JP2015517793A - 電源保護のためのdc/dc電力コンバータ制御方式 - Google Patents

電源保護のためのdc/dc電力コンバータ制御方式 Download PDF

Info

Publication number
JP2015517793A
JP2015517793A JP2015513979A JP2015513979A JP2015517793A JP 2015517793 A JP2015517793 A JP 2015517793A JP 2015513979 A JP2015513979 A JP 2015513979A JP 2015513979 A JP2015513979 A JP 2015513979A JP 2015517793 A JP2015517793 A JP 2015517793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
converter
output
power
critical parameter
change
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015513979A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6030755B2 (ja
Inventor
サッバラオ・ヴァリゴンダ
ダニエル・エフ・オーロウスキー
Original Assignee
バラード パワー システムズ インコーポレイテッド
バラード パワー システムズ インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by バラード パワー システムズ インコーポレイテッド, バラード パワー システムズ インコーポレイテッド filed Critical バラード パワー システムズ インコーポレイテッド
Publication of JP2015517793A publication Critical patent/JP2015517793A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6030755B2 publication Critical patent/JP6030755B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • H01M8/04925Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04544Voltage
    • H01M8/04559Voltage of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • H01M8/04925Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

燃料電池電力プラントの電力出力に対応するDC/DCコンバータ(10a)のコントローラ(11a)は、燃料電池電圧が制限を超過するかどうか判断し、そうである場合、燃料電池出力電流もDC/DCコンバータ出力電流も超過してないことを前提として、DC/DCコンバータデューティサイクルにおける増加を生じさせ、それにより燃料電池スタックから要求される電力を増加する、という制御方式下で動作する。これは、燃料電池が腐食することを防止するために従来の電圧制限に対する必要性を省く。デジタル制御ループおよび状態機械が示される。

Description

DC/DC電力コンバータ制御方式は、a)臨界パラメータの値を制限値より下にするように、b)一方で、電源またはコンバータのもう1つの臨界パラメータを制限値より下にしうる方法で、コンバータ出力を変更するために、燃料電池のようなDC電源の出力電圧等の臨界パラメータに応答することを含む。
DC/DC電力コンバータは、運用中のバスで現在使用される燃料電池/バッテリハイブリッド電力推進システム等の各種電力システムで使用される。DC/DC電力コンバータは、所望の出力電圧が、利用可能な入力電圧より高い場合にブーストタイプでもよく、或いは所望の出力電圧が、利用可能な入力電圧より低い場合にバックタイプでもよい。DC/DCコンバータはまた、双方向でもよく、両方向での電力フローを可能にし、或いは単向性でもよく、1方向のみでの電力フローを可能にする。
燃料電池スタックに関連付けられる典型的な従来のDC/DCコンバータは、システムによって制御され、それは通常デジタルであり、コンバータ入力電流(DC電源、例えば燃料電池スタックの出力電流)とコンバータ出力電流および電圧とを十分に制御する。しかし、従来の方式は、DC電源出力電圧の制約に対処することに有効ではなかった。燃料電池は、単調な電圧/電流性能曲線の関係を有する。低い出力電力では、各電池の電圧は、陰極および陽極触媒と炭素触媒担体との腐食を生ずるのに十分高くなりうる。この腐食は、燃料電池の性能における永続的な劣化を生ずる。
従来、高い電池電圧における触媒および担体腐食の結果としての、燃料電池性能の劣化を防止することは通常、補助的抵抗負荷等の電圧制限装置(VLD)を使用して防止され、それは、パルス幅変調(PWN)信号によって制御される電子スイッチを使用して可変負荷を回路に含むか回路から外すかを切り替えることによって有効に引き起こされる。
図1を参照すると、DC/DCコンバータ10は、この場合単向性であり、ブーストコンバータであることが多く、負荷16に電力を提供する燃料電池発電プラントシステム15において、燃料電池スタック13からライン12上で電力を受けることが示される。負荷16は、電気またはハイブリッド車両における電気モータを含んでよく、または電話交換、病院、若しくはピーク電力支援を要求する電力分配システム等の固定された燃料電池発電プラントによってサービスされる任意数の負荷を含んでよい。
図1において、抵抗補助負荷29は、VLDコントローラ34によって提供されるライン32上のPWM信号によって制御される電子スイッチ30を使用して回路に含むか回路から外すかを選択的に切り替えられる。ライン12上の電池電圧が閾値、一般には臨界腐食閾値より低い数百ボルトを超過する時はいつでも、VLDコントローラは、スイッチ30のデューティサイクルを増加し、平均抵抗を下げて電流および電源出力を増加する。VLDコントローラは、ライン12上の燃料電池出力電圧が、比較的低い安全な電圧より下に減少する時はいつでも、その分だけデューティサイクルを減少することになる。補助的負荷29は、安全な電池電圧を維持するのに要求される任意の電力量を消費する時、関与する装置の範囲内で受け入れなければならない熱を生成する。VLDコントローラは通常、DC/DCコンバータコントローラだけでなく燃料電池発電プラントコントローラからも分離および離間される。
DC/DCコンバータのコントローラへの入力は、図1に示すように複数の信号ライン19〜21上に提供される。燃料電池スタック出力電流(DC/DCコンバータ入力電流)に対する制限信号IcelLIMは、ライン19上である。コンバータ出力電流制限信号IoutLIMは、ライン20上である。所望のコンバータ出力電圧コマンドVoutCMNDは、ライン21上である。
図2を参照すると、図1のDC/DCコンバータ10のコントローラ11に対する従来の制御方式は、エントリポイント37を介して達し、第1の検査38は、出力電圧がコマンド出力電圧VoutCMNDに等しいかまたは高いかを判断する。高くない場合、検査38の否定結果が検査40に達し、燃料電池出力電流Icelが、対応する制限IcelLIMを超過するかどうか判断する。本明細書で使用されるように、用語「超過」は、パラメータの値に関連して、値がその制限または閾値に対しあまり好ましくない側に達したことを意味する。高い場合、検査40の肯定結果は、ステップ42に達し、DC/DCコンバータに対するデューティサイクル信号を減少させる。これら電流は、以後図4に関連して、本願の方式に関してより具体的に説明される。
燃料電池出力電流が、対応する制限を超過しない場合、検査40の否定結果は、検査43に達し、DC/DCコンバータ出力電流Ioutが、関連する制限を超過するかどうか判断する。コンバータ出力電流がその制限を超過する場合、検査43の肯定結果は、ステップ42に達し、デューティサイクルを減分し、電力を低減する。しかし、燃料電池出力電流およびコンバータ出力電流の両方が制限内にある場合、検査40および43の否定結果は、ステップ45に達し、デューティサイクルを増加する。即ち、出力電流が両方とも制限内にある場合で、電圧出力が、検査38で示されるようにコマンド電圧出力より低い時、デューティサイクルがステップ45で増加され、DC/DCコンバータの出力電圧を増加し、出力電力における増加を生じさせる。
DC/DCコンバータの電圧出力が出力電圧コマンドを超過する場合、検査38の否定結果は、ステップ42に達し、デューティサイクルを減少させる。これにより、出力電圧における減少および出力電力における減少が生じる。故に、ステップ45は、電力を押し上げ (push)、一方で、ステップ42は、電力を低減する(電力を押し上げない)。ステップ42、45の何れかの後、他のルーチンは、リターンポイント48を介して戻る。
制限値を備える臨界パラメータを有するDC電源から電力を受けるDC/DCコンバータのための制御方式は、コンバータ出力を調節することによって臨界パラメータを調整し、それにより他のパラメータの制限が超過されないという前提で、臨界パラメータの値に好ましく作用する方法で、電源によって伝えられる電力を変更する。
一例では、臨界パラメータは、燃料電池発電プラントの電池電圧であり、平均または代表的な電池電圧を示す電圧は、出力電力が増加されるべきかどうか判断するために利用され、それにより電池電圧を減少させる。
開示された実施形態では、パルス幅変調スイッチング回路およびVLDコントローラを通常備える電圧制限装置を使用するのではなく、本願の制御方式は、他の制限が超過されないという前提で、燃料電池スタックの電圧が高くなりすぎるというイベントにおける動作のモードを変更し、電力出力を押し上げ(ブーストし)、それにより燃料電池電圧を低減するために、もう1つの入力として燃料電池電圧を備えるDC/DCコンバータのコントローラを利用する。
制御方式は、太陽電池等のDC/DCコンバータによる電力変換を採用する他のDC源と共に使用されうる。一般的なケースでは、本願の制御方式は、DC/DCコンバータに電力を提供するDC源の臨界パラメータを順番に変更する方法で、制御方式内の命令がDC/DCコンバータの出力を調節するという任意の状況で利用されうる。
この制御方式は、ブーストタイプまたはバックタイプの何れかの、単向性または双方向DC/DCコンバータと共に使用されうる。この制御方式は、負荷に提供される電流出力または電圧出力の何れかを制御するDC/DCコンバータと共に使用されうる。
他の変形は、添付図面に示されるように、例示的実施形態の以下の詳細な説明に照らしてより明らかとなろう。
図1は、当業者に周知のDC/DCコンバータに電力供給し、PWMスイッチ電圧制限装置を利用する燃料電池スタックの単純化した概略ブロック図である。 図2は、図1のDC/DCコンバータのための従来の制御方式の単純化した図である。 図3は、本願の制御方式を使用してDC/DCコンバータに電力供給する燃料電池スタックの単純化した概略ブロック図である。 図4は、図3の制御方式で検査される信号の単純化した概略図である。 図5は、図3のDC/DCコンバータのための本願の制御方式の単純化した図である。 図6は、車両の電気モータを含む図3の改善されたコンバータに対する負荷の単純化した概略ブロック図である。 図7は、電話交換を含む図3の改善されたコンバータに対する負荷の単純化した概略ブロック図である。 図8は、本願の様式を実装する状態機械の図である。 図9は、出力電圧を制御しないシステムにおける本願の様式を実装する状態機械の図である。 図10は、図8の各状態の単純化した概略図である。 図11は、図8の各状態の単純化した概略図である。 図12は、図8の各状態の単純化した概略図である。 図13は、本願の制御方式の単純化した図である。
本明細書で提供される制御方式を採用するシステムは、図3に示される燃料電池発電プラントシステム15a内にある。図3および図1間の顕著な違いは、電圧制限補助的負荷29およびVLDコントローラ34が無いことである。重要な違いは、DC/DCコンバータ10aがそのコントローラ11aへの追加的入力を有し、ライン50上で燃料電池スタック出力制限信号VcelLIMを含む。
図4は、図5の検査38、40、43および54で検査される、コントローラ11aに提供される信号Vcel、Icel、VoutおよびIoutを明確にするために示される。電池電圧は、ライン12上にある。電池出力電流Icelは、DC/DCコンバータ10aに入ると、ライン12の電流の大きさを決定するために、装置57によって測定される。Voutは、ライン18上のDC/DCコンバータの出力電圧であり、Ioutは、センサ58によって示される、負荷に対してライン18上に提供されている電流である。
図4のコントローラ11aの出力は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の電子スイッチ62に提供される、ライン60上のデューティサイクル信号であり;一方的なDC/DCコンバータにおいて、スイッチは、絶縁ゲート電界効果トランジスタまたは他の適切な電子スイッチを含みうる。これは、DC/DCコンバータにおける電圧制御の従来の方法である。示されるブーストコンバータにおいて、デューティサイクルを増加することで出力電圧および/または出力電流を増加し、従って負荷への電力を押し上げる一方、デューティサイクルを減少させることで出力電圧または電流を減少させ、従って負荷へ提供される電力を低減する。
図5において、本明細書の制御方式を有するDC/DCコンバータ10aのためのコントローラ11aは、エントリポイント53を介して達せられる。第1の検査38は、従来技術と同じであり、出力電圧が出力電圧コマンドより大きいかどうかを判断する。そうである場合、燃料電池電圧Vcelが燃料電池電圧制限VcelLimより大きいかどうかを判断する検査54に達する。これは、単一の代表的な燃料セルの検査でもよく、ライン12上の全出力電圧の検査でもよく、制限電圧閾値のN倍でもよく、ここでNは、スタックにおける燃料電池の数である。または、それは、いくつかの代表的な電池の電圧の合計でもよく、その場合電池電圧制限信号は、制限電池電圧閾値のN倍を含み、ここでNは、関連する代表的な電池の数である。
電池電圧が高すぎる場合、検査54の肯定結果は、燃料電池の出力電流またはDC/DCコンバータの出力電流の何れがその対応する制限を超過するかどうかを判断するために、検査40および43に達することになる。両方の検査40および43が否定的である場合、その時デューティサイクルがステップ45で増加され、プログラミングは、リターンポイント48を介して他のルーチンに戻る。低い電池電圧へ電力を押し下げることでどの電流もその制限を超過することになる場合、検査40または43の何れかの結果は、図5のルーチンの次の経路で肯定的に変わる。これは、デューティサイクルを減分するためにステップ42に達し、電流を低減することになる。
電池電圧が高いが電流の何れもその制限より上の場合、何れの検査40または43の肯定結果は、デューティサイクルが増加するのを防止し、先に説明した通りデューティサイクルを減少させることになるステップ42に達する。
しかし、DC/DCコンバータの出力電圧がそのコマンド出力電圧を超過するときはいつでも、検査54に達する検査38の肯定結果は、電池電圧が検査54でその対応する制限を超過しない限り、デューティサイクル42における減少にならない。
故に、本願の制御方式に従って、コントローラ11aで1つの追加的制御因子を提供することにより、燃料電池が腐食するのを防止する機能が直ちに達成される一方で、図1の装置29〜34が回避される。
本願の制御方式下で動作するDC/DCコンバータに対する1つの考えられる負荷16aは、図6に示される車両駆動に対する一次電力である。図6の主要負荷は、全ての電気車両、または現在運用中のハイブリッドバス等のハイブリッド車両の電気モータ部分の何れかにありうる電気モータ67である。モータ67は、両面性(bilateral)のDC/ACインバータ72から複数のライン69にわたり3相電力を受信する。インバータが両面性なので、モータは、減速する時または下り坂を移動する時、ブレーキ装置として作用することができる。再生成モードにおいてモータによって生成される電力は、エネルギ格納システム74へインバータ72によって適用され、各々が大きな容量である複数のキャパシタを含み、適当な場合、ストレージバッテリを含みうる。エネルギ格納システム74はまた、適切な場合、双方向DC/DCコンバータと、エネルギの格納またはリターンを制御するための装置とを含む。
エネルギ格納システム74に追加して、またはその代わりの何れかにおいて、電力消費装置(PDD)75があってよく、図1で言及される電圧制限装置と基本的に同一である。電力消費装置75により、モータをブレーキ装置のみとして、または十分に充電される時、エネルギ格納システムへのバックアップとして使用可能になる。しかし、PDD75は、周知の通りシステムのスタートアップ等のためにエネルギを提供できない。PDDは、エネルギ格納システムよりかなり安く、およびかなり軽量なので使用されることがあり、両方は、車両の用途において重要である。
本願の制御方式で動作するDC/DCコンバータ10aに関し、図5におけるDC/DCコンバータコントローラ11aの制御方式の検査がステップ45でデューティサイクルを増加することにより電力を押し上げることになる場合、電力におけるそのような増加は、モータ67において望ましくなく、その設計に依存して、インバータ72は、電圧差を調節でき、エネルギ格納システム74または電力消費装置75は、追加的電力を吸収できる。
本願の制御方式下で動作するDC/DCコンバータ10aに対するもう1つの考えられる負荷16bは、図7に示される電話交換のためのバックアップ電力である。ここで、最終的負荷は、12および30ボルト間等の適度なDC電圧で動作する電子装置77である。電子装置に対する主要電力は、通常の電力系統82から電力供給されるAC/DCコンバータ79である。コンバータ79は、3相の440ボルトAC電力を後述する公称電圧でDC電力に変換することになろう。AC/DCコンバータ79は、種々の数の電子装置77の種々の電力使用量に適応するために、公称電圧で提供される電力量を調節することができる。
電力系統によって提供される電力における障害に適応するために、大規模エネルギ格納システム84が提供される。このシステムは、比較的短期間に電子装置へ公称DC電圧を提供することができ、一度電力系統82からの電力が回復すると、AC/DCコンバータ79によって公称DC電圧で再充電されうる。
長期停電の間、図3の燃料電池発電プラント15aは、DC/DCコンバータ10aを介して電子装置77へライン18上で電力を提供するよう開始されうる。そのような状況の下、エネルギ格納装置84は、セル電圧制限より大きなセル電圧によって引き起こされる、燃料電池スタックによって生成される任意の余剰電力を仮定することができる。それは、デューティサイクルを増加することにより検査54の結果として電力を押し上げるためにステップ45に達する図5の制御方式の結果である。これは、ステップ40および43が否定的であることによって示される通り、電池電流およびコンバータ出力電流の何れも制限を越えない時のみ生じる。
図6および7の負荷16aおよび16bは、単なる例示であり、腐食制限電圧より低く電池電圧を低減するように電力を押し下げることは、多種多様な負荷を妨げることなく可能であることを示す。負荷は、図6のように主要電力として、または図7のようにバックアップ電力として燃料電池発電プラントを使用していてもよい。負荷は、図6のように移動式であるか、または図7のように固定式でもよい。
本明細書の様式は、デジタルルーチンを用いて実装されうるものとして説明された。しかし、図8〜12に示す通り、状態機械によって等、他の方法で実装されうる。
図8のライン53aによって示されるように、電力投入または任意の他のリセットがあるときはいつでも、状態機械86は、燃料電池電流制限を受ける、図10に示されるようにライン18上のDC/DCコンバータ(10a、図4)の出力電圧(Vout)を調整する第1の状態87に達する。ここで、コンバータの出力電圧Voutは、合計ジャンクション89において、ライン21上の出力電圧コマンドVoutCMNDと比較される。エラーは、ライン92上にデューティサイクルの正しい、条件付き値を提供するために、比例/積分利得42a/45aを介してライン91に伝えられる。比例および積分利得42a/45aは、図5におけるデューティサイクルを減分または増分するステップ42および45に等しい。ライン92上の比例/積分利得の出力は、燃料電池電流制限段階40aを通過する(燃料電池電流が高すぎる場合、デューティサイクルの減分を確実にする図5の検査40に等しい)。制限装置は通常、ライン57上の燃料電池電流(Icel)がライン19上の制限信号(IcelLIM)を超過するかどうか判断し、超過する場合、ライン94上にデューティサイクル信号を提供するためにライン92またはIcelに関する類似ラインの、2つの出力のうち低いほうを選択する“未満(less-than)”回路と共に、比例/積分利得を介してライン92に類似するラインにエラーを伝えるために合計ジャンクションを含んでよい。
図8において、状態機械は、状態87のままであり、ここで2つのパラメータの何れかが変わらない限り、Voutを調整する。燃料電池電圧Vcelがライン54aによって示されるようにその制限、VcelLIMを超過する場合、状態機械86は、状態98に進み、図11に示される通り、燃料電池の出力電圧を調整する。図11の状態98は、合計ジャンクション89への入力における信号を除いて、図10の状態87と同じである。図11において、燃料電池電圧(Vcel)は、合計ジャンクション89の正入力へのライン12上に印加され、燃料電池制限電圧VcelLIMは、合計ジャンクションの負入力へのライン50上に印加される。
一度、電池電圧調整状態98に入ると、燃料電池電圧がその制限より下の値に戻るまでその状態で維持する。次いで、ライン54bによって示される通り、DC/DCコンバータ出力電圧調整状態87に戻る。従来のヒステリシスは、状態間の追跡(hunting)を防止するために条件54aおよび54b間に提供されうる。
状態機械がDC/DCコンバータ出力電圧を調整する状態87以外に利点を有しうるもう1つの態様は、ライン43aによって示される通り、DC/DCコンバータの出力電流がその制限を超過する場合である。次いで、DC/DCコンバータ出力電流が図12に示されるように調整される状態100に達することになろう。図12は、合計ジャンクション89に供給される信号を除いて図10および11と同じである。状態100では、ライン58上のDC/DCコンバータの出力電流(Iout)は、ライン20上のその制限IoutLIMに対し合計ジャンクション89において比較される。違いがあるとすれば、比例および積分利得42a/45aを通過することは、前述の通り、燃料電池電流(Icel)が制限を超える場合に代替されうる、ライン92上に一時的デューティサイクル信号を提供する。
DC/DCコンバータ出力電圧(Vout)または燃料電池電圧(Vcel)の何れかが対応する制限を超過する場合、状態は各々、出力電圧が調整される状態87に戻ってよいかまたは燃料電池電圧が調整される状態98に戻ってよい。
状態機械に関する本明細書の様式の表現は、シチュエーションを変更するものではなく:本明細書の様式は、電力消費または格納等、いかなる電圧制限に対する必要性を除外しない。なぜなら前述の通り、燃料電池電圧をその制限より下に維持する必要がある時はいつでも、DC/DCコンバータにより電力を押し上げるからである(但し、DC/DCコンバータが超過した出力電流を有する場合は除く)。
図9は、単純化した状態機械を示し、1つは、DC/DCコンバータ出力電圧に対する制御を必要としないシステムにおいて使用されうる。通常、状態100aは、その出力電流Ioutを調整するために、DC/DCコンバータを制御することになる。しかし、燃料電池電圧が制限を超過する場合、図9の状態機械は、燃料電池電圧Vcelが調整される状態98aに進む。状態98および98aにより、図8および9に示される状態機械は、燃料電池の出力電力が負荷を超過する時、電力を取り除く必要を回避することになる。なぜなら、DC/DCコンバータは、燃料電池電圧が制限内のままであることを確実にするために電力を押し上げる(増加する)ことになるからである。図9の状態機械に相当しうるデジタルルーチンは、図13に示される。図13は、コンバータ出力電圧に対する制御がない−検査38がないことを除いて、図5と同じである。
開示された実施形態の変更および変形が概念の意図から逸脱しないで成されうるので、添付の特許請求の範囲によって要求されるもの以外に、開示を制限することを意図しない。
13 燃料電池スタック
10a DC/DCコンバータコントローラ
16 負荷

Claims (13)

  1. 安全な制限値より下に臨界パラメータの値を維持するようにDC源の電源出力を変更する方法でDC/DCコンバータを動作することによって、安全な制限値を超過することから、前記DC/DCコンバータを作動させている、DC電源の臨界パラメータを防止することを特徴とする方法。
  2. DC/DCコンバータに取り付けられる負荷によって要求されている出力からのDC源の電源出力の変更は、前記臨界パラメータの値が前記制限値を超過する可能性が高くなるような方法でDC/DCコンバータの負荷が変化する時のみ、生ずることをさらに特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. DC/DCコンバータに取り付けられる負荷によって要求されている出力からのDC源の電源出力の変更は、DC源の追加的臨界パラメータの値またはDC/DCコンバータの臨界パラメータの値の何れかにおける超過がないことを条件とすることをさらに特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. DC電源は、燃料電池発電プラントであることをさらに特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. DC電源の臨界パラメータは、前記燃料電池発電プラントの燃料電池スタックにおける電池電圧であることをさらに特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. DC/DCコンバータに取り付けられる負荷によって要求される出力からの電源出力の変更は、電源出力を増加することを含むことをさらに特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. DC/DCコンバータに取り付けられる負荷によって要求される出力からの電源出力の変更は、燃料電池スタック出力電流またはDC/DCコンバータ出力電流の何れかの値の対応する制限を超過しないことを条件とすることをさらに特徴とする請求項4に記載の方法。
  8. 超過されるべきでない制限値を備える臨界パラメータを有するDC電源(13)と、
    前記DC電源の出力電力を変換してDC/DCコンバータの所望の出力を提供する制御方式によって電力変換が制御される、DC/DCコンバータと
    を含み、
    前記DC/DCコンバータの制御方式は、
    a)前記臨界パラメータの制限値が超過されたかどうかを判断し、そうである場合、
    b)前記臨界パラメータが前記制限値を超過する可能性を低くする方向でDC/DCコンバータの出力における第1の変化を生じさせる
    ことを含むことを特徴とする装置。
  9. 前記制御方式は、
    DC/DCコンバータの第2の臨界パラメータの値が第2の制限値を超過するかどうかを判断し、そうである場合、
    前記第2の臨界パラメータが前記第2の制限値を超過する可能性を低くすることになるDC/DCコンバータの出力における第2の変化を、前記第1の変化に代えて生じさせるようにDC/DCコンバータの制御を変更すること
    を含むことをさらに特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 前記制御方式は、
    DC源の第3の臨界パラメータの値が第3の制限値を超過するかどうかを判断し、そうである場合、
    前記第3の臨界パラメータが前記第3の制限値を超過する可能性を低くすることになるDC/DCコンバータの出力における第3の変化を、前記第1の変化または前記第2の変化に代えて生じさせるようにDC/DCコンバータの制御を変更すること
    を含むことをさらに特徴とする請求項8に記載の装置。
  11. 超過されるべきでない制限値を備える臨界パラメータを有し、DC/DCコンバータ(10a)に電力を提供する、DC電源(13)を制御する方法であって、電力変換は、前記DC電源の出力電力を変換してDC/DCコンバータの所望の出力を提供する制御方式によって制御され、
    a)前記臨界パラメータの制限値が超過されたかどうかを判断し、そうである場合、
    b)前記臨界パラメータが前記制限値を超過する可能性を低くする方向でDC/DCコンバータの出力における第1の変化を生じさせる
    ことを特徴とする方法。
  12. DC/DCコンバータの第2の臨界パラメータの値が第2の制限値を超過するかどうか判断し、そうである場合、
    前記第2の臨界パラメータが前記第2の制限値を超過する可能性を低くすることになるDC/DCコンバータの出力における第2の変化を、前記第1の変化に代えて生じさせるようにDC/DCコンバータの制御を変更する
    ことをさらに特徴とする請求項8に記載の方法。
  13. 前記制御方式は、
    DC源の第3の臨界パラメータの値が第3の制限値を超過するかどうか判断し、そうである場合、
    前記第3の臨界パラメータが前記第3の制限値を超過する可能性を低くすることになるDC/DCコンバータの出力における第3の変化を、前記第1の変化または前記第2の変化の何れかに代えて生じさせるようにDC/DCコンバータの制御を変更すること
    を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
JP2015513979A 2012-05-21 2012-05-21 電源保護のためのdc/dc電力コンバータ制御方式 Active JP6030755B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2012/038789 WO2013176647A1 (en) 2012-05-21 2012-05-21 Dc/dc power converter control strategy for source protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015517793A true JP2015517793A (ja) 2015-06-22
JP6030755B2 JP6030755B2 (ja) 2016-11-24

Family

ID=49624181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015513979A Active JP6030755B2 (ja) 2012-05-21 2012-05-21 電源保護のためのdc/dc電力コンバータ制御方式

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9680366B2 (ja)
EP (1) EP2853023B1 (ja)
JP (1) JP6030755B2 (ja)
KR (1) KR101867653B1 (ja)
CN (1) CN104508965B (ja)
WO (1) WO2013176647A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10038373B2 (en) * 2014-06-30 2018-07-31 Skyworks Solutions, Inc. Circuits, devices and methods for bypassing voltage regulation in voltage regulators
EP3324507B1 (en) 2014-07-23 2019-11-06 Delta Electronics (Thailand) Public Co., Ltd. Impedance compensation
US9584012B2 (en) * 2015-02-14 2017-02-28 Skyworks Solutions, Inc. Quick-start high-voltage boost
US11239752B2 (en) * 2015-08-07 2022-02-01 Cirrus Logic, Inc. Adjusting peak inductor current to limit supply input current
US10021485B2 (en) 2015-11-17 2018-07-10 Cirrus Logic, Inc. Prevention of signal clipping due to decrease in amplifier supply voltage
DE102017103246B4 (de) * 2016-04-08 2020-11-19 Infineon Technologies Ag Vor Überspannungsbedingungen geschützte Stromverteilungsvorrichtung
DE102017214440A1 (de) 2017-08-18 2019-02-21 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung
DE102017214445A1 (de) * 2017-08-18 2019-02-21 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung
CN110492551A (zh) * 2019-07-02 2019-11-22 珠海格力电器股份有限公司 燃料电池输出电路及其控制方法和控制装置
FR3100137A1 (fr) * 2019-09-02 2021-03-05 Fives Fcb Procédé pour dissocier différents constituants d’un béton de déconstruction
US11476806B2 (en) 2019-10-03 2022-10-18 Skyworks Solutions, Inc. Jump-start power amplifier boost converter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0461489U (ja) * 1990-10-01 1992-05-26
JP2012504848A (ja) * 2008-10-03 2012-02-23 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池開放電圧の低電力制御

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736150A (en) * 1986-07-09 1988-04-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of increasing the useful life of rechargeable lithium batteries
JP2766407B2 (ja) * 1991-08-20 1998-06-18 株式会社東芝 太陽光発電用インバータの制御装置
JP3715344B2 (ja) * 1995-05-18 2005-11-09 株式会社東芝 燃料電池発電システム
US5726554A (en) 1996-05-24 1998-03-10 Compaq Computer Corporation Charging a battery having a nominal critical terminal voltage
JP3680642B2 (ja) * 1999-06-21 2005-08-10 凸版印刷株式会社 製本機の落乱丁検出装置
JP4130319B2 (ja) * 2001-07-10 2008-08-06 本田技研工業株式会社 燃料電池制御装置
US7014928B2 (en) * 2002-01-16 2006-03-21 Ballard Power Systems Corporation Direct current/direct current converter for a fuel cell system
CN2760831Y (zh) 2003-07-14 2006-02-22 美国凹凸微系有限公司 电源管理电路
FR2865885B1 (fr) 2004-01-30 2007-10-05 Valeo Vision Dispositif de protection pour alimentation a decoupage et dispositif d'eclairage de vehicule.
JP4001120B2 (ja) * 2004-02-19 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置
EP1615325B1 (en) * 2004-07-07 2015-04-22 Nissan Motor Co., Ltd. Power conversion and vehicle
US20060029845A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Masaaki Konoto Fuel cell system
JP4725071B2 (ja) * 2004-10-15 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 電源制御装置、電源制御方法及び電源制御装置を備えた車両
JP4979885B2 (ja) * 2004-11-02 2012-07-18 パナソニック株式会社 電源装置
DE102005052019B4 (de) * 2004-11-02 2017-03-30 Honda Motor Co., Ltd. Verfahren zum Steuern/Regeln eines Leerlaufstopps eines Brennstoffzellensystems
US7719236B2 (en) * 2005-02-18 2010-05-18 O2Micro International Limited Parallel powering of portable electrical devices
TWI267224B (en) * 2005-06-06 2006-11-21 Antig Tech Co Ltd Method for controlling output power of fuel cell
FR2891094A1 (fr) 2005-09-20 2007-03-23 Jean Michel Cour Procede et dispositif de charge de batterie a partir d'une source de courant continu complexe.
JP4163222B2 (ja) * 2006-05-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電源システム
JP2008011665A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電力変換装置
JP5194425B2 (ja) * 2006-10-24 2013-05-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US9130401B2 (en) * 2006-12-06 2015-09-08 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
JP2008251448A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Ihi Corp 燃料電池発電装置におけるスタック電圧制御方法及び装置
US8268497B2 (en) * 2007-06-12 2012-09-18 Panasonic Corporation Fuel cell with fuel-stoichiometric ratio control portion
JP4400669B2 (ja) * 2007-11-02 2010-01-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
EP3285320B1 (en) * 2007-12-28 2020-02-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP4551942B2 (ja) * 2008-03-14 2010-09-29 本田技研工業株式会社 ハイブリッド直流電源システム、燃料電池車両及び蓄電装置の保護方法
US8068352B2 (en) * 2008-12-19 2011-11-29 Caterpillar Inc. Power inverter control for grid-tie transition
WO2010143247A1 (ja) * 2009-06-08 2010-12-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその電力制御方法
CN102904273B (zh) * 2011-07-29 2015-05-20 通用电气公司 能量转换***的最大功率点追踪控制和相关方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0461489U (ja) * 1990-10-01 1992-05-26
JP2012504848A (ja) * 2008-10-03 2012-02-23 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池開放電圧の低電力制御

Also Published As

Publication number Publication date
EP2853023B1 (en) 2021-07-07
KR101867653B1 (ko) 2018-06-15
KR20150020326A (ko) 2015-02-25
WO2013176647A1 (en) 2013-11-28
EP2853023A4 (en) 2016-05-18
CN104508965B (zh) 2018-04-24
US20150229202A1 (en) 2015-08-13
CN104508965A (zh) 2015-04-08
EP2853023A1 (en) 2015-04-01
US9680366B2 (en) 2017-06-13
JP6030755B2 (ja) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6030755B2 (ja) 電源保護のためのdc/dc電力コンバータ制御方式
US10081259B2 (en) Charging facility and energy management method for charging facility
US10186861B2 (en) Energy storage device comprising a DC voltage supply circuit and method for providing a DC voltage from an energy storage device
US7976996B2 (en) Fuel cell system
CA2926902C (en) Fuel cell system with current limitation
JP5464451B2 (ja) コンバータ制御装置
JP2007159315A (ja) 多相コンバータ、ハイブリッド燃料電池システム、及び電源制御方法
KR20200124033A (ko) 솔라셀을 포함하는 차량 시스템 및 그 제어 방법
US10449917B2 (en) On-board vehicle electrical system having a converter and high-load consumer
JP2008131736A (ja) 分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置
CN105914804B (zh) 具有不同电池类型的电池组储能***
CN111106601B (zh) 直流电压分布***的控制
JP6952245B2 (ja) 電力変換システム
JP2005245050A (ja) 系統連系インバータ装置
JP5986977B2 (ja) 電源システム
JP2007267582A (ja) 昇降圧チョッパ装置とその駆動方法
JP2019009950A (ja) 車載用電源回路及び車載用電源装置
JP6054918B2 (ja) 2電源負荷駆動燃料電池システム及び燃料電池自動車
JP6438072B2 (ja) 電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法
KR102651202B1 (ko) 유효 및 무효 전력 모드를 갖는 연료 전지 발전소
CN105052035A (zh) 在功率减小过渡期间对燃料电池电压改变的正速率的响应
WO2023243072A1 (ja) 直流配電システム
JP2022132132A (ja) Dcdcコンバータ、及び直流電力供給装置
JP5579036B2 (ja) Dc/dc電力変換装置
JP2023020652A (ja) 電源装置、無停電電源システム及び電源装置の駆動方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150121

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160126

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20160126

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160129

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20160222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160226

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20160226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160525

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161011

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161020

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6030755

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250