JP2016027541A - ２電源負荷駆動燃料電池システム及び燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池側コンバータが昇圧状態から直結状態に遷移する際の燃料電池電力変化の線形性を維持可能な２電源負荷駆動燃料電池システム及び燃料電池自動車を提供する。【解決手段】ＦＣＶＣＵ２１が直結状態となったときのＦＣＶＣＵ２１の電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕ（リアクトル２１ａ、ダイオード２１ｃ、及び配線の抵抗成分とＦＣ電流Ｉｆｃとによる電圧降下と、ダイオード２１ｃの順方向電圧降下とからなる。）を見込んで、遷移時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の駆動デューティＤを制御することで、遷移時の段差（電圧差ΔＶｆｃ及び電力差ΔＰｆｃ）を解消することができる。【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池と蓄電装置との並列電源で負荷を駆動する２電源負荷駆動燃料電池システムに関し、前記負荷に車両の駆動モータを含む燃料電池自動車に適用して好適である。

従来から、例えば特許文献１の図１に示されるように、負荷と燃料電池の出力端との間に燃料電池側コンバータを設け、前記負荷と蓄電装置の入出力端との間に蓄電装置側コンバータを設けて前記負荷を駆動する２電源負荷駆動燃料電池システムが知られている。

２電源負荷駆動燃料電池システムでは、特許文献１に記載されているように、例えば駆動モータの逆起電力より燃料電池電圧が高く燃料電池出力電流が小さい燃料電池電力の小さい領域では、燃料電池側コンバータが直結状態とされ燃料電池電圧が蓄電装置側コンバータにより制御される（特許文献１の［００４３］）。その一方、駆動モータの逆起電力より燃料電池電圧が低く燃料電池出力電流が大きい燃料電池電力の大きい領域では、燃料電池側コンバータも昇圧状態とされ、燃料電池電圧が燃料電池側コンバータにより制御される（特許文献１の［００４４］、［００４５］）。

特開２００８−９１３１９号公報

ところで、このような２電源負荷駆動燃料電池システムにおいては、燃料電池側コンバータにより燃料電池電圧を制御している相対的に高負荷状態から、燃料電池側コンバータを直結状態にして燃料電池電圧を蓄電装置側コンバータにより制御する相対的に低負荷状態に遷移する場合、遷移時点において、蓄電装置側コンバータの出力端電圧が滑らかに変化するように設定している。

しかしながら、蓄電装置側コンバータの出力端電圧を滑らかに変化するように設定しても、遷移時点において、燃料電池電圧（燃料電池電力）が滑らかに変化せずに、電圧（電力）の段差が発生し、燃料電池電力変化の線形性（追従性）が悪化し、燃料電池の連続して安定した制御性を確保することが困難になるという課題を見いだした。

この課題について、本発明者の比較例に係る図１０のタイミングチャートを参照して、より具体的に説明する。時点ｔ０〜ｔ１まで一定負荷であったモータ負荷Ｐｍが、時点ｔ１から徐々に減少するとき、その時点ｔ１から蓄電装置側コンバータであるＢＡＴＶＣＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の２次側電圧である目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが減少される共に、燃料電池電圧Ｖｆｃが増加される。燃料電池電圧Ｖｆｃが増加されることで、燃料電池電流（燃料電池出力電流）Ｉｆｃが減少する。

時点ｔ０から時点ｔ２までは、燃料電池側コンバータであるＦＣＶＣＵ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が昇圧状態とされ、燃料電池電圧Ｖｆｃは、燃料電池側コンバータであるＦＣＶＣＵにより制御される。

時点ｔ２にて、モータ負荷Ｐｍが閾値電力Ｐｍｔｈを下回るときに、燃料電池側コンバータの昇圧状態又は直結状態を表すＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆが、ＦＣＶＣＵ昇圧状態（Ｆｃｆ＝１）からＦＣＶＣＵ直結状態（Ｆｃｆ＝０）に切り替えられる。

時点ｔ１から時点ｔ２までＦＣＶＣＵにより燃料電池電圧Ｖｆｃが徐々に増加するように制御され、時点ｔ２以降、ＢＡＴＶＣＵにて、燃料電池電圧Ｖｆｃが徐々に増加するように制御されるが、四角形の破線領域で示すように、遷移時点である時点ｔ２において、一点鎖線で示す燃料電池電圧Ｖｆｃに段差（電圧差ΔＶｆｃ）が発生し、その結果、滑らかに低下させようとしている目標燃料電池電力Ｐｆｃｔａｒに対し、実際の燃料電池電力（実燃料電池電力、瞬時燃料電池電力）Ｐｆｃに段差（電力差ΔＰｆｃ）が発生し、時点ｔ２から時点ｔ３までの遷移時点近傍において、燃料電池の連続して安定した制御性を確保することができない。

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、燃料電池側コンバータが昇圧状態から直結状態に遷移する際の燃料電池電力変化の線形性を維持することを可能とする２電源負荷駆動燃料電池システム及び燃料電池自動車を提供することを目的とする。

この発明に係る２電源負荷駆動燃料電池システムは、燃料電池電圧を出力する燃料電池と、蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、負荷と、前記燃料電池電圧を、直結状態で前記負荷に印加するか、又は昇圧して前記負荷に印加する燃料電池側コンバータと、前記蓄電装置電圧を昇圧して前記負荷に印加する蓄電装置側コンバータと、前記燃料電池側コンバータと前記蓄電装置側コンバータの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池側コンバータにより前記燃料電池電圧を制御している状態から前記燃料電池側コンバータを直結状態にし、前記蓄電装置側コンバータにより前記燃料電池電圧を制御する状態へ遷移させる場合に、前記燃料電池電圧が滑らかに遷移するように、前記蓄電装置側コンバータのデューティを制御する。

この発明によれば、１次側が燃料電池に接続されている燃料電池側コンバータの２次側と、１次側が蓄電装置に接続されている蓄電装置側コンバータの２次側とが接続されて負荷を駆動する２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、昇圧状態で燃料電池電圧を制御している燃料電池側コンバータを直結状態にし、前記燃料電池電圧を前記蓄電装置側コンバータの２次電圧である負荷端電圧により制御しようとする遷移時に、前記蓄電装置側コンバータのデューティを、前記燃料電池電圧が滑らかに遷移するように制御することで、燃料電池側コンバータが昇圧状態から直結状態に遷移する際の燃料電池電力変化の線形性を維持することができる。結果として、燃料電池側コンバータの昇圧状態から直結状態への遷移時点近傍において、燃料電池の連続して安定した制御性を確保することができる。

この場合、遷移時における前記蓄電装置側コンバータのデューティの制御は、前記燃料電池側コンバータが直結状態となったときの該燃料電池側コンバータの電圧降下分を見込んで制御する。

従来は、蓄電装置側コンバータの出力電圧が滑らかになるように蓄電装置側コンバータのデューティを設定していたので、燃料電池側コンバータの抵抗成分と燃料電池電流とによる電圧降下分に対応する電圧（電力）の段差が発生していたが、この電圧降下分（電圧変化分）を見込んで、蓄電装置側コンバータのデューティを制御することで、燃料電池側コンバータが昇圧状態から直結状態に遷移する際の燃料電池電力変化の線形性を維持することができる。

ここで、前記燃料電池側コンバータの前記電圧降下分は、燃料電池電流を変数とする関数値の特性として予め記憶装置に記憶しておくことで、燃料電池側コンバータを昇圧状態から直結状態に切り替える遷移時に、前記燃料電池電力を、より確実に滑らかに遷移させることができる。この場合、前記記憶装置には、前記燃料電池電流を前記変数とする前記関数値の特性を、前記燃料電池側コンバータの温度をパラメータとして複数記憶しておくことが好ましい。

前記蓄電装置側コンバータが、目標負荷端電圧と負荷端電圧との偏差を、少なくとも比例項と積分項を含むＰＩＤ処理するフィードバック部を通じて駆動される場合、前記電圧降下分に対応する分を、前記積分項の初期値を、前記遷移時に変化させる処理として設定することで、燃料電池側コンバータを昇圧状態から直結状態に切り替える遷移時に、簡単な構成で、確実に、前記燃料電池電力を滑らかに遷移させることができる。

上述したように、前記電圧降下分は、前記燃料電池側コンバータの抵抗成分と燃料電池電流との乗算（積）に対応している。前記抵抗成分は、前記燃料電池側コンバータを構成するスイッチング素子等の半導体素子、配線及びリアクトル等の素子（部品）により構成される。これらの素子は温度が上昇すると抵抗成分が増加する。抵抗成分が増加等の変動をすると、燃料電池電流は一定であるにも拘わらず、前記電圧降下分が変動する。そこで、予め、前記燃料電池側コンバータの抵抗成分の温度特性を把握しておき、素子温度、換言すれば、前記燃料電池側コンバータの温度の変動に依存して前記積分項の初期値を燃料電池側コンバータの直結状態から昇圧状態の遷移時に変化させることで、負荷の変動により前記素子温度（前記燃料電池側コンバータの温度）が変動しても、昇圧状態から直結状態に切り替わる遷移時に、簡単な構成で、確実に、前記燃料電池電力を滑らかに変化させることができる。

なお、上記の各発明は、前記２電源負荷駆動燃料電池システムの前記負荷に、車両の駆動源である駆動モータが含まれる燃料電池自動車に適用して好適である。

この発明によれば、１次側が燃料電池に接続されている燃料電池側コンバータの２次側と、１次側が蓄電装置に接続されている蓄電装置側コンバータの２次側とが接続されて負荷を駆動する２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、昇圧状態で燃料電池電圧を制御している燃料電池側コンバータを直結状態にし、前記燃料電池電圧を前記蓄電装置側コンバータの２次電圧である負荷端電圧により制御しようとする遷移時に、前記蓄電装置側コンバータのデューティを、前記燃料電池電圧が滑らかに遷移するように制御することで、燃料電池側コンバータが昇圧状態から直結状態に遷移する際の燃料電池電力変化の線形性を維持することができる。

結果として、燃料電池側コンバータの昇圧状態から直結状態への遷移時点近傍において、燃料電池の連続して安定した制御性を確保することができる。

この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動燃料電池システムとしての燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。 前記燃料電池自動車の電力系のブロック図である。 変形例の燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。 燃料電池のＩＶ特性図である。 燃料電池側コンバータの素子温度と抵抗成分との関係を示す特性図である。 蓄電装置側コンバータと、この蓄電装置側コンバータの駆動制御部の機能ブロック図である。 実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。 実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。 一例の遷移時補正部の構成を示す模式図である。 課題を説明するための比較例のタイミングチャートである。

以下、この発明に係る２電源負荷駆動燃料電池システムについて、一実施形態に係る２電源負荷駆動燃料電池システムが適用された燃料電池自動車との関係において好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動燃料電池システムとしての燃料電池システム１２（以下、「ＦＣシステム１２」という。）が適用された燃料電池自動車１０（以下、「ＦＣ自動車１０」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。

図２は、ＦＣ自動車１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ自動車１０は、ＦＣシステム１２と、駆動モータ１４（以下「モータ１４」という。）と、負荷駆動回路１６（以下、ＩＮＶ１６という。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と、を有する。

ＦＣシステム１２は、基本的には、一方の１次側１Ｓｆに配置される燃料電池ユニット１８（以下、「ＦＣユニット１８」という。）と、他方の１次側１Ｓｂに配置される高電圧バッテリ２０（以下「ＢＡＴ２０」という。）（蓄電装置）と、１次側１Ｓｆと２次側２Ｓ側との間に配置される燃料電池側コンバータとしてのチョッパ方式の昇圧コンバータ２１（以下、ＦＣＶＣＵ２１という。ＶＣＵ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、１次側１Ｓｂと２次側２Ｓ側との間に配置される蓄電装置側コンバータとしてのチョッパ方式の双方向の昇降圧コンバータ２２（以下、ＢＡＴＶＣＵ２２という。）と、電子制御装置２４（以下、ＥＣＵ２４という。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、を有する。

ＦＣＶＣＵ２１は、基本的には、一方の１次電圧であるＦＣ電圧（発電電圧又はＦＣ電圧ともいう。）Ｖｆｃを２次電圧である負荷端電圧（負荷駆動回路入力端電圧）Ｖｉｎｖに昇圧する。

ＢＡＴＶＣＵ２２は、基本的には、他方の１次電圧であるＢＡＴ電圧（バッテリ電圧ともいう。）Ｖｂａｔを２次電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧するか、負荷端電圧ＶｉｎｖをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧する。なお、ＢＡＴＶＣＵ２２は、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する一方向の昇圧コンバータであってもよい。

実際上、ＥＣＵ２４は、それぞれ車内通信によりデータ等の共有が可能なＦＣ自動車１０全体のエネルギマネジメントを統括する統括ＥＣＵ（不図示）と、統括ＥＣＵからの指令に応じてＦＣＶＣＵ２１とＢＡＴＶＣＵ２２を制御するコンバータＥＣＵ（不図示）と、ＦＣユニット１８を制御するＦＣＥＣＵ（不図示）とに分けられているが、この実施形態では理解の便宜のために、ＥＣＵ２４として１つに統一して説明している。

モータ１４は、ＦＣ４０及びＢＡＴ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。

ＩＮＶ１６は、３相ブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖ［Ｖ］を３相の交流電圧に変換してモータ１４に供給する一方、モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後の負荷端電圧Ｖｉｎｖを、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じて降圧しＢＡＴ２０に供給（充電）する。

なお、この実施形態において、モータ１４は、ＰＭモータ（永久磁石同期モータ）を採用している。この場合、所定トルクでのモータ１４の回転数Ｎｍを上げるために弱め界磁制御を適用してもよい。

モータ１４とＩＮＶ１６を併せて負荷３０という。実際上、負荷３０には、モータ１４等の他に、ＢＡＴＶＣＵ２２、エアポンプ４２、ウォータポンプ４４、エアコンディショナ４６、降圧コンバータ４８等の構成要素を含めることもできる。エアポンプ４２、ウォータポンプ４４、及びエアコンディショナ４６は、高電圧の補機負荷であり、燃料電池スタック４０（以下、ＦＣ４０又はＦＣスタック４０という。）及び／又はＢＡＴ２０から電力が供給される。

ＦＣユニット１８は、ＦＣ４０と、ＦＣ４０のアノード流路に対して遮断弁４３を介して水素（燃料ガス）を供給する水素タンク（Ｈ₂タンク）４５と、ＦＣ４０のカソード流路に対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を供給する前記エアポンプ４２と、ＦＣ４０の冷却流路に対して冷却媒体（冷媒）を供給する前記ウォータポンプ４４とを備える。

ＦＣ４０は、例えば、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燃料電池セル（以下、「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有し、前記アノード流路を介して前記アノード電極に供給された水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、前記電解質膜を介して前記カソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流電圧Ｖｆｃ（以下、発電電圧Ｖｆｃ、燃料電池電圧Ｖｆｃ又はＦＣ電圧Ｖｆｃという。）を発生する電気エネルギとして利用に供される。カソード電極には、前記カソード流路を介して酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。

ＦＣ４０からの電力（以下、ＦＣ電力Ｐｆｃという。Ｐｆｃ＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ、Ｉｆｃ：ＦＣ電流）は、ＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣＶＣＵ２１を介して昇圧されて又は直結状態とされてＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じて降圧されエアポンプ４２等の補機に供給され、さらにＢＡＴ２０の充電用として供給され、さらにまた、降圧コンバータ４８を通じて低電圧バッテリ５０等に供給される。

一方、ＢＡＴ２０からの電力（以下、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔという。）は、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＢＡＴＶＣＵ２２を通じて昇圧されて又は直結状態とされてＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、前記エアポンプ４２等の補機に供給され、さらに降圧コンバータ４８を通じて低電圧バッテリ５０等に供給される。

低電圧バッテリ５０の電力は、ライト、アクセサリや各種センサ等の低電圧駆動される補機５２、ＥＣＵ２４、ラジエータファン５４、及び水素タンク４５の遮断弁４３に供給される。

ＢＡＴ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、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等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

図１に示すように、ＦＣＶＣＵ２１は、リアクトル（インダクタ）２１ａと、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子２１ｂとダイオード２１ｃ（単方向電流通過素子）と、１次側１Ｓｆ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｆと２次側２Ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｆとから構成され、コンバータ制御器として機能するＥＣＵ２４から通信・制御線６８を通じてスイッチング素子２１ｂがスイッチング状態（デューティ制御）とされることで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する。

デューティ（駆動デューティ）が０［％］とされて、スイッチング素子２１ｂがオフ状態（開状態）に維持されると、リアクトル２１ａとダイオード２１ｃを通じてＦＣ４０と負荷３０とが直結状態（ＦＣ直結状態又はＦＣＶＣＵ直結状態という。）とされ、ＦＣ電圧Ｖｆｃが負荷端電圧Ｖｉｎｖに直結される（Ｖｉｎｖ＝Ｖｆｃ−Ｖｄ≒Ｖｆｃ、Ｖｄ＜＜Ｖｆｃ、Ｖｄ：ダイオード２１ｃの順方向降下電圧）。ダイオード２１ｃは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、ＦＣＶＣＵ２１は、昇圧動作（力行時等）の他に逆流防止動作、直結動作（力行時等）を行う。

ＢＡＴＶＣＵ２２は、リアクトル２２ａと、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子２２ｂ、２２ｄと、これらスイッチング素子２２ｂ、２２ｄにそれぞれ並列に接続されるダイオード２２ｃ、２２ｅと、１次側１Ｓｂ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｂと、２次側２Ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｂとから構成される。

昇圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｄがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｂがスイッチング（デューティ制御）されることでＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ（蓄電電圧）が所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖまで昇圧される（力行時）。

降圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｂがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｄがスイッチング（デューティ制御）されることで、ダイオード２２ｃがフライホイールダイオードとして機能し、負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧される（回生充電時及び／又はＦＣ４０による充電時）。

また、スイッチング素子２２ｂをデューティが０［％］でのオフ状態、スイッチング素子２２ｄをデューティが１００［％］でのオン状態とすることで、ＢＡＴ２０と負荷３０とが直結状態（ＢＡＴ直結状態又はＢＡＴＶＣＵ直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時）とされる。

ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが負荷端電圧Ｖｉｎｖになる（Ｖｂａｔ≒Ｖｉｎｖ）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｂａｔ−ダイオード２２ｅの順方向降下電圧」となり、充電時（回生時含む）の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ＋スイッチング素子２２ｄのオン電圧＝Ｖｂａｔ（スイッチング素子２２ｄのオン電圧を０［Ｖ］と仮定した場合。）」になる。

なお、図３の変形例に示すように、ＦＣＶＣＵ２１Ａの直結動作（直結状態）時に、リアクトル２１ａの抵抗成分とＦＣ電流Ｉｆｃによる電圧降下分の発生を回避するために、リアクトル２１ａとダイオード２１ｃの直列回路に並列にバイパス用のダイオード２１ｄを接続配置してもよい。同様に、ＢＡＴ直結時｛ＢＡＴＶＣＵ２２Ａの直結動作（直結状態）時｝に、リアクトル２２ａの抵抗成分とＢＡＴ電流（バッテリ電流）Ｉｂとによる電圧降下を防止するために、リアクトル２２ａとダイオード２２ｅの直列回路に並列にバイパス用のダイオード２２ｆを接続配置したＦＣシステム１２Ａを備えるＦＣ自動車１０Ａとしてもよい。

ＦＣ４０は、図４に示すように、ＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣ開回路電圧Ｖｆｃｏｃｖより低下するに従い、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する公知の電流電圧（ＩＶ）特性７０を有する。すなわち、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に高いＦＣ電圧ＶｆｃｈであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｌに比較して、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に低いＦＣ電圧ＶｆｃｌであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｈが大きな電流になる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電流Ｉｆｃが大きくなるほど（ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くなるほど）大きくなる。

ＦＣＶＣＵ２１の直結時においては、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃが、昇圧状態（スイッチング状態）のＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｂａｔ）で決定される負荷端電圧Ｖｉｎｖ｛ＢＡＴＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）になる。｝により制御され、ＦＣ電圧Ｖｆｃが決定されると、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

また、ＦＣＶＣＵ２１の昇圧時においては、ＦＣＶＣＵ２１の１次側１Ｓｆの電圧、すなわちＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが決定され、所望の負荷端電圧ＶｉｎｖとなるようにＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定される。

さらに、ＢＡＴＶＣＵ２２の回生時直結状態においては、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

さらにまた、ＢＡＴＶＣＵ２２の力行時直結状態においては、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、ＦＣ電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

なお、この実施形態では、ＦＣＶＣＵ２１に対して、昇圧時に、ＦＣ電圧Ｖｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにコンバータ制御器としてのＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティが調整されるフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御がなされているが、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとの間にはＩＶ特性７０に基づく一意の関係があるのでＦＣ電流Ｉｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティを調整するフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御をすることも可能である。

当該制御に際しては、ＥＣＵ２４のメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃ、ＦＣ電流Ｉｆｃ、ＦＣ温度Ｔｆｃ（ウォータポンプ４４により流通される冷媒の温度等）、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、ＢＡＴ電流Ｉｂ、バッテリ温度Ｔｂ、ＩＮＶ１６の負荷端電圧Ｖｉｎｖ、２次電流Ｉ２、モータ電流Ｉｍ、モータ温度Ｔｍ等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、上記センサに加え、ＦＣＶＣＵ２１の抵抗成分（単に抵抗ともいう。）Ｒｆｃｖｃｕ（単位は抵抗［Ω］）を推定する（置換測定）ためのサーミスタ等の素子温度センサ５１がリアクトル２１ａに近接して付設されている。なお、素子温度センサ５１は、第一義的には、ＦＣＶＣＵ２１を構成するスイッチング素子２１ｂ、リアクトル２１ａ、ダイオード２１ｃ、コンデンサＣ１ｆ、Ｃ２ｆ、及び配線の素子温度を素子温度Ｔｆｃｖｃｕ［℃］として総合的に検出する。

図５は、予め測定しＥＣＵ２４のメモリ（記憶装置）に記憶されている素子温度Ｔｆｃｖｃｕと、ＦＣＶＣＵ２１の抵抗成分Ｒｆｃｖｃｕとの関係を示す特性図である。銅等の金属と同様に、抵抗成分Ｒｆｃｖｃｕ［Ω］が、素子温度Ｔｆｃｖｃｕ［℃］に比例して増減する特性５５になっている。この抵抗成分ＲｆｃｖｃｕにＦＣ電流Ｉｆｃを乗算することにより現在の素子温度ＴｆｃｖｃｕでのＦＣＶＣＵ２１の電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕ（ΔＶｆｃｖｃｕ＝Ｒｆｃｖｃｕ×Ｉｆｃ）を推定（算出）することができる。

さらに、各種センサには、上記センサに加え、開度センサ６０及びモータ回転数センサ６２（図１）が含まれる。開度センサ６０は、アクセルペダル６４の開度θｐ［度、ｄｅｇ］を検出する。モータ回転数センサ６２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。

ＥＣＵ２４は、回転数Ｎｍに基づいてＦＣ自動車１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。ＦＣ自動車１０においてモータ回転数センサ６２は、車速センサを兼用するが別途設けてもよい。

さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ６６（以下「メインＳＷ６６」という。）が接続される。メインＳＷ６６は、内燃機関自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、ＦＣユニット１８及びＢＡＴ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。メインＳＷ６６がオン状態にされるとＦＣ４０が発電状態となり、オフ状態にされると発電停止状態となる。

ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）であるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。

なお、上述したように、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、それぞれ車内通信線（不図示）を介して必要なデータが共有されるモータ１４用ＥＣＵ、ＦＣユニット１８用ＥＣＵ、ＢＡＴ２０用ＥＣＵ、ＦＣＶＣＵ２１用ＥＣＵ、ＢＡＴＶＣＵ２２用ＥＣＵ、及び統括ＥＣＵ等毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０の状態、ＢＡＴ２０の状態及びモータ１４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ＦＣ自動車１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣ４０が負担すべき負荷と、ＢＡＴ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２に指令を送出する。

図６は、ＢＡＴＶＣＵ２２と、ＥＣＵ２４のＢＡＴＶＣＵ２２の駆動制御部１２２と、からなるＢＡＴＶＣＵ２２昇圧時の負荷端電圧Ｖｉｎｖ制御モード時の機能ブロック図を示している。

ＦＣＶＣＵ２１の直結時には、負荷端電圧ＶｉｎｖがＦＣ電圧Ｖｆｃとされ、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃが、駆動制御部１２２により駆動されるＢＡＴＶＣＵ２２により制御される（ＦＣ直結Ｖｉｎｖ制御モードという。）。

このＦＣ直結Ｖｉｎｖ制御モードでは、ＥＣＵ２４で演算された負荷端電圧指令値Ｖｉｎｖｃｏｍが演算点１３１（減算器）に減算信号（減数信号）として供給されると共に、フィードフォワード部１３２の演算点１３３に割り算信号として供給される。この負荷端電圧指令値Ｖｉｎｖｃｏｍが、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒ（Ｖｉｎｖｔａｒ＝Ｖｉｎｖｃｏｍ）とされる。

図示しない電圧センサで検出（測定）された負荷端電圧Ｖｉｎｖが演算点１３１に加算信号（被減数信号）として供給される。

図示しない電圧センサで検出（測定）されたＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが演算点１３３（比作成器）に乗算信号（乗数信号）として供給される。

演算点１３１の出力である偏差ｅ（ｅ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｉｎｖｔａｒ）が、フィードバック部１３５に供給される。

フィードバック部（Ｆ／Ｂ部）１３５は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）動作部（ＰＩＤ動作部）１３５Ａと、ＰＩＤ動作部１３５Ａの遷移時補正部１３５Ｂとから構成される。

Ｆ／Ｂ部１３５は、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、演算点１３４（減算器）の一方の入力に減数信号として供給する。フィードバック部１３５は、少なくとも比例（Ｐ）動作部と積分（Ｉ）動作部として機能させればよい。

補正デューティΔＤは、Ｆ／Ｂ（フィードバック）のＰ項成分（比例項）による補正デューティΔＤｐとＦ／Ｂ（フィードバック）のＩ項成分（積分項）による補正デューティΔＤｉとＦ／Ｂ（フィードバック）のＤ項成分（微分項）による補正デューティΔＤｄの合成値である。遷移時補正部１３５Ｂによる補正がないときの、補正デューティΔＤは、次の（１）式で表すことができる。
ΔＤ＝ΔＤｐ＋ΔＤｉ＋ΔＤｄ
＝Ｋｐ×ｅ＋Ｋｉ×∫ｅｄｔ＋Ｋｄ×（ｄｅ／ｄｔ） …（１）

この（１）式において、Ｋｐは偏差ｅに対する比例項のフィードバック係数、Ｋｉは偏差ｅに対する積分項のフィードバック係数、Ｋｄは偏差ｅに対する微分項のフィードバック係数である。

演算点１３４の他方の入力には、演算点１３３から基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖｔａｒ）が供給される。

ＰＷＭ（パルス幅変調）処理部１３６には、この基準デューティＤｓから、補正デューティΔＤを差し引いた（２）式に示すデューティ（駆動デューティ）Ｄが供給される。
Ｄ＝Ｄｓ−ΔＤ＝Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖｔａｒ−ΔＤ …（２）

ＰＷＭ処理部１３６は、駆動デューティＤに基づき、スイッチング素子２２ｄ（上アームスイッチング素子とも言われる。）に（３）式に示す駆動デューティＤＨの駆動信号ＵＨを供給すると共に、スイッチング素子２２ｂ（下アームスイッチング素子とも言われる。）に（４）式に示す駆動デューティＤＬの駆動信号ＵＬを供給する。
ＤＨ＝Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖｔａｒ−ΔＤ …（３）
ＤＬ＝１−（Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖｔａｒ−ΔＤ） …（４）

このようにして、ＢＡＴＶＣＵ２２は、ＥＣＵ２４により負荷端電圧Ｖｉｎｖが目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｃｏｍに一致するように動作する。

ここで、ＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｂａｔ）は、次の（５）式で表される。（５）式から分かるように、１次側電圧であるＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが一定値である場合、駆動デューティＤを値１に近づくように大きくすることで、２次側電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖを増加させることができる。また、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが一定値である場合、補正デューティΔＤを増加させることで、負荷端電圧Ｖｉｎｖを減少させることができる。
Ｖｉｎｖ／Ｖｂａｔ＝１／（１−Ｄ）＝１／｛１−（Ｄｓ−ΔＤ）｝…（５）

次に、この実施形態の要部に係る遷移時補正部１３５Ｂを含むフィードバック部１３５を含めたＦＣシステム１２が適用されたＦＣ自動車１０のＥＣＵ２４による制御動作について、図７のフローチャート及び図８のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図８のタイミングチャートにおいて、モータ負荷Ｐｍ、ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆ、及び目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒの時間変化は、図１０のタイミングチャートで示したものと同一である。

ステップＳ１にて、ＥＣＵ２４は、モータ負荷Ｐｍが閾値電力Ｐｍｔｈより小さいか否かを判定する。

時点ｔ０〜ｔ２に示すように、モータ負荷Ｐｍが閾値電力Ｐｍｔｈより大きい（ステップＳ１：ＮＯ）状態では、ステップＳ２にて、ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆを、ＦＣＶＣＵ昇圧状態を示すＦｃｆ＝１（Ｆｃｆ←１）に設定する。

ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆ＝１のＦＣＶＣＵ昇圧状態では、ステップＳ３にて、ＦＣ４０のＦＣ電圧ＶｆｃがＥＣＵ２４により昇圧状態のＦＣＶＣＵ２１を通じて制御される。ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０のＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔａｒとなるように負荷端電圧Ｖｉｎｖとの間の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）を制御する。これによりＦＣ電力Ｐｆｃが目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒとなるように制御される。なお、ＦＣＶＣＵ２１が昇圧状態にあるときには、一般的には、駆動モータ１４が高負荷状態になっておりＦＣ４０が大電力状態（ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くＦＣ電流Ｉｆｃが大きい状態）で動作しているので、ＦＣＶＣＵ２１の素子温度Ｔｆｃｖｃｕも高温になり易いことに留意する。

このステップＳ３では、ＥＣＵ２４は、負荷端電圧Ｖｉｎｖが目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒとなるように、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じてＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧する。なお、ＥＣＵ２４は、両ＶＣＵ２１、２２の昇圧制御時には、ＢＡＴＶＣＵ２２の（１）式に示したフィードバック係数Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄを補正しない（Ｆ／Ｂ項通常）。

時点ｔ１でモータ負荷Ｐｍが減少を開始し、時点ｔ１〜ｔ２に示すようにモータ負荷Ｐｍが徐々に減少しているときには、ステップＳ３にて、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じて負荷端電圧Ｖｉｎｖが減少されるが、これに対応して目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒが低減されるので、ＦＣＶＣＵ２１を通じてＦＣ電圧Ｖｆｃを徐々に増加させることで、ＦＣ電力Ｐｆｃを目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒに追従させる。

時点ｔ２において、モータ負荷Ｐｍが閾値電力Ｐｍｔｈに一致し、下回ろうとすると、ステップＳ１の判定が肯定的となる（ステップＳ１：ＹＥＳ、Ｐｍ＜Ｐｍｔｈ）。

このとき、まず、ステップＳ４にて、ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆが、Ｆｃｆ＝０（ＦＣＶＣＵ２１直結状態）か否かが判定される。ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆは、時点ｔ０から時点ｔ２までＦｃｆ＝１（ＦＣＶＣＵ２１昇圧状態）であったので、この判定は否定的（ステップＳ４：ＮＯ）となり、ステップＳ５にてＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆを、ＦＣＶＣＵ昇圧状態（Ｆｃｆ＝１）からＦＣＶＣＵ直結状態（Ｆｃｆ＝０）に切り替える。

これと同時に、ステップＳ６にて、素子温度センサ５１を通じてＦＣＶＣＵ２１の素子温度Ｔｆｃｖｃｕを検出すると共に、図示しない電流センサにてＦＣ電流Ｉｆｃを検出する。

そして、ＦＣＶＣＵ２１の昇圧状態から直結状態へのＢＡＴＶＣＵ２２を制御対象とした、ステップＳ７に示すＦ／Ｂの積分項の初期値を操作する遷移時処理を実行する。

時点ｔ２にて、ＦＣ電力Ｐｆｃが目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒと乖離して急減しない（段差である電力差ΔＰｆｃが発生しない）ようにするためには、ＢＡＴＶＣＵ２２によって設定される負荷端電圧Ｖｉｎｖが、急増（ＦＣ電圧Ｖｆｃが急増）しない（非線形に増加しない、段差である電圧差ΔＶｆｃが発生しない）で、線形に増加するように制御することが必要である。

ＦＣＶＣＵ２１の直結時（スイッチング素子２１ｂのデューティ０［％］のオフ時）には、図５を参照して説明したＦＣＶＣＵ２１の抵抗成分Ｒｆｃｖｃｕが存在しており、この抵抗成分ＲｆｃｖｃｕとＦＣ電流Ｉｆｃとによる電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕが発生する。

そこで、ステップＳ７の遷移時処理では、遷移時に、この電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕを、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒから低下させるようにデューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ−ΔＤ）を補正することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃに段差（電圧差ΔＶｆｃ）が発生しないようにできる。つまり、段差（電圧差ΔＶｆｃ）が、電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕに対応する。

目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒから電圧差ΔＶｆｃを低下させるように補正するためには、上述した（５）式を参照すれば、電圧差ΔＶｆｃに対応する分、ＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧比Ｖｉｎｖ／Ｖｂａｔを低下させればよい。そのためには、遷移時に、その分、補正デューティΔＤを増加させればよいことが理解される。

図８の最下段に示すように、時点ｔ２（遷移時）でのみ補正するための補正デューティΔＤのインパルス的増加（補正デューティΔＤの補正）は、例えば、遷移時補正部１３５Ｂにより決定されるＰＩＤ動作部１３５Ａの積分項の補正デューティΔＤｉに初期値を設けることで達成する。積分項の補正デューティΔＤｉをインパルス的に増加させるための補正関数ｆ（ｔ）は、Ｆ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔの初期値ｆ（０）がｆ（０）＝ｆ（ｔ２）とされ、この初期値ｆ（０）＝ｆ（ｔ２）が、時点ｔ２で、ゼロ値からインパルス的に増加しゼロ値に戻る関数とすればよい。

遷移時補正部１３５Ｂは、図９に示すように、補正関数ｆ（ｔ）と、Ｆ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔの初期値ｆ（０）を算出するための特性１５０、１５０ｍ、１５０ｈを有するテーブル（マップ）と、から構成されている。

図５に示したように、ＦＣＶＣＵ２１の抵抗成分Ｒｆｃｖｃｕ［Ω］は、素子温度Ｔｆｃｖｃｕ［℃］に比例して大きくなる。そのため、同一のＦＣ電流Ｉｆｃであっても、素子温度Ｔｆｃｖｃｕ［℃］が増加すると、段差（電圧差ΔＶｆｃ＝Ｒｆｃｖｃｕ×Ｉｆｃ）が大きくなる。

そこで、初期値ｆ（０）の大きさが、ＦＣ電流Ｉｆｃの増加に応じて大きくなり、且つ、素子温度Ｔｆｃｖｃｕをパラメータとして、同一のＦＣ電流Ｉｆｃであっても素子温度Ｔｆｃｖｃｕの増加に応じて大きくなる特性１５０、１５０ｍ、１５０ｈを予めＥＣＵ２４のメモリ（記憶装置）に記憶しておく。

この場合、対策前は、図８の時点ｔ２にて電圧差ΔＶｆｃがあることからＦＣ電力Ｐｆｃに対するＦ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔの寄与分が、時点ｔ２から時点ｔ３までの二点鎖線の変化特性で示すように、所定時間ΔＴをかけて徐々に増加して時点ｔ３にて収束して安定するようになっている。そのため、目標ＦＣ電力ＰｆｃｔａｒとＦＣ電力Ｐｆｃとの間で電力差ΔＰｆｃが発生する。

これに対して、電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕに対応する分が、Ｆ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔの初期値ｆ（０）を、遷移時に変化させる処理として設定されている対策後のＦＣ電力Ｐｆｃに対するＦ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔの寄与分は、（６）式に示すように、対策前のＦ／Ｂの積分項（Ｋｉ×∫ｅｄｔ）に補正項｛ｆ（０）×∫ｅｄｔ｝が加算（合成）されたものとなるので、図８にＦＣ電力ＰｆｃのＦ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔとして実線で示すように、ステップ状に増加し直ちに安定状態に至ることが分かる。
｛Ｋｉ＋ｆ（ｔ）｝∫ｅｄｔ＝Ｋｉ×∫ｅｄｔ＋ｆ（ｔ）×∫ｅｄｔ
＝Ｋｉ×∫ｅｄｔ＋ｆ（０）×∫ｅｄｔ…（６）

この場合、遷移時補正部１３５Ｂは、ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆが値１から値０に遷移したとき、つまり、ＦＣＶＣＵ状態フラグＦｃｆ＝０が供給されたとき、そのとき（遷移時）に検出されたＦＣ電流Ｉｆｃを変数として特性１５０（図９）を参照し関数値としての初期値ｆ（０）を算出し、（６）式の右辺の第２項である補正項ｆ（０）×∫ｅｄｔによる対策後のＦ／Ｂの積分項Ｋｉ×∫ｅｄｔを生成するように、ＰＩＤ動作部１３５Ａに設定する。

このように制御することにより、補正デューティΔＤが時点ｔ２のみで増加補正され、図８に示すように、対策後のＦＣ電圧Ｖｆｃは、時点ｔ２にて段差（電圧差ΔＶｆｃ）の発生がなく滑らかに増加し、これに伴い、対策後のＦＣ電力Ｐｆｃが、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒに沿って滑らかに減少する。

なお、ステップＳ７の遷移時処理において、段差（電圧差ΔＶｆｃ及び電力差ΔＰｆｃ）の残量に応じて、さらなる滑らかさを得るために図９に示した特性１５０、１５０ｍ、１５０ｈを補間して使用に供することが好ましい。

ステップＳ７の処理後、ステップＳ８にて、Ｆ／Ｂ項が（１）式に示した通常値に戻され、ＦＣＶＣＵ２１の直結状態、ＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧状態、ＦＣ電圧ＶｆｃのＢＡＴＶＣＵ２２によるＦＣ直結Ｖｉｎｖ制御モードによる制御が継続され、ステップＳ１に戻る。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態に係る燃料電池システム１２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃを出力するＦＣ４０と、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを出力するＢＡＴ２０と、負荷３０と、ＦＣ電圧Ｖｆｃを、直結状態で負荷３０に印加するか、又は昇圧して負荷３０に印加する燃料電池側コンバータとしてのＦＣＶＣＵ２１と、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧して負荷３０に印加する蓄電装置側コンバータとしてのＢＡＴＶＣＵ２２と、ＦＣＶＣＵ２１とＢＡＴＶＣＵ２２の動作を制御する制御装置としてのＥＣＵ２４と、を備える。

ＥＣＵ２４は、ＦＣＶＣＵ２１により（を通じて）ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御している状態からＦＣＶＣＵ２１を直結状態にし、ＢＡＴＶＣＵ２２により（を通じて）ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する状態へ遷移させる時に、ＦＣ電圧Ｖｆｃが滑らかに遷移するように、ＢＡＴＶＣＵ２２のデューティを制御する。

このように、１次側１ＳｆがＦＣ４０に接続されているＦＣＶＣＵ２１の２次側２Ｓと、１次側１ＳｂがＢＡＴ２０に接続されているＢＡＴＶＣＵ２２の２次側２Ｓとが接続されて負荷３０を駆動する２電源負荷駆動燃料電池システムとしての燃料電池システム１２において、昇圧状態でＦＣ電圧Ｖｆｃを制御しているＦＣＶＣＵ２１を直結状態にし、ＦＣ電圧ＶｆｃをＢＡＴＶＣＵ２２の２次電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖにより制御しようとする遷移時に、ＢＡＴＶＣＵ２２の駆動デューティＤ＝Ｄｓ−ΔＤ＝Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖｔａ−ΔＤ｛（２）式｝を、ＦＣ電圧Ｖｆｃが滑らかに遷移するように制御することで、ＦＣＶＣＵ２１が昇圧状態から直結状態に遷移する際のＦＣ電力Ｐｆｃの線形性を維持することができる。結果として、ＦＣＶＣＵ２１の昇圧状態から直結状態への遷移時点近傍において、ＦＣ４０の連続して安定した制御性を確保することができる。

この場合、遷移時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の駆動デューティＤの制御は、ＦＣＶＣＵ２１が直結状態となったときのＦＣＶＣＵ２１の電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕ（リアクトル２１ａ、ダイオード２１ｃ、及び配線の抵抗成分とＦＣ電流Ｉｆｃとによる電圧降下と、ダイオード２１ｃの順方向電圧降下とからなる。）を見込んで制御すればよい。

図８の最上段の波形に示すように、時点ｔ１からのモータ負荷Ｐｍの漸減に併せて、ＦＣ電力Ｐｆｃを漸減中（図８の「Ｐｆｃ対策前」の二点鎖線の波形参照）に、モータ負荷Ｐｍが閾値電力Ｐｍｔｈを下回るとき（時点ｔ２）には、負荷端電圧Ｖｉｎｖを基準電圧としてＦＣＶＣＵ２１の駆動デューティＤを制御してＦＣ電圧Ｖｆｃを設定していた状態（ＦＣＶＣＵ２１の昇圧状態）から、ＦＣＶＣＵ２１は直結状態に切り替わる。

直結状態になったＦＣＶＣＵ２１では、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御できないため、その時点ｔ２にて、ＦＣ電圧Ｖｆｃの設定（制御）がＢＡＴＶＣＵ２２による制御に切り替えられる。

この場合、図１０を参照して説明した比較例では、時点ｔ２にて、ＦＣＶＣＵ２１の電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕを考慮せずに、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを基準電圧としてＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧制御によるＦＣ電圧Ｖｆｃの設定を行っていたため段差（電圧差ΔＶｆｃ）が発生していた。

つまり、比較例では、ＦＣＶＣＵ２１の抵抗成分ＲｆｃｖｃｕとＦＣ電流Ｉｆｃとによる電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕに対応する電圧（電力）の段差（電圧差ΔＶｆｃと電力差ΔＰｆｃ）が発生していた。

そこで、この実施形態では、この電圧降下分（電圧変化分）ΔＶｆｃｖｃｕを見込んで、ＢＡＴＶＣＵ２２の駆動デューティＤを遷移時のみに操作（制御）することで、段差（電圧差ΔＶｆｃと電力差ΔＰｆｃ）を解消し、ＦＣＶＣＵ２１が昇圧状態から直結状態に遷移する際のＦＣ電力Ｐｆｃの漸減変化の線形性を維持することができるようにした。

ここで、ＦＣＶＣＵ２１の電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕは、ＦＣ電流Ｉｆｃを変数とする関数値の特性１５０を示すテーブルとして予めＥＣＵ２４のメモリ（記憶装置）に記憶しておくことで、ＦＣＶＣＵ２１を昇圧状態から直結状態に切り替える遷移時に、ＦＣ電力Ｐｆｃを、より確実に滑らかに遷移させることができる。この場合、電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕがＦＣＶＣＵ２１の素子温度Ｔｆｃｖｃｕが高いほど大きくなることを考慮して、前記記憶装置には、ＦＣ電流Ｉｆｃを変数とする前記関数値の特性１５０を含め、素子温度Ｔｆｃｖｃｕをパラメータとして複数の特性１５０、１５０ｍ、１５０ｈを記憶している。

そして、ＢＡＴＶＣＵ２２が、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒと負荷端電圧Ｖｉｎｖとの偏差ｅ（ｅ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｉｎｖｔａｒ）を、少なくとも比例項と積分項を含むＰＩＤ処理するＦ／Ｂ部１３５を通じて駆動される場合、電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕに対応する分を、ＦＣＶＣＵ２１を昇圧状態から直結状態に切り替える遷移時（時点ｔ２）に、積分項｛Ｋｉ＋ｆ（ｔ）｝∫ｅｄｔ中の初期値ｆ（０）∫ｅｄｔとして設定する。この設定分に対応する分、補正デューティΔＤが時点ｔ２で瞬間的に増加し、ＢＡＴＶＣＵ２２の２次側２Ｓの電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖが電圧降下分ΔＶｆｃｖｃｕに対応する分、瞬間的に減少する。これにより、時点ｔ２で発生していた段差（電圧差ΔＶｆｃ）を相殺でき、結果として、簡単な構成で、確実に、ＦＣ電力Ｐｆｃを滑らかに遷移させることができる。

この場合、ＦＣＶＣＵ２１の素子温度Ｔｆｃｖｃｕの変動に依存して積分項｛Ｋｉ＋ｆ（ｔ）｝∫ｅｄｔの初期値ｆ（０）∫ｅｄｔを、図９の特性１５０、１５０ｍ、１５０ｈを参照し、素子温度Ｔｆｃｖｃｕに応じて変化させる。このように変化させることで、負荷３０（ＩＮＶ１６とＩＮＶ１６を通じて駆動される駆動モータ１４）の変動により素子温度Ｔｆｃｖｃｕが変動していても、素子温度Ｔｆｃｖｃｕを考慮した初期値ｆ（０）∫ｅｄｔの設定が行え、ＦＣＶＣＵ２１が昇圧状態から直結状態に切り替わる遷移時に、簡単な構成で、確実に、ＦＣ電力Ｐｆｃを滑らかに変化させることができる。

なお、この発明は、上記実施形態に限らず、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もちろんである。

１０、１０Ａ…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）
１２、１２Ａ…燃料電池システム（ＦＣシステム）
１４…モータ（駆動モータ） １６…負荷駆動回路（インバータ）
２０…ＢＡＴ（高電圧バッテリ、蓄電装置）
２１、２１Ａ…ＦＣＶＣＵ（昇圧コンバータ）
２２、２２Ａ…ＢＡＴＶＣＵ（昇降圧コンバータ）
２４…ＥＣＵ ４０…ＦＣ（燃料電池スタック）
１２２…駆動制御部 １３５…フィードバック部（Ｆ／Ｂ部）
１３５Ａ…ＰＩＤ動作部 １３５Ｂ…遷移時補正部
１３６…ＰＷＭ処理部

Claims (6)

1. 燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
   負荷と、
   前記燃料電池電圧を、直結状態で前記負荷に印加するか、又は昇圧して前記負荷に印加する燃料電池側コンバータと、
   前記蓄電装置電圧を昇圧して前記負荷に印加する蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池側コンバータと前記蓄電装置側コンバータの動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池側コンバータにより前記燃料電池電圧を制御している状態から前記燃料電池側コンバータを直結状態にし、前記蓄電装置側コンバータにより前記燃料電池電圧を制御する状態へ遷移させる場合に、前記燃料電池電圧が滑らかに遷移するように、前記蓄電装置側コンバータのデューティを制御する
   ことを特徴とする２電源負荷駆動燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、
   遷移時における前記蓄電装置側コンバータのデューティの制御は、前記燃料電池側コンバータが直結状態となったときの該燃料電池側コンバータの電圧降下分を見込んで制御される
   ことを特徴とする２電源負荷駆動燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池側コンバータの前記電圧降下分は、燃料電池電流を変数とする関数値の特性として予め記憶装置に記憶しておく
   ことを特徴とする２電源負荷駆動燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、
   前記記憶装置には、前記燃料電池電流を前記変数とする前記関数値の特性が、前記燃料電池側コンバータの温度をパラメータとして複数記憶されている
   ことを特徴とする２電源負荷駆動燃料電池システム。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の２電源負荷駆動燃料電池システムにおいて、
   前記蓄電装置側コンバータが、目標負荷端電圧と負荷端電圧との偏差を、少なくとも比例項と積分項を含むＰＩＤ処理するフィードバック部を通じて駆動される場合、前記電圧降下分に対応する分が、前記積分項の初期値として設定されている
   ことを特徴とする２電源負荷駆動燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の前記２電源負荷駆動燃料電池システムの前記負荷に、車両の駆動モータが含まれる燃料電池自動車。

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