와, 정류 다이오드(52U)와, 승압측의 스위칭 소자(53U)와, 환류 다이오드(54U)를 구비한다. 스위칭 소자(51U)는 정류 다이오드(52U)와 역병렬 접속되고, 스위칭 소자(53U)는 환류 다이오드(54U)와 역병렬 접속되어 있다. 이들 스위칭 소자(51U, 54U)는, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)로 구성된다.
리액터(5U)는 그 일단부가 전류 센서(61)를 통해 연료 전지 스택(6)의 정극측의 출력 단자에 접속되고, 타단부가 스위칭 소자(51U) 및 정류 다이오드(52U)의 일단부와, 스위칭 소자(53U) 및 환류 다이오드(54U)의 일단부에 접속된다. 스위칭 소자(51U) 및 정류 다이오드(52U)의 타단부는 다이오드(100)의 캐소드 단자와, 구동 인버터(3)의 정극측의 입력 단자에 접속된다. 또한, 스위칭 소자(53U) 및 환류 다이오드(54U)의 타단부는 연료 전지 스택(6)의 부극측의 출력 단자와, 구동 인버터(3)의 부극측의 입력 단자에 접속된다.
연료 전지 스택(6)의 출력 단자 사이에는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 검출하기 위한 전압 센서(62)와, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(63)가 병렬로 접속된다. 콘덴서(63)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 평활화하는 것이고, 이에 의해, 연료 전지 스택(6)의 출력에 있어서의 리플 성분을 저감시킬 수 있다.
또한, 다상 컨버터(5)의 출력 단자 사이에는 다상 컨버터(5)의 출력 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(64)와, 다상 컨버터(5)의 출력 전압[구동 인버터(3)의 입력 전압]을 검출하기 위한 전압 센서(65)가 병렬로 접속된다. 이 콘덴서(64)에 의해, 다상 컨버터(5)의 출력에 있어서의 리플 성분을 저감시킬 수 있다.
또한, 다상 컨버터(5)의 출력 단자 및 DC/DC 컨버터(8)의 출력 단자의 접속 단자와, 구동 인버터(3)의 입력 단자 사이에는 구동 인버터(3)의 입력 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(66)가 설치된다.
연료 전지 스택(6)은 다상 컨버터(5) 및 구동 인버터(3)를 통해, 전력 조정 시스템(1)의 부하가 되는 구동 모터(2)에 접속된다. 연료 전지 스택(6)은 도시하지 않은 캐소드 가스 급배 장치 및 애노드 가스 급배 장치로부터 캐소드 가스(산화제 가스) 및 애노드 가스(연료 가스)의 공급을 받고, 구동 모터(2) 등의 전기 부하에 따라 발전하는 적층 전지이다. 연료 전지 스택(6)에는, 예를 들어 수백 매의 연료 전지가 적층되어 있다.
연료 전지 스택(6)에는 애노드 가스의 급배기 통로나 캐소드 가스의 급배기 통로, 각 통로에 설치되는 압력 조절 밸브, 냉각수 순환 통로나 냉각수 펌프, 라디에이터, 연료 전지 스택(6)의 냉각 장치 등의 많은 장치가 접속되어 있다. 그러나, 이들은 본 발명의 기술적 특징과는 관계성이 낮으므로, 그것들의 도시를 생략하였다.
구동 모터(2)는 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)이 탑재되는 차량을 구동하는 것이다. 구동 인버터(3)는 연료 전지 스택(6)이나 배터리(20)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 변환한 교류 전력을 구동 모터(2)에 공급하는 것이다. 구동 모터(2)는 구동 인버터(3)에 의해 공급되는 교류 전력에 의해 회전 구동하고, 그 회전 에너지를 후단에 공급한다. 또한, 도시하지 않지만, 구동 모터(2)는 디퍼렌셜 및 샤프트를 통해 차량의 구동륜에 연결되어 있다.
차량의 내리막 운전 시나 감속 시에는, 배터리(20)의 충전 상태에 따라, 구동 인버터(3) 및 DC/DC 컨버터(8)를 통해, 구동 모터(2)의 회생 전력이 배터리(20)에 공급되어, 배터리(20)가 충전된다. 또한, 차량의 역행 시에는 연료 전지 스택(6)의 발전 전력이나 배터리(20)로부터의 축전 전력에 의해, 구동 모터(2)가 회전하고, 그 회전 에너지가 도시하지 않은 차량의 구동륜에 전달된다.
구동 모터(2)의 근방에는 구동 모터(2)의 모터 회전수를 검출하는 모터 회전수 검출부(21)와, 구동 모터(2)의 모터 토크를 검출하는 모터 토크 검출부(22)가 설치된다. 이들의 검출부(21, 22)에 의해 검출된 구동 모터(2)의 모터 회전수 및 모터 토크는 연료 전지용 컨트롤러(10)에 출력된다.
배터리(20)는 충방전 가능한 이차 전지이고, 예를 들어 300V(볼트)의 리튬 이온 배터리이다. 배터리(20)는 보조 기계류(30)에 접속되어, 보조 기계류(30)의 전원을 구성한다. 또한, 배터리(20)는 DC/DC 컨버터(8)를 통해, 구동 인버터(3) 및 DC/DC 컨버터(5)에 접속된다. 즉, 배터리(20)는 전력 조정 시스템(1)의 부하인 구동 모터(2)에 대하여, 연료 전지 스택(6)과 병렬로 접속된다.
배터리(20)의 출력 단자에는 보조 기계류(30)와 병렬로, 배터리(20)의 출력 전압을 검출하기 위한 전압 센서(67)와, 배터리(20)의 출력 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(68)가 접속된다.
배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)는 배터리(20)와 구동 인버터(3)[구동 모터(2)] 사이에 설치된다. 이 DC/DC 컨버터(8)는 배터리(20)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 구동 인버터(3)의 입력 전압으로 변환하는 것이다. 또한, 후술하는 바와 같이, DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압은 다상 컨버터(5)의 출력 전압과 링크(동기)시키도록 제어된다.
본 실시 형태에서는, DC/DC 컨버터(8)는 연료 전지 스택(6)용 다상 컨버터(5)와는 달리, 단상의 컨버터이다. 이 DC/DC 컨버터(8)는, 도 1에 도시한 바와 같이 리액터(81)와, 강압측의 스위칭 소자(82)와, 정류 다이오드(83)와, 승압측의 스위칭 소자(84)와, 환류 다이오드(85)를 구비한다. 스위칭 소자(82)는 정류 다이오드(83)와 역병렬 접속되고, 스위칭 소자(84)는 환류 다이오드(85)와 역병렬 접속되어 있다. 이들 스위칭 소자(82, 84)는, 예를 들어 IGBT로 구성된다.
리액터(81)는 그 일단부가 배터리(20)의 정극측의 출력 단자에 접속되고, 타단부가 스위칭 소자(82) 및 정류 다이오드(83)의 일단부와, 스위칭 소자(84) 및 환류 다이오드(85)의 일단부에 접속된다. 스위칭 소자(82) 및 정류 다이오드(83)의 타단부는 구동 인버터(3)의 정극측의 입력 단자에 접속된다. 또한, 스위칭 소자(84) 및 환류 다이오드(85)의 타단부는 배터리(20)의 부극측의 출력 단자와, 구동 인버터(3)의 부극측의 입력 단자에 접속된다.
DC/DC 컨버터(8)의 출력 단자 사이에는 DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(70)와, DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압[구동 인버터(3)의 입력 전압]을 검출하기 위한 전압 센서(69)가 접속된다.
보조 기계류(30)는 주로 연료 전지 스택(6)에 부속되는 부품이고, 상술한 바와 같이 캐소드 가스 급배 장치 및 애노드 가스 급배 장치나, 도시하지 않은 공기 컴프레서, 냉각 펌프 등을 포함한다. 또한, 보조 기계류(30)의 각종 부품이 약전 기기인 경우, 배터리(20)와 대상이 되는 보조 기계류(30) 사이에 도시하지 않은 강압 DC/DC 컨버터를 설치하면 된다. 그 대신에, 약전 기기용의 도시하지 않은 약전 배터리를 설치해도 된다.
연료 전지용 컨트롤러(10)는 도시하지 않지만, 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비한 마이크로컴퓨터로 구성된다. 연료 전지용 컨트롤러(10)에는 전류 센서(61) 및 전압 센서(62)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값 및 출력 전압값이 입력된다.
또한, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 각 센서(61, 62)로부터 입력된 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값 및 출력 전압값과, 각 검출부(21, 22)로부터 입력된 구동 모터(2)의 모터 회전수 및 모터 토크에 기초하여, 다상 컨버터(5) 및 DC/DC 컨버터(8)를 작동시키기 위한 명령을 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)와 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 각각 출력한다.
또한, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태가 소정의 조건에 도달하면, 임피던스 측정 장치(200)에 대하여, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 산출 요구를 출력한다. 그것에 따라, 임피던스 측정 장치(200)는, 후술하는 바와 같이 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하고, 그 측정 결과를 연료 전지용 컨트롤러(10)에 출력한다.
연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 명령에 기초하여, 다상 컨버터(5)를 제어하는 것이다. 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는, 본 실시 형태에서는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 명령(FC 전압 명령)에 기초하여, 다상 컨버터(5)의 각 상의 스위칭 소자(51U 내지 51W, 53U 내지 53W)를 ON/OFF 제어한다.
구체적으로는, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)에는 전압 센서(62)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전압값과, 전압 센서(65)에 의해 검출된 다상 컨버터(5)의 출력 전압값이 입력된다. 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 다상 컨버터(5)의 전압비(출력 전압/입력 전압)가 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 명령값(FC 전압 명령값)이 되도록, 다상 컨버터(5)의 각 스위칭 소자(51U 내지 51W, 53U 내지 53W)를 스위칭 제어한다.
배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 명령에 기초하여, 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)를 제어하는 것이다. 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4) 및 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 구동 인버터(3)로의 입력 전압이 동일한 전압(DC 링크 전압)이 되도록, 다상 컨버터(5)에 의한 전압비 및 DC/DC 컨버터(8)에 의한 전압비를 각각 제어한다.
배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에는 전압 센서(67)에 의해 검출된 배터리(20)의 출력 전압값과, 전압 센서(69)에 의해 검출된 DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압값이 입력된다. 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 DC/DC 컨버터(8)의 전압비(출력 전압/입력 전압)가 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 명령값(DC 링크 전압 명령값)이 되도록, DC/DC 컨버터(8)의 각 스위칭 소자(82, 84)를 스위칭 제어한다.
임피던스 측정 장치(200)는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하기 위한 장치이다. 임피던스 측정 장치(200)는 연료 전지 스택(6)의 정극과 중간점 사이와, 연료 전지 스택(6)의 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정한다.
도 2는 도 1에 도시하는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정 장치(200)의 회로도이다. 또한, 도시의 사정상, 연료 전지 스택(6)과 임피던스 측정 장치(200)의 배치는 도 1과는 도면상 좌우가 반대로 되어 있다. 또한, 실선에 의해 나타나는 접속은 전기적인 접속을 의미하고, 파선(대시선)으로 나타나는 접속은 전기 신호의 접속을 의미한다.
이 임피던스 측정 장치(200)는 연료 전지 스택(6)의 정극 단자(캐소드극측 단자)(6B)와, 부극 단자(애노드극측 단자)(6A)와, 중도 단자(6C)에 접속되어 있다. 또한, 중도 단자(6C)에 접속된 부분은 도면에 도시한 바와 같이 접지되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 임피던스 측정 장치(200)는 정극측 전압 센서(210)와, 부극측 전압 센서(212)와, 정극측 전원부(214)와, 부극측 전원부(216)와, 교류 조정부(218)와, 임피던스 연산부(220)를 구비하고 있다.
정극측 전압 센서(210)는 정극 단자(6B)와 중도 단자(6C)에 접속되고, 중도 단자(6C)에 대한 정극 단자(6B)의 정극측 교류 전위차 V1을 측정하고, 교류 조정부(218) 및 임피던스 연산부(220)에 그 측정 결과를 출력한다. 부극측 전압 센서(212)는 중도 단자(6C)와 부극 단자(6A)에 접속되고, 중도 단자(6C)에 대한 부극 단자(6A)의 부극측 교류 전위차 V2를 측정하고, 교류 조정부(218) 및 임피던스 연산부(220)에 그 측정 결과를 출력한다.
정극측 전원부(214)는, 예를 들어 도시하지 않은 연산 증폭기에 의한 전압 전류 변환 회로에 의해 실현되고, 정극 단자(6B)와 중도 단자(6C)를 포함하는 폐쇄 회로에 교류 전류 I1이 흐르도록, 교류 조정부(218)에 의해 제어된다. 또한, 부극측 전원부(216)는, 예를 들어 연산 증폭기(OP 증폭기)에 의한 전압 전류 변환 회로에 의해 실현되고, 부극 단자(6A)와 중도 단자(6C)를 포함하는 폐쇄 회로에 교류 전류 I2가 흐르도록, 교류 조정부(218)에 의해 제어된다.
교류 조정부(218)는, 예를 들어 도시하지 않은 PI 제어 회로에 의해 실현되고, 상술한 바와 같은 교류 전류 I1, I2가 각 폐쇄 회로에 흐르도록, 정극측 전원부(214) 및 부극측 전원부(216)로의 명령 신호를 생성한다. 이와 같이 생성된 명령 신호에 따라 정극측 전원부(214) 및 부극측 전원부(216)의 출력이 증감됨으로써, 각 단자 사이의 교류 전위차 V1 및 V2가 모두 소정의 레벨(소정값)로 제어된다. 이에 의해, 교류 전위차 V1 및 V2는 등전위가 된다.
임피던스 연산부(220)는 도시하지 않은 AD 변환기나 마이크로컴퓨터 칩 등의 하드웨어 및 임피던스를 산출하는 프로그램 등의 소프트웨어 구성을 포함한다. 임피던스 연산부(220)는 각 부(210, 212, 214, 216)로부터 입력된 교류 전류(I1, I2) 및 교류 전압(V1, V2)을 AD 변환기에 의해 디지털 수치 신호로 변환하고, 임피던스 측정을 위한 처리를 행한다.
구체적으로는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 교류 전위차 V1을 교류 전류 I1로 제산함으로써, 중도 단자(6C)로부터 정극 단자(6B)까지의 제1 임피던스 Z1을 산출한다. 또한, 임피던스 연산부(220)는 부극측 교류 전위차 V2를 교류 전류 I2로 제산함으로써, 중도 단자(6C)로부터 부극 단자(6A)까지의 제2 임피던스 Z2를 연산한다. 또한, 임피던스 연산부(220)는 제1 임피던스 Z1과 제2 임피던스 Z2를 가산함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 Z를 연산한다.
또한, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 먼저, 다층 컨버터(5)에 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압시킨다. 이에 의해, 구동 인버터(3)로부터 연료 전지 스택(6)측을 본 경우의 임피던스가 상승하고, 부하 변동이 있어도 임피던스 측정에 악영향을 끼치지 않는다. 또한, 다층 컨버터(5)의 출력측이 연료 전지 스택(6)의 출력측보다도 전압이 높아졌다고 해도, 전류 바이패스 경로 BR 상의 다이오드(100)에 의해, 연료 전지 스택(6)으로의 전류의 역류를 방지할 수 있다.
도 2에서는 도시의 사정상, 정극 단자(6B) 및 부극 단자(6A)를 연료 전지 스택(6)의 각 출력 단자에 직접적으로 접속하도록 도시하고 있다. 그러나, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는 이와 같은 결선에 한정되지 않고, 정극 단자(6B) 및 부극 단자(6A)는 연료 전지 스택(6) 내에 적층되는 복수의 연료 전지의 가장 정극측의 연료 전지의 정극 단자와, 가장 부극측의 연료 전지의 부극 단자에 접속되어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 임피던스 연산부(220)는 마이크로컴퓨터 칩 등의 하드웨어가 도시하지 않은 메모리에 미리 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 연산하는 구성으로 하고 있다. 그러나, 임피던스 연산부(220)는 이와 같은 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 임피던스 연산부(220)는 아날로그 연산 IC를 사용한 아날로그 연산 회로로 실현되어도 된다. 아날로그 연산 회로를 사용함으로써, 시간적으로 연속한 임피던스의 변화를 출력할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는 교류 전류 및 교류 전압으로 하고, 정현파 신호를 포함하는 교류 신호를 사용하고 있다. 그러나, 이들의 교류 신호는 정현파 신호에 한정되지 않고, 구형파 신호나 삼각파 신호, 톱니파 신호 등이어도 된다.
이어서, 도 3의 흐름도를 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 전력 조정 시스템(1)의 전체적인 동작을 설명한다. 또한, 도 3의 흐름도는 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)의 전체적인 동작을 도시하는 것이지만, 필요에 따라, 추가의 스텝이 포함되어도 된다. 또한, 본 발명의 전력 조정 시스템(1)의 제어 방법은 전체적인 동작의 일부를 구성하는 것이다.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 전력 조정 시스템(1)의 연료 전지용 컨트롤러(10), 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4), 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7) 및 임피던스 측정 장치(200)의 전체적인 제어를 도시하는 흐름도(메인 처리 플로우)이다.
이 흐름도에 관한 제어는 적어도, 구동 모터(2)의 동작 상태나 보조 기계류(30)의 동작 상태가 변동되는 타이밍에 실행된다. 그러나, 이 제어는 소정 시간마다 실행되어도 된다. 또한, 각 스텝은 모순이 발생하지 않는 범위에 있어서, 그 순서가 변경되어도 된다.
먼저, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 전류 명령값을 결정하기 위한 FC 전류 명령 연산 처리를 실행함과 함께(스텝 S1), 연료 전지 스택(6)의 전압 명령값을 결정하기 위한 기준 FC 전압 명령 연산 처리를 실행한다(스텝 S2).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S1, S2에 의해 결정된 연료 전지 스택(6)의 전류 명령값(후술하는 FC 전류 명령값) 및 전압 명령값에 기초하여, 보조 기계류(30)에 포함되는 각 보조 기계의 각종 동작 명령값을 결정하고(스텝 S3), 각 보조 기계에 결정한 명령값을 출력한다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 구동 인버터(3)의 입력 전압이 되는 구동 모터(2)의 모터 하한 전압을 결정하기 위한 모터 하한 전압 연산 처리를 실행한다(스텝 S4).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 동작 상태를 제어하기 위해, 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태를 추정하기 위한 FC 습윤 상태 추정 처리를 실행한다(스텝 S5).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S5에서 실행한 FC 습윤 상태 추정 처리에 의해 특정된 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출해야 할지 여부를 판정하기 위한 FC 임피던스 산출 요구 처리를 실행한다(스텝 S6).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 DC 링크 전압을 어떤 전압값으로 할지를 특정하기 위한 DC 링크 전압 명령 처리를 실행한다(스텝 S7). 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이와 같이 특정한 DC 링크 전압에 기초하여, FC 전압 명령과 DC 링크 전압 명령을 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)와 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 각각 출력한다. 또한, DC 링크 전압 명령은 필요에 따라, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)에도 출력된다.
계속해서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압(FC 출력 전압) 및 DC 링크 전압 명령에 기초하여, 다상 컨버터(5)의 승압ㆍ강압을 행하기 위한 FC용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 실행한다(스텝 S8).
계속해서, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터 입력된 DC 링크 전압 명령에 기초하여, DC/DC 컨버터(8)의 승압ㆍ강압을 행하기 위한 배터리용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 실행한다(스텝 S9).
계속해서, 임피던스 측정 장치(200)는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터의 FC 임피던스 산출 요구 명령에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 내부 임피던스를 연산(산출)하기 위한 AC 브리지 방식에 의한 FC 임피던스 연산 처리를 실행한다(스텝 S10).
그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10), 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4), 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7) 및 임피던스 측정 장치(200)는 도 3에 도시하는 본 실시 형태에 있어서의 전체적인 제어 플로우를 종료한다.
이어서, 도 3의 각 서브루틴에 대하여, 흐름도를 참조하여 각각 설명한다.
도 4는 도 3의 스텝 S1에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 FC 전류 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 FC 전류 명령 연산 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 먼저, 보조 기계류(30)의 각 보조 기계에 있어서 소비되는 소비 전력을 연산한다(스텝 S101). 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 배터리(20) 및 연료 전지 스택(6)에 대한 발전 명령값과, 스텝 S101에서 연산된 보조 기계류(30)의 소비 전력에 기초하여, 목표 연료 전지 전력을 산출한다(스텝 S102).
또한, 연료 전지 스택(6)에 대한 발전 명령값은 연료 전지 스택(6)으로서 얼마큼의 발전 전력을 필요로 하는지를 나타내는 것이다. 연료 전지용 컨트롤러(10)는 본 실시 형태의 차량에 탑승하고 있는 드라이버로부터의 액셀러레이터 페달의 답입량, 즉 액셀러레이터 페달 개방도나, 구동 모터(2)의 구동 상태 등에 기초하여, 이 발전 명령값을 결정한다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 전류 센서(61)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값과, 전압 센서(62)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전압값에 기초하여, 현재의 연료 전지 스택(6)의 출력 전력을 산출한다(스텝 S103). 또한, 연료 전지 스택(6)의 이 출력 전력은 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값과 출력 전압값을 승산함으로써 구해진다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S102에서 산출한 연료 전지 스택(6)의 목표 연료 전지 전력과, 스텝 S103에서 산출된 실제의 연료 전지 스택(6)의 출력 전력에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 전력 편차를 산출한다(스텝 S104). 이 전력 편차는 목표 연료 전지 전력과, 실제의 출력 전압의 차에 기초하여 구해진다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S104에서 산출된 연료 전지 스택(6)의 전력 편차에 기초하여, PI 제어에 기초하는 전력 피드백 제어를 행한다. 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이 전력 피드백 제어에 의해, 연료 전지 스택(6)의 전류 명령값(목표 연료 전지 전류값)을 보정한다(스텝 S105).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지용 컨트롤러(10)에 미리 설정되어 있는 연료 전지 스택(6)의 상한 전류값과, 스텝 S105에서 얻어진 목표 연료 전지 전류값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)으로의 전류 명령값인 FC 전류 명령값을 결정한다(스텝 S106).
구체적으로는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 상한 전류값과, 목표 연료 전지 전류값을 비교하여, 작은 값의 쪽을 FC 전류 명령값으로서 결정한다. 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 FC 전류 명령값을 결정하면, 이 FC 전류 명령 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
또한, 연료 전지 스택(6)의 상한 전류값이란, 연료 전지 스택(6)이 출력할 수 있는 전류값의 상한값을 의미하고, 필요에 따라, 미리 실험 등으로 구해지는 것이다.
연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S106에서 결정된 FC 전류 명령값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류가 이 FC 전류 명령값이 되도록, 애노드 가스 및 캐소드 가스의 유량이나 압력 등을 제어한다. 이것은, 연료 전지 스택(6)의 출력을 제어하기 위해, 애노드 가스 및 캐소드 가스의 유량 등을 제어하는 것이지만, 이들 가스의 유량 등은 연료 전지 스택(6)의 출력 전류에 기초하여 제어되기 때문이다.
도 5는 도 3의 스텝 S2에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 기준 FC 전압 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 기준 FC 전압 명령 연산 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 FC 전류 명령 연산 처리의 스텝 S106에서 결정한 FC 전류 명령값과, 전류 센서(61)에 의해 검출되는 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값에 기초하여, 전류 편차를 산출한다(스텝 S201). 이 전류 편차는 연료 전지 스택(6)의 FC 전류 명령값과 실제의 출력 전류값의 차에 기초하여 구해진다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 스텝 S201에서 산출된 전류 편차에 기초하여, PI 제어에 기초하는 전류 피드백 제어를 행한다. 이 전류 피드백 제어에 의해 연료 전지 스택(6)의 출력 전류가 변화되는 것에 따라, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 도시하지 않은 메모리에 미리 기억되어 있는 IV 특성 곡선에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 목표 전압값이 되는 기준 FC 전압 명령값을 연산한다(스텝 S202). 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이 기준 FC 전압 명령 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
또한, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전류가 FC 전류 명령값이 되도록 제어하는 것은 아니고, 스텝 S202에서 결정된 기준 FC 전압 명령값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압값이 이 기준 FC 전압 명령값이 되도록, 애노드 가스 및 캐소드 가스의 유량이나 압력 등을 제어하도록 구성되어도 된다.
도 6은 도 3의 스텝 S4에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 모터 하한 전압 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 모터 하한 전압 연산 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 먼저, 모터 회전수 검출부(21)에 의해 구동 모터(2)의 모터 회전수를 검출함과 함께(스텝 S401), 모터 토크 검출부(22)에 의해 구동 모터(2)의 모터 토크를 검출한다(스텝 S402).
또한, 구동 모터(2)의 모터 회전수가 높아지면 높아질수록, 구동 모터(2)에는 유기 전압이 발생한다. 그 때문에, 구동 모터(2)로의 공급 전압, 즉 구동 인버터(3)의 출력 전압이 유기 전압 이상으로 높지 않으면, 구동 모터(2)를 구동시킬 수 없다. 따라서, 본 모터 하한 전압 연산 처리에서는, 최초에 구동 모터(2)의 모터 회전수를 검출하고 있다.
또한, 도시를 생략했지만, 구동 모터(2)의 모터 토크나 그 효율을 검출하기 위해, 구동 모터(2)에 실제로 입력되는 공급 전류를 검출하는 전류 센서가 설치된다. 연료 전지용 컨트롤러(10)는 검출된 공급 전류값에 기초하여, 구동 모터(2)의 모터 토크를 검출해도 된다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지용 컨트롤러(10)의 도시하지 않은 메모리 등에 미리 기억되어 있는 모터 회전수-모터 토크 맵을 참조하고, 스텝 S401, S402에 있어서 검출한 구동 모터(2)의 모터 회전수 및 모터 토크에 기초하여, 모터 하한 전압을 결정한다(스텝 S403).
또한, 모터 회전수-모터 토크 맵에 대해서는, 도시를 생략하지만, 예를 들어 실험 데이터 등에 의해 미리 구해 두고, 그 맵 데이터를 연료 전지용 컨트롤러(10)의 메모리에 기억해 두면 된다.
그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이와 같이 모터 하한 전압을 결정하면, 이 모터 하한 전압 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
도 7은 도 3의 스텝 S5에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 FC 습윤 상태 추정 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 FC 습윤 상태 추정 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 먼저, 전류 센서(61)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전류값과, 전압 센서(62)에 의해 검출된 연료 전지 스택(6)의 출력 전압값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출할 수 있는지 여부를 판정한다(스텝 S501).
예를 들어, 연료 전지 스택(6)이 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터 FC 전류 명령값이나 FC 전압 명령값을 받아, 각 명령값이 되도록, 그 동작 상태가 과도적인 상태일 때에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출할 수 없다고 판정하면 된다.
또한, 큰 리플 전류가 발생하고 있다는 등의 이유에 의해, 임피던스 측정 장치(200)의 회로가 포화된 경우에 대해서도, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출할 수 없다고 판정하면 된다.
스텝 S501에 있어서 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출할 수 있다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)으로부터 발생한 수분량을 리셋한다(스텝 S502). 즉, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)으로부터 발생한 수분량을 0으로 설정한다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 도시하지 않은 온도 센서에 의해 연료 전지 스택(6)의 온도를 검출한다(스텝 S503).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 임피던스 측정 장치(200)에 의해 측정ㆍ연산한 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 임피던스 측정 장치(200)로부터 수취한다. 또한, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 임피던스 측정 장치(200)가 전회 측정한 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 메모리에 저장하고, 그 임피던스를 판독하도록 해도 된다.
구체적으로는, 임피던스 측정 장치(200)는, 전술한 바와 같이 교류 조정부(218)에 의해 조정한 교류 전류와, 정극측 전압 센서(210) 및 부극측 전압 센서(212)에 의해 검출된 교류 전압값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출한다. 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 도시하지 않은 메모리 등에 미리 기억되어 있는 임피던스-연료 전지 온도 맵을 참조하고, 이와 같이 수취한(판독한) 연료 전지 스택(6)의 임피던스와, 스텝 S503에서 검출한 연료 전지 스택(6)의 온도에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A를 특정한다(스텝 S504).
또한, 임피던스-연료 전지 온도 맵에 대해서는, 도시를 생략하지만, 예를 들어 실험 데이터 등에 의해 미리 구해 두고, 그 맵 데이터를 메모리에 기억해 두면 된다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 상기와 같이 특정한 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A를 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태로 설정하고(스텝 S505), 이 FC 습윤 상태 추정 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
한편, 스텝 S501에 있어서 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출할 수 없다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A를 전회 특정했을 때부터 이제까지의 사이에 발생한 수분량을 결정한다(스텝 S506).
연료 전지 스택(6)으로부터 발생한 수분량과, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류의 적산값에는 소정의 관계가 있다. 그 때문에, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 도시하지 않은 메모리 등에 미리 기억되어 있는 연료 전지 출력 전류-수분량 테이블을 참조하여, 금회 발생한 수분량을 결정하고 있다.
여기서, 연료 전지 출력 전류-수분량 테이블은 연료 전지 스택(6)의 출력 전류(적산값)와, 그 검출 기간 중에 발생하는 수분량의 관계를 나타내는 테이블이다. 연료 전지 스택(6)의 출력 전류는 전류 센서(61)에 의해 검출되고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 출력된다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는, 예를 들어 전회의 임피던스 산출 시부터의 출력 전류값을 적산하고, 도시하지 않은 메모리에 기억하면 된다. 이에 의해, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이 출력 전류 적산값에 기초하여, 전회 수분량을 0으로 설정했을 때(스텝 S502)부터 연료 전지 스택(6) 내에 얼마큼 수분량이 발생했는지를 특정할 수 있다.
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 전회 설정한 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A를 도시하지 않은 메모리로부터 판독함과 함께, 이 메모리 등에 미리 기억되어 있는 습윤 상태-수분량 맵을 참조한다. 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 판독한 습윤 상태 A와, 스텝 S506에서 결정한 금회 수분량에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 B를 특정(추정)한다(스텝 S507).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 상기와 같이 특정한 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 B를 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태로 설정하고(스텝 S508), 이 FC 습윤 상태 추정 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
도 8은 도 3의 스텝 S6에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 FC 임피던스 산출 요구 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 FC 임피던스 산출 요구 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 먼저, FC 습윤 상태 추정 처리에 의해 특정된 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A 또는 B에 기초하여, 연료 전지 스택(6)이 발전 불량 상태에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S601).
구체적으로는, FC 습윤 상태 추정 처리에 있어서 설정된 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 A 또는 B에 기초하여, 연료 전지 스택(6)이 과건조의 상태인 경우나, 반대로, 연료 전지 스택(6)이 과잉으로 젖어 있는 상태인 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 연료 전지 스택(6)이 발전 불량 상태에 도달하였다고 판정한다. 또한, 연료 전지 스택(6)의 발전 불량 상태란, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율이 저하된 상태라고 할 수도 있다.
스텝 S601에 있어서 연료 전지 스택(6)이 발전 불량 상태에 도달하고 있지 않다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 그대로 이 FC 임피던스 산출 요구 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다. 이 경우, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 FC 습윤 상태 추정 처리의 스텝 S506 내지 S508의 처리를 실행하고, 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태 B를 추정하면 된다.
한편, 스텝 S601에 있어서 연료 전지 스택(6)이 발전 불량 상태에 도달했다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 임피던스 측정 장치(200)에 대하여, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 산출하도록 요구한다. 즉, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 임피던스 측정 장치(200)에 임피던스 산출 요구를 출력하고(스텝 S602), 이 FC 임피던스 산출 요구 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
도 9는 도 3의 스텝 S7에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 DC 링크 전압 명령 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 DC 링크 전압 명령 연산 처리에 있어서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 모터 하한 전압 연산 처리에 의해 결정된 구동 모터(2)의 모터 하한 전압에 소정의 마진 α를 가산한 값과, 기준 FC 전압 명령 연산 처리에 의해 연산된 기준 FC 전압 명령값을 비교한다. 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 모터 하한 전압＋마진 α가 기준 FC 전압 명령값보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S701).
모터 하한 전압＋마진 α가 기준 FC 전압 명령값보다도 크다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 DC 링크 전압으로서, 모터 하한 전압＋마진 α에 소정의 마진 β를 더 가산한 값을 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 출력한다(스텝 S702). 그리고, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이 DC 링크 전압 명령 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
한편, 스텝 S701에 있어서, 모터 하한 전압＋마진 α가 기준 FC 전압 명령값보다도 크지 않다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 FC 임피던스 산출 요구 처리에 있어서 임피던스 측정 장치(200)에 임피던스 산출 요구를 출력했는지 여부를 판정한다(스텝 S703).
임피던스 산출 요구를 출력했다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는, DC 링크 전압으로서, 기준 FC 전압 명령값＋마진 β를 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 출력한다(스텝 S704).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 FC 전압 명령값으로서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)에 기준 FC 전압 명령값을 출력하고(스텝 S705), 이 DC 링크 전압 명령 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
한편, 스텝 S703에 있어서, 임피던스 산출 요구를 출력하지 않았다고 판정한 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 DC 링크 전압으로서, 기준 FC 전압 명령값을 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 출력한다(스텝 S706).
계속해서, 연료 전지용 컨트롤러(10)는, FC 전압 명령값으로서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)에 기준 FC 전압 명령값＋마진 β를 출력하고(스텝 S707), 이 DC 링크 전압 명령 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
여기서, 각 마진 α, β에 대하여 간단하게 설명한다. 스텝 S701의 판정 스텝 및 스텝 S702의 출력값에 있어서의 마진 α는 모터 하한 전압 연산 처리의 스텝 S403에 있어서 연산한 모터 하한 전압에 대한 마진을 의미한다.
이 마진 α는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정 가능한 하한 전압으로 하고, (모터 하한 전압)>(DC 링크 전압)이 되지 않도록 하기 위한 것이다. 구체적으로는, 이 마진 α는 DC 링크 전압의 검출 오차, DC/DC 컨버터(8)의 각 스위칭 소자(82, 84)의 스위칭 동작에 의해 발생하는 리플 전압 성분의 진폭 등을 고려하여 실험 등에 의해 결정되는 것이다. 검출 오차나 전압 진폭의 플러스 성분과 마이너스 성분을 고려하여, 이것들 모두를 가산함으로써, 마진 α가 결정되면 된다.
또한, 모터 하한 전압은 구동 모터(2)의 토크 요구를 만족시키도록, 구동 모터(2)의 회전에 의해 발생하는 유기 전압을 가미하여, 설정되는 것이다.
스텝 S702, S704 및 S707의 출력값에 있어서의 마진 β는 연료 전지용 컨트롤러(10)에 의해 출력된 DC 링크 전압 명령값 및 FC 전압 명령값에 대한 마진을 의미한다. 이 마진 β는 임피던스 산출 요구의 출력의 유무에 따라, DC 링크 전압 명령값 및 FC 전압 명령값을 설정하기 위한 것이다.
임피던스 산출 요구가 출력되지 않은 경우에는, 연료 전지 스택(6)의 효율을 최우선으로 고려하여, 다상 컨버터(5)에 의한 승압을 행하지 않고, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압에 직결시키고 있다.
한편, [연료 전지 스택(6)의 출력 전압]>(DC 링크 전압)의 상태가 되면, 연료 전지 스택(6)이 부하가 되는 구동 모터(2)의 부하 변동의 영향을 받아 버려, 임피던스 측정 장치(200)는 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 정확하게 측정할 수 없게 되어 버린다. 그 때문에, 임피던스 산출 요구가 출력되어 있는 경우에는, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압보다도 DC 링크 전압의 쪽을 높게 설정하도록 하고 있다.
구체적으로는, 이 마진 β는 연료 전지 스택(6) 또는 다상 컨버터(5)의 출력 전압과 DC 링크 전압 사이의 검출 오차, 다상 컨버터(5)의 각 스위칭 소자(51U 내지 51W, 53U 내지 53W)나 DC/DC 컨버터(8)의 각 스위칭 소자(82, 84)의 스위칭 동작에 의해 발생하는 리플 전압 성분의 진폭, 다상 컨버터(5)에 전류가 흐르는 것에 의한 전압 강하 등을 고려하여 실험 등에 의해 결정되는 것이다. 검출 오차나 전압 진폭의 플러스 성분과 마이너스 성분을 고려하고, 이것들 모두를 가산함으로써, 마진 β가 결정되면 된다.
또한, 스텝 S701의 판정으로부터 알 수 있는 바와 같이, 임피던스 산출 요구의 출력의 유무에 관계없이, 이 DC 링크 전압 명령값은 모터 하한 전압＋α보다도 높은 값이다.
도 10은 도 3의 스텝 S8에 대응하는 서브루틴이고, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)에 의해 실행되는 FC용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 FC용 DC/DC 컨버터 제어 처리에 있어서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 전압 센서(62, 65)에 의해, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압과, 다상 컨버터(5)의 출력 전압, 즉 DC 링크 전압을 검출한다(스텝 S801).
그리고, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 연료 전지용 컨트롤러(10)로부터 입력된 FC 전압 명령값과, 검출한 연료 전지 스택(6)의 출력 전압값에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압 전압의 편차를 산출한다(스텝 S802). 이 전압 편차는 FC 전압 명령값과 연료 전지 스택(6)의 검출한 출력 전압값의 차에 기초하여 구해진다.
계속해서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 스텝 S802에서 산출한 연료 전지 스택(6)의 전압 편차에 기초하여, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압[즉, 다상 컨버터(5)의 입출력의 전압비]에 대하여, PI 제어에 기초하는 전압 피드백 제어를 행한다(스텝 S803).
계속해서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 DC 링크 전압과, 피드백 제어한 FC 전압 명령값에 기초하여, 승압 스위치(하단)의 DUTY비를 결정함과 함께(스텝 S804), 이와 같이 결정한 승압 스위치(하단)의 DUTY비와, 낭비 시간 보정에 기초하여, 강압 스위치(상단)의 DUTY비를 결정한다(스텝 S805).
계속해서, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 스텝 S804, S805에서 결정한 승압 DUTY비 및 강압 DUTY비로부터, 각 스위칭 소자(51U 내지 51W, 53U 내지 53W)에 출력해야 할 PWM 신호로 변환ㆍ생성한다(스텝 S806). 그리고, 연료 전지용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(4)는 이들의 PWM 신호를 대응하는 스위칭 소자(51U 내지 51W, 53U 내지 53W)에 출력하고, 이 FC용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
도 11은 도 3의 스텝 S9에 대응하는 서브루틴이고, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)에 의해 실행되는 배터리용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 배터리용 DC/DC 컨버터 제어 처리에 있어서, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 먼저, 전압 센서(67, 69)에 의해, DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압, 즉 DC 링크 전압과, 배터리(20)의 출력 전압을 검출한다(스텝 S901).
그리고, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 DC 링크 전압 명령값과, 검출한 DC 링크 전압값에 기초하여, DC 링크 전압의 전압 편차를 산출한다(스텝 S902). 이 전압 편차는 DC 링크 전압 명령값과 검출한 DC 링크 전압값의 차에 기초하여 구해진다.
계속해서, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 스텝 S902에서 산출한 DC 링크 전압의 전압 편차에 기초하여, DC 링크 전압[즉, DC/DC 컨버터(8)의 입출력 전압비]에 대하여, PI 제어에 기초하는 전압 피드백 제어를 행한다(스텝 S903).
계속해서, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 배터리(20)의 출력 전압과, 피드백 제어한 DC 링크 전압 명령값에 기초하여, 승압 스위치(하단)의 DUTY비를 결정함과 함께(스텝 S904), 이와 같이 결정한 승압 스위치(하단)의 DUTY비와, 낭비 시간 보정에 기초하여, 강압 스위치(상단)의 DUTY비를 결정한다(스텝 S905).
계속해서, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 스텝 S904, S905에서 결정한 승압 DUTY비 및 강압 DUTY비로부터, 스위칭 소자(82, 84)에 출력해야 할 PWM 신호로 변환ㆍ생성한다(스텝 S906). 그리고, 배터리용 DC/DC 컨버터 컨트롤러(7)는 이 PWM 신호를 스위칭 소자(82, 84)에 출력하고, 이 배터리용 DC/DC 컨버터 제어 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
도 12는 도 3의 스텝 S10에 대응하는 서브루틴이고, 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 연산부(220)에 의해 실행되는 AC 브리지에서 (AC 브리지 방식)의 임피던스 연산 처리를 도시하는 흐름도이다.
이 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리에 있어서, 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 연산부(220)는 먼저, 메인 처리 플로우의 스텝 S6에 있어서 연료 전지용 컨트롤러(10)가 임피던스 산출 요구를 출력했는지 여부를 판정한다(스텝 S1001). 연료 전지용 컨트롤러(10)가 임피던스 산출 요구를 출력하지 않았다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 이 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다.
한편, 연료 전지용 컨트롤러(10)가 임피던스 산출 요구를 출력했다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 교류 전위차 V1이 소정값보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S1002).
정극측 교류 전위차 V1이 소정값보다도 크다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 전원부(214)의 출력을 소정압만큼 낮추도록 정극측 전원부(214)를 제어한다(스텝 S1003). 이에 의해, 정극측 전압 센서(210)에 의해 검출되는 정극측 교류 전위차 V1이 낮아진다.
한편, 스텝 S1002에 있어서, 정극측 교류 전위차 V1이 소정값 이하라고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 교류 전위차 V1이 소정값보다도 작은지 여부를 판정한다(스텝 S1004). 그리고, 정극측 교류 전위차 V1이 소정값보다도 작다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 전원부(214)의 출력을 소정압만큼 높이도록 정극측 전원부(214)를 제어한다(스텝 S1006). 이에 의해, 정극측 전압 센서(210)에 의해 검출되는 정극측 교류 전위차 V1이 높아진다.
또한, 정극측 교류 전위차 V1이 소정값과 일치하고 있다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 정극측 전원부(214)의 출력을 유지하도록 정극측 전원부(214)를 제어한다(스텝 S1005). 이에 의해, 정극측 전압 센서(210)에 의해 검출되는 정극측 교류 전위차 V1이 유지된다.
계속해서, 임피던스 연산부(220)는 부극측 교류 전위차 V2가 소정값보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S1007). 부극측 교류 전위차 V2가 소정값보다도 크다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 부극측 전원부(216)의 출력을 소정압만큼 낮추도록 부극측 전원부(216)를 제어한다(스텝 S1008). 이에 의해, 부극측 전압 센서(212)에 의해 검출되는 부극측 교류 전위차 V2가 낮아진다.
한편, 스텝 S1007에 있어서, 부극측 교류 전위차 V2가 소정값 이하라고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 부극측 교류 전위차 V2가 소정값보다도 작은지 여부를 판정한다(스텝 S1009). 그리고, 부극측 교류 전위차 V2가 소정값보다도 작다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 부극측 전원부(216)의 출력을 소정압만큼 높이도록 부극측 전원부(216)를 제어한다(스텝 S1011). 이에 의해, 부극측 전압 센서(212)에 의해 검출되는 부극측 교류 전위차 V2가 높아진다.
또한, 부극측 교류 전위차 V2가 소정값과 일치하고 있다고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 부극측 전원부(216)의 출력을 유지하도록 부극측 전원부(216)를 제어한다(스텝 S1010). 이에 의해, 부극측 전압 센서(212)에 의해 검출되는 부극측 교류 전위차 V2가 유지된다.
계속해서, 임피던스 연산부(220)는 정극측 교류 전위차 V1 및 부극 교류 전위차 V2가 소정값인지 여부를 판정한다(스텝 S1012). 정극측 교류 전위차 V1 및 부극 교류 전위차 V2 중 적어도 한쪽이 소정값이 아니라고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 스텝 S1002로 복귀되고, 이제까지의 처리를 반복한다.
한편, 정극측 교류 전위차 V1 및 부극 교류 전위차 V2가 소정값이라고 판정한 경우에는, 임피던스 연산부(220)는 각 교류 전위차 V1, V2 및 각 교류 전류값 I1, I2에 기초하여, 정극측 임피던스 Z1(＝V1/I1)과, 부극측 임피던스 Z2(＝V2/I2)를 연산하고, 이들을 가산함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 Z＝(Z1＋Z2)를 연산한다(스텝 S1013).
그리고, 임피던스 연산부(220)는 연산한 연료 전지 스택(6)의 임피던스 Z를 연료 전지용 컨트롤러(10)에 출력하고, 이 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀된다. 또한, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 이와 같이 수취한 연료 전지 스택(6)의 임피던스 Z를 도시하지 않은 메모리에 저장한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)은 부하가 되는 구동 모터(2)[구동 인버터(3)를 포함함]에 접속되는 연료 전지 스택(6)(연료 전지)과, 연료 전지 스택(6)과 구동 인버터(3) 사이에 접속되고, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)(연료 전지용 컨버터)와, 구동 모터(2)에 대하여 연료 전지 스택(6)과 병렬로 접속되고, 연료 전지 스택(6)과는 다른 전력 공급원인 강전 배터리(20)(배터리)와, 연료 전지 스택(6)의 정극과 중간점 사이 및 연료 전지 스택(6)의 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치(200)와, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)를 바이패스하여 연료 전지 스택(6)과 구동 모터(2)[구동 인버터(3)]를 연결하는 전류 바이패스 경로 BR과, 전류 바이패스 경로 BR 상에 설치되고, 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 전류 바이패스 경로 BR을 전기적으로 차단하는 전류 차단부[다이오드(100)]를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)은 이와 같은 구성을 구비하고 있으므로, 이하와 같은 작용ㆍ효과를 발휘한다.
연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때(이하, 「임피던스 측정 시」라고 함)에는 전류 차단부에 의해 전류 바이패스 경로 BR을 전기적으로 차단하고 있기 때문에, 임피던스 측정 시에 전류 바이패스 경로 BR에 흐르는 전류가 저감한다. 그 때문에, 구동 모터(2)측에서 본 DC/DC 컨버터(5)의 임피던스를 상승시키고, 구동 모터(2)나 구동 인버터(3) 등으로부터 발생하는 통상의 노이즈를 저감할 수 있다.
한편, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하지 않은 경우(이하, 「임피던스 비측정 시」라고 함)에는 연료 전지 스택(6)의 출력 전류의 일부(장치 구성에 따라서는, 대부분의 출력 전류)는 전류 바이패스 경로 BR을 흐른다. 그 때문에, 전력 조정 시스템(1) 전체적인 임피던스를 저감할 수 있다.
본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)은 이와 같은 작용이 있으므로, 임피던스 측정 장치(200)를 사용하여 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 고정밀도로 측정할 수 있음과 함께, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 필요가 없는 경우에는, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압시키도록 구성된다. 이와 같이 구성함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 측정 시에는 구동 모터(2)측에서 본 DC/DC 컨버터(5)의 임피던스를 더욱 상승시키고, 구동 모터(2)나 구동 인버터(3) 등으로부터 발생하는 통상의 노이즈를 더 저감할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 측정 정밀도를 확보하면서, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는 전류 차단부[다이오드(100)]는 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)에 의해 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압하고 있는 경우에는, 구동 인버터(3)로부터 연료 전지 스택(6)으로의 전류의 흐름을 차단하도록 구성된다. 이와 같이 구성함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 측정 시에는, 구동 모터(2)측에서 본 DC/DC 컨버터(5)의 임피던스를 상승시키고, 구동 모터(2)나 구동 인버터(3) 등으로부터 발생하는 통상의 노이즈를 저감할 수 있다. 또한, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하지 않았을 때에는, DC/DC 컨버터(5)에 의해 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압하지 않으므로, 전류 바이패스 경로 BR을 흐르는 전류량을 증가시켜, DC/DC 컨버터(5)의 임피던스를 저감할 수 있다. 이에 의해, 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 측정 정밀도를 확보하면서, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는 전류 차단부는 다이오드(100)로 구성되면 된다. 이에 의해, 스위칭 소자 등의 능동 소자를 사용하지 않고, 저렴한 수동 소자만으로 전류 차단을 실현 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는 배터리(20)와 구동 인버터(3) 사이에 접속되고, 배터리(20)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)를 더 구비하고, 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)는 구동 인버터(3)의 입력 전압(DC 링크 전압)을 연료 전지 스택(6)의 출력 전압보다도 소정압(마진) β만큼 높은 전압으로 설정하도록 구성된다. 연료 전지 스택(6)의 임피던스 측정 시에, DC 링크 전압을 높게 설정함으로써, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)의 승압 동작을 행할 수 있다. 이에 의해, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류를 변화시키지 않고, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압시킬 수 있다. 즉, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 측정 시에, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류를 저하시키지 않아도 되므로, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 구성함으로써, 간단한 제어에 의해, 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 측정 정밀도를 확보하면서, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)에서는, 배터리(20)와 구동 인버터(3) 사이에 접속되고, 배터리(20)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)를 더 구비하고, 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)는 구동 인버터(3)의 입력 전압(DC 링크 전압)을 연료 전지 스택(6)의 출력 전압보다도 소정압(마진) β만큼 높게 설정하도록 구성된다. 이에 의해, 전력 조정 시스템(1)의 간단한 제어에 의해, 연료 전지 스택(6)의 출력 전류를 변화시키지 않고, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압시킬 수 있다. 이 경우, 구동 인버터(3)의 입력 전압(DC 링크 전압)을 높게 설정하는 대신에, 배터리(20)용 DC/DC 컨버터(8)는 DC/DC 컨버터(8)의 목표 전압(승압비)을 높게 설정해도 된다. 이에 의해, 상기의 효과에 더하여, 간단한 제어에 의해, 임피던스 측정 장치(200)의 임피던스 측정 정밀도를 확보하면서, 연료 전지 스택(6)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 전력 조정 시스템(1)의 제어 방법은 부하가 되는 구동 모터(2)[구동 인버터(3)를 포함함]에 접속되는 연료 전지 스택(6)(연료 전지)과, 연료 전지 스택(6)과 구동 인버터(3) 사이에 접속되고, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)(연료 전지용 컨버터)와, 구동 모터(2)에 대하여 연료 전지 스택(6)과 병렬로 접속되고, 연료 전지 스택(6)과는 다른 전력 공급원인 강전 배터리(20)(배터리)와, 연료 전지 스택(6)의 정극과 중간점 사이 및 연료 전지 스택(6)의 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치(200)와, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)를 바이패스하여 연료 전지 스택(6)과 구동 모터(2)[구동 인버터(3)]를 연결하는 전류 바이패스 경로 BR과, 전류 바이패스 경로 BR 상에 설치되고, 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정할 때에는, 전류 바이패스 경로 BR을 전기적으로 차단하는 전류 차단부[다이오드(100)]를 구비하는 전력 조정 시스템(1)에 있어서, 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터(5)에 의해, 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압하고, 교류 조정부(218)에 의해, 연료 전지 스택(6)의 정극 단자(6B)와 중도 단자(6C) 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지 스택(6)의 정극 단자(6B)로부터 중도 단자(6C)까지의 제1 임피던스 Z1을 측정하고, 교류 조정부(218)에 의해, 연료 전지 스택(6)의 중도 단자(6C)와 부극 단자(6A) 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 연료 전지 스택(6)의 중도 단자(6C)로부터 부극 단자(6A)까지의 제2 임피던스 Z2를 측정하고, 제1 임피던스 Z1 및 제2 임피던스 Z2를 가산함으로써, 연료 전지 스택(6)의 임피던스 Z를 측정하도록 구성된다. 전력 조정 시스템(1)의 제어 방법을 이와 같이 제어함으로써, 상술한 효과를 발휘할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정되는 취지는 아니다.
상술한 실시 형태에서는, 임피던스 측정 장치(200)는 그 내부에 임피던스 연산부(220)를 구비하고, 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 연산하도록 구성되어 있었다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 12의 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리의 스텝 S1012에서 교류 전위차 V1 및 V2가 소정값이 되었을 때, 이 교류 전위차 V1, V2와, 교류 전류 I1, I2를 연료 전지용 컨트롤러(10)에 출력하고, 연료 전지용 컨트롤러(10)가 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하도록 구성되어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 전력 조정 시스템(1)은 연료 전지 스택(6)의 습윤 상태가 발전 불량 상태에 도달한 경우에(FC 임피던스 산출 요구 처리의 스텝 S601에서 「예」), 연료 전지용 컨트롤러(10)가 임피던스 산출 요구를 임피던스 측정 장치(200)에 출력하고, 그것에 따라, 임피던스 측정 장치(200)가 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하도록 구성되어 있었다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 제한되지 않는다. 임피던스 측정 장치(200)는 임피던스 산출 요구의 유무에 관계없이, 소정 시간 간격으로 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정해도 되고, 혹은 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 상시 측정해도 된다. 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 상시 측정하는 경우, 임피던스 연산부(220)는, 상술한 바와 같이 아날로그 연산 IC를 사용한 아날로그 연산 회로로 실현되면 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리의 스텝 S1012에 있어서, 임피던스 측정 장치(200)는 정극측 교류 전위차 V1과 부극측 교류 전위차 V2의 양쪽이 소정값이 될 때까지 스텝 S1002로부터의 처리를 반복하도록 구성하고 있었다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 제한되지 않는다. 정극측 교류 전위차 V1과 부극측 교류 전위차 V2 중 어느 것이 소정값이 되지 않았다고 판정한 경우, 임피던스 측정 장치(200)는 이 AC 브리지에서의 임피던스 연산 처리를 종료하고, 메인 처리 플로우로 복귀되고, 차회의 메인 처리 플로우의 실행 시에, 동일한 처리를 행하도록 구성해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 임피던스 측정 장치(200)에 의해 연료 전지 스택(6)의 임피던스를 측정하지 않은 경우에는, 연료 전지용 컨트롤러(10)는 다상 컨버터(5)에 의한 승압을 행하지 않고, 전류 바이패스 경로 BR을 흐르는 전류량을 증가시키도록 구성되어 있었다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 제한되지 않는다. 구동 모터(2)의 부하 요구에 따라, 필요가 있다면, 임피던스 비측정 시에 있어서도, 다상 컨버터(5)에 의한 승압을 행해도 된다.
상술한 실시 형태에서는 연료 전지 스택(6)의 출력 전압을 승압시키기 위한 DC/DC 컨버터로서 다상 컨버터(5)를 사용한 경우를 설명했지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 연료 전지 스택(6)용 DC/DC 컨버터로서 DC/DC 컨버터(8)와 같은 단상의 컨버터가 사용되어도 된다.
또한, 그것과는 반대로, 배터리(20)의 출력 전압을 승압시키기 위한 DC/DC 컨버터(8)가 다상 컨버터로 구성되어도 된다.

Claims (7)

  1. 부하에 접속되는 연료 전지와,
    상기 연료 전지와 상기 부하 사이에 접속되고, 해당 연료 전지의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지용 컨버터와,
    상기 부하에 대하여 상기 연료 전지와 병렬로 접속되고, 상기 연료 전지와는 다른 전력 공급원인 배터리와,
    상기 연료 전지의 정극과 중간점 사이 및 해당 연료 전지의 상기 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 상기 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치와,
    상기 연료 전지용 컨버터를 바이패스하여 상기 연료 전지와 상기 부하를 연결하는 전류 바이패스 경로와,
    상기 전류 바이패스 경로 상에 설치되고, 상기 임피던스 측정 장치에 의해 상기 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 상기 전류 바이패스 경로를 전기적으로 차단하는 전류 차단부
    를 구비하는 전력 조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 측정 장치에 의해 상기 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 연료 전지용 컨버터는 상기 연료 전지의 출력 전압을 승압시키는,
    전력 조정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류 차단부는 연료 전지용 컨버터에 의해 상기 연료 전지의 출력 전압을 승압하고 있는 경우에는, 상기 부하로부터 상기 연료 전지로의 전류의 흐름을 차단하는,
    전력 조정 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류 차단부는 다이오드로 구성되는,
    전력 조정 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배터리와 상기 부하 사이에 접속되고, 해당 배터리의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 배터리용 컨버터를 더 구비하고,
    상기 임피던스 측정 장치에 의해 상기 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 상기 배터리용 컨버터는 상기 부하측의 전압을 상기 연료 전지의 출력 전압보다도 높은 전압으로 설정하는,
    전력 조정 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배터리와 상기 부하 사이에 접속되고, 해당 배터리의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 배터리용 컨버터를 더 구비하고,
    상기 임피던스 측정 장치에 의해 상기 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 상기 배터리용 컨버터는 해당 배터리 컨버터의 목표 전압을 상기 연료 전지의 출력 전압보다도 높게 설정하는,
    전력 조정 시스템.
  7. 부하에 접속되는 연료 전지와,
    상기 연료 전지와 상기 부하 사이에 접속되고, 해당 연료 전지의 출력 전압을 소정의 요구 전압비로 변환하는 연료 전지용 컨버터와,
    상기 부하에 대하여 상기 연료 전지와 병렬로 접속되고, 상기 연료 전지와는 다른 전력 공급원인 배터리와,
    상기 연료 전지의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 장치와,
    상기 연료 전지용 컨버터를 바이패스하여 상기 연료 전지와 상기 부하를 연결하는 전류 바이패스 경로와,
    상기 전류 바이패스 경로 상에 설치되고, 상기 임피던스 측정 장치에 의해 상기 연료 전지의 임피던스를 측정할 때에는, 상기 전류 바이패스 경로를 전기적으로 차단하는 전류 차단부를 구비하는 전력 조정 시스템의 제어 방법이며,
    상기 연료 전지용 컨버터에 의해, 상기 연료 전지의 출력 전압을 승압하는 스텝과,
    상기 연료 전지의 정극과 중간점 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 상기 연료 전지의 정극으로부터 중간점까지의 제1 임피던스를 측정하는 스텝과,
    상기 연료 전지의 상기 중간점과 부극 사이에 교류 전류를 출력함으로써, 상기 연료 전지의 중간점으로부터 부극까지의 제2 임피던스를 측정하는 스텝과,
    상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 가산함으로써, 상기 연료 전지의 임피던스를 측정하는 스텝
    을 포함하는 전력 조정 시스템의 제어 방법.
KR1020177035742A 2015-05-21 2015-05-21 전력 조정 시스템 및 그 제어 방법 KR101860697B1 (ko)

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10032508B1 (en) * 2016-12-30 2018-07-24 Intel Corporation Method and apparatus for multi-level setback read for three dimensional crosspoint memory
JP6995635B2 (ja) * 2018-01-15 2022-02-04 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム
JP6973184B2 (ja) * 2018-03-05 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP7151686B2 (ja) * 2019-10-15 2022-10-12 トヨタ自動車株式会社 電力変換器の制御装置及び燃料電池システム
US11872909B2 (en) * 2021-07-29 2024-01-16 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring a fuel cell
KR20230072921A (ko) * 2021-11-18 2023-05-25 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 임피던스 측정 장치 및 그 방법
CN114725448B (zh) * 2022-04-11 2023-08-18 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池系统加载功率的控制方法、装置及电子设备
CN117175765A (zh) * 2023-09-01 2023-12-05 青岛天盈华智科技有限公司 一种太阳能控制器、控制方法及光伏控制系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0291319A (ja) * 1988-09-29 1990-03-30 Pub Works Res Inst Ministry Of Constr 軽量気泡コンクリートおよびそれを利用した盛土工法
JP2008091319A (ja) 2006-09-04 2008-04-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2008143112A1 (ja) * 2007-05-10 2008-11-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム
JP2009001319A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Nikken Build:Kk ロール体用パレット
JP2010169527A (ja) * 2009-01-22 2010-08-05 Olympus Corp 燃料電池の内部インピーダンスの周波数特性測定方法及び測定装置
KR20100121354A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 삼성전자주식회사 연료 전지의 열화를 진단하는 방법 및 장치
JP2011216429A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4821187B2 (ja) * 2005-06-30 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
WO2014057868A1 (ja) * 2012-10-09 2014-04-17 日産自動車株式会社 積層電池のインピーダンス測定装置
JP2014235781A (ja) * 2013-05-30 2014-12-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2014235780A (ja) * 2013-05-30 2014-12-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2015035840A (ja) * 2013-08-07 2015-02-19 スズキ株式会社 燃料電池車両
JP2015088238A (ja) * 2013-10-28 2015-05-07 日産自動車株式会社 燃料電池の電力調整システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7932634B2 (en) * 2003-03-05 2011-04-26 The Gillette Company Fuel cell hybrid power supply
JP4895023B2 (ja) * 2007-02-14 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5708658B2 (ja) 2010-12-10 2015-04-30 日産自動車株式会社 積層電池の内部抵抗測定装置及び内部抵抗測定方法
ES2537613T3 (es) * 2011-06-01 2015-06-10 Belenos Clean Power Holding Ag Procedimiento de gestión del funcionamiento de un sistema híbrido
JP5817472B2 (ja) * 2011-11-28 2015-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0291319A (ja) * 1988-09-29 1990-03-30 Pub Works Res Inst Ministry Of Constr 軽量気泡コンクリートおよびそれを利用した盛土工法
US20110300461A1 (en) * 2005-06-30 2011-12-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP4821187B2 (ja) * 2005-06-30 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2008091319A (ja) 2006-09-04 2008-04-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2008143112A1 (ja) * 2007-05-10 2008-11-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム
JP2009001319A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Nikken Build:Kk ロール体用パレット
JP2010169527A (ja) * 2009-01-22 2010-08-05 Olympus Corp 燃料電池の内部インピーダンスの周波数特性測定方法及び測定装置
KR20100121354A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 삼성전자주식회사 연료 전지의 열화를 진단하는 방법 및 장치
JP2011216429A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2014057868A1 (ja) * 2012-10-09 2014-04-17 日産自動車株式会社 積層電池のインピーダンス測定装置
JP2014235781A (ja) * 2013-05-30 2014-12-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2014235780A (ja) * 2013-05-30 2014-12-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2015035840A (ja) * 2013-08-07 2015-02-19 スズキ株式会社 燃料電池車両
JP2015088238A (ja) * 2013-10-28 2015-05-07 日産自動車株式会社 燃料電池の電力調整システム

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