(57)【要約】      （修正有）【課題】並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの１つが故障した場合に故障を診断することができる故障診断装置及び故障診断方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１において、ＥＣＵ４０は、入力電力値と、予め分かっている第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の効率係数との乗算結果を算出し、各乗算結果を合算する。ＥＣＵ４０は、合算結果の推定電力値とラジエータファン３１の要求電力値とを比較する。ＥＣＵ４０は、推定電力値が、ラジエータファン３１の要求電力値よりも小さい場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の少なくともいずれか一方が故障していると診断して、電圧変換システム１０を停止する。【選択図】図１
2019050654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側に電流センサが接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続された機器に出力する、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断する故障診断装置であって、
前記機器の要求電力値が前記ＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの出力電力値よりも大きく、
且つ前記電流センサが測定した電流より求めた前記各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値が前記機器の要求電力値よりも小さい場合に、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータのうち少なくとも１つが故障していると判定する故障診断装置。
【請求項２】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
前記機器は補機である請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項３】
入力側に電流センサが接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続された機器に出力する、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断する故障診断方法であって、
前記機器の要求電力値が前記ＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの出力電力値よりも大きく、
且つ前記電流センサが測定した電流より求めた前記各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値が前記機器の要求電力値よりも小さい場合に、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータのうち少なくとも１つが故障していると判定する故障診断方法。
【請求項４】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
前記機器は補機である請求項３に記載の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、故障診断装置及び故障診断方法に関し、特に、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの故障診断装置及び故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置から供給された電力の電圧を変換して出力し、補機等の機器に供給するＤＣ−ＤＣコンバータの故障診断装置が知られている。特許文献１に記載された故障診断装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータを有する電圧変換システムの出力電力値を測定し、また、電圧変換システムの出力電力値の推定値を求める。そして、この測定値と推定値との差に基づいて、電圧変換システムが有するＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電圧変換システムによっては、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが並列に接続されている場合がある。そのような電圧変換システムにおいては、１つのＤＣ−ＤＣコンバータが故障し残りのＤＣ−ＤＣコンバータが動作を続けていることがある。その場合には電圧変換システムから電力が出力されるので、特許文献１に記載の故障診断装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータが故障していることを診断できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの、１つが故障していることを判定できる故障診断装置及び故障診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明に係る故障診断装置は、入力側に電流センサが接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続された機器に出力する、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断する故障診断装置であって、機器の要求電力値がＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの出力電力値よりも大きく、且つ電流センサが測定した電流より求めた各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値が機器の要求電力値よりも小さい場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータのうち少なくとも１つが故障していると判定する。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、機器は補機であってもよい。
【０００７】
また、この発明に係る故障診断方法は、入力側に電流センサが接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続された機器に出力する、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断する故障診断方法であって、機器の要求電力値がＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれの出力電力値よりも大きく、且つ電流センサが測定した電流より求めた各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値が機器の要求電力値よりも小さい場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータのうち少なくとも１つが故障していると判定する。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、機器は補機であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る故障診断装置及び故障診断方法によれば、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータが故障した場合に故障を診断することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態に係る電圧変換システムの概略図である。
【図２】図１に示す電圧変換システムの稼働時間に対する入力電力及びラジエータファンの回転数を示すグラフである。
【図３】図１に示す電圧変換システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、電源として燃料電池２０を有するフォークリフトに搭載された、燃料電池システム１が構成されている。燃料電池システム１には、電圧変換システム１０が設けられている。燃料電池２０には電圧変換システム１０の入力側が接続され、電圧変換システム１０の出力側にはバッテリ３０と、燃料電池システムの補機を構成しているラジエータファン３１が接続されている。ラジエータファン３１は燃料電池を冷却するための図示しないラジエータに冷却風を供給する。ラジエータファン３１には、稼働時に流れる電流値を測定する図示しない稼働時電流センサがそれぞれ設けられている。
【００１１】
電圧変換システム１０を詳細に説明すると、電圧変換システム１０には電流センサ１１と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とが設けられている。燃料電池２０には、電流センサ１１が接続されている。電流センサ１１には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の入力側が接続されている。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、同じ性能を有する同型の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１２】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力側には、バッテリ３０及びラジエータファン３１が接続されている。すなわち、この電圧変換システム１０において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とは並列に接続されている。また、ラジエータファン３１は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力側に接続された機器を構成している。
【００１３】
電流センサ１１と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３と、ラジエータファン３１には、燃料電池システム１の制御装置であるＥＣＵ４０が接続されている。ＥＣＵ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の故障診断装置を構成している。
【００１４】
次に、この電圧変換システム１０の動作を説明する。
電圧変換システム１０が起動すると、燃料電池２０から４８Ｖの直流電力が電流センサ１１を経由して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に入力される。４８Ｖの直流電力は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３により１２Ｖの直流電力に降圧されて出力される。そして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電力が合成されてバッテリ３０及びラジエータファン３１に出力される。これにより、バッテリ３０が充電され、さらにラジエータファン３１が稼動する。
【００１５】
図２に、電圧変換システム１０の稼働時間ｔに対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３への入力電力と、ラジエータファン３１の回転数との関係を示す。ラジエータファン３１は、ラジエータの冷却能力を確保できるように、線Ａに示すようにフォークリフトの稼働時間ｔの経過によるラジエータの冷却水温度変化に対応して、ＥＣＵ４０が指示する回転数Ｒによって回転する。また、ラジエータファン３１の回転数Ｒに応じて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に必要な入力電力値Ｐが変動する。
【００１６】
次に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の故障診断動作を説明する。
図３に示すように、ＥＣＵ４０はラジエータファン３１の稼働時に、電流センサ１１からラジエータファン３１に流れる電流値を得る。この電流値とラジエータファン３１の回転数との関係は予め分かっているので、ＥＣＵ４０は電流値からラジエータファン３１の現在の回転数Ｒを算出する。そして、ＥＣＵ４０は回転数Ｒの値からラジエータファン３１が回転しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ＥＣＵ４０がラジエータファン３１は回転してないと判定した場合には、燃料電池システム１の起動前でありラジエータが稼動していない状態であるため、故障診断動作を終了する。
【００１７】
次に、ステップＳ１においてラジエータファン３１が回転していると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ラジエータファン３１の回転数Ｒを記録する。また、ＥＣＵ４０はこの回転数Ｒと、ラジエータが所定の冷却能力を発揮するための目標回転数Ｒ１を基にラジエータファン３１を制御する。次にＥＣＵ４０は、目標回転数Ｒ１で回転するときにラジエータファン３１に流れる電流値と、ラジエータファン３１に供給される電力の電圧値１２Ｖとから、ラジエータファン３１が目標回転数Ｒ１で回転するために要求する要求電力値Ｐ１を算出する（ステップＳ２）。次にＥＣＵ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３から要求電力値Ｐ１を出力させる。
【００１８】
次に、ＥＣＵ４０は要求電力値Ｐ１と、予め分かっている第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のそれぞれの通常時の出力電力値である通常電力値Ｐ２とを比較する（ステップＳ３）。通常電力値Ｐ２がラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも大きい場合には、ステップＳ２に戻る。
【００１９】
通常電力値Ｐ２がラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも小さい場合には、ＥＣＵ４０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３への入力電流値と入力電圧値の４８Ｖから、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３への入力電力値Ｐ３を求める。次に、ＥＣＵ４０はこの入力電力値Ｐ３と、予め定められた定数である、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の効率に依って決まる効率係数との乗算結果とを算出し、各乗算結果を合算する。この合算結果は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電力の推定値を合算した推定電力値Ｐ４である。次に、この推定電力値Ｐ４とラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１とを比較する（ステップＳ４）。
【００２０】
推定電力値Ｐ４が、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも大きい場合には、推定電力値Ｐ４はラジエータファン３１に電力を供給するために十分に大きい。したがって図２の線Ｂに示すように、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１に対して、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が電力を供給するために十分な入力電力値Ｐ３Ｂが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に入力されている。したがって、図３に示すように第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は故障していないので、ＥＣＵ４０は診断を終了する。
【００２１】
一方、推定電力値Ｐ４が、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも小さい場合には、図２の線Ｃに示すように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に入力される入力電力値Ｐ３Ｃは、故障していない時の入力電力値Ｐ３Ｂよりも低い。すなわち、入力電力値Ｐ３Ｃは、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１に対して釣り合っていない。そのため、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の少なくともいずれか一方が故障していると判断できる。したがって、図３に示すようにＥＣＵ４０は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が故障していると診断して電圧変換システム１０を停止する（ステップＳ５）。
【００２２】
このように、この故障診断装置は、入力側に電流センサ１１が接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続されたラジエータファン３１に出力する、並列に接続された複数の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の故障を診断するＥＣＵ４０であって、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とのそれぞれの出力電力値よりも大きく、且つ電流センサ１１が測定した電流より求めた各第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値がラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも小さい場合に第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のうち少なくとも１つが故障していると判定するので、並列に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の１つが故障していることを判定できる。
すなわち、ラジエータファン３１の要求電力値が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び台２ＤＣ‐ＤＣコンバータ１３のそれぞれの出力電力値よりも大きく、且つ電流センサが測定した電流より求めた各ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、１３の入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値が機器の要求電力値よりも小さい場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、１３の少なくとも１つが故障していると判定するので、並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータ１２、１３のうち少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータが故障した場合に故障を診断することが可能である。
【００２３】
また、この故障診断装置は、入力側に電流センサ１１が接続され、入力電力を電圧変換して出力側に接続されたラジエータファン３１に出力する、並列に接続された複数の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の故障を診断する故障診断方法であって、ラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とのそれぞれの出力電力値よりも大きく、且つ電流センサ１１が測定した電流より求めた各第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の入力電力の合算値に、予め定められた係数を乗算した値がラジエータファン３１の要求電力値Ｐ１よりも小さい場合に第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２又は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のうち少なくとも１つが故障していると判定するので、並列に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の１つが故障していることを判定できる。
【００２４】
また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、ラジエータファン３１は補機であるので、フォークリフト等の移動体に搭載された燃料電池システム１において、ＤＣ−ＤＣコンバータの診断をすることが可能である。
【００２５】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータの故障診断装置及び故障診断方法は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が故障診断のためのデータ通信機能を有していなくとも、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータが故障した場合に故障を診断することが可能であるので、電圧変換システム１０の生産コストを下げることができる。
【００２６】
なお、この実施の形態では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３への入力電力に、予め定められた効率係数を乗算した結果が電気機器の要求電力値Ｐ１より小さいか否かによりＤＣ−ＤＣコンバータの故障を診断していたが、予め定められた効率係数は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の入力電力に対する出力電力の効率であってもよい。
【００２７】
また、この実施の形態では、ラジエータファン３１が燃料電池システムの補機として設けられていたが、ラジエータに冷却水を送るウォータポンプやコンプレッサ等の他の機器が補機として設けられていてもよい。補機はフォークリフトの油圧装置等を冷却するためのファンであってもよいし、その他にディスプレイやヘッドライト等のフォークリフトの補機であってもよい。また、ＥＣＵ４０は入力電力値Ｐとそれらの補機の回転数等の稼動状態に対応する値とにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の故障診断を行ってもよい。
【００２８】
また、この実施の形態では、電圧変換システム１０に第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の２つの降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが並列に設けられていたが、３つ以上の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが並列に設けられていてもよい。また、電圧変換システム１０に設けられる電圧変換器は、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されるものではなく、例えば昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
【００２９】
また、この実施の形態では、電圧変換システム１０は燃料電池２０を有する燃料電池システム１に設けられていたが、他の電池又は電源のシステムに用いるものであってもよい。例えば、燃料電池２０の代わりに鉛蓄電池の出力電圧を変換する電圧変換システムに用いるものであってもよい。また、電圧変換システム１０はフォークリフトに搭載される以外の用途であってもよく、例えば搬送車輌等の移動体に搭載されてもよいし、施設に固定されて用いられる固定体の電力システムに搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  燃料電池システム、１０  電圧変換システム、１１  電流センサ、１２  第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、１３  第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、３１  ラジエータファン（機器，補機）、４０  ＥＣＵ（故障診断装置）。
【図１】
2019050654.tif 000003
【図２】
2019050654.tif 000004
【図３】
2019050654.tif 000005