JP2007159315A - Multiple phase converter, hybrid fuel cell system, and power supply control method - Google Patents

Multiple phase converter, hybrid fuel cell system, and power supply control method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multiple phase converter capable of increasing passing current amperage as much as possible, corresponding to a state of a system. <P>SOLUTION: The multiple phase voltage converter (2) comprises a plurality of phases (P1 to P3) capable of independently changing objective control volume (IL), a detector (Si) detecting the state of each phase, and a control unit (200) supplying a control signal to specify the objective control volume relative to each phase. Control signals (MUP, MUN, GUN, GUP) correcting the objective control volume for each phase are supplied, based on the state of each phase detected by the detector (Si). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ハイブリッド燃料電池システムに係り、特にコンバータ（電圧変換器）の効率を高めることが可能な燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a hybrid fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of increasing the efficiency of a converter (voltage converter).

ハイブリッド燃料電池システムでは、出力電圧の異なる燃料電池とバッテリとの間に高圧コンバータを介挿させ、電圧を変換させることにより、電力源を相互に接続している。従来の高圧コンバータとして、分割された複数の相でそれぞれ電圧変換することにより変換効率を上げた多相コンバータがあった。   In a hybrid fuel cell system, power sources are connected to each other by inserting a high voltage converter between a fuel cell and a battery having different output voltages and converting the voltage. As a conventional high-voltage converter, there has been a multiphase converter in which conversion efficiency is increased by performing voltage conversion in each of a plurality of divided phases.

例えば、特開２００４−３５７３８８号公報には、低圧側電圧をｎ倍にして昇圧して高圧側出力を得る機能と、高圧電圧を１／ｎ倍に降圧して低圧側出力を得る機能とを備えたチョッパ式昇降圧コンバータにおいて、ｎに最も近い整数Ｎ’の整数倍を相数として、並列接続されたＮ個の昇降圧チョッパを組み合わせてＮ相Ｎ重とし、各相に流れる電流を２π／Ｎずつ位相をずらして流すように制御する昇降圧コンバータが記載されている（特許文献１）。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-357388 has a function of obtaining a high voltage side output by boosting the low voltage side voltage by n times and a function of obtaining a low voltage side output by reducing the high voltage voltage by 1 / n times. In the provided chopper type buck-boost converter, an integer multiple of an integer N ′ closest to n is used as the number of phases, and N buck-boost choppers connected in parallel are combined to form N-phase N-fold, and the current flowing through each phase is 2π A step-up / step-down converter is described which controls the flow so that the phase is shifted by / N (Patent Document 1).

コンバータの制御方法としては、例えば、特開平５−２８４７３７号公報には、単相コンバータにおいて、内部素子温度を温度スイッチで検出し、内部素子温度の上昇時には負荷電流を一時的に強制低下させて内部素子の自己発熱と共に温度上昇を確実に抑えるようにしたＤＣ−ＤＣコンバータが記載されている（特許文献２）。   As a converter control method, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-284737, in a single-phase converter, the internal element temperature is detected by a temperature switch, and when the internal element temperature rises, the load current is temporarily forcibly reduced. A DC-DC converter is described in which the temperature rise is reliably suppressed along with self-heating of internal elements (Patent Document 2).

特開平６−１４１５３５号公報にも同様の技術が記載されている。この技術は、多出力を有するＤＣ／ＤＣコンバータの各出力に個別に制御可能な出力停止部を設け、温度センサの過熱信号によって個別の出力停止機能に対して優先順位をつけた出力停止制御を行う出力制御回路を備えることにより、発熱部品の温度上昇による破壊を防止すると同時に、出力を保持したい出力電圧については、優先順位の設定によって継続して出力の保持ができるようにしたものである（特許文献３）。
特開２００４−３５７３８８号公報 特開平５−２８４７３７号公報 特開平６−１４１５３５号公報（段落０００８） Japanese Patent Laid-Open No. 6-141535 discloses a similar technique. This technology provides an output stop unit that can be controlled individually for each output of a DC / DC converter having multiple outputs, and performs output stop control that gives priority to individual output stop functions by the overheat signal of the temperature sensor. By providing the output control circuit to perform, it is possible to prevent the heat-generating component from being destroyed due to a temperature rise, and at the same time, the output voltage for which the output is desired to be retained can be retained continuously by setting the priority ( Patent Document 3).
JP 2004-357388 A JP-A-5-284737 JP-A-6-141535 (paragraph 0008)

しかしながら、上記従来の技術では、複数の相から構成されるコンバータにといて、素子温度が上昇した場合に発電能力を低下させずに対応する方法が提示されていなかった。例えば、特許文献２の方法では、一つの温度スイッチにおいて内部素子温度の上昇が検出された場合、総てのシステムで負荷電流が制限されてしまうため、パワー不足になる可能性があった。特に、自動車のシステムにこのコンバータを搭載した場合には、高負荷が長時間に亘って要求されることが多く、このような高負荷時に一つの内部素子温度の上昇のみで負荷電流を制限してしまうと、パワー不足に陥るため好ましくない。   However, in the above-described conventional technology, there has not been presented a method for dealing with a converter composed of a plurality of phases without lowering the power generation capacity when the element temperature rises. For example, in the method of Patent Document 2, when an increase in the internal element temperature is detected in one temperature switch, the load current is limited in all systems, which may cause power shortage. In particular, when this converter is installed in an automobile system, a high load is often required for a long time. At such a high load, the load current is limited only by a rise in the temperature of one internal element. If this happens, the power will be insufficient.

また、特許文献３に記載の方法は、多数の独立した出力を備えるコンバータに適用されるものであり、内部回路は複数相で構成されながらも、全体としては一つの入力端子と一つの出力端子を備える多相コンバータに適用することができない。   The method described in Patent Document 3 is applied to a converter having a large number of independent outputs, and the internal circuit is composed of a plurality of phases, but as a whole one input terminal and one output terminal. It cannot be applied to a polyphase converter provided with

そこで本発明は、システムの状態に応じて可能な限り通過電流量を大きくすることのできる多相コンバータを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a multiphase converter that can increase the amount of passing current as much as possible according to the state of the system.

上記課題を解決するために、本発明の多相コンバータは、複数相を備え相ごとに制御対象量が制御可能に構成された多相コンバータであって、各相の状態に基づいて相ごとに制御対象量が補正されること、を特徴とする。   In order to solve the above problems, the multiphase converter of the present invention is a multiphase converter having a plurality of phases and configured to control the control target amount for each phase, and for each phase based on the state of each phase. The control target amount is corrected.

すなわち、本発明の多相コンバータは、電圧を変換する多相コンバータであって、独立して制御対象量を変更可能な複数の相と、各相の状態を検出する検出装置と、各相に対する制御対象量を規定する制御信号を供給する制御部と、を備え、検出装置によって検出された各相の状態に基づいて、相ごとに制御対象量を補正する制御信号が供給されること、を特徴とする。   That is, the multi-phase converter of the present invention is a multi-phase converter that converts voltage, a plurality of phases that can independently change the amount of control, a detection device that detects the state of each phase, and a phase for each phase A control unit that supplies a control signal that defines a control target amount, and a control signal that corrects the control target amount for each phase is supplied based on the state of each phase detected by the detection device. Features.

また、本発明の多相コンバータの電源制御方法は、複数相を備え、相ごとに制御対象量が制御可能に構成された多相コンバータの電源制御方法であって、各相の状態を検出するステップと、検出された各相の状態に基づいて、各相における制御対象量の総計が維持されるように相ごとに制御対象量を分配して補正するステップと、を備えたことを特徴とする。   In addition, the power control method for a multiphase converter according to the present invention is a power control method for a multiphase converter that includes a plurality of phases and is configured such that a control target amount can be controlled for each phase, and detects the state of each phase. And a step of distributing and correcting the control target amount for each phase so that the total of the control target amount in each phase is maintained based on the detected state of each phase. To do.

多相コンバータのいずれかの相の状態が好ましくないと判断される場合に、コンバータ全体の出力を停止したのでは、正常に動作している相の運転も同時に停止させることになるため、一定以上の出力が要求されている場合には好ましくない事態が生じうる。この点、本願発明によれば、各相の状態に基づき、制御対象量が変化するのみであるため、いずれかの相にのみ異常が発生した場合でも制御対象量の補正で対応することができ、出力低下を最小限にすることができる。   If it is determined that the state of any phase of the multi-phase converter is not preferable, stopping the output of the entire converter will also stop the operation of the normally operating phase at the same time. An unfavorable situation may occur when the output is required. In this regard, according to the present invention, since the control target amount only changes based on the state of each phase, even when an abnormality occurs only in one of the phases, the control target amount can be corrected. The output drop can be minimized.

ここで、「制御対象量」は、制御されることになる出力、つまり被制御量であって、例えば、各相を通過する電流量である。電流量の他に、電力量、または、それに相当する物理量として把握することも可能である。   Here, the “control target amount” is an output to be controlled, that is, a controlled amount, for example, a current amount passing through each phase. In addition to the amount of current, it can also be grasped as an amount of power or a physical amount corresponding to it.

また、「各相の状態」とは、運転が正常に行われているか否かを示す物理量や推定値であって、例えば、相ごとの温度である。各相の状態を温度とする場合、この温度に対応して設定された通過電流許容値に応じて、対応する相を通過する電流値を制限させることが好ましい。素子の過熱状態を防止するために相ごとにその温度を把握することは好ましく、温度に対応して通過させることが可能な電流許容値が設定することができるからである。この構成によれば、この通過電流許容に応じて電流量が制限されるので、素子に流れる電流が過熱状態となることを防止することが可能である。   The “state of each phase” is a physical quantity or an estimated value indicating whether or not the operation is normally performed, for example, a temperature for each phase. When the state of each phase is a temperature, it is preferable to limit the current value passing through the corresponding phase according to the allowable passing current value corresponding to the temperature. In order to prevent the element from being overheated, it is preferable to grasp the temperature for each phase, and an allowable current value that can be passed in accordance with the temperature can be set. According to this configuration, since the amount of current is limited according to the allowable passing current, it is possible to prevent the current flowing through the element from being overheated.

ここで、いずれかの相の状態が異常であることを示している場合には、その相の運転を停止させることは好ましい。この構成においても、運転を停止させるのは状態が異常である相のみであるため、コンバータ全体における出力の低下を最小限にさせることができるからである。   Here, when the state of one of the phases indicates an abnormality, it is preferable to stop the operation of that phase. Also in this configuration, the operation is stopped only for the phase in which the state is abnormal, so that the output reduction in the entire converter can be minimized.

ここで、いずれかの相の制御対象量が制限されている場合には、負荷量を、制御対象量に対応させて制限することが可能である。事情が許す場合には、本発明によって、相の制御対象量が変化し、制限されている場合に、負荷量をそれに対応して制限することによって、出力不足となることを解消可能だからある。   Here, when the control target amount of any phase is limited, the load amount can be limited in correspondence with the control target amount. When circumstances allow, according to the present invention, when the control target amount of the phase changes and is limited, it is possible to solve the shortage of output by limiting the load amount correspondingly.

具体的に、本発明は、電圧を変換する多相コンバータであって、スイッチング素子で構成され、独立して通過電流量を変更可能な複数の相と、各相における該スイッチング素子の温度を検出する検出装置と、各相の該スイッチング素子に独立して制御信号を供給する制御部と、を備える。そして、検出装置によって検出された各相の温度と、温度に対応して設定された通過電流許容値とに基づいて、スイッチング素子に対する制御信号を変化させて、相ごとの通過電流量が変更されること、を特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の温度に基づいて通過電流許容値内に収まるようにスイッチング素子が制御されるので、温度上昇に伴う出力制限を最小限にすることができる。   Specifically, the present invention is a multi-phase converter that converts voltage, and includes a plurality of phases that are configured by switching elements and can independently change the amount of passing current, and the temperature of the switching elements in each phase is detected. And a control unit that supplies a control signal to each switching element of each phase independently. Based on the temperature of each phase detected by the detection device and the allowable passing current value corresponding to the temperature, the control signal for the switching element is changed to change the passing current amount for each phase. It is characterized by. According to this configuration, since the switching element is controlled so as to be within the allowable passing current value based on the temperature of the switching element, it is possible to minimize the output limitation due to the temperature rise.

本発明は、本発明の多相コンバータが燃料電池とバッテリとの間に設けられているハイブリッド燃料電池システムでもある。例えば、自動車、船舶、航空機等に搭載される燃料電池システムである。   The present invention is also a hybrid fuel cell system in which the multiphase converter of the present invention is provided between a fuel cell and a battery. For example, it is a fuel cell system mounted on an automobile, a ship, an aircraft, or the like.

本発明によれば、多相コンバータを構成する各相の状態に基づき、制御対象量が補正されるのみであるため、いずれかの相にのみ異常が発生した場合でも制御対象量の補正で対応することができ、出力低下を最小限にすることができる。   According to the present invention, since the control target amount is only corrected based on the state of each phase constituting the multiphase converter, even if an abnormality occurs only in one of the phases, the control target amount can be corrected. Output reduction can be minimized.

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施形態は、電気自動車に搭載するハイブリッド燃料電池システムに本発明の多相コンバータを適用したものである。
（実施形態１）
この実施形態１は、多相コンバータにおいて、各相の温度に基づいて相ごとに電流量が補正されるようにした構成に関する。
図１に、本ハイブリッド燃料電池システム１００のシステム全体図を示す。
図１に示すように、ハイブリッド燃料電池システム１００は、電源制御部１、本発明の多相コンバータに係るコンバータ２、コンバータ２の一次側１０に設けられる、バッテリ１２、バッテリコンピュータ１４及び平滑用コンデンサ１８、並びにコンバータ２の二次側２０に設けられる、平滑用コンデンサ２２、燃料電池２６、逆流防止ダイオード２８、インバータ３０、及びインバータ４２を備えて構成される。インバータ３０は、さらにトラクションモータ３２に電気的に接続され、トラクションモータ３２は機械的にディファレンシャル３４に連結され、トルクがシャフト３６を介して車輪４０ｒ及び４０ｌに伝達されるようになっている。シャフト３６には、車輪速センサ３６が設けられている。インバータ４２は、補機類４４に電気的に接続されている。なお、補機類４４は、燃料電池２６の燃料ガス制御を行うため等に用いられる、コンプレッサ、冷却液モータ、水素ポンプ、エアーコンディショナー等の総称である。 Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In the embodiment of the present invention, the multiphase converter of the present invention is applied to a hybrid fuel cell system mounted on an electric vehicle.
(Embodiment 1)
Embodiment 1 relates to a configuration in which a current amount is corrected for each phase based on the temperature of each phase in a multiphase converter.
FIG. 1 shows an overall system diagram of the present hybrid fuel cell system 100.
As shown in FIG. 1, a hybrid fuel cell system 100 includes a power supply control unit 1, a converter 2 according to the multiphase converter of the present invention, a battery 12, a battery computer 14, and a smoothing capacitor provided on the primary side 10 of the converter 2. 18 and a smoothing capacitor 22, a fuel cell 26, a backflow prevention diode 28, an inverter 30, and an inverter 42 provided on the secondary side 20 of the converter 2. The inverter 30 is further electrically connected to a traction motor 32. The traction motor 32 is mechanically coupled to a differential 34, and torque is transmitted to wheels 40r and 40l via a shaft 36. A wheel speed sensor 36 is provided on the shaft 36. The inverter 42 is electrically connected to the auxiliary machinery 44. The auxiliary machinery 44 is a general term for a compressor, a coolant motor, a hydrogen pump, an air conditioner, and the like used for performing fuel gas control of the fuel cell 26 and the like.

コンバータ２の一次側１０の構成から説明する。
バッテリ１２は、補助電源であり、充放電可能な二次電池である。一例としては、ニッケルー水素電池等、様々な種類の二次電池を用いることができる。二次電池の代わりに、充放電が可能な蓄電装置、例えばキャパシタを用いることが可能である。バッテリ１２は、一定電圧で発電するバッテリーユニットを複数積層し直列接続することによって高電圧を出力可能とすることができる。 The configuration of the primary side 10 of the converter 2 will be described.
The battery 12 is an auxiliary power source and is a rechargeable secondary battery. As an example, various types of secondary batteries such as a nickel-hydrogen battery can be used. Instead of the secondary battery, a chargeable / dischargeable power storage device such as a capacitor can be used. The battery 12 can output a high voltage by stacking a plurality of battery units that generate power at a constant voltage and connecting them in series.

バッテリコンピュータ１４は、バッテリ１２の出力端子に設けられており、電源制御部１と通信可能になっている。バッテリコンピュータ１４は、バッテリ１２の充電状態を監視し、バッテリが過充電や過放電に至らない適正な充電範囲内に維持するとともに、万が一バッテリに異常が生じた場合に安全を保つように保護動作をするようになっている。   The battery computer 14 is provided at the output terminal of the battery 12 and can communicate with the power supply control unit 1. The battery computer 14 monitors the state of charge of the battery 12, maintains the battery within an appropriate charge range that does not lead to overcharge or overdischarge, and protects the battery 12 so that it is safe in the event of an abnormality in the battery. It is supposed to do.

平滑用コンデンサ１８は、コンバータ２の一次側回路構成である一次アームから発生するスイッチングノイズ等のリップル成分を除去する大容量キャパシタである。この平滑用コンデンサは、コンバータ２の性能に応じて不要にすることも可能である。   The smoothing capacitor 18 is a large-capacitance capacitor that removes ripple components such as switching noise generated from the primary arm, which is the primary circuit configuration of the converter 2. The smoothing capacitor can be omitted depending on the performance of the converter 2.

なお、コンバータ２の一次側１０には、一次側電圧を測定する電圧センサ１６及び一次側電流を測定する電流センサ１５が設けられている。   Note that the primary side 10 of the converter 2 is provided with a voltage sensor 16 for measuring the primary side voltage and a current sensor 15 for measuring the primary side current.

次にコンバータ２の二次側２０の構成を説明する。
平滑用コンデンサ２２は、コンバータ２の二次側回路構成である二次アームから発生するスイッチングノイズ等のリップル成分を除去する大容量キャパシタである。この平滑用コンデンサは、コンバータ２の性能に応じて不要にすることも可能である。 Next, the configuration of the secondary side 20 of the converter 2 will be described.
The smoothing capacitor 22 is a large-capacity capacitor that removes ripple components such as switching noise generated from the secondary arm that is the secondary side circuit configuration of the converter 2. The smoothing capacitor can be omitted depending on the performance of the converter 2.

また、コンバータ２の二次側２０には、二次側電圧を測定する電圧センサ２３及び二次側電流を測定する電流センサ２４が設けられている。   Further, the secondary side 20 of the converter 2 is provided with a voltage sensor 23 for measuring the secondary side voltage and a current sensor 24 for measuring the secondary side current.

燃料電池２６は、主動力源であり、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電するための構造を備えている。高電圧出力を得るために、燃料電池２６は、各々が所定の電圧で発電する単位セルを、複数積層させたスタック構造とする。単位セルは、発電方式に応じて種々に構成することが可能である。高分子電解質型を用いる場合には、単位セルは、高分子電解質膜等をアノード極及びカソード極の二つの電極で狭み込んだＭＥＡという発電体と、当該発電体を狭持し、燃料ガスと酸化ガスとを供給するための流路構造を備える一対のセパレータとで構成される。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。その他、燃料電池の形態として、リン酸型、溶融炭酸塩型等を用いることが可能である。   The fuel cell 26 is a main power source and has a structure for generating electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In order to obtain a high voltage output, the fuel cell 26 has a stack structure in which a plurality of unit cells each generating power at a predetermined voltage are stacked. The unit cell can be variously configured according to the power generation method. In the case of using a polymer electrolyte type, the unit cell includes a power generator called MEA in which a polymer electrolyte membrane or the like is sandwiched between two electrodes, an anode electrode and a cathode electrode, and the power generator to hold the fuel gas. And a pair of separators provided with a flow path structure for supplying oxidizing gas. The anode electrode is provided with an anode electrode catalyst layer on the porous support layer, and the cathode electrode is provided with a cathode electrode catalyst layer on the porous support layer. In addition, as the form of the fuel cell, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, or the like can be used.

なお、燃料電池２６を運転させるためには、燃料電池に燃料ガス（水素ガス）を供給し、排出された燃料オフガスを処理するための燃料ガス系、燃料電池に酸化ガス（空気）を供給し、排出された酸化オフガスで燃料オフガスを希釈するための酸化ガス系、燃料電池を冷却するための冷却系等、配管、各種弁、強制流通手段で構成される構造が必要であるが、ここでは説明を省略する。補機類４４は、この強制流通手段の一部に相当している。   In order to operate the fuel cell 26, a fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel cell, a fuel gas system for processing the discharged fuel off-gas, and an oxidizing gas (air) is supplied to the fuel cell. , An oxidation gas system for diluting the fuel off-gas with the discharged oxidation off-gas, a cooling system for cooling the fuel cell, etc., and a structure composed of piping, various valves, and forced flow means are necessary. Description is omitted. The auxiliary machinery 44 corresponds to a part of this forced distribution means.

インバータ３０は、直流―交流変換器であり、コンバータ２の二次側２０の直流電流を互いの位相差が１２０度の三相交流に変換するようになっている。インバータ３０は、電源制御部１からのインバータ制御信号Ｃｉによって電流制御がされるようになっている。同じく、インバータ４２は、直流―交流変換器であり、コンバータ２の二次側２０の直流電流を互いの位相差が１２０度の三相交流に変換し、補機類４４に供給するようになっている。   The inverter 30 is a DC-AC converter, and converts a DC current on the secondary side 20 of the converter 2 into a three-phase AC having a phase difference of 120 degrees. The inverter 30 is current controlled by an inverter control signal Ci from the power supply control unit 1. Similarly, the inverter 42 is a DC-AC converter, which converts a DC current on the secondary side 20 of the converter 2 into a three-phase AC having a phase difference of 120 degrees and supplies the converted three-phase AC to the auxiliary equipment 44. ing.

トラクションモータ３２は、本電気自動車の主動力となるものであり、駆動時にはインバータ３０から供給された三相交流によりトルクを発生し、減速時には回生電力を発生するように構成されている。ディファレンシャル３４は機械的な減速装置であり、トラクションモータ３２のトルクを所定の回転数に減速して伝達し、タイヤ４０ｒ及び４０ｌが取り付けられたシャフト３６を回転させる。シャフト３６には車輪速センサ３８が設けてあり、車輪速パルスＳｒを電源制御部１に出力可能になっている。   The traction motor 32 is the main power of the electric vehicle, and is configured to generate torque by three-phase alternating current supplied from the inverter 30 during driving and to generate regenerative power during deceleration. The differential 34 is a mechanical speed reducer, which reduces the torque of the traction motor 32 to a predetermined rotational speed and transmits it, and rotates the shaft 36 to which the tires 40r and 40l are attached. A wheel speed sensor 38 is provided on the shaft 36, and wheel speed pulses Sr can be output to the power supply control unit 1.

電源制御部１は、電源制御用のコンピュータシステムであり、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３等を備えている。電源制御部１は、アクセル位置信号Ｓａやシフト位置信号Ｓｓ、車輪速センサ３８からの車輪速信号Ｓｒその他の各種センサからの信号を入力している。そして、運転状態に応じた燃料電池２６に対する要求発電量及びトラクションモータ３２におけるトルクを求めて、燃料電池２６、トラクションモータ３２、及びバッテリ１２の電力収支を計算し、コンバータ２やインバータ３０における損失を加算した電源の全体制御を行うようにプログラムされている。   The power control unit 1 is a computer system for power control, and includes, for example, a central processing unit (CPU) 101, a RAM 102, a ROM 103, and the like. The power supply control unit 1 inputs an accelerator position signal Sa, a shift position signal Ss, a wheel speed signal Sr from the wheel speed sensor 38, and other signals from various sensors. Then, the required power generation amount for the fuel cell 26 according to the operating state and the torque in the traction motor 32 are obtained, the power balance of the fuel cell 26, the traction motor 32, and the battery 12 is calculated, and the loss in the converter 2 and the inverter 30 is calculated. Programmed to perform overall control of the added power.

電源制御部１は、コンバータ２の二次側２０の電圧、すなわち燃料電池２６の端子間電圧を規定する電圧指令値Ｖｆｃｒを出力し、また多相構造を備えるコンバータ２における運転相数を規定する制御信号Ｃｐｈを出力するようになっている。   The power supply control unit 1 outputs a voltage on the secondary side 20 of the converter 2, that is, a voltage command value Vfcr that defines the voltage across the terminals of the fuel cell 26, and also defines the number of operating phases in the converter 2 having a multiphase structure. A control signal Cph is output.

次に、本発明の多相コンバータに相当するコンバータ２の構造について説明する。
コンバータ２は、一次側（バッテリ側）１０に入力された電力を、一次側１０と異なる電圧値に変換して二次側（燃料電池側）２０出力し、または、二次側２０に入力された電力を二次側２０とは異なる電圧値に変換して一次側１０に出力するよう構成された双方向電圧変換器である。 Next, the structure of the converter 2 corresponding to the multiphase converter of the present invention will be described.
The converter 2 converts the electric power input to the primary side (battery side) 10 into a voltage value different from that of the primary side 10 and outputs the secondary side (fuel cell side) 20, or is input to the secondary side 20. It is a bidirectional voltage converter configured to convert the electric power into a voltage value different from that of the secondary side 20 and output it to the primary side 10.

図１に示すように、本実施形態のコンバータ２は、三相構造の多相コンバータとしての構成を備えており、三相の相回路部Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３を備える。この他、コンバータ２は、各相回路部Ｐ１〜Ｐ３の運転を制御するコンバータ制御部２００を備えている。各相回路部Ｐ１〜Ｐ３は、コンバータ制御部２００から供給される制御信号のタイミングが互いにπ／３ずつずれているのみであり、互いに同一の回路構成をしている。このため、特に必要のある場合を除き、一つの相回路部Ｐを代表して説明することとする。   As shown in FIG. 1, the converter 2 of this embodiment has a configuration as a multiphase converter having a three-phase structure, and includes three-phase circuit units P1, P2, and P3. In addition, the converter 2 includes a converter control unit 200 that controls the operation of the phase circuit units P1 to P3. The phase circuit units P1 to P3 have the same circuit configuration as each other, except that the timings of the control signals supplied from the converter control unit 200 are shifted from each other by π / 3. For this reason, unless specifically required, one phase circuit portion P will be described as a representative.

相回路部Ｐは、一次側１０のアームであって、バッテリ１２間に接続される第１のアームと、二次側２０のアームであって、燃料電池２６のアノード極―カソード極間に接続される第２のアームと、第１及び第２のアームを連結するリアクトルＬとを備える。   The phase circuit portion P is an arm on the primary side 10, which is a first arm connected between the batteries 12 and an arm on the secondary side 20, and is connected between the anode electrode and the cathode electrode of the fuel cell 26. And a reactor L that connects the first and second arms.

第１のアームは、バッテリ１２の正極と負極との間に直列接続される二つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｔｒ１及びＴｒ２と、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ１と並列接続されるダイオードＤ１と、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ２と並列接続されるダイオードＤ２とを備える。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ１のコレクタはバッテリ１２の正極に、エミッタはノードＮ１に、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ１のベースには、コンバータ制御部２００からの制御信号ＭＵＰが供給されている。ダイオードＤ１は、アノードがノードＮ１に、カソードがＩＧＢＴ素子Ｔｒ１のコレクタに、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ２のコレクタはノードＮ１に、エミッタはバッテリ１２の負極に、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ２のベースには、コンバータ制御部２００からの制御信号ＭＵＮが供給されている。ダイオードＤ２は、アノードがＩＧＢＴ素子Ｔｒ２のエミッタに、カソードがノードＮ１にそれぞれ接続されている。   The first arm includes two IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) elements Tr1 and Tr2 connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the battery 12, a diode D1 connected in parallel with the IGBT element Tr1, and an IGBT element Tr2. And a diode D2 connected in parallel. The collector of the IGBT element Tr1 is connected to the positive electrode of the battery 12, and the emitter is connected to the node N1. A control signal MUP from the converter control unit 200 is supplied to the base of the IGBT element Tr1. The diode D1 has an anode connected to the node N1 and a cathode connected to the collector of the IGBT element Tr1. The collector of the IGBT element Tr2 is connected to the node N1, and the emitter is connected to the negative electrode of the battery 12. A control signal MUN from the converter control unit 200 is supplied to the base of the IGBT element Tr2. The diode D2 has an anode connected to the emitter of the IGBT element Tr2 and a cathode connected to the node N1.

第２のアームは、燃料電池２６のアノード極とカソード極との間に直列接続される二つのＩＧＢＴ素子Ｔｒ３及びＴｒ４と、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ３と並列接続されるダイオードＤ３と、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ４と並列接続されるダイオードＤ４とを備える。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ３のコレクタは燃料電池２６のアノード極に、エミッタはノードＮ２に、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ３のベースには、コンバータ制御部２００からの制御信号ＧＵＰが供給されている。ダイオードＤ３は、アノードがノードＮ２に、カソードがＩＧＢＴ素子Ｔｒ３のコレクタに、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ４のコレクタはノードＮ２に、エミッタはダイオード２８を介して燃料電池２６のカソード極に、それぞれ接続されている。ＩＧＢＴ素子Ｔｒ４のベースには、コンバータ制御部２００からの制御信号ＧＵＮが供給されている。ダイオードＤ４は、アノードがＩＧＢＴ素子Ｔｒ４のエミッタに、カソードがノードＮ２にそれぞれ接続されている。   The second arm includes two IGBT elements Tr3 and Tr4 connected in series between the anode and cathode of the fuel cell 26, a diode D3 connected in parallel with the IGBT element Tr3, and a parallel connection with the IGBT element Tr4. And a diode D4. The collector of the IGBT element Tr3 is connected to the anode electrode of the fuel cell 26, and the emitter is connected to the node N2. A control signal GUP from the converter control unit 200 is supplied to the base of the IGBT element Tr3. The diode D3 has an anode connected to the node N2 and a cathode connected to the collector of the IGBT element Tr3. The collector of the IGBT element Tr4 is connected to the node N2, and the emitter is connected to the cathode electrode of the fuel cell 26 via the diode 28. A control signal GUN from the converter control unit 200 is supplied to the base of the IGBT element Tr4. The diode D4 has an anode connected to the emitter of the IGBT element Tr4 and a cathode connected to the node N2.

リアクトルＬは、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続されている。リアクトルＬを流れる電流は、電流センサＳｉにより、検出信号ＩＬとして検出可能になっている。さらに、各相回路Ｐは、四つのＩＧＢＴ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４が共通の放熱板（図示しない）に接続され、その放熱板には温度センサＳｔが設けられており、各相回路Ｐにおける素子温度の相対値を検出信号Ｔとして出力可能になっている。この温度センサは、各ＩＧＢＴ素子に設けられていてもよい。   Reactor L is connected between nodes N1 and N2. The current flowing through the reactor L can be detected as a detection signal IL by the current sensor Si. Furthermore, each phase circuit P has four IGBT elements Tr1 to Tr4 connected to a common heat radiating plate (not shown), and the heat radiating plate is provided with a temperature sensor St. The relative value can be output as the detection signal T. This temperature sensor may be provided in each IGBT element.

コンバータ制御部２００は、図示しないがＣＰＵ部、バッファ、反転バッファ、デッドタイム生成部等により構成される専用コンピュータ装置となっている。ＣＰＵ部は、フィードバック演算、フィードフォワード演算、ＰＩＤ制御演算を行って、ＩＧＢＴ素子スイッチングの基準パルスを出力するように構成されている。また、バッファ、反転バッファは、タイミング調整のための遅延素子であり、相補的な制御信号ＭＵＰとＭＵＮ、ＧＵＰとＧＵＮがそれぞれ出力されるようになっている。   Although not shown, converter control unit 200 is a dedicated computer device that includes a CPU unit, a buffer, an inversion buffer, a dead time generation unit, and the like. The CPU unit is configured to perform a feedback calculation, a feedforward calculation, and a PID control calculation to output a reference pulse for IGBT element switching. The buffer and the inverting buffer are delay elements for timing adjustment, and complementary control signals MUP and MUN and GUP and GUN are output, respectively.

ここで、フィードバック演算用のパラメータとしては、電源制御部１からの電圧指令値Ｖｆｃｒ及び電圧センサ２３で検出されるインバータ電圧値ＶＩＮＶを入力している。フィードフォワード演算用のパラメータとしては、電圧指令値Ｖｆｃｒ及び電圧センサ１６で検出されるバッテリ電圧値ＶＢを入力している。デッドタイム補正演算用に電流センサＳｉで検出されたリアクトル電流値ＩＬ＿Ｐ１〜ＩＬ＿Ｐ３を各相別に入力している。   Here, the voltage command value Vfcr from the power supply control unit 1 and the inverter voltage value VINV detected by the voltage sensor 23 are input as parameters for feedback calculation. The voltage command value Vfcr and the battery voltage value VB detected by the voltage sensor 16 are input as parameters for the feedforward calculation. Reactor current values IL_P1 to IL_P3 detected by the current sensor Si are input for each phase for dead time correction calculation.

コンバータ制御部２００は、フィードバック処理として、電圧指令値Ｖｆｃｒとインバータ電圧値ＶＩＮＶの偏差ΔＶｆｃを演算し、この偏差ΔＶｆｃに対し、比例項を乗算するためのＰ動作演算と、微分処理をするＤ動作演算と、積分処理をするＩ動作演算とを並行して実行し、それらの和信号Ｖｆｃを出力する。また、フィードフォワード処理として、電圧指令値Ｖｆｃｒとバッテリ電圧値ＶＢにより、Ｖｆｃｒ／（Ｖｆｃｒ＋ＶＢ）を演算してこれを電圧値Ｖｆｃｒｅｑとして出力する。また、デッドタイム補正処理として、リアクトル電流値ＩＬに基づいて、充電状態であるか放電状態であるか均衡状態であるかを反転し、それぞれの状態に応じて必要されるデューティー比の補正値を選択付加する。そしてコンバータ制御部２００は、フィードバック処理による出力信号Ｖｆｃ、フィードフォワード処理による電圧値Ｖｆｃｒｅｑとデッドタイム補正値とを加算して、基準パルスを生成するのである。コンバータ制御部２００は、以上の構成により、各相回路部Ｐ１〜Ｐ３のＩＧＢＴ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれに基準パルスに基づいて各ＩＧＢＴ素子をスイッチングする、個別の制御信号ＭＵＰ＿Ｐ１〜ＭＵＰ＿Ｐ３、ＭＵＮ＿Ｐ１〜ＭＵＮ＿Ｐ３、ＧＵＰ＿Ｐ１〜ＧＵＰ＿Ｐ３、ＧＵＮ＿Ｐ１〜ＧＵＮ＿Ｐ３を出力するようになっている。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に対するＰＷＭ制御を行い、エネルギの充放電を制御するようになっている。   As feedback processing, converter control unit 200 calculates deviation ΔVfc between voltage command value Vfcr and inverter voltage value VINV, P operation calculation for multiplying this deviation ΔVfc by a proportional term, and D operation for performing differentiation processing. The calculation and the I operation calculation for integration are executed in parallel, and the sum signal Vfc is output. Further, as a feed forward process, Vfcr / (Vfcr + VB) is calculated from the voltage command value Vfcr and the battery voltage value VB, and this is output as a voltage value Vfcreq. Also, as a dead time correction process, based on the reactor current value IL, the charging state, the discharging state or the equilibrium state is reversed, and a duty ratio correction value required for each state is obtained. Select and add. Then, the converter control unit 200 adds the output signal Vfc by the feedback process, the voltage value Vfcreq by the feedforward process, and the dead time correction value to generate a reference pulse. With the above configuration, the converter control unit 200 switches the individual IGBT elements based on the reference pulse to the IGBT elements Tr1 to Tr4 of the phase circuit units P1 to P3, respectively. , GUP_P1 to GUP_P3, GUN_P1 to GUN_P3 are output. That is, PWM control is performed on the IGBT elements Tr1 to Tr4 to control charging / discharging of energy.

さらに、コンバータ制御部２００は、本発明に係る各相の状態に応じた制御処理のため、各相回路部Ｐ１〜Ｐ３の温度センサＳｔからの検出信号Ｔ＿Ｐ１〜Ｔ＿Ｐ３を入力している。コンバータ制御部２００は、各相回路部の温度に基づき、各相の運転を制御するようになっている。   Furthermore, converter control unit 200 receives detection signals T_P1 to T_P3 from temperature sensors St of phase circuit units P1 to P3 for control processing according to the state of each phase according to the present invention. Converter control unit 200 controls the operation of each phase based on the temperature of each phase circuit unit.

上記構成において、コンバータ２の一次側１０には、バッテリ１２から、例えば２００〜３００Ｖの電圧範囲の直流電圧が供給され、二次側２０には、燃料電池２６から、例えば２４０〜５００Ｖの電圧範囲の直流電圧が供給され、それぞれの電力需要に応じ、一次側１０から二次側２０への昇圧、または二次側２０から一次側１０への降圧が可能になっている。昇圧するか降圧するかは、その時の一次側電圧と二次側電圧によって定まる。一次側１０から二次側２０への放電、すなわち電流（電力）の供給か、二次側２０から一次側１０への充電、すなわち電流（電力）の供給かは、リアクトルＬを流れる電流の向きによって定まる。リアクトルＬを流れる電流（電力）の積分値が正であれば、一次側１０から二次側２０への放電であり、リアクトルＬを流れる電流（電力）の積分値が負であれば、二次側２０から一次側１０への充電であり、電流の流れが反転し続け積分値がほぼゼロであれば、充放電が無くほぼ電力が拮抗した状態となる。   In the above configuration, a DC voltage in a voltage range of 200 to 300 V, for example, is supplied from the battery 12 to the primary side 10 of the converter 2, and a voltage range of 240 to 500 V, for example, from the fuel cell 26 to the secondary side 20. DC voltage is supplied, and according to the respective power demands, it is possible to step up from the primary side 10 to the secondary side 20 or step down from the secondary side 20 to the primary side 10. Whether to step up or step down is determined by the primary side voltage and the secondary side voltage at that time. Whether discharge from the primary side 10 to the secondary side 20, that is, supply of current (power), or charge from the secondary side 20 to the primary side 10, that is, supply of current (power), is the direction of the current flowing through the reactor L It depends on. If the integral value of the current (power) flowing through the reactor L is positive, the discharge is from the primary side 10 to the secondary side 20, and if the integral value of the current (power) flowing through the reactor L is negative, the secondary If charging is performed from the side 20 to the primary side 10 and the flow of current continues to reverse and the integral value is substantially zero, there is no charge / discharge and the power is almost antagonized.

図３は、ＩＧＢＴ素子のスイッチング基準信号である基準パルスのデューティー比Ｄが５０％より小さい場合（Ｄ＜５０％）のリアクトル電流値ＩＬの変化を示している。図４は、ＩＧＢＴ素子の基準パルスのデューティー比Ｄが５０％より大きい場合（Ｄ＞５０％）のリアクトル電流値ＩＬの変化を示している。このように、基準パルスのデューティー比Ｄを変更することで、リアクトル電流値ＩＬを徐々に増やしたり減らしたりしていくことが可能である。基準パルスのデューティー比を一定値（例えば５０％）に維持させれば、放電（充電）電流を一定に維持することが可能である。放電と充電とを切り替えは、コンバータ制御部２００における基準パルスのデューティー比を変更することで実施される。例えば、充電状態である場合、デューティー比Ｄを上げて５０％より多くし、リアクトル電流値ＩＬを増加させ、積分値を負から正にすることで、充電から放電に切り替えることができる。逆に、放電状態である場合、デューティー比Ｄを下げて５０％より小さくし、リアクトル電流値ＩＬを減少させ、積分値を正から負にすることで、放電から充電に切り替えることができる。コンバータ制御部２００は、上下アームが共にオン状態となって短絡される危険性を回避するために、ＩＧＢＴ素子に対するオン制御信号の供給タイミングを遅らせるデッドタイム処理、すなわちスイッチング前に総てのＩＧＢＴ素子を一旦オフ状態とする処理を行っている。   FIG. 3 shows a change in the reactor current value IL when the duty ratio D of the reference pulse, which is a switching reference signal of the IGBT element, is smaller than 50% (D <50%). FIG. 4 shows a change in the reactor current value IL when the duty ratio D of the reference pulse of the IGBT element is larger than 50% (D> 50%). Thus, by changing the duty ratio D of the reference pulse, it is possible to gradually increase or decrease the reactor current value IL. If the duty ratio of the reference pulse is maintained at a constant value (for example, 50%), the discharge (charging) current can be maintained constant. Switching between discharging and charging is performed by changing the duty ratio of the reference pulse in converter control unit 200. For example, in the charged state, the duty ratio D is increased to more than 50%, the reactor current value IL is increased, and the integral value is changed from negative to positive, thereby switching from charging to discharging. On the contrary, in the discharge state, the duty ratio D is decreased to be smaller than 50%, the reactor current value IL is decreased, and the integral value is changed from positive to negative, so that switching from discharging to charging can be performed. In order to avoid the danger that the upper and lower arms are both turned on and short-circuited, converter control unit 200 performs dead time processing for delaying the supply timing of the ON control signal to the IGBT elements, that is, all IGBT elements before switching. Is temporarily turned off.

なお、基準パルスのデューティー比とリアクトル電流との関係は、誘導電圧Ｖが電流の変化率（＝ＬｄＩ／ｄｔ）に相関するため、コンバータの入出力電圧が変化しても大きく変わらない。図３及び図４は、コンバータの入力電圧と出力電圧が同じ程度の場合に成立する関係である。   Note that the relationship between the duty ratio of the reference pulse and the reactor current does not change greatly even if the input / output voltage of the converter changes because the induced voltage V correlates with the rate of change of current (= LdI / dt). 3 and 4 are relationships that are established when the input voltage and the output voltage of the converter are approximately the same.

コンバータ２における具体的な動作を説明する。
バッテリ１２からインバータ３０への放電時には、まずＩＧＢＴ素子Ｔｒ１及びＴｒ４がオン状態に制御され、リアクトルＬに一次側１０からエネルギが蓄積される。次に、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ１及びＴｒ４が共にオフ状態に制御されると、リアクトルＬに蓄積されていたエネルギがダイオードＤ２―リアクトルＬ―ダイオードＤ３という経路で放出され、コンバータ２の二次側２０に電流が供給される。 A specific operation in the converter 2 will be described.
When discharging from the battery 12 to the inverter 30, first, the IGBT elements Tr <b> 1 and Tr <b> 4 are controlled to be in an on state, and energy is accumulated in the reactor L from the primary side 10. Next, when both IGBT elements Tr1 and Tr4 are controlled to be in the OFF state, the energy stored in the reactor L is released through a path of diode D2-reactor L-diode D3, and current is supplied to the secondary side 20 of the converter 2. Is supplied.

インバータ３０からの回生電力のバッテリ１２への充電時には、まずＩＧＢＴ素子Ｔｒ２及びＴｒ３がオン状態に制御され、リアクトルＬに二次側２０からエネルギが蓄積される。次いで、ＩＧＢＴ素子Ｔｒ２及びＴｒ３が共にオフ状態に制御されると、リアクトルＬに蓄積されていたエネルギがダイオードＤ４―リアクトルＬ―ダイオードＤ１という経路で放出され、コンバータ２の一次側１０に電流が供給されるのである。   When charging the battery 12 with regenerative power from the inverter 30, the IGBT elements Tr <b> 2 and Tr <b> 3 are first controlled to be in an ON state, and energy is accumulated in the reactor L from the secondary side 20. Next, when the IGBT elements Tr2 and Tr3 are both controlled to be in the off state, the energy stored in the reactor L is released through a path of diode D4-reactor L-diode D1, and current is supplied to the primary side 10 of the converter 2. It is done.

次に、本発明の該当部分について説明する。
ＩＧＢＴ素子等のスイッチングトランジスタには、コレクタ−エミッタ間に流れる電流に対し、素子温度に応じて、通過電流許容値が設定されている。これ以上の電流が流れると、素子の破壊または寿命の低下、出力の低下をもたらすという安全上の臨界値である。これを表１に示す。

Figure 2007159315
Next, relevant portions of the present invention will be described.
In a switching transistor such as an IGBT element, a passing current allowable value is set according to the element temperature with respect to the current flowing between the collector and the emitter. When a current exceeding this value flows, it is a critical value for safety in that the element is destroyed or the lifetime is shortened and the output is decreased. This is shown in Table 1.
Figure 2007159315

本実施形態１のコンバータ２では、各相回路Ｐの状態、すなわち相ごとの温度に基づいて制御対象量である電流量が補正、すなわち表１に示されるような通過電流許容値以下となるように電力分配されるようになっている。コンバータ制御部２００は、表１に示すようなＩＧＢＴ素子の通過電流許容値をデータテーブルの形式で内部のＲＯＭに格納し、または、通過電流許容値を所定の関数により求めることができるようになっている。   In the converter 2 of the first embodiment, the amount of current, which is the amount to be controlled, is corrected based on the state of each phase circuit P, that is, the temperature of each phase, that is, the passing current allowable value or less as shown in Table 1 It is designed to distribute power. Converter control unit 200 can store the allowable passing current value of the IGBT element as shown in Table 1 in the internal ROM in the form of a data table, or can determine the allowable passing current value by a predetermined function. ing.

図２のフローチャートに基づいて、コンバータ制御部２００で実施される処理を説明する。
まず、各相回路部Ｐの温度センサＳｔから供給された検出信号Ｓｔを参照して各相のＩＧＢＴ素子が取り付けられている放熱板の温度、すなわち素子温度Ｔが計測される（Ｓ１）。各相の四つのＩＧＢＴ素子それぞれに温度センサを設ける場合には、四つのＩＧＢＴ素子それぞれについて計測された温度の平均値が算出され、または、最高温度が抽出される。 Based on the flowchart of FIG. 2, processing performed by the converter control unit 200 will be described.
First, with reference to the detection signal St supplied from the temperature sensor St of each phase circuit part P, the temperature of the heat sink to which the IGBT element of each phase is attached, that is, the element temperature T is measured (S1). When providing a temperature sensor for each of the four IGBT elements of each phase, an average value of the temperatures measured for each of the four IGBT elements is calculated, or the maximum temperature is extracted.

次いで表１に示すような通過電流許容値のデータテーブルが参照され、計測された素子温度における通過電流許容値Ｉｍａｘが取得される（Ｓ２）。関数により通過電流許容値を求める場合には、その関数に、計測された素子温度Ｔを代入して答えを演算する。   Next, a data table of allowable passing current values as shown in Table 1 is referred to obtain an allowable passing current value Imax at the measured element temperature (S2). When the allowable passing current value is obtained by a function, the answer is calculated by substituting the measured element temperature T into the function.

同時に、電流センサＳｉから供給されている検出信号Ｓｉを参照して、現在その相回路部Ｐを流れているリアクトル電流ＩＬを取得する（Ｓ３）。リアクトル電流ＩＬは、ＩＧＢＴ素子のスイッチングタイミングに応じて、図３または図４のように変動するものであるため、スイッチングパルスの一周期等の一定期間中に絶対値が最大になったリアクトル電流ＩＬを記録することが考えられる。   At the same time, referring to the detection signal Si supplied from the current sensor Si, the reactor current IL currently flowing through the phase circuit portion P is acquired (S3). Reactor current IL varies as shown in FIG. 3 or FIG. 4 according to the switching timing of the IGBT element. Therefore, reactor current IL whose absolute value has become maximum during a certain period such as one cycle of a switching pulse. Can be recorded.

そして、その相のリアクトル電流ＩＬが通過電流許容値Ｉｍａｘ以上に達しているか否かが計算される（Ｓ４）。もしもその相のリアクトル電流ＩＬが通過電流許容値Ｉｍａｘ以上となっていたら（Ｓ４：ＹＥＳ）、通過電流許容値Ｉｍａｘ以上の電流がその相のＩＧＢＴ素子を破損させるおそれがある。そこで、その相の電流削減が必要と判断して、現在のリアクトル電流ＩＬが通過電流許容値Ｉｍａｘから超越している差分を電流削減必要量ΔＩとして計算する（Ｓ５）。リアクトル電流ＩＬが通過電流許容値Ｉｍａｘより少ない場合には（Ｓ４：ＮＯ）、動作上問題が無いため、特に何もしない。   Then, it is calculated whether or not the reactor current IL of the phase has reached the passage current allowable value Imax or more (S4). If the reactor current IL of that phase is equal to or greater than the allowable passing current value Imax (S4: YES), the current exceeding the allowable current value of Imax may damage the IGBT element of that phase. Therefore, it is determined that the current in the phase needs to be reduced, and a difference in which the current reactor current IL exceeds the allowable passing current value Imax is calculated as a current reduction required amount ΔI (S5). When the reactor current IL is smaller than the allowable passing current value Imax (S4: NO), nothing is done because there is no problem in operation.

計測すべき相が残っている限り（Ｓ６：ＮＯ）、相毎に以上の処理（Ｓ１〜Ｓ５）を行い、総ての相についての計測が終了したら（Ｓ６：ＹＥＳ）、通過電流量を再配分する処理を行う（Ｓ８）。総ての相回路部Ｐ１〜Ｐ３について通過電流許容値Ｉｍａｘ以内で運転されているなら再配分の必要はない。いずれかの相回路部Ｐについて通過電流許容値Ｉｍａｘ以上となっているのなら、その相回路部については、通過電流許容値Ｉｍａｘ以内となるように電流削減必要量ΔＩだけリアクトル電流ＩＬが削減されるように制御する。そして通過電流許容値Ｉｍａｘ以内で運転されている他の相回路部Ｐに、この削減された電流削減必要量ΔＩを補うように、リアクトル電流ＩＬが増加されるように制御される。   As long as the phase to be measured remains (S6: NO), the above processing (S1 to S5) is performed for each phase, and when the measurement for all the phases is completed (S6: YES), the passing current amount is re-measured. Processing to distribute is performed (S8). If all the phase circuit parts P1 to P3 are operated within the allowable passing current value Imax, there is no need for redistribution. If any of the phase circuit portions P is equal to or greater than the allowable passing current value Imax, the reactor current IL is reduced by the necessary current reduction amount ΔI so that the phase circuit portion is within the allowable passing current value Imax. To control. Control is performed so that the reactor current IL is increased so that the other phase circuit portion P operated within the allowable passing current value Imax is supplemented with the reduced current reduction amount ΔI.

以上の制御により各相回路部Ｐの目標充放電電流量及びシステムの電力収支が定まるので、この新たな電流量に基づいて各相回路部Ｐ及び全体の制御が実施される（Ｓ９）。   Since the target charge / discharge current amount of each phase circuit portion P and the system power balance are determined by the above control, each phase circuit portion P and the entire control are performed based on this new current amount (S9).

通過電流許容値Ｉｍａｘ以内で運転されている相回路部Ｐが複数ある場合には、増加分となる電流量ΔＩを均等に分配する。もしいずれかの相回路部Ｐにおいて、通過電流許容値Ｉｍａｘまでの余裕度が少ない場合には、通過電流許容値Ｉｍａｘを超えない程度にリアクトル電流ＩＬが増加され、通過電流許容値Ｉｍａｘまでの余裕の大きい相回路部に電流増加分が余計に振り分けられる。いずれの相回路部Ｐの余裕一杯にリアクトル電流ＩＬを増加させても電流削減必要量ΔＩを補いきれない場合には、コンバータ２を通過させ充電または放電させることのできる限界が決まるので、その限度量の範囲でシステムの電力収支が再計算される。コンバータ２は、電源制御部１に対してこの通過可能電流の限度量を告知する。電源制御部１は、コンバータ２の通過可能電流量に限度があることを把握して、コンバータ２に供給する電圧指令値Ｖｆｃｒ、またはインバータ３０に供給する制御信号Ｃｉを変更して、電力収支を均衡させる。   In the case where there are a plurality of phase circuit portions P that are operated within the allowable passing current value Imax, the current amount ΔI that is an increase is evenly distributed. If any of the phase circuit portions P has a small margin up to the allowable passing current value Imax, the reactor current IL is increased to the extent that the allowable passing current value Imax is not exceeded. The increase in current is allocated to the large phase circuit section. If the current reduction required amount ΔI cannot be compensated even if the reactor current IL is increased to the full extent of any phase circuit portion P, the limit that can be charged or discharged through the converter 2 is determined. The power balance of the system is recalculated in the range of quantities. Converter 2 notifies power supply control unit 1 of the limit amount of current that can be passed. The power supply control unit 1 grasps that the amount of current that can be passed through the converter 2 is limited, and changes the voltage command value Vfcr supplied to the converter 2 or the control signal Ci supplied to the inverter 30 to change the power balance. To balance.

例えば、相回路部Ｐ１においてΔＩだけ電流削減が必要とされた場合、相回路部Ｐ２とＰ３とでΔＩ／２ずつリアクトル電流が増加される。相回路部Ｐ２の余裕度がΔＩ／４しか無かったとしたら、相回路部Ｐ２の増分がΔＩ／４に変更する代わりに、相回路部Ｐ３の増分がΔＩ３／４とされる。相回路部Ｐ２とＰ３の余裕度がΔＩ／４しか無かったとしたら、相回路部Ｐ２及びＰ３ともΔＩ／４ずつリアクトル電流ＩＬが増加され、電力収支がΔＩ／２だけ不足することが電源制御部１に告知される。電源制御部１は、コンバータ２の放電が不足する場合には、バッテリ１２からのインバータ３０への供給電力が不足することが予測されるので、燃料電池２６の発電量を上昇させる制御をしたり、インバータ３０の通過電流を減少させ消費電力を抑えたりさせる。コンバータ２の充電が不足する場合には、インバータ３０からバッテリ１２への回生電力が減少するので、補機類４４を動作させたりインバータ３０の通過電流量を抑えたりさせる。   For example, when the current reduction is required by ΔI in the phase circuit unit P1, the reactor current is increased by ΔI / 2 in the phase circuit units P2 and P3. If the margin of the phase circuit portion P2 is only ΔI / 4, instead of changing the increment of the phase circuit portion P2 to ΔI / 4, the increment of the phase circuit portion P3 is set to ΔI3 / 4. If the margins of the phase circuit portions P2 and P3 are only ΔI / 4, the power supply control unit may increase the reactor current IL by ΔI / 4 in both of the phase circuit portions P2 and P3, and the power balance is insufficient by ΔI / 2. 1 is announced. Since the power supply control unit 1 predicts that the power supplied from the battery 12 to the inverter 30 is insufficient when the discharge of the converter 2 is insufficient, the power supply control unit 1 performs control to increase the power generation amount of the fuel cell 26. The current passing through the inverter 30 is reduced to reduce power consumption. When the converter 2 is insufficiently charged, the regenerative power from the inverter 30 to the battery 12 decreases, so that the auxiliary machinery 44 is operated or the amount of current passing through the inverter 30 is suppressed.

次に、電力制御部１におけるシステム制御を簡単に説明する。
電力収支を計算する際、アクセル位置信号Ｓａが参照され、アクセル開度の単位時間当たりの変化率（ｄＳａ／ｄｔ）が求められる。また車輪速センサ３８からの車輪速信号Ｓｒが参照され、アクセル開度の変化率と車輪速に基づいて、直近で生じる出力増加量ΔＰが推定される。 Next, system control in the power control unit 1 will be briefly described.
When calculating the power balance, the accelerator position signal Sa is referred to, and the rate of change (dSa / dt) per unit time of the accelerator opening is obtained. Further, the wheel speed signal Sr from the wheel speed sensor 38 is referred to, and based on the rate of change of the accelerator opening and the wheel speed, the latest output increase ΔP that is generated is estimated.

図５に、アクセル開度変化率に対し、直近で必要な出力増加量ΔＰがどのような傾向で変化するかを示す。このようにアクセル開度の変化率が大きいほど、出力増加量ΔＰが大きくなる。   FIG. 5 shows the tendency of the most recently required output increase amount ΔP with respect to the accelerator opening change rate. Thus, the larger the rate of change of the accelerator opening, the larger the output increase amount ΔP.

また、ハイブリッド燃料電池システム１００における負荷量を求めるため、車輪速信号Ｓｒ、アクセル位置信号Ｓａ及びシフト位置信号Ｓｓが参照され、これらかトラクションモータ３２に必要とされるトルクが計算される。このトルク量はインバータ３０が出力すべき三相交流電力の実効電力となる。このとき、図６に示すような、モータのトルクＴと回転数Ｎとの関係テーブルが参照され、トルクが決定される。   Further, in order to obtain the load amount in the hybrid fuel cell system 100, the wheel speed signal Sr, the accelerator position signal Sa, and the shift position signal Ss are referred to, and the torque required for the traction motor 32 is calculated. This amount of torque is the effective power of the three-phase AC power that the inverter 30 should output. At this time, the relationship table between the motor torque T and the rotational speed N as shown in FIG. 6 is referred to determine the torque.

そして、燃料電池システムを動作させるために必要なポンプ、コンプレッサなどの補機類４４の補機電力Ｐｓに、インバータ３０やコンバータ２で生ずる電力損失も加算され、システム全体に要求される要求出力電力Ｐrefが決定される。要求出力電力Ｐrefが、バッテリ１２及び燃料電池２６により供給すべき電力となる。   The power loss generated in the inverter 30 and the converter 2 is added to the auxiliary power Ps of the auxiliary equipment 44 such as a pump and a compressor necessary for operating the fuel cell system, and the required output power required for the entire system Pref is determined. The required output power Pref is the power to be supplied by the battery 12 and the fuel cell 26.

電力制御部１では、燃料電池２６における出力を増加させる制御信号Ｃｆｃを出力して、燃料電池２６の発電量が増加されるように制御する。しかし、燃料電池２６の発電能力では要求出力電力Ｐrefを補いきれない場合や、燃料電池２６の出力増加まで時間を要する場合には、バッテリ１２から一時的に放電させて電力収支の不足分を補い。すなわち、制御信号Ｃｆｃの出力から燃料電池２６の出力が変化するまでには若干の時間がかかる。このような期間中、一時的にバッテリ１２から、燃料電池スタック２２からの電力供給が追いつかない電力収支の不足分を補完する。この不足分の電力がコンバータ２の通過電流になるのである。   The power control unit 1 outputs a control signal Cfc for increasing the output in the fuel cell 26 and controls the power generation amount of the fuel cell 26 to be increased. However, when the required output power Pref cannot be compensated for by the power generation capacity of the fuel cell 26 or when it takes time to increase the output of the fuel cell 26, the battery 12 is temporarily discharged to compensate for the shortage of the power balance. . That is, it takes some time until the output of the fuel cell 26 changes from the output of the control signal Cfc. During such a period, the shortage of the power balance that the power supply from the fuel cell stack 22 cannot temporarily catch up from the battery 12 is supplemented. This insufficient power becomes the passing current of the converter 2.

なお、上記実施形態では、通過電流許容値を超える電流量を他の相において補完していたが、単純に通過電流許容値を超える電流量ΔＩをその相から減少させ、電力収支が全体でΔＩの電流量に相当する量だけ減少することを告知するようにしてもよい。   In the above embodiment, the current amount exceeding the allowable passing current value is supplemented in other phases, but the current amount ΔI exceeding the allowable passing current value is simply decreased from that phase, and the power balance as a whole is ΔI. You may make it announce that it reduces by the quantity corresponding to the amount of currents.

また、通過電流許容値を超えたことが発見されたら、その相回路部のみの運転を終了させてもよい。コンバータ制御部２００が、その相に関する制御信号ＭＵＰ，ＭＵＮ，ＧＵＰ、ＧＵＮを出力しないように、すなわち総てのＩＧＢＴ素子でオフ状態が継続するように制御すればよい。その相の運転が停止することによる電流不足分については、他の相回路部Ｐの電流増加で補ってもよいし、電力収支が不足になることを告知しシステム全体の運転を再調整するようにしてもよい。   If it is found that the allowable passing current value is exceeded, the operation of only the phase circuit unit may be terminated. The converter control unit 200 may be controlled not to output the control signals MUP, MUN, GUP, and GUN related to the phase, that is, to keep the OFF state in all the IGBT elements. The current shortage due to the stop of the operation of the phase may be compensated by an increase in the current of the other phase circuit portion P, or the power balance will be inadequate and the operation of the entire system is readjusted. It may be.

また、上記実施形態では、実際の電流としてリアクトル電流ＩＬを計測していたが、電流センサ１５で計測されるコンバータ２の入力電流や電流センサ２４で計測されるコンバータ２の出力電流を参照するようにしてもよい。   In the above embodiment, the reactor current IL is measured as an actual current. However, the input current of the converter 2 measured by the current sensor 15 and the output current of the converter 2 measured by the current sensor 24 are referred to. It may be.

以上説明したように、本実施形態１によれば、各相の素子温度に対応して通過電流許容値が取得され、その許容値内になるよう電流量が制限されるので、ＩＧＢＴ素子に流れる電流が過熱状態となることを防止することが可能である。   As described above, according to the first embodiment, the passage current allowable value is acquired corresponding to the element temperature of each phase, and the amount of current is limited so as to be within the allowable value, so that the current flows to the IGBT element. It is possible to prevent the current from being overheated.

また本実施形態１によれば、いずれかの相において電流が削減された場合には他の相においてその減少量を補うように電力の再配分がされるので、いずれかの相において通過電流許容値まで余裕がある限り、コンバータ２の通過電流が減少することが無い。   Further, according to the first embodiment, when the current is reduced in any phase, the power is redistributed so as to compensate for the reduction amount in the other phase. As long as there is a margin to the value, the passing current of the converter 2 does not decrease.

すなわち、従来は、運転状態が好ましくないと判断される場合に、コンバータ全体の出力を停止していたが、これでは正常に動作している相の運転も同時に停止させることになるため、一定以上の出力が要求されている場合には好ましくない事態が生じうる。この点、本実施形態によれば、各相の温度に基づき、通過電流量が変化するのみであるため、出力低下を最小限にすることができる。   That is, in the past, when the operation state was determined to be unfavorable, the output of the entire converter was stopped. However, this also stops the operation of the phase that is operating normally at the same time. An unfavorable situation may occur when the output is required. In this respect, according to the present embodiment, since the amount of passing current only changes based on the temperature of each phase, it is possible to minimize output reduction.

また本実施形態１によれば、いずれの相においても電流削減量を補えない場合には、システム全体の電力収支が調整されるので、状況に応じた適切な運転が可能である。   Further, according to the first embodiment, when the current reduction amount cannot be compensated for in any phase, the power balance of the entire system is adjusted, so that appropriate operation according to the situation is possible.

ここで、いずれかの相の状態が異常であることを示している場合には、その相の運転を停止させることは好ましい。この構成においても、運転を停止させるのは状態が異常である相のみであるため、コンバータ全体における出力の低下を最小限にさせることができるからである。   Here, when the state of one of the phases indicates an abnormality, it is preferable to stop the operation of that phase. Also in this configuration, the operation is stopped only for the phase in which the state is abnormal, so that the output reduction in the entire converter can be minimized.

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、各相の通過電流許容値を超えた場合にその相の運転を停止させたり運転を再開させたりするコンバータに関する。
本実施形態２におけるハイブリッド燃料電池システムは、図１に示す実施形態１のものと同じであり、その説明を省略する。 (Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention relates to a converter that stops the operation of a phase or restarts the operation when a passing current allowable value of each phase is exceeded.
The hybrid fuel cell system according to Embodiment 2 is the same as that of Embodiment 1 shown in FIG.

図７のフローチャートに基づいて、本実施形態２の処理を説明する。
各相回路部Ｐの温度センサＳｔから供給された検出信号Ｓｔを参照して各相のＩＧＢＴ素子が取り付けられている放熱板の温度、すなわち素子温度Ｔが計測される（Ｓ２０）。各相の四つのＩＧＢＴ素子それぞれに温度センサを設ける場合には、四つのＩＧＢＴ素子それぞれについて計測された温度の平均値が算出され、または、最高温度が抽出される。 Based on the flowchart of FIG. 7, the processing of the second embodiment will be described.
With reference to the detection signal St supplied from the temperature sensor St of each phase circuit part P, the temperature of the heat sink to which the IGBT element of each phase is attached, that is, the element temperature T is measured (S20). When providing a temperature sensor for each of the four IGBT elements of each phase, an average value of the temperatures measured for each of the four IGBT elements is calculated, or the maximum temperature is extracted.

次いで、実施形態１と同様に、通過電流許容値のデータテーブルが参照され、計測された素子温度における通過電流許容値Ｉｍａｘが取得される（Ｓ２１）。関数により通過電流許容値を求める場合には、その関数に、計測された素子温度Ｔを代入して答えを演算する。   Next, as in the first embodiment, a data table of allowable passage current values is referred to, and the allowable passage current value Imax at the measured element temperature is acquired (S21). When the allowable passing current value is obtained by a function, the answer is calculated by substituting the measured element temperature T into the function.

次いで、このコンバータ２において、既にいずれかの相回路部Ｐの運転が停止されているか否かが判定される（Ｓ２２）。いずれの相回路部Ｐの運転も停止していない場合（ＮＯ）、その相の温度における通過電流許容値Ｉｍａｘが、所定のしきい値Ｉｔｈ以下か否かが計算される（Ｓ２６）。   Next, in this converter 2, it is determined whether or not the operation of any one of the phase circuit portions P has already been stopped (S22). When the operation of any phase circuit portion P is not stopped (NO), it is calculated whether or not the allowable passing current value Imax at the temperature of the phase is equal to or less than a predetermined threshold value Ith (S26).

このしきい値Ｉｔｈとは、通過電流許容値が極端に少なくないことを示す基準電流値である。例えば、表１において、素子温度が１０５℃以上になると通過電流許容値は０［Ａ］である。その相に電流を流すことができないことを示している。このような温度である場合には温度が高すぎることを示しており、温度が再び低下するまではその相の運転を停止すべきである。したがって、しきい値Ｉｔｈとしては、このような運転不可能な温度を識別するような電流許容値であればよい。例えば表１の例では、Ｉｔｈを１０[Ａ]程度とすることができる。   The threshold value Ith is a reference current value indicating that the allowable passing current value is not extremely small. For example, in Table 1, when the element temperature is 105 ° C. or higher, the allowable passing current value is 0 [A]. It indicates that no current can flow through the phase. Such a temperature indicates that the temperature is too high and the operation of that phase should be stopped until the temperature drops again. Therefore, the threshold value Ith may be an allowable current value that identifies such an inoperable temperature. For example, in the example of Table 1, Ith can be about 10 [A].

そこで、通過電流許容値Ｉｍａｘがこのしきい値Ｉｔｈより低くなっていたら（Ｓ２６：ＹＥＳ）、その相は運転に不適な程度に温度が上昇していることを意味しているので、その相の運転を停止させる（Ｓ２７）。その相についての制御信号ＭＵＰ，ＭＵＮ、ＧＵＰ，ＧＵＮの供給を停止することで、総てのＩＧＢＴ素子をオフ状態、すなわち運転停止状態とすることができる。本実施形態では、他の相による電流不足分の補完処理を実施しないので、運転停止とすることで供給できなくなる電流不足分を電源制御部１に告知し、負荷量の制限をする等の措置により、電力収支の再調整をさせる（Ｓ２８）。   Therefore, if the passing current allowable value Imax is lower than the threshold value Ith (S26: YES), it means that the temperature has risen to an extent unsuitable for operation. The operation is stopped (S27). By stopping the supply of control signals MUP, MUN, GUP, and GUN for that phase, all IGBT elements can be turned off, that is, the operation is stopped. In this embodiment, since the supplement processing for the current shortage due to the other phases is not performed, measures such as notifying the power supply control unit 1 of the current shortage that cannot be supplied by stopping the operation and limiting the load amount, etc. Thus, the power balance is readjusted (S28).

一方、通過電流許容値Ｉｍａｘがしきい値Ｉｔｈ以上である場合には（Ｓ２６：ＮＯ）、動作上問題が無い程度の素子温度であると判断できるため、通常運転を継続させる（Ｓ２９）。   On the other hand, if the allowable passing current value Imax is equal to or greater than the threshold value Ith (S26: NO), it can be determined that the element temperature is such that there is no problem in operation, and the normal operation is continued (S29).

一方、ステップ２２において、既にいずれかの相回路部Ｐの運転が停止されていた場合（ＹＥＳ）、その相についての素子温度がどの程度に変化したかすなわち通過電流許容値Ｉｍａｘがどのようになったかが判定される（Ｓ２３）。その相の素子温度Ｔから計測される通過電流許容値Ｉｍａｘが相変わらずしきい値Ｉｔｈ以下である場合（Ｓ２３：ＮＯ）、依然としてその相の素子温度は高く運転再開に適さないことを示している。そのまま運転停止を続行させる（Ｓ２７）。   On the other hand, if the operation of one of the phase circuit portions P has already been stopped in step 22 (YES), how much the element temperature has changed for that phase, that is, what the allowable passing current value Imax will be. Is determined (S23). When the passing current allowable value Imax measured from the element temperature T of the phase is still equal to or lower than the threshold value Ith (S23: NO), it indicates that the element temperature of the phase is still high and is not suitable for restarting operation. The operation stop is continued as it is (S27).

ところがその相の素子温度Ｔから計測される通過電流許容値Ｉｍａｘがしきい値Ｉｔｈ以上になっていたら（Ｓ２３：ＹＥＳ）、その相が運転停止している間に冷却され運転再開可能になったことを示している。そこで、その相の運転を再開させる（Ｓ２４）。その相についての制御信号ＭＵＰ，ＭＵＮ、ＧＵＰ，ＧＵＮの供給を開始させることで、その相のスイッチング制御が開始し、運転を再開させることができる。そしてその相の運転が始まることで増える電流供給量の増加分を勘案したシステム制御が実施される（Ｓ２５）。   However, if the allowable passing current value Imax measured from the element temperature T of the phase is equal to or higher than the threshold value Ith (S23: YES), the phase is cooled and the operation can be resumed while the operation is stopped. It is shown that. Therefore, the operation of the phase is resumed (S24). By starting the supply of the control signals MUP, MUN, GUP, and GUN for that phase, the switching control for that phase can be started and the operation can be resumed. Then, system control is performed in consideration of the increase in the amount of current supply that increases as the operation of the phase starts (S25).

運転停止・再開を判断すべき相が残っている限り（Ｓ３０：ＮＯ）、上記処理が実施され（Ｓ２０〜Ｓ２９）、総ての相についての計測が終了したら（Ｓ３０：ＹＥＳ）、処理を終了させる。   As long as there is still a phase for which operation stop / restart is to be determined (S30: NO), the above processing is performed (S20 to S29), and when measurement for all phases is completed (S30: YES), the processing ends. Let

なお、上記実施形態では、ある相の運転を停止させた場合には、その相の運転停止に伴う電流量の不足を単純にシステム全体の電力収支の再配分で解消していたが、実施形態１と同様に、不足する電流量を他の相において補完するように構成してもよい。   In the above embodiment, when the operation of a certain phase is stopped, the shortage of the current amount due to the operation stop of the phase has been solved by simply redistributing the power balance of the entire system. Similarly to 1, it may be configured to supplement the insufficient current amount in other phases.

また、本実施形態では、実際のリアクトル電流ＩＬやコンバータ２の入力または出力電流を計測することなく、素子温度のみを参照して相の運転を制御していたが、これら電流を測定し、測定された電流値が通過電流許容値を超えているか否かに基づいて各相回路部の運転停止の有無を制御してもよい。   Further, in the present embodiment, the phase operation is controlled by referring only to the element temperature without measuring the actual reactor current IL or the input or output current of the converter 2, but these currents are measured and measured. The presence or absence of operation stop of each phase circuit unit may be controlled based on whether or not the measured current value exceeds the allowable passing current value.

また、本実施形態では、相回路部Ｐの運転状態から運転停止状態に切り替えるためのしきい値Ｉｔｈ（ステップＳ２６）と運転停止状態から運転状態に切り替えるためのしきい値Ｉｔｈ（ステップＳ２３）とは同一の値を用いていたが、異ならせてもよい。温度変化は緩慢であるため、運転の停止・開始の臨界点において、温度センサにより検出される温度に含まれる誤差により、頻繁に相回路部Ｐの運転開始や停止が繰り返されるリンギングを生じる場合がある。また、運転させる相数を切り換えた直後、位相等が変動するため、一時的に出力が不安定になり、出力電圧が低下する場合がある。このような出力電圧の低下や変動は、出力電力の不安定化に繋がり、好ましくない。このような事態を防止するために、例えばステップＳ２３で運転を再開させるためのしきい値Ｉｔｈ１を、ステップＳ２６で運転停止させるためのしきい値Ｉｔｈ２より高く設定しておくことは好ましい（Ｉｔｈ１＞Ｉｔｈ２）。   In the present embodiment, a threshold value Ith (step S26) for switching from the operation state of the phase circuit portion P to the operation stop state and a threshold value Ith (step S23) for switching from the operation stop state to the operation state Used the same value, but they may be different. Since the temperature change is slow, ringing in which the operation of the phase circuit P is frequently started and stopped may be caused by an error included in the temperature detected by the temperature sensor at the critical point of operation stop / start. is there. In addition, immediately after switching the number of phases to be operated, the phase and the like fluctuate, so that the output becomes unstable temporarily and the output voltage may decrease. Such a decrease or fluctuation in output voltage leads to instability of output power, which is not preferable. In order to prevent such a situation, for example, it is preferable to set the threshold value Ith1 for restarting operation in step S23 higher than the threshold value Ith2 for stopping operation in step S26 (Ith1> Ith2).

図８に、このようにしきい値Ｉｔｈを異ならせた場合の運転状況を示している。運転を再開させるためのしきい値Ｉｔｈ１と運転を停止させるためのしきい値Ｉｔｈ２を異ならせることで、運転に係る総相数変化に、図８のようなヒステリシスを持たせることができ、安定した運転切替が可能となる。   FIG. 8 shows the driving situation when the threshold value Ith is varied as described above. By making the threshold value Ith1 for resuming operation different from the threshold value Ith2 for stopping operation, the change in the total number of phases related to operation can have hysteresis as shown in FIG. The operation can be switched.

以上、本実施形態２によれば、ＩＧＢＴ素子の温度に対応する通過電流許容値が所定のしきい値Ｉｔｈ以上でない場合にその相のみの運転を停止するように構成したので、通過電流許容値の相対的に大きい他の相の運転を停止させることがなく、温度上昇に伴う出力制限を最小限にすることができる。   As described above, according to the second embodiment, when the allowable passing current value corresponding to the temperature of the IGBT element is not equal to or higher than the predetermined threshold value Ith, the operation of only that phase is stopped. Therefore, it is possible to minimize the output limitation due to the temperature rise without stopping the operation of the other relatively large phase.

また本実施形態２によれば、運転停止・再開のしきい値を異ならせることで、運転特性にヒステリシス特性を持たせ、安定した運転制御が可能となる。   Further, according to the second embodiment, by changing the threshold values for stopping and resuming operation, the operation characteristics have hysteresis characteristics, and stable operation control is possible.

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。
１）上記実施形態において、通過電流許容量を超える過電流により各相の運転が停止した場合、制御部は当該相の通過電流量または通過パワーが正常範囲であることを確認し、正常であることを確認できた場合に、運転が停止されている相の駆動を開始させて通常の運転に移行させるように構成することができる。 (Other embodiments)
The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment.
1) In the above embodiment, when the operation of each phase is stopped due to an overcurrent exceeding the allowable amount of passing current, the control unit confirms that the passing current amount or passing power of the phase is in the normal range and is normal. When it is confirmed that the operation is stopped, the driving of the phase in which the operation is stopped can be started to shift to the normal operation.

２）また上記実施形態において、制御部は、各相の通過電流量または通過パワーを検出できない場合においても、スイッチング素子に過電流が流れるような過大な通過パワーは瞬間的なものであると考えられる。したがって、このような過電流により運転を停止した場合には、制御部は、一定時間経過するのを待って、運転を停止した相の駆動を再開するように制御してもよい。   2) Further, in the above embodiment, the control unit considers that excessive passing power such that overcurrent flows through the switching element is instantaneous even when the passing current amount or passing power of each phase cannot be detected. It is done. Therefore, when the operation is stopped due to such an overcurrent, the control unit may perform control so as to resume the driving of the phase in which the operation is stopped after waiting for a certain period of time.

３）また上記実施形態において、各相に同じデューティー比の基準パルスを与えていても、各相の素子温度に差が出てしまう場合がある。このような場合、制御部は、各相のスイッチング素子の温度を検出し、素子温度に差が生じていた場合には、素子温度の差に対応させて各相に供給する基準パルスのデューティー比の補正をするように構成してもよい。この制御は、素子温度が相対的に高くなっている相への電流供給を減らし、素子温度がより低い相へ電流が集中していくように、基準パルスのデューティー比を補正するものである。各相へ供給される基準パルスのデューティー比が互いに異なるようになる。このような制御により、各相の温度がばらつくことによる不要な各相の通過電流または通過パワーの制限が実施されることを防止可能である。例えば、相間の素子温度に差が生じており、いずれか一相のみが高温となってしまった場合に通過電流または通過パワー制限制御が全相に及ぼされてしまう、といった事態を回避可能となる。   3) In the above embodiment, even if a reference pulse having the same duty ratio is given to each phase, there may be a difference in element temperature of each phase. In such a case, the control unit detects the temperature of the switching element of each phase, and if there is a difference in the element temperature, the duty ratio of the reference pulse supplied to each phase corresponding to the difference in the element temperature You may comprise so that correction | amendment may be carried out. This control corrects the duty ratio of the reference pulse so that the current supply to the phase where the element temperature is relatively high is reduced and the current is concentrated in the phase where the element temperature is lower. The duty ratio of the reference pulse supplied to each phase becomes different from each other. By such control, it is possible to prevent unnecessary restriction of passing current or passing power of each phase due to variation in the temperature of each phase. For example, it is possible to avoid a situation in which there is a difference in element temperature between phases, and when only one of the phases becomes high temperature, the passing current or the passing power limit control is exerted on all phases. .

４）さらに、上記実施形態では三相構造の多相コンバータであったが、二相コンバータや四相以上の多相コンバータにも本発明を適用可能である。   4) Further, in the above embodiment, the multiphase converter has a three-phase structure. However, the present invention can also be applied to a two-phase converter or a multiphase converter having four or more phases.

５）また上記実施形態では、ＩＧＢＴ素子を用いる三相ブリッジ形コンバータを例示したが、当該回路構成に限定されるわけではなく、複数相を備え、各相が独立して運転制御可能に構成されている多相コンバータであれば、本発明を適用可能である。   5) In the above embodiment, a three-phase bridge type converter using an IGBT element has been exemplified. However, the present invention is not limited to this circuit configuration, and a plurality of phases are provided so that each phase can be controlled independently. The present invention is applicable to any multiphase converter.

６）また上記実施形態では、移動体である車両上に搭載されるハイブリッド燃料電池システムを例示したが、本発明の多相コンバータが適用されるハイブリッド燃料電池システムは、自動車のみならず、他の移動体、例えば、船舶、航空機等に搭載されるものであってもよい。また、定置型のハイブリッド燃料電池システムにおいて本発明を適用しても無論よい。   6) Moreover, in the said embodiment, although the hybrid fuel cell system mounted on the vehicle which is a mobile body was illustrated, the hybrid fuel cell system to which the multiphase converter of this invention is applied is not only an automobile, It may be mounted on a mobile object such as a ship or an aircraft. Of course, the present invention may be applied to a stationary hybrid fuel cell system.

本実施形態に係るハイブリッド燃料電池システムのブロック図Block diagram of a hybrid fuel cell system according to the present embodiment 実施形態１の多相コンバータの制御方法を示すフローチャート1 is a flowchart illustrating a control method for a multiphase converter according to a first embodiment. デューティー比＜５０％のリアクトル電流ＩＬの制御電流波形図Control current waveform diagram of reactor current IL with duty ratio <50% デューティー比＞５０％のリアクトル電流ＩＬの制御電流波形図Control current waveform diagram of reactor current IL with duty ratio> 50% アクセル開度変化率及び車輪速に対する出力増加量推定値の関係図。The relationship figure of the output increase amount estimated value with respect to an accelerator opening change rate and a wheel speed. 回転数Ｎに対するトルクＴの特性図。The characteristic diagram of the torque T with respect to the rotation speed N. 実施形態１の多相コンバータの制御方法を示すフローチャート1 is a flowchart illustrating a control method for a multiphase converter according to a first embodiment. 多相コンバータにおける相数切換制御ヒステリシス図Hysteresis diagram of phase switching control in a multi-phase converter

符号の説明Explanation of symbols

Ｓａ…アクセル位置信号、Ｓｓ…シフト位置信号、Ｓｒ…車輪速信号、Ｃｉ…インバータ制御信号、Ｃｐｈ…相数切換制御信号、ＶＩＮＶ…インバータ電圧（二次側電圧）、ＶＢ…バッテリ電圧（一次側電圧）、１００…ハイブリッド燃料電池システム、１…電源制御部、２…コンバータ（多相コンバータ）、１０…一次側、１２…バッテリ、１４…バッテリコンピュータ、１５、２４、Ｓｉ…電流センサ、１６、２３…電圧センサ、１８、２２…平滑用コンデンサ、２０…二次側、２６…燃料電池、２８…逆流防止用ダイオード、３０、４２…インバータ、３２…トラクションモータ、３４…減速機、３６…シャフト、３８…車輪速センサ、４０ｒ、４０ｌ…車輪、４４…補機類、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＲＡＭ、１０３…ＲＯＭ、１１０…モータ制御部、２００…コンバータ制御部、Ｔｒ１〜Ｔｒ４…ＩＧＢＴ素子、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｌ…リアクトル

Sa ... accelerator position signal, Ss ... shift position signal, Sr ... wheel speed signal, Ci ... inverter control signal, Cph ... phase number switching control signal, VINV ... inverter voltage (secondary side voltage), VB ... battery voltage (primary side) Voltage), 100 ... hybrid fuel cell system, 1 ... power supply control unit, 2 ... converter (multi-phase converter), 10 ... primary side, 12 ... battery, 14 ... battery computer, 15, 24, Si ... current sensor, 16, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Voltage sensor, 18, 22 ... Smoothing capacitor, 20 ... Secondary side, 26 ... Fuel cell, 28 ... Backflow prevention diode, 30, 42 ... Inverter, 32 ... Traction motor, 34 ... Reduction gear, 36 ... Shaft 38 ... wheel speed sensors, 40r, 40l ... wheels, 44 ... auxiliaries, 101 ... CPU, 102 ... RAM, 103 ... ROM, 11 ... motor control unit, 200 ... converter control unit, Tr1 to Tr4 ... IGBT element, D1 to D4 ... diodes, L ... reactor

Claims (8)

電圧を変換する多相コンバータであって、
独立して制御対象量を変更可能な複数の相と、
該各相の状態を検出する検出装置と、
該各相に対する制御対象量を規定する制御信号を供給する制御部と、を備え、
該検出装置によって検出された該各相の状態に基づいて、該相ごとに制御対象量を補正する制御信号が供給されること、を特徴とする多相コンバータ。 A multi-phase converter for converting voltage,
Multiple phases that can independently change the amount of control,
A detection device for detecting the state of each phase;
A control unit that supplies a control signal that defines a control target amount for each phase, and
A multiphase converter, wherein a control signal for correcting a control target amount is supplied for each phase based on the state of each phase detected by the detection device. 前記制御対象量は、前記各相を通過する電流量である、請求項１に記載の多相コンバータ。   The multiphase converter according to claim 1, wherein the control target amount is an amount of current passing through each phase. 前記各相の状態とは、前記相ごとの温度であり、前記温度に対応して設定された通過電流許容値に応じて、対応する相を通過する電流値を制限させる、請求項２に記載の多相コンバータ。   The state of each phase is a temperature for each phase, and a current value passing through a corresponding phase is limited according to a passing current allowable value set corresponding to the temperature. Multi-phase converter. いずれかの相の前記状態が異常であることを示している場合には、その相の運転を停止させる、請求項１に記載の多相コンバータ。   The multiphase converter according to claim 1, wherein when the state of any phase indicates an abnormality, the operation of the phase is stopped. いずれかの相の制御対象量が制限されている場合には、負荷量を、該制御対象量に対応させて制限する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多相コンバータ。   The multiphase converter according to any one of claims 1 to 4, wherein when the control target amount of any phase is limited, the load amount is limited in accordance with the control target amount. 電圧を変換する多相コンバータであって、
スイッチング素子で構成され、独立して通過電流量を変更可能な複数の相と、
該各相における該スイッチング素子の温度を検出する検出装置と、
該各相の該スイッチング素子に独立して制御信号を供給する制御部と、を備え、
該検出装置によって検出された該各相の温度と、該温度に対応して設定された通過電流許容値とに基づいて、該スイッチング素子に対する制御信号を変化させて、相ごとの通過電流量が補正されること、を特徴とする多相コンバータ。 A multi-phase converter for converting voltage,
A plurality of phases composed of switching elements and capable of independently changing the passing current amount,
A detection device for detecting the temperature of the switching element in each phase;
A control unit that independently supplies a control signal to the switching element of each phase,
Based on the temperature of each phase detected by the detection device and the passing current allowable value set corresponding to the temperature, the control signal for the switching element is changed, and the passing current amount for each phase is determined. A polyphase converter characterized by being corrected. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の多相コンバータが燃料電池とバッテリとの間に設けられていることを特徴とするハイブリッド燃料電池システム。   A hybrid fuel cell system, wherein the multiphase converter according to any one of claims 1 to 6 is provided between a fuel cell and a battery. 複数相を備え、該相ごとに制御対象量が制御可能に構成された多相コンバータの電源制御方法であって、
該各相の状態を検出するステップと、
検出された該各相の該状態に基づいて、該各相における制御対象量の総計が維持されるように該相ごとに制御対象量を分配して補正するステップと、
を備えたことを特徴とする多相コンバータの電源制御方法。

A power control method for a multi-phase converter comprising a plurality of phases and configured to control a control target amount for each phase,
Detecting the state of each phase;
Distributing and correcting the control target amount for each phase based on the detected state of each phase so as to maintain the total control target amount in each phase; and
A power control method for a multi-phase converter, comprising:

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