CN107615543A - 电力调整系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电力调整系统具备：燃料电池，其与负载连接；燃料电池用转换器，其连接于燃料电池与负载之间，以规定的要求电压比对燃料电池的输出电压进行变换；蓄电池，其与燃料电池并联地连接于负载，是不同于燃料电池的电力供给源；蓄电池用转换器，其连接于蓄电池与负载之间，以规定的要求电压比对该蓄电池的输出电压进行变换；电流旁路路径，其绕过燃料电池用转换器地将燃料电池与负载连结；交流电压施加部，其向燃料电池用转换器的输出侧施加交流电压信号；以及内部状态估计部，其基于通过交流电压施加部施加了交流电压信号时的规定物理量来估计燃料电池的内部状态。

Description

电力调整系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种具备燃料电池、高电压蓄电池以及DC/DC转换器的电力调整系统及其控制方法。
背景技术
在具备燃料电池的电力调整系统中，已知如下一种电力调整系统：根据与燃料电池连接的负载的要求来向燃料电池供给燃料气体(例如氢)和氧化剂气体(例如空气)，由此能够向负载供给燃料电池的输出电力。
在如上所述的电力调整系统中，为了控制燃料电池的动作状态，输出交流电压信号并测量燃料电池的输出电流和输出电压的交流成分，通过对所测量出的这些交流成分进行运算来估计燃料电池的内部阻抗。
JP4821187B中公开了一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：蓄电池(高电压的二次电池)；燃料电池，其以与蓄电池并联地电连接的方式设置；DC/DC转换器，其设置于蓄电池的输出侧；以及逆变器，其设置于该DC/DC转换器与作为负载的马达之间。
在该燃料电池系统(单转换器方式)中，为了估计燃料电池的内部阻抗，在DC/DC转换器的输出目标电压上叠加阻抗测定用信号(交流电压信号)后输出到DC/DC转换器，测定通过DC/DC转换器后的阻抗测定用信号的振幅。然后，通过对该测定结果实施必要的运算处理，来求出燃料电池的内部阻抗。
另外，本申请人提出了一种电力调整系统(双转换器方式)，该电力调整系统具备燃料电池和蓄电池，在燃料电池和蓄电池这两方的输出侧分别设置有DC/DC转换器。
在该情况下，与上述单转换器方式不同，也能够通过对燃料电池侧的DC/DC转换器输出如上所述的阻抗测定用信号来测定燃料电池的内部阻抗。
发明内容
在如上所述的单转换器方式的电力调整系统中，将交流电压信号用作燃料电池的阻抗测定用信号。通常，借助在该交流电压信号的叠加频率下的阻抗大的DC/DC转换器来叠加燃料电池用的交流电压信号。因此，存在DC/DC转换器的输出电压大幅振动的可能性。
在这种状况下，存在以下问题：从燃料电池产生的脉动电压成分会增加。然后，当脉动电压成分增加时，存在构成电力调整系统的各电气部件进行误动作的担忧。
另外，通过构成DC/DC转换器的开关元件(半导体元件)的开关动作来叠加交流电压信号，因此电流会流过DC/DC转换器内的电抗器、开关元件。在该情况下，在各元件中产生铜损等损耗，因此还存在电力效率下降并且各元件发热的问题。
另一方面，在如上所述的双转换器方式的电力调整系统中，能够使用某一个DC/DC转换器来生成阻抗测定用信号。然而，在为了生成阻抗测定用信号而使用蓄电池用的DC/DC转换器的情况下，产生与上述单转换器方式同样的问题。
另外，在为了生成阻抗测定用信号而使用燃料电池用的DC/DC转换器的情况下，除了如上所述的各元件发热的问题以外，还存在燃料电池的发电效率也下降的问题。
特别是，在将这种电力调整系统搭载于车辆的情况下，还存在以下问题：白白地消耗燃料电池的燃料、即氢，车辆的燃烧消耗率下降。
本发明是着眼于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种能够减少为了测定燃料电池的阻抗而施加交流电压信号的DC/DC转换器的发热的电力调整系统及其控制方法。
根据本发明的一个方式，本发明的电力调整系统具备：燃料电池，其与负载连接；燃料电池用转换器，其连接于燃料电池与负载之间，以规定的要求电压比对该燃料电池的输出电压进行变换；蓄电池，其与燃料电池并联地连接于负载，是不同于燃料电池的电力供给源；以及蓄电池用转换器，其连接于蓄电池与负载之间，以规定的要求电压比对该蓄电池的输出电压进行变换。另外，本发明的电力调整系统还具备：电流旁路路径，其绕开燃料电池用转换器地将燃料电池与负载连结；交流电压施加部，其向燃料电池用转换器的输出侧施加交流电压信号；以及内部状态估计部，其基于通过交流电压施加部施加了交流电压信号时的规定物理量，来估计燃料电池的内部状态。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池用的电力调整系统的整体结构的图。
图2是表示图1的燃料电池用控制器的功能性结构的框图。
图3是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池用控制器、燃料电池用DC/DC转换器控制器以及蓄电池用DC/DC转换器控制器的整体控制的流程图。
图4是表示由燃料电池用控制器执行的FC电流指令运算处理的流程图。
图5是表示由燃料电池用控制器执行的基准FC电压指令运算处理的流程图。
图6是表示由燃料电池用控制器执行的马达下限电压运算处理的流程图。
图7是表示由燃料电池用控制器执行的电压指令运算处理的流程图。
图8是表示由燃料电池用DC/DC转换器控制器执行的FC用DC/DC转换器控制处理的流程图。
图9是表示由蓄电池用DC/DC转换器控制器执行的蓄电池用DC/DC转换器控制处理的流程图。
图10是表示由燃料电池用控制器执行的FC阻抗运算处理的流程图。
图11是表示在FC阻抗运算处理中使用的反陷波滤波器的频率-振幅特性的图。
图12是表示本发明的比较例中的燃料电池用的电力调整系统的整体结构的图。
图13是表示本发明的比较例中的蓄电池用的DC/DC转换器所生成的交流电压信号的波形的图。
图14是表示第二实施方式中的燃料电池用控制器的功能性结构的框图。
图15是表示由第二实施方式中的燃料电池用控制器执行的电压指令运算处理的流程图。
图16是表示由第二实施方式中的燃料电池用DC/DC转换器控制器执行的FC用DC/DC转换器控制处理的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式中的燃料电池用的电力调整系统1(下面仅称为“电力调整系统1”)的整体结构的图。本发明的电力调整系统1使用于具备强电电池且以燃料电池为驱动源的车辆。如图1所示，该电力调整系统1例如搭载于利用驱动马达2来驱动车辆的电动汽车。此外，该电力调整系统1只要应用于以燃料电池为驱动源的负载即可，也能够应用于燃料电池车辆(利用了燃料电池的电动汽车)以外的装置等的负载。
如图1所示，本实施方式的电力调整系统1具备燃料电池堆6、燃料电池堆6用的DC/DC转换器(燃料电池转换器)5、强电电池20(下面仅称为“蓄电池20”)、辅机类30以及蓄电池20用的DC/DC转换器(蓄电池转换器)8。另外，电力调整系统1具备对包括燃料电池堆6的电力调整系统1整体进行控制的燃料电池用控制器10、对DC/DC转换器5进行控制的燃料电池用DC/DC转换器控制器4以及对DC/DC转换器8进行控制的蓄电池用DC/DC转换器控制器7。并且，电力调整系统1具备驱动逆变器3和作为负载的驱动马达2，该驱动逆变器3进行开关控制使得从燃料电池堆6和蓄电池20输入的直流电力变成至驱动马达2的交流电力。
在本实施方式中，在DC/DC转换器5的正极侧的输出端子与燃料电池堆6的正极侧的输出端子之间设置有用于使燃料电池堆6的输出电流绕过DC/DC转换器5的电流旁路路径。即，该电流旁路路径使燃料电池堆6与作为负载的驱动马达2经由驱动逆变器3连结。
另外，在电流旁路路径上设置有作为电流方向切断部的二极管100，该二极管100切断从作为负载的驱动马达2侧向燃料电池堆6的电流的流动。二极管100以使从燃料电池堆6去向驱动逆变器3的方向为正向的方式进行配置，作为本发明的电流方向切断部而发挥功能。因此，在燃料电池堆6用的DC/DC转换器5正在进行升压的情况下，能够通过该二极管100来防止电流从DC/DC转换器5的输出向燃料电池堆6反流。
燃料电池堆6用的DC/DC转换器5设置于燃料电池堆6与驱动逆变器3(驱动马达2)之间。该DC/DC转换器5以规定的要求电压比将燃料电池堆6的输出电压变换为驱动逆变器3的输入电压。在本实施方式中，DC/DC转换器5是用于将燃料电池堆6的输出电压升高为与驱动马达2的驱动电压相适的电压的升压转换器。
在本实施方式中，DC/DC转换器5由3相的转换器构成。因此，下面也有时将该DC/DC转换器5称为多相转换器5。此外，多相转换器5的相数也可以是3相以上。
如图1所示，多相转换器5由U相转换器、V相转换器以及W相转换器这三个转换器构成。三个电抗器5U、5V、5W分别连接于U相、V相及W相转换器。此外，U相转换器、V相转换器以及W相转换器具有同样的结构。因此，下面以U相转换器为代表来说明其结构。
U相转换器具备电抗器5U、降压侧的开关元件51U、整流二极管52U、升压侧的开关元件53U以及回流二极管54U。开关元件51U与整流二极管52U反并联连接，开关元件53U与回流二极管54U反并联连接。这些开关元件51U、54U例如由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistors：绝缘栅双极晶体管)构成。
电抗器5U一端经由电流传感器61来与燃料电池堆6的正极侧的输出端子连接，另一端与开关元件51U及整流二极管52U的一端以及开关元件53U及回流二极管54U的一端连接。开关元件51U及整流二极管52U的另一端与二极管100的阴极端子以及驱动逆变器3的正极侧的输入端子连接。另外，开关元件53U及回流二极管54U的另一端与燃料电池堆6的负极侧的输出端子以及驱动逆变器3的负极侧的输入端子连接。
在燃料电池堆6的输出端子之间，并联连接有用于检测燃料电池堆6的输出电压的电压传感器62以及用于使燃料电池堆6的输出电压平滑化的电容器63。电容器63通过使燃料电池堆6的输出电压平滑化，能够使燃料电池堆6的输出中的脉动成分减少。
另外，在多相转换器5的输出端子之间，并联连接有用于使多相转换器5的输出电压平滑化的电容器64以及用于检测多相转换器5的输出电压(驱动逆变器3的输入电压)的电压传感器65。通过该电容器64，能够使多相转换器5的输出中的脉动成分减少。
并且，在多相转换器5的输出端子及DC/DC转换器8的输出端子的连接端子与驱动逆变器3的输入端子之间，设置有用于使驱动逆变器3的输入电压平滑化的电容器66。
燃料电池堆6经由多相转换器5及驱动逆变器3来与作为电力调整系统1的负载的驱动马达2连接。燃料电池堆6是从未图示的阴极气体供排装置和阳极气体供排装置接受阴极气体(氧化剂气体)和阳极气体(燃料气体)的供给、并根据驱动马达2等电负载来发电的层叠电池。燃料电池堆6中例如层叠有数百块燃料电池。
在燃料电池堆6上连接有阳极气体的供排气通路、阴极气体的供排气通路、设置于各通路的压力调节阀、冷却水循环通路、冷却水泵、散热器、燃料电池堆6的冷却装置等大量的装置。然而，它们与本发明的技术特征的关系性低，因此省略了它们的图示。
驱动马达2对搭载本实施方式的电力调整系统1的车辆进行驱动。驱动逆变器3将从燃料电池堆6、蓄电池20供给的直流电力变换为交流电力，将变换得到的交流电力供给到驱动马达2。驱动马达2利用由驱动逆变器3供给的交流电力来旋转驱动，将其旋转能量提供到后级。此外，虽未进行图示，但驱动马达2借助差动件和轴来与车辆的驱动轮连结。
在车辆下坡时、减速时，根据蓄电池20的充电状态，经由驱动逆变器3和DC/DC转换器8向蓄电池20供给驱动马达2的再生电力，对蓄电池20进行充电。另外，在车辆进行动力运转时，驱动马达2利用燃料电池堆6的发电电力、来自蓄电池20的蓄电电力来进行旋转，其旋转能量被传递给未图示的车辆的驱动轮。
在驱动马达2的附近设置有检测驱动马达2的马达转速的马达转速检测部21以及检测驱动马达2的马达转矩的马达转矩检测部22。由这些检测部21、22检测出的驱动马达2的马达转速和马达转矩被输出到燃料电池用控制器10。
蓄电池20是能够充放电的二次电池，例如是300V(伏特)的锂离子电池。蓄电池20与辅机类30连接，构成辅机类30的电源。另外，蓄电池20经由DC/DC转换器8来与驱动逆变器3及DC/DC转换器5连接。即，蓄电池20与燃料电池堆6并联地连接于作为电力调整系统1的负载的驱动马达2。
在蓄电池20的输出端子，与辅机类30并联地连接有用于检测蓄电池20的输出电压的电压传感器67以及用于使蓄电池20的输出电压平滑化的电容器68。
蓄电池20用的DC/DC转换器8设置于蓄电池20与驱动逆变器3(驱动马达2)之间。该DC/DC转换器8以规定的要求电压比将蓄电池20的输出电压变换为驱动逆变器3的输入电压。此外，如后所述，以使DC/DC转换器8的输出电压与多相转换器5的输出电压衔接(同步)的方式进行控制DC/DC转换器8的输出电压。
在本实施方式中，DC/DC转换器8与燃料电池堆6用的多相转换器5不同，DC/DC转换器8是单相的转换器。如图1所示，该DC/DC转换器8具备电抗器81、降压侧的开关元件82、整流二极管83、升压侧的开关元件84以及回流二极管85。开关元件82与整流二极管83反并联连接，开关元件84与回流二极管85反并联连接。这些开关元件82、84例如由IGBT构成。
电抗器81一端与蓄电池20的正极侧的输出端子连接，另一端与开关元件82及整流二极管83的一端以及开关元件84及回流二极管85的一端连接。开关元件82及整流二极管83的另一端与驱动逆变器3的正极侧的输入端子连接。另外，开关元件84及回流二极管85的另一端与蓄电池20的负极侧的输出端子以及驱动逆变器3的负极侧的输入端子连接。
在DC/DC转换器8的输出端子之间，连接有用于使DC/DC转换器8的输出电压平滑化的电容器70以及用于检测DC/DC转换器8的输出电压(驱动逆变器3的输入电压)的电压传感器69。
辅机类30是主要附属于燃料电池堆6的部件，包括如上所述的阴极气体供排装置及阳极气体供排装置、未图示的空气压缩机、冷却泵等。此外，在辅机类30的各种部件是弱电设备的情况下，只要在蓄电池20与作为对象的辅机类30之间设置未图示的降压DC/DC转换器即可。也可以取而代之地设置弱电设备用的未图示的弱电电池。
虽未进行图示，但燃料电池用控制器10由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。由电流传感器61和电压传感器62检测出的燃料电池堆6的输出电流值和输出电压值被输入到燃料电池用控制器10。
另外，燃料电池用控制器10基于从各传感器61、62输入的燃料电池堆6的输出电流值和输出电压值以及从各检测器21、22输入的驱动马达2的马达转速和马达转矩，来向燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器7分别输出用于使多相转换器5和DC/DC转换器8动作的指令。
燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于来自燃料电池用控制器10的指令来控制多相转换器5。在本实施方式中，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于来自燃料电池用控制器10的指令(FC电压指令)，对多相转换器5的各相的开关元件51U～51W、53U～53W进行接通/断开(ON/OFF)控制。
具体地说，由电压传感器62检测出的燃料电池堆6的输出电压值以及由电压传感器65检测出的多相转换器5的输出电压值被输入到燃料电池用DC/DC转换器控制器4。燃料电池用DC/DC转换器控制器4对多相转换器5的各开关元件51U～51W、53U～53W进行开关控制，使得多相转换器5的电压比(输出电压/输入电压)变为来自燃料电池用控制器10的指令值(FC电压指令值)。
蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于来自燃料电池用控制器10的指令来控制蓄电池20用的DC/DC转换器8。燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器7对多相转换器5的电压比和DC/DC转换器8的电压比分别进行控制，使得向驱动逆变器3的输入电压变为相同的电压(直流环节电压)。
由电压传感器67检测出的蓄电池20的输出电压值以及由电压传感器69检测出的DC/DC转换器8的输出电压值被输入到蓄电池用DC/DC转换器控制器7。蓄电池用DC/DC转换器控制器7对DC/DC转换器8的各开关元件82、84进行开关控制，使得DC/DC转换器8的电压比(输出电压/输入电压)变为来自燃料电池用控制器10的指令值(直流环节电压指令值)。
图2是表示图1所示的燃料电池用控制器10的功能性结构的框图。如图2所示，本实施方式的燃料电池用控制器10包括阻抗计算部11、阻抗计算请求部12、湿润状态估计部13以及电压控制部14。
阻抗计算部11当接收到从阻抗计算请求部12请求的燃料电池堆6的阻抗计算请求时，基于由电流传感器61检测的燃料电池堆6的输出电流的交流成分以及由电压传感器62检测的输出电压的交流成分来计算燃料电池堆6的阻抗(内部阻抗)。
在此，燃料电池堆6的所计算出的阻抗与检测出该燃料电池堆6的输出电流和输出电压的时间点的燃料电池堆6的湿润度具有相关性。即，燃料电池堆6的阻抗越高，则燃料电池堆6越接近过干燥状态。另一方面，燃料电池堆6的阻抗越低，则越接近过加湿状态。
阻抗计算请求部12基于由电流传感器61检测的燃料电池堆6的输出电流的交流成分、由电压传感器62检测的输出电压的交流成分以及由阻抗计算部11上次计算出的阻抗上次值，来判定是否能够检测燃料电池堆6的阻抗。
即，阻抗计算请求部12基于检测出的燃料电池堆6的输出电流值及输出电压值以及阻抗上次值，来判定阻抗检测部(阻抗检测回路)的检测值(阻抗计算部11的计算值)是否处于饱和状态。然后，在判定为检测值处于饱和状态、无法检测燃料电池堆6的阻抗的情况下，阻抗计算请求部12对阻抗计算部11输出再次计算燃料电池堆6的阻抗的指令、即阻抗计算请求。
另外，阻抗计算请求部12基于由湿润状态估计部13估计出的燃料电池堆6的湿润状态的估计值，来判定燃料电池堆6的发电效率是否下降、即燃料电池堆6是否处于发电不良的状态。然后，在判定为燃料电池堆6的发电效率下降的情况下，阻抗计算请求部12将燃料电池堆6的阻抗计算请求输出到阻抗计算部11。
此外，燃料电池用控制器10也可以构成为：省略阻抗计算请求部12，由阻抗计算部11始终计算燃料电池堆6的阻抗。
湿润状态估计部13基于由阻抗计算部11计算出的燃料电池堆6的阻抗来估计该燃料电池堆6的湿润状态。这样估计出的燃料电池堆6的湿润状态被用于控制燃料电池堆6的动作。此外，关于燃料电池堆6的动作控制，只要根据其动作状态，利用公知的控制方法来执行控制即可。因此，在本说明书中，省略燃料电池堆6的控制方法的详细说明。
估计出的燃料电池堆6的湿润状态被输出到电压控制部14，以进行燃料电池堆6的输出电压的升压控制和蓄电池20的输出电压的直流环节控制(用于使DC/DC转换器5的输出电压与DC/DC转换器8的输出电压衔接(同步)的控制)。
另外，湿润状态估计部13在未计算出燃料电池堆6的阻抗的燃料电池堆6的运转状态下，基于过去的阻抗计算值以及燃料电池堆6的运转状态来估计燃料电池堆6的湿润状态。在该情况下，作为过去的阻抗计算值，例如是在上次从阻抗计算请求部12输出阻抗计算请求时由阻抗计算部11计算出的阻抗。该阻抗上次值只要存储在未图示的存储器中即可。
此外，在本实施方式中，将阻抗计算部11和湿润状态估计部13总称为内部状态估计部。在本实施方式中，内部状态估计部基于规定物理量来估计燃料电池堆6的内部状态，该规定物理量是蓄电池用DC/DC转换器控制器7根据后述的来自电压控制部14的交流叠加指令来叠加并输出交流电压信号时检测的物理量。规定物理量至少包括由电流传感器61和电压传感器62检测出的燃料电池堆6的输出电流和输出电压。阻抗的详细运算方法在后面叙述。
由马达转速检测部21和马达转矩检测部22检测出的驱动马达2的马达转速和马达转矩被输入到电压控制部14。电压控制部14基于驱动马达2的各种数据、由阻抗计算部11计算出的燃料电池堆6的内部阻抗以及由湿润状态估计部13估计出的燃料电池堆6的湿润状态等，来运算表示燃料电池堆6的驱动状态的FC电压指令值以及用于使蓄电池20用的DC/DC转换器8的输出侧的电压与多相转换器5的输出侧的电压衔接的直流环节电压指令值。
然后，电压控制部14将运算出的FC电压指令值输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4，并且将运算出的直流环节电压指令值输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7。
具体地说，电压控制部14基于驱动马达2的马达下限电压和燃料电池堆6的输出电压(即，多相转换器5的输出电压)来决定应该使直流环节电压指令值为驱动马达2的马达下限电压和燃料电池堆6的输出电压中的哪一个。然后，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于直流环节电压指令值来设定多相转换器5的电压比，并且，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于直流环节电压指令值来设定蓄电池20用的DC/DC转换器8的电压比。
另外，电压控制部14基于由马达转速检测部21和马达转矩检测部22检测出的驱动马达2的马达转速和马达转矩来计算能够使驱动马达2动作的驱动逆变器3的供给电压。
并且，在阻抗计算请求部12输出了阻抗计算请求的情况下，电压控制部14向蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出交流叠加指令。即，电压控制部14与蓄电池用DC/DC转换器控制器7及DC/DC转换器8一起构成本发明的交流电压施加部。
由此，蓄电池用DC/DC转换器控制器7在直流环节电压的反馈控制值即直流环节电压指令值上叠加交流电压信号。在本实施方式中，要叠加的交流电压信号例如是频率1kHz且振幅0.5V的正弦波信号。
像这样输出交流叠加指令来计算燃料电池堆6的内部阻抗是由于，燃料电池堆6的湿润状态与构成燃料电池堆6的燃料电池的电解质膜电阻之间的相关性高。
在本实施方式中，为了生成由正弦波信号构成的交流电压信号，使DC/DC转换器8的各开关元件82、84进行开关动作。此外，交流电压信号不限于正弦波信号，也可以是矩形波信号、三角波信号、锯齿波信号等。
在说明本实施方式的比较例时参照图13来详细说明具体的交流电压信号的波形。
接着，参照图3的流程图来说明本实施方式中的电力调整系统1的整体动作。此外，图3的流程图表示本实施方式的电力调整系统1的整体动作，但是也可以根据需要而包括追加的步骤。另外，本发明的电力调整系统1的控制方法构成整体动作的一部分。
图3是表示本发明的第一实施方式中的电力调整系统1的燃料电池用控制器10、燃料电池用DC/DC转换器控制器4以及蓄电池用DC/DC转换器控制器7的整体控制的流程图(主处理流程)。
至少在驱动马达2的动作状态、辅机类30的动作状态发生变动的定时执行该流程图所涉及的控制。然而，也可以每隔规定时间就执行该控制。另外，也可以在不发生矛盾的范围内变更各步骤的顺序。
首先，燃料电池用控制器10执行用于决定燃料电池堆6的电流指令值的FC电流指令运算处理(步骤S1)，并且执行用于决定燃料电池堆6的电压指令值的基准FC电压指令运算处理(步骤S2)。
接着，燃料电池用控制器10基于通过步骤S1、S2决定的燃料电池堆6的电流指令值(后述的FC电流指令值)和电压指令值，来决定辅机类30所包括的各辅机的各种动作指令值(步骤S3)，向各辅机输出所决定的指令值。
接着，燃料电池用控制器10执行用于决定作为驱动逆变器3的输入电压的驱动马达2的马达下限电压的马达下限电压运算处理(步骤S4)。
接着，燃料电池用控制器10输出用于生成阻抗测定用的交流电压信号的叠加开启(ON)信号，并且，执行用于决定分别向燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出的FC电压指令值和直流环节电压指令值的电压指令运算处理(步骤S5)。
然后，燃料电池用控制器10将叠加开启指令输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7(参照图2)。另外，燃料电池用控制器10将这样决定的FC电压指令和直流环节电压指令分别输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器7(参照图2)。此外，也可以根据需要将直流环节电压指令也输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4执行用于基于燃料电池堆6的输出电压(FC输出电压)和直流环节电压指令来进行多相转换器5的升压/降压的FC用DC/DC转换器控制处理(步骤S6)。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7执行用于基于从燃料电池用控制器10输入的直流环节电压指令来进行DC/DC转换器8的升压/降压的蓄电池用DC/DC转换器控制处理(步骤S7)。
接着，燃料电池用控制器10执行用于运算(计算)燃料电池堆6的内部阻抗的FC阻抗运算处理(步骤S8)。
然后，燃料电池用控制器10、燃料电池用DC/DC转换器控制器4以及蓄电池用DC/DC转换器控制器7结束图3所示的本实施方式中的整体控制流程。
接着，参照流程图来分别说明图3的各副例程。
图4是与图3的步骤S1对应的副例程，是表示由燃料电池用控制器10执行的FC电流指令运算处理的流程图。
在该FC电流指令运算处理中，燃料电池用控制器10首先运算在辅机类30的各辅机中消耗的消耗电力(步骤S101)。然后，燃料电池用控制器10基于对蓄电池20和燃料电池堆6的发电指令值以及通过步骤S101运算出的辅机类30的消耗电力，来计算目标燃料电池电力(步骤S102)。
此外，对燃料电池堆6的发电指令值表示作为燃料电池堆6需要多少发电电力。燃料电池用控制器10基于搭乘本实施方式的车辆的驾驶员对加速踏板的踏下量即加速踏板开度、驱动马达2的驱动状态等来决定该发电指令值。
接着，燃料电池用控制器10基于由电流传感器61检测出的燃料电池堆6的输出电流值以及由电压传感器62检测出的燃料电池堆6的输出电压值来计算当前的燃料电池堆6的输出电力(步骤S103)。此外，通过使燃料电池堆6的输出电流值与输出电压值相乘来求出燃料电池堆6的该输出电力。
接着，燃料电池用控制器10基于通过步骤S102计算出的燃料电池堆6的目标燃料电池电力以及通过步骤S103计算出的实际的燃料电池堆6的输出电力来计算燃料电池堆6的电力偏差(步骤S104)。基于目标燃料电池电力与实际的输出电压之差来求出该电力偏差。
接着，燃料电池用控制器10基于通过步骤S104计算出的燃料电池堆6的电力偏差，来进行基于PI控制的电力反馈控制。燃料电池用控制器10通过该电力反馈控制来对燃料电池堆6的电流指令值(目标燃料电池电流值)进行校正(步骤S105)。
接着，燃料电池用控制器10基于燃料电池用控制器10中预先设定的燃料电池堆6的上限电流值以及通过步骤S105得到的目标燃料电池电流值来决定向燃料电池堆6的电流指令值即FC电流指令值(步骤S106)。
具体地说，燃料电池用控制器10将燃料电池堆6的上限电流值与目标燃料电池电流值进行比较，将其中较小的值决定为FC电流指令值。然后，燃料电池用控制器10当决定了FC电流指令值时，结束该FC电流指令运算处理，返回到主处理流程。
此外，燃料电池堆6的上限电流值是指燃料电池堆6能够输出的电流值的上限值，根据需要来预先通过实验等求出。
燃料电池用控制器10基于通过步骤S106决定的FC电流指令值来控制阳极气体和阴极气体的流量、压力等，使得燃料电池堆6的输出电流变为该FC电流指令值。这是由于，为了控制燃料电池堆6的输出，要控制阳极气体和阴极气体的流量等，而这些气体的流量等是基于燃料电池堆6的输出电流来控制的。
图5是与图3的步骤S2对应的副例程，是表示由燃料电池用控制器10执行的基准FC电压指令运算处理的流程图。
在该基准FC电压指令运算处理中，燃料电池用控制器10基于通过FC电流指令运算处理的步骤S106决定的FC电流指令值以及由电流传感器61检测的燃料电池堆6的输出电流值来计算电流偏差(步骤S201)。基于燃料电池堆6的FC电流指令值与实际的输出电流值之差来求出该电流偏差。
接着，燃料电池用控制器10基于通过步骤S201计算出的电流偏差，来进行基于PI控制的电流反馈控制。通过该电流反馈控制使燃料电池堆6的输出电流发生变化，与之相应地燃料电池用控制器10基于预先存储在未图示的存储器中的IV特性曲线来运算作为燃料电池堆6的目标电压值的基准FC电压指令值(步骤S202)。然后，燃料电池用控制器10结束该基准FC电压指令运算处理，返回到主处理流程。
此外，燃料电池用控制器10也可以构成为：基于通过步骤S202决定的基准FC电压指令值来控制阳极气体和阴极气体的流量、压力等，使得燃料电池堆6的输出电压值变为该基准FC电压指令值，而不是以使燃料电池堆6的输出电流变为FC电流指令值的方式进行控制。
图6是与图3的步骤S4对应的副例程，是表示由燃料电池用控制器10执行的马达下限电压运算处理的流程图。
在该马达下限电压运算处理中，燃料电池用控制器10首先通过马达转速检测部21来检测驱动马达2的马达转速(步骤S401)，并且通过马达转矩检测部22来检测驱动马达2的马达转矩(步骤S402)。
此外，驱动马达2的马达转速越高，则驱动马达2产生的感应电压越高。因此，如果向驱动马达2供给的供给电压、即驱动逆变器3的输出电压没有高到感应电压以上，则无法使驱动马达2驱动。因而，在本马达下限电压运算处理中，最初检测驱动马达2的马达转速。
另外，虽然省略了图示，但是设置有检测实际输入到驱动马达2的供给电流的电流传感器，以检测驱动马达2的马达转矩及其效率。燃料电池用控制器10也可以基于检测出的供给电流值来检测驱动马达2的马达转矩。
接着，燃料电池用控制器10参照预先存储在燃料电池用控制器10的未图示的存储器等中的马达转速-马达转矩对应图，基于在步骤S401、S402中检测出的驱动马达2的马达转速和马达转矩来决定马达下限电压(步骤S403)。
此外，虽然省略了图示，但是例如只要预先通过实验数据等来求出马达转速-马达转矩对应图、并将其对应图数据存储在燃料电池用控制器10的存储器中即可。
然后，燃料电池用控制器10当像这样决定了马达下限电压时，结束该马达下限电压运算处理，返回到主处理流程。
图7是与图3的步骤S5对应的副例程，是表示由燃料电池用控制器10执行的电压指令运算处理的流程图。
在该电压指令运算处理中，燃料电池用控制器10将通过马达下限电压运算处理决定的驱动马达2的马达下限电压与通过基准FC电压指令运算处理运算出的FC电压指令值进行比较。然后，燃料电池用控制器10判定FC电压指令值是否大于马达下限电压与规定的余量α相加所得到的值(步骤S501)。
在判定为FC电压指令值大于马达下限电压+α的情况下，燃料电池用控制器10向蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出叠加开启指令(即，交流叠加指令)(步骤S502)。
另外，燃料电池用控制器10将在基准FC电压指令运算处理的步骤S202中运算出的基准FC电压指令值作为直流环节电压指令值而输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7(步骤S503)。
接着，燃料电池用控制器10将基准FC电压指令值与规定的余量β相加所得到的值作为FC电压指令值而输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4(步骤S504)。然后，燃料电池用控制器10结束该电压指令运算处理，返回到主处理流程。
另一方面，在步骤S501中判定为FC电压指令值不大于马达下限电压+α的情况下，燃料电池用控制器10向蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出叠加关闭(OFF)指令(步骤S505)。由此，原本使DC/DC转换器8叠加交流电压信号的蓄电池用DC/DC转换器控制器7结束交流电压信号的叠加。
另外，燃料电池用控制器10将在基准FC电压指令运算处理的步骤S202中运算出的基准FC电压指令值作为直流环节电压指令值而输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7(步骤S506)。
接着，燃料电池用控制器10将基准FC电压指令值作为FC电压指令值输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4(步骤S507)。然后，燃料电池用控制器10结束该电压指令运算处理，返回到主处理流程。
在此，简单说明各余量α、β。步骤S501的判定步骤中的余量α表示针对在马达下限电压运算处理的步骤S403中运算出的马达下限电压的余量。
该余量α的目的在于，通过将由DC/DC转换器8生成的交流电压信号叠加在驱动逆变器3的输入电压上，即使在交流电压信号的波形的下限值处，也不会变为(马达下限电压)>(直流环节电压)。具体地说，考虑直流环节电压的检测误差、由DC/DC转换器8叠加的交流电压的振幅、由于DC/DC转换器8的各开关元件82、84的开关动作而产生的脉动电压成分的振幅等，通过实验等来决定该余量α。只要考虑这些检测误差、电压振幅的正成分和负成分，根据需要将它们的2倍的结果进行相加，由此决定余量α即可。
此外，将由于驱动马达2的旋转而产生的感应电压考虑在内，以满足驱动马达2的转矩要求的方式设定马达下限电压。
步骤S504中的余量β表示针对在步骤S503中由燃料电池用控制器10输出的直流环节电压指令值的余量。该余量β的目的在于，通过将由DC/DC转换器8生成的交流电压信号叠加在驱动逆变器3的输入电压上，即使在交流电压信号的波形的上限值处，也不会变为(直流环节电压)>(燃料电池堆6的输出电压)。
其原因是，在直流环节电压比燃料电池堆6的输出电压高的情况下，反向偏置作用于二极管100，根据二极管100的性能，会发生雪崩击穿等。此外，如果使得始终满足该条件，则也可以不设置二极管100。
具体地说，考虑多相转换器5的输出电压与直流环节电压之间的检测误差、由DC/DC转换器8叠加的交流电压的振幅、由于DC/DC转换器8的各开关元件82、84的开关动作而产生的脉动电压成分的振幅、因电流流过多相转换器5而引起的压降等，通过实验等来决定该余量β。
此外，根据步骤S501的判定可知，该直流环节电压指令值是比马达下限电压+α高的值。
图8是与图3的步骤S6对应的副例程，是表示由燃料电池用DC/DC转换器控制器4执行的FC用DC/DC转换器控制处理的流程图。
在该FC用DC/DC转换器控制处理中，燃料电池用DC/DC转换器控制器4通过电压传感器62、65来检测燃料电池堆6的输出电压、以及多相转换器5的输出电压即直流环节电压(步骤S601)。
然后，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于从燃料电池用控制器10输入的FC电压指令值以及检测出的燃料电池堆6的输出电压值来计算燃料电池堆6的输出电压的电压偏差(步骤S602)。基于FC电压指令值与燃料电池堆6的检测出的输出电压值之差来求出该电压偏差。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于通过步骤S602计算出的燃料电池堆6的电压偏差，对燃料电池堆6的输出电压(即，多相转换器5的输入输出的电压比)进行基于PI控制的电压反馈控制(步骤S603)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于直流环节电压和反馈控制后的FC电压指令值来决定升压开关(下级)的占空比(步骤S604)，并且基于像这样决定的升压开关(下级)的占空比以及无用时间校正来决定降压开关(上级)的占空比(步骤S605)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于通过步骤S604、S605决定的升压占空比和降压占空比，变换/生成为要输出到各开关元件51U～51W、53U～53W的PWM信号(步骤S606)。然后，燃料电池用DC/DC转换器控制器4将这些PWM信号输出到对应的开关元件51U～51W、53U～53W，结束该FC用DC/DC转换器控制处理，返回到主处理流程。
图9是与图3的步骤S7对应的副例程，是表示由蓄电池用DC/DC转换器控制器7执行的蓄电池用DC/DC转换器控制处理的流程图。
在该蓄电池用DC/DC转换器控制处理中，蓄电池用DC/DC转换器控制器7首先通过电压传感器67、69来检测DC/DC转换器8的输出电压即直流环节电压、以及蓄电池20的输出电压(步骤S701)。
然后，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于直流环节电压指令值和检测出的直流环节电压值来计算直流环节电压的电压偏差(步骤S702)。基于直流环节电压指令值与检测出的直流环节电压值之差来求出该电压偏差。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于通过步骤S702计算出的直流环节电压的电压偏差，来对直流环节电压(即，DC/DC转换器8的输入输出的电压比)进行基于PI控制的电压反馈控制(步骤S703)。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7判定针对蓄电池20用的DC/DC转换器8的交流叠加指令是否变为开启(ON)(步骤S704)。然后，当判定为交流叠加指令未变为开启时，蓄电池用DC/DC转换器控制器7不进行交流叠加的处理，转变为步骤S706。
另一方面，当判定为交流叠加指令变为开启时，蓄电池用DC/DC转换器控制器7将用于生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号的交流叠加指令值与通过步骤S703决定的反馈控制后的直流环节电压指令值相加(步骤S705)。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于蓄电池20的输出电压以及反馈控制后的直流环节电压指令值来决定升压开关(下级)的占空比(步骤S706)。具体地说，用蓄电池20的输出电压值除以反馈控制后的直流环节电压指令值，1减去该值后得到的值的倒数即为升压开关(下级)的占空比。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于这样决定的升压开关(下级)的占空比以及无用时间校正来决定降压开关(上级)的占空比(步骤S707)。具体地说，1减去通过步骤S706决定的升压开关(下级)的占空比和无用时间校正值所得到的值即为降压开关(上级)的占空比。
接着，蓄电池用DC/DC转换器控制器7基于通过步骤S706、S707决定的升压占空比和降压占空比，变换/生成为要输出到开关元件82、84的PWM信号(步骤S708)。然后，蓄电池用DC/DC转换器控制器7将该PWM信号输出到开关元件82、84，结束该蓄电池用DC/DC转换器控制处理，返回到主处理流程。
图10是与图3的步骤S8对应的副例程，是表示由燃料电池用控制器10执行的FC阻抗运算处理的流程图。
在该FC阻抗运算处理中，燃料电池用控制器10通过电流传感器61来测量燃料电池堆6的输出电流(步骤S801)，并且通过电压传感器62来测量燃料电池堆6的输出电压(步骤S802)。
接着，燃料电池用控制器10通过反陷波滤波器来提取通过步骤S801、S802测量出的输出电流值和输出电压值的1kHz附近的成分，计算1kHz下的交流电流值和交流电压值(步骤S803)。此外，如图11所示，反陷波滤波器是具有通带中心被设定为1kHz的频率-振幅特性的滤波器。图11是表示在FC阻抗运算处理中使用的反陷波滤波器的频率-振幅特性的图。
接着，燃料电池用控制器10累计100ms的通过步骤S803提取出的通过反陷波滤波器后的交流电流的绝对值，运算电流累计值(步骤S804)，并且累计100ms的通过步骤S803提取出的通过反陷波滤波器后的交流电压的绝对值，运算电压累计值(步骤S805)。
接着，燃料电池用控制器10用通过步骤S804、S805得到的电压累计值除以电流累计值，运算燃料电池堆6的内部阻抗(步骤S806)，结束该FC阻抗运算处理，返回到主处理流程。
此外，FC阻抗运算处理由燃料电池用控制器10的阻抗计算部11来执行。然后，计算出的阻抗被输出到后级的湿润状态估计部13，用于估计燃料电池堆6内的湿润状态。另外，计算出的阻抗还被输出到电压控制部14。
如以上所说明的那样，本实施方式的电力调整系统1具备：燃料电池堆6(燃料电池)，其与作为负载的驱动马达2(包括驱动逆变器3)连接；燃料电池堆6用的DC/DC转换器(多相转换器)5，其连接于燃料电池堆6与驱动逆变器3之间，以规定的要求电压比对燃料电池堆6的输出电压进行变换；高压蓄电池(二次电池)20，其与燃料电池堆6并联地连接于驱动马达2，是不同于燃料电池堆6的电力供给源；以及蓄电池20用的DC/DC转换器8，其连接于蓄电池20与驱动逆变器3之间，以规定的要求电压比对蓄电池20的输出电压进行变换。另外，在本实施方式的电力调整系统1中设置有电流旁路路径，该电流旁路路径绕过燃料电池堆6用的多相转换器5地将燃料电池堆6与驱动逆变器3连结。然后，本实施方式的电力调整系统1具备：作为交流电压施加部而发挥功能的电压控制部14，其向多相转换器5和DC/DC转换器8的输出侧施加由蓄电池20用的DC/DC转换器8生成的交流电压信号；以及作为内部状态估计部而发挥功能的阻抗计算部11和湿润状态估计部13，其基于通过电压控制部14施加了交流电压信号时的规定物理量(在本实施方式中，施加了交流电压信号时的燃料电池堆6的输出电流和输出电压的1kHz附近的各交流成分)，来估计燃料电池堆6的内部状态。本实施方式的电力调整系统1具备设置有电流旁路路径的结构，因此起到如以下那样的作用/效果。
即，在未通过多相转换器5升高燃料电池堆6的输出电压的情况下、例如在由DC/DC转换器8调整的直流环节电压低于燃料电池堆6的输出电压的情况下，燃料电池堆6的输出电流的一部分通过该电流旁路路径地流动。在这种状况下，能够通过蓄电池20用的DC/DC转换器8的开关元件82、84的开关动作来生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号。在该情况下，燃料电池堆6用的多相转换器5不升高燃料电池堆6的输出电压，因此不向驱动逆变器3施加大的交流电压就能够测定电量电池堆6的内部阻抗。由此，不会使燃料电池堆6用的多相转换器5承受过大的负荷，因此能够抑制(减少)多相转换器5的发热。
在本实施方式的电力调整系统1中，构成为：将燃料电池堆6用的DC/DC转换器5的输出侧的电压、即直流环节电压设定成比不通过DC/DC转换器8向直流环节电压施加交流电压信号的情况下应该向作为负载的驱动马达2(驱动逆变器3)施加的供给电压低规定电压β。具体地说，在本实施方式中，燃料电池用控制器10的电压控制部14将施加了交流电压信号时的直流环节电压指令值设定成比在施加交流电压信号之前设定的直流环节电压指令值低余量β。在本实施方式中，通过像这样构成电力调整系统1，能够通过简单的控制来避免在电流旁路路径流通反向的电流。例如，在为了测量燃料电池堆6的内部阻抗而通过DC/DC转换器8生成交流电压信号的情况下，燃料电池用控制器10必须掌握各DC/DC转换器5、8的状态、驱动马达2的要求电力、燃料电池堆6的运转状态等，对燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出适当的控制信号。然而，通过将直流环节电压设定成低规定电压β，不进行其它详细的控制就能够有效防止电流在电流旁路路径中发生反流。
在本实施方式的电力调整系统1中，在电流旁路路径上设置有切断从驱动逆变器3向燃料电池堆6的电流的流动的电流方向切断部。通过该电流方向切断部，在多相转换器5进行升压时，电流不会从多相转换器5的输出侧、即驱动逆变器3的输入侧向燃料电池堆6反流。因此，在这种状况下，尽量不浪费燃料电池堆6的发电效率、使驱动马达2驱动的效率(所谓的燃烧消耗率)。
另外，在本实施方式的电力调整系统1中，电流方向切断部只要由二极管构成即可。由此，不使用开关元件等有源元件、仅利用廉价的无源元件就能够实现电流切断。
(比较例)
接着，为了更可靠地理解本发明，简单地说明第一实施方式的电力调整系统的比较例。
在上述第一实施方式中，设置用于绕过多相转换器5的电流旁路路径，在该电流旁路路径上配置二极管100。在本比较例中，如图12所示，省略了该电流旁路路径和二极管100。
图12是表示本发明的比较例中的燃料电池用的电力调整系统1’的整体结构的图。关于图12所示的各部，对具有与第一实施方式同样的结构的各部标注相同的标记，省略对它们的详细说明。
如图12所示，本比较例的电力调整系统1’未设置用于绕过多相转换器5的电流旁路路径。因此，由DC/DC转换器8生成的、叠加在直流环节电压上的交流电力信号经由高阻抗的多相转换器5被施加到燃料电池堆6。因此，需要考虑因多相转换器5引起的压降量而将交流电力信号的振幅设定得大。
图13是表示本发明的比较例中的蓄电池20用的DC/DC转换器8所生成的交流电压信号的波形的图。在图13的下层侧(b)示出本比较例的电力调整系统1’的DC/DC转换器8所生成的交流电压信号(直流环节电压侧的交流电压信号)，在图13的上层侧(a)示出所生成的交流电压信号通过多相转换器5后的交流电压信号(通过后)、即施加于燃料电池堆6的交流电压信号(FC电压侧的交流电压信号)。
在上述的第一实施方式中，设置有电流旁路路径的二极管100。针对交流电压的二极管100的阻抗与多相转换器5的阻抗相比足够小。因此，在设置用于绕开多相转换器5的电流旁路路径的情况下，交流电压信号通过该电流旁路路径后被施加到燃料电池堆6。因而，能够将直流环节电压侧的交流电压信号设定为与期望的FC电压的交流电压信号相同程度的振幅。
另一方面，在比较例的电力调整系统1’中，未设置用于绕开多相转换器5的电流旁路路径，因此需要如图13所示那样将直流环节电压侧的交流电压信号的振幅设定为FC电压侧的交流电压信号的约5倍～10倍左右。该倍率是根据多相转换器5的性能等来决定的。
因此，与上述的第一实施方式的电力调整系统1相比，在比较例的电力调整系统1’中，会对多相转换器5施加比较大的交流电压，从而成为多相转换器5发热的原因。
这样，在上述的第一实施方式的电力调整系统1中，在由DC/DC转换器8生成交流电压信号的情况下，不需要增大交流电压信号的振幅，因此能够有效防止多相转换器5的发热。
(第二实施方式)
下面，主要说明本发明的第二实施方式的与第一实施方式之间的不同点。此外，电力调整系统1的整体结构相同，因此使用图1来进行说明，使用图14来说明燃料电池用控制器10的功能性结构。
在上述第一实施方式中，设置用于绕开多相转换器5的电流旁路路径，在该电流旁路路径上配置二极管100，并且，由蓄电池20用的DC/DC转换器8生成用于计算燃料电池堆6的内部阻抗的交流电压信号(交流叠加信号)。在本实施方式中，基于作为负载的驱动马达2的要求转矩、燃料电池堆6的运转状态等在燃料电池堆6用的DC/DC转换器(多相转换器)5与蓄电池20用的DC/DC转换器8之间进行切换，来生成用于计算燃料电池堆6的内部阻抗的交流电压信号(交流叠加信号)。
图14是表示本发明的第二实施方式中的燃料电池用控制器10’的功能性结构的框图。关于图14所示的各部，对具有与第一实施方式同样的结构的各部标注相同的标记，省略对它们的详细说明。
本实施方式的燃料电池用控制器10’与上述的第一实施方式的燃料电池用控制器10不同，还具备转换器切换部15，通过该转换器切换部15来使用于生成交流电压信号的转换器在多相转换器5与DC/DC转换器8之间切换。下面，详细说明它们的不同点。
由阻抗计算部11计算出的燃料电池堆6的内部阻抗被输入到转换器切换部15，并且驱动马达2的驱动信息以及FC电压指令值及直流环节电压指令值经由电压控制部14被输入到转换器切换部15。
转换器切换部15基于这些输入信息来在燃料电池堆6用的多相转换器5与蓄电池20用的DC/DC转换器8之间切换。具体地说，在与上述的第一实施方式同样的状况下、即多相转换器5未升高燃料电池堆6的输出电压的情况下，转换器切换部15切换为DC/DC转换器8。
另一方面，在多相转换器5升高了燃料电池堆6的输出电压的情况下，转换器切换部15切换为多相转换器5。然后，在本实施方式中，在通过转换器切换部15切换为多相转换器5的情况下，使用多相转换器5的开关元件51U～51W、53U～53W来生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号。
接着，说明本实施方式中的电力调整系统1’的动作。此外，图3所示的第一实施方式中的电力调整系统1的整体控制流程在本实施方式中也相同，因此省略其图示和说明。下面，详细说明表示图3的副例程的各流程图中的与第一实施方式不同的流程图。
图15是表示由第二实施方式中的燃料电池用控制器10’执行的电压指令运算处理的流程图。在本实施方式中，基于燃料电池堆6的运转状况等，通过转换器切换部15来切换DC/DC转换器5、8，通过切换后的转换器5、8来生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号。
在该电压指令运算处理中，燃料电池用控制器10’首先将通过第一实施方式的图6所示的马达下限电压运算处理而决定的驱动马达2的马达下限电压与通过第一实施方式的图5所示的基准FC电压指令运算处理而运算出的FC电压指令值进行比较。然后，燃料电池用控制器10’判定FC电压指令值是否大于马达下限电压与规定的余量α相加所得到的值(步骤S501)。
在判定为FC电压指令值大于马达下限电压+α的情况下，燃料电池用控制器10’向燃料电池用DC/DC转换器控制器4输出叠加关闭指令(步骤S901)，并且向蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出叠加开启指令(即，交流叠加指令)(步骤S502)。由此，原本使多相转换器5叠加交流电压信号的燃料电池用DC/DC转换器控制器4结束交流电压信号的叠加。
接着，燃料电池用控制器10’将在基准FC电压指令运算处理的步骤S202中运算出的基准FC电压指令值作为直流环节电压指令值而输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7(步骤S503)。
接着，燃料电池用控制器10’将基准FC电压指令值与规定的余量β相加所得到的值作为FC电压指令值而输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4(步骤S504)。然后，燃料电池用控制器10’结束该电压指令运算处理，返回到主处理流程。
另一方面，在步骤S501中判定为FC电压指令值不大于马达下限电压+α的情况下，燃料电池用控制器10’向燃料电池用DC/DC转换器控制器4输出叠加开启指令(即，交流叠加指令)(步骤S902)，并且向蓄电池用DC/DC转换器控制器7输出叠加关闭指令(步骤S505)。由此，原本使DC/DC转换器8叠加交流电压信号的蓄电池用DC/DC转换器控制器7结束交流电压信号的叠加。
另外，燃料电池用控制器10’将在基准FC电压指令运算处理的步骤S202中运算出的基准FC电压指令值与规定的余量γ相加所得到的值作为直流环节电压指令值而输出到蓄电池用DC/DC转换器控制器7(步骤S903)。
接着，燃料电池用控制器10’将基准FC电压指令值作为FC电压指令值输出到燃料电池用DC/DC转换器控制器4(步骤S507)。然后，燃料电池用控制器10’结束该电压指令运算处理，返回到主处理流程。
在此，简单说明余量γ。步骤S903中的余量γ表示针对在步骤S507中由燃料电池用控制器10’输出的FC电压指令值的余量。该余量γ的目的在于，通过将由多相转换器5生成的交流电压信号叠加在驱动逆变器3的输入电压上，即使在交流电压信号的波形的下限值处，也不会变为(直流环节电压)<(燃料电池堆6的输出电压)。
其原因如下：在直流环节电压比燃料电池堆6的输出电压低的情况下，变得无法通过多相转换器5来进一步升高燃料电池堆6的输出电压，成为交流电压信号的叠加不足的状态。
具体地说，考虑燃料电池堆6的输出电压与直流环节电压之间的检测误差、由多相转换器5叠加的交流电压的振幅、由于多相转换器5的各开关元件51U～51W、53U～53W的开关动作而产生的脉动电压成分的振幅等，通过实验等来决定该余量γ。
此外，其它余量α、β与上述的第一实施方式中的各余量α、β相同，因此省略此处的说明。
图16是与图3的步骤S6对应的副例程，是表示由本实施方式中的燃料电池用DC/DC转换器控制器4执行的FC用DC/DC转换器控制处理的流程图。
在该FC用DC/DC转换器控制处理中，燃料电池用DC/DC转换器控制器4通过电压传感器62、65来检测燃料电池堆6的输出电压、以及多相转换器5的输出电压即直流环节电压(步骤S601)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于从燃料电池用控制器10’输入的FC电压指令值以及检测出的燃料电池堆6的输出电压值来计算燃料电池堆6的输出电压的电压偏差(步骤S602)。基于FC电压指令值与燃料电池堆6的检测出的输出电压值之差来求出该电压偏差。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于通过步骤S602计算出的燃料电池堆6的电压偏差，来对燃料电池堆6的输出电压(即，多相转换器5的输入输出的电压比)进行基于PI控制的电压反馈控制(步骤S603)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4判定针对多相转换器5的交流叠加指令是否变为开启(步骤S1001)。然后，当判定为交流叠加指令未变为开启时，燃料电池用DC/DC转换器控制器4不进行交流叠加的处理，转变为步骤S604。
另一方面，当判定为交流叠加指令变为开启时，燃料电池用DC/DC转换器控制器4将用于生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号的交流叠加指令值与通过步骤S603决定的反馈控制后的燃料电池堆6的输出电压指令值相加(步骤S1002)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于直流环节电压以及反馈控制后的FC电压指令值来决定升压开关(下级)的占空比(步骤S604)，并且基于这样决定的升压开关(下级)的占空比以及无用时间校正来决定降压开关(上级)的占空比(步骤S605)。
接着，燃料电池用DC/DC转换器控制器4基于通过步骤S604、S605决定的升压占空比和降压占空比来变换/生成为要输出到各开关元件51U～51W、53U～53W的PWM信号(步骤S606)。然后，燃料电池用DC/DC转换器控制器4将这些PWM信号输出到对应的开关元件51U～51W、53U～53W，结束该FC用DC/DC转换器控制处理，返回到主处理流程。
如以上所说明的那样，本实施方式的电力调整系统1’与上述的第一实施方式同样地，具备：燃料电池堆6(燃料电池)，其与作为负载的驱动马达2(包括驱动逆变器3)连接；燃料电池用的DC/DC转换器(多相转换器)5，其连接于燃料电池堆6与驱动逆变器3之间，以规定的要求电压比对燃料电池堆6的输出电压进行变换；高压蓄电池(二次电池)20，其与燃料电池堆6并联地连接于驱动马达2，是不同于燃料电池堆6的电力供给源；以及蓄电池20用的DC/DC转换器8，其连接于蓄电池20与驱动逆变器之间，以规定的要求电压比对蓄电池20的输出电压进行变换。另外，在本实施方式的电力调整系统1’中设置有电流旁路路径，该电流旁路路径绕过燃料电池堆6用的多相转换器5地将燃料电池堆6与驱动逆变器3连结。而且，本实施方式的电力调整系统1’具备：作为交流电压施加部而发挥功能的电压控制部14，其向多相转换器5和DC/DC转换器8的输出侧施加由蓄电池20用的DC/DC转换器8生成的交流电压信号；以及作为内部状态估计部而发挥功能的阻抗计算部11和湿润状态估计部13，其基于通过电压控制部14施加了交流电压信号时的规定物理量(在本实施方式中，施加了交流电压信号时的燃料电池堆6的输出电流和输出电压的1kHz附近的各交流成分)，来估计燃料电池堆6的内部状态。另外，本实施方式的电力调整系统1’还具备根据燃料电池堆6的运转状态和驱动马达2的要求电力来在燃料电池堆6用的多相转换器5与蓄电池20用的DC/DC转换器8之间切换的转换器切换部15，作为交流电压施加部的电压控制部14构成为：对转换器切换部15所切换到的多相转换器5或DC/DC转换器8进行驱动控制，由此向多相转换器5的输出侧施加交流电压信号。即，在本实施方式中，通过使由多相转换器5升高后的多相转换器5的输出电压叠加由多相转换器5生成的交流电压信号，来使燃料电池用控制器10’内的阻抗计算部11计算燃料电池堆6的内部阻抗。
本实施方式的电力调整系统1’这样构成，因此除了上述的第一实施方式的电力调整系统1所得到的效果以外，还能够根据需要在多相转换器5与DC/DC转换器8之间切换，来生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号。由此，与仅使用某一方的DC/DC转换器5、8的情况相比，能够减少各DC/DC转换器5、8的发热。
在本实施方式的电力调整系统1’中，构成为：在通过转换器切换部15切换为蓄电池20用的DC/DC转换器8时，将燃料电池堆6用的多相转换器5的输出侧的电压、即直流环节电压设定成比在施加交流电压信号之前应该向作为负载的驱动马达2(驱动逆变器3)施加的供给电压低规定电压β。由此，与第一实施方式的情况同样地，能够通过简单的控制来避免在电流旁路路径流通反向的电流。
在本实施方式的电力调整系统1’中，在燃料电池堆6用的多相转换器5升高了燃料电池堆6的输出电压的情况下，转换器切换部15构成为切换为燃料电池堆6用的多相转换器5。在多相转换器5进行升压动作的情况下，能够相应地生成交流电压信号，因此通过与燃料电池堆6的输出端子接近的多相转换器5来进行交流电压信号的叠加是有利的。另外，在多相转换器5的升压动作时，通过多相转换器5来进行交流叠加，由此能够使施加到驱动逆变器3的交流电压相对于施加到燃料电池堆6的交流电压而言小。由此，能够有效地抑制向驱动马达2和驱动逆变器3供给的供给电压的变动。
在本实施方式的电力调整系统1’中，构成为：在通过转换器切换部15切换为燃料电池堆6用的多相转换器5时，将燃料电池堆6用的多相转换器5的输出侧的电压、即直流环节电压设定成比在施加交流电压信号之前应该向作为负载的驱动马达2(驱动逆变器3)施加的供给电压高规定电压γ。由此，能够通过简单的控制来在进行燃料电池堆6的升压的类型的电力调整系统中实现本发明的结构。
例如，在燃料电池堆6的输出电压升高时为了测量燃料电池堆6的内部阻抗而通过多相转换器5生成交流电压信号的情况下，燃料电池用控制器10’必须掌握各DC/DC转换器5、8的状态、驱动马达2的要求电力、燃料电池堆6的运转状态等，对燃料电池用DC/DC转换器控制器4和蓄电池用DC/DC转换器控制器输出适当的控制信号。然而，通过将直流环节电压设定成高规定电压γ，不进行其它详细的控制就能够使多相转换器5生成燃料电池堆6的内部阻抗测定用的交流电压信号并充分叠加在直流环节电压上。
以上说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的保护范围限定为上述实施方式的具体结构。
在上述的第一实施方式及第二实施方式中，说明了将多相转换器5用作用于使燃料电池堆6的输出电压升高的DC/DC转换器的情况，但是本发明并不限于此。只要能够通过开关元件来生成交流电压信号即可，也可以将如DC/DC转换器8那样的单相的转换器用作燃料电池堆6用的转换器。
另外，与其相反，只要能够通过开关元件来生成交流电压信号即可，用于使蓄电池20的输出电压升高的DC/DC转换器8也可以由多相转换器构成。
另外，在上述的第一实施方式及第二实施方式中，构成为燃料电池用控制器10、10’具备阻抗计算请求部12。然而，本发明并不限于这种结构，也可以省略阻抗计算请求部12。在该情况下，阻抗计算部11可以不依赖于燃料电池堆6的运转状态地始终计算燃料电池堆6的内部阻抗，也可以每隔适当的时间间隔计算燃料电池堆6的内部阻抗。

Claims (9)

1.一种电力调整系统，具备：
燃料电池，其与负载连接；
燃料电池用转换器，其连接于所述燃料电池与所述负载之间，以规定的要求电压比对该燃料电池的输出电压进行变换；
蓄电池，其与所述燃料电池并联地连接对于所述负载，是不同于所述燃料电池的电力供给源；
蓄电池用转换器，其连接于所述蓄电池与所述负载之间，以规定的要求电压比对该蓄电池的输出电压进行变换；
电流旁路路径，其绕过所述燃料电池用转换器地将所述燃料电池与所述负载连结；
交流电压施加部，其向所述燃料电池用转换器的输出侧施加交流电压信号；以及
内部状态估计部，其基于由所述交流电压施加部施加了交流电压信号时的规定物理量，来估计所述燃料电池的内部状态。
2.根据权利要求1所述的电力调整系统，其特征在于，
还具备转换器切换部，该转换器切换部根据所述燃料电池的运转状态和所述负载的要求电力，来在所述燃料电池用转换器与所述蓄电池用转换器之间进行切换，
所述交流电压施加部对所述转换器切换部所切换到的所述燃料电池用转换器或所述蓄电池用转换器进行驱动控制，由此向所述燃料电池用转换器的输出侧施加交流电压信号。
3.根据权利要求2所述的电力调整系统，其特征在于，
在通过所述转换器切换部切换为所述蓄电池用转换器时，将所述燃料电池用转换器的输出侧的电压设定成比在施加所述交流电压信号之前应该向所述负载施加的供给电压低规定电压。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电力调整系统，其特征在于，
在所述电流旁路路径上还具备电流方向切断部，该电流方向切断部切断从所述负载向所述燃料电池的电流的流动。
5.根据权利要求4所述的电力调整系统，其特征在于，
所述电流方向切断部由二极管构成。
6.根据权利要求4或5所述的电力调整系统，其特征在于，
在所述燃料电池用转换器升高所述燃料电池的输出电压的情况下，所述转换器切换部切换为所述燃料电池用转换器。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的电力调整系统，其特征在于，
在通过所述转换器切换部切换为所述燃料电池用转换器的情况下，将所述燃料电池用转换器的输出侧的电压设定成比在不施加所述交流电压信号的情况下应该向所述负载施加的供给电压高规定电压。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电力调整系统，其特征在于，
所述规定物理量是施加了所述交流电压信号时的该交流信号的规定频率附近的所述燃料电池的输出电流的交流成分和输出电压的交流成分。
9.一种电力调整系统的控制方法，该电力调整系统具备：
燃料电池，其与负载连接；
燃料电池用转换器，其连接于所述燃料电池与所述负载之间，以规定的要求电压比对该燃料电池的输出电压进行变换；
蓄电池，其与所述燃料电池并联地连接对于所述负载，是不同于所述燃料电池的电力供给源；
蓄电池用转换器，其连接于所述蓄电池与所述负载之间；以及
电流旁路路径，其绕过所述燃料电池用转换器地将所述燃料电池与所述负载连结，所述电力调整系统的控制方法包括以下步骤：
向所述燃料电池用转换器的输出侧施加交流电压信号；以及
基于通过所述交流电压施加部施加了交流电压信号时的规定物理量，来估计所述燃料电池的内部状态。
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