JP2011101590A - ハイブリッド電源車両及びその第１電力装置側での断線時制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリと燃料電池のハイブリッド電源によりモータが駆動される車両の通常運転時における走行性能を維持しつつ、バッテリ側の断線に迅速に対応する。
【解決手段】燃料電池２２と蓄電装置（バッテリ）２４とを並列に接続し、蓄電装置２４側にＤＣ／ＤＣコンバータ３６を設ける。通常運転時において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により燃料電池２２側の２次電圧Ｖ２制御モードでの処理を行う。蓄電装置２４側の電力線１８の断線が疑われる場合には、統括制御部５６による断線確定の判定を待たずに１次電圧Ｖ１制御モードでの処理に移行し、誤検知であった場合には、２次電圧Ｖ２制御モードに復帰する。
【選択図】図１

Description

この発明は、補機に接続され１次電圧を発生する蓄電装置からなる第１電力装置と、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され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インバータに発生する回生電圧を２次電圧とする第２電力装置と、前記１次電圧と前記２次電圧との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるハイブリッド電源車両及びその第１電力装置側での断線時制御方法に関する。

従来から、車両走行用の電動機を、バッテリと燃料電池とを併用して駆動するハイブリッド電源車両が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載されたハイブリッド電源車両では、前記燃料電池がインバータを介して前記電動機に接続されるとともに、前記バッテリが双方向電圧変換器として機能するＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に接続される。

また、前記ハイブリッド電源車両では、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の電圧、すなわち前記燃料電池の電圧（端子間電圧）が制御されるように構成されている。

さらに、特許文献１に示すようなハイブリッド電源車両では、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機には、通常、前記バッテリから電力が供給される。

そして、前記電動機の回生動作時には、前記インバータから前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記補機に電力が供給されるとともに、前記バッテリが充電される。

特開２００７−１５９３１５号公報

ところで、前記バッテリが前記補機に接続されるとともに、前記バッテリが前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池とインバータ駆動の前記電動機に接続される前記ハイブリッド電源車両において、前記バッテリと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力ケーブルに断線が発生した場合、前記バッテリ側に接続されている前記補機への印加電圧を適正な電圧に保持するために、前記燃料電池の電圧を制御することを中断し、前記バッテリ側の電圧を制御して補機を保護しかつ正常動作させることが望ましい。

そして、断線が発生した場合には、速やかに前記バッテリ側の電圧を制御することが望ましい。

しかしながら、前記バッテリと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する前記電力ケーブルの断線を確定するまでにはある程度の時間を要するので、前記電力ケーブル断線時における前記保護動作の開始が遅れるという問題がある。

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、バッテリ等蓄電装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの間の接続が切れたときの保護動作の開始の遅れを解消することを可能とするハイブリッド電源車両及びその第１電力装置側での断線時制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係るハイブリッド電源車両は、補機に接続され１次電圧を発生する蓄電装置からなる第１電力装置と、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され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インバータに発生する回生電圧を２次電圧とする第２電力装置と、前記１次電圧と前記２次電圧との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるハイブリッド電源車両において、制御部を有し、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、を有し、前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替え、前記制御部を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御部と、前記コンバータ制御部の処理周期よりも長い周期で前記第１電力装置と前記第２電力装置の電力配分を決定する上位制御部と、に分け、前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替える処理を、前記コンバータ制御部に割り当てることを特徴とする。

この発明によれば、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向（１次側から２次側へ又は２次側から１次側へ）に拘わらず２次電圧を制御する２次電圧制御モード中に、第１電力装置の断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから１次電圧を制御する１次電圧制御モードに切り替えるようにしている。すなわち、断線判定の確定を待たずに、断線が疑われる段階で２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えるようにしているので、断線時における補機の正常動作を確保するための保護動作を速やかに開始することができる。また、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替える処理を前記コンバータ制御部に割り当てることで、断線の可能性が発生したときに２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに速やかに切り替えることができる。

この場合、前記制御部は、さらに、前記２次電圧制御モード中に、前記１次電圧制御モードに切り替えた後、前記第１電力装置側に断線が発生していないとの確定判定をした場合には、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードに復帰させることで、結果的に断線が発生していなかった場合には、通常の制御モードである２次電圧制御モードに復帰することができる。

なお、前記制御部は、前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の変化速度に基づき検出することができる。例えば、蓄電装置から電流が流れ出しているときに断線が発生した場合には、前記１次電圧が減少し、その一方、蓄電装置に電流が流れ込んでいるときに断線が発生した場合には、前記１次電圧が増加する。

この場合、前記制御部は、前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の上昇速度に基づき検出するようにすることで、特に回生電流が２次側から１次側に流れ込んでいるときの断線検出を確実に行うことができ、１次電圧制御モードに切り替えることで、補機の動作を継続することができる。

この場合、前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の変化速度に基づき検出する処理を、前記コンバータ制御部に割り当てるようにすることが好ましい。

また、前記第１電力装置側で断線が発生しているかどうかの確定判定を、前記上位制御部に割り当てることが好ましい。

前記発電装置として、燃料電池を適用することができる。

なお、上記した各発明は、方法発明としても実施することができる。

この発明によれば、第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線判定の確定を待たずに、断線が疑われる段階で２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えるようにしているので、第１電力装置側に接続されている補機の断線時における正常動作を確保するための保護動作を速やかに開始することができ、断線時における速やかな保護動作と車両の通常運転時における走行性能とを両立することができる。

これにより、バッテリ等の蓄電装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの間の接続が切れたときの保護動作の開始の遅れを解消することができる。

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。 コンバータ制御部及び統括制御部による電力線の断線検出処理動作についての説明に供されるフローチャートである。 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。 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コンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。 断線検出処理動作の比較例のフローチャートである。

以下、この発明に係るハイブリッド電源車両の第１電力装置の断線時制御方法を実施する装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明に係るハイブリッド電源車両の一実施形態に係る燃料電池車両２０の回路図である。

この燃料電池車両２０は、基本的には、発電装置として発電電圧Ｖｆを発生する燃料電池２２と、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（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システムと、このハイブリッド電源システムから電流（電力）がインバータ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、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される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。

この実施形態において、第１電力装置は、バッテリ２４から構成され、第２電力装置は、燃料電池２２と回生動作中のモータ２６とにより構成される。この場合、バッテリ２４は、電力線１８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３の１次側１Ｓに接続される。

ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを構成するスイッチング素子を駆動制御する制御部としてのコンバータ制御部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）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ともに、１次電圧Ｖ１に余剰分があればバッテリ電流Ｉｂａｔ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。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を供給するとともに、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の合成電流である。

ダウンバータ４２は、出力側に絶縁トランスを有し、補機４４の正極側には前記絶縁トランスの２次コイル側の整流電圧が供給され、負極側はシャーシに接地されている。

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により制御され、インバータ３４とモータ２６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の総負荷要求量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ＭＯＳＦＥＴ又は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、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ、並列にダイオード８３ｕ、８３ｖ、８３ｗ、８４ｕ、８４ｖ、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）の中点の共通接続点とバッテリ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（８１ｕ〜８１ｗ）は、コンバータ制御部５４から出力されるゲート駆動信号（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にされる。

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、ＯＣＶ≒Ｖ１としている。

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のバッテリ電圧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（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、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。

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に示した燃料電池出力特性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は、第２出力電圧である発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出される第２ソース電流としての発電電流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目標電圧（目標値）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。

ただし、ダウンバータ４２とバッテリ２４間の電力線１８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、後述するように１次電圧Ｖ１がＶＣＵ２３によるフィードバック制御の目標電圧とされる。

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かつ動作するものであり、次に、コンバータ制御部５４及び統括制御部５６による電力線１８の断線検出動作処理を含む燃料電池車両２０の動作について、図３、図４のフローチャートを参照して説明する。

電力線１８の断線が発生していない通常時には、図３のステップＳ１における２次電圧Ｖ２制御モードが実施される。

この２次電圧Ｖ２制御モードにおいては、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。

図４は、図３のステップＳ１の処理の詳細を示している。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の指令電圧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。

燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、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から指令された指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング素子（８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗ）の駆動デューティ（駆動信号ＵＨ〜ＷＨ、ＵＬ〜ＷＬのオンデューティ）を制御する。なお、２次電圧Ｖ２（又は１次電圧Ｖ１）は、コンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ動作により制御される。

また、ＦＣ制御部５０及びモータ制御部５２も統括制御部５６からの指令に応じて所定の処理を実行する。

そして、統括制御部５６に対して、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２から制御結果が逐次報告される。

ここで、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］（この実施形態では、スイッチング周期の２００倍の約１０［ｍｓ］）の間に設定される。なお、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。

ここで、ステップＳ１（ステップＳ１４）で、２次電圧Ｖ２を指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるように制御する２次電圧Ｖ２制御モード中の昇圧動作について説明する。

昇圧動作時において、統括制御部５６により指令電圧Ｖ２ｃｏｍが決定されると、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２が目標電圧である指令電圧Ｖ２ｃｏｍに保持されるように、下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗの駆動デューティ（オンデューティ）が、１−Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍとなる駆動信号ＵＬ〜ＷＬを発生する。なお、デューティが、（１−駆動信号ＵＬ〜ＷＬのオンデューティ＝Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍ）となる駆動信号ＵＨ〜ＷＨも発生する。

図５に示すように、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を供給する昇圧動作では、コンバータ制御部５４は、例えば、時点ｔ１３〜ｔ１４で下アームスイッチング素子８２ｕをオン状態とする。このとき、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によりリアクトル９０に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がインバータ３４へ供給される。

また、時点ｔ１４〜ｔ１７で、下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗがオフ状態にされるとダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通し、リアクトル９０からエネルギを放出しコンデンサ３９にエネルギを蓄積するとともに、２次電流Ｉ２としてインバータ３４へ供給される。

さらに、時点ｔ１７で下アームスイッチング素子８２ｖがオン状態にされると、再びリアクトル９０にエネルギが蓄積され、その後、下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗがオフ状態にされるとダイオード８３ｕ〜８３ｗに電流が流れる。以降、下アームスイッチング素子８２ｗをオンした後オフするとダイオード８３ｕ〜８３ｗに電流が流れ、下アームスイッチング素子８２ｕをオンした後オフするとダイオード８３ｕ〜８３ｗに電流が流れる。このような処理を繰り返しＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。

次に、ステップＳ１（ステップＳ１４）で指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるように制御する２次電圧Ｖ２制御モード中の降圧動作について説明する。

降圧動作時において、統括制御部５６により指令電圧Ｖ２ｃｏｍが決定されると、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２が目標電圧である指令電圧Ｖ２ｃｏｍに保持されるように、上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗの駆動デューティ（オンデューティ）が、Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍとなる駆動信号ＵＨ〜ＷＨを発生する。なお、デューティが、（１−駆動信号ＵＨ〜ＷＨのオンデューティ＝１−Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍ）となる駆動信号ＵＬ〜ＷＬも発生する。

図６に示すように、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を供給する降圧動作では、コンバータ制御部５４は、時点ｔ１〜ｔ２で上アームスイッチング素子８１ｕをオン状態とする。このとき、リアクトル９０に、第１に、２次側２Ｓから回生電流であるモータ電流Ｉｍ（ジェネレータ電流）による２次電流Ｉ２、第２に、発電電流Ｉｆによる２次電流Ｉ２、又は第３に、回生電流であるモータ電流Ｉｍと発電電流Ｉｆの合成電流による２次電流Ｉ２が、１次電流Ｉ１として流れ当該リアクトル９０にエネルギを蓄積すると同時に、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が供給される。

次に、時点ｔ２〜ｔ５で、上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗがオフ状態にされると、ダイオード８４ｕ〜８４ｗに電流が流れ、リアクトル９０からエネルギが放出され、コンデンサ３８にエネルギを蓄積するとともに補機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。

さらに、時点ｔ５で上アームスイッチング素子８１ｖをオンした後オフするとダイオード８４ｕ〜８４ｗに電流が流れ、以降、上アームスイッチング素子８１ｗをオンした後オフするとダイオード８４ｕ〜８４ｗに電流が流れ、さらに上アームスイッチング素子８１ｕをオンした後オフするとダイオード８４ｕ〜８４ｗに電流が流れる。このような処理を繰り返しＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。

ステップＳ１の処理中に、スイッチング周期２π（この実施形態では約５０［μｓ］の時間に対応する。）毎に、コンバータ制御部５４は、ステップＳ２における電力線１８の断線の可能性検出処理を行う。

この電力線１８の断線検出処理では、電圧センサ６１により検出される１次電圧Ｖ１の変化速度（上昇速度又は下降速度）ＶＳ１［Ｖ／ｓ］（［Ｖ／ｓ］＝［ボルト／秒］）を検出（算出）する。

バッテリ２４からバッテリ電流Ｉｂａｔが放電電流として流れ出しているときに電力線１８が断線した場合、１次電圧Ｖ１は急激に減少を開始する。その一方、バッテリ２４に対してバッテリ電流Ｉｂａｔが充電電流として流れ込んでいるときに電力線１８が断線した場合、１次電圧Ｖ１は急激に上昇を開始する。

そこで、ステップＳ２において、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が、閾値速度ＶＳｒｅｆより大きい場合には、電力線１８に断線が発生したと推定して（断線の可能性があるものとして）、直ちにステップＳ３の１次電圧Ｖ１制御モードに移行する。

なお、閾値速度ＶＳｒｅｆは、例えば、設計開発時に、１次電圧Ｖ１の上昇速度と下降速度の双方で、シミュレーション及び実験による追試により値が予め定められる。この場合、現在の１次電流Ｉ１とバッテリ電流Ｉｂａｔの値、並びに補機４４の負荷に応じて上昇・下降変化速度の各閾値速度ＶＳｒｅｆの表（マップ）を作成しておくこともできる。

ステップＳ２において、コンバータ制御部５４は、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が閾値速度ＶＳｒｅｆを超えた場合、電力線１８が断線したものと推定して、２次電圧Ｖ２制御モードからステップＳ３の１次電圧Ｖ１制御モードに移行する（切替制御モード）。また、そのステップＳ３において、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２制御モードから１次電圧Ｖ１制御モードに移行し開始した旨を統括制御部５６に通知する。

このステップＳ３の１次電圧Ｖ１制御モードでは、ダウンバータ４２の動作範囲が広い場合には、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が閾値速度ＶＳｒｅｆを超えた時点の１次電圧Ｖ１を目標電圧としてもよいが、ダウンバータ４２の動作範囲が狭い場合においては、その前の時点である１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が上昇変化又は下降変化を開始した時点の１次電圧Ｖ１を目標電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するようにすることで、ダウンバータ４２の動作範囲の広狭いずれの場合においても、補機４４に過大電流や過小電流が流れることがなくなり補機４４の正常動作を確保することができる。

すなわち、このように制御することで、ダウンバータ４２が正常動作を継続して、補機４４に通常の電流を流すことができることから補機４４が正常動作を継続できる。

そして、上記のように、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１のみに基づいて電力線１８の断線の有無を検出することで、断線の判定時間をきわめて短い時間にすることができる。すなわち、断線検知の迅速化を図ることができる。

次いで、ステップＳ４において、統括制御部５６は、２次電圧Ｖ２制御モードから１次電圧Ｖ１制御モードに移行し開始した旨の通知をコンバータ制御部５４から受け取った時点から数秒（２〜３秒から５〜６秒ほどの時間）の経過を待ち、ステップＳ５において断線確定判定を行う。統括制御部５６は、その数秒の間、例えば、補機電流Ｉａｕが全て１次電流Ｉ１により賄われている（Ｉａｕ≒Ｉ１）判定した場合には電力線１８が断線したことを確定する。

その一方、ステップＳ５において、統括制御部５６は、ステップＳ４の数秒経過中の間で、例えば、補機電流Ｉａｕがバッテリ電流Ｉｂａｔでも賄われている｛Ｉａｕ＝Ｉｂａｔ＋Ｉ１（Ｉ１＝０の場合も含む。）｝と判定した場合にはステップＳ２で判定した断線可能性が誤りであると確定判定して（ステップＳ５：ＮＯ）、現在の１次電圧Ｖ１制御モードからステップＳ１での２次電圧Ｖ２制御モードにもどる（復帰制御モード）。

なお、ステップＳ５において、ステップＳ２で判定した断線可能性が正しく、実際に断線であると確定した場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６において、１次電圧Ｖ１制御モードでの運転を継続する。

この場合、ステップＳ７において、統括制御部５６は、スピーカ（不図示）による音声及び（又は）ダッシュボード上の表示器（不図示）上での表示により、蓄電装置２４に接続されている電力線１８が断線したことをユーザに警告通知する。なお、同様の警告通知を、ステップＳ３においては、電力線１８の断線の可能性があるという内容で行うようにしてもよい。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、ステップＳ２において、コンバータ制御部５４により１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１に基づき第１電力装置である蓄電装置２４の電力線１８の断線の可能性を検出した場合には、ステップＳ５の統括制御部５６による断線判定の確定を待たずに、断線が疑われる段階（ステップＳ２：ＹＥＳ）で２次電圧Ｖ２制御モードから１次電圧Ｖ１制御モードに切り替えるようにしているので（ステップＳ３）、電力線１８の断線時における補機４４の正常動作を確保するための保護動作を速やかに開始することができる。すなわち、蓄電装置２４とＤＣ／ＤＣコンバータ３６との間の接続が切れたときの保護動作の開始の遅れを解消することができる。

このように、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１だけで断線を検出すると、断線検出の判定時間は短くなる（断線検出の迅速化の例）。しかしながら、燃料電池車両２０が加速から減速に移行した場合には、急激に回生電流が増加する場合がある。回生電流の急激な増加に伴い１次電圧Ｖ１が急激に上昇すると、この１次電圧Ｖ１の急激な上昇を誤って断線と判定してしまい、誤検知により１次電圧Ｖ１制御モードに切り替わってしまう可能性がある。

このような急激な回生電流に伴う断線誤検知を防止するために、回生電流の増加速度の制限、いわゆるレートリミット（単位時間当たりの回生電流の増加量）を小さい値に抑制して、誤検知につながる急激な１次電圧Ｖ１の変化が生じないようにすることも考えられる（誤検知対策の例１）。しかし、回生電流の増加速度の制限（レートリミット）を過度に行うと、正常走行時の回生電流（回生量）調整の自由度が減り、目標とする車両走行性能を出せない可能性がある。

そこで、回生電流の増加速度の制限に関する制御切替の閾値（レートリミットの閾値）を大きな値に設定することも考えられる。しかしレートリミットの閾値を大きな値に設定すると、上述した１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１を監視する簡易な断線判定（ステップＳ２）が動作しない場合が生じるので、その場合には、制御フローを、図７の断線検出処理動作の比較例のフローチャートに示すように、ステップＳ２とステップＳ３を省略するように変更するが、このように制御フローを変更した場合には、図３のステップＳ５の統括制御部５６による断線検知が確定するまで、２次電圧Ｖ２制御モードから１次電圧Ｖ１制御モードへのモードの切替が起こらず、保護制御の開始が遅れる可能性がある。

これに対して、図３に示したこの実施形態に係る制御フローでは、断線が疑われる段階（ステップＳ２：ＹＥＳ）で、制御モードを２次電圧Ｖ２制御モードから１次電圧Ｖ１制御モードに切り替えるとともに、実際に断線がなかった場合には（ステップＳ５：ＮＯ）元の２次電圧Ｖ２制御モード（ステップＳ１）にもどるという構成にしたので、断線時における速やかな保護動作と、正常運転時における走行性能を両立することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、例えば、蓄電装置２４に直列に保護リレー（保護スイッチ）が設けられている場合に、その保護リレーが開放と判定（誤開放の判定含む）したときにステップＳ２が成立するようにするなど、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

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 ５６…統括制御部

Claims (8)

1. 補機に接続され１次電圧を発生する蓄電装置からなる第１電力装置と、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され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インバータに発生する回生電圧を２次電圧とする第２電力装置と、前記１次電圧と前記２次電圧との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるハイブリッド電源車両において、
   制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、を有し、
   前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替え、
   前記制御部を、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御部と、
   前記コンバータ制御部の処理周期よりも長い周期で前記第１電力装置と前記第２電力装置の電力配分を決定する上位制御部と、に分け、
   前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替える処理を、前記コンバータ制御部に割り当てる
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
2. 請求項１記載のハイブリッド電源車両において、
   前記制御部は、さらに、
   前記２次電圧制御モード中に、前記１次電圧制御モードに切り替えた後、前記第１電力装置側に断線が発生していないとの確定判定をした場合には、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードに復帰させる
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
3. 請求項１又は２記載のハイブリッド電源車両において、
   前記制御部は、
   前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の変化速度に基づき検出する
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
4. 請求項１〜３のいずれか1項に記載のハイブリッド電源車両において、
   前記制御部は、
   前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の上昇速度に基づき検出する
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
5. 請求項３又は４に記載のハイブリッド電源車両において、
   前記第１電力装置側での断線の可能性を、前記１次電圧の変化速度に基づき検出する処理を、前記コンバータ制御部に割り当てる
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド電源車両において、
   前記第１電力装置側で断線が発生しているかどうかの確定判定を、前記上位制御部に割り当てる
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド電源車両において、
   前記発電装置が、燃料電池である
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両。
8. 補機に接続され１次電圧を発生する蓄電装置からなる第１電力装置と、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され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インバータに発生する回生電圧を２次電圧とする第２電力装置と、前記１次電圧と前記２次電圧との間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるハイブリッド電源車両の第１電力装置側での断線時制御方法において、
   前記ハイブリッド電源車両は、制御部を有し、
   前記制御部が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードで制御する処理手順と、
   前記制御部が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流の方向に拘わらず前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードで制御する処理手順と、
   前記制御部が、前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置の断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替える切替制御モードで制御する処理手順と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御部と、
   前記コンバータ制御部の処理周期よりも長い周期で前記第１電力装置と前記第２電力装置の電力配分を決定する上位制御部と、に分けられ、
   前記２次電圧制御モード中に、前記第１電力装置側での断線の可能性を検出した場合には、断線かどうかの確定判定をすることなく、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードに切り替える処理が、前記コンバータ制御部に割り当てられている
   ことを特徴とするハイブリッド電源車両の第１電力装置側での断線時制御方法。

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