JP2010004650A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置、ハイブリッド直流電源システム、電気車両及びｄｃ／ｄｃコンバータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくする。
【解決手段】１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２に対する過電圧保護機能（アームスイッチング素子の駆動の継続的な停止によるＤＣ／ＤＣコンバータでの電圧変換の停止機能）を設け、２次電圧Ｖ２に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第２確定時間Ｔ２ｄを、１次電圧Ｖ１に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第１確定時間Ｔ１ｄ以上に設定する（Ｔ１ｄ≦Ｔ２ｄ）。
【選択図】図８

Description

この発明は、第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置と、該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備えるハイブリッド直流電源システム及び電気車両と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法とに関する。

従来、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御部により駆動する際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が基準電圧以上となったときに、前記スイッチング素子を強制的にオン状態にして出力側を短絡することにより、該出力側を過電圧状態から保護することが提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−１８７６５１号公報

しかしながら、第１電力装置がＤＣ／ＤＣコンバータを介して第２電力装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続された前記第２電力装置が燃料電池等の高電圧電源である場合には、前記出力側に過電圧が発生しても前記高電圧電源を短絡することはできないので、前記特許文献１の技術を適用することはできない。

そこで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側又は前記第２電力装置側が過電圧状態となったときに、制御部によるスイッチング素子の駆動を停止して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータでの電圧変換を停止させることにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を前記過電圧状態から保護することが考えられる。この場合、前記過電圧状態が長時間続けば、前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止する必要があるが、一方で、前記過電圧状態が一時的なものであれば、前記過電圧状態から抜け出した時点で前記スイッチング素子の駆動の停止を解除して、前記スイッチング素子の駆動を再開できることが望ましい。すなわち、全ての過電圧状態に対して前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止する必要はなく、従って、前記継続的な停止は、できる限り回避することが望ましい。

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、スイッチング素子の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備えるハイブリッド直流電源システム及び電気車両、並びに、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、
第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を有する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ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）が第１過電圧保護開始閾値以上のとき、又は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）が第２過電圧保護開始閾値以上のときに、前記スイッチング素子の駆動を一時停止し、
前記一時停止中に前記１次電圧が第１過電圧保護解除閾値を下回ったとき、又は、前記一時停止中に前記２次電圧が第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除し、
前記１次電圧が前記第１過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第１確定時間を超えるとき、又は、前記２次電圧が前記第２過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第２確定時間を超えるときに、前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止し、
前記第２確定時間を前記第１確定時間以上に設定することを特徴としている。

また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、
第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（１次電圧）が第１過電圧保護開始閾値以上のとき、又は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（２次電圧）が第２過電圧保護開始閾値以上のときに、前記スイッチング素子の駆動を一時停止し、
前記一時停止中に前記１次電圧が第１過電圧保護解除閾値を下回ったとき、又は、前記一時停止中に前記２次電圧が第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除し、
前記１次電圧が前記第１過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第１確定時間を超えるとき、又は、前記２次電圧が前記第２過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第２確定時間を超えるときに、前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止し、
前記第２確定時間を前記第１確定時間以上に設定することを特徴としている。

これらの発明によれば、前記１次電圧又は前記２次電圧に対する上記の過電圧保護機能（前記スイッチング素子の駆動の継続的な停止による前記ＤＣ／ＤＣコンバータでの電圧変換の停止機能）を設け、前記２次電圧に対する過電圧保護機能の作動を確定するための前記第２確定時間を、前記１次電圧に対する過電圧保護機能の作動を確定するための前記第１確定時間以上に設定することにより、前記スイッチング素子の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができる。

ここで、前記制御部は、前記第１過電圧保護開始閾値及び前記第１過電圧保護解除閾値を同じ値に設定し、前記第２過電圧保護開始閾値及び前記第２過電圧保護解除閾値を同じ値に設定し、前記一時停止中に前記１次電圧が前記第１過電圧保護解除閾値を下回り且つ前記２次電圧が前記第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除することが好ましい。

これにより、前記制御部における前記一時停止の開始及び解除の判定処理が容易となる。また、前記一時停止の解除後における前記スイッチング素子の駆動を再開することができる。

さらに、前記制御部は、前記１次電圧が電圧制限閾値以上となったときに、前記１次電圧を制御する電圧制限モードを備え、前記第１過電圧保護開始閾値を前記電圧制限閾値よりも高く設定すると共に、前記第１過電圧保護解除閾値を前記電圧制限閾値よりも低く設定することも好ましい。

これにより、前記一時停止の解除後に前記１次電圧が上昇して、再度、前記一時停止になることを防止することが可能となるので、この場合でも、該一時停止の解除後における前記スイッチング素子の駆動を再開することができる。

この発明に係るハイブリッド直流電源システムは、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、前記第１電力装置は、前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、前記第２電力装置は、前記２次電圧を発生する発電装置であることを特徴としている。

この構成でも、前記スイッチング素子の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができる。

また、この発明に係る電気車両は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置、あるいは、前記ハイブリッド直流電源システムを備え、前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、該電動機を駆動する駆動回路に接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記駆動回路に発生する回生電圧を前記２次電圧とすることを特徴としている。

この場合、前記電気車両に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置又は前記ハイブリッド直流電源システムを搭載することにより、システムの停止を少なくすることができる。

この発明によれば、１次電圧又は２次電圧に対する過電圧保護機能を設け、２次電圧に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第２確定時間を、１次電圧に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第１確定時間以上に設定することにより、スイッチング素子の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係るハイブリッド直流電源システム１０が適用された燃料電池車両（電気車両）２０の回路図である。

ハイブリッド直流電源システム１０は、基本的には、エネルギストレージでありバッテリ電圧Ｖｂａｔを発生する蓄電装置（以下、バッテリともいう。）２４（第１電力装置）と、このバッテリ電圧Ｖｂａｔより高い電圧である発電電圧Ｖｆを発生する発電装置としての燃料電池２２（第２電力装置）と、バッテリ２４と燃料電池２２との間に配置され電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、統括制御部５６（上位制御部）から供給される電圧指令値に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の電圧制御目標値を設定し、バッテリ２４と燃料電池２２との間での前記電圧変換を制御するコンバータ制御部５４とから構成される。

ここで、コンバータ制御部５４とＤＣ／ＤＣコンバータ３６とは、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、昇降圧の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛ＶＣＵ（Voltage Control Unit）という。｝２３を構成する。

燃料電池車両２０は、前記のハイブリッド直流電源システム１０と、このハイブリッド直流電源システム１０からモータ電流Ｉｍ（電力）がインバータ（駆動回路）３４を通じて供給される負荷としての走行用のモータ２６（電動機）と、から構成される。

モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達され、車輪１６を回転させる。

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である。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側に供給される。

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、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給されると共に、余剰電力があればバッテリ電流Ｉｂａｔ（充電電流Ｉｂｃ）としてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。

１次側１Ｓに電力ケーブル１８（あるいはコンタクタ）を通じて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、ニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。

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を供給するためのバッテリ電流Ｉｂａｔ（放電電流Ｉｂｄ）を流し出す。

なお、インバータ３４に供給されるモータ電流Ｉｍは、バッテリ電流ＩｂａｔがＶＣＵ２３により変換された２次電流Ｉ２と発電電流Ｉｆとの合成電流である。

バッテリ２４の正極側の出力端には、直列にバッテリ短絡保護用のヒューズ２５が挿入されている。バッテリ２４の負極側の線路と、図１中、１次側１Ｓが指すバッテリ２４の正極側に繋がる線路との間が短絡された場合には、ヒューズ２５は、バッテリ２４を保護するために溶断する。

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。

燃料電池２２を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御され、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により制御され、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、燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等を決定する上位制御部としての統括制御部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｛バッテリ電流Ｉｂａｔ（放電電流Ｉｂｄ又は充電電流Ｉｂｃ）｝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（ＩＧＳＷ）６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、及び上記したライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４の操作部５５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と、燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）との間に接続される、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１と並列ダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２と並列ダイオード８４）とからなる相アーム（単相アーム）ＵＡと、リアクトル９０とから構成される。

上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２とは、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等で構成される。

リアクトル９０は、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ために、前記上アーム素子及び前記下アーム素子の接続点とバッテリ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は、コンバータ制御部５４から出力される駆動信号（駆動電圧）ＵＨによりオン又はオフされ、下アームスイッチング素子８２は、駆動信号（駆動電圧）ＵＬによりオン又はオフされる。

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２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２において、バッテリ２４の開放電圧ＯＣＶをＯＣＶ≒Ｖ１と描いている。

２次電圧Ｖ２は、燃料電池２２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２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に供給される駆動信号ＵＨのデューティが、例えば１００［％］にされ、下アームスイッチング素子８２の駆動信号ＵＬのデューティは、例えば０［％］にされる。直結状態において、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる充電方向（回生方向）の場合には、上アームスイッチング素子８１を通じて電流が流れ、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ電流が流れる力行方向の場合には、ダイオード８３を通じて電流が流れる。

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２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）｝。

具体的に、燃料電池２２においては、発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出される電流である発電電流Ｉｆが増加し、発電電圧Ｖｆの増加に応じて流し出される発電電流Ｉｆが減少する。

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等、燃料電池２２を含むシステムでは、通常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が、コンバータ制御部５４を含むＶＣＵ２３のフィードバック制御（２次電圧制御モード）の電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに設定される。すなわち、ＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される。なお、２次電圧制御モードでは、２次電圧Ｖ２が電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに追従するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次電圧フィードバック制御（ＰＩ制御あるいはＰＩＤ制御）が行われる。

以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。

ところで、コンバータ制御部５４は、１次電圧Ｖ１の大きさに応じて、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するための動作モードを２次電圧制御モード又は電圧制限モード（を含む電流制限モード）に切り替えて該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する。

すなわち、コンバータ制御部５４は、前述した２次電圧制御モード及び電圧制限モード（電流制限モード）を動作モードとして備え、該１次電圧Ｖ１の大きさに応じて動作モードを切り替える。この場合、コンバータ制御部５４は、（１）通常時には、２次電圧制御モードによりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御し、（２）１次電圧Ｖ１が電圧制限閾値Ｖ１ＬＭＴＨ以上となったときに、ヒューズ２５の溶断や電力ケーブル１８の断線（あるいはコンタクタの誤開放）を防止する目的で１次電圧Ｖ１を制限する電圧制限モードによりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する。

また、コンバータ制御部５４は、電圧制限モードによるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御中に、ヒューズ２５の溶断や電力ケーブル１８の断線に起因して、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１以上、あるいは、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ２以上となった場合には、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓを過電圧状態から保護する目的で、後述する過電圧保護（ゲート遮断）によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を保護する。

さらに、コンバータ制御部５４は、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回り、且つ、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ２を下回ったときには、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓが過電圧状態から抜け出たものとみなし、過電圧保護を解除して電圧制限モードによる制御を行うか（図３Ａ参照）、あるいは、過電圧保護保護を解除して電圧制限モードから２次電圧制御モードに移行する（図３Ｂ参照）。なお、図３Ａは、Ｖ１ＬＭＴＨ＜Ｖｐｓ１＝Ｖｐｒ１、且つ、Ｖｐｓ２＝Ｖｐｒ２の場合を示し、図３Ｂは、Ｖｐｒ１＜Ｖ１ＬＭＴＨ＜Ｖｐｓ１、Ｖｐｓ１≠Ｖｐｒ１、且つ、Ｖｐｓ２≠Ｖｐｒ２の場合を示している。

図４は、電圧制限モード時（電流制限モード時）におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図であり、図５は、図４の電流制限値算出部１１０に記憶されているバッテリ電流制限表１２０を図示したものである。

コンバータ制御部５４は、バッテリ２４への充放電電流の制限による保護及びヒューズ２５の溶断を防止するために、２次電圧制御モードを中断して電流制限モードに移行し、１次電流Ｉ１を制御する。この場合、電流制限モードのうち、バッテリ電圧上限設定値Ｖ１Ｈｉｇｈ（電圧制限閾値Ｖ１ＬＭＴＨ）以上の電圧に対する制御が前述した電圧制限モードである。前記電流制限モードでは、１次電流Ｉ１を充電電流制限値ＩｂｃＬｉｍｉｔ及び放電電流制限値ＩｂｄＬｉｍｉｔ（電圧制限モードの場合には充電電流制限値ＩｂｃＬｉｍｉｔ）に追従させる（制限させる）ことにより、１次電圧Ｖ１を制御する。

この場合、統括制御部５６から電流制限値算出部１１０に、バッテリ電圧上限設定値Ｖ１Ｈｉｇｈ（電圧制限閾値Ｖ１ＬＭＴＨ）及びバッテリ電圧下限設定値Ｖ１Ｌｏｗが供給されることによりバッテリ電流制限表１２０が設定（記憶）される。また、図５において、電流制限値算出部１１０に供給される１次電圧Ｖ１（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）が、バッテリ電圧下限設定値Ｖ１Ｌｏｗとバッテリ電圧上限設定値Ｖ１Ｈｉｇｈとの間の規定範囲（正常電圧範囲、通常動作電圧範囲）ＮＲ内であれば、２次電圧制御モードによる制御範囲となる。

一方、充電電流Ｉｂｃが大きくなってきて１次電圧Ｖ１が、規定範囲ＮＲから外れてバッテリ電圧上限設定値Ｖ１Ｈｉｇｈを上回る電圧となった場合には、充電電流制限値（充電電流上限値）ＩｂｃＬｉｍｉｔの傾斜に示すように、１次電圧Ｖ１の上限側の所定幅電圧ΔＶ１Ｈの範囲で１次電圧許容最大値Ｖ１ｍａｘまで、１次電圧Ｖ１の増加に応じて充電電流制限値ＩｂｃＬｉｍｉｔを、許容充電電流値Ｉｂｃｐから徐々に小さくし、１次電圧許容最大値Ｖ１ｍａｘにおいて充電電流制限値ＩｂｃＬｉｍｉｔの値を０にする（充電電流Ｉｂｃを流し込まないようにする）。

また、放電電流Ｉｂｄが大きくなってきて１次電圧Ｖ１が、規定範囲ＮＲから外れてバッテリ電圧下限設定値Ｖ１Ｌｏｗを下回る電圧となった場合には、放電電流制限値（放電電流上限値）ＩｂｄＬｉｍｉｔの傾斜に示すように、１次電圧Ｖ１の下限側の所定幅電圧ΔＶ１Ｌの範囲で１次電圧許容最小値Ｖ１ｍｉｎまで、１次電圧Ｖ１の低下に応じて放電電流制限値ＩｂｄＬｉｍｉｔを許容放電電流値Ｉｂｄｐから徐々に小さくする。１次電圧許容最小値Ｖ１ｍｉｎ以下の１次電圧Ｖ１では放電電流制限値ＩｂｄＬｉｍｉｔの値を０にしている（放電電流Ｉｂｄを流し出さないようにする）。

なお、規定範囲ＮＲの中央電圧は、例えばバッテリ２４の開放電圧ＯＣＶに設定される。また、１次電圧許容最小値Ｖ１ｍｉｎから１次電圧許容最大値Ｖ１ｍａｘまでの範囲が、バッテリ２４を劣化させない電圧範囲となる。さらに、バッテリ電流制限表１２０には、ヒューズ溶断防止電流制限値Ｉｆｕｓｅｍａｘも書き入れている。

従って、電流制限値算出部１１０は、１次電圧Ｖ１が供給されたときに、バッテリ電流制限表１２０を参照して、充電電流制限値ＩｂｃＬｉｍｉｔ、放電電流制限値ＩｂｄＬｉｍｉｔ及びヒューズ溶断防止電流制限値Ｉｆｕｓｅｍａｘを比較し、いずれか小さい値を、供給された１次電圧Ｖ１に応じた１次電流制限値Ｉ１Ｌｉｍｉｔに決定し、決定した１次電流制限値Ｉ１Ｌｉｍｉｔを加算信号として演算点１００に出力する。演算点１００は、１次電流制限値Ｉ１Ｌｉｍｉｔと、電流センサ６２（図１参照）から供給された１次電流Ｉ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｉ１Ｌｉｍｉｔ−Ｉ１）をＰＩＤ処理部１０４に出力する。

ＰＩＤ処理部１０４は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）動作部であり、偏差ｅをデューティの補正値である補正デューティΔＤ（ΔＤ＝ΔＤｐ＋ΔＤｉ＋ΔＤｄ、ΔＤｐ：Ｐ項成分による補正デューティ、ΔＤｉ：Ｉ項成分による補正デューティ、ΔＤｄ：Ｄ項成分による補正デューティ）に変換し、変換した補正デューティΔＤを駆動デューティＤ（Ｄ＝ΔＤ）としてＰＷＭ処理部１０８に出力する。ＰＷＭ処理部１０８は、駆動デューティＤに基づき、上アームスイッチング素子８１を駆動するための駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝ΔＤ）の駆動信号ＵＨと、下アームスイッチング素子８２を駆動するための駆動デューティＤＬ（ＤＬ＝１−ΔＤ）の駆動信号ＵＬとを、出力回路部１１２に出力する。

さらに、コンバータ制御部５４において、１次側過電圧保護判断部１１４は、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１以上になったと判定したときに、１次側１Ｓが過電圧状態になったことを示す過電圧検知信号Ｓｐ１をゲート遮断判断部１１８に出力し、一方で、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回ったと判定したときに、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ１の出力を停止する。また、２次側過電圧保護判断部１１６は、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ２以上になったと判定したときに、２次側２Ｓが過電圧状態になったことを示す過電圧検知信号Ｓｐ２をゲート遮断判断部１１８に出力し、一方で、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ２を下回ったと判定したときに、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ２の出力を停止する。

ゲート遮断判断部１１８は、入力された過電圧検知信号Ｓｐ１又は過電圧検知信号Ｓｐ２に基づいて、ヒューズ２５の溶断や電力ケーブル１８の断線（あるいはコンタクタの誤開放）によって１次側１Ｓ又は２次側２Ｓが過電圧状態となり、従って、ＶＣＵ２３を含むハイブリッド直流電源システム１０が過電圧状態に至ったとみなして、アームスイッチング素子８１、８２への駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給を停止するためのゲート遮断信号Ｓｇｃを出力回路部１１２に出力する。

出力回路部１１２は、ゲート遮断信号Ｓｇｃの入力がなければ、アームスイッチング素子８１、８２に駆動信号ＵＨ、ＵＬを供給して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電圧変換を行わせるが、一方で、ゲート遮断信号Ｓｇｃの入力があれば、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給を停止して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換を停止させる。

ところで、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓの過電圧状態が長時間続けば、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止させる必要があるが、一方で、過電圧状態が一時的なものであれば、一時的な過電圧状態から抜け出た時点でアームスイッチング素子８１、８２の駆動の停止（一時停止）を解除して、該駆動を再開できることが望ましい。すなわち、全ての過電圧状態に対してアームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止させる必要はなく、従って、前記継続的な停止は、できる限り回避することが望ましい。

そこで、ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２が入力された時点からカウントを開始するカウンタ機能を有し、入力時点（図８Ｄの時刻ｔ１、ｔ２）からの所定の第１確定時間Ｔ１ｄ及び第２確定時間Ｔ２ｄ（Ｔ１ｄ≦Ｔ２ｄ）内に、過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２の入力が停止すれば、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓが一時的な過電圧状態から抜け出たものと判断して、アームスイッチング素子８１、８２の駆動の一時停止の解除を決定し、出力回路部１１２に対するゲート遮断信号Ｓｇｃの出力を停止する。これにより、出力回路部１１２は、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給の停止を解除し（供給を再開し）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換を再開させる。

一方、ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２の入力時点（図８Ｄの時刻ｔ１、ｔ２）から第１確定時間Ｔ１ｄ又は第２確定時間Ｔ２ｄ経過しても、過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２が入力され続けていれば、１次側１Ｓ又は２次側２Ｓの過電圧状態が長時間継続するものと判断して、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止することを決定し、出力回路部１１２に対するゲート遮断信号Ｓｇｃの出力を継続する。なお、アームスイッチング素子８１、８２の駆動の継続的な停止は、ゲート遮断判断部１１８における過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２の入力の有無によって解除されることを防止するために、例えば、ＩＧＳＷ６５のオフに基づいて解除されることが望ましい。

この実施形態に係る燃料電池車両２０は、基本的には以上のように構成され且つ動作するものであり、次に、コンバータ制御部５４によるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御について、図６〜図１０を参照しながら説明する。

図６のステップＳ１１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Ｓ１２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との配分を決定し、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２に指令を与える。この場合、コンバータ制御部５４には、通常時には、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが送出される。

次いで、ステップＳ１３において、統括制御部５６により決定された燃料電池分担負荷量（実質的に、コンバータ制御部５４に対する発電電圧Ｖｆの２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが含まれる。）Ｌｆが通信線７０を通じてコンバータ制御部５４に指令として送信される。

この場合、燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、基本的に、２次電圧Ｖ２、換言すれば、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが、統括制御部５６から指令された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の各アームスイッチング素子８１、８２の駆動デューティを制御する（２次電圧制御モード）。

次に、電圧制限モードによるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対する過電圧保護とについて、図７Ａ〜図１０を参照しながら説明する。

先ず、ゲート遮断判断部１１８におけるアームスイッチング素子８１、８２の駆動の一時停止又は継続的な停止の決定方法（判断処理）について、図７Ａ〜図８Ｄのグラフを参照しながら説明する。

図７Ａ〜図７Ｄは、第１確定時間Ｔ１ｄが第２確定時間Ｔ２ｄよりも長い場合（Ｔ１ｄ＞Ｔ２ｄ）のグラフ（比較例）を示す。図７Ａは、１次電圧Ｖ１（特性１３２）及び２次電圧Ｖ２（特性１３０）のグラフであり、図７Ｂは、過電圧検知信号Ｓｐ１（特性１３４）のグラフであり、図７Ｃは、過電圧検知信号Ｓｐ２（特性１３６）のグラフであり、図７Ｄは、ゲート遮断信号Ｓｇｃ（特性１３８）のグラフである。

一方、図８Ａ〜図８Ｄは、第２確定時間Ｔ２ｄが第１確定時間Ｔ１ｄ以上である場合（Ｔ１ｄ≦Ｔ２ｄ）のグラフ（実施例）を示しており、図８Ａは、１次電圧Ｖ１（特性１３２）及び２次電圧Ｖ２（特性１３０）のグラフであり、図８Ｂは、過電圧検知信号Ｓｐ１（特性１３４）のグラフであり、図８Ｃは、過電圧検知信号Ｓｐ２（特性１３６）のグラフであり、図８Ｄは、ゲート遮断信号Ｓｇｃ（特性１３８）のグラフである。

すなわち、比較例に係る図７Ａ〜図７Ｄと、実施例に係る図８Ａ〜図８Ｄとでは、１次電圧Ｖ１（特性１３２）、２次電圧Ｖ２（特性１３０）、過電圧検知信号Ｓｐ１（特性１３４）及び過電圧検知信号Ｓｐ２（特性１３６）は、それぞれ同じグラフである。なお、図７Ａ〜図８Ｄでは、Ｖｐｓ１＝Ｖｐｒ１及びＶｐｓ２＝Ｖｐｒ２に設定されている。

図７Ａ〜図７Ｄの比較例において、時刻ｔ０でヒューズ２５（図１参照）の溶断や電力ケーブル１８の断線（あるいはコンタクタの誤開放）が発生すると、時間ｔの経過に伴って、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２が上昇する。時刻ｔ１で１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１にまで上昇すると、１次側過電圧保護判断部１１４（図４参照）は、過電圧検知信号Ｓｐ１をゲート遮断判断部１１８に出力する（特性１３４のフラグを立てる）。ゲート遮断判断部１１８は、過電圧通知信号Ｓｐ１の入力に基づいて、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を一時停止することを決定し、ゲート遮断信号Ｓｇｃを出力回路部１１２に出力する（特性１３８のフラグを降ろす）。これにより、出力回路部１１２は、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給を停止するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、電圧変換を停止するに至る。

次に、時刻ｔ２において、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ２にまで上昇すると、２次側過電圧保護判断部１１６は、過電圧検知信号Ｓｐ２をゲート遮断判断部１１８に出力する（特性１３６のフラグを立てる）。ゲート遮断判断部１１８は、過電圧通知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２に基づいて、ゲート遮断信号Ｓｇｃを引き続き出力回路部１１２に出力する。

次に、時刻ｔ３において、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ２を下回ると、２次側過電圧保護判断部１１６は、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ２の出力を停止する（特性１３６のフラグを降ろす）。また、時刻ｔ４において、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回ると、１次側過電圧保護判断部１１４は、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ１の出力を停止する（特性１３４のフラグを降ろす）。従って、時刻ｔ４以降、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓは共に過電圧状態から抜け出た状態となる。

しかしながら、比較例では、図７Ｄに示すように、１次電圧Ｖ１に対する過電圧保護機能（アームスイッチング素子８１、８２の駆動の継続的な停止によるＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換の停止機能）の作動を確定するための第１確定時間Ｔ１ｄ（時刻ｔ１から時刻ｔ５までの時間）を、２次電圧Ｖ２に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第２確定時間Ｔ２ｄ（時刻ｔ２から時刻ｔ６までの時間）よりも長く設定している（Ｔ１ｄ＞Ｔ２ｄ）。そのため、特性１３６のフラグが立っている時間Ｔ２は、第２確定時間Ｔ２ｄよりも長くなる（Ｔ２＞Ｔ２ｄ）。この結果、時刻ｔ４以降、過電圧検知信号Ｓｐ１、Ｓｐ２が入力されておらず、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓが共に過電圧状態から抜け出ているにも関わらず、ゲート遮断判断部１１８は、Ｔ２＞Ｔ２ｄに基づいて、ゲート遮断信号Ｓｇｃを出力回路部１１２に引き続き出力し、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止するように動作する。

なお、図７Ａ及び図８Ａ中、時刻ｔ１と時刻ｔ４との間の時間帯において、特性１３２が略一定電圧となっているのは、バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂａｔが前記一定電圧にまで充電されたことを示している。

以上が、比較例において、Ｔ１ｄ＞Ｔ２ｄとした場合の問題点である。

これに対して、この実施形態では、図８Ａ〜図８Ｄの実施例に示すように、第１確定時間Ｔ１ｄと第２確定時間Ｔ２ｄとの間で、第２確定時間Ｔ２ｄ（図８Ｄの時刻ｔ２から時刻ｔ７までの時間）を第１確定時間Ｔ１ｄ（図８Ｄの時刻ｔ１から時刻ｔ５までの時間）以上に設定したことにより（Ｔ１≦Ｔ２）、ゲート遮断判断部１１８は、特性１３４のフラグが立っている時間Ｔ１が第１確定時間Ｔ１ｄ内（Ｔ１≦Ｔ１ｄ）であり、且つ、特性１３６のフラグが立っている時間Ｔ２が第２確定時間Ｔ２ｄ内（Ｔ２≦Ｔ２ｄ）であるので、１次側１Ｓ及び２次側２Ｓがそれぞれ一時的な過電圧状態から抜け出たものと判断して、出力回路部１１２に対するゲート遮断信号Ｓｇｃの出力を停止し（特性１３８のフラグを立てる）、アームスイッチング素子８１、８２の駆動の一時停止を解除する。これにより、出力回路部１１２は、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給を再開し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６における電圧変換を再開させる。

次に、１次側過電圧保護判断部１１４、２次側過電圧保護判断部１１６及びゲート遮断判断部１１８における過電圧保護の具体的な判断処理（前記一時停止又は前記継続的な停止の具体的な判断処理）について、図９及び図１０のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図９は、１次側１Ｓ（１次電圧Ｖ１）に基づく過電圧保護の判断処理を示すフローチャートであり、一方で、図１０は、２次側２Ｓ（２次電圧Ｖ２）に基づく過電圧保護の判断処理を示すフローチャートである。また、図９及び図１０では、Ｖｐｓ１≠Ｖｐｒ１（Ｖｐｓ１＞Ｖｐｒ１）及びＶｐｓ２≠Ｖｐｒ２（Ｖｐｓ２＞Ｖｐｒ２）（図３Ｂ参照）として説明する。

図９のステップＳ２１において、１次側過電圧保護判断部１１４（図４参照）は、ゲート遮断判断部１１８での前回の判断処理によって、アームスイッチング素子８１、８２の駆動の継続的な停止が確定していないか否かを判定する。

ステップＳ２１において、前記継続的な停止が確定していない場合に（ステップＳ２１のＹＥＳ）、１次側過電圧保護判断部１１４は、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１以上（Ｖ１≧Ｖｐｓ１）であるか否かを判定し（ステップＳ２２）、Ｖ１≧Ｖｐｓ１である場合には（ステップＳ２２のＹＥＳ）、１次側１Ｓが一時的な過電圧状態に入ったものと判断し、過電圧検知信号Ｓｐ１をゲート遮断判断部１１８に出力する（ステップＳ２３）。

ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ１の入力に基づいて、過電圧検知信号Ｓｐ１の特性１３４（図８Ｂ参照）のフラグが立っている時間Ｔ１が第１確定時間Ｔ１ｄを超えるか否かを判定し（ステップＳ２４）、Ｔ１＞Ｔ１ｄであれば（ステップＳ２４のＹＥＳ）、１次側１Ｓの過電圧状態が長時間継続するおそれがあり、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止する必要があると判断して、ゲート遮断信号Ｓｇｃを出力回路部１１２に出力し続ける（ステップＳ２５）。一方、ステップＳ２４において、時間Ｔ１が第１確定時間Ｔ１ｄ内であれば（Ｔ１≦Ｔ１ｄ、ステップＳ２４のＮＯ）、ゲート遮断判断部１１８は、１次側１Ｓの過電圧状態が一時的なものと判断して、図示しないカウンタによるカウントアップを行う（ステップＳ２６）。

また、ステップＳ２２において、１次側過電圧保護判断部１１４は、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１未満である場合（Ｖ１＜Ｖｐｓ１、ステップＳ２２のＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対する過電圧保護が行われているか否かを判定し（ステップＳ２７）、過電圧保護が行われていれば（ステップＳ２７のＹＥＳ）、次に、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回るか否か（Ｖ１＜Ｖｐｒ１）を判定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８において、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１以上であれば（Ｖ１≧Ｖｐｒ１、ステップＳ２８のＮＯ）、１次側過電圧保護判断部１１４は、現時点では、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１未満であるが、２次電圧制御モードに移行するには至らない電圧範囲であるとみなし（Ｖｐｒ１＜Ｖ１＜Ｖｐｓ１）、ゲート遮断判断部１１８に対して過電圧検知信号Ｓｐ１を引き続き出力する。ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ１の入力に基づいて、ステップＳ２４以降の処理を行う。

一方、ステップＳ２８において、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回れば（Ｖ１＜Ｖｐｒ１、ステップＳ２８のＹＥＳ）、１次側過電圧保護判断部１１４は、１次側１Ｓが一時的な過電圧状態から抜け出たものと判断し、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ１の出力を停止すると共に、コンバータ制御部５４の動作モードを２次電圧制御モードに移行する。これにより、ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ１の入力停止に基づいて、出力回路部１１２に対するゲート遮断信号Ｓｇｃの出力を停止すると共に、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ２９、Ｓ３０）。この結果、出力回路部１１２は、ゲート遮断信号Ｓｇｃの入力停止に基づいて、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給停止を解除し（供給を再開し）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換を再開させる。

さらに、ステップＳ２７において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対する過電圧保護を行っていない場合（ステップＳ２７のＮＯ）、１次側過電圧保護判断部１１４は、ステップＳ２８以降の処理を行わない。さらにまた、ステップＳ２１において、前記継続的な停止が確定していれば（ステップＳ２１のＮＯ）、１次側過電圧保護判断部１１４は、ステップＳ２２以降の処理を行わない。

一方、図１０のフローチャートに示す判断処理は、図９と同様の判断処理であり、先ず、ステップＳ３１において、２次側過電圧保護判断部１１６は、ゲート遮断判断部１１８での前回の判断処理によって、前記継続的な停止が確定していないか否かを判定し、前記継続的な停止が確定していない場合に（ステップＳ３１のＹＥＳ）、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ２以上（Ｖ２≧Ｖｐｓ２）であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２において、Ｖ２≧Ｖｐｓ２である場合に（ステップＳ３２のＹＥＳ）、２次側過電圧保護判断部１１６は、２次側２Ｓが一時的な過電圧状態に入ったものと判断し、過電圧検知信号Ｓｐ２をゲート遮断判断部１１８に出力する（ステップＳ３３）。

ゲート遮断判断部１１８では、過電圧検知信号Ｓｐ２の入力に基づいて、過電圧検知信号Ｓｐ２の特性１３６（図８Ｃ参照）のフラグが立っている時間Ｔ２が第２確定時間Ｔ２ｄを超えるか否かを判定し（ステップＳ３４）、Ｔ２＞Ｔ２ｄであれば、２次側２Ｓの過電圧状態が長時間継続するおそれがあり、アームスイッチング素子８１、８２の駆動を継続的に停止する必要があると判断して、ゲート遮断信号Ｓｇｃを出力回路部１１２に出力し続ける（ステップＳ３５）。一方、ステップＳ３４において、Ｔ２≦Ｔ２ｄであれば（ステップＳ３４のＮＯ）、ゲート遮断判断部１１８は、２次側２Ｓの過電圧状態が一時的なものと判断してカウントアップを行う（ステップＳ３６）。

また、ステップＳ３２において、２次側過電圧保護判断部１１６は、Ｖ２＜Ｖｐｓ２であれば（ステップＳ３２のＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対する過電圧保護が行われているか否かを判定し（ステップＳ３７）、過電圧保護が行われていれば（ステップＳ３７のＹＥＳ）、次に、Ｖ２＜Ｖｐｒ２であるか否かを判定する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８において、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ２以上であれば（Ｖ２≧Ｖｐｒ２、ステップＳ３８のＮＯ）、２次側過電圧保護判断部１１６は、現時点では、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ２未満であるが、２次電圧制御モードに移行するには至らない電圧範囲であるとみなし（Ｖｐｒ２＜Ｖ２＜Ｖｐｓ２）、ゲート遮断判断部１１８に対して過電圧検知信号Ｓｐ２を引き続き出力する。ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ２の入力に基づいて、ステップＳ３４以降の処理を行う。

一方、ステップＳ３８において、Ｖ２＜Ｖｐｒ２であれば（ステップＳ３８のＹＥＳ）、２次側過電圧保護判断部１１６は、２次側２Ｓが一時的な過電圧状態から抜け出たものと判断し、ゲート遮断判断部１１８に対する過電圧検知信号Ｓｐ２の出力を停止と共に、コンバータ制御部５４の動作モードを２次電圧制御モードに移行する。これにより、ゲート遮断判断部１１８は、過電圧検知信号Ｓｐ２の入力停止に基づいて、出力回路部１１２に対するゲート遮断信号Ｓｇｃの出力を停止すると共に、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ３９、Ｓ４０）。この結果、出力回路部１１２は、ゲート遮断信号Ｓｇｃの入力停止に基づいて、アームスイッチング素子８１、８２に対する駆動信号ＵＨ、ＵＬの供給停止を解除し（供給を再開し）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換を再開させる。

さらに、ステップＳ３７において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対する過電圧保護を行っていない場合（ステップＳ３７のＮＯ）、２次側過電圧保護判断部１１６は、ステップＳ３８以降の処理を行わない。さらにまた、ステップＳ３１において、前記継続的な停止が確定していれば（ステップＳ３１のＮＯ）、２次側過電圧保護判断部１１６は、ステップＳ３２以降の処理を行わない。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２に対する上記の過電圧保護機能（アームスイッチング素子８１、８２の駆動の継続的な停止によるＤＣ／ＤＣコンバータ３６での電圧変換の停止機能）を設け、２次電圧Ｖ２に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第２確定時間Ｔ２ｄを、１次電圧Ｖ１に対する過電圧保護機能の作動を確定するための第１確定時間Ｔ１ｄ以上に設定することにより（Ｔ１ｄ≦Ｔ２ｄ）、アームスイッチング素子８１、８２の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができる。また、前記継続的な停止に至る場合が少なくなることで、システム停止に至る場合が少なくなる。

また、Ｖｐｓ１＝Ｖｐｒ１及びＶｐｓ２＝Ｖｐｒ２に設定し、アームスイッチング素子８１、８２の駆動の一時停止中に、１次電圧Ｖ１が第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を下回り、且つ、２次電圧Ｖ２が第２過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ２を下回ったときに、前記一時停止を解除することにより、コンバータ制御部５４における前記一時停止の開始及び解除の判定処理が容易となる。また、前記一時停止の解除後におけるアームスイッチング素子８１、８２の駆動を再開することができる。

さらに、第１過電圧保護開始閾値Ｖｐｓ１を電圧制限閾値Ｖ１ＬＭＴＨよりも高く設定すると共に、第１過電圧保護解除閾値Ｖｐｒ１を電圧制限閾値Ｖ１ＬＭＴＨよりも低く設定することにより、前記一時停止の解除後に１次電圧Ｖ１が上昇して、再度、前記一時停止になることを防止することが可能となるので、前記一時停止の解除後におけるアームスイッチング素子８１、８２の駆動を再開することができる。

さらにまた、アームスイッチング素子８１、８２の駆動が継続的な停止に至る場合を少なくすることができるので、ハイブリッド直流電源システム１０及び燃料電池車両２０にＶＣＵ２３を搭載することにより、バッテリ２４、燃料電池２２、インバータ３４及びモータ２６が停止することを回避することができる。

この実施形態は、上記の説明に限定されるものではなく、この明細書及び図面の記載内容に基づき、単相アームＵＡのＤＣ／ＤＣコンバータ３６に限らず、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相アームのＤＣ／ＤＣコンバータを有するハイブリッド直流電源を備える燃料電池車両に適用する等、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。 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、コンバータ制御部の動作モードの説明図である。 電圧制限モード時におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。 バッテリ電流制限表の説明図である。 コンバータ制御部により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの基本動作についての説明に供されるフローチャートである。 図７Ａは、１次電圧及び２次電圧のグラフであり、図７Ｂ及び図７Ｃは、過電圧検知信号のグラフであり、図７Ｄは、ゲート遮断信号のグラフである。 図８Ａは、１次電圧及び２次電圧のグラフであり、図８Ｂ及び図８Ｃは、過電圧検知信号のグラフであり、図８Ｄは、ゲート遮断信号のグラフである。 １次電圧に基づく過電圧保護の判断処理を示すフローチャートである。 ２次電圧に基づく過電圧保護の判断処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ハイブリッド直流電源システム ２０…燃料電池車両
２２…燃料電池 ２３…ＶＣＵ
２４…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…上アームスイッチング素子
８２…下アームスイッチング素子 １１０…電流制限値算出部
１１２…出力回路部 １１４…１次側過電圧保護判断部
１１６…２次側過電圧保護判断部 １１８…ゲート遮断判断部
１２０…バッテリ電流制限表

Claims (7)

1. 第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、スイッチング素子を有する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ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）が第１過電圧保護開始閾値以上のとき、又は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）が第２過電圧保護開始閾値以上のときに、前記スイッチング素子の駆動を一時停止し、
   前記一時停止中に前記１次電圧が第１過電圧保護解除閾値を下回ったとき、又は、前記一時停止中に前記２次電圧が第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除し、
   前記１次電圧が前記第１過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第１確定時間を超えるとき、又は、前記２次電圧が前記第２過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第２確定時間を超えるときに、前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止し、
   前記第２確定時間を前記第１確定時間以上に設定する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
2. 請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、
   前記第１過電圧保護開始閾値及び前記第１過電圧保護解除閾値を同じ値に設定し、
   前記第２過電圧保護開始閾値及び前記第２過電圧保護解除閾値を同じ値に設定し、
   前記一時停止中に前記１次電圧が前記第１過電圧保護解除閾値を下回り、且つ、前記２次電圧が前記第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
3. 請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、
   前記１次電圧が電圧制限閾値以上となったときに、前記１次電圧を制御する電圧制限モードを備え、
   前記第１過電圧保護開始閾値を前記電圧制限閾値よりも高く設定すると共に、前記第１過電圧保護解除閾値を前記電圧制限閾値よりも低く設定する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、
   前記第１電力装置は、前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、
   前記第２電力装置は、前記２次電圧を発生する発電装置である
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置、あるいは、請求項４記載のハイブリッド直流電源システムを備え、
   前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、該電動機を駆動する駆動回路に接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記駆動回路に発生する回生電圧を前記２次電圧とする
   ことを特徴とする電気車両。
6. 請求項５記載の電気車両において、
   前記発電装置が、燃料電池である
   ことを特徴とする電気車両。
7. 第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）が第１過電圧保護開始閾値以上のとき、又は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）が第２過電圧保護開始閾値以上のときに、前記スイッチング素子の駆動を一時停止し、
   前記一時停止中に前記１次電圧が第１過電圧保護解除閾値を下回ったとき、又は、前記一時停止中に前記２次電圧が第２過電圧保護解除閾値を下回ったときに、前記一時停止を解除し、
   前記１次電圧が前記第１過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第１確定時間を超えるとき、又は、前記２次電圧が前記第２過電圧保護開始閾値以上となった時刻からの一時停止の時間が第２確定時間を超えるときに、前記スイッチング素子の駆動を継続的に停止し、
   前記第２確定時間を前記第１確定時間以上に設定する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。

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