JP2009159798A - Dc/dc converter, dc/dc converter apparatus, vehicle, fuel cell system, and method of driving dc/dc converters - Google Patents

Dc/dc converter, dc/dc converter apparatus, vehicle, fuel cell system, and method of driving dc/dc converters Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an output voltage deviated from a voltage based on duty from being output from a DC/DC converter. <P>SOLUTION: Even when target voltages have an identical value, centering on a basic duty based on a target on time, duties before and after driving of upper-arm switching elements or lower-arm switching elements with this basic duty are respectively set to (basic duty+α) and (basic duty-α). Driving signals of the basic duty and the prior and posterior duties are supplied to the upper-arm switching elements or the lower-arm switching elements to drive (turn on) the upper-arm switching elements or the lower-arm switching elements. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、直流電圧を昇圧及び/又は降圧するDC/DCコンバータ及びDC/DCコンバータ装置並びにDC/DCコンバータの駆動方法と、このDC/DCコンバータ装置が搭載された車両又は燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a DC / DC converter and a DC / DC converter device that step up and / or step down a DC voltage, a driving method of the DC / DC converter, and a vehicle or a fuel cell system in which the DC / DC converter device is mounted.

従来から、MOSFETあるいはIGBT等のスイッチング素子を用いたスイッチング電源であるDC/DCコンバータ装置が広汎に利用されている。   Conventionally, DC / DC converter devices, which are switching power supplies using switching elements such as MOSFETs or IGBTs, have been widely used.

例えば、走行駆動源としてモータを用いる車両の一形態として、蓄電装置とインバータ駆動モータとの間に直流電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ装置が介装された車両(ここでは、電気自動車という。)が提案されている。この電気自動車では、モータの駆動時に、DC/DCコンバータ装置により蓄電装置の電圧を昇圧してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をDC/DCコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。   For example, as one form of a vehicle using a motor as a travel drive source, a vehicle (herein referred to as an electric vehicle) in which a DC / DC converter device for stepping up / down a DC voltage is interposed between a power storage device and an inverter drive motor. Has been proposed. In this electric vehicle, when the motor is driven, the voltage of the power storage device is boosted by the DC / DC converter device and applied to the inverter, and during regeneration of the motor, the regenerative voltage generated in the inverter is stepped down by the DC / DC converter device. The battery is charged by being applied to the power storage device side.

また、走行駆動源としてモータを用いる車両の他の形態として、燃料電池とインバータ駆動モータとを直接接続し、この接続点と蓄電装置との間に直流電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ装置が介装され、燃料電池を主電源装置とし、蓄電装置を前記主電源装置をアシストする従電源装置とした車両(ここでは、燃料電池車両という。)も提案されている。   Further, as another form of vehicle using a motor as a travel drive source, a DC / DC converter device that directly connects a fuel cell and an inverter drive motor and steps up / down a DC voltage between the connection point and the power storage device is provided. There has also been proposed a vehicle (herein referred to as a fuel cell vehicle) in which a fuel cell is used as a main power supply device and a power storage device is a sub power supply device that assists the main power supply device.

この燃料電池車両では、モータの駆動時に、燃料電池の電圧とDC/DCコンバータ装置により昇圧した蓄電装置の電圧とを併合してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をDC/DCコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。また、燃料電池の発生電力に余剰分があるときには、降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。   In this fuel cell vehicle, when the motor is driven, the voltage of the fuel cell and the voltage of the power storage device boosted by the DC / DC converter device are combined and applied to the inverter, and when the motor is regenerated, the regenerative voltage generated in the inverter is applied. The voltage is stepped down by the DC / DC converter device, applied to the power storage device side, and charged. In addition, when there is a surplus in the generated power of the fuel cell, it is stepped down and applied to the power storage device side for charging or the like.

一方、特許文献1には、交流電源と、該交流電源に接続されるダイオードブリッジと、ダイオードブリッジに接続されるインバータと、該インバータにより駆動される電動機と、前記インバータに接続される昇降圧回路と、該昇降圧回路に接続される二次電池とを有する充放電制御装置が開示されている。この充放電制御装置では、前記交流電源から前記ダイオードブリッジを介して前記インバータに流入する電流を遮断した際に、前記電動機の力行動作時には前記二次電池から前記昇降圧回路及び前記インバータを介して前記電動機にその駆動に必要な全ての電力が供給され、一方で、前記電動機の回生動作時には回生電力の全てが前記二次電池に充電される。この場合、前記昇降圧回路内では、昇圧用スイッチング素子及び降圧用スイッチング素子を、前記電動機の力行動作及び回生動作に関わらず、デッドタイムを挟んで交互にオン/オフ動作させることにより、リアクトルに流れる電流を常に連続動作させて、該電流の不連続状態の検出や、力行/回生の判定を不要としている。   On the other hand, Patent Document 1 discloses an AC power supply, a diode bridge connected to the AC power supply, an inverter connected to the diode bridge, an electric motor driven by the inverter, and a step-up / down circuit connected to the inverter. And a secondary battery connected to the step-up / down circuit. In this charge / discharge control device, when the current flowing from the AC power supply to the inverter via the diode bridge is cut off, the secondary battery is connected to the step-up / down circuit and the inverter during the power running operation of the motor. All the electric power necessary for driving the electric motor is supplied to the electric motor. On the other hand, all the regenerative electric power is charged in the secondary battery during the regenerative operation of the electric motor. In this case, in the step-up / step-down circuit, the step-up switching element and the step-down switching element are alternately turned on / off across the dead time regardless of the power running operation and the regenerative operation of the electric motor. The flowing current is always continuously operated, so that it is not necessary to detect the discontinuous state of the current and to determine the power running / regeneration.

国際公開第WO02/093730号パンフレットInternational Publication No. WO02 / 093730 Pamphlet

ところで、前述の昇降圧回路を含めたDC/DCコンバータでは、所定のデューティの駆動信号をスイッチング素子に供給することにより該スイッチング素子を駆動させて昇圧動作及び/又は降圧動作を行う。この場合、前記デューティは、前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標電圧(前記出力電圧の目標値)となるようにPWM制御される。   By the way, in the DC / DC converter including the above-described step-up / step-down circuit, a driving signal having a predetermined duty is supplied to the switching element to drive the switching element to perform a step-up operation and / or a step-down operation. In this case, the duty is PWM controlled so that the output voltage of the DC / DC converter becomes a target voltage (target value of the output voltage).

しかしながら、前記目標電圧に応じたデューティ(以下、目標デューティともいう。)を変化させて出力電圧を調整する際に、前記デューティの変化に対して前記出力電圧がリニアに変化せず、この結果、前記デューティに対応した電圧からずれた出力電圧がDC/DCコンバータから出力される場合がある。このような出力電圧の電圧変動を抑制するための対策について、特許文献1には何ら提案されていない。   However, when adjusting the output voltage by changing the duty according to the target voltage (hereinafter also referred to as the target duty), the output voltage does not change linearly with respect to the change in the duty. An output voltage deviating from the voltage corresponding to the duty may be output from the DC / DC converter. No countermeasure is proposed in Patent Document 1 for suppressing such voltage fluctuation of the output voltage.

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、デューティに対応した電圧からずれた出力電圧が出力されることを防止するDC/DCコンバータ、DC/DCコンバータ装置、このDC/DCコンバータ装置が適用された車両及び燃料電池システム並びにDC/DCコンバータの駆動方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and a DC / DC converter, a DC / DC converter device, and a DC / DC converter that prevent an output voltage deviating from a voltage corresponding to a duty is output. It is an object of the present invention to provide a vehicle and a fuel cell system to which a DC converter device is applied, and a driving method of the DC / DC converter.

この発明に係るDC/DCコンバータは、
少なくとも1つのスイッチング素子を有し、
所定の目標デューティと、該目標デューティを中心にばらつかせた、前記目標デューティの前後のデューティとに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動することを特徴としている(請求項1)。
The DC / DC converter according to the present invention is
Having at least one switching element;
The switching element is driven at each on-time corresponding to a predetermined target duty and a duty before and after the target duty, which is varied around the target duty (claim 1).

また、この発明に係るDC/DCコンバータの駆動方法は、
所定の目標デューティと、該目標デューティを中心にばらつかせた、前記目標デューティの前後のデューティとに対応する各オン時間で少なくとも1つのスイッチング素子を駆動することを特徴としている(請求項16)。
Further, the driving method of the DC / DC converter according to the present invention is as follows:
At least one switching element is driven in each on-time corresponding to a predetermined target duty and a duty before and after the target duty, which is varied around the target duty (claim 16). .

従来は、目標オン時間(目標電圧に応じたスイッチング素子のオン時間)に応じた目標デューティの駆動信号により、前記目標オン時間通りにスイッチング素子をオンするようにしているので、デューティに対応した電圧からずれた出力電圧がDC/DCコンバータから出力される場合には、このような電圧変動を抑制することができなかった。   Conventionally, the switching element is turned on according to the target on-time by the drive signal having the target duty corresponding to the target on-time (the on-time of the switching element corresponding to the target voltage). When the output voltage deviated from the output voltage is output from the DC / DC converter, such voltage fluctuation cannot be suppressed.

これに対して、この発明では、目標オン時間に応じた目標デューティのみによりスイッチング素子を駆動するという従来技術を見直して、目標電圧が同一の電圧値であっても、目標オン時間に応じた目標デューティを中心とし、この目標デューティによるスイッチング素子の駆動の前後におけるデューティを、前記目標デューティから意図的にずらした(オン時間を意図的にばらつかせた)デューティに設定し、前記目標デューティ及び前記ばらつかせたデューティにより前記スイッチング素子を駆動するようにしている。   On the other hand, in the present invention, the conventional technique of driving the switching element only with the target duty corresponding to the target on-time is reviewed, and even if the target voltage is the same voltage value, the target corresponding to the target on-time is The duty before and after driving the switching element with the target duty is set to a duty that is intentionally shifted from the target duty (on time is intentionally varied), and the target duty and the duty The switching element is driven with a varied duty.

これにより、出力電圧の電圧変動が抑制されて、デューティに対応した電圧からずれた出力電圧がDC/DCコンバータから出力されることを確実に防止することが可能となる。   Thereby, voltage fluctuation of the output voltage is suppressed, and it is possible to reliably prevent the output voltage deviating from the voltage corresponding to the duty from being output from the DC / DC converter.

ここで、前記前のデューティと前記後のデューティとは、互いに異なるデューティであり、前記前のデューティ、前記目標デューティ及び前記後のデューティの順に繰り返し前記スイッチング素子を駆動する(請求項2)。これにより、目標デューティに応じた目標オン時間Aに対して前記前後のデューティに応じたオン時間は、前記目標オン時間Aに対して所定値だけずれたオン時間B、Cとなり、この結果、前記スイッチング素子は、例えば、…、A、B、C、A、B、C、…の順に駆動するので、前記出力電圧の電圧変動を効率よく抑制することができる。   Here, the front duty and the rear duty are different from each other, and the switching element is driven repeatedly in the order of the front duty, the target duty, and the rear duty. Thereby, the on-time corresponding to the preceding and following duty with respect to the target on-time A corresponding to the target duty becomes the on-time B and C shifted by a predetermined value with respect to the target on-time A, and as a result, Since the switching element is driven in the order of, for example, A, B, C, A, B, C,..., Voltage fluctuation of the output voltage can be efficiently suppressed.

また、前記前のデューティと前記後のデューティとは、互いに異なるデューティであり、前記前のデューティの前後と、前記後のデューティの前後とをそれぞれ前記目標デューティとして、前記各デューティに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動してもよい(請求項3)。これにより、目標オン時間Aに対して、前後のデューティのうち一方のデューティのオン時間をB、他方のデューティのオン時間をCとすると、前記スイッチング素子は、例えば、…、A、B、A、C、A、B、…の順に駆動するので、この場合でも、前記電圧変動を効率よく抑制することができる。   Further, the preceding duty and the following duty are different from each other, and the respective on-states corresponding to the respective duties are set with the target duty set before and after the preceding duty and before and after the following duty, respectively. The switching element may be driven with time (claim 3). Thus, with respect to the target on-time A, if the on-time of one of the preceding and following duties is B and the on-time of the other duty is C, the switching element can be, for example,..., A, B, A , C, A, B,... In this order, the voltage fluctuation can be efficiently suppressed even in this case.

そして、上記発明は、前記DC/DCコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備えるDC/DCコンバータに適用することが可能であり、この場合に、前記制御部は、前記目標デューティを設定し、前記前後のデューティを該目標デューティを中心にばらつかせたデューティに設定し、前記目標デューティ及び前記ばらつかせたデューティに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動する(請求項4)。前記制御部にて、前記目標デューティ及び前記前後のデューティを設定し、これらのデューティを用いて前記スイッチング素子を駆動することにより、前記DC/DCコンバータ装置においても、上述した各効果が容易に得られる。   The invention can be applied to a DC / DC converter including the DC / DC converter and a control unit that drives the switching element. In this case, the control unit sets the target duty. The duty before and after is set to a duty varied around the target duty, and the switching element is driven at each on-time corresponding to the target duty and the varied duty. ). By setting the target duty and the front and rear duty in the control unit, and driving the switching element using these duties, the above-described effects can be easily obtained also in the DC / DC converter device. It is done.

また、上記発明は、第1電力装置としての蓄電装置と、回生電圧を発生するインバータ駆動のモータを駆動する第2電力装置としての燃料電池との間に前記DC/DCコンバータを配置し、前記DC/DCコンバータは、前記蓄電装置の電圧を昇圧して前記インバータに印加し、前記モータの回生時には、前記インバータに発生する回生電圧を降圧して前記蓄電装置に印加することも可能であり(請求項12)、このようなDC/DCコンバータ装置と、前記蓄電装置と、前記インバータ駆動の走行用モータと、前記燃料電池とを有する車両(燃料電池車両)に適用することができる(請求項13)。   In the above invention, the DC / DC converter is disposed between a power storage device as a first power device and a fuel cell as a second power device that drives an inverter-driven motor that generates a regenerative voltage. The DC / DC converter can step up the voltage of the power storage device and apply the boosted voltage to the inverter, and reduce the regenerative voltage generated in the inverter and apply it to the power storage device during regeneration of the motor. The present invention can be applied to a vehicle (fuel cell vehicle) having such a DC / DC converter device, the power storage device, the inverter-driven travel motor, and the fuel cell. 13).

また、上記発明は、前記DC/DCコンバータ装置に、回生電圧を発生するインバータ駆動の走行用モータと、蓄電装置とがそれぞれ接続された車両(電気自動車、内燃機関と蓄積装置とを有するハイブリッド車両)に適用することができる(請求項14)。   In the above invention, the DC / DC converter device is a vehicle (an electric vehicle, a hybrid vehicle having an internal combustion engine and a storage device) connected to an inverter-driven travel motor that generates a regenerative voltage and a power storage device. (Claim 14).

さらに、上記発明は、前記DC/DCコンバータ装置に、負荷に接続される燃料電池と、蓄電装置とがそれぞれ接続される燃料電池システムに適用することができる(請求項15)。   Furthermore, the invention can be applied to a fuel cell system in which a fuel cell connected to a load and a power storage device are connected to the DC / DC converter device, respectively (claim 15).

上記の車両及び燃料電池システムによれば、前記DC/DCコンバータ装置によって出力電圧の電圧変動が抑制されるので、出力電圧側(高電圧側)に接続された燃料電池等への前記電圧変動の影響を確実に回避することができる。   According to the vehicle and the fuel cell system, since the voltage fluctuation of the output voltage is suppressed by the DC / DC converter device, the voltage fluctuation to the fuel cell or the like connected to the output voltage side (high voltage side) is reduced. The influence can be avoided reliably.

ここで、前記DC/DCコンバータは、第1電力装置と第2電力装置との間に、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子からなる複数の相アームが並列的に接続された多相アームを有し、前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンすると共に、前記相アームをオンする際に、該相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の一方をオンするか交互にオンする(請求項5)。   The DC / DC converter includes a multi-phase arm in which a plurality of phase arms including an upper arm switching element and a lower arm switching element are connected in parallel between the first power device and the second power device. The control unit alternately turns on the plurality of phase arms and turns on the phase arm, and turns on one of the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm. It is turned on or alternately turned on (Claim 5).

これにより、異なる相アームが同時にオンすることがなく、さらに、前記各相アームを構成する前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が同時にオンすることがないので、常時、多くても1つのスイッチング素子のみをオン状態とすることが可能となり、前記多相アームにて構成された前記DC/DCコンバータにおいても、昇圧動作あるいは降圧動作を確実に行うことが可能となる。   Accordingly, different phase arms are not turned on at the same time, and further, the upper arm switching element and the lower arm switching element constituting each phase arm are not turned on at the same time. Only the switching element can be turned on, and the step-up operation or the step-down operation can be reliably performed even in the DC / DC converter configured by the multiphase arm.

また、上記した、…、A、B、A、C、A、B、…の順に前記各相アームをオンすることで、前記各相アームにおけるオン時間が均等にばらつくことになる。この結果、前記各相アームの前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子間でのオン時間のばらつきに起因した前記各相アーム間での温度分布の偏りが低減される。   In addition, by turning on each of the phase arms in the order of A, B, A, C, A, B,..., The ON time in each of the phase arms varies evenly. As a result, uneven temperature distribution among the phase arms due to variations in the on-time between the upper arm switching element and the lower arm switching element of each phase arm is reduced.

さらに、前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンする際に、ある相アームの前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子とを順序を問わずに交互にオンさせた後に、次の相アームの前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子とを順序を問わずに交互にオンすることができる(請求項6)。   Further, when the control unit alternately turns on the plurality of phase arms and turns on the upper arm switching element and the lower arm switching element of a certain phase arm in any order, The upper arm switching element and the lower arm switching element of the next phase arm can be alternately turned on in any order (Claim 6).

勿論、前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンする際に、前記ある相アームの前記上アームスイッチング素子をオンさせた後に、前記ある相アームの前記下アームスイッチング素子をオンさせ、その後、前記次の相アームの前記上アームスイッチング素子をオンさせた後に、前記次の相アームの前記下アームスイッチング素子をオンすることもできる(請求項7)。   Of course, the control unit turns on the lower arm switching element of the certain phase arm after turning on the upper arm switching element of the certain phase arm when the plurality of phase arms are turned on alternately. Thereafter, after the upper arm switching element of the next phase arm is turned on, the lower arm switching element of the next phase arm can be turned on.

この結果、前記各相アームの前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子間でオン時間のばらつきがあっても、該ばらつきを考慮してデューティを設定し、上記した順に前記設定したデューティに基づいて各アームスイッチング素子をオンすることで、DC/DCコンバータでの電圧変換を安定に行うことができる。   As a result, even if there is a variation in on-time between the upper arm switching element and the lower arm switching element of each phase arm, the duty is set in consideration of the variation, and based on the set duty in the order described above. By turning on each arm switching element, voltage conversion in the DC / DC converter can be performed stably.

なお、複数の前記相アームを交替してオンする際に、1スイッチング周期毎に交替してオンするようにすることで、制御が容易になる(請求項8)。n(nは、2以上の整数)スイッチング周期毎に交替してオンするようにしてもよい。   In addition, when the plurality of phase arms are switched and turned on, the control is facilitated by switching them on every switching period. n (n is an integer of 2 or more) may be switched on every switching cycle.

さらに、前記制御部は、前記相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子を交互にオンするとき、デッドタイムを挟んで交互にオンさせ、且つ前記多相アームを構成する前記相アームを、デッドタイムを挟んで交替してオンすることで、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との短絡及び前記相アーム間の短絡を防止することができる(請求項9)。   Furthermore, when the control unit alternately turns on the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm, the control unit turns on alternately with a dead time interposed therebetween, and constitutes the polyphase arm. By switching on the phase arm with the dead time interposed therebetween, it is possible to prevent a short circuit between the upper arm switching element and the lower arm switching element and a short circuit between the phase arms.

さらにまた、この発明では、昇降圧用のリアクトルを1個あるいは相分用いて実施することが可能である。すなわち、前記DC/DCコンバータに、前記各相アームの中点が共通接続され、共通接続された前記各中点と前記第1電力装置又は前記第2電力装置との間に、前記リアクトルが挿入配置されていても、あるいは、前記リアクトルが相の数だけ配置され、前記各中点に前記各リアクトルの一方の端子がそれぞれ接続されると共に、前記各リアクトルの他方の端子が共通接続され、共通接続された前記各他方の端子が前記第1電力装置又は前記第2電力装置のいずれか一方に接続されている(請求項10)。   Furthermore, in the present invention, it is possible to carry out by using a single step-up / step-down reactor or a phase share. That is, the midpoints of the phase arms are commonly connected to the DC / DC converter, and the reactor is inserted between the midpoints that are commonly connected and the first power device or the second power device. Even if it is arranged, the reactor is arranged by the number of phases, and one terminal of each reactor is connected to each midpoint, and the other terminal of each reactor is connected in common. Each of the other connected terminals is connected to either the first power device or the second power device (Claim 10).

さらにまた、前記制御部は、複数の前記相アームのうち所定の相アームを前記目標デューティに対応するオン時間で駆動する相アームに固定すると共に、他の相アームを前記ばらつかせたデューティに対応するオン時間で駆動する相アームに固定することで、例えば、前記各相アームが前述した、…、A、B、C、A、B、C、…の順にオンする際に、A、B、Cでそれぞれオンする相を前記制御部側で簡単に固定することができる(請求項11)。   Furthermore, the control unit fixes a predetermined phase arm among the plurality of phase arms to a phase arm that is driven with an on-time corresponding to the target duty, and sets the other phase arms to the varied duty. By fixing to the phase arm that is driven with the corresponding on-time, for example, when each of the phase arms is turned on in the order of A, B, C, A, B, C,. , C can be easily fixed on the control unit side (claim 11).

この発明によれば、目標電圧が同一の電圧値であっても、目標オン時間に応じた目標デューティを中心とし、この目標デューティによるスイッチング素子の駆動の前後におけるデューティを、前記目標デューティから意図的にずらした(オン時間を意図的にばらつかせた)デューティに設定し、前記目標デューティ及び前記ばらつかせたデューティにより前記スイッチング素子を駆動するようにしている。   According to the present invention, even if the target voltage is the same voltage value, the target duty according to the target on-time is centered, and the duty before and after the switching element is driven by the target duty is intentionally changed from the target duty. The duty is set to be shifted (the ON time is intentionally varied), and the switching element is driven by the target duty and the varied duty.

これにより、出力電圧の電圧変動が抑制されて、デューティに対応した電圧からずれた出力電圧がDC/DCコンバータから出力されることを確実に防止することが可能となる。   Thereby, voltage fluctuation of the output voltage is suppressed, and it is possible to reliably prevent the output voltage deviating from the voltage corresponding to the duty from being output from the DC / DC converter.

以下、この発明に係るDC/DCコンバータの駆動方法を実施するDC/DCコンバータを備えるDC/DCコンバータ装置が適用された車両等の実施形態について図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a vehicle or the like to which a DC / DC converter device including a DC / DC converter that performs a DC / DC converter driving method according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

なお、この実施形態は、1相の相アームが配置されたDC/DCコンバータを備えるDC/DCコンバータ装置に限らず、2相以上の複数の相の相アームが配置されたDC/DCコンバータを備えるDC/DCコンバータ装置にも適用可能である。   In addition, this embodiment is not limited to a DC / DC converter device including a DC / DC converter in which a single-phase phase arm is arranged, but a DC / DC converter in which phase arms of two or more phases are arranged. The present invention is also applicable to a DC / DC converter device provided.

そこで、以下の説明では、最初に、3相の相アームが配置されたDC/DCコンバータを備えるDC/DCコンバータ装置を説明し、次に、1相の相アームが配置されたDC/DCコンバータを備えるDC/DCコンバータ装置について説明する。   Therefore, in the following description, a DC / DC converter device including a DC / DC converter in which a three-phase phase arm is arranged will be described first, and then a DC / DC converter in which a one-phase phase arm is arranged. A DC / DC converter apparatus including the above will be described.

図1に示すこの実施形態に係る燃料電池車両20は、基本的には、燃料電池22とエネルギストレージである蓄電装置(バッテリという。)24とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、このハイブリッド型の電源装置から電流(電力)がインバータ34を通じて供給される走行用のモータ26と、バッテリ24が接続される1次側1Sと燃料電池22及びモータ26(インバータ34)が接続される2次側2Sとの間で電圧変換を行うDC/DCコンバータ装置{VCU(Voltage Control Unit)という。}23とから構成される。   A fuel cell vehicle 20 according to this embodiment shown in FIG. 1 basically includes a hybrid power source device including a fuel cell 22 and a power storage device (battery) 24 as energy storage, and the hybrid. Motor 26 that is supplied with current (electric power) from a power supply device of a type through an inverter 34, a primary side 1S to which a battery 24 is connected, a fuel cell 22 and a secondary to which a motor 26 (inverter 34) is connected. DC / DC converter device {VCU (Voltage Control Unit) that performs voltage conversion with the side 2S. } 23.

VCU23は、DC/DCコンバータ36と、これを駆動制御するコンバータ制御部54とから構成される。   The VCU 23 includes a DC / DC converter 36 and a converter control unit 54 that drives and controls the DC / DC converter 36.

燃料電池22は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池22には、水素タンク28とエアコンプレッサ30とが配管により接続されている。燃料電池22内で反応ガスである水素(燃料ガス)と空気(酸化剤ガス)との電気化学反応により生成された発電電流Ifは、電流センサ32及びダイオード(ディスコネクトダイオードともいう。)33を介して、インバータ34及び(又は)DC/DCコンバータ36に供給される。   The fuel cell 22 has, for example, a stack structure in which cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides are stacked. A hydrogen tank 28 and an air compressor 30 are connected to the fuel cell 22 by piping. A generated current If generated by an electrochemical reaction between hydrogen (fuel gas), which is a reaction gas, and air (oxidant gas) in the fuel cell 22 is supplied to a current sensor 32 and a diode (also referred to as a disconnect diode) 33. To the inverter 34 and / or the DC / DC converter 36.

インバータ34は、直流/交流変換を行い、モータ電流Imをモータ26に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後のモータ電流Imを2次側2SからDC/DCコンバータ36を通じて1次側1Sに供給する。   The inverter 34 performs DC / AC conversion and supplies the motor current Im to the motor 26, while the motor current Im after AC / DC conversion accompanying the regenerative operation is transferred from the secondary side 2 </ b> S to the primary side through the DC / DC converter 36. Supply to 1S.

この場合、回生電圧又は発電電圧Vfである2次電圧V2がDC/DCコンバータ36により低電圧に変換された1次電圧V1は、ダウンバータ42により降圧されてさらに低電圧とされ、ランプ等の補機44に補機電流Iauとして供給されると共に、余剰分があればバッテリ電流Ibatとしてバッテリ24を充電する。   In this case, the primary voltage V1 obtained by converting the secondary voltage V2 which is the regenerative voltage or the generated voltage Vf into a low voltage by the DC / DC converter 36 is stepped down by the downverter 42 to be further reduced to a voltage such as a lamp. While being supplied to the auxiliary machine 44 as the auxiliary machine current Iau, if there is a surplus, the battery 24 is charged as the battery current Ibat.

1次側1Sに接続されるバッテリ24は、例えば、リチウムイオン2次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態では、リチウムイオン2次電池を利用している。   As the battery 24 connected to the primary side 1S, for example, a lithium ion secondary battery or a capacitor can be used. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used.

バッテリ24は、ダウンバータ42を通じて補機44に補機電流Iauを供給すると共に、DC/DCコンバータ36を通じてインバータ34にモータ電流Imを供給する。   The battery 24 supplies the auxiliary machine current Iau to the auxiliary machine 44 through the downverter 42 and supplies the motor current Im to the inverter 34 through the DC / DC converter 36.

1次側1S及び2次側2Sには、それぞれ平滑用のコンデンサ38、39が設けられている。2次側2Sのコンデンサ39には、並列に、すなわち燃料電池22に対しても並列に抵抗器40が接続されている。   Smoothing capacitors 38 and 39 are provided on the primary side 1S and the secondary side 2S, respectively. A resistor 40 is connected to the capacitor 39 on the secondary side 2S in parallel, that is, in parallel to the fuel cell 22.

燃料電池22を含むシステムはFC制御部50により、インバータ34とモータ26とを含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部52により、DC/DCコンバータ36を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部54により、それぞれ基本的に制御される。   The system including the fuel cell 22 is controlled by the FC control unit 50, the system including the inverter 34 and the motor 26 is controlled by the motor control unit 52 including the inverter driving unit, and the system including the DC / DC converter 36 is controlled by the converter including the converter driving unit. Each of the units 54 is basically controlled.

そして、これらFC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54は、上位の制御部であり燃料電池22の総負荷量Lt等を決定する統括制御部56により制御される。   The FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are higher-level control units, and are controlled by an overall control unit 56 that determines the total load Lt and the like of the fuel cell 22.

統括制御部56、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54は、それぞれCPU、ROM、RAM、タイマの他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてDSP(Digital Signal Processor)等を有している。   The overall control unit 56, the FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are respectively an input / output interface such as an A / D converter and a D / A converter in addition to a CPU, a ROM, a RAM, and a timer, If necessary, a DSP (Digital Signal Processor) or the like is included.

統括制御部56、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54は、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等の通信線70を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各CPUが各ROMに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。   The overall control unit 56, the FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are connected to each other through a communication line 70 such as a CAN (Controller Area Network) that is an in-vehicle LAN, and input from various switches and various sensors. Various functions are realized by sharing the output information and executing the programs stored in the ROMs by the CPUs with the input / output information from the various switches and sensors as inputs.

ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ifを検出する電流センサ32の他、1次電圧V1(バッテリ電圧Vbatに等しい。)を検出する電圧センサ61、1次電流I1を検出する電流センサ62、2次電圧V2(ディスコネクトダイオード33が導通しているとき、略燃料電池22の発電電圧Vfに等しい。)を検出する電圧センサ63、2次電流I2を検出する電流センサ64、通信線70に接続されるイグニッションスイッチ65、アクセルセンサ66、ブレーキセンサ67及び車速センサ68等がある。   Here, as various switches and various sensors for detecting the vehicle state, in addition to the current sensor 32 for detecting the generated current If, the voltage sensor 61 for detecting the primary voltage V1 (equal to the battery voltage Vbat), the primary current. A current sensor 62 for detecting I1 and a secondary voltage V2 (a voltage sensor 63 for detecting a secondary voltage I2 when the disconnect diode 33 is conductive and substantially equal to the generated voltage Vf of the fuel cell 22) are detected. There are a current sensor 64, an ignition switch 65 connected to the communication line 70, an accelerator sensor 66, a brake sensor 67, a vehicle speed sensor 68, and the like.

統括制御部56は、燃料電池22の状態、バッテリ24の状態、モータ26の状態及び補機44の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定した燃料電池車両20の総負荷要求量Ltから、燃料電池22が負担すべき燃料電池分担負荷量(要求出力)Lfと、バッテリ24が負担すべきバッテリ分担負荷量(要求出力)Lbと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Lrとの配分(分担)を調停しながら決定し、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54に指令を送出する。   The overall control unit 56 determines the fuel cell vehicle 20 determined based on the input (load request) from various switches and various sensors in addition to the state of the fuel cell 22, the state of the battery 24, the state of the motor 26, and the state of the auxiliary machine 44. From the total load requirement Lt, the fuel cell shared load amount (required output) Lf that the fuel cell 22 should bear, the battery shared load amount (required output) Lb that the battery 24 should bear, and the regenerative power source should bear The distribution (sharing) with the regenerative power distribution load amount Lr is determined while arbitrating, and a command is sent to the FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54.

DC/DCコンバータ36は、バッテリ24(第1電力装置)と第2電力装置{燃料電池22又は回生電源(インバータ34とモータ26)}との間に、それぞれIGBT等のスイッチング素子からなる上アームスイッチング素子81{81u、81v、81w(81u〜81w)}と、下アームスイッチング素子82{82u、82v、82w(82u〜82w)}とからなる3つの相アーム{U相アームUA(81u、82u)、V相アームVA(81v、82v)、W相アームWA(81w、82w)}が並列的に接続された3相アームとして構成されている。   The DC / DC converter 36 includes an upper arm composed of a switching element such as an IGBT between the battery 24 (first power device) and the second power device {the fuel cell 22 or the regenerative power source (inverter 34 and motor 26)}. Three phase arms {U-phase arm UA (81u, 82u) comprising switching element 81 {81u, 81v, 81w (81u to 81w)} and lower arm switching element 82 {82u, 82v, 82w (82u to 82w)} ), V-phase arm VA (81v, 82v), W-phase arm WA (81w, 82w)} are configured as a three-phase arm connected in parallel.

各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wには、それぞれ、逆方向にダイオード83u〜83w、84u〜84wが接続されている。   Diodes 83u to 83w and 84u to 84w are connected in the opposite direction to the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w, respectively.

DC/DCコンバータ36により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する1個のリアクトル90が、3相アームの各相のアーム(U相アームUA、V相アームVA、W相アームWA)の中点(共通接続された各中点)とバッテリ24との間に挿入されている。   When the voltage is converted between the primary voltage V1 and the secondary voltage V2 by the DC / DC converter 36, one reactor 90 for releasing and storing energy is provided for each phase arm (U phase). Arms UA, V-phase arms VA, W-phase arms WA) are inserted between the battery 24 and the midpoint (each midpoint commonly connected).

上アームスイッチング素子81(81u〜81w)は、コンバータ制御部54から出力されるゲートの駆動信号(駆動電圧)UH、VH、WH(のハイレベル)によりそれぞれオンにされ、下アームスイッチング素子82(82u〜82w)は、ゲートの駆動信号(駆動電圧)UL、VL、WL(のハイレベル)によりそれぞれオンする。   The upper arm switching elements 81 (81u to 81w) are turned on by gate drive signals (drive voltages) UH, VH, and WH (high levels thereof) output from the converter control unit 54, and the lower arm switching elements 82 ( 82u to 82w) are turned on by gate drive signals (drive voltages) UL, VL, and WL (high levels thereof), respectively.

図2に示すように、コンバータ制御部54は、各駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを生成するために、基本デューティ決定部100と、駆動デューティ設定部102と、各入力処理部104a〜104cと、出力処理部106とを有する。基本デューティ決定部100は、減算部108、PID処理部110、除算部112及び加算部114から構成され、駆動デューティ設定部102は、相ローテーション処理部116、PWM計算処理部118及びデータ格納部120から構成される。   As shown in FIG. 2, the converter control unit 54 generates a drive signal UH, VH, WH, UL, VL, WL, a basic duty determination unit 100, a drive duty setting unit 102, and each input process. Units 104 a to 104 c and an output processing unit 106. The basic duty determination unit 100 includes a subtraction unit 108, a PID processing unit 110, a division unit 112, and an addition unit 114. The drive duty setting unit 102 includes a phase rotation processing unit 116, a PWM calculation processing unit 118, and a data storage unit 120. Consists of

入力処理部104aは、統括制御部56(図1参照)からの指令である2次電圧V2の目標値(目標電圧)を減算部108に出力し、入力処理部104bは、電圧センサ61にて検出された1次電圧V1をAD変換して、AD変換後の1次電圧V1(のデジタル値)を除算部112に出力し、入力処理部104cは、電圧センサ63にて検出された2次電圧V2をAD変換して、AD変換後の2次電圧V2(のデジタル値)を減算部108に出力する。   The input processing unit 104a outputs a target value (target voltage) of the secondary voltage V2 that is a command from the overall control unit 56 (see FIG. 1) to the subtraction unit 108, and the input processing unit 104b is operated by the voltage sensor 61. The detected primary voltage V1 is AD-converted, and the AD-converted primary voltage V1 (a digital value thereof) is output to the divider 112. The input processor 104c detects the secondary voltage detected by the voltage sensor 63. The voltage V <b> 2 is AD converted, and the secondary voltage V <b> 2 (digital value thereof) after AD conversion is output to the subtracting unit 108.

減算部108は、前記目標電圧と1次電圧V1との偏差を算出してPID処理部110に出力する。PID処理部110は、前記偏差を用いたPID制御により前記目標電圧に応じたデューティ(基本デューティあるいは目標デューティ)のフィードバック項(F/B項)を算出し、算出した前記F/B項を加算部114に出力する。除算部112は、1次電圧V1を前記目標電圧で除したものを前記基本デューティのフィードフォワード項(F/F項)として加算部114に出力する。加算部114は、前記F/B項と前記F/F項との和を前記基本デューティとしてPWM計算処理部118に出力する。   The subtracting unit 108 calculates a deviation between the target voltage and the primary voltage V1 and outputs the deviation to the PID processing unit 110. The PID processing unit 110 calculates a feedback term (F / B term) of a duty (basic duty or target duty) corresponding to the target voltage by PID control using the deviation, and adds the calculated F / B term Output to the unit 114. The division unit 112 outputs a value obtained by dividing the primary voltage V1 by the target voltage to the addition unit 114 as a feedforward term (F / F term) of the basic duty. The adding unit 114 outputs the sum of the F / B term and the F / F term to the PWM calculation processing unit 118 as the basic duty.

相ローテーション処理部116は、後述するローテーションスイッチングにおいて、コンバータ制御部54から各アームスイッチング素子81(81u〜81w)、82(82u〜82w)に対する駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLの出力順序を決定し、決定した出力順序をPWM計算処理部118に出力する。PWM計算処理部118は、前記出力順序に基づいて、前記基本デューティから各駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLの各デューティを計算し、さらに、計算したデューティに応じた各アームスイッチング素子81(81u〜81w)、82(82u〜82w)のオン時間(駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのハイレベルの時間)のデジタルデータを算出してデータ格納部120に出力する。データ格納部120は、前記オン時間のデジタルデータと前記出力順序とを対応付けて記憶するメモリである。   The phase rotation processing unit 116 receives the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL from the converter control unit 54 to the arm switching elements 81 (81u to 81w) and 82 (82u to 82w) in rotation switching described later. The output order is determined, and the determined output order is output to the PWM calculation processing unit 118. The PWM calculation processing unit 118 calculates each duty of each drive signal UH, VH, WH, UL, VL, WL from the basic duty based on the output order, and each arm switching according to the calculated duty The digital data of the on-time of the elements 81 (81u to 81w) and 82 (82u to 82w) (the high level time of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL) is calculated and output to the data storage unit 120 To do. The data storage unit 120 is a memory that stores the on-time digital data and the output order in association with each other.

出力処理部106は、データ格納部120に格納されている前記デジタルデータに基づいて駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを生成し、生成した駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを所定のタイミングで(例えば、タイマによって所定時間を計時した後に)各アームスイッチング素子81(81u〜81w)、82(82u〜82w)に供給する。   The output processing unit 106 generates drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL based on the digital data stored in the data storage unit 120, and generates the generated drive signals UH, VH, WH, UL, VL and WL are supplied to the arm switching elements 81 (81u to 81w) and 82 (82u to 82w) at a predetermined timing (for example, after measuring a predetermined time by a timer).

ところで、1次電圧V1、代表的には、負荷が接続されていないときのバッテリ24の開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)は、図3の燃料電池出力特性(電流電圧特性)91上に示すように、この燃料電池22の発電電圧Vfの最低電圧Vfminより高い電圧に設定されている。なお、図3において、OCV≒V1としている。   By the way, the primary voltage V1, typically the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) of the battery 24 when no load is connected is as shown on the fuel cell output characteristics (current voltage characteristics) 91 of FIG. In addition, the power generation voltage Vf of the fuel cell 22 is set to a voltage higher than the minimum voltage Vfmin. In FIG. 3, OCV≈V1.

2次電圧V2は、燃料電池22(図1参照)が発電動作しているときには燃料電池22の発電電圧Vfに等しい電圧にされる。   The secondary voltage V2 is set equal to the power generation voltage Vf of the fuel cell 22 when the fuel cell 22 (see FIG. 1) is generating power.

ただし、燃料電池22の発電電圧Vfがバッテリ24の電圧Vbat(=V1)に等しくなったときには、図3に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。   However, when the power generation voltage Vf of the fuel cell 22 becomes equal to the voltage Vbat (= V1) of the battery 24, a direct connection state indicated by a thick dashed line in FIG.

直結状態では、上アームスイッチング素子81(81u〜81w)に供給される駆動信号UH、VH、WHのデューティが100%にされ、2次側2Sから1次側1Sへ電流が流れる場合には、上アームスイッチング素子81(81u〜81w)がオンにされて、該上アームスイッチング素子81(81u〜81w)を通じて電流が流れ、一方で、1次側1Sから2次側2Sへ電流が流れる場合には、ダイオード83u〜83wが導通して該ダイオード83u〜83wを通じて電流が流れる。   In the direct connection state, when the duty of the drive signals UH, VH, and WH supplied to the upper arm switching element 81 (81u to 81w) is set to 100% and current flows from the secondary side 2S to the primary side 1S, When the upper arm switching element 81 (81u to 81w) is turned on and current flows through the upper arm switching element 81 (81u to 81w), while current flows from the primary side 1S to the secondary side 2S The diodes 83u to 83w are turned on, and current flows through the diodes 83u to 83w.

高出力時にDC/DCコンバータ36の2次側2Sから2次電流I2をインバータ34側に供給する{ソース(source)するという。}直結状態(高出力時直結状態又は第1直結状態という。)では、2次電圧V2がV2=V1−Vd(Vdは、ダイオード83u、83v、83wの順方向電圧降下)になる。   When the output is high, the secondary current I2 is supplied from the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 to the inverter 34 side. } In the direct connection state (referred to as the high output direct connection state or the first direct connection state), the secondary voltage V2 becomes V2 = V1-Vd (Vd is the forward voltage drop of the diodes 83u, 83v, 83w).

なお、直結状態は、高出力領域に限らず、制御上、必要な場合に利用される。例えば、燃料電池車両20の停車時(信号待ち等)には、燃費節約のために、エアコンプレッサ30の駆動が停止され、水素タンク28からの燃料ガスの供給も停止される。この場合、燃料電池22の発電電圧Vf(発電電流If)は抵抗器40等によるディスチャージ及びエアコンディショナ等の補機44への供給により燃料電池22内の残留燃料ガスが消尽するとゼロ値となるが、補機44への補機電流Iauの供給はバッテリ24により継続される。   The direct connection state is used not only in the high output region but also when necessary for control. For example, when the fuel cell vehicle 20 is stopped (waiting for a signal or the like), the driving of the air compressor 30 is stopped and fuel gas supply from the hydrogen tank 28 is also stopped in order to save fuel consumption. In this case, the power generation voltage Vf (power generation current If) of the fuel cell 22 becomes zero when the residual fuel gas in the fuel cell 22 is exhausted by the discharge by the resistor 40 and the supply to the auxiliary equipment 44 such as an air conditioner. However, the supply of the auxiliary machine current Iau to the auxiliary machine 44 is continued by the battery 24.

このような燃料電池車両20を停車時、いわゆるアイドル停止時からブレーキペダル操作の解除、アクセルペダル操作等により燃料電池22を発電状態へ復帰させるときに、VCU23による燃料電池22の出力制御を円滑に再開するために、DC/DCコンバータ36の2次側2Sの電圧を直結状態の電圧に保持しておく。この直結状態(アイドル停止直結状態又は第2直結状態という。)においては、負荷が抵抗器40とされ、DC/DCコンバータ36の2次側2Sの電圧V2がV2=V1−Vdに保持される。   When the fuel cell vehicle 20 is stopped, that is, when the so-called idle stop is performed, the brake pedal operation is released, the accelerator pedal operation is performed to return the fuel cell 22 to the power generation state, and the output control of the fuel cell 22 by the VCU 23 is smoothly performed. In order to resume, the voltage on the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 is kept at the voltage of the direct connection state. In this direct connection state (referred to as an idle stop direct connection state or a second direct connection state), the load is the resistor 40, and the voltage V2 on the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 is held at V2 = V1-Vd. .

ここで、VCU23による燃料電池22の出力制御について説明する。   Here, output control of the fuel cell 22 by the VCU 23 will be described.

水素タンク28からの燃料ガス及びエアコンプレッサ30からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池22の発電電流Ifは、図3に示した特性91{関数F(Vf)という。}上で2次電圧V2、すなわち発電電圧Vfをコンバータ制御部54によりDC/DCコンバータ36を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ifは、発電電圧Vfの関数F(Vf)値として決定される。If=F(Vf)であり、例えば発電電圧VfをVf=Vfa=V2と設定すれば、その発電電圧Vfa(V2)の関数値としての発電電流Ifaが決定される。{Ifa=F(Vfa)=F(V2)}。   During power generation in which fuel gas from the hydrogen tank 28 and compressed air from the air compressor 30 are supplied, the power generation current If of the fuel cell 22 is referred to as the characteristic 91 {function F (Vf) shown in FIG. } Is determined by setting the secondary voltage V2, that is, the generated voltage Vf, through the DC / DC converter 36 by the converter control unit 54. That is, the generated current If is determined as a function F (Vf) value of the generated voltage Vf. If If = F (Vf) and the generated voltage Vf is set to Vf = Vfa = V2, for example, the generated current Ifa as a function value of the generated voltage Vfa (V2) is determined. {Ifa = F (Vfa) = F (V2)}.

このように燃料電池22は、2次電圧V2(発電電圧Vf)を決定することにより発電電流Ifが決定されるので、燃料電池車両20を駆動制御する際には、2次電圧V2(発電電圧Vf)が目標電圧(目標値)に設定される。ただし、ダウンバータ42とバッテリ24間の配線の断線故障等によりバッテリ24が開放状態にされる等、バッテリ24(第1電力装置)が故障とみなされる特殊な場合には、1次電圧V1が目標電圧とされる。なお、図2は、2次電圧V2が目標電圧である場合のコンバータ制御部54の内部構成であるので、1次電圧V1が目標電圧とされる場合には、コンバータ制御部54内の基本デューティ決定部100の構成は適宜変更される。   Thus, since the fuel cell 22 determines the generated current If by determining the secondary voltage V2 (generated voltage Vf), the secondary voltage V2 (generated voltage) is controlled when driving the fuel cell vehicle 20. Vf) is set to the target voltage (target value). However, in a special case where the battery 24 (first power device) is considered to be faulty, such as when the battery 24 is opened due to a disconnection fault of the wiring between the downverter 42 and the battery 24, the primary voltage V1 is The target voltage. Note that FIG. 2 shows the internal configuration of the converter control unit 54 when the secondary voltage V2 is the target voltage. Therefore, when the primary voltage V1 is the target voltage, the basic duty in the converter control unit 54 is shown. The structure of the determination part 100 is changed suitably.

燃料電池車両20等燃料電池22を含むシステムでは、DC/DCコンバータ36(図1参照)の2次側2Sの2次電圧V2が目標電圧となるようにVCU23が制御され、このVCU23により燃料電池22の出力(発電電流If)が制御される。以上が、VCU23による燃料電池22の出力制御の説明である。   In the system including the fuel cell 22 such as the fuel cell vehicle 20, the VCU 23 is controlled so that the secondary voltage V2 on the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 (see FIG. 1) becomes the target voltage. 22 output (generated current If) is controlled. The above is the description of the output control of the fuel cell 22 by the VCU 23.

次に、コンバータ制御部54により駆動制御されるDC/DCコンバータ36の基本動作について図4のフローチャートを参照して説明する。   Next, the basic operation of the DC / DC converter 36 that is driven and controlled by the converter control unit 54 will be described with reference to the flowchart of FIG.

上述したように、統括制御部56は、燃料電池22の状態、バッテリ24の状態、モータ26の状態及び補機44の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定した燃料電池車両20の総負荷要求量Ltから、燃料電池22が負担すべき燃料電池分担負荷量(要求出力)Lfと、バッテリ24が負担すべきバッテリ分担負荷量(要求出力)Lbと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Lrとの配分(分担)を調停しながら決定し、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54に指令を送出する。   As described above, the overall control unit 56 is determined based on inputs (load requests) from various switches and various sensors in addition to the state of the fuel cell 22, the state of the battery 24, the state of the motor 26, and the state of the auxiliary machine 44. The fuel cell shared load amount (required output) Lf that the fuel cell 22 should bear, the battery shared load amount (required output) Lb that the battery 24 should bear, Distribution (sharing) with the regenerative power distribution load amount Lr to be borne by the power supply is determined while arbitrating, and a command is sent to the FC control unit 50, motor control unit 52, and converter control unit 54.

ステップS1において、統括制御部56により、それぞれが負荷要求であるモータ26の電力要求と補機44の電力要求とエアコンプレッサ30の電力要求とから総負荷要求量Ltが決定(算出)されると、ステップS2において、統括制御部56は、決定した総負荷要求量Ltを出力するための燃料電池分担負荷量Lfと、バッテリ分担負荷量Lbと、回生電源分担負荷量Lrとの配分を決定する。ここで、燃料電池分担負荷量Lfを決定する場合、燃料電池22の効率ηが考慮される。   In step S1, when the overall control unit 56 determines (calculates) the total load request amount Lt from the power request for the motor 26, the power request for the auxiliary device 44, and the power request for the air compressor 30 that are load requests, respectively. In step S2, the overall control unit 56 determines the distribution of the fuel cell shared load amount Lf, the battery shared load amount Lb, and the regenerative power source shared load amount Lr for outputting the determined total load request amount Lt. . Here, when determining the fuel cell shared load Lf, the efficiency η of the fuel cell 22 is considered.

次いで、ステップS3において、コンバータ制御部54により、燃料電池分担負荷量Lfに応じて燃料電池22の発電電圧Vf、ここでは、2次電圧V2が決定される。   Next, in step S3, the converter control unit 54 determines the power generation voltage Vf of the fuel cell 22, in this case, the secondary voltage V2, in accordance with the fuel cell shared load Lf.

2次電圧V2が決定されると、ステップS4において、コンバータ制御部54は、決定した2次電圧V2となるようにDC/DCコンバータ36を駆動制御する。   When the secondary voltage V2 is determined, in step S4, the converter control unit 54 drives and controls the DC / DC converter 36 so that the determined secondary voltage V2 is obtained.

この場合、コンバータ制御部54は、決定した2次電圧V2に応じて、DC/DCコンバータ36を昇圧動作、降圧動作又は直結動作で駆動する。   In this case, the converter control unit 54 drives the DC / DC converter 36 in a step-up operation, a step-down operation, or a direct connection operation according to the determined secondary voltage V2.

ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sからインバータ34側へ2次電流I2をソースする昇圧動作では、コンバータ制御部54は、下アームスイッチング素子82uオン(リアクタンス90にバッテリ電流Ibatから補機電流Iauを差し引いた1次電流I1によりエネルギを蓄積すると同時に、コンデンサ39から2次電流I2をインバータ34へソースする。以下同様)→ダイオード83u〜83w導通(リアクタンス90からエネルギ放出しコンデンサ39にエネルギを蓄積すると共に、2次電流I2としてインバータ34へソースする。以下同様)→下アームスイッチング素子82vオン→ダイオード83u〜83w導通→下アームスイッチング素子82wオン→ダイオード83u〜83w導通→下アームスイッチング素子82uオン…の順でDC/DCコンバータ36をローテーションスイッチングする。   In step S4, in the step-up operation in which the secondary current I2 is sourced from the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 to the inverter 34 side, the converter control unit 54 turns on the lower arm switching element 82u (from the battery current Ibat to the reactance 90). Energy is accumulated by the primary current I1 obtained by subtracting the auxiliary machine current Iau, and at the same time, the secondary current I2 is sourced from the capacitor 39 to the inverter 34. The same applies to the diodes 83u to 83w. Energy is stored in the inverter 34, and is sourced as the secondary current I2 to the inverter 34. The same applies to the following) → lower arm switching element 82v on → diode 83u to 83w conduction → lower arm switching element 82w on → diode 83u to 83w conduction → lower arm Rotate switch the DC / DC converter 36 in the switching element 82u on ... order.

なお、上アームスイッチング素子81u〜81w及び下アームスイッチング素子82u〜82wのオンデューティは、出力電圧V2が保持されるように決定される。   The on-duty of the upper arm switching elements 81u to 81w and the lower arm switching elements 82u to 82w is determined so that the output voltage V2 is maintained.

また、ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sからインバータ34側へ2次電流I2をソースする高出力直結動作では、ダイオード83u〜83wが導通状態となって、2次電圧V2がV2=V1−Vdとなる。   In step S4, in the high output direct connection operation in which the secondary current I2 is sourced from the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 to the inverter 34 side, the diodes 83u to 83w are turned on, and the secondary voltage V2 is V2 = V1-Vd.

さらに、ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sから1次側1Sの補機44やバッテリ24に2次電流I2を供給する(2次側2Sでは、シンク(sink)するという。)降圧動作では、上アームスイッチング素子81uオン(リアクタンス90にコンデンサ39から出力される2次電流I2によりエネルギを蓄積すると共に、コンデンサ38から補機44及び要求に応じてバッテリ24に1次電流I1を供給する。以下同様)→ダイオード84u〜84w導通(ダイオード84u〜84wはフライホイールダイオードとして導通し、リアクタンス90からエネルギ放出され、コンデンサ38にエネルギを蓄積すると共に、補機44及び要求に応じてバッテリ24に1次電流I1を供給する。以下同様)→上アームスイッチング素子81vオン→ダイオード84u〜84w導通→上アームスイッチング素子81wオン→ダイオード84u〜84w導通→上アームスイッチング素子81uオン…の順でDC/DCコンバータ36をローテーションスイッチングする。   Further, in step S4, the secondary current I2 is supplied from the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 to the auxiliary device 44 and the battery 24 of the primary side 1S (sinking is performed on the secondary side 2S). ) In step-down operation, the upper arm switching element 81u is turned on (energy is accumulated in the reactance 90 by the secondary current I2 output from the capacitor 39, and the primary current I1 is supplied from the capacitor 38 to the auxiliary device 44 and the battery 24 as required. The same applies to the following: → diodes 84u to 84w conducting (the diodes 84u to 84w conduct as flywheel diodes, discharge energy from the reactance 90, accumulate energy in the capacitor 38, and add to the auxiliary machine 44 and on demand. The primary current I1 is supplied to the battery 24. The same applies to the following. Rotation switching of the DC / DC converter 36 is performed in the order of turning on the chipping element 81v → conducting diodes 84u to 84w → oning the upper arm switching element 81w → conducting diodes 84u to 84w → oning the upper arm switching element 81u.

回生電圧が存在する場合、この降圧動作時に回生電源分担負荷量Lrがシンクされる2次電流に加算される。この降圧動作における上アームスイッチング素子81u〜81w及び下アームスイッチング素子82u〜82wのオンデューティも、決定された出力電圧V2に応じて制御される。   When a regenerative voltage is present, the regenerative power source shared load Lr is added to the sinked secondary current during the step-down operation. The on-duty of the upper arm switching elements 81u to 81w and the lower arm switching elements 82u to 82w in the step-down operation is also controlled according to the determined output voltage V2.

2次電圧V2及び1次電圧V1は、前述したコンバータ制御部54内の基本デューティ決定部100及び駆動デューティ設定部102により設定された各駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティ(あるいはオン時間)と、各駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLの供給に基づく各アームスイッチング素子81(81u〜81w)、82(82u〜82w)のスイッチング動作とによって制御される。   The secondary voltage V2 and the primary voltage V1 are the duty of each drive signal UH, VH, WH, UL, VL, WL set by the basic duty determination unit 100 and the drive duty setting unit 102 in the converter control unit 54 described above. (Or on-time) and switching operations of the arm switching elements 81 (81u to 81w) and 82 (82u to 82w) based on the supply of the driving signals UH, VH, WH, UL, VL, and WL. .

以上が、コンバータ制御部54により駆動制御されるDC/DCコンバータ36の基本動作の説明である。   The above is the description of the basic operation of the DC / DC converter 36 that is driven and controlled by the converter control unit 54.

なお、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wは、図示しない金属製の放熱板(ヒートスプレッダ)上に固定された、いわゆる6in1モジュールとされる。   The arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are so-called 6in1 modules fixed on a metal heat radiating plate (heat spreader) (not shown).

次に、DC/DCコンバータ36を含むVCU23によるローテーションスイッチングの動作についてより詳しく説明する。   Next, the rotation switching operation by the VCU 23 including the DC / DC converter 36 will be described in more detail.

図5にVCU23の降圧動作時(2次電流I2のシンク時)のタイムチャート、図6にVCU23の昇圧動作時(2次電流I2のソース時)のタイムチャートを示す。   FIG. 5 shows a time chart during the step-down operation of the VCU 23 (when sinking the secondary current I2), and FIG. 6 shows a time chart during the step-up operation of the VCU 23 (when the secondary current I2 is sourced).

図5及び図6において、リアクトル90に流れる1次電流I1の符号は、1次側1Sから2次側2Sへ流れる昇圧時電流(DC/DCコンバータ36の2次側2Sからインバータ34へ流れ出すソース電流)を正(+)、2次側2Sから1次側1Sへ流れる降圧時電流(燃料電池22又はインバータ34から2次側2Sへ流れ込むシンク電流)を負(−)に取っている。   5 and 6, the sign of the primary current I1 flowing through the reactor 90 is a boost current flowing from the primary side 1S to the secondary side 2S (source flowing out from the secondary side 2S of the DC / DC converter 36 to the inverter 34). (Current) is positive (+), and the step-down current flowing from the secondary side 2S to the primary side 1S (sink current flowing from the fuel cell 22 or the inverter 34 to the secondary side 2S) is negative (−).

また、コンバータ制御部54から出力される駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLの波形中、ハッチングを付けた期間は、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが供給されているアームスイッチング素子(例えば、駆動信号UHに対応するアームスイッチング素子は上アームスイッチング素子81u)が実際にオンしている(電流が流れている)期間を示している。つまり、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが供給されていても、該当する並列ダイオード83u〜83w、84u〜84wがOFFになっていなければ該当するアームスイッチング素子に電流が流れないことに留意する。   Further, in the waveforms of the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL output from the converter control unit 54, the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL are supplied during the hatched periods. It shows a period during which the arm switching element (for example, the arm switching element corresponding to the drive signal UH is the upper arm switching element 81u) is actually turned on (current is flowing). That is, even if the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL are supplied, current does not flow to the corresponding arm switching element unless the corresponding parallel diodes 83u to 83w and 84u to 84w are OFF. Note that.

図5及び図6に示すように、DC/DCコンバータ36の降圧動作及び昇圧動作のいずれの場合にも、コンバータ制御部54から出力される駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLの波形から理解されるように、3相アームを構成するUVW各相アームUA、VA、WA(UA〜WA)を1スイッチング周期2π毎に、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLをU相、V相、W相、U相、…と交替(ローテーション)してオンすると共に、UVW各相アームUA〜WAをオンするとき、駆動信号UH、VH、WHによりUVW各相アームUA〜WAを構成する上アームスイッチング素子81(81u〜81w)をオン(図5参照)又は駆動信号UL、VL、WLによりUVW各相アームUA〜WAを構成する下アームスイッチング素子82(82u〜82w)をオン(図6参照)している。   As shown in FIGS. 5 and 6, the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL output from the converter control unit 54 in both cases of the step-down operation and the step-up operation of the DC / DC converter 36. As can be understood from the waveform, the UVW phase arms UA, VA, WA (UA to WA) constituting the three-phase arm are set to drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL every switching cycle 2π. When the UVW phase arms UA to WA are turned on while rotating with the U phase, the V phase, the W phase, the U phase, and so on, and the UVW phase arms UA to WA are turned on, the UVW phase arms UA to UA The upper arm switching element 81 (81u to 81w) constituting the WA is turned on (see FIG. 5), or the lower arm switching that constitutes the UVW phase arms UA to WA by the drive signals UL, VL, WL. Element 82 (82u to 82w) are turned on (see FIG. 6).

この場合、図5、図6及び後述する図7から分かるように、上下アームスイッチング素子81、82間が同時にオンして電圧V2が短絡することを防止するために、上アームスイッチング素子81u〜81w又は下アームスイッチング素子82u〜82wを交互にオンするための駆動信号UHと駆動信号UL、駆動信号VHと駆動信号VL、及び駆動信号WHと駆動信号WLとの間でそれぞれデッドタイムdtを挟んでオンし、且つ多相アームを構成する相アームUA〜UWを交替してオンするときに、駆動信号ULと駆動信号VHとの間、駆動信号VLと駆動信号WHとの間、及び駆動信号WLと駆動信号UHとの間にそれぞれデッドタイムdtを挟んでオンするようにしている。すなわち、デッドタイムdtを挟んで、いわゆる同期スイッチングを行っている。   In this case, as can be seen from FIGS. 5 and 6 and FIG. 7 to be described later, the upper arm switching elements 81u to 81w are used to prevent the upper and lower arm switching elements 81 and 82 from being simultaneously turned on and the voltage V2 from being short-circuited. Alternatively, a dead time dt is interposed between the drive signal UH and the drive signal UL, the drive signal VH and the drive signal VL, and the drive signal WH and the drive signal WL for alternately turning on the lower arm switching elements 82u to 82w. When the phase arms UA to UW constituting the multiphase arm are switched on and turned on, the drive signal UL and the drive signal VH, the drive signal VL and the drive signal WH, and the drive signal WL And the drive signal UH are turned on with a dead time dt interposed therebetween. That is, so-called synchronous switching is performed with the dead time dt interposed therebetween.

降圧動作を説明する図5において、例えば、時点t1〜t2の間で駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81uがオンしている期間には、燃料電池22及び(又は)回生電源による2次電流I2により上アームスイッチング素子81uを通じてリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t2〜t5までのデッドタイムdt、駆動信号ULがオン(但し、下アームスイッチング素子82uに電流は流れない。)及びデッドタイムdtの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、フライホイールダイオードとして機能しオンとなっているダイオード84u〜84wを通じて1次側1Sに1次電流I1として放出される。時点t5以降、順次、上アームスイッチング素子81v、81w、81u、…がオンし、同様の動作を繰り返す。   In FIG. 5 for explaining the step-down operation, for example, during the period in which the upper arm switching element 81u is turned on by the drive signal UH between time points t1 and t2, the secondary current I2 from the fuel cell 22 and / or the regenerative power source is supplied. Thus, energy is accumulated in the reactor 90 through the upper arm switching element 81u. During the dead time dt from the time t2 to the time t5, the drive signal UL is on (however, no current flows through the lower arm switching element 82u) and the dead time dt, the energy accumulated in the reactor 90 is the flywheel diode. Is discharged as the primary current I1 to the primary side 1S through the diodes 84u to 84w which are turned on. After time t5, the upper arm switching elements 81v, 81w, 81u,... Are turned on sequentially, and the same operation is repeated.

昇圧動作を説明する図6において、例えば、時点t13〜t14の間で駆動信号ULにより下アームスイッチング素子82uがオンしている期間には、バッテリ24からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t14〜t17までのデッドタイムdt、駆動信号VHがオン(但し、上アームスイッチング素子81vに電流は流れない。)及びデッドタイムdtの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、整流ダイオードとして機能しオンとなったダイオード83u〜83wを通じて2次側2Sに放出される。時点t17以降、順次、下アームスイッチング素子82v、82w、82u、…がオンし、同様の動作を繰り返す。   In FIG. 6 for explaining the step-up operation, for example, during the period in which the lower arm switching element 82u is turned on by the drive signal UL between time points t13 and t14, energy is supplied to the reactor 90 by the primary current I1 from the battery 24. Accumulated. During the dead time dt from the time t14 to t17, the drive signal VH is ON (current does not flow through the upper arm switching element 81v) and the dead time dt, the energy accumulated in the reactor 90 is converted into a rectifier diode. It is discharged to the secondary side 2S through the diodes 83u to 83w that have been turned on. After time t17, the lower arm switching elements 82v, 82w, 82u,... Are turned on sequentially, and the same operation is repeated.

なお、昇圧動作と降圧動作の移り変わり(遷移)時の動作を説明する図7において、例えば、時点t20〜t21の間で駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81uがオンしている期間(ハッチングで示す期間)には、燃料電池22及び(又は)回生電源による2次電流I2により上アームスイッチング素子81uを通じてリアクトル90にエネルギが蓄積される。   In FIG. 7 for explaining the operation at the time of transition between the step-up operation and the step-down operation, for example, a period during which the upper arm switching element 81u is turned on by the drive signal UH between the time points t20 and t21 (shown by hatching). In the period), energy is accumulated in the reactor 90 through the upper arm switching element 81u by the secondary current I2 from the fuel cell 22 and / or the regenerative power source.

時点t21から電流の流れる向きが反転する(符号が負から正に反転する)時点t22までの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、オンとなったフライホイールダイオードとして機能するダイオード84u〜84wを通じて1次側1Sに放出される。   During the period from time t21 to the time t22 when the direction of current flow is reversed (the sign is reversed from negative to positive), the energy stored in the reactor 90 is the diodes 84u to 84w that function as the turned-on flywheel diodes. To the primary side 1S.

時点t22〜t23の間で駆動信号ULにより下アームスイッチング素子82uがオンしている期間では、バッテリ24からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t23から電流の流れる向きが反転する(符号が正から負に反転する)時点t24までの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、オンとなったダイオード83u〜83wを通じて2次側2Sに放出される。以下、同様の動作を繰り返す。このように、この実施形態に係る3相ローテーションスイッチングでは、昇圧動作と降圧動作との間で動作が滑らかに移り変わる。   During a period in which the lower arm switching element 82u is turned on by the drive signal UL between time points t22 and t23, energy is accumulated in the reactor 90 by the primary current I1 from the battery 24. In the period from time t23 to the time t24 when the direction of current flow is reversed (the sign is reversed from positive to negative), the energy accumulated in the reactor 90 is transferred to the secondary side 2S through the diodes 83u to 83w that are turned on. Released. Thereafter, the same operation is repeated. Thus, in the three-phase rotation switching according to this embodiment, the operation smoothly changes between the step-up operation and the step-down operation.

ところで、上記のローテーションスイッチングの動作において、コンバータ制御部54から互いに同一のデューティを目標デューティとする駆動信号UH、VH、WHを上アームスイッチング素子81u〜81wに供給し、一方で、互いに同一のデューティを目標デューティとする駆動信号UL、VL、WLを下アームスイッチング素子82u〜82wに供給する際に、前記目標デューティの変化に対して2次電圧V2がリニアに変化せず、この結果、デューティに対応した電圧からずれた2次電圧V2がDC/DCコンバータ36から出力される場合がある。   By the way, in the above rotation switching operation, the drive signals UH, VH, and WH having the same duty as the target duty are supplied from the converter control unit 54 to the upper arm switching elements 81u to 81w. Is supplied to the lower arm switching elements 82u to 82w, the secondary voltage V2 does not change linearly with respect to the change in the target duty. The secondary voltage V2 that deviates from the corresponding voltage may be output from the DC / DC converter 36.

特に、図8に示す降圧動作や、図9に示す昇圧動作においては、このような2次電圧V2の電圧変動が顕著となる。   In particular, in the step-down operation shown in FIG. 8 and the step-up operation shown in FIG. 9, such voltage fluctuation of the secondary voltage V2 becomes significant.

ここで、図8の降圧動作及び図9の昇圧動作における目標電圧に対する2次電圧の電圧変動について、図8〜図11を参照しながら、具体的に説明する。   Here, the voltage fluctuation of the secondary voltage with respect to the target voltage in the step-down operation of FIG. 8 and the step-up operation of FIG. 9 will be specifically described with reference to FIGS.

図8の昇圧動作において、各上アームスイッチング素子81u〜81wの最小オン時間{上アームスイッチング素子81u〜81wを確実にオン動作(オフ状態からオン状態に切り替える動作)させることができるオン時間の閾値}を下回るオン時間に応じたデューティの駆動信号UH、VH、WHを上アームスイッチング素子81u〜81wに供給し、一方で、図9の昇圧動作において、各下アームスイッチング素子82u〜82wの最小オン時間{下アームスイッチング素子82u〜82wを確実にオン動作させることができるオン時間の閾値}を下回るオン時間に応じたデューティの駆動信号UL、VL、WLを下アームスイッチング素子82u〜82wに供給した場合には、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオン動作を確実に行わせることができない。   In the step-up operation of FIG. 8, the minimum on-time of each upper arm switching element 81 u to 81 w {the on-time threshold that can reliably turn on the upper arm switching elements 81 u to 81 w (operation to switch from the off state to the on state) } Is supplied to the upper arm switching elements 81u to 81w, while the lower arm switching elements 82u to 82w are turned on in the step-up operation of FIG. The drive signals UL, VL, WL having a duty corresponding to the ON time that is shorter than the time {threshold of the ON time during which the lower arm switching elements 82u to 82w can be reliably turned ON} are supplied to the lower arm switching elements 82u to 82w. In the case, each arm switching element 81u-81w, 82u-82. It is not possible to carry out the on reliably operate.

図10A〜図10Dは、一例として、昇圧動作において、1次電圧V1を一定とし、駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティを変化させた場合における2次電圧V2の変化を示したグラフである。   10A to 10D show, as an example, changes in the secondary voltage V2 when the primary voltage V1 is constant and the duty of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL is changed in the step-up operation. It is the shown graph.

図10A及び図10Cは、昇圧動作での2次電圧V2の変化を示すグラフであり、図10B及び図10Dは、昇圧動作でのデューティの変化を示すグラフである。     10A and 10C are graphs showing changes in the secondary voltage V2 in the boosting operation, and FIGS. 10B and 10D are graphs showing changes in the duty in the boosting operation.

図10A及び図10Bは、2次電流I2が比較的低い場合を示し、一方で、図10C及び図10Dは、2次電流I2が比較的高い場合を示している。   10A and 10B show the case where the secondary current I2 is relatively low, while FIGS. 10C and 10D show the case where the secondary current I2 is relatively high.

なお、図10A〜図10Dでは、駆動信号UH、VH、WHは同じデューティの駆動信号であり、一方で、駆動信号UL、VL、WLは、同じデューティの駆動信号である。   In FIGS. 10A to 10D, the drive signals UH, VH, and WH are drive signals having the same duty, while the drive signals UL, VL, and WL are drive signals having the same duty.

また、図10B及び図10Dにおいて、縦軸のデューティは、駆動信号UH、VH、WHのデューティを基準として示しており、従って、この実施形態におけるスイッチング動作では、駆動信号UH、VH、WHのデューティがDであれば、駆動信号UL、VL、WLのデューティは(100−D)となる。   In FIGS. 10B and 10D, the duty on the vertical axis is shown with reference to the duty of the drive signals UH, VH, and WH. Therefore, in the switching operation in this embodiment, the duty of the drive signals UH, VH, and WH is shown. Is D, the duty of the drive signals UL, VL, WL is (100-D).

図10B及び図10Dでは、デューティの特性136、144を時間tの経過に伴ってリニアに変化させた。これに対して、2次電圧V2の特性132、140(実線)は、デューティD0(t=0)からデューティD1、D3(時点t40、t43)まではデューティの変化に伴って略リニアに減少しているが、デューティがD1、D3を上回ると、該デューティの変化に伴って2次電圧V2がリニアに変化しない電圧変動、すなわち、デューティの式{昇圧動作における(1−V1/V2)、降圧動作におけるV1/V2のデューティ}に合致しない電圧変動が発生し、デューティがD2、D4を上回ると、該デューティが100%ではないにも関わらず、V1≒V2の直結状態(直結領域)に至る。   10B and 10D, the duty characteristics 136 and 144 are changed linearly with the passage of time t. On the other hand, the characteristics 132 and 140 (solid line) of the secondary voltage V2 decrease substantially linearly with the change of the duty from the duty D0 (t = 0) to the duty D1 and D3 (time t40, t43). However, when the duty exceeds D1 and D3, the voltage fluctuation in which the secondary voltage V2 does not change linearly with the change in the duty, that is, the duty equation {(1−V1 / V2) in step-up operation, step-down When a voltage fluctuation that does not match V1 / V2 duty in operation} occurs and the duty exceeds D2 and D4, the direct connection state (direct connection region) of V1≈V2 is reached even though the duty is not 100%. .

なお、図10A及び図10C中、特性134、142(破線)は、前記電圧変動が発生しない2次電圧V2の理想的な特性を示し、一点鎖線130、138は、1次電圧V1を示している。また、図10A及び図10Cにおける直結状態は、図3の一点鎖線の太線で示す直結状態である。   In FIGS. 10A and 10C, characteristics 134 and 142 (broken lines) indicate ideal characteristics of the secondary voltage V2 at which the voltage fluctuation does not occur, and alternate long and short dash lines 130 and 138 indicate the primary voltage V1. Yes. Moreover, the direct connection state in FIG. 10A and 10C is a direct connection state shown by the thick line of the dashed-dotted line of FIG.

このような電圧変動が発生する原因としては、図11に示すように、各下アームスイッチング素子82u〜82w(図1参照)の最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティ{(100−D1)〜0あるいは(100−D3)〜0のデューティ}の駆動信号UL、VL、WLをコンバータ制御部54から下アームスイッチング素子82u〜82wに供給しても、該下アームスイッチング素子82u〜82wのオン動作を確実に行わせることができず、この結果、このようなデューティの領域(以下、デューティ領域ともいう。)における下アームスイッチング素子82u〜82wの不安定なスイッチング動作に起因して、前記デューティの変化に対して2次電圧V2をリニアに制御することができなくなって(DC/DCコンバータ36での電圧変換が不安定となって)、デューティに対応する電圧からずれた2次電圧V2がDC/DCコンバータ36から出力されることにある。   As shown in FIG. 11, the cause of such voltage fluctuation is the duty {(100−D1) corresponding to the ON time that is lower than the minimum ON time of each of the lower arm switching elements 82u to 82w (see FIG. 1). Even if the drive signals UL, VL, WL having a duty of ˜0 or (100−D3) ˜0} are supplied from the converter control unit 54 to the lower arm switching elements 82u to 82w, the lower arm switching elements 82u to 82w are turned on. The operation cannot be performed reliably, and as a result, due to the unstable switching operation of the lower arm switching elements 82u to 82w in such a duty region (hereinafter also referred to as a duty region), the duty is reduced. The secondary voltage V2 can no longer be controlled linearly with respect to the change of (DC / DC converter 3 Voltage conversion becomes unstable), in that the secondary voltage V2 which deviates from the voltage corresponding to the duty is output from the DC / DC converter 36 at.

なお、図10A〜図10Dにおいて、2次電流I2が異なる場合(図10Aと図10C)には、特性132、140の電圧変動のパターン等が互いに異なっているものの、所定のデューティD1、D3を上回るデューティ領域で電圧変動が発生する点では共通している。   10A to 10D, when the secondary current I2 is different (FIG. 10A and FIG. 10C), the predetermined duty D1 and D3 are set while the voltage variation patterns of the characteristics 132 and 140 are different from each other. This is common in that voltage fluctuations occur in a duty region that exceeds the duty range.

図10A〜図11では、一例として、昇圧動作において、各下アームスイッチング素子82u〜82wの最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティの駆動信号UL、VL、WLを各下アームスイッチング素子82u〜82wに供給するときの問題点について説明した。   In FIG. 10A to FIG. 11, as an example, in the step-up operation, the drive signals UL, VL, WL having a duty corresponding to the on-time lower than the minimum on-time of each of the lower arm switching elements 82u to 82w are supplied to the lower arm switching elements 82u to 82u. The problem when supplying to 82w was described.

しかしながら、実際上、上記した問題以外にも、降圧動作において、各上アームスイッチング素子81u〜81wの最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティの駆動信号UH、VH、WHを各上アームスイッチング素子81u〜81wに供給したときにも、同様の問題が発生する。   In practice, however, in addition to the above-described problems, in the step-down operation, the drive signals UH, VH, and WH having a duty corresponding to the on-time lower than the minimum on-time of each of the upper arm switching elements 81u to 81w are supplied to each upper arm switching element. The same problem occurs when supplying to 81u to 81w.

また、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wに対して、最小オフ時間{アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wを確実にオフ動作(オン状態からオフ状態に切り替える動作)させることができるオフ時間の閾値}を下回る時間に応じたデューティの駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを供給しても、オン時間の経過後に各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオフ動作を確実に行わせることができず、この結果、DC/DCコンバータ36での電圧変換が不安定になるという問題も発生する。   Further, the minimum off time {the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w can be reliably turned off (operation to switch from the on state to the off state) for each of the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w. Even if the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL having a duty corresponding to the time below the threshold value of the off time} are supplied, the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are turned off after the on time has elapsed. The operation cannot be performed reliably, and as a result, there is a problem that the voltage conversion in the DC / DC converter 36 becomes unstable.

さらに、上述したデューティ領域以外でも、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82w間でのオン時間のばらつき等に起因して、目標デューティの変化に対して2次電圧V2がリニアに変化せず、デューティに対応する電圧からずれた2次電圧V2がDC/DCコンバータ36から出力される場合もある。   Furthermore, the secondary voltage V2 does not change linearly with respect to the change in the target duty due to variations in the on-time between the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w, even outside the above-described duty region. In some cases, the secondary voltage V2 deviated from the voltage corresponding to the duty is output from the DC / DC converter 36.

そこで、この実施形態において、コンバータ制御部54は、DC/DCコンバータ36での電圧変換が不安定となる前記デューティ領域(デューティD1、D3を上回るデューティの領域)を含めた全てのデューティの領域において、以下に説明する駆動信号UH、VH、WHのデューティを互いに異なるものとする処理を行い、一方で、駆動信号UL、VL、WLのデューティについても互いに異なるものとする処理を行う。   Therefore, in this embodiment, the converter control unit 54 operates in all duty regions including the duty region where the voltage conversion in the DC / DC converter 36 becomes unstable (duty region exceeding the duty D1, D3). Then, processing for making the duty of the drive signals UH, VH, and WH described below different from each other is performed, while processing for making the duty of the drive signals UL, VL, WL different from each other is performed.

図12は、前記デューティ領域におけるコンバータ制御部54での駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティの設定処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the duty setting process of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL in the converter control unit 54 in the duty region.

ステップS10において、基本デューティ決定部100(図2参照)は、統括制御部56から入力処理部104aを介して入力された2次電圧V2の目標値(目標電圧)と、電圧センサ61から入力処理部104bを介して入力された1次電圧V1と、電圧センサ63から入力処理部104cを介して入力された2次電圧V2とに基づいて、基本デューティを計算し、計算した基本デューティをPWM計算処理部118に出力する。なお、基本デューティ決定部100における基本デューティの計算方法については、既に説明したので、その詳細な説明については省略する。   In step S <b> 10, the basic duty determination unit 100 (see FIG. 2) performs the input process from the target value (target voltage) of the secondary voltage V <b> 2 input from the overall control unit 56 via the input processing unit 104 a and the voltage sensor 61. The basic duty is calculated based on the primary voltage V1 input via the unit 104b and the secondary voltage V2 input from the voltage sensor 63 via the input processing unit 104c, and the calculated basic duty is PWM calculated. The data is output to the processing unit 118. Since the basic duty calculation method in the basic duty determination unit 100 has already been described, detailed description thereof will be omitted.

次のステップS11において、PWM計算処理部118は、相ローテーション処理部116からの駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLの出力順序と、基本デューティ決定部100からの前記基本デューティとを用いて、各駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティを計算(設定)する。   In the next step S11, the PWM calculation processing unit 118 calculates the output order of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL from the phase rotation processing unit 116 and the basic duty from the basic duty determination unit 100. Using this, the duty of each drive signal UH, VH, WH, UL, VL, WL is calculated (set).

図13A及び図13Bは、前記ステップS11の処理について、一例として、降圧動作での3つの駆動信号UH、VH、WHに対するデューティの設定を模式的に示す説明図である。ここでは、駆動信号UH、駆動信号VH、駆動信号WHの順に継時的に(連続的に)コンバータ制御部54から上アームスイッチング素子81u〜81wに駆動信号UH、VH、WHが供給されるものとする。   FIG. 13A and FIG. 13B are explanatory diagrams schematically showing the setting of the duty with respect to the three drive signals UH, VH, and WH in the step-down operation as an example of the process of step S11. Here, the drive signals UH, VH, and WH are supplied from the converter control unit 54 to the upper arm switching elements 81u to 81w sequentially (continuously) in the order of the drive signal UH, the drive signal VH, and the drive signal WH. And

ステップS11において、PWM計算処理部118は、基本デューティを駆動信号VHのデューティ(目標デューティ)として設定し、次に、図13Aに示すように、駆動信号VHの前の信号である駆動信号UHのデューティを(基本デューティ−α)(α:所定値)に設定すると共に、駆動信号VHの後の信号である駆動信号WHのデューティを(基本デューティ+α)に設定するか、あるいは、図13Bに示すように、駆動信号UHのデューティを(基本デューティ+α)に設定すると共に、駆動信号WHのデューティを(基本デューティ−α)に設定する。   In step S11, the PWM calculation processing unit 118 sets the basic duty as the duty (target duty) of the drive signal VH, and then, as shown in FIG. 13A, the drive signal UH, which is a signal before the drive signal VH. The duty is set to (basic duty-α) (α: predetermined value), and the duty of the drive signal WH, which is a signal after the drive signal VH, is set to (basic duty + α), or as shown in FIG. 13B As described above, the duty of the drive signal UH is set to (basic duty + α), and the duty of the drive signal WH is set to (basic duty−α).

次に、ステップS12において、PWM計算処理部118は、各駆動信号UH、VH、WHのデューティに応じたオン時間(駆動信号UH、VH、WHのハイレベルの時間)を計算し、最後に、計算されたオン時間(のデジタルデータ)をデータ格納部120に出力する。ステップS13において、データ格納部120は、前記各オン時間のデジタルデータと前記出力順序(この場合は、駆動信号UH、駆動信号VH、駆動信号WHの出力順)とを対応付けて記憶する。   Next, in step S12, the PWM calculation processing unit 118 calculates the ON time (the high level time of the drive signals UH, VH, WH) according to the duty of each drive signal UH, VH, WH, and finally, The calculated on-time (digital data) is output to the data storage unit 120. In step S13, the data storage unit 120 stores the on-time digital data and the output order (in this case, the output order of the drive signal UH, the drive signal VH, and the drive signal WH) in association with each other.

ステップS14において、出力処理部106は、データ格納部120に格納されている前記各デジタルデータに基づいて駆動信号UH、VH、WHを生成し、生成した駆動信号UH、VH、WHを所定のタイミングで{例えば、タイマによって、スイッチング周期2πの3倍の処理周期(3×2π)を計時した後に}上アームスイッチング素子81u〜81wに供給する。   In step S14, the output processing unit 106 generates drive signals UH, VH, and WH based on the digital data stored in the data storage unit 120, and generates the generated drive signals UH, VH, and WH at a predetermined timing. {For example, after measuring a processing period (3 × 2π) that is three times the switching period 2π by a timer} is supplied to the upper arm switching elements 81u to 81w.

このようにしてデューティが設定された駆動信号UH、VH、WH(例えば、図13Aに示される駆動信号)を上アームスイッチング素子81u〜81wに供給すると、U相アームUA(上アームスイッチング素子81u)、V相アームVA(上アームスイッチング素子81v)及びW相アームWA(上アームスイッチング素子81w)毎の2次電圧V2の特性150、152、154(図14A参照)は、デューティの特性151、153、155(図14B参照)の変化に伴って電圧変動が発生しているが、これらの特性150、152、154を合成したDC/DCコンバータ36(図1参照)全体としての2次電圧V2の特性156は、図14Cに模式的に示すように、各特性150、152、154の電圧変動の凹凸が均された、デューティの特性157(図14D参照)の変化に伴って概ねリニアに減少する特性となる。   When the drive signals UH, VH, and WH (for example, the drive signals shown in FIG. 13A) with the duty set in this way are supplied to the upper arm switching elements 81u to 81w, the U-phase arm UA (upper arm switching element 81u) The characteristics 150, 152, 154 (see FIG. 14A) of the secondary voltage V2 for each of the V-phase arm VA (upper arm switching element 81v) and the W-phase arm WA (upper arm switching element 81w) are duty characteristics 151, 153. 155 (see FIG. 14B), voltage fluctuations occur. The DC / DC converter 36 (see FIG. 1) combining these characteristics 150, 152, and 154 has a secondary voltage V2 as a whole. As shown schematically in FIG. 14C, the characteristic 156 is obtained by leveling the unevenness of the voltage fluctuation of each characteristic 150, 152, 154. Generally a characteristic that decreases linearly with changes in the Yuti properties 157 (see FIG. 14D).

図13A及び図13Bでは、一例として、駆動信号UH、VH、WHに対して図12のステップS11の処理を行った場合について説明しているが、この実施形態では、前述したように、スイッチング周期2πの期間中に、駆動信号UHと駆動信号UL、駆動信号VHと駆動信号VL、駆動信号WHと駆動信号WLとがそれぞれ生成される。従って、駆動信号UH、VH、WHに対するデューティを(基本デューティ−α)、基本デューティ、(基本デューティ+α)に設定した場合に、PWM計算処理部118は、設定した駆動信号UH、VH、WHのデューティに対応して、駆動信号UL、VL、WLのデューティも設定する。なお、この場合には、駆動信号UL、VL、WLのデューティは、それぞれ、{100−(基本デューティ−α)}、(100−基本デューティ)、{100−(基本デューティ+α)}となる。また、駆動信号UH、VH、WHに対するデューティを(基本デューティ+α)、基本デューティ、(基本デューティ−α)に設定した場合には、駆動信号UL、VL、WLのデューティは、それぞれ、{100−(基本デューティ+α)}、(100−基本デューティ)、{100−(基本デューティ−α)}となる。   In FIGS. 13A and 13B, as an example, the case where the process of step S11 of FIG. 12 is performed on the drive signals UH, VH, and WH is described. However, in this embodiment, as described above, the switching cycle is performed. During the period of 2π, the drive signal UH and the drive signal UL, the drive signal VH and the drive signal VL, and the drive signal WH and the drive signal WL are generated, respectively. Therefore, when the duty with respect to the drive signals UH, VH, and WH is set to (basic duty-α), basic duty, and (basic duty + α), the PWM calculation processing unit 118 performs the setting of the set drive signals UH, VH, and WH. Corresponding to the duty, the duty of the drive signals UL, VL, WL is also set. In this case, the duty of the drive signals UL, VL, WL is {100− (basic duty−α)}, (100−basic duty), and {100− (basic duty + α)}, respectively. Further, when the duty for the drive signals UH, VH, and WH is set to (basic duty + α), basic duty, and (basic duty−α), the duty of the drive signals UL, VL, WL is {100− (Basic duty + α)}, (100−basic duty), {100− (basic duty−α)}.

すなわち、降圧動作の際に、図15又は図16に示す駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLをアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wに繰り返し供給して駆動させ、一方で、昇圧動作の際に、図17又は図18に示す駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLをアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wに繰り返し供給して駆動させる。   That is, during the step-down operation, the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL shown in FIG. 15 or FIG. 16 are repeatedly supplied to the arm switching elements 81u-81w, 82u-82w for driving, In the step-up operation, the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL shown in FIG. 17 or 18 are repeatedly supplied to the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w for driving.

図19A〜図19Cは、実際に、2次電圧V2の目標電圧を時間変化させて1次電圧V1に近づけたときの該2次電圧V2の変化を示すグラフであり、図20は、図19A〜図19Cのグラフを説明するための模式的なグラフである。   19A to 19C are graphs showing changes in the secondary voltage V2 when the target voltage of the secondary voltage V2 is actually changed over time and brought close to the primary voltage V1, and FIG. It is a typical graph for demonstrating the graph of FIG. 19C.

なお、図19A〜図19Cにおいて、左側のグラフは、前記デューティ領域において、図12の処理を適用しない場合(図8のタイムチャートに示す駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLがアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wに供給される場合)を示し、右側のグラフは、前記デューティ領域において、図12の処理を適用した場合(図13A〜図18に基づく駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLがアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wに供給される場合)を示している。また、図19Aは、2次電流I2(=I2A)が比較的低い場合であり、図19Bは、2次電流I2(=I2B)がI2Aよりも高い場合(I2A<I2B)であり、図19Cは、2次電流I2(=I2C)が比較的高い場合(I2A<I2B<I2C)を示している。さらに、図20は、図19A〜図19Cの左側のグラフを模式的に示すグラフである。   19A to 19C, the graphs on the left side show the case where the processing of FIG. 12 is not applied in the duty region (the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL shown in the time chart of FIG. 8 are armed). The graph on the right side shows the case where the processing of FIG. 12 is applied in the duty region (the drive signals UH, VH, based on FIGS. 13A to 18), when the switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are supplied. WH, UL, VL, and WL are supplied to the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w). 19A shows a case where the secondary current I2 (= I2A) is relatively low, and FIG. 19B shows a case where the secondary current I2 (= I2B) is higher than I2A (I2A <I2B). Indicates a case where the secondary current I2 (= I2C) is relatively high (I2A <I2B <I2C). Further, FIG. 20 is a graph schematically showing the graphs on the left side of FIGS. 19A to 19C.

図20で模式的に示すように、前記デューティ領域において、図12の処理を適用せず、互いに同一デューティの駆動信号UH、VH、WHを上アームスイッチング素子81u〜81wに繰り返し供給し、一方で、互いに同一デューティの駆動信号UL、VL、WLを下アームスイッチング素子82u〜82wに繰り返し供給すれば、2次電圧V2の目標電圧の特性196を時間変化させて1次電圧V1を示す一点鎖線198に近づけた際に、該特性196の変化に対して2次電圧V2の特性194が変動する。   As schematically shown in FIG. 20, in the duty region, the processing of FIG. 12 is not applied, and the drive signals UH, VH, and WH having the same duty are repeatedly supplied to the upper arm switching elements 81 u to 81 w, When the driving signals UL, VL, WL having the same duty are repeatedly supplied to the lower arm switching elements 82u to 82w, the one-dot chain line 198 indicating the primary voltage V1 by changing the characteristic 196 of the target voltage of the secondary voltage V2 over time. When the value approaches, the characteristic 194 of the secondary voltage V2 varies with respect to the change in the characteristic 196.

すなわち、図19A〜図19Cの左側のグラフに示すように、実際に、前記デューティ領域において、図12の処理を適用せず、互いに同一デューティの駆動信号UH、VH、WHを上アームスイッチング素子81u〜81wに繰り返し供給し、一方で、互いに同一デューティの駆動信号UL、VL、WLを下アームスイッチング素子82u〜82wに繰り返し供給した際に、目標電圧の特性174、182、190を時間変化させて1次電圧V1を示す一点鎖線176、184、192に近づけると、該特性174、182、190の変化に対して2次電圧V2の特性160、164、168が変動する。   That is, as shown in the left graphs of FIGS. 19A to 19C, the processing of FIG. 12 is not actually applied in the duty region, and the drive signals UH, VH, and WH having the same duty are applied to the upper arm switching element 81u. -81w is repeatedly supplied. On the other hand, when the drive signals UL, VL, WL having the same duty are repeatedly supplied to the lower arm switching elements 82u-82w, the target voltage characteristics 174, 182 and 190 are changed over time. When approaching the alternate long and short dash lines 176, 184, and 192 indicating the primary voltage V1, the characteristics 160, 164, and 168 of the secondary voltage V2 vary with respect to changes in the characteristics 174, 182, and 190.

これに対して、図19A〜図19Cの右側のグラフに示すように、前記デューティ領域において、図12の処理を適用して、互いに異なるデューティの駆動信号UH、VH、WHを上アームスイッチング素子81u〜81wに繰り返し供給し、一方で、互いに異なるデューティの駆動信号UL、VL、WLを下アームスイッチング素子82u〜82wに繰り返し供給すれば、目標電圧の特性170、178、186を時間変化させて1次電圧V1を示す一点鎖線172、180、188に近づけた際に、該特性170、178、186の変化に対する2次電圧V2の特性158、162、166での電圧変動は、確実に抑制される。   On the other hand, as shown in the graphs on the right side of FIGS. 19A to 19C, in the duty region, the processing of FIG. 12 is applied to drive the drive signals UH, VH, and WH having different duties to the upper arm switching element 81u. If the drive signals UL, VL, WL having different duties are repeatedly supplied to the lower arm switching elements 82u-82w, the target voltage characteristics 170, 178, 186 are changed with time to 1 When approaching the alternate long and short dash lines 172, 180, and 188 indicating the secondary voltage V1, voltage fluctuations in the secondary voltage V2 characteristics 158, 162, and 166 with respect to changes in the characteristics 170, 178, and 186 are reliably suppressed. .

従って、DC/DCコンバータ36での電圧変換が不安定となる前記デューティ領域を含めた全てのデューティの領域において、駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLに対して図12の処理を適用することにより、アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオン動作を確実に行わせて、前記電圧変換を安定に行うことが可能となる。   Accordingly, the processing of FIG. 12 is performed on the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL in all duty regions including the duty region where the voltage conversion in the DC / DC converter 36 becomes unstable. As a result, the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w can be reliably turned on, and the voltage conversion can be performed stably.

なお、上記の説明では、コンバータ制御部54は、前記デューティ領域を含めた全てのデューティの領域において、駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLに対して図12の処理を行っているが、前記デューティ領域以外のデューティ領域(オン時間が最小オン時間を上回るか、あるいは、オフ時間が最小オン時間を上回るようなデューティの領域)において、DC/DCコンバータ36での不安定な電圧変換が特に問題とならない場合には、前記デューティ領域に対してのみ図12の処理に基づいて各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wを駆動し、一方で、前記デューティ領域以外のデューティの領域では、互いに同一の基本デューティの駆動信号UH、VH、WHにて上アームスイッチング素子81u〜81wを駆動すると共に、互いに同一の基本デューティの駆動信号UL、VL、WLにて下アームスイッチング素子82u〜82wを駆動してもよい。   In the above description, the converter control unit 54 performs the process of FIG. 12 on the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL in all duty regions including the duty region. Is unstable voltage conversion by the DC / DC converter 36 in a duty region other than the duty region (duty region in which the on time exceeds the minimum on time or the off time exceeds the minimum on time). Is not particularly problematic, the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are driven only for the duty region based on the process of FIG. 12, while in the duty region other than the duty region, The upper arm switching elements 81u to 81 with drive signals UH, VH, WH having the same basic duty. It drives the drive signal UL for the same basic duty each other, VL, may drive the lower arm switching element 82u~82w at WL.

この場合、例えば、図12のステップS11において、前記基本デューティが前記デューティ領域のデューティであるか否かの判定処理を行って、前記基本デューティが前記デューティ領域内のデューティであると判定したときにデューティをばらつかせる処理を行い、一方で、前記基本デューティが前記デューティ領域内のデューティではない(前記デューティ領域以外のデューティである)と判定したときに基本デューティにて各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wを駆動するための処理を行う。   In this case, for example, when it is determined in step S11 in FIG. 12 whether or not the basic duty is a duty in the duty region, and it is determined that the basic duty is a duty in the duty region. On the other hand, when the basic duty is determined not to be a duty within the duty region (a duty other than the duty region), the arm switching elements 81u to 81w are operated with the basic duty. , 82u to 82w are driven.

以上説明したように上述した実施形態によれば、前記デューティ領域を含む全てのデューティの領域において、目標電圧が同一の電圧値であっても、目標オン時間(目標電圧に応じたアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオン時間)に応じた基本デューティ(目標デューティ)を中心とし、この基本デューティによるアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wの駆動(オン)の前後におけるデューティを、前記基本デューティから意図的にαだけずらした(オン時間を意図的にばらつかせた)デューティに設定し、前記基本デューティ及び前記前後のデューティ{(基本デューティ+α)、(基本デューティ−α)}によりアームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wを駆動(オン)するようにしている。   As described above, according to the above-described embodiment, even if the target voltage has the same voltage value in all duty regions including the duty region, the target on-time (the arm switching element 81u corresponding to the target voltage). The duty before and after the driving (on) of the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w by the basic duty is centered on the basic duty (target duty) according to the on-time of .about.81w and 82u to 82w). The duty is intentionally shifted from the duty by α (the ON time is intentionally varied), and the arm is set by the basic duty and the front and rear duty {(basic duty + α), (basic duty−α)}. The switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are driven (turned on). It is.

これにより、DC/DCコンバータ36の出力電圧(例えば、2次電圧V2)の電圧変動が抑制され、アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオン動作又はオフ動作が確実に行われるので、この結果、デューティに対応する電圧(例えば、2次電圧V2の目標値)からずれた出力電圧がDC/DCコンバータ36から出力されることを確実に防止することが可能となる。従って、この実施形態は、アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのオン時間又はオフ時間が最小オン時間又は最小オフ時間を下回る、前記デューティ領域での2次電圧V2の電圧変動の抑制に対して好適である。   Thereby, the voltage fluctuation of the output voltage (for example, secondary voltage V2) of the DC / DC converter 36 is suppressed, and the on / off operation of the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w is surely performed. As a result, it is possible to reliably prevent the output voltage deviated from the voltage corresponding to the duty (for example, the target value of the secondary voltage V2) from being output from the DC / DC converter 36. Therefore, in this embodiment, the on-time or off-time of the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w is less than the minimum on-time or the minimum off-time. It is preferable.

また、アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82w間で最小オン時間及び最小オフ時間のばらつきがあっても、該ばらつきを考慮してデューティを設定し、前記設定したデューティに基づいて各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wをオン又はオフすることで、DC/DCコンバータ36での電圧変換を安定に行うことができる。   Further, even if there is a variation in the minimum on time and the minimum off time between the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w, the duty is set in consideration of the variation, and each arm switching element is set based on the set duty. By turning on or off 81u to 81w and 82u to 82w, voltage conversion in the DC / DC converter 36 can be performed stably.

従って、この実施形態では、図3に一点鎖線の太線で示す直結状態(V1≒V2)近傍のデューティ領域における2次電圧V2の変動を確実に抑制することができる。前述したように、直結状態近傍では、DC/DCコンバータ36により変換されたバッテリ24からのバッテリ電流Ibatによる2次電流I2を発電電流Ifに加算させてモータ26にモータ電流Imとして供給するが、この領域では、発電電圧Vfの僅かな変化に対して発電電流Ifが大きく変化するので、駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティを意図的にばらつかせて2次電圧V2の変動を確実に抑制させることにより、この実施形態は、DC/DCコンバータ36に対するより安定且つ正確な電圧変換が要求される前記直結状態近傍でのモータ電流Imの供給に好適に適用可能である。   Therefore, in this embodiment, the fluctuation of the secondary voltage V2 in the duty region in the vicinity of the direct connection state (V1≈V2) shown by the thick dashed line in FIG. 3 can be reliably suppressed. As described above, in the vicinity of the direct connection state, the secondary current I2 by the battery current Ibat from the battery 24 converted by the DC / DC converter 36 is added to the generated current If and supplied to the motor 26 as the motor current Im. In this region, the generated current If greatly changes with a slight change in the generated voltage Vf. Therefore, the duty of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL is intentionally varied to cause the secondary voltage V2 to vary. This embodiment can be suitably applied to the supply of the motor current Im in the vicinity of the direct connection state where more stable and accurate voltage conversion is required for the DC / DC converter 36. .

また、燃料電池車両20との関連において、この実施形態の効果についてさらに付言すれば、前記直結状態近傍で、燃料電池22のみから発電電流Ifを供給し続けると、僅かの電圧の変化に対して電流が大きく変動し、この電流変動に対応して燃料電池22に供給する水素の供給量を増減させると、燃料電池車両20の燃費悪化や、燃料電池22の出力低下及び寿命低下の原因となる。また、前記直結状態近傍で、DC/DCコンバータ36に対して同一デューティの駆動信号のみ供給すると、前述したDC/DCコンバータ36の不安定な電圧変換(電圧変動)が発生する。このような不安定な電圧変換の状況下でも、DC/DCコンバータ36は、前記電圧変動や前記電流変動(電力変動)に対応して、バッテリ24から電力の入出力を調整する必要がある。この結果、DC/DCコンバータ36における前記調整に起因した損失の発生や、燃料電池車両20のさらなる燃費悪化につながるおそれがある。   Further, in the context of the fuel cell vehicle 20, the effect of this embodiment will be further described. If the power generation current If is continuously supplied only from the fuel cell 22 in the vicinity of the direct connection state, a slight change in voltage will be prevented. If the current fluctuates greatly and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 22 is increased or decreased in response to the current variation, the fuel consumption of the fuel cell vehicle 20 is deteriorated, the output of the fuel cell 22 is reduced, and the life is shortened. . Further, when only a drive signal having the same duty is supplied to the DC / DC converter 36 in the vicinity of the direct connection state, the above-described unstable voltage conversion (voltage fluctuation) of the DC / DC converter 36 occurs. Even under such unstable voltage conversion conditions, the DC / DC converter 36 needs to adjust the input / output of power from the battery 24 in response to the voltage fluctuation or the current fluctuation (power fluctuation). As a result, there is a possibility that loss due to the adjustment in the DC / DC converter 36 may occur and fuel consumption of the fuel cell vehicle 20 may be further deteriorated.

これに対して、この実施形態では、前述したように、駆動信号UH、VH、WH、UL、VL、WLのデューティを意図的にばらつかせて2次電圧V2の変動を確実に抑制し、DC/DCコンバータ36での電圧変換をより安定に行わせることができるので、前記直結状態近傍におけるDC/DCコンバータ36での損失の発生や燃料電池車両20の燃費悪化を回避することが可能となる。   On the other hand, in this embodiment, as described above, the duty of the drive signals UH, VH, WH, UL, VL, WL is intentionally varied to reliably suppress the fluctuation of the secondary voltage V2, Since the voltage conversion in the DC / DC converter 36 can be performed more stably, it is possible to avoid the occurrence of loss in the DC / DC converter 36 in the vicinity of the direct connection state and the deterioration of the fuel consumption of the fuel cell vehicle 20. Become.

また、この実施形態において、コンバータ制御部54は、前のデューティ、基本デューティ及び後のデューティの順に前記各デューティを繰り返し設定する際に、前記前のデューティと前記後のデューティとを互いに異なるデューティ、すなわち、(基本デューティ+α)を前記前のデューティに設定すると共に、(基本デューティ−α)を前記後のデューティに設定するか、あるいは、(基本デューティ−α)を前記前のデューティに設定すると共に、(基本デューティ+α)を前記後のデューティに設定してもよい。これにより、基本デューティに応じた目標オン時間Aに対して前記前後のデューティに応じたオン時間は、前記目標オン時間Aに対してαに相当する時間分だけずれたオン時間B、Cとなり、この結果、アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wは、例えば、…、A、B、C、A、B、C、…の順にオンするので、2次電圧V2の電圧変動を効率よく抑制することができる。   Further, in this embodiment, when the converter control unit 54 repeatedly sets the respective duties in the order of the previous duty, the basic duty, and the subsequent duty, the previous duty and the subsequent duty are different from each other, That is, (basic duty + α) is set to the previous duty and (basic duty−α) is set to the subsequent duty, or (basic duty−α) is set to the previous duty. , (Basic duty + α) may be set to the subsequent duty. Thus, the on-time corresponding to the preceding and following duty with respect to the target on-time A corresponding to the basic duty becomes the on-time B and C shifted by a time corresponding to α with respect to the target on-time A, As a result, the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w are turned on in the order of, for example,..., A, B, C, A, B, C,. be able to.

さらに、コンバータ制御部54は、前のデューティ、基本デューティ及び後のデューティの順に前記各デューティを繰り返し設定する際に、繰り返される基本デューティについて、それぞれ、(基本デューティ+α)を基本デューティに対する前後のデューティのうち一方のデューティに設定すると共に、(基本デューティα)を他方のデューティに設定してもよい。これにより、目標オン時間Aに対して一方のオン時間をB、他方のオン時間をCとすると、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wは、例えば、…、A、B、A、C、A、B、…の順にオンするので、この場合でも、2次電圧V2の電圧変動を効率よく抑制することができる。   Further, when the converter control unit 54 repeatedly sets each duty in the order of the previous duty, the basic duty, and the subsequent duty, for the basic duty to be repeated, the (basic duty + α) is set to the duty before and after the basic duty, respectively. May be set to one duty, and (basic duty α) may be set to the other duty. Thus, assuming that one on time is B and the other on time is C with respect to the target on time A, each of the arm switching elements 81u to 81w, 82u to 82w is, for example, A, B, A, C , A, B,... Are turned on in this order, so that even in this case, voltage fluctuation of the secondary voltage V2 can be efficiently suppressed.

さらに、この実施形態において、コンバータ制御部54は、3相アームからなるDC/DCコンバータ36の相アームUA〜WAをオンする際、図5〜図7を参照して説明したように、3相アームを構成するUVW相アームUA〜WAを交替してオンし、交替してオンする際、ある相アーム、例えば、U相アームUAの上アームスイッチング素子81uをオンした(図5〜図7参照)後、U相アームUAの下アームスイッチング素子82uをオンし(図7参照)、その後、次の相であるV相アームVAの上アームスイッチング素子81vをオンした後(図5〜図7参照)、V相アームVAの下アームスイッチング素子82vの順にオンする(図7参照)というように、スイッチングタイミングをローテーションしている。   Further, in this embodiment, when the converter control unit 54 turns on the phase arms UA to WA of the DC / DC converter 36 including the three-phase arms, as described with reference to FIGS. The UVW phase arms UA to WA constituting the arm are alternately turned on, and when the alternate turn on is performed, a certain phase arm, for example, the upper arm switching element 81u of the U phase arm UA is turned on (see FIGS. 5 to 7). After that, the lower arm switching element 82u of the U-phase arm UA is turned on (see FIG. 7), and then the upper arm switching element 81v of the V-phase arm VA which is the next phase is turned on (see FIGS. 5 to 7). ), The switching timing is rotated so that the lower arm switching element 82v is turned on in the order of the V-phase arm VA (see FIG. 7).

すなわち、3相アームをU相オン→V相オン→W相オン→U相オン…とローテーションしてスイッチングするローテーションスイッチングでは、一時に1つの上アームスイッチング素子81又は下アームスイッチング素子82のみをオンするようにしているので、上アームスイッチング素子81及び下アームスイッチング素子82を放熱板上に配置した場合に、放熱経路の重なり部分(前記放熱板の表面積をオーバーラップして使用する部分)が発生しないことから放熱性が向上する。その結果、前記6in1モジュールの小型・軽量化が図れる。   That is, in the rotation switching in which the three-phase arm is rotated by switching from the U-phase ON to the V-phase ON to the W-phase ON to the U-phase ON, only one upper arm switching element 81 or the lower arm switching element 82 is turned ON at a time. Therefore, when the upper arm switching element 81 and the lower arm switching element 82 are arranged on the heat sink, an overlapping portion of the heat dissipation path (a portion where the surface area of the heat sink overlaps) is generated. This improves heat dissipation. As a result, the 6in1 module can be reduced in size and weight.

従って、上述した実施形態によれば、上アームスイッチング素子81(81u〜81w)と下アームスイッチング素子82(82u〜82w)とが同時にオンすることがなく、且つ異なる相アームUA〜WAが同時にオンすることもないので、常時、多くても1つのアームスイッチング素子(スイッチング素子)がオン状態とされるのみである。よって、放熱性に優れる(放熱設計が容易である)。   Therefore, according to the above-described embodiment, the upper arm switching element 81 (81u to 81w) and the lower arm switching element 82 (82u to 82w) are not simultaneously turned on, and different phase arms UA to WA are simultaneously turned on. Therefore, at most one arm switching element (switching element) is always turned on. Therefore, it has excellent heat dissipation (heat dissipation design is easy).

また、この実施形態では、相アームUA〜WAを交替してオンするが、相アームUA〜WAを交替してオンするとき、相アームUA〜WAを構成する上アームスイッチング素子81(81u、81v、81wのいずれか)又は下アームスイッチング素子82(82u、82v、82wのいずれか)のいずれか一方をオンするように制御する。   In this embodiment, the phase arms UA to WA are switched on and turned on. However, when the phase arms UA to WA are switched on, the upper arm switching elements 81 (81u, 81v) constituting the phase arms UA to WA are switched on. , 81w) or the lower arm switching element 82 (any one of 82u, 82v, 82w) is controlled to turn on.

また、上記した、…、A、B、A、C、A、B、…の順に各相アームUA〜WAをオンすることで、各相アームUA〜WAにおけるオン時間が均等にばらつくことになる。この結果、各相アームUA〜WAの上アームスイッチング素子81(81u、81v、81w)及び下アームスイッチング素子82(82u、82v、82w)間での最小オン時間及び最小オフ時間のばらつきに起因した各相アームUA〜WA間での温度分布の偏りが低減される。   Further, by turning on each of the phase arms UA to WA in the above-described order of A, B, A, C, A, B,..., The ON time in each of the phase arms UA to WA varies evenly. . As a result, each phase arm UA to WA is caused by variations in the minimum on-time and the minimum off-time between the upper arm switching element 81 (81u, 81v, 81w) and the lower arm switching element 82 (82u, 82v, 82w). Uneven temperature distribution among the phase arms UA to WA is reduced.

なお、多相アームを構成する相アームUA〜WAを交替してオンする際、ある相の上アームスイッチング素子81u〜81wと下アームスイッチング素子82u〜82wとを順序を問わずに交互にオンした後、次の相アームの上アームスイッチング素子81u〜81wと下アームスイッチング素子82u〜82wとを順序を問わずに交互にオンすることができる。また相アームUA〜WAを交替でオンする際、1スイッチング周期2π毎に交替してオンするように制御することで制御が容易になる。2スイッチング周期4π以上の周期毎に相アームUA〜WAを交替でオンするように制御してもよい。   When the phase arms UA to WA constituting the multiphase arm are alternately turned on, the upper arm switching elements 81u to 81w and the lower arm switching elements 82u to 82w of a certain phase are alternately turned on regardless of the order. Thereafter, the upper arm switching elements 81u to 81w and the lower arm switching elements 82u to 82w of the next phase arm can be alternately turned on regardless of the order. Further, when the phase arms UA to WA are turned on alternately, the control is facilitated by performing control so that the phase arms UA to WA are alternately turned on every switching cycle 2π. Control may be made so that the phase arms UA to WA are alternately turned on every two switching cycles of 4π or more.

この結果、上アームスイッチング素子81u〜81w及び下アームスイッチング素子82u〜82w間で最小オン時間及び最小オフ時間のばらつきがあっても、該ばらつきを考慮してデューティを設定し、上記した順に前記設定したデューティに基づいて各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wをオンすることで、DC/DCコンバータ36での電圧変換を安定に行うことができる。   As a result, even if there is a variation in the minimum on-time and the minimum off-time between the upper arm switching elements 81u to 81w and the lower arm switching elements 82u to 82w, the duty is set in consideration of the variation, and the setting is performed in the order described above. The DC / DC converter 36 can stably perform voltage conversion by turning on the arm switching elements 81u to 81w and 82u to 82w based on the duty.

さらに、1スイッチング周期2π中に、上アームスイッチング素子81及び(又は)下アームスイッチング素子82u〜82wを複数回オンしてもよい。   Further, the upper arm switching element 81 and / or the lower arm switching elements 82u to 82w may be turned on a plurality of times during one switching period 2π.

さらにまた、コンバータ制御部54は、各相アームUA〜WAのうち所定の相アームを基本デューティに対応するオン時間で駆動する相アームに固定すると共に、他の相アームを前記ばらつかせたデューティ{前後のデューティとしての(基本デューティ+α)及び(基本デューティ−α)}に対応するオン時間で駆動する相アームに固定することも可能である。これにより、例えば、各相アームUA〜WAが前述した、…、A、B、C、A、B、C、…の順にオンする際に、A、B、Cでそれぞれオンする相をコンバータ制御部54側で簡単に固定することができる。   Furthermore, the converter control unit 54 fixes a predetermined phase arm among the phase arms UA to WA to a phase arm that is driven with an on-time corresponding to the basic duty, and the other phase arm has the duty that is varied. It is also possible to fix to a phase arm that is driven with an on-time corresponding to {basic duty + α) and (basic duty−α)} as the front and rear duty. Thus, for example, when each of the phase arms UA to WA is turned on in the above-described order, A, B, C, A, B, C,. It can be easily fixed on the part 54 side.

なお、この実施形態では、3相のDC/DCコンバータ36ではなく、図21に示すように、1相のDC/DCコンバータ36Aとした燃料電池車両20Aにも適用することができる。1相に限らず、2相以上の複数の相であっても、この実施形態を適用することができる。   Note that this embodiment can be applied not to the three-phase DC / DC converter 36 but to the fuel cell vehicle 20A as a one-phase DC / DC converter 36A as shown in FIG. This embodiment can be applied not only to one phase but also to a plurality of phases of two or more phases.

1相のDC/DCコンバータ36Aの場合には、コンバータ制御部54は、前記デューティ領域において、図22のステップS15に示すように、図12のステップS11の処理に代えて、1相分につき、基本デューティを中心とした前後のデューティに対して、一方のデューティを(基本デューティ+α)に設定すると共に他方のデューティを(基本デューティ−α)に設定するか、あるいは、一方のデューティを(基本デューティ−α)に設定すると共に他方のデューティを(基本デューティ+α)に設定する。   In the case of the one-phase DC / DC converter 36A, the converter control unit 54 replaces the processing in step S11 in FIG. 12 with respect to one phase as shown in step S15 in FIG. One duty is set to (basic duty + α) and the other duty is set to (basic duty-α) with respect to the duty before and after the basic duty, or one duty is set to (basic duty) −α) and the other duty is set to (basic duty + α).

図23Aは、ステップS15の処理を行わない場合(デューティのばらつきがない場合)の駆動信号UH又はULのタイムチャートを示し、図23B及び図23Cは、ステップS15の処理を行った場合(デューティのばらつきがある場合)の駆動信号UH又はULのタイムチャートを示している。   FIG. 23A shows a time chart of the drive signal UH or UL when the process of step S15 is not performed (when there is no variation in duty), and FIGS. 23B and 23C show the case where the process of step S15 is performed (the duty cycle). A time chart of the drive signal UH or UL when there is a variation) is shown.

図23Aに示す駆動信号UH又はULのタイムチャートにおいて、駆動信号UH又はULのデューティが前述の直結状態の近傍のデューティ領域の範囲内にある場合に、同一のデューティの駆動信号UH又はULをアームスイッチング素子81u、82uに供給すると、図10A及び図10Cに示す2次電圧V2の電圧変動が発生する。   In the time chart of the drive signal UH or UL shown in FIG. 23A, when the duty of the drive signal UH or UL is within the range of the duty region in the vicinity of the direct connection state, the drive signal UH or UL having the same duty is armed. When supplied to the switching elements 81u and 82u, a voltage fluctuation of the secondary voltage V2 shown in FIGS. 10A and 10C occurs.

これに対して、図23Bに示す駆動信号UH又はULのタイムチャートにおいて、駆動信号UH又はULのデューティについて、あるデューティを基本デューティに設定し、前記基本デューティの前のデューティを(基本デューティ+α)に設定すると共に前記基本デューティの後のデューティを(基本デューティ−α)に設定するか、あるいは、図23Cに示すように、あるデューティを基本デューティに設定し、前記基本デューティの前のデューティを(基本デューティ−α)に設定すると共に前記基本デューティの後のデューティを(基本デューティ+α)に設定することで、3相のDC/DCコンバータ36の場合と同様に、2次電圧V2の電圧変動を確実に抑制することができる。   On the other hand, in the time chart of the drive signal UH or UL shown in FIG. 23B, for the duty of the drive signal UH or UL, a certain duty is set as the basic duty, and the duty before the basic duty is (basic duty + α). And the duty after the basic duty is set to (basic duty−α), or, as shown in FIG. 23C, a certain duty is set to the basic duty, and the duty before the basic duty is set to ( In the same manner as in the case of the three-phase DC / DC converter 36, the voltage fluctuation of the secondary voltage V2 can be reduced by setting the basic duty−α) and setting the duty after the basic duty to (basic duty + α). It can be surely suppressed.

また、この実施形態では、燃料電池車両20、20Aではなく、図24に示すように、バッテリ駆動車両(電気自動車)21に適用することもできる。勿論、エンジンとバッテリとモータとを搭載した、いわゆるパラレル方式又はシリーズパラレル方式のハイブリッド自動車にも適用することもできる。   In this embodiment, the present invention can be applied not to the fuel cell vehicles 20 and 20A but to a battery-driven vehicle (electric vehicle) 21 as shown in FIG. Of course, the present invention can also be applied to a so-called parallel or series-parallel hybrid vehicle equipped with an engine, a battery, and a motor.

さらに、モータ26は、車両用に限らない。例えば、エレベータ昇降用等のモータにも適用することもできる。   Furthermore, the motor 26 is not limited to the vehicle. For example, the present invention can also be applied to a motor for raising and lowering an elevator.

さらにまた、図25に示すように、インバータ34を単相の負荷35に代替する他、モータ制御部52を負荷制御部53に代替し、イグニッションスイッチ65を電源スイッチ65aに代替し、各種センサ66a、67a、68aに代替した燃料電池システム20Bに適用することもできる。統括制御部56は、コンバータ制御部54を通じてVCU23を制御し、結果として負荷電流ILを制御する。   Furthermore, as shown in FIG. 25, the inverter 34 is replaced with a single-phase load 35, the motor controller 52 is replaced with a load controller 53, the ignition switch 65 is replaced with a power switch 65a, and various sensors 66a. , 67a, 68a can be applied to the fuel cell system 20B. The overall control unit 56 controls the VCU 23 through the converter control unit 54, and as a result, controls the load current IL.

また、図26に示すように、UVW各相アームUA〜UWの中点にそれぞれリアクトル90u、90v、90wを接続した3個のリアクトル90u、90v、90wを利用するDC/DCコンバータ36Bも用いることもできる。   In addition, as shown in FIG. 26, a DC / DC converter 36B that uses three reactors 90u, 90v, and 90w in which the reactors 90u, 90v, and 90w are connected to the midpoints of the UVW phase arms UA to UW, respectively, is also used. You can also.

さらに、この実施形態は、DC/DCコンバータ36が上アームスイッチング素子81u及びダイオード84uの直列回路にて構成され、DC/DCコンバータ装置23が前述した降圧動作のみ行う燃料電池車両20や、DC/DCコンバータ36がダイオード83u及び下アームスイッチング素子82uの直列回路にて構成され、DC/DCコンバータ装置23が前述した昇圧動作のみ行う燃料電池車両20にも適用可能である。   Furthermore, in this embodiment, the DC / DC converter 36 is configured by a series circuit of an upper arm switching element 81u and a diode 84u, and the DC / DC converter device 23 performs only the above-described step-down operation. The DC converter 36 is configured by a series circuit of a diode 83u and a lower arm switching element 82u, and the DC / DC converter device 23 can also be applied to the fuel cell vehicle 20 that performs only the boosting operation described above.

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the content described in this specification.

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。1 is a circuit diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. 図1のコンバータ制御部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the converter control part of FIG. 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。It is explanatory drawing of the current-voltage characteristic of a fuel cell. 燃料電池車両に搭載されたDC/DCコンバータ装置の基本制御のフローチャートである。It is a flowchart of the basic control of the DC / DC converter apparatus mounted in the fuel cell vehicle. DC/DCコンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage fall operation | movement of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の昇圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage rise operation of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の昇降圧動作の遷移を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the transition of the step-up / step-down operation of the DC / DC converter device. DC/DCコンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage fall operation | movement of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の昇圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage rise operation of a DC / DC converter apparatus. 図10A及び図10Cは、昇圧動作での2次電圧の変化を示すグラフであり、図10B及び図10Dは、昇圧動作でのデューティの変化を示すグラフである。10A and 10C are graphs showing changes in the secondary voltage in the boosting operation, and FIGS. 10B and 10D are graphs showing changes in the duty in the boosting operation. アームスイッチング素子における最小オン時間及び最小オフ時間を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the minimum on time and the minimum off time in an arm switching element. 図1のコンバータ制御部における駆動信号のデューティの設定処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a setting process of a duty of a drive signal in the converter control unit of FIG. 1. 図13A及び図13Bは、降圧動作での駆動信号のデューティの設定を模式的に示す説明図である。13A and 13B are explanatory diagrams schematically illustrating setting of the duty of the drive signal in the step-down operation. 図14Aは、デューティ設定後の各相アームの2次電圧の変化を示すグラフであり、図14Bは、図14Aの2次電圧の目標電圧に対応するデューティの変化を示すグラフであり、図14Cは、DC/DCコンバータ全体の2次電圧の変化を示すグラフであり、図14Dは、図14Cの2次電圧の目標電圧に対応するデューティの変化を示すグラフである。14A is a graph showing changes in the secondary voltage of each phase arm after the duty is set, and FIG. 14B is a graph showing changes in the duty corresponding to the target voltage of the secondary voltage in FIG. 14A. FIG. 14D is a graph showing changes in the secondary voltage of the entire DC / DC converter, and FIG. 14D is a graph showing changes in the duty corresponding to the target voltage of the secondary voltage in FIG. 14C. DC/DCコンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage fall operation | movement of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage fall operation | movement of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の昇圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage rise operation of a DC / DC converter apparatus. DC/DCコンバータ装置の昇圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of the pressure | voltage rise operation of a DC / DC converter apparatus. 図19A〜図19Cは、目標電圧の変化に対する2次電圧V2の変化を示すグラフである。19A to 19C are graphs showing changes in the secondary voltage V2 with respect to changes in the target voltage. 図19A〜図19Cのグラフを説明するための模式的なグラフである。It is a typical graph for demonstrating the graph of FIG. 19A-FIG. 19C. 1相のDC/DCコンバータ装置を備える燃料電池車両の回路図である。1 is a circuit diagram of a fuel cell vehicle including a one-phase DC / DC converter device. FIG. 図21のDC/DCコンバータ装置でのコンバータ制御部における駆動信号のデューティの設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of the duty of the drive signal in the converter control part in the DC / DC converter apparatus of FIG. 図23Aは、図22のデューティの設定処理が行われていない場合の駆動信号のタイムチャートであり、図23B及び図23Cは、図22のデューティの設定処理が行われた場合の駆動信号のタイムチャートである。23A is a time chart of the drive signal when the duty setting process of FIG. 22 is not performed, and FIGS. 23B and 23C are the time of the drive signal when the duty setting process of FIG. 22 is performed. It is a chart. バッテリ駆動車両の回路図である。It is a circuit diagram of a battery drive vehicle. 燃料電池システムの回路図である。It is a circuit diagram of a fuel cell system. 3個のリアクトルを有するDC/DCコンバータ装置を搭載した燃料電池車両の回路図である。It is a circuit diagram of the fuel cell vehicle carrying the DC / DC converter apparatus which has three reactors.

符号の説明Explanation of symbols

20…燃料電池車両 22…燃料電池
23…DC/DCコンバータ装置(VCU)
24…蓄電装置(バッテリ) 26…モータ
34…インバータ 36…DC/DCコンバータ
54…コンバータ制御部
81(81u〜81w)…上アームスイッチング素子
82(82u〜82w)…下アームスイッチング素子
83u、83v、83w、84u、84v、84w…ダイオード
90、90u、90v、90w…リアクトル
91…燃料電池出力特性(電流電圧特性)
100…基本デューティ決定部 102…駆動デューティ設定部
108…減算部 110…PID処理部
112…除算部 114…加算部
116…相ローテーション処理部 118…PWM計算処理部
120…データ格納部 UA…U相アーム
VA…V相アーム WA…W相アーム
UH、UL、VH、VL、WH、WL…駆動信号
20 ... Fuel cell vehicle 22 ... Fuel cell 23 ... DC / DC converter unit (VCU)
24 ... Power storage device (battery) 26 ... Motor 34 ... Inverter 36 ... DC / DC converter 54 ... Converter control unit 81 (81u-81w) ... Upper arm switching element 82 (82u-82w) ... Lower arm switching elements 83u, 83v, 83w, 84u, 84v, 84w ... Diode 90, 90u, 90v, 90w ... Reactor 91 ... Fuel cell output characteristics (current-voltage characteristics)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Basic duty determination part 102 ... Drive duty setting part 108 ... Subtraction part 110 ... PID processing part 112 ... Dividing part 114 ... Addition part 116 ... Phase rotation processing part 118 ... PWM calculation processing part 120 ... Data storage part UA ... U phase Arm VA ... V-phase arm WA ... W-phase arm UH, UL, VH, VL, WH, WL ... Drive signal

Claims (16)

少なくとも1つのスイッチング素子を有し、
所定の目標デューティと、該目標デューティを中心にばらつかせた、前記目標デューティの前後のデューティとに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
Having at least one switching element;
The DC / DC converter, wherein the switching element is driven at each on-time corresponding to a predetermined target duty and a duty before and after the target duty, which is varied around the target duty.
請求項1記載のDC/DCコンバータにおいて、
前記前のデューティと前記後のデューティとは、互いに異なるデューティであり、
前記前のデューティ、前記目標デューティ及び前記後のデューティの順に繰り返し前記スイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
The DC / DC converter according to claim 1, wherein
The previous duty and the subsequent duty are different from each other,
The DC / DC converter, wherein the switching element is driven repeatedly in the order of the preceding duty, the target duty, and the following duty.
請求項1記載のDC/DCコンバータにおいて、
前記前のデューティと前記後のデューティとは、互いに異なるデューティであり、
前記前のデューティの前後と、前記後のデューティの前後とをそれぞれ前記目標デューティとして、前記各デューティに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
The DC / DC converter according to claim 1, wherein
The previous duty and the subsequent duty are different from each other,
The DC / DC converter, wherein the switching element is driven at each on-time corresponding to each duty, with the front and rear of the previous duty and the front and back of the subsequent duty as the target duty, respectively.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記目標デューティを設定し、前記前後のデューティを該目標デューティを中心にばらつかせたデューティに設定し、前記目標デューティ及び前記ばらつかせたデューティに対応する各オン時間で前記スイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter according to any one of claims 1 to 3, and a control unit that drives the switching element,
The control unit sets the target duty, sets the front and rear duty to a duty that varies around the target duty, and at each on-time corresponding to the target duty and the varied duty. A DC / DC converter device characterized by driving a switching element.
請求項4記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記DC/DCコンバータは、第1電力装置と第2電力装置との間に、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子からなる複数の相アームが並列的に接続された多相アームを有し、
前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンすると共に、前記相アームをオンする際に、該相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の一方をオンするか交互にオンする
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter device according to claim 4,
The DC / DC converter has a multiphase arm in which a plurality of phase arms composed of an upper arm switching element and a lower arm switching element are connected in parallel between a first power device and a second power device,
Whether the control unit alternately turns on the plurality of phase arms and turns on one of the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm when turning on the phase arm. A DC / DC converter device characterized by being turned on alternately.
請求項5記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンする際に、ある相アームの前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子とを順序を問わずに交互にオンさせた後に、次の相アームの前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子とを順序を問わずに交互にオンする
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter apparatus according to claim 5, wherein
When the control unit alternately turns on the plurality of phase arms, the control unit alternately turns on the upper arm switching element and the lower arm switching element of a certain phase arm in any order. The DC / DC converter device, wherein the upper arm switching element and the lower arm switching element of the phase arm are alternately turned on regardless of the order.
請求項6記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記制御部は、複数の前記相アームを交替してオンする際に、前記ある相アームの前記上アームスイッチング素子をオンさせた後に、前記ある相アームの前記下アームスイッチング素子をオンさせ、その後、前記次の相アームの前記上アームスイッチング素子をオンさせた後に、前記次の相アームの前記下アームスイッチング素子をオンする
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter device according to claim 6, wherein
The control unit turns on the lower arm switching element of the certain phase arm after turning on the upper arm switching element of the certain phase arm when the plurality of the phase arms are turned on alternately. The DC / DC converter device characterized by turning on the lower arm switching element of the next phase arm after turning on the upper arm switching element of the next phase arm.
請求項5〜7のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置において、
複数の前記相アームを交替してオンする際に、1スイッチング周期毎に交替してオンする
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter device according to any one of claims 5 to 7,
A DC / DC converter device characterized in that when the plurality of phase arms are switched on and switched on, the phase arms are switched on every switching cycle.
請求項5〜8のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記制御部は、前記相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子を交互にオンするとき、デッドタイムを挟んで交互にオンさせ、且つ前記多相アームを構成する前記相アームを、デッドタイムを挟んで交替してオンする
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
In the DC / DC converter device according to any one of claims 5 to 8,
When the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm is alternately turned on, the control unit alternately turns on the dead time and the phase arm constituting the polyphase arm. The DC / DC converter device is characterized in that it is turned on with alternating dead time.
請求項5〜9のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記DC/DCコンバータでは、
前記各相アームの中点が共通接続され、共通接続された前記各中点と前記第1電力装置又は前記第2電力装置との間に、リアクトルが挿入配置されているか、あるいは、前記リアクトルが相の数だけ配置され、前記各中点に前記各リアクトルの一方の端子がそれぞれ接続されると共に、前記各リアクトルの他方の端子が共通接続され、共通接続された前記各他方の端子が前記第1電力装置又は前記第2電力装置のいずれか一方に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
In the DC / DC converter device according to any one of claims 5 to 9,
In the DC / DC converter,
The midpoints of the respective phase arms are commonly connected, and a reactor is inserted between each of the midpoints connected in common and the first power device or the second power device, or the reactor is The number of phases is arranged, one terminal of each reactor is connected to each middle point, the other terminal of each reactor is connected in common, and the other terminal connected in common is the first terminal. A DC / DC converter device, wherein the DC / DC converter device is connected to either one of the first power device and the second power device.
請求項5〜10のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置において、
前記制御部は、複数の前記相アームのうち所定の相アームを前記目標デューティに対応するオン時間で駆動する相アームに固定すると共に、他の相アームを前記ばらつかせたデューティに対応するオン時間で駆動する相アームに固定する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter apparatus of any one of Claims 5-10,
The control unit fixes a predetermined phase arm among the plurality of phase arms to a phase arm that is driven with an on-time corresponding to the target duty, and turns on another phase arm corresponding to the dispersed duty. A DC / DC converter device characterized by being fixed to a phase arm driven by time.
請求項4〜11のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置において、
第1電力装置としての蓄電装置と、回生電圧を発生するインバータ駆動のモータを駆動する第2電力装置としての燃料電池との間に前記DC/DCコンバータが配置され、
前記DC/DCコンバータは、前記蓄電装置の電圧を昇圧して前記インバータに印加し、前記モータの回生時には、前記インバータに発生する回生電圧を降圧して前記蓄電装置に印加する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。
The DC / DC converter device according to any one of claims 4 to 11,
The DC / DC converter is disposed between a power storage device as a first power device and a fuel cell as a second power device that drives an inverter-driven motor that generates a regenerative voltage,
The DC / DC converter boosts the voltage of the power storage device and applies the boosted voltage to the inverter, and reduces the regenerative voltage generated in the inverter and applies it to the power storage device during regeneration of the motor. DC / DC converter device.
請求項12記載のDC/DCコンバータ装置と、前記蓄電装置と、前記インバータ駆動の走行用モータと、前記燃料電池とを有することを特徴とする車両。   13. A vehicle comprising the DC / DC converter device according to claim 12, the power storage device, the inverter-driven travel motor, and the fuel cell. 請求項4〜11のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置に、回生電圧を発生するインバータ駆動の走行用モータと、蓄電装置とがそれぞれ接続されることを特徴とする車両。   12. A vehicle comprising: the DC / DC converter device according to claim 4; an inverter-driven travel motor that generates a regenerative voltage; and a power storage device. 請求項4〜11のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置に、負荷に接続される燃料電池と、蓄電装置とがそれぞれ接続されることを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell system, wherein a fuel cell connected to a load and a power storage device are connected to the DC / DC converter device according to any one of claims 4 to 11. 所定の目標デューティと、該目標デューティを中心にばらつかせた、前記目標デューティの前後のデューティとに対応する各オン時間で少なくとも1つのスイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータの駆動方法。
At least one switching element is driven in each on-time corresponding to a predetermined target duty and a duty before and after the target duty, which is varied around the target duty. Driving method.
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