JP2009159803A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ、ｄｃ／ｄｃコンバータ装置、車両、燃料電池システム及びｄｃ／ｄｃコンバータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デューティの変化に対する出力電圧の不連続な変化及び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共に防止する。
【解決手段】最小オン時間を下回る目標オン時間に応じた基本デューティを中心とし、この基本デューティによる上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子の駆動の前後のデューティを、最小オン時間に応じたデューティを上回る（基本デューティ＋α）と、最小オン時間に応じたデューティを下回る（基本デューティ−α）とにそれぞれ設定して、前記基本デューティ及び前記前後のデューティの駆動信号を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に供給する。
【選択図】図１３

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。

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。

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。

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。

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。

一方、特許文献１には、降圧時において、ＤＣ／ＤＣコンバータが低出力である場合に、制御手段から出力される、スイッチング素子を駆動させるための出力パルスのパルス幅が最小オン幅設定手段に設定されたオン幅より狭くなると、前記オン幅のパルス信号によって前記スイッチング素子を駆動させることが提案されている。

特開平６−３１１７３６号公報

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。

しかしながら、特許文献１では、スイッチング素子を駆動するための駆動信号のオン時間が該スイッチング素子の最小オン時間｛スイッチング素子を確実にオン動作（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｝を下回らないように該駆動信号を制御するので、前記最小オン時間を下回る時間にて前記スイッチング素子を駆動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。

また、蓄電装置と燃料電池との間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記蓄電装置側の電圧と前記燃料電池側の電圧とが略同一となる直結状態の近傍における駆動信号のデューティは、最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティとなる。この場合、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、前記最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティでは、スイッチング素子を確実にオンさせることができなくなり、この結果、前記デューティの変化に対して出力電圧が連続的（リニア）に変化せず、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。

そこで、前記最小オン時間を下回るオン時間でもスイッチング素子を確実にオンさせて、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ことを防止するためには、（１）スイッチング素子のスイッチング周波数を低く（スイッチング周期を長く）して、オン時間の割合及びデューティを低下させるか、あるいは、（２）オン時間を固定した状態で、ＰＦＭ制御を行ってデューティを低下させる対策を採ることが想定される。

しかしながら、（１）の対策を採れば、スイッチング周波数が可聴域にまで低下した場合に、スイッチング素子のスイッチング動作に起因して発生した音が、ＤＣ／ＤＣコンバータが搭載された電気自動車又は燃料電池車両の乗員にとって耳障りなノイズ音として聴こえるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置、前記電気自動車及び前記燃料電池車両の商品価値が低下するおそれがある。また、スイッチング周波数の低下に伴ってリアクトルに流れる電流のリプルも大きくなるので、このリプルを抑制するためにリアクトルを大型化すれば、該リアクトルを含めたＤＣ／ＤＣコンバータの大型化、重量の増加及びコストの高騰に至るおそれもある。

さらに、（２）の対策を採れば、ＰＦＭ制御による駆動信号の周波数変化により、該駆動信号の周波数を高くすれば、スイッチング素子のスイッチング損失が増加し、一方で、駆動信号の周波数を低くすれば、前記（１）と同様の問題が発生する。

従って、（１）及び（２）の対策を採っても、最小オン時間を下回るオン時間でスイッチング素子を確実にオンすることはできない。

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、デューティの変化に対する出力電圧の不連続な変化及び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共に防止する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コンバータ装置の駆動方法を提供することを目的とする。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、
蓄電装置と燃料電池との間に配置され、且つ少なくとも１つのスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記蓄電装置側の電圧と前記燃料電池側の電圧とが略同一となる直結状態の近傍のデューティで前記スイッチング素子を駆動するときに、前記スイッチング素子の最小オン時間を下回るオン時間に応じた目標デューティと、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し、
前記前後のデューティのうち、少なくとも一方のデューティは、前記スイッチング素子の最小オン時間を上回るオン時間に対応するデューティであることを特徴としている（請求項１）。

また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの駆動方法は、
蓄電装置と燃料電池との間に配置され、且つ少なくとも１つのスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータの駆動方法において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記蓄電装置側の電圧と前記燃料電池側の電圧とが略同一となる直結状態の近傍のデューティで前記スイッチング素子を駆動するときに、前記スイッチング素子の最小オン時間を下回るオン時間に応じた目標デューティと、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し、
前記前後のデューティのうち、少なくとも一方のデューティを、前記スイッチング素子の最小オン時間を上回るオン時間に対応するデューティとすることを特徴としている（請求項１４）。

この発明では、前記最小オン時間を下回る目標オン時間（目標電圧に応じた前記スイッチング素子のオン時間）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の前後のデューティを、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。

この場合、前記前後のデューティのうち少なくとも一方のデューティが前記最小オン時間に応じたデューティを上回るように設定することで、前記目標オン時間及び他方のデューティに応じたオン時間が前記最小オン時間を下回り、且つこれらのオン時間によって前記スイッチング素子がオンしないときでも、前記一方のデューティに応じたオン時間によって前記スイッチング素子をオンすることができる。

これにより、前記目標デューティ及び前記他方のデューティによるオフ時間の増加によって、前記一方のデューティが見掛け上低下し、前記目標オン時間が前記最小オン時間を下回るオン時間であるにも関わらず、前記一方のデューティによって前記スイッチング素子を確実にオンすることができる。この結果、前記直結状態の近傍において、デューティの変化に対して出力電圧を連続的に変化させることが可能となり、該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できる。

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。

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。

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。

また、上記発明は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置と、前記蓄電装置と、前記燃料電池と、該燃料電池によって駆動するインバータ駆動の走行用モータとを有する車両（燃料電池車両）に適用することができる（請求項１２）。

また、上記発明は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、負荷に接続される前記燃料電池と、前記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１３）。

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。

ここで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記蓄電装置と前記燃料電池との間に、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）。

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。

また、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）。

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）。

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最小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して行うことができる。

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。

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）。

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蓄電装置との間に、前記リアクトルが挿入配置されるか、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蓄電装置に接続されている（請求項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より駆動する相アームに固定することも可能である（請求項１１）。

この発明によれば、最小オン時間を下回る目標オン時間（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を中心とし、この目標デューティの前後のデューティを、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。

この場合、前記前後のデューティのうち少なくとも一方のデューティが前記最小オン時間に応じたデューティを上回るように設定することで、前記目標オン時間及び他方のデューティに応じたオン時間が前記最小オン時間を下回り、且つこれらのオン時間によって前記スイッチング素子がオンしないときでも、前記一方のデューティに応じたオン時間によって前記スイッチング素子をオンすることができる。

これにより、前記目標デューティ及び前記他方のデューティによるオフ時間の増加によって、前記一方のデューティが見掛け上低下し、前記目標オン時間が前記最小オン時間を下回るオン時間であるにも関わらず、前記一方のデューティによって前記スイッチング素子を確実にオンすることができる。この結果、直結状態の近傍において、デューティの変化に対して出力電圧を連続的に変化させることが可能となり、該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できる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）｝。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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が連続的（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。

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。

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。

図８の昇圧動作において、各アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗの最小オン時間｛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、各アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗの最小オン時間｛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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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からアームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗに供給しても、該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を連続的（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。

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。

図１０Ａ〜図１１では、一例として、昇圧動作において、各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。

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。

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）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。

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。

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。

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。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、前記ステップＳ１１の処理について、降圧動作での３つの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨあるいは昇圧動作での３つの駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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あるいは駆動信号ＵＬ、駆動信号ＶＬ、駆動信号ＷＬの順に継時的に（連続的に）コンバータ制御部５４からアームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗあるいは８２ｕ〜８２ｗに駆動信号ＵＨ、駆動信号ＶＨ、駆動信号ＷＨあるいは駆動信号ＵＬ、駆動信号ＶＬ、駆動信号ＷＬが供給されるものとする。

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又はＶＬ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又はＶＬの前の信号である駆動信号ＵＨ又はＵＬ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又はＶＬの後の信号である駆動信号ＷＨ又はＷＬ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又はＵＬ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又はＷＬのデューティを（基本デューティ＋α）に設定する。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、（基本デューティ＋α）に設定されるデューティは、最小オン時間を上回るオン時間に応じたデューティであり、基本デューティ及び（基本デューティ−α）にそれぞれ設定される各デューティは、最小オン時間を下回るオン時間に応じたデューティである。

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あるいは各駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのデューティに応じたオン時間（各駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨあるいは各駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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、あるいは、駆動信号ＵＬ、駆動信号ＶＬ、駆動信号ＷＬの出力順）とを対応付けて記憶する。

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あるいは駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成し、生成した駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨあるいは駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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｝アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗあるいは８２ｕ〜８２ｗに供給する。

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あるいは駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬをアームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗあるいは８２ｕ〜８２ｗに繰り返し供給すると、Ｕ相アームＵＡ（アームスイッチング素子８１ｕ又は８２ｕ）、Ｖ相アームＶＡ（アームスイッチング素子８１ｖ又は８２ｖ）及びＷ相アームＷＡ（アームスイッチング素子８１ｗ又は８２ｗ）のうち、図１３Ａの場合については、Ｖ相アームＶＡ及びＷ相アームＷＡには、最小オン時間を下回るオン時間の駆動信号ＶＨ、ＷＨ又はＶＬ、ＷＬが供給されるので、オン動作を行わない可能性があるが、一方で、Ｕ相アームには、最小オン時間を上回るオン時間の駆動信号ＵＨ又はＵＬが供給されるので、確実にオン動作を行わせることができる。一方、図１３Ｂの場合については、Ｕ相アームＵＡ及びＶ相アームＶＡには、最小オン時間を下回るオン時間の駆動信号ＵＨ、ＶＨ又はＵＬ、ＶＬが供給されるので、オン動作を行わない可能性があるが、一方で、Ｗ相アームには、最小オン時間を上回るオン時間の駆動信号ＷＨ又はＷＬが供給されるので、確実にオン動作を行わせることができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂでは、降圧動作での３つの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨあるいは昇圧動作での３つの駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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、降圧動作での駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨあるいは昇圧動作での駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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あるいは駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのデューティに対応して、降圧動作での駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬあるいは昇圧動作での駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨのデューティも設定する。

なお、前記降圧動作の場合には、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）｝となるか、あるいは、｛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。一方、前記昇圧動作の場合には、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ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）｝となるか、あるいは、｛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。

すなわち、降圧動作の際に、図１４又は図１５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１６又は図１７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。

この場合、図１４では、駆動信号ＵＨによって上アームスイッチング素子８１ｕがオンとなり、駆動信号ＶＨ、ＷＨによって上アームスイッチング素子８１ｖ、８１ｗがオフとなるので、駆動信号ＵＨのデューティが見掛け上低下、すなわち、スイッチング周期２πに対する駆動信号ＵＨのデューティが、上アームスイッチング素子８１ｖ、８１ｗのオフによって、スイッチング周期６πに対するデューティとみなされる。これにより、駆動信号ＵＨのデューティは、見掛け上、前記デューティ領域のデューティから外れることになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では、降圧動作を安定に（電圧変換を安定に）行うことができる。

また、図１５では、駆動信号ＷＨによって上アームスイッチング素子８１ｗがオンとなり、駆動信号ＵＨ、ＶＨによって上アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖがオフとなるので、図１４の場合と同様に、駆動信号ＷＨのデューティが見掛け上低下して、前記デューティ領域のデューティから外れることになる。

一方、図１６においても、駆動信号ＵＬによって下アームスイッチング素子８２ｕがオンとなり、駆動信号ＶＬ、ＷＬによって下アームスイッチング素子８２ｖ、８２ｗがオフとなるので、駆動信号ＵＬのデューティが見掛け上、スイッチング周期６πに対するデューティとみなされる。これにより、駆動信号ＵＬのデューティも、見掛け上、前記デューティ領域のデューティから外れることになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では、昇圧動作を安定に（電圧変換を安定に）行うことができる。

また、図１７では、駆動信号ＷＬによって下アームスイッチング素子８２ｗがオンとなり、駆動信号ＵＬ、ＶＬによって下アームスイッチング素子８２ｖ、８２ｗがオフとなるので、図１６の場合と同様に、駆動信号ＷＬのデューティが見掛け上低下して、前記デューティ領域のデューティから外れることになる。

図１８Ａ〜図１８Ｃ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１９は、図１８Ａ〜図１８Ｃのグラフを説明するための模式的なグラフである。

なお、図１８Ａ〜図１８Ｃ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１７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１８Ａは、２次電流Ｉ２（＝Ｉ２Ａ）が比較的低い場合であり、図１８Ｂは、２次電流Ｉ２（＝Ｉ２Ｂ）がＩ２Ａよりも高い場合（Ｉ２Ａ＜Ｉ２Ｂ）であり、図１８Ｃ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１９は、図１８Ａ〜図１８Ｃの左側のグラフを模式的に示すグラフである。

図１９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が変動すると共に、２次電圧Ｖ２が不連続に変化する。

すなわち、図１８Ａ〜図１８Ｃ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（２次電圧Ｖ２がリニアに変化しない）。

これに対して、図１８Ａ〜図１８Ｃ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（２次電圧Ｖ２はリニアに変化する）。

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直結状態近傍の前記デューティ領域において、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。

以上説明したように上述した実施形態によれば、直結状態近傍のデューティ領域において、最小オン時間を下回る目標オン時間（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の駆動の前後のデューティを、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。

この場合、前記前後のデューティのうち少なくとも一方のデューティ（基本デューティ＋α）が前記最小オン時間に応じたデューティを上回るように設定することで、前記目標オン時間及び他方のデューティ（基本デューティ−α）に応じたオン時間が前記最小オン時間を下回り、且つこれらのオン時間によってアームスイッチング素子がオンしないときでも、前記一方のデューティに応じたオン時間によってアームスイッチング素子をオンすることができる。

これにより、前記基本デューティ及び前記他方のデューティによるオフ時間の増加によって、前記一方のデューティが見掛け上低下し｛例えば、（基本デューティ＋α）のデューティがスイッチング周期２πのデューティからスイッチング周期６πの周期に変化し｝、前記目標オン時間が前記最小オン時間を下回るオン時間であるにも関わらず、前記一方のデューティによってアームスイッチング素子を確実にオンすることができる。この結果、前記直結状態の近傍において、デューティの変化に対して出力電圧（例えば、２次電圧Ｖ２）を連続的に変化させることが可能となり、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。

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をオンすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換を安定して行うことができる。

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の変動や不連続な変化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の変動や不連続な変化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。

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（電圧変動や不連続な電圧変化）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、前記電圧変動及び前記不連続な電圧変化や前記電流変動（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。

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の変動や不連続な変化を確実に抑制し、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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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、…の順に駆動する際に、Ａ、Ｂ、Ｃでそれぞれ駆動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。

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２０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。

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２１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。

図２２Ａ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２２Ｂ及び図２２Ｃ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。

図２２Ａ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の電圧変動や不連続な変化が発生する。

これに対して、図２２Ｂ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２２Ｃ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の電圧変動や不連続な変化を確実に抑制することができる。

また、この実施形態では、燃料電池車両２０、２０Ａではなく、図２３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。

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。

さらにまた、図２４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。

また、図２５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。

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。

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。

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。 図１のコンバータ制御部の概略ブロック図である。 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 アームスイッチング素子における最小オン時間を示す説明図である。 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。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、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。 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。 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。 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。 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。 図１８Ａ〜図１８Ｃ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。 図１８Ａ〜図１８Ｃのグラフを説明するための模式的なグラフである。 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。 図２０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。 図２２Ａは、図２１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２２Ｂ及び図２２Ｃは、図２１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。 バッテリ駆動車両の回路図である。 燃料電池システムの回路図である。 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。

符号の説明

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

Claims (14)

1. 蓄電装置と燃料電池との間に配置され、且つ少なくとも１つのスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記蓄電装置側の電圧と前記燃料電池側の電圧とが略同一となる直結状態の近傍のデューティで前記スイッチング素子を駆動するときに、前記スイッチング素子の最小オン時間を下回るオン時間に応じた目標デューティと、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し、
   前記前後のデューティのうち、少なくとも一方のデューティは、前記スイッチング素子の最小オン時間を上回るオン時間に対応するデューティである
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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、前記蓄電装置と前記燃料電池との間に、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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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蓄電装置との間に、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蓄電装置に接続されている
    ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
11. 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より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。
12. 請求項４〜１１のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置と、前記蓄電装置と、前記燃料電池と、該燃料電池によって駆動するインバータ駆動の走行用モータとを有することを特徴とする車両。
13. 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、負荷に接続される前記燃料電池と、前記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。
14. 蓄電装置と燃料電池との間に配置され、且つ少なくとも１つのスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータの駆動方法において、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記蓄電装置側の電圧と前記燃料電池側の電圧とが略同一となる直結状態の近傍のデューティで前記スイッチング素子を駆動するときに、前記スイッチング素子の最小オン時間を下回るオン時間に応じた目標デューティと、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し、
    前記前後のデューティのうち、少なくとも一方のデューティを、前記スイッチング素子の最小オン時間を上回るオン時間に対応するデューティとする
    ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの駆動方法。

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