JP2011130595A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】昇圧コンバータにおいて最適な構成の可飽和特性を備える共振用リアクトルを有する燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】このような燃料電池システムに用いられる可飽和特性を備える共振用リアクトルとしてのコイルLaは、磁性体によって形成されるコア5のセンターコア18に巻線20を巻きつけて形成されるものであって、センターコア18には非磁性体によって形成されるギャップ31,32,33が形成され、ギャップ31,32,33と巻線20との間には磁性体によって形成されるコア領域181a,181b,182a,182b,183a,183bが設けられている。
【選択図】図5A fuel cell system having a resonance reactor having a saturable characteristic of an optimum configuration in a boost converter.
A coil La as a resonance reactor having a saturable characteristic used in such a fuel cell system is formed by winding a winding 20 around a center core 18 of a core 5 formed of a magnetic material. The center core 18 is formed with gaps 31, 32, 33 formed of a nonmagnetic material, and a core region formed of a magnetic material between the gaps 31, 32, 33 and the winding 20. 181a, 181b, 182a, 182b, 183a, 183b are provided.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
近年、運転効率および環境性に優れる電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料ガスの供給量を制御して負荷の要求に応じた電力を出力可能であるが、燃料電池の出力電圧が負荷の要求する電圧に一致しない場合がある。そこで、燃料電池の出力電圧をDC/DCコンバータで変換することにより、燃料電池の出力電圧と負荷の要求する電圧とを一致させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, a fuel cell has attracted attention as a power source excellent in operating efficiency and environmental performance. Although the fuel cell can output the electric power according to the demand of the load by controlling the supply amount of the fuel gas, the output voltage of the fuel cell may not match the voltage required by the load. Therefore, a technique for matching the output voltage of the fuel cell with the voltage required by the load by converting the output voltage of the fuel cell with a DC / DC converter has been proposed (for example, see Patent Document 1).
DC/DCコンバータは、電子スイッチ、ダイオード、及びインダクタンスを基本素子とし、電子スイッチのスイッチング動作によって電圧を変換する。DC/DCコンバータは、電子スイッチのスイッチング動作によりリップルが生ずるため、これを吸収するスナバ回路を備える。スナバ回路は、リップルをコンデンサで吸収する。このコンデンサに蓄えられた電荷が有効活用されないとDC/DCコンバータのエネルギー変換効率が低下するため、このコンデンサに蓄えられた電荷を回生させたりして有効活用する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 The DC / DC converter uses an electronic switch, a diode, and an inductance as basic elements, and converts a voltage by a switching operation of the electronic switch. The DC / DC converter includes a snubber circuit that absorbs the ripple generated by the switching operation of the electronic switch. The snubber circuit absorbs ripple with a capacitor. Since the energy conversion efficiency of the DC / DC converter is reduced unless the charge stored in the capacitor is effectively used, a technique for effectively using the charge stored in the capacitor is proposed (for example, Patent Document 2).
DC−DCコンバータは、ソフトスイッチングさせることでスイッチング損失を低減可能であることが知られているが、これを燃料電池の昇圧に用いるとソフトスイッチングのために蓄えられた電力が燃料電池に入力される虞があり、適用が困難である。そこで、燃料電池の出力電圧をソフトスイッチングで昇圧可能にする燃料電池システムとして、下記特許文献3に記載の技術が提案されている。 Although it is known that a DC-DC converter can reduce switching loss by performing soft switching, if this is used for boosting a fuel cell, electric power stored for soft switching is input to the fuel cell. It is difficult to apply. Therefore, as a fuel cell system that can boost the output voltage of the fuel cell by soft switching, a technique described in Patent Document 3 below has been proposed.
上記特許文献3に記載されている燃料電池システムは、昇圧コンバータを備えており、その昇圧コンバータは、第一スイッチ(スイッチ素子とダイオードによって構成される)と第一コイルとを有し、第一スイッチが第一コイルに対してスイッチング動作することにより生ずる第一コイルの逆起電力で燃料電池の出力電圧を昇圧する主昇圧部と、第一スイッチの両極間の電位差を蓄電量で調整するコンデンサを有し、スイッチング動作時にコンデンサの蓄電量を調整することで第一スイッチのスイッチング損失を減らすものであって、第二スイッチ(スイッチ素子とダイオードによって構成される)と第二コイルを含む副昇圧部と、を有しているものである。 The fuel cell system described in Patent Document 3 includes a boost converter, which includes a first switch (configured by a switch element and a diode) and a first coil. A main booster that boosts the output voltage of the fuel cell with the back electromotive force of the first coil that is generated when the switch performs switching operation with respect to the first coil, and a capacitor that adjusts the potential difference between both poles of the first switch with the amount of charge And reducing the switching loss of the first switch by adjusting the amount of electricity stored in the capacitor during switching operation, and includes a second switch (configured by a switch element and a diode) and a secondary coil. Part.
ところで、このような昇圧コンバータにおいて、第一スイッチと第二スイッチとを共にターンオフすると、第二スイッチを構成するダイオードに逆電流が瞬間的に流れ、瞬間的に止まり、この減少によってサージ電圧が発生する。この現象に対応するため本発明者らは、副昇圧部にダイオードを追加し、カソードを第二スイッチと第二コイルとの間に接続して実験を行ったが、やはりサージ電圧が発生し追加したダイオードが耐圧破壊してしまう現象が発生した。 By the way, in such a boost converter, when both the first switch and the second switch are turned off, a reverse current instantaneously flows through the diode constituting the second switch and stops instantaneously, and this decrease generates a surge voltage. To do. In order to cope with this phenomenon, the present inventors conducted an experiment by adding a diode to the sub-boost unit and connecting the cathode between the second switch and the second coil. As a result, a phenomenon occurred in which the diode was broken down.
このような現象に対しては、可飽和リアクトルとしての第三コイルを追加することが有用であると考えられ、またその追加する可飽和リアクトルの役割を共振リアクトルとしての第二コイルに担わせることが考えられる。このように、共振リアクトルに可飽和リアクトル特性を担わせた技術も提案されている(例えば、下記特許文献4参照)。
For this phenomenon, it is considered useful to add a third coil as a saturable reactor, and the role of the saturable reactor to be added is assigned to the second coil as a resonant reactor. Can be considered. As described above, a technique in which a saturable reactor characteristic is assigned to a resonant reactor has also been proposed (see, for example,
ところで、上記特許文献4には、共振用リアクトルについて次のように記載されている。具体的には、共振用リアクトルは、巻線がリッツ線(より線)であり、コアがトロイダル形状を有している。共振用リアクトルのコアは、外径および内径がフライバックトランスのコアと同等であり、厚みがフライバックトランスのコアと同等または小さく形成されている。また、共振用リアクトルのコアの磁化特性は、共振用リアクトルに流れる電流が所定の範囲内にあるときコアは不飽和であり、この領域ではほぼ一定のインダクタンス値を有し、所定の範囲を超える領域ではコアが飽和してインダクタンス値が減少するものと記載されている。
By the way, the above-mentioned
このように上記特許文献4には、可飽和特性を備える共振用リアクトルについて機能的な記載はあるものの、構成を明示する記載がなく、燃料電池システムの昇圧コンバータにおいてどのような可飽和リアクトルが適しているかは不明である。
As described above, in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧コンバータにおいて最適な構成の可飽和特性を備える共振用リアクトルを有する燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system having a resonance reactor having a saturable characteristic of an optimum configuration in a boost converter.
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、直流電源である燃料電池、及び前記燃料電池の出力電圧を昇圧して負荷へ給電する昇圧コンバータを備える燃料電池システムであって、前記昇圧コンバータは、第一スイッチと第一コイルとを有し、前記第一スイッチが前記第一コイルに対してスイッチング動作することにより生ずる前記第一コイルの逆起電力で前記燃料電池の出力電圧を昇圧する主昇圧部と、前記第一スイッチの両極間の電位差を蓄電量で調整するコンデンサを有し、前記スイッチング動作時に前記コンデンサの蓄電量を調整することで前記第一スイッチのスイッチング損失を減らす副昇圧部と、を有し、前記副昇圧部は、第二スイッチと第二コイルとを有しており、前記第二コイルは、磁性体によって形成されるコアの少なくとも一部に巻線を巻きつけて形成されるものであって、前記コアの前記巻線が巻きつけられている部分には非磁性体によって形成されるギャップが形成され、前記ギャップと前記巻線との間には磁性体によって形成されるコア領域が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system including a fuel cell that is a direct current power source, and a boost converter that boosts an output voltage of the fuel cell and supplies power to a load. The step-up converter has a first switch and a first coil, and the output voltage of the fuel cell is generated by a back electromotive force of the first coil generated by the switching operation of the first switch with respect to the first coil. A main boosting unit that boosts the voltage and a capacitor that adjusts the potential difference between both electrodes of the first switch by the amount of charge, and reduces the switching loss of the first switch by adjusting the amount of charge of the capacitor during the switching operation. A sub-boost unit, the sub-boost unit includes a second switch and a second coil, and the second coil is formed of a magnetic material. The core is formed by winding a winding around at least a part of the core, and a gap formed by a non-magnetic material is formed in a portion of the core where the winding is wound. A core region formed of a magnetic material is provided between the coil and the winding.
本発明によれば、昇圧コンバータにおいて副昇圧部の共振リアクトルとして機能する第二コイルを、磁性体によって形成されるコアの少なくとも一部に巻線を巻きつけ、更に巻線が巻きつけられている部分のコアにギャップを設け、そのギャップと巻線との間にコア領域を設けることで形成しているので、可飽和特性を有する可飽和リアクトルとして機能させることができる。より具体的には、ギャップが形成されている部分に隣接させて磁性体によって形成されるコア領域を形成することで、そのコア領域が磁気抵抗の小さい経路となり、低電流側でインダクタンス値を高くすることができる。そのコア領域はギャップに隣接していることで、他のコア部分とは異なり磁気が通る経路としては容量が少ないため、高電流側ではコア領域が飽和しギャップが全て形成されている場合と同様にインダクタンス値を低くすることができる。従って、第一スイッチと第二スイッチとを共にターンオフした場合に、サージ電圧を抑制するリアクトルとして機能することができ、副昇圧部を構成する他の素子の耐圧破壊を防止することができる。更に本発明では、巻線が巻きつけられているコアの部分にギャップを形成しているので、巻線に電流が流れることによる磁束閉じ込め効果を利用し、外部への磁束の漏れを防止することができる。具体的には、ギャップは非磁性材料によって構成され、磁気抵抗が空気と略等しくなり、ギャップが形成されている部分では磁束が外に漏れだそうとする。そこで、本発明では巻線に電流が流れることによる磁束閉じ込め効果を活用して外部への磁束の漏れを防止している。更に、ギャップと巻線との間には磁性体によって形成されるコア領域を設けているので、このコア領域による磁束閉じ込め効果によって、巻線への磁束漏れも低減することができ、渦電流の発生による損失も低減することができる。 According to the present invention, the second coil functioning as the resonance reactor of the sub boosting unit in the boost converter is wound around at least a part of the core formed of the magnetic material, and further the winding is wound. Since the gap is formed in the core of the portion and the core region is provided between the gap and the winding, it can function as a saturable reactor having a saturable characteristic. More specifically, by forming a core region formed of a magnetic material adjacent to the part where the gap is formed, the core region becomes a path with a small magnetic resistance, and the inductance value is increased on the low current side. can do. Because the core region is adjacent to the gap, unlike the other core parts, the capacity of the path through which magnetism passes is small, so the core region is saturated on the high current side and the entire gap is formed In addition, the inductance value can be lowered. Therefore, when both the first switch and the second switch are turned off, the first switch and the second switch can function as a reactor that suppresses the surge voltage, and breakdown of other elements constituting the sub boosting unit can be prevented. Furthermore, in the present invention, since the gap is formed in the core portion around which the winding is wound, the magnetic flux confinement effect due to the current flowing in the winding is utilized to prevent the leakage of the magnetic flux to the outside. Can do. Specifically, the gap is made of a nonmagnetic material, the magnetic resistance is substantially equal to air, and the magnetic flux leaks to the outside at the portion where the gap is formed. Therefore, in the present invention, the leakage of magnetic flux to the outside is prevented by utilizing the magnetic flux confinement effect caused by the current flowing through the winding. Furthermore, since a core region formed of a magnetic material is provided between the gap and the winding, magnetic flux leakage to the winding can be reduced by the magnetic flux confinement effect by the core region, and eddy current can be reduced. Loss due to generation can also be reduced.
また本発明では、前記コア領域は、前記ギャップを囲むように前記巻線との間に設けられていることも好ましい。この好ましい態様では、コア領域によってギャップを囲繞しているので、コア領域による磁束閉じ込め効果をより発揮させることができ、巻線における渦電流の発生による損失をより効果的に低減することができる。 In the present invention, it is also preferable that the core region is provided between the windings so as to surround the gap. In this preferred embodiment, since the gap is surrounded by the core region, the magnetic flux confinement effect by the core region can be further exerted, and the loss due to the generation of eddy current in the winding can be more effectively reduced.
また本発明では、前記ギャップは、複数のギャップ部分によって構成されており、それぞれのギャップ部分は、前記巻線との間に設けられている前記コア領域によって囲まれていることも好ましい。この好ましい態様では、ギャップを複数のギャップ部分に分割することで、一つのギャップ部分におけるギャップ長さを短くし、磁束漏れを低減することができる。更に、それぞれのギャップ部分をコア領域によって囲んでいるので、コア領域による磁束閉じ込め効果との相乗効果によって、巻線における渦電流の発生による損失をより効果的に低減することができる。 In the present invention, it is also preferable that the gap is constituted by a plurality of gap portions, and each gap portion is surrounded by the core region provided between the windings. In this preferred embodiment, by dividing the gap into a plurality of gap portions, the gap length in one gap portion can be shortened and magnetic flux leakage can be reduced. Further, since each gap portion is surrounded by the core region, the loss due to the generation of eddy current in the winding can be more effectively reduced by a synergistic effect with the magnetic flux confinement effect by the core region.
また本発明では、前記ギャップが、前記コアに空洞を形成することで設けられていることも好ましい。上述したように、ギャップはコア領域に囲繞されているので、ギャップを空洞にしても特段の補強手段を要することなく形成することができる。そのため、ギャップを形成するためにセラミックスといった部材を用いる必要が無くなり、低コスト化を図りつつ巻線における渦電流の発生による損失をより効果的に低減することができる。 In the present invention, it is also preferable that the gap is provided by forming a cavity in the core. As described above, since the gap is surrounded by the core region, even if the gap is hollow, it can be formed without requiring any special reinforcing means. Therefore, it is not necessary to use a member such as ceramics for forming the gap, and the loss due to the generation of eddy current in the winding can be more effectively reduced while reducing the cost.
本発明によれば、昇圧コンバータにおいて最適な構成の可飽和特性を備える共振用リアクトルを有する燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which has a reactor for resonance provided with the saturable characteristic of the optimal structure in a boost converter can be provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible in the drawings, and redundant descriptions are omitted.
最初に、本発明の実施形態である燃料電池車両に搭載される燃料電池システムFCSについて図1を参照しながら説明する。図1は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システムFCSのシステム構成を示す図である。燃料電池システムFCSは、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができる。 First, a fuel cell system FCS mounted on a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a fuel cell system FCS that functions as an in-vehicle power supply system for a fuel cell vehicle. The fuel cell system FCS can be mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle (FCHV), an electric vehicle, or a hybrid vehicle.
燃料電池システムFCSは、燃料電池FCと、酸化ガス供給系ASSと、燃料ガス供給系FSSと、電力系ESと、冷却系CSと、コントローラECとを備えている。燃料電池FCは、反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の供給を受けて発電するものである。酸化ガス供給系ASSは、酸化ガスとしての空気を燃料電池FCに供給するための系である。燃料ガス供給系FSSは、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池FCに供給するための系である。電力系ESは、電力の充放電を制御するための系である。冷却系CSは、燃料電池FCを冷却するための系である。コントローラEC(制御部)は、燃料電池システムFCS全体を統括制御するコントローラである。 The fuel cell system FCS includes a fuel cell FC, an oxidizing gas supply system ASS, a fuel gas supply system FSS, a power system ES, a cooling system CS, and a controller EC. The fuel cell FC is configured to generate electric power upon receiving a supply of reaction gas (fuel gas, oxidizing gas). The oxidizing gas supply system ASS is a system for supplying air as an oxidizing gas to the fuel cell FC. The fuel gas supply system FSS is a system for supplying hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell FC. The power system ES is a system for controlling charge / discharge of power. The cooling system CS is a system for cooling the fuel cell FC. The controller EC (control unit) is a controller that performs overall control of the entire fuel cell system FCS.
燃料電池FCは、多数のセル(アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池(発電体))を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックとして構成されている。燃料電池FCでは、通常の運転において、アノードにおいて(1)式の酸化反応が生じ、カソードにおいて(2)式の還元反応が生じる。燃料電池FC全体としては(3)式の起電反応が生じる。 The fuel cell FC is configured as a solid polymer electrolyte type cell stack in which a large number of cells (a single battery (power generator) including an anode, a cathode, and an electrolyte) are stacked in series. In a normal operation, the fuel cell FC undergoes an oxidation reaction of formula (1) at the anode and a reduction reaction of formula (2) at the cathode. The fuel cell FC as a whole undergoes an electromotive reaction of the formula (3).
H2→2H++2e- (1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O (2)
H2+(1/2)O2→H2O (3)
H 2 → 2H + + 2e − (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
酸化ガス供給系ASSは、酸化ガス流路AS3と酸化オフガス流路AS4とを有している。酸化ガス流路AS3は、燃料電池FCのカソードに供給される酸化ガスが流れる流路である。酸化オフガス流路AS4は、燃料電池FCから排出される酸化オフガスが流れる流路である。 The oxidizing gas supply system ASS has an oxidizing gas passage AS3 and an oxidizing off gas passage AS4. The oxidizing gas flow path AS3 is a flow path through which oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell FC flows. The oxidation off gas flow path AS4 is a flow path through which the oxidation off gas discharged from the fuel cell FC flows.
酸化ガス流路AS3には、エアコンプレッサAS2と、加湿器AS5とが設けられている。エアコンプレッサAS2は、フィルタAS1を介して大気中から酸化ガスを取り込むためのコンプレッサである。加湿器AS5は、エアコンプレッサAS2により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器である。 The oxidizing gas flow path AS3 is provided with an air compressor AS2 and a humidifier AS5. The air compressor AS2 is a compressor for taking in the oxidizing gas from the atmosphere via the filter AS1. The humidifier AS5 is a humidifier for humidifying the oxidizing gas pressurized by the air compressor AS2.
酸化オフガス流路AS4には、圧力センサS6と、背圧調整弁A3と、加湿器AS5とが設けられている。背圧調整弁A3は、酸化ガス供給圧を調整するための弁である。加湿器AS5は、酸化ガス(ドライガス)と酸化オフガス(ウェットガス)との間で水分交換するためのものとして設けられている。 A pressure sensor S6, a back pressure adjustment valve A3, and a humidifier AS5 are provided in the oxidation off gas flow path AS4. The back pressure adjustment valve A3 is a valve for adjusting the oxidizing gas supply pressure. The humidifier AS5 is provided for exchanging moisture between the oxidizing gas (dry gas) and the oxidizing off gas (wet gas).
燃料ガス供給系FSSは、燃料ガス供給源FS1と、燃料ガス流路FS3と、循環流路FS4と、循環ポンプFS5と、排気排水流路FS6とを有している。燃料ガス流路FS3は、燃料ガス供給源FS1から燃料電池FCのアノードに供給される燃料ガスが流れる流路である。循環流路FS4は、燃料電池FCから排出される燃料オフガスを燃料ガス流路FS3に帰還させるための流路である。循環ポンプFS5は、循環流路FS4内の燃料オフガスを燃料ガス流路FS3に圧送するポンプである。排気排水流路FS6は、循環流路FS4に分岐接続される流路である。 The fuel gas supply system FSS has a fuel gas supply source FS1, a fuel gas passage FS3, a circulation passage FS4, a circulation pump FS5, and an exhaust / drain passage FS6. The fuel gas channel FS3 is a channel through which the fuel gas supplied from the fuel gas supply source FS1 to the anode of the fuel cell FC flows. The circulation flow path FS4 is a flow path for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell FC to the fuel gas flow path FS3. The circulation pump FS5 is a pump that pressure-feeds the fuel off-gas in the circulation flow path FS4 to the fuel gas flow path FS3. The exhaust drainage channel FS6 is a channel that is branched and connected to the circulation channel FS4.
燃料ガス供給源FS1は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧(例えば、35MPa〜70MPa)の水素ガスを貯蔵するものである。遮断弁H1を開くと、燃料ガス供給源FS1から燃料ガス流路FS3に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータH2やインジェクタFS2により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池FCに供給される。 The fuel gas supply source FS1 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shutoff valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source FS1 to the fuel gas flow path FS3. The fuel gas is decompressed to about 200 kPa, for example, by the regulator H2 and the injector FS2, and supplied to the fuel cell FC.
燃料ガス流路FS3には、遮断弁H1と、レギュレータH2と、インジェクタFS2と、遮断弁H3と、圧力センサS4とが設けられている。遮断弁H1は、燃料ガス供給源FS1からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための弁である。レギュレータH2は、燃料ガスの圧力を調整するものである。インジェクタFS2は、燃料電池FCへの燃料ガス供給量を制御するものである。遮断弁H3は、燃料電池FCへの燃料ガス供給を遮断するための弁である。 The fuel gas flow path FS3 is provided with a cutoff valve H1, a regulator H2, an injector FS2, a cutoff valve H3, and a pressure sensor S4. The shutoff valve H1 is a valve for shutting off or allowing the supply of the fuel gas from the fuel gas supply source FS1. The regulator H2 adjusts the pressure of the fuel gas. The injector FS2 controls the amount of fuel gas supplied to the fuel cell FC. The shutoff valve H3 is a valve for shutting off the fuel gas supply to the fuel cell FC.
レギュレータH2は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタFS2の上流側にレギュレータH2を配置することにより、インジェクタFS2の上流側圧力を効果的に低減させることができる。 The regulator H2 is a device that regulates the upstream side pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and includes, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It has a configuration for the next pressure. By arranging the regulator H2 on the upstream side of the injector FS2, the upstream pressure of the injector FS2 can be effectively reduced.
インジェクタFS2は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタFS2は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座と、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に格納保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。 The injector FS2 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and the gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. The injector FS2 moves in an axial direction (gas flow direction) with respect to a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as fuel gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and the nozzle body. And a valve body that is stored and held so as to open and close the injection hole.
インジェクタFS2の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、コントローラECから出力される制御信号によってインジェクタFS2のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御することが可能なように構成されている。インジェクタFS2は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタFS2のガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。 The valve body of the injector FS2 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and is configured such that the gas injection time and gas injection timing of the injector FS2 can be controlled by a control signal output from the controller EC. Injector FS2 changes downstream by changing at least one of the opening area (opening) and the opening time of the valve provided in the gas flow path of injector FS2 in order to supply the required gas flow rate downstream. The gas flow rate (or hydrogen molar concentration) supplied to the side is adjusted.
循環流路FS4には、遮断弁H4が設けられ、排気排水流路FS6が接続されている。排気排水流路FS6には、排気排水弁H5が設けられている。排気排水弁H5は、コントローラECからの指令によって作動することにより、循環流路FS4内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出するための弁である。排気排水弁H5の開弁により、循環流路FS4内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。 The circulation flow path FS4 is provided with a shutoff valve H4, and an exhaust / drain flow path FS6 is connected thereto. An exhaust / drain valve H5 is provided in the exhaust / drain flow path FS6. The exhaust / drain valve H5 is a valve for discharging the fuel off-gas containing impurities in the circulation flow path FS4 and moisture to the outside by operating according to a command from the controller EC. By opening the exhaust / drain valve H5, the concentration of impurities in the fuel off-gas in the circulation flow path FS4 is reduced, and the hydrogen concentration in the fuel off-gas circulating in the circulation system can be increased.
排気排水弁H5を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路AS4を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器(図示せず)によって希釈される。循環ポンプFS5は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池FCに循環供給する。 The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve H5 is mixed with the oxidizing off-gas flowing through the oxidizing off-gas passage AS4 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump FS5 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell FC by driving the motor.
電力系ESは、DC/DCコンバータES1と、バッテリES2と、トラクションインバータES3と、トラクションモータES4と、補機類ES5と、FC昇圧コンバータES6とを備えている。燃料電池システムFCSは、DC/DCコンバータES1とトラクションインバータES3とが並列に燃料電池FCに接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。DC/DCコンバータES1とトラクションインバータES3とはPCU(Power Control Unit)を構成している。 The power system ES includes a DC / DC converter ES1, a battery ES2, a traction inverter ES3, a traction motor ES4, auxiliary machinery ES5, and an FC boost converter ES6. The fuel cell system FCS is configured as a parallel hybrid system in which a DC / DC converter ES1 and a traction inverter ES3 are connected to the fuel cell FC in parallel. The DC / DC converter ES1 and the traction inverter ES3 constitute a PCU (Power Control Unit).
FC昇圧コンバータES6は、燃料電池FCの出力電圧を昇圧してトラクションインバータES3及びトラクションモータES4に向けて出力する機能を有するDC/DCコンバータである。DC/DCコンバータES1は、バッテリES2から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータES3に出力する機能と、燃料電池FCが発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータES4が回収した回生電力を降圧してバッテリES2に充電する機能とを有する。DC/DCコンバータES1のこれらの機能により、バッテリES2の充放電が制御される。また、DC/DCコンバータES1による電圧変換制御により、燃料電池FCの運転ポイント(出力端子電圧、出力電流)が制御される。燃料電池FCには、電圧センサS1と電流センサS2とが取り付けられている。電圧センサS1は、燃料電池FCの出力端子電圧をFC昇圧コンバータES6が昇圧した電圧を検出するためのセンサである。電流センサS2は、燃料電池FCの出力電流を検出するためのセンサである。また、昇圧コンバータES6とトラクションインバータES3との間には温度センサS7が取り付けられている。 The FC boost converter ES6 is a DC / DC converter having a function of boosting the output voltage of the fuel cell FC and outputting it to the traction inverter ES3 and the traction motor ES4. The DC / DC converter ES1 boosts the DC voltage supplied from the battery ES2 and outputs it to the traction inverter ES3, and the DC power generated by the fuel cell FC or the regenerative power recovered by the traction motor ES4 by regenerative braking. It has a function of stepping down and charging the battery ES2. The charging / discharging of the battery ES2 is controlled by these functions of the DC / DC converter ES1. Further, the operating point (output terminal voltage, output current) of the fuel cell FC is controlled by voltage conversion control by the DC / DC converter ES1. A voltage sensor S1 and a current sensor S2 are attached to the fuel cell FC. The voltage sensor S1 is a sensor for detecting a voltage obtained by boosting the output terminal voltage of the fuel cell FC by the FC boost converter ES6. The current sensor S2 is a sensor for detecting the output current of the fuel cell FC. A temperature sensor S7 is attached between the boost converter ES6 and the traction inverter ES3.
バッテリES2は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリES2としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリES2には、SOC(State of charge)を検出するためのSOCセンサS3が取り付けられている。 The battery ES2 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. As the battery ES2, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is preferable. An SOC sensor S3 for detecting SOC (State of charge) is attached to the battery ES2.
トラクションインバータES3は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータである。トラクションインバータES3は、コントローラECからの制御指令に従って、燃料電池FC又はバッテリES2から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータES4の回転トルクを制御する。トラクションモータES4は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。 The traction inverter ES3 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method. The traction inverter ES3 converts the DC voltage output from the fuel cell FC or the battery ES2 into a three-phase AC voltage according to a control command from the controller EC, and controls the rotational torque of the traction motor ES4. The traction motor ES4 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.
補機類ES5は、燃料電池システムFCS内の各部に配置されている各モータ(例えば、ポンプ類などの動力源)、これらのモータを駆動するためのインバータ類、及び各種の車載補機類(例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど)を総称するものである。 Auxiliary machinery ES5 includes motors (for example, power sources such as pumps) arranged in each part in the fuel cell system FCS, inverters for driving these motors, and various in-vehicle auxiliary machinery ( For example, an air compressor, an injector, a cooling water circulation pump, a radiator, etc.) are collectively referred to.
冷却系CSは、ラジエータCS1と、冷却液ポンプCS2と、冷却液往路CS3と、冷却液復路CS4とを有している。ラジエータCS1は、燃料電池FCを冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプCS2は、冷却液を燃料電池FCとラジエータCS1との間で循環させるためのポンプである。冷却液往路CS3は、ラジエータCS1と燃料電池FCとを繋ぐ流路であって、冷却液ポンプCS2が設けられている。冷却液ポンプCS2が駆動することで、冷却液はラジエータCS1から燃料電池FCへと冷却液往路CS3を通って流れる。冷却液復路CS4は、燃料電池FCとラジエータCS1とを繋ぐ流路であって、水温センサS5が設けられている。冷却液ポンプCS2が駆動することで、燃料電池FCを冷却した冷却液はラジエータCS1へと還流する。 The cooling system CS includes a radiator CS1, a coolant pump CS2, a coolant forward path CS3, and a coolant return path CS4. The radiator CS1 radiates and cools the coolant for cooling the fuel cell FC. The coolant pump CS2 is a pump for circulating the coolant between the fuel cell FC and the radiator CS1. The coolant forward path CS3 is a channel connecting the radiator CS1 and the fuel cell FC, and is provided with a coolant pump CS2. When the coolant pump CS2 is driven, the coolant flows from the radiator CS1 to the fuel cell FC through the coolant forward path CS3. The coolant return path CS4 is a flow path connecting the fuel cell FC and the radiator CS1, and is provided with a water temperature sensor S5. When the coolant pump CS2 is driven, the coolant that has cooled the fuel cell FC returns to the radiator CS1.
コントローラEC(制御部)は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システムFCSの各部を制御するものである。例えば、コントローラECは、イグニッションスイッチから出力される起動信号IGを受信すると、燃料電池システムFCSの運転を開始する。その後、コントローラECは、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ACCや、車速センサから出力される車速信号VCなどを基に、燃料電池システムFCS全体の要求電力を求める。燃料電池システムFCS全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。 The controller EC (control unit) is a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls each unit of the fuel cell system FCS. For example, the controller EC starts the operation of the fuel cell system FCS when receiving the start signal IG output from the ignition switch. Thereafter, the controller EC obtains the required power of the entire fuel cell system FCS based on the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor, the vehicle speed signal VC output from the vehicle speed sensor, and the like. The required power of the entire fuel cell system FCS is the total value of the vehicle travel power and the auxiliary power.
ここで、補機電力には、車載補機類(加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等)で消費される電力、車両走行に必要な装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等)で消費される電力、乗員空間内に配設される装置(空調装置、照明器具、及びオーディオ等)で消費される電力などが含まれる。 Here, auxiliary electric power includes electric power consumed by in-vehicle auxiliary equipment (humidifier, air compressor, hydrogen pump, cooling water circulation pump, etc.), and equipment required for vehicle travel (transmission, wheel control device, steering) Power consumed by devices, suspension devices, etc.), power consumed by devices (air conditioners, lighting equipment, audio, etc.) disposed in the passenger space, and the like.
そして、コントローラECは、燃料電池FCとバッテリES2とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。コントローラECは、燃料電池FCの発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系ASS及び燃料ガス供給系FSSを制御する。また、コントローラECは、DC/DCコンバータES1に指示信号を出力し、DC/DCコンバータES1によるコンバータ制御を実行させ、燃料電池FCの運転ポイント(出力端子電圧、出力電流)を制御する。更に、コントローラECは、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、U相、V相、及びW相の各交流電圧指令値をトラクションインバータES3に出力し、トラクションモータES4の出力トルク、及び回転数を制御する。更に、コントローラECは、冷却系CSを制御して燃料電池FCが適切な温度になるように制御する。 Then, the controller EC determines the distribution of output power between the fuel cell FC and the battery ES2. The controller EC controls the oxidizing gas supply system ASS and the fuel gas supply system FSS so that the power generation amount of the fuel cell FC matches the target power. Further, the controller EC outputs an instruction signal to the DC / DC converter ES1, causes the DC / DC converter ES1 to execute converter control, and controls the operating point (output terminal voltage, output current) of the fuel cell FC. Further, the controller EC outputs, for example, each U-phase, V-phase, and W-phase AC voltage command value to the traction inverter ES3 as a switching command so that a target torque according to the accelerator opening is obtained. Controls the output torque and rotation speed of the motor ES4. Further, the controller EC controls the cooling system CS so that the fuel cell FC has an appropriate temperature.
ここで、図2に基づいて、FC昇圧コンバータES6の電気回路の特徴について説明する。図2は、FC昇圧コンバータES6を中心として、燃料電池システムFCSの電気的構成を示す図であるが、説明を簡便にするためにバッテリES2やバッテリ昇圧コンバータとしてのDC/DCコンバータES1等の記載は省略している。 Here, the characteristics of the electric circuit of the FC boost converter ES6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the electrical configuration of the fuel cell system FCS with the FC boost converter ES6 as the center, but for the sake of simplicity, description of the battery ES2 and the DC / DC converter ES1 as a battery boost converter, etc. Is omitted.
FC昇圧コンバータES6は、DC/DCコンバータとしての昇圧動作を行うための主昇圧回路LN1と、ソフトスイッチング動作を行うための副昇圧回路LN2とで構成されている。 The FC boost converter ES6 includes a main boost circuit LN1 for performing a boost operation as a DC / DC converter and a sub boost circuit LN2 for performing a soft switching operation.
主昇圧回路LN1は、スイッチ素子S1(第一スイッチ)とダイオードD4で構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルL1(第一コイル)に蓄えられたエネルギーをトラクションモータES4側(トラクションインバータES3側)にダイオードD3を介して解放することで燃料電池FCの出力電圧を昇圧する。具体的には、コイルL1の一端が燃料電池FCの高電位側の端子に接続される。そして、スイッチ素子S1の一端の極が、コイルL1の他端に接続されるとともに、そのスイッチ素子S1の他端の極が、燃料電池FCの低電位側の端子に接続されている。また、ダイオードD6のカソード端子がコイルL1の他端に接続され、更に、コンデンサC3が、ダイオードD5のアノード端子とスイッチ素子S1の他端との間に接続されている。尚、この主昇圧回路LN1において、コンデンサC3は、昇圧電圧の平滑コンデンサとして機能する。尚、主昇圧回路LN1には、燃料電池FC側に平滑コンデンサC1も設けられ、これにより燃料電池FCの出力電流のリップルを低減することが可能となる。この平滑コンデンサC3にかかる電圧は、FC昇圧コンバータES6の出口電圧となる。また、燃料電池FCの電源電圧は、平滑コンデンサC1にかかる電圧であって、且つFC昇圧コンバータES6の入口電圧となる。 The main booster circuit LN1 converts the energy stored in the coil L1 (first coil) to the traction motor ES4 side (traction inverter ES3 side) by the switching operation of the switching circuit composed of the switch element S1 (first switch) and the diode D4. ) Is released via the diode D3 to boost the output voltage of the fuel cell FC. Specifically, one end of the coil L1 is connected to the terminal on the high potential side of the fuel cell FC. The pole at one end of the switch element S1 is connected to the other end of the coil L1, and the pole at the other end of the switch element S1 is connected to the low potential side terminal of the fuel cell FC. The cathode terminal of the diode D6 is connected to the other end of the coil L1, and the capacitor C3 is connected between the anode terminal of the diode D5 and the other end of the switch element S1. In this main booster circuit LN1, the capacitor C3 functions as a smoothing capacitor for the boosted voltage. The main booster circuit LN1 is also provided with a smoothing capacitor C1 on the fuel cell FC side, which makes it possible to reduce the ripple of the output current of the fuel cell FC. The voltage applied to the smoothing capacitor C3 becomes the outlet voltage of the FC boost converter ES6. Further, the power supply voltage of the fuel cell FC is a voltage applied to the smoothing capacitor C1, and is an inlet voltage of the FC boost converter ES6.
次に、副昇圧回路LN2には、先ずスイッチ素子S1に並列に接続された、ダイオードD2と、それに直列に接続されたスナバコンデンサC2とを含む第一直列接続体が含まれる。この第一直列接続体では、ダイオードD2のカソード端子がコイルL1の他端に接続され、そのアノード端子がスナバコンデンサC2の一端に接続されている。更に、スナバコンデンサC2の他端は、燃料電池FCの低電位側の端子に接続されている。更に、副昇圧回路LN2には、誘導素子であるコイルL2(第二コイル)と、ダイオードD1と、スイッチ素子S2(第二スイッチ)及びダイオードD5で構成されるスイッチング回路とが直列に接続された第二直列接続体が含まれる。この第二直列接続体では、スイッチ素子S2の一端が、第一直列接続体のダイオードD2とスナバコンデンサC2との接続部位に接続される。更に、ダイオードD1のカソード端子が、コイルL2の一端に接続されるとともに、そのアノード端子が、スイッチ素子S2の他端の極に接続される。また、コイルL2の他端は、コイルL1の一端側に接続される。また、副昇圧回路LN2には、ダイオードD6が設けられており、そのアノード端子が第二直列接続体のコイルL2とダイオードD1との接続部位に接続され、そのカソード端子が燃料電池FCの低電位側の端子に接続されている。 Next, the sub booster circuit LN2 includes a first series connection body including a diode D2 connected in parallel to the switch element S1 and a snubber capacitor C2 connected in series thereto. In the first series connection body, the cathode terminal of the diode D2 is connected to the other end of the coil L1, and the anode terminal thereof is connected to one end of the snubber capacitor C2. Furthermore, the other end of the snubber capacitor C2 is connected to a terminal on the low potential side of the fuel cell FC. In addition, a coil L2 (second coil), which is an inductive element, a diode D1, and a switching circuit composed of a switch element S2 (second switch) and a diode D5 are connected in series to the sub booster circuit LN2. A second series connection is included. In this second series connection body, one end of the switch element S2 is connected to a connection site between the diode D2 and the snubber capacitor C2 of the first series connection body. Further, the cathode terminal of the diode D1 is connected to one end of the coil L2, and the anode terminal is connected to the other end of the switch element S2. The other end of the coil L2 is connected to one end side of the coil L1. The sub-boost circuit LN2 is provided with a diode D6, the anode terminal of which is connected to the connection part between the coil L2 and the diode D1 of the second series connection body, and the cathode terminal of which is the low potential of the fuel cell FC. It is connected to the terminal on the side.
このように構成されるFC昇圧コンバータES6は、スイッチ素子S1のスイッチングデューティ比を調整することで、FC昇圧コンバータES6による昇圧比、即ちFC昇圧コンバータES6に入力される燃料電池FCの出力電圧に対する、トラクションインバータES3にかけられるFC昇圧コンバータES6の出力電圧の比が制御される。また、このスイッチ素子S1のスイッチング動作において副昇圧回路LN2のスイッチ素子S2のスイッチング動作を介在させることで、いわゆるソフトスイッチングが実現され、FC昇圧コンバータES6でのスイッチングロスを大きく低減させることが可能となる。 The FC boost converter ES6 configured as described above adjusts the switching duty ratio of the switch element S1, thereby increasing the boost ratio by the FC boost converter ES6, that is, the output voltage of the fuel cell FC input to the FC boost converter ES6. The ratio of the output voltage of the FC boost converter ES6 applied to the traction inverter ES3 is controlled. Further, by interposing the switching operation of the switch element S2 of the sub boost circuit LN2 in the switching operation of the switch element S1, so-called soft switching is realized, and the switching loss in the FC boost converter ES6 can be greatly reduced. Become.
続いて、コイルL2として用いられる可飽和特性を有する共振リアクトルについて説明する。図3は、そのような可飽和特性を有する共振リアクトルのインダクタンス特性を示す図である。図3に示すように、低電流域では30μHのインダクタンス値を有し、高電流域では0.9μHのインダクタンス値を有するように構成する。一般的には、低電流域で30μHのインダクタンス値を有するコイルと、高電流域で0.9μHのインダクタンス値を有するコイルとを直列に配置するけれども、本実施形態では共振リアクトルに可飽和特性を持たせることで、一つのコイルによって実現するものである。 Subsequently, a resonant reactor having a saturable characteristic used as the coil L2 will be described. FIG. 3 is a diagram showing the inductance characteristics of a resonant reactor having such saturable characteristics. As shown in FIG. 3, the low current region has an inductance value of 30 μH, and the high current region has an inductance value of 0.9 μH. In general, a coil having an inductance value of 30 μH in a low current region and a coil having an inductance value of 0.9 μH in a high current region are arranged in series. However, in this embodiment, a saturable characteristic is provided in a resonant reactor. This is realized by one coil.
コイルL2として用いられるコイルであって、可飽和特性を有する共振リアクトルとしてのコイルLaの構成を図4に示す。図4に示すように、コイルLaは、磁性材料によって構成されるコア5と銅線を卷回することで形成される巻線20とによって構成されている。コア5は、上コア10と下コア12とを備えている。上コア10及び下コア12は、それぞれ直方体形状を成すように板状に形成されている。上コア10の一辺近傍と、この一辺に対向する下コア12の一辺近傍を繋ぐようにサイドコア14が設けられている。また、上コア10の一辺とは反対側の他辺近傍と、この他辺に対向する下コア12の他辺近傍を繋ぐようにサイドコア16が設けられている。従って、サイドコア14とサイドコア16とは互いに対向するように立設されている。
FIG. 4 shows a configuration of a coil La that is a coil used as the coil L2 and is a resonant reactor having a saturable characteristic. As shown in FIG. 4, the coil La is composed of a
サイドコア14とサイドコア16との間にはセンターコア18が設けられている。センターコア18は、上コア10の中央近傍と下コア12の中央近傍とを繋ぐように立設されている。巻線20は、センターコア18に巻きつけられている。
A
続いて、センターコア18の中央近傍の縦断面を図5に示し、図5を参照しながら説明を続ける。図5に示すように、センターコア18には、ギャップ部分31,32,33が形成されており、全体としてギャップを形成している。ギャップ部分31,32,33は、それぞれ非磁性体によって形成されている。具体的には、セラミックス材料によって形成されていてもよく、空洞となっていてもよい。セラミックス材料によってギャップ部分31,32,33を形成すれば、寸法精度を高く保つことができる。また、空洞によってギャップ部分31,32,33を形成しても、本実施形態の場合は後述するようにコア領域によってギャップ部分31,32,33が挟まれているので、同様に寸法精度を高く保つことができる。
Next, FIG. 5 shows a longitudinal section near the center of the
ギャップ部分31は、磁性体によって構成されるコア領域181aとコア領域181bとによって両端を挟まれている。ギャップ部分32も、磁性体によって構成されるコア領域182aとコア領域182bとによって両端を挟まれている。ギャップ部分33も、磁性体によって構成されるコア領域183aとコア領域183bとによって両端を挟まれている。従って、ギャップ部分31,32,33からの磁束漏れを、コア領域181a,181b,182a,182b,183a,183bによって閉じ込めることができる。
The
コア領域181aとコア領域181bとは、ギャップ部分31を挟むように独立して設けられてもよいけれども、ギャップ部分31を囲むように連続して設けられていても好ましいものである。ギャップ部分31を囲むように連続してコア領域181aとコア領域181bとを設ければ、ギャップ部分31からの磁束漏れをより効果的に抑制することができる。また、ギャップ部分32に対するコア領域182a,182bも、ギャップ部分33に対するコア領域183a,183bも同様である。
The
FCS:燃料電池システム
EC:コントローラ
FC:燃料電池
FSS:燃料ガス供給系
FS1:燃料ガス供給源
FS2:インジェクタ
FS3:燃料ガス流路
FS4:循環流路
FS5:循環ポンプ
FS6:排気排水流路
H1:遮断弁
H2:レギュレータ
H3:遮断弁
H4:遮断弁
H5:排気排水弁
ASS:酸化ガス供給系
AS1:フィルタ
AS2:エアコンプレッサ
AS3:酸化ガス流路
AS4:酸化オフガス流路
AS5:加湿器
A3:背圧調整弁
CS:冷却系
CS1:ラジエータ
CS2:冷却液ポンプ
CS3:冷却液往路
CS4:冷却液復路
ES:電力系
ES1:コンバータ
ES2:バッテリ
ES3:トラクションインバータ
ES4:トラクションモータ
ES5:補機類
ES6:FC昇圧コンバータ
S1:電圧センサ
S2:電流センサ
S3:SOCセンサ
S4:圧力センサ
S5:水温センサ
S6:圧力センサ
S7:温度センサ
IG:起動信号
VC:車速信号
ACC:アクセル開度信号
FCS: fuel cell system EC: controller FC: fuel cell FSS: fuel gas supply system FS1: fuel gas supply source FS2: injector FS3: fuel gas channel FS4: circulation channel FS5: circulation pump FS6: exhaust drainage channel H1: Cutoff valve H2: Regulator H3: Cutoff valve H4: Cutoff valve H5: Exhaust drain valve ASS: Oxidation gas supply system AS1: Filter AS2: Air compressor AS3: Oxidation gas flow path AS4: Oxidation off gas flow path AS5: Humidifier A3: Back Pressure regulating valve CS: Cooling system CS1: Radiator CS2: Coolant pump CS3: Coolant forward path CS4: Coolant return path ES: Power system ES1: Converter ES2: Battery ES3: Traction inverter ES4: Traction motor ES5: Auxiliary equipment ES6: FC boost converter S1: Voltage sensor S2: Current sensor S3: OC sensor S4: a pressure sensor S5: the water temperature sensor S6: pressure sensor S7: Temperature sensor IG: activation signal VC: vehicle speed signal ACC: an accelerator opening signal
Claims (4)
前記昇圧コンバータは、
第一スイッチと第一コイルとを有し、前記第一スイッチが前記第一コイルに対してスイッチング動作することにより生ずる前記第一コイルの逆起電力で前記燃料電池の出力電圧を昇圧する主昇圧部と、
前記第一スイッチの両極間の電位差を蓄電量で調整するコンデンサを有し、前記スイッチング動作時に前記コンデンサの蓄電量を調整することで前記第一スイッチのスイッチング損失を減らす副昇圧部と、を有し、
前記副昇圧部は、第二スイッチと第二コイルとを有しており、
前記第二コイルは、磁性体によって形成されるコアの少なくとも一部に巻線を巻きつけて形成されるものであって、前記コアの前記巻線が巻きつけられている部分には非磁性体によって形成されるギャップが形成され、前記ギャップと前記巻線との間には磁性体によって形成されるコア領域が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell that is a DC power source, and a boost converter that boosts the output voltage of the fuel cell and supplies power to a load,
The boost converter includes:
A main booster that has a first switch and a first coil, and boosts the output voltage of the fuel cell with a back electromotive force of the first coil generated by the switching operation of the first switch with respect to the first coil. And
A capacitor that adjusts a potential difference between both poles of the first switch by a storage amount, and a sub boosting unit that reduces a switching loss of the first switch by adjusting a storage amount of the capacitor during the switching operation. And
The sub boosting unit has a second switch and a second coil,
The second coil is formed by winding a winding around at least a part of a core formed of a magnetic material, and a non-magnetic material is formed on a portion of the core where the winding is wound. The fuel cell system is characterized in that a gap formed by the magnetic material is formed, and a core region formed of a magnetic material is provided between the gap and the winding.
それぞれのギャップ部分は、前記巻線との間に設けられている前記コア領域によって囲まれていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 The gap is composed of a plurality of gap portions,
The fuel cell system according to claim 2, wherein each gap portion is surrounded by the core region provided between the windings.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018185989A1 (en) * | 2017-04-07 | 2018-10-11 | スミダコーポレーション株式会社 | Coil component core and coil component |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03208316A (en) * | 1990-01-10 | 1991-09-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | converter transformer |
| JP2002164232A (en) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Denso Corp | Core for choke coil |
| JP2009165246A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and boost converter for fuel cell |
-
2009
- 2009-12-18 JP JP2009287097A patent/JP2011130595A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03208316A (en) * | 1990-01-10 | 1991-09-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | converter transformer |
| JP2002164232A (en) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Denso Corp | Core for choke coil |
| JP2009165246A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and boost converter for fuel cell |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018185989A1 (en) * | 2017-04-07 | 2018-10-11 | スミダコーポレーション株式会社 | Coil component core and coil component |
| JP2018181979A (en) * | 2017-04-07 | 2018-11-15 | スミダコーポレーション株式会社 | Core for coil parts and coil parts |
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