CN102602300A - 电动车辆用电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动车辆用电源装置(1)，其具备：连接在第一节点(A)和第二节点(B)之间的蓄电池(11)、连接在第二节点(B)和第三节点(C)之间的第一开关(14)、连接在第三节点(C)和第四节点(D)之间的燃料电池堆(12)、连接在第一节点(A)和第三节点(C)之间的第二开关(15)、连接于第二节点(B)的DC-DC换流器(13)。DC-DC换流器通过以使第一节点可与第三节点连接的方式改变第二节点的电位，调节从第二节点经蓄电池(11)的第一节点的电位(VA)，或者，以使第二节点与第三节点可连接的方式改变第二节点的电位(VB)，将从第一节点(A)和第四节点(D)之间取出的输出电力供给向电动机(M)(2)。

Description

电动车辆用电源装置

技术领域

本发明涉及电动车辆用电源装置。

背景技术

目前，例如已知有如下电源***，相对于串联连接燃料电池堆和蓄电装置而成的电池电路具备单一的DC-DC换流器，通过变更DC-DC换流器的开关能率(switching duty)，从而调节燃料电池堆和蓄电装置的电力分担比例，切换多个动作模式(例如参照日本特开2010-104165号公报)。

但是，在上述现有技术的电源***中，例如在将电源***搭载于大型车辆的情况等下，当使燃料电池堆及蓄电装置的输出增大时，串联电压增大，随之，在驱动车辆的电动机的逆变器中开关损失也增大，例如在坡道起步等高扭矩的行驶模式中，为抑制逆变器的过热而可能产生输出限制。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供一种电动车辆用电源装置，其能够在确保所希望的输出的同时，抑制高电压***的损失。

为解决上述课题实现所述目的，本发明第一方面提供一种电动车辆用电源装置，其具备：连接在第一节点(例如实施方式的第一节点A)和第二节点(例如实施方式的第二节点B)之间的第一电源(例如实施方式的蓄电池11及燃料电池堆12中之一)、连接在所述第二节点和第三节点(例如实施方式的第三节点C)之间的第一开关(例如实施方式的第一开关(SW1)14)、连接在所述第三节点和第四节点(例如实施方式的第四节点D)之间的第二电源(例如实施方式的蓄电池11及燃料电池堆12中的另一个)、连接在所述第一节点和所述第三节点之间的第二开关(例如实施方式的第二开关(SW2)15)、连接于所述第二节点的DC-DC换流器(例如实施方式的DC-DC换流器13)，所述DC-DC换流器通过以使所述第一节点可与所述第三节点连接的方式改变所述第二节点的电位，从而调节从所述第二节点经所述第一电源的所述第一节点的电位，或者，所述DC-DC换流器通过以使所述第二节点可与所述第三节点连接的方式改变所述第二节点的电位，将从所述第一节点和所述第四节点之间取出的输出电力供给向电动机(例如实施方式的电动机(M)2)，所述第一电源及所述第二电源中的任一个是燃料电池(例如实施方式的燃料电池堆12)，另一个是二次电池(例如实施方式的蓄电池11)。

另外，本发明第二方式的电动车辆用电源装置，具备可切换下述三个连接状态的切换装置(例如实施方式的连接切换制御部31)，所述三个连接状态是：将所述第一开关设为断开且将所述第二开关设为接通并将所述第一节点和所述第三节点连接的第一连接状态、将所述第一开关设为接通且将所述第二开关设为断开并将所述第二节点和所述第三节点连接的第二连接状态、将所述第一开关设为断开且将所述第二开关设为断开并将所述第三节点和所述第一节点及所述第二节点切断的第三连接状态，所述切换装置经由所述第三连接状态切换所述第一连接状态和所述第二连接状态。

另外，在本发明第三方面的电动车辆用电源装置中，所述DC-DC换流器在所述第二连接状态和所述第三连接状态的连接切换时的时间的前后继续开关动作。

另外，在本发明第四方面的电动车辆用电源装置中，在所述第三节点和所述第四节点之间连接有辅机(例如实施方式的辅机16)。

另外，在本发明第五方面的电动车辆用电源装置中，所述DC-DC换流器的低电压侧端子(例如实施方式的低电压侧端子13L)连接于所述第二节点，高电压侧端子(例如实施方式的高电压侧端子13H)连接于所述第一节点，共通端子(例如实施方式的共通端子13C)连接于所述第四节点。

另外，在本发明第六方面的电动车辆用电源装置中，所述DC-DC换流器的低电压侧端子(例如实施方式的低电压侧端子13L)连接于所述第二节点，高电压侧端子(例如实施方式的高电压侧端子13H)连接于所述第四节点，共通端子(例如实施方式的共通端子13C)连接于所述第一节点。

发明效果

根据本发明第一方面的电动车辆用电源装置，在电动机的负荷小且电动机所需的驱动电压小的情况下，将第一开关设为断开且将第二开关设为接通，相对于电动机并联连接第一电源和第二电源。

另一方面，在电动机的负荷大且电动机所需的驱动电压大的情况下，将第一开关设为接通且将第二开关设为断开，相对于电动机串联连接第一电源和第二电源。

由此，在电动机的负荷大的情况下，可以使电动机的驱动电压增大来确保所希望的动力性能，在电动机的负荷小的情况下，能够防止电动机的驱动电压过大，使电动机及驱动控制电动机的逆变器的运转效率增大。

因此，例如即使是坡道起步等高扭矩的行驶模式，也能够防止在驱动控制电动机的逆变器中开关损失增大、或产生过热，能够防止相对于行驶控制产生输出限制。

根据本发明第二方面的电动车辆用电源装置，在根据电动机的负荷的增大而在并联和串联之间切换第一电源和第二电源相对于电动机的连接的情况下，将第一开关及第二开关设为断开，将第二电源从电动机切断，切断第三节点和第一节点及第二节点，经由仅通过第一电源向电动机供给电力的第三连接状态。

由此，在维持相对于电动机的电力供给的状态下，根据电动机的负荷的大小，可以在并联和串联之间切换第一电源和第二电源相对于电动机的连接，例如即使在不使用内燃机等的动力而仅通过从电源供给的电力进行行驶的AER(All Electric Range)行驶时，也能够至少通过从第一电源供给的电力继续行驶控制。

根据本发明第三方面的电动车辆用电源装置，通过在相对于电动机串联连接第一电源和第二电源的第二连接状态下进行DC-DC换流器的开关动作，可以调节第一电源和第二电源之间的输出分配。

根据本发明第四方面的电动车辆用电源装置，可以从第二电源供给辅机的消耗电力，在并联和串联之间切换第一电源和第二电源相对于电动机的连接时，可以从负担电动机的消耗电力的第一电源向电动机供给更多的电力。

根据本发明第五方面的电动车辆用电源装置，例如斩波型的DC-DC换流器的高侧臂的开关元件连接于第一节点，低侧臂的开关元件连接于第四节点，扼流线圈连接于第二节点。

根据本发明第六方面的电动车辆用电源装置，例如斩波型的DC-DC换流器的高侧臂的开关元件连接于第四节点，低侧臂的开关元件连接于第一节点，扼流线圈连接于第二节点。

附图说明

图1是本发明实施方式的电动车辆用电源装置的构成图；

图2A是在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中相对于电动机(M)的驱动用逆变器并联连接蓄电池和燃料电池堆(FC)的状态的图；

图2B是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中相对于电动机(M)的驱动用逆变器并联连接蓄电池和燃料电池堆(FC)的状态的图；

图3是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中与蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接状态和DC-DC换流器的动作相对应的蓄电池电流及燃料电池电流及电动机驱动电压的变化的例子的图；

图4A是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图4B是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图5A是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图5B是表示在本发明实施方式的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图6是表示本发明实施方式的电动车辆用电源装置的动作的流程图；

图7是表示本发明实施方式的电动机损失表的例子的图；

图8是表示图6所示的从串联连接向并联连接的切换处理的流程图；

图9是表示图6所示的从并联连接向串联连接的切换处理的流程图；

图10是本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置的构成图；

图11A是表示在本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置中相对于电动机(M)的驱动用逆变器并联连接蓄电池和燃料电池堆(FC)的状态的图；

图11B是表示在本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置中相对于电动机(M)的驱动用逆变器并联连接蓄电池和燃料电池堆(FC)的状态的图；

图12A是表示在本发明实施方式变形例的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图12B是表示在本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图13A是表示在本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图；

图13B是表示在本发明实施方式的变形例的电动车辆用电源装置中将蓄电池和燃料电池堆(FC)相对于电动机(M)的驱动用逆变器的连接从并联切换为串联的状态的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明实施方式的电动车辆用电源装置进行说明。

本实施方式的电动车辆用电源装置1例如图1所示，构成向驱动用逆变器3供电的电源，驱动用逆变器3对产生车辆的行驶驱动力的电动机(M)2进行驱动控制。

电动车辆用电源装置1的构成具备：第一节点A及第二节点B及第三节点C及第四节点D、蓄电池11、燃料电池堆(FC)12、DC-DC换流器13、第一开关(SW1)14及第二开关(SW2)15、辅机16、控制装置17。

而且，相对于第一节点A及第四节点D并联连接有驱动用逆变器3。

蓄电池11被连接于第一节点A和第二节点B之间。

燃料电池堆12被连接于第三节点C和第四节点D之间。

燃料电池堆12通过层叠多组燃料电池单电池而成，该燃料电池单电池是用一对隔板夹持电解质电极构造体而成的，电解质电极构造体是利用由阳极催化剂及气体扩散层构成的燃料极(阳极)和由阴极催化剂及气体扩散层构成的氧电极(阴极)夹持由阳离子交换膜等构成的固体高分子电解质膜而成的，燃料电池单电池的层叠体从层叠方向两侧被一对端板夹持。

从空气泵(图示略)向燃料电池堆12的阴极供给含有氧的氧化剂气体(反应气体)即空气，例如从高压氢罐(图示略)向阳极供给含有氢的燃料气体(反应气体)。

而且，在阳极的阳极催化剂上通过催化剂反应而被离子化的氢通过被适度加湿的固体高分子电解质膜向阴极移动，伴随该移动产生的电子被取出到外部电路，作为直流的电能加以利用。此时，在阴极上，氢离子、电子及氧发生反应而生成水。

此外，空气泵例如从车辆的外部取入空气进行压缩，且将该空气作为反应气体向燃料电池堆12的阴极供给。

驱动该空气泵的泵驱动用电动机(图示略)的转速基于从控制装置17输出的控制指令，例如通过由基于脉宽调制(PWM)的PWM逆变器等构成的空气泵逆变器(图示略)进行控制。

该空气泵逆变器从蓄电池11等被供给电力。

DC-DC换流器13连接于第二节点B，更详细而言，低电压侧端子13L连接于第二节点B，高电压侧端子13H连接于第一节点A，共通端子13C连接于第四节点D。

DC-DC换流器13例如为斩波型的DC-DC换流器，其构成具备：连接多个开关元件(例如IGBT：Insulated Gate Bipolar mode Transistor)而成的开关电路21、扼流线圈22、第一及第二平滑电容器23、24。

开关电路21例如对成对的高侧开关元件21H及低侧开关元件21L进行连接而构成。

而且，高侧开关元件21H的集电极连接于高电压侧端子13H，低侧开关元件21L的发射极连接于共通端子13C，高侧开关元件21H的发射极连接于低侧开关元件21L的集电极。

而且，在每个高侧及低侧开关元件21H、21L的发射极-集电极间，以从发射极朝向集电极成顺方向的方式连接有二极管。

该开关电路21由从控制装置17输出并输入各开关元件21H、21L的栅极的被脉宽调制(PWM)后的信号(PWM信号)进行驱动，对高侧开关元件21H接通且低侧开关元件21L断开的状态和高侧开关元件21H断开且低侧开关元件21L接通的状态进行交替切换。

例如，根据由PWM信号的1周期中的高侧开关元件21H的接通时间THon和低侧开关元件21L的接通时间TLon所定义的开关能率duty(＝THon/(THon+TLon)等)，切换高侧及低侧开关元件21H、21L的接通/断开。

此外，高侧及低侧开关元件21H、21L设置有在进行接通/断开的切换时，禁止同时接通，且同时断开的适宜的空载时间(dead time)。

而且，在本发明中，如后述，在相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3将蓄电池11和燃料电池堆12并联连接的状态及串联连接的状态及并联和串联的连接切换的状态等下，继续DC-DC换流器13的开关动作(开关能率duty≠0)。

扼流线圈22的一端连接于开关电路21的高侧及低侧开关元件21H、21L的发射极-集电极间，扼流线圈22的另一端连接于低电压侧端子13L。

第一平滑电容器23连接于低电压侧端子13L及共通端子13C间，第二平滑电容器24连接于高电压侧端子13H及共通端子13C间。

该DC-DC换流器13在进行从低电压侧向高电压侧的升压动作时，首先，高侧开关元件21H断开且低侧开关元件21L接通，通过从低电压侧端子13L输入的电流对扼流线圈22进行直流励磁，蓄积磁能。

接着，在扼流线圈22的两端间产生电动势(感应电压)，以防止高侧开关元件21H接通且低侧开关元件21L断开、扼流线圈22中流动的电流被切断而带来的磁通的变化。

随之，蓄积于扼流线圈22的磁能引起的感应电压上升至低电压侧的输入电压，将比低电压侧的输入电压高的升压电压施加给高电压侧。

伴随该切换动作产生的电压变动通过第一及第二平滑电容器23、24平滑化，从高电压侧端子13H输出升压电压。

此外，在进行从高电压侧向低电压侧的降压动作时，首先高侧开关元件21H断开且低侧开关元件21L接通，利用从高电压侧输入的电流对扼流线圈22进行直流励磁，蓄积磁能。

接着，在扼流线圈22的两端间产生电动势(感应电压)，以防止高侧开关元件21H接通且低侧开关元件21L断开、扼流线圈22中流动的电流被切断而带来的磁通的变化。

蓄积于该扼流线圈22的磁能引起的感应电压根据开关能率duty而成为将高电压侧的输入电压降压的降压电压，向低电压侧施加降压电压。

第一开关(SW1)14连接于第二节点B和第三节点C之间。

第二开关(SW2)15连接于第一节点A和第三节点C之间。

第一及第二开关14、15例如为开关元件(IGBT：Insulated Gate Bipolarmode Transistor等)，根据从控制装置17输出的信号控制接通/断开。

此外，例如对于开关元件即第一开关(SW1)14，其发射极连接于第二节点B，集电极连接于第三节点C，且在发射极-集电极间以从发射极朝向集电极成顺方向的方式连接有二极管。

另外，例如对于开关元件即第二开关(SW2)15，其集电极连接于第一节点A，发射极连接于第三节点C，在发射极-集电极间以从发射极朝向集电极成顺方向的方式连接有二极管。

辅机16连接于第三节点C和第四节点D之间，并从燃料电池堆12供给电力。

控制装置17例如具备连接切换控制部31、可变电压控制部32以及电动机控制部33而构成。

而且，向控制装置17输入：例如从检测蓄电池11的电压(蓄电池电压)Vb的电压传感器41a及检测电流(蓄电池电流)Ib的电流传感器42a输出的信号、从检测燃料电池堆12的电压(燃料电池电压)Vfc的电压传感器41b及检测电流(燃料电池电流)Ifc的电流传感器42b输出的信号、从检测DC-DC换流器13的第一平滑电容器23的电压即低电压侧端子13L和共通端子13C之间的电压(第一DC-DC换流器电压)V1的电压传感器41c及检测DC-DC换流器13的输入电流(DC-DC换流器输入电流)Idc的电流传感器42c输出的信号、从检测电动机(M)2的转速及产生扭矩的各传感器(图示略)输出的信号。

连接切换控制部31控制第一开关(SW1)14及第二开关(SW2)15的接通/断开。

可变电压控制部32例如根据被脉宽调制(PWM)后的信号(PWM信号)的开关能率(duty)控制DC-DC换流器13的开关动作、即各开关元件21H、21L的接通/断开。

此外，开关能率(duty)例如为PWM信号的1周期中的各开关元件21H、21L的接通期间的比率等。

而且，可变电压控制部32通过DC-DC换流器13的开关动作，例如以第一节点A可与第三节点C连接的方式变更第二节点B的电位，由此调节从第二节点B经蓄电池11的第一节点A的电位、或例如以使第二节点B可与第三节点C连接的方式改变第二节点B的电位。

电动机控制部33例如在3相无刷DC电动机等电动机(M)2进行驱动时，在构成旋转正交坐标的dq坐标上进行电流的反馈控制(矢量控制)，控制将从蓄电池11及燃料电池堆12供给的直流电力转换成交流电力的驱动用逆变器3的电力转换动作。

例如，电动机控制部33运算与对电动机(M)2的扭矩指令相应的目标d轴电流及目标q轴电流，且基于目标d轴电流及目标q轴电流计算3相中各相输出电压Vu、Vv、Vw，根据各相输出电压Vu、Vv、Vw向驱动用逆变器3输入作为栅极信号的PWM信号。

而且，进行反馈控制，使得实际上将从驱动用逆变器3向电动机(M)2供给的各相电流Iu、Iv、Iw的检测值在dq坐标上进行变换而得到的d轴电流及q轴电流与目标d轴电流及目标q轴电流的各偏差成为零。

本发明实施方式的电动车辆用电源装置1具备上述构成，接着，对电动车辆用电源装置1的动作进行说明。

控制装置17例如在电动机(M)2的负荷小且电动机(M)2所需的驱动电压小的情况等下，如图2A所示，将第一开关(SW1)14设为开(断开)且将第二开关(SW2)15设为关(接通)，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3并联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

在并联连接时，例如图3所示的时刻t0至时刻t1的期间，继续DC-DC换流器13的开关动作。

随之，例如图2B所示，第一节点A的电位VA和第三节点C的电位VC相同且相比第四节点D的电位VD仅提高第一DC-DC换流器电压V1及蓄电池电压Vb的加法值(＝V1+Vb)。另外，第二节点B的电位VB相比第四节点D的电位VD仅提高第一DC-DC换流器电压V1。

而且，在该并联连接的状态(第一连接状态)下，DC-DC换流器13的开关能率(duty)例如下述数学式(1)所示那样记述。

式1是

$\frac{V1}{\mathrm{Vfc}}=1-\mathrm{duty}\·\·\·\left(1\right)$

在该并联连接的状态下，向电动机(M)2的驱动用逆变器3供给的电动机驱动电压例如图3所示的时刻t0～时刻t1的期间，与燃料电池电压Vfc相等，也就是说将燃料电池堆12作为主电源进行设定，将蓄电池11作为辅助电源进行设定。

而且，燃料电池堆12和蓄电池11的输出分配例如下述数学式(2)所示，通过与DC-DC换流器13的开关能率(duty)相对应的第一DC-DC换流器电压V1进行控制。

式2是

V1＝(1-duty)·Vfc    …(2)

而且，在该并联连接的状态下，例如在伴随电动机(M)2的负荷增大，电动机(M)2所需的驱动电压不增大的情况等下，控制装置17以相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3串联连接蓄电池11和燃料电池堆12的方式进行切换。

在该连接切换时，例如图4A所示，控制装置17首先将第一开关(SW1)14维持为开(断开)，将第二开关(SW2)15从关(接通)切换为开(断开)。

由此，将第三节点C和第一节点A及第二节点B切断。

而且，使例如下述数学式(3)所示记述的DC-DC换流器13的开关能率(duty)向降低趋势变化来执行开关动作。

式3是

$\frac{V1}{(V1+\mathrm{Vb})}=1-\mathrm{duty}\·\·\·\left(3\right)$

随之，例如图4B及下述数学式(4)所示，第一DC-DC换流器电压V1向增大趋势变化，第二节点B的电位VB朝向第三节点C的电位VC变高，第一节点A的电位VA相比第三节点C的电位VC仅提高第一DC-DC换流器电压V1的增大量。

数4是

$V1=(\frac{1}{\mathrm{duty}}-1)\·\mathrm{Vb}\·\·\·\left(4\right)$

而且，在该连接切换时的状态(第三连接状态)下，例如图3所示的时刻t1至时刻t3的期间，伴随第一DC-DC换流器电压V1的增大，向电动机(M)2的驱动用逆变器3供给的电动机驱动电压向增大趋势变化。

另外，蓄电池电流Ib在向增大趋势变化至规定的高侧电流值后，维持该高侧电流值。

另外，燃料电池电流Ifc在向减少趋势变至规定的低侧电流值后，维持该低侧电流值。

接着，控制装置17在第一DC-DC换流器电压V1达到燃料电池电压Vfc的时刻、即使第二节点B可与第三节点C连接的时刻，例如图5A所示，继续DC-DC换流器13的开关动作，同时将第一开关(SW1)14从开(断开)切换为关(接通)。随之，将第二开关(SW2)15维持为开(断开)，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3串联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

随之，例如图5B所示，第二节点B的电位VB和第三节点C的电位VC相同且相比第四节点D的电位VD仅提高第一DC-DC换流器电压V1(即与燃料电池电压Vfc相同的第一DC-DC换流器电压V1)，第一节点A的电位VA相比第三节点C的电位VC仅提高蓄电池电压Vb。

而且，例如图3所示的时刻t3以后，蓄电池电流Ib从规定的高侧电流值向減少趋势变化，燃料电池电流Ifc从规定的低侧电流值向增大趋势变化。

在该串联连接的状态(第二连接状态)下，控制装置17继续DC-DC换流器13的开关动作，开关能率(duty)例如下述数学式(5)所示那样记述。

由此，例如下述数学式(6)所示，通过开关能率(duty)记述燃料电池堆12的燃料电池电压Vfc和蓄电池11的蓄电池电压Vb之比，该比与燃料电池堆12的动作点(例如电压或电流或电力)和蓄电池11的动作点(例如电压或电流或电力)之比相对应。

式5是

$\mathrm{duty}=\frac{\mathrm{Vb}}{(\mathrm{Vfc}+\mathrm{Vb})}\·\·\·\left(5\right)$

式6是

$\frac{\mathrm{Vb}}{\mathrm{Vfc}}=\frac{\mathrm{duty}}{1-\mathrm{duty}}\·\·\·\left(6\right)$

控制装置17使用通过开关能率(duty)记述燃料电池堆12的动作点和蓄电池11的动作点之比，由燃料电池堆12及蓄电池11等电力供给侧的输出电力提供负荷的总消耗电力，同时控制燃料电池堆12和蓄电池11的输出分配。

由此，可执行电动机(M)2的驱动时及再生时的各种运转模式，通过对各种运转模式的每一种设定针对燃料电池电流Ifc的目标电流，且进行反馈控制使得燃料电池电流Ifc与目标电流相一致，由此来控制DC-DC换流器13的开关能率。

此外，电动机(M)2驱动时的模式例如是仅蓄电池11的输出被供应向驱动用逆变器3的EV模式、蓄电池11及燃料电池堆12的输出被供给向驱动用逆变器3的(蓄电池+FC)模式、仅燃料电池堆12的输出被供给向驱动用逆变器3的第一FC模式、仅燃料电池堆12的输出被供给向驱动用逆变器3及蓄电池11且蓄电池11被充电的第二FC模式等。

另外，电动机(M)2再生时的模式例如是通过驱动用逆变器3的再生电力对蓄电池11进行充电的再生模式、驱动用逆变器3的再生电力及燃料电池堆12的输出被供给向蓄电池11且蓄电池11被充电的(再生+FC的蓄电池充电)模式等。

例如，控制装置17在仅燃料电池堆12的输出被供给向驱动用逆变器3的第一FC模式等下，在燃料电池堆12的输出相对于电动机(M)2所要求的输出而言不足的情况、或因电动机(M)2所要求的输出低而燃料电池堆12的运转效率也降低的情况、或促进了燃料电池堆12劣化的运转状态的情况等下，增大蓄电池11的输出分配。

下面，对并联或串联切换蓄电池11和燃料电池堆12相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3的连接的处理进行说明。

首先，在例如图9所示的步骤S01中，检测蓄电池电压Vb和燃料电池电压Vfc。

接着，在步骤S02中，计算串联连接时的串联电压Vs(＝Vfc+Vb)。

接着，在步骤S03中，与相当于并联连接时的并联电压的燃料电池电压Vfc、电动机(M)2的转速及产生扭矩相对应，检索例如图7所示的电动机损失表，取得第一电动机损失值Qmot1。

需要说明的是，电动机损失表是根据预先实施的试验的试验结果等生成的，并例如具有如下特性：伴随于电动机(M)2的转速或产生扭矩的增大，电动机损失值向增大趋势变化，伴随电压的增大，电动机损失值向減少趋势变化。

接着，在步骤S04中，与串联电压Vs、电动机(M)2的转速及产生扭矩相对应，检索例如图7所示的电动机损失表，取得第二电动机损失值Qmot2。

接着，在步骤S05中，判定第一电动机损失值Qmot1是否小于第二电动机损失值Qmot2。

在该判定结果为“否”的情况下，进入后述的步骤S08。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，进入步骤S06。

而且，在步骤S06中，判定相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3是否串联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

在该判定结果为“否”的情况下，进入结束步骤。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，进入步骤S07，在该步骤S07中，执行后述的从串联连接向并联连接的切换处理，结束步骤。

另外，在步骤S08中，判定相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3是否并联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

在该判定结果为“否”的情况下，进入结束步骤。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，进入步骤S09，在该步骤S09中，执行后述的从并联连接向串联连接的切换处理，进入结束步骤。

下面，对在上述的步骤S07进行从串联连接向并联连接的切换处理进行说明。

首先，在例如图8所示的步骤S11中，执行DC-DC换流器13的开关动作，以使DC-DC换流器输入电流Idc与蓄电池电流Ib变成相同。

接着，在步骤S12中，将第一开关(SW1)14从关(接通)切换为开(断开)。

接着，在步骤S13中，通过以使第一节点A可与第三节点C连接的方式变更第二节点B的电位，由此调节从第二节点B经蓄电池11的第一节点A的电位VA，以使第一DC-DC换流器电压V1达到规定值(可使第一节点A与第三节点C连接的规定值)的方式执行DC-DC换流器13的开关动作。

接着，在步骤S14中，将第二开关(SW2)15从开(断开)切换为关(接通)，执行返回。

下面，对在上述的步骤S09进行从并联连接向串联连接的切换处理进行说明。

首先，在例如图9所示的步骤S21中，将第二开关(SW2)15从关(接通)切换为开(断开)。

接着，在步骤S22中，使第二节点B与第三节点C可连接，执行DC-DC换流器13的开关动作，以使第一DC-DC换流器电压V1与燃料电池电压Vfc相同。

接着，在步骤S23中，将第一开关(SW1)14从开(断开)切换为关(接通)。

接着，在步骤S24中，继续DC-DC换流器13的开关动作，执行返回。

如上述，根据本发明实施方式的电动车辆用电源装置1，在电动机(M)2的负荷小、且电动机(M)2所需的驱动电压小的情况下，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3并联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

另一方面，在电动机的负荷大、且电动机所需的驱动电压大的情况下，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3串联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

由此，在电动机(M)2的负荷大的情况下，可以使电动机(M)2的驱动电压增大而确保所希望的动力性能，在电动机(M)2的负荷小的情况下，可防止电动机(M)2的驱动电压过大，使电动机(M)2及驱动用逆变器3的运转效率增大。

因此，例如即使为坡道起步等高扭矩的行驶模式，也能够防止在驱动控制电动机(M)2的驱动用逆变器3中开关损失增大、或产生过热，且也能够防止相对于行驶控制产生输出限制。

进而，在对应于电动机(M)2的负荷增大而在并联和串联之间切换蓄电池11和燃料电池堆12相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3的连接的情况下，将第一开关(SW1)14及第二开关(SW2)15设为开，将燃料电池堆12从电动机(M)2断开，断开第三节点C和第一节点A及第二节点B，经由仅由蓄电池11向电动机(M)2供电的第三连接状态。

由此，在维持相对于电动机(M)2的电力供给的状态下，对应于电动机(M)2的负荷的大小，可以在并联和串联之间切换蓄电池11和燃料电池堆12相对于电动机(M)2的连接，例如即使在不使用内燃机等的动力而仅通过从电源供给的电力进行行驶的AER(All Electric Range)行驶时，也能够至少通过从蓄电池11供给的电力继续行驶控制。

另外，在相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3串联连接蓄电池11和燃料电池堆12的第二连接状态下，通过进行DC-DC换流器13的开关动作并改变开关能率(duty)，从而能够容易调节蓄电池11和燃料电池堆12之间的输出分配。

另外，在相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3并联连接蓄电池11和燃料电池堆12的第一连接状态下，在仅蓄电池11的一端(即第一节点A侧的端子)和燃料电池堆12的一端(即第三节点C侧的端子)以同电位连接的状态下，区分开主电源和辅助电源，并且可以通过第一DC-DC换流器电压V1容易地调节蓄电池11和燃料电池堆12之间的输出分配。

进而，可以从燃料电池堆12供给辅机16的消耗电力，在并联和串联之间切换蓄电池11和燃料电池堆12相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3的连接时，可以从负担电动机(M)2的消耗电力的蓄电池11向电动机(M)2供给更多的电力。

此外，在上述的实施方式中，例如图10所示的变形例那样，也可以使构成电动车辆用电源装置1的各要素的极性反转。

在该变形例的电动车辆用电源装置1中，与上述的实施方式的电动车辆用电源装置1的不同点在于，DC-DC换流器13的高电压侧端子13H连接于第四节点D，共通端子13C连接于第一节点A，取代电压传感器41c而具备检测高电压侧端子13H和低电压侧端子13L之间的电压(第二DC-DC换流器电压)V2的电压传感器41d。

下面，对上述的实施方式的变形例的电动车辆用电源装置1的动作进行说明。

控制装置17例如在电动机(M)2的负荷小、且电动机(M)2所需的驱动电压小的情况等下，如图11A所示，将第一开关(SW1)14设为开(断开)且将第二开关(SW2)15设为关(接通)，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3并联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

在该并联连接时，继续DC-DC换流器13的开关动作。

随之，例如图11B所示，第一节点A的电位VA和第三节点C的电位VC相同，且第二节点B的电位VB相比第一节点A的电位VA及第三节点C的电位VC仅提高蓄电池电压Vb，第四节点D的电位VD相比第二节点B的电位VB仅提高第二DC-DC换流器电压V2。

而且，在该并联连接的状态(第一连接状态)下，DC-DC换流器13的开关能率(duty)例如下述数学式(7)所示那样记述。

式7是

$\frac{\mathrm{Vb}}{\mathrm{Vfc}}=1-\mathrm{duty}\·\·\·\left(7\right)$

在该并联连接的状态下，向电动机(M)2的驱动用逆变器3供给的电动机驱动电压与燃料电池电压Vfc相等，也就是说将燃料电池堆12作为主电源进行设定，将蓄电池11作为辅助电源进行设定。

而且，燃料电池堆12和蓄电池11的输出分配例如下述数学式(8)所示，通过与DC-DC换流器13的开关能率(duty)相对应的第二DC-DC换流器电压V2进行控制。

式8是

$V2=\left(\frac{\mathrm{duty}}{1-\mathrm{duty}}\right)\·\mathrm{Vb}\·\·\·\left(8\right)$

而且，在该并联连接的状态下，例如在伴随电动机(M)2的负荷增大，电动机(M)2所需的驱动电压增大的情况等下，控制装置17以相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3将蓄电池11和燃料电池堆12串联连接的方式进行切换。

在该连接切换时，例如图12A所示，控制装置17首先将第一开关(SW1)14维持为开(断开)，同时将第二开关(SW2)15从关(接通)切换为开(断开)。

由此，将第三节点C和第一节点A及第二节点B断开。

而且，使例如下述数学式(9)所示记述的DC-DC换流器13的开关能率(duty)向降低趋势变化，执行开关动作。

式9是

$\frac{\mathrm{Vb}}{(\mathrm{Vb}+V2)}=1-\mathrm{duty}\·\·\·\left(9\right)$

随之，例如图12B及下述数学式(10)所示，第二DC-DC换流器电压V2向增大趋势变化，第三节点C的电位VC相比第一节点A的电位VA仅提高第二DC-DC换流器电压V2的增大量，第三节点C的电位VC和第二节点B的电位VB之差减小。

式10是

$V2=(\frac{1}{\mathrm{duty}}-1)\·\mathrm{Vb}\·\·\·\left(10\right)$

接着，控制装置17在第二DC-DC换流器电压V2达到燃料电池电压Vfc的时刻、即第二节点B可与第三节点C连接的时刻，例如图13A所示，继续DC-DC换流器13的开关动作，同时将第一开关(SW1)14从开(断开)切换为关(接通)。随之，将第二开关(SW2)15维持为开(断开)，相对于电动机(M)2的驱动用逆变器3串联连接蓄电池11和燃料电池堆12。

随之，例如图13B所示，第二节点B的电位VB和第三节点C的电位VC相同，且相比第一节点A的电位VA仅提高蓄电池电压Vb。

在该串联连接的状态(第二连接状态)下，控制装置17继续DC-DC换流器13的开关动作，开关能率(duty)例如如下述数学式(11)那样记述。

由此，例如下述数学式(12)所示，通过开关能率(duty)记述燃料电池堆12的燃料电池电压Vfc和蓄电池11的蓄电池电压Vb之比，该比与燃料电池堆12的动作点(例如电压或电流或电力)和蓄电池11的动作点(例如电压或电流或电力)之比相对应。

式11是

$\mathrm{duty}=\frac{\mathrm{Vfc}}{(\mathrm{Vb}+\mathrm{Vfc})}\·\·\·\left(11\right)$

式12是

$\frac{\mathrm{Vb}}{\mathrm{Vfc}}=\frac{1-\mathrm{duty}}{\mathrm{duty}}\·\·\·\·\left(12\right)$

控制装置17采用由开关能率(duty)记述燃料电池堆12的动作点和蓄电池11的动作点之比，由燃料电池堆12及蓄电池11等电力供给侧的输出电力提供负荷的总消耗电力，同时控制燃料电池堆12和蓄电池11的输出分配。

由此，可执行电动机(M)2的驱动时及再生时的各种运转模式，通过以相对于各种运转模式的每一个设定相对于燃料电池电流Ifc的目标电流且使燃料电池电流Ifc与目标电流相一致的方式进行反馈控制，由此来控制DC-DC换流器13的开关能率。

此外，在上述的实施方式及变形例中，蓄电池11和燃料电池堆12也可以切换配置位置。

本申请主张2011年1月21日在日本提交的申请2011-010585的优先权，在此作为参考引用。

Claims (6)

1.一种电动车辆用电源装置，其特征在于，具备：

连接在第一节点和第二节点之间的第一电源、

连接在所述第二节点和第三节点之间的第一开关、

连接在所述第三节点和第四节点之间的第二电源、

连接在所述第一节点和所述第三节点之间的第二开关、

连接于所述第二节点的DC-DC换流器，

所述DC-DC换流器通过以使所述第一节点可与所述第三节点连接的方式改变所述第二节点的电位，从而调节从所述第二节点经所述第一电源的所述第一节点的电位，或者，所述DC-DC换流器以使所述第二节点可与所述第三节点连接的方式改变所述第二节点的电位，

将从所述第一节点和所述第四节点之间取出的输出电力供给向电动机，所述第一电源及所述第二电源中的任一个是燃料电池堆，另一个是二次电池。

2.如权利要求1所述的电动车辆用电源装置，其特征在于，

所述电动车辆用电源装置具备可切换下述三个连接状态的切换装置，所述三个连接状态是：将所述第一开关设为断开且将所述第二开关设为接通并将所述第一节点和所述第三节点连接的第一连接状态、将所述第一开关设为接通且将所述第二开关设为断开并将所述第二节点和所述第三节点连接的第二连接状态、将所述第一开关设为断开且将所述第二开关设为断开并将所述第三节点和所述第一节点及所述第二节点切断的第三连接状态，

所述切换装置经由所述第三连接状态切换所述第一连接状态和所述第二连接状态。

3.如权利要求2所述的电动车辆用电源装置，其特征在于，

所述DC-DC换流器在所述第二连接状态和所述第三连接状态的连接切换时的时间的前后继续开关动作。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电动车辆用电源装置，其特征在于，

在所述第三节点和所述第四节点之间连接有辅机。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电动车辆用电源装置，其特征在于，

所述DC-DC换流器的低电压侧端子连接于所述第二节点，高电压侧端子连接于所述第一节点，共通端子连接于所述第四节点。

6.如权利要求1～4中任一项所述的电动车辆用电源装置，其特征在于，

所述DC-DC换流器的低电压侧端子连接于所述第二节点，高电压侧端子连接于所述第四节点，共通端子连接于所述第一节点。

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