JP2010068669A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置、ｄｃ／ｄｃコンバータの制御システム及び電気車両 - Google Patents

Abstract

【課題】１次電圧又は２次電圧の制御精度を向上する。
【解決手段】電圧入力ライン６１で検出した１次電圧Ｖ１は、ポート１１４を介してコンバータ制御部５４の高電圧動作部１００に直接入力され、一方で、電圧入力ライン６３で検出した２次電圧Ｖ２は、ポート１１８を介して高電圧動作部１００に直接入力される。また、２次電圧指令値は、統括制御部５６から通信線７０（１２４、１２６）、低電圧動作部１０２のポート１２８、１３０及び絶縁素子１１０を介して高電圧動作部１００に入力される。
【選択図】図３

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ＤＣ／ＤＣコンバータの制御システムと、該制御システムを備える電気車両とに関する。

従来より、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、コンバータ制御部及び上位制御部により制御する制御システムが提案されている（特許文献１参照）。

この制御システムにおいて、電圧センサは、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）を検出し、検出した前記２次電圧のアナログ信号を前記上位制御部に出力する。前記上位制御部は、前記アナログ信号をアナログ通信線を介して前記コンバータ制御部に出力する。また、前記上位制御部は、前記２次電圧の指令値を決定し、決定した前記指令値と、前記アナログ信号からデジタル信号に変換した前記２次電圧とをデジタル通信線を介して前記コンバータ制御部に出力する。前記コンバータ制御部は、前記アナログ信号の２次電圧（検出電圧）と、前記デジタル信号の２次電圧との比較に基づいて、前記検出電圧を補正し、さらに、補正した前記検出電圧と前記指令値との比較に基づいて、２次電圧が前記指令値に追従するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

特開２００５−１６０２２７号公報

特許文献１記載の技術は、電圧センサからコンバータ制御部までの検出電圧の通信経路（例えば、ワイヤハーネスや送受信回路）で生じる誤差が制御精度に及ぼす影響を抑制するために、前記検出電圧とデジタル信号の２次電圧との比較に基づいて前記検出電圧を補正するための電圧補正手段を前記コンバータ制御部に設けている。そのため、特許文献１の技術では、前記通信経路で遅延が生じて前記２次電圧の制御精度を確保することが難しいという問題があった。

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１電力装置側の電圧（１次電圧）を制御する際にも、前述した２次電圧に対する制御の場合と同様に、前記１次電圧の制御精度を確保することが困難になる。

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、１次電圧又は２次電圧の制御精度を向上することができるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御システム及び電気車両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、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
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。）又は前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）の指令値を決定する上位制御部と、
前記１次電圧又は前記２次電圧が直接入力され、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧と、前記上位制御部からの前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御部とを備えることを特徴としている。

この発明によれば、前記１次電圧又は前記２次電圧を前記コンバータ制御部に直接入力することにより、通信経路で生じる誤差を抑制することが可能となるので、特許文献１の技術でコンバータ制御部に設けられていた電圧補正手段が不要となる。従って、この発明によれば、特許文献１の技術と比較して、検出電圧の伝達で生じる遅延が減少し、前記１次電圧又は前記２次電圧の制御精度を向上することができる。

ここで、前記コンバータ制御部は、前記１次電圧と該１次電圧の指令値とを使用したフィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するか、あるいは、前記２次電圧と該２次電圧の指令値とを使用したフィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することが好ましい。また、前記コンバータ制御部は、前記１次電圧と前記２次電圧の指令値とを使用したフィードフォワード制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するか、あるいは、前記２次電圧と前記１次電圧の指令値とを使用したフィードフォワード制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することも好ましい。

前述したように、前記１次電圧又は前記２次電圧を前記コンバータ制御部に直接入力するので、前記フィードバック制御及び／又は前記フィードフォワード制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する際に、前記１次電圧又は前記２次電圧の制御精度を向上することができる。

さらに、前記コンバータ制御部は、
前記１次電圧又は前記２次電圧が直接入力される高電圧動作部と、前記上位制御部から前記指令値が入力される低電圧動作部とに分けられ、
前記コンバータ制御部のグランドは、前記高電圧動作部のグランドである高電圧基準グランドと、前記低電圧動作部のグランドである低電圧基準グランドとに分離され、
前記高電圧動作部と前記低電圧動作部との境界には、前記高電圧動作部と前記低電圧動作部との間の電気絶縁を確保しつつ、前記低電圧動作部から前記高電圧動作部に前記指令値を伝達する信号伝達手段が設けられ、
前記高電圧動作部には、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧と、前記上位制御部から前記信号伝達手段を介して入力された前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するマイクロコンピュータが配置されている。

この場合、前記高電圧動作部のグランド（前記高電圧基準グランド）と、前記低電圧動作部のグランド（前記低電圧基準グランド）とを電気的に分離し、さらに、前記高電圧動作部の前記マイクロコンピュータに前記１次電圧又は前記２次電圧を直接入力し、一方で、前記低電圧動作部から前記信号伝達手段を介して前記マイクロコンピュータに前記指令値を入力するので、前記１次電圧又は前記２次電圧及び前記指令値についての通信遅延の発生が少なくなり、この結果、前記１次電圧又は前記２次電圧を正確に制御することができる（制御性能が向上する）。

また、前記高電圧動作部は、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧を降圧し、降圧した前記１次電圧又は前記２次電圧を前記マイクロコンピュータに出力する分圧回路をさらに備え、前記マイクロコンピュータは、降圧した前記１次電圧又は前記２次電圧と前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することが好ましい。

これにより、前記高電圧動作部に直接入力される前記１次電圧又は前記２次電圧のレベルを、前記マイクロコンピュータの許容入力レベル以下にまで降圧することができるので、前記許容入力レベルに対して前記１次電圧又は前記２次電圧が高電圧であっても、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを確実に制御することが可能となる。

なお、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、前記１次電圧を検出するための１次電圧入力ラインと、前記２次電圧を検出するための２次電圧入力ラインと、前記上位制御部と前記コンバータ制御部との間を接続し、前記上位制御部から前記コンバータ制御部に前記指令値を送信するための通信線とをさらに備えている。

また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御システムは、上記の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ることが好ましい。

これにより、前記蓄電装置が発生する前記１次電圧の制御精度を確実に向上することができる。

さらに、この発明に係る電気車両は、前記制御システムを備え、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次電圧とすることが好ましい。

これにより、前記２次電圧の制御精度が向上するので、前記電気車両の燃費を向上することができる。

この場合、前記発電装置が燃料電池であると、該燃料電池に発生する発電電圧（２次電圧）の制御精度が向上するので、前記電気車両としての燃料電池車両の燃費を向上することができる。

この発明によれば、特許文献１の技術と比較して、１次電圧又は２次電圧の制御精度を向上することができる。

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（ＤＣ／ＤＣコンバータの制御システム）１０が適用された一実施形態に係る燃料電池車両（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、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。

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入力ライン、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。）を検出する電圧入力ライン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。）を検出する電圧入力ライン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。

統括制御部５６による処理周期は、例えば、燃料電池車両２０が、ユーザのアクセル操作等に対して違和感のない程度に円滑に応答すればよいことを考慮し、コンバータ制御部５４の処理周期（この実施形態では、スイッチング周期≒５０［μＳ］）より遅い周期でよく、例えば、１〜１０００［ｍｓ］の間に設定される。コンバータ制御部５４の処理周期は、例えば１〜１０００［μＳ］の間に設定される。

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。

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の電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（図４参照）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。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。

図３は、コンバータ制御部５４、統括制御部５６及び電圧入力ライン６１、６３の接続関係を示すブロック図である。図４は、２次電圧制御モード時（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）におけるＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１４２の機能ブロック図である。なお、図３及び図４では、２次電圧Ｖ２を２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍに追従制御する２次電圧制御モードにより、コンバータ制御部５４及び統括制御部５６がＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する場合について説明する。

コンバータ制御部５４は、高電圧動作部１００と低電圧動作部１０２とに分けられ、該コンバータ制御部５４のグランドは、高電圧動作部１００のグランドであり、且つ、ＶＣＵ２３及び高電圧動作部１００における信号のアースとしての高電圧基準グランド１０４と、低電圧動作部１０２のグランドである低電圧基準グランド１０６とに電気的に分離されている。また、高電圧動作部１００と低電圧動作部１０２とを電気的に分離している境界１０８には、高電圧動作部１００と低電圧動作部１０２との間の電気絶縁を確保しつつ、高電圧動作部１００と低電圧動作部１０２との間で信号を伝達する絶縁素子（信号伝達手段）１１０が配置されている。

高電圧動作部１００には、電圧入力ライン６１で検出した１次電圧Ｖ１がポート１１４に直接入力され、一方で、電圧入力ライン６３で検出した２次電圧Ｖ２がポート１１８に直接入力される。また、２次側２Ｓの負極側は、高電圧基準グランド入力ライン１２０及びポート１２２を介して高電圧基準グランド１０４に接地されている。さらに、低電圧動作部１０２には、通信線７０を構成する通信線１２４、１２６からポート１２８、１３０を介してデジタル信号の２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが入力され、入力された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍは、絶縁素子１１０を介してＣＰＵ１４２に出力される。また、ポート１３１は、低電圧基準グランド１０６に接地されている。

ここで、高電圧動作部１００には、分圧回路１４０、１４６と、Ａ／Ｄ変換器１４４、１４８を有するＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１４２とが配置されている。高電圧動作部１００に直接入力された１次電圧Ｖ１は、分圧回路１４０によりＣＰＵ１４２の許容入力レベル以下のレベルにまで降圧され、降圧された１次電圧Ｖ１がＣＰＵ１４２に入力される。Ａ／Ｄ変換器１４４は、入力された１次電圧Ｖ１をアナログ信号からデジタル信号に変換する。また、高電圧動作部１００に直接入力された２次電圧Ｖ２は、分圧回路１４６によりＣＰＵ１４２の許容入力レベル以下のレベルにまで降圧され、降圧された２次電圧Ｖ２がＣＰＵ１４２に入力される。Ａ／Ｄ変換器１４８は、入力された２次電圧Ｖ２をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

なお、電圧入力ライン６１、６３でそれぞれ検出する１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２は、例えば、０［Ｖ］〜６００［Ｖ］の範囲内の検出電圧であり、分圧回路１４０、１４６は、０［Ｖ］〜６００［Ｖ］の検出電圧を、例えば、０［Ｖ］〜５［Ｖ］の許容入力レベルにまで降圧してＣＰＵ１４２にそれぞれ出力する。

ＣＰＵ１４２は、デジタル信号の１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２と、絶縁素子１１０を介して入力された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとを使用した、フィードバック制御及び（又は）フィードフォワード制御により、駆動信号ＵＨ、ＵＬを生成し、生成した駆動信号ＵＨ、ＵＬをポート１３４、１３８を介して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にそれぞれ出力することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する。

すなわち、図４に示すように、ＣＰＵ１４２では、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）が演算点１５０に減算信号として供給されると共に、演算点１５６に除算信号として供給される。また、１次電圧Ｖ１がＡ／Ｄ変換器１４４を介して演算点１５６に乗算信号として供給され、一方で、２次電圧Ｖ２がＡ／Ｄ変換器１４８を介して演算点１５０に加算信号として供給される。

演算点１５０は、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）と２次電圧Ｖ２との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ２−Ｖ２ｔａｒ）をＰＩＤ処理部１５２に出力する。ＰＩＤ処理部１５２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に変換し、該補正デューティΔＤを加算信号として演算点１５４に出力する。

演算点１５６は、１次電圧Ｖ１から電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＝Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍ）を加算信号として演算点１５４に出力する。

演算点１５４は、上記のフィードバック制御により得られた一方の入力である補正デューティΔＤと、フィードフォワード制御により得られた他方の入力である基準デューティＤｓとを加算し、加算結果としての駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ＋ΔＤ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）をＰＷＭ（パルス幅変調）処理部１５８に出力する。

ＰＷＭ処理部１５８は、駆動デューティＤに基づき、ポート１３４を通じて上アームスイッチング素子８１に駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）の駆動信号ＵＨを供給すると共に、ポート１３８を通じて下アームスイッチング素子８２に駆動デューティＤＬ｛ＤＬ＝１−（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）｝の駆動信号ＵＬを供給する。

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の制御に関して、上述の２次電圧制御モードで制御する場合について、図５を参照しながら説明する。

図５のステップＳ１１において、統括制御部５６（図１及び図３参照）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、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ＤＨ、ＤＬを制御する（２次電圧制御モード）。

その際、ＣＰＵ１４２（図３及び図４参照）は、電圧入力ライン６１、６３から高電圧動作部１００に直接入力された１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２と、統括制御部５６から低電圧動作部１０２及び絶縁素子１１０を介してＣＰＵ１４２に入力された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとを使用して、２次電圧Ｖ２と２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）とを用いたフィードバック制御により補正デューティΔＤを算出すると共に、１次電圧Ｖ１と２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）とを用いたフィードフォワード制御により基本デューティＤｓを算出し、算出した補正デューティΔＤ及び基本デューティＤｓを用いて駆動デューティＤＨ、ＤＬを求める。

これにより、スイッチング周期中、駆動デューティＤＨ、ＤＬの駆動信号ＵＨ、ＵＬは、デッドタイムを挟んだ状態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に供給され、この結果、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は、該デッドタイムを挟んで交互に前記スイッチング周期（５０［μＳ］）の中で１回ずつスイッチングされることになる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、電圧入力ライン６１で検出した１次電圧Ｖ１と、電圧入力ライン６３で検出した２次電圧Ｖ２とを、コンバータ制御部５４に直接入力しているので、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２を補正するための電圧補正手段をコンバータ制御部５４に設ける必要がなくなる。従って、この実施形態では、特許文献１の技術と比較して、２次電圧Ｖ２の伝達で生じる遅延が減少し、該２次電圧Ｖ２の制御精度が向上する。

また、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２をコンバータ制御部５４に直接入力するので、フィードバック制御及びフィードフォワード制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する際に、２次電圧Ｖ２の制御精度を向上することができる。

さらに、高電圧動作部１００のグランド（高電圧基準グランド１０４）と、低電圧動作部１０２のグランド（低電圧基準グランド１０６）とを電気的に分離し、高電圧動作部１００のＣＰＵ１４２に１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２を直接入力し、一方で、低電圧動作部１０２から絶縁素子１１０を介してＣＰＵ１４２に２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを入力するので、１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍについての通信遅延の発生が少なくなり、この結果、２次電圧Ｖ２を正確に制御することができる（制御性能が向上する）。

さらにまた、高電圧動作部１００に直接入力される１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２のレベルを、分圧回路１４０、１４６によりＣＰＵ１４２の許容入力レベル以下にまでそれぞれ降圧することができるので、前記許容入力レベルに対して１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２が高電圧であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を確実に制御することが可能となる。

さらに、燃料電池２２により発生する発電電圧Ｖｆ又はインバータ３４に発生する回生電圧が２次電圧Ｖ２とされるので、２次電圧Ｖ２の制御精度が向上することにより、燃料電池車両２０の燃費を向上することができる。

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、１次電圧制御モードに適用する等、種々の構成に変更することが可能である。

１次電圧制御モードに適用する場合には、図６に示すように、統括制御部５６（図１及び図３参照）からの１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍ（電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒ）が加算信号として演算点１５０に入力されると共に、乗算信号として演算点１５６に入力される。また、１次電圧Ｖ１がＡ／Ｄ変換器１４４を介して演算点１５０に減算信号として入力され、一方で、２次電圧Ｖ２がＡ／Ｄ変換器１４８を介して演算点１５６に除算信号として入力される。

演算点１５０は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒ（１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍ）と、１次電圧Ｖ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ１ｔａｒ−Ｖ１）を、ＰＩＤ処理部１５２に出力し、ＰＩＤ処理部１５２は、偏差ｅを補正デューティΔＤに変換して演算点１５４に出力する。また、演算点１５６は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒから２次電圧Ｖ２を除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２＝Ｖ１ｃｏｍ／Ｖ２）を加算信号として演算点１５４に出力する。

演算点１５４は、補正デューティΔＤと基準デューティＤｓとを加算して得られる駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ＋ΔＤ＝Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２＋ΔＤ）をＰＷＭ処理部１５８に出力し、ＰＷＭ処理部１５８は、駆動デューティＤに基づき、ポート１３４を通じて上アームスイッチング素子８１に駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２＋ΔＤ）の駆動信号ＵＨを供給すると共に、ポート１３８を通じて下アームスイッチング素子８２に駆動デューティＤＬ｛ＤＬ＝１−（Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２＋ΔＤ）｝の駆動信号ＵＬを供給する。

この１次電圧制御モードにおいても、電圧入力ライン６１で検出した１次電圧Ｖ１と、電圧入力ライン６３で検出した２次電圧Ｖ２とがコンバータ制御部５４に直接入力されるので、２次電圧制御モードの場合と同様に、１次電圧Ｖ１の制御精度を向上することができる。

具体的には、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２をコンバータ制御部５４に直接入力するので、フィードバック制御及びフィードフォワード制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する際に、１次電圧Ｖ１の制御精度を向上することができる。

また、高電圧基準グランド１０４と低電圧基準グランド１０６とを電気的に分離し、高電圧動作部１００のＣＰＵ１４２に１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２を直接入力し、一方で、低電圧動作部１０２から絶縁素子１１０を介してＣＰＵ１４２に１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍを入力するので、１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍについての通信遅延の発生が少なくなり、この結果、１次電圧Ｖ１の制御精度がさらに向上する。

さらに、バッテリ２４が発生するバッテリ電圧Ｖｂａｔ（１次電圧Ｖ１）の制御精度を確実に向上することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、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。 コンバータ制御部、統括制御部及び電圧入力ラインの接続関係を示すブロック図である。 ２次電圧制御モード時におけるＣＰＵの機能ブロック図である。 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。 １次電圧制御モード時におけるＣＰＵの機能ブロック図である。

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 ５６…統括制御部
６１、６３…電圧入力ライン ７０、１２４、１２６…通信線
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
１００…高電圧動作部 １０２…低電圧動作部
１０４…高電圧基準グランド １０６…低電圧基準グランド
１０８…境界 １１０…絶縁素子
１２０…高電圧基準グランド入力ライン １４０、１４６…分圧回路
１４２…ＣＰＵ

Claims (9)

1. 第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
   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。）又は前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）の指令値を決定する上位制御部と、
   前記１次電圧又は前記２次電圧が直接入力され、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧と、前記上位制御部からの前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御部と、
   を備える
   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、
   前記コンバータ制御部は、前記１次電圧と該１次電圧の指令値とを使用したフィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するか、あるいは、前記２次電圧と該２次電圧の指令値とを使用したフィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
3. 請求項１又は２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記コンバータ制御部は、前記１次電圧と前記２次電圧の指令値とを使用したフィードフォワード制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するか、あるいは、前記２次電圧と前記１次電圧の指令値とを使用したフィードフォワード制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   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コンバータ装置において、
   前記コンバータ制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧が直接入力される高電圧動作部と、前記上位制御部から前記指令値が入力される低電圧動作部とに分けられ、
   前記コンバータ制御部のグランドは、前記高電圧動作部のグランドである高電圧基準グランドと、前記低電圧動作部のグランドである低電圧基準グランドとに分離され、
   前記高電圧動作部と前記低電圧動作部との境界には、前記高電圧動作部と前記低電圧動作部との間の電気絶縁を確保しつつ、前記低電圧動作部から前記高電圧動作部に前記指令値を伝達する信号伝達手段が設けられ、
   前記高電圧動作部には、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧と、前記上位制御部から前記信号伝達手段を介して入力された前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するマイクロコンピュータが配置されている
   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、
   前記高電圧動作部は、直接入力された前記１次電圧又は前記２次電圧を降圧し、降圧した前記１次電圧又は前記２次電圧を前記マイクロコンピュータに出力する分圧回路をさらに備え、
   前記マイクロコンピュータは、降圧した前記１次電圧又は前記２次電圧と、前記指令値とを使用して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
6. 請求項１〜５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１次電圧を検出するための１次電圧入力ラインと、
   前記２次電圧を検出するための２次電圧入力ラインと、
   前記上位制御部と前記コンバータ制御部との間を接続し、前記上位制御部から前記コンバータ制御部に前記指令値を送信するための通信線と、
   をさらに備える
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
7. 請求項１〜６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る
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御システム。
8. 請求項７記載のＤＣ／ＤＣコンバータの制御システムを備え、
   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。
9. 請求項８記載の電気車両において、
   前記発電装置は、燃料電池である
   ことを特徴とする電気車両。

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