JP2018116864A

JP2018116864A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2018116864A
Application number: JP2017007464A
Authority: JP
Inventors: 裕田野; Yutaka Tano; 真司麻生; Shinji Aso; 裕史掛布; Yuji Kakefu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: US10615437B2; JP6642463B2; US20180205099A1

Abstract

【課題】コンバータが燃料電池から入力される実際の電圧を過剰に昇圧して出力することを防止する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池と、燃料電池の出力電圧を測定する電圧センサと、出力電圧を昇圧するコンバータと、フィードフォワード制御を行うために設定されるフィードフォワード項とフィードバック制御を行うために設定されるフィードバック項とを含むデューティ比を用いてコンバータを制御する制御部と、を備える。制御部は、コンバータに出力電圧を昇圧させるとき、所定の数式で算出されるフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、別の所定の数式で算出される上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超える場合、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌとフィードバック項とを含むデューティ比Ｄ１によって、コンバータに燃料電池が出力する電圧を昇圧させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムには、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池の出力電圧を測定する電圧センサと、燃料電池の出力電圧を昇圧できるコンバータとを備えるものがある（特許文献１）。

特開２０１５−２２０９６１号公報

特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池による発電が開始されると、コンバータは、燃料電池の出力電圧を昇圧する。コンバータによる昇圧を行う際、発電を開始した燃料電池の実際の出力電圧（真値）をリアルタイムで正確に測定するのが難しいことおよび過渡応答に対する応答性向上のため、燃料電池から出力される電圧の推定値を用いて、コンバータにおけるデューティ比は算出されていた。そして、燃料電池における実際の出力電圧の値より推定値が小さかったとき、コンバータが燃料電池の実際の出力電圧を過剰に昇圧して出力する場合があった。このため、コンバータが燃料電池の実際の出力電圧を過剰に昇圧して出力することを防止できる技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を測定する電圧センサと、前記出力電圧を昇圧するコンバータと、フィードフォワード制御を行うために設定されるフィードフォワード項とフィードバック制御を行うために設定されるフィードバック項とを含むデューティ比を用いて前記コンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させるとき、（ａ）次の数式Ｉ

で算出されるフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、次の数式ＩＩ

で算出される上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超える場合、前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌと前記フィードバック項とを含むデューティ比Ｄ１によって、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させ、（ｂ）前記フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下である場合、前記フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦと前記フィードバック項とを含むデューティ比Ｄ２によって、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させる。このような態様において、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを上限として、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えるときには、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌをフィードフォワード項としてデューティ比が計算される。そして、制御部は、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌとフィードバック項との和であるデューティ比Ｄ１によって、コンバータに燃料電池の出力電圧を昇圧させることによって、コンバータが燃料電池の実際の出力電圧を過剰に昇圧して出力することを防止できる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌは、フィルタ処理とレート処理とのうちいずれか一方の処理を受けた前記測定値ＶＬを用いて算出されてもよい。この形態によれば、精度良い測定値ＶＬを用いて上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを算出することができる。このため、適正な上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌをフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦとの比較に用いることができる。

本発明の形態は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、これらを実現するコンピュータプログラムなどの態様で実現することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

燃料電池システムの電気的構成を示す説明図である。燃料電池コンバータの回路構成を示す説明図である。不連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を説明する説明図である。連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を説明する説明図である。燃料電池が発電を開始した際の測定値の変動を説明した説明図である。燃料電池システムが実行する昇圧制御処理を示すフローである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１００の電気的構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、駆動モーター２００で駆動する車両の電源として搭載されている。燃料電池システム１００は、燃料電池１１０と、電圧センサ１１５と、燃料電池コンバータ１２０と、電圧センサ１２５と、二次電池１３０と、二次電池コンバータ１４０と、インバータ１５０と、ＥＣＵ１６０とを備える。また、燃料電池システム１００は、直流導線Ｗ１と、直流導線Ｗ２と、直流導線Ｗ３と、直流導線Ｗ４と、交流導線Ｗ５とを備える。

燃料電池１１０は、水素ガスおよび酸素の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１１０としては、固体高分子形燃料電池に限定されることはなく、種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。燃料電池１１０としては、固体高分子形燃料電池に代えて、例えば、固体酸化物型燃料電池が採用されてもよい。燃料電池１１０は、直流導線Ｗ１を介して、燃料電池コンバータ１２０と電気的に接続されている。

電圧センサ１１５は、直流導線Ｗ１に接続されており、燃料電池１１０の出力電圧を測定する。電圧センサ１１５は、燃料電池１１０の出力電圧の測定値ＶＬを示す信号を、ＥＣＵ１６０に出力する。

燃料電池コンバータ１２０は、昇圧型のコンバータ装置であり、燃料電池１１０の出力電圧を目標の電圧まで昇圧する昇圧動作をおこなう。燃料電池コンバータ１２０は、直流導線Ｗ２を介してインバータ１５０と電気的に接続されている。燃料電池コンバータ１２０は、Ｕ相コンバータＤＣ１と、Ｖ相コンバータＤＣ２と、Ｗ相コンバータＤＣ３と、Ｘ相コンバータＤＣ４とを備える。Ｕ相コンバータＤＣ１と、Ｖ相コンバータＤＣ２と、Ｗ相コンバータＤＣ３と、Ｘ相コンバータＤＣ４とは、並列に接続されている。

図２は、燃料電池コンバータ１２０の回路構成を示す説明図である。Ｕ相コンバータＤＣ１は、リアクトルＬ１と、電流センサＩ１と、パワーモジュールＩＰＭ１とを備える。リアクトルＬ１は、燃料電池１１０と電気的に接続している。リアクトルＬ１は、環状のコア部と、コア部の外周に巻き付けられたコイルとによって構成される。リアクトルＬ１は、電力の蓄積および蓄積した電力の放出を行うことができる。リアクトルＬ１による電力の蓄積作用および放出作用は、Ｕ相コンバータＤＣ１による電圧の昇圧動作に利用される。

電流センサＩ１は、リアクトルＬ１とパワーモジュールＩＰＭ１との間に配される。電流センサＩ１は、リアクトルＬ１からパワーモジュールＩＰＭ１に流れる電流を検出する。パワーモジュールＩＰＭ１は、複数の半導体素子を組み込んだ回路モジュールである。パワーモジュールＩＰＭ１は、スイッチング素子ＳＷ１と、ダイオードＤｉ１とを有する。

スイッチング素子ＳＷ１は、燃料電池１１０の出力電圧が入力された際に周期的なスイッチング制御を行うことによって、リアクトルＬ１に電力の蓄積および放出を周期的に繰り返させる。リアクトルＬ１より放出された電力は、ダイオードＤｉ１を介して出力される。ダイオードＤｉ１は、いわゆるスイッチングダイオードである。

Ｕ相コンバータＤＣ１は、スイッチング素子ＳＷ１におけるデューティ比（オン状態とオフ状態との比）を調整することで、入力された電圧を調整して出力する。

Ｖ相コンバータＤＣ２、Ｗ相コンバータＤＣ３およびＸ相コンバータＤＣ４は、Ｕ相コンバータＤＣ１と同様に、それぞれに対応するリアクトルＬ２、Ｌ３、Ｌ４と、電流センサＩ２、Ｉ３、Ｉ４と、パワーモジュールＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４とを備える。パワーモジュールＩＰＭ２、ＩＰＭ３、ＩＰＭ４は、パワーモジュールＩＰＭ１と同様に、それぞれに対応するダイオードＤｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４と、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４とを備える。尚、以降の説明では、４つのリアクトルの各々を総称する場合には符号「Ｌ」を、４つのスイッチング素子の各々を総称する場合には符号「ＳＷ」を使用する。

Ｖ相コンバータＤＣ２、Ｗ相コンバータＤＣ３およびＸ相コンバータＤＣ４は、Ｕ相コンバータＤＣ１と同様の原理で、燃料電池１１０から入力された電圧を調整して出力する。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、電流センサＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４が測定するそれぞれの電流値がそれぞれの電流目標値と等しくなるよう、それぞれのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４におけるデューティ比を調整してスイッチング制御を行う。

図１の説明に戻り、電圧センサ１２５は、直流導線Ｗ２に接続されており、燃料電池コンバータ１２０が出力する電圧を測定する。

二次電池１３０は、燃料電池１１０とともに燃料電池システム１００の電力源として機能する。本実施形態では、二次電池１３０は、リチウムイオン電池によって構成される。他の実施形態では、二次電池１３０は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池１３０は、直流導線Ｗ３を介して二次電池コンバータ１４０と電気的に接続されている。

二次電池コンバータ１４０は、昇降型のコンバータ装置であり、燃料電池コンバータ１２０と類似の構成を有する。二次電池コンバータ１４０は、直流導線Ｗ４を介して、燃料電池コンバータ１２０とインバータ１５０とを接続する直流導線Ｗ２と電気的に接続されている。二次電池コンバータ１４０は、インバータ１５０の入力電圧である直流導線Ｗ２における電圧を調整し、二次電池１３０の充放電を制御する。

二次電池コンバータ１４０は、燃料電池コンバータ１２０からの出力電力が目標出力電力に対して不足する場合には、二次電池１３０に放電させる。一方、二次電池コンバータ１４０は、駆動モーター２００において回生電力が発生する場合には、当該回生電力を二次電池１３０に蓄電させる。なお、二次電池コンバータ１４０は、燃料電池コンバータ１２０とは異なる構成を有していてもよい。

インバータ１５０は、燃料電池１１０および二次電池１３０から直流導線Ｗ２を介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。インバータ１５０は、交流導線Ｗ５を介して駆動モーター２００と電気的に接続し、三相交流電力を駆動モーター２００に供給する。また、インバータ１５０は、駆動モーター２００において発生する回生電力を直流電力に変換して直流導線Ｗ２に出力する。

駆動モーター２００は、インバータ１５０から供給される三相交流電力を回転動力に変換する電動機である。

ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１００に備えられた各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム１００の各部の動作を制御する制御部である。ＥＣＵ１６０は、燃料電池コンバータ１２０の動作を制御する。ＥＣＵ１６０は、測定値ＶＬを示す信号を電圧センサ１１５から受信する。

ＥＣＵ１６０は、燃料電池コンバータ１２０を構成するリアクトルＬに対応するスイッチング素子ＳＷを入り切りするタイミングをデューティ比として設定して電圧を制御する。また、ＥＣＵ１６０は、リアクトルＬに電流が流れ続ける連続モードと、リアクトルＬに電流が断続的に流れる不連続モードとを区別して、フィードフォワード制御を行なうためのフィードフォワード項を算出する。

図３は不連続モードにおいてリアクトルＬ（図２）に流れる電流の状態を説明する説明図である。図４は連続モードにおいてリアクトルＬに流れる電流の状態を説明する説明図である。図３および図４において、１点鎖線で示すＩｅが実効電流を示す。図３において、不連続モードは、スイッチング素子ＳＷ（図２）が閉じられてＯＮになっている時間が相対的に短い場合に、リアクトルに流れる電流が０になるモードである。図４において、連続モードは、スイッチング素子ＳＷを開いてＯＮになっている状態からＯＦＦにしても、直ちに、リアクトルＬ１に流れる電流が０になるとは限らず、電流が０になる前にスイッチング素子ＳＷ１が閉じられてＯＮになるモードである。実効電流Ｉｅは連続モードの方が不連続モードより大きくなる。

不連続モードにおいて、フィードフォワード項は、次の数式ＩＩＩにより算出される。

連続モードにおいて、フィードフォワード項は、次の数式Ｉにより算出される。

ＥＣＵ１６０は、連続モードにおいて、燃料電池コンバータ１２０に燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させるとき、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、次の数式ＩＩで算出される上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超える場合、以下の処理を行う。すなわち、ＥＣＵ１６０は、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌとフィードバック項との和を、デューティ比Ｄ１とし、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ１によって燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる。

また、ＥＣＵ１６０は、燃料電池コンバータ１２０に燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させるとき、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下である場合、以下の処理を行う。すなわち、ＥＣＵ１６０は、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦとフィードバック項との和を、デューティ比Ｄ２とし、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ２によって燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる。

フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦについて、測定値ＶＨとは、燃料電池コンバータ１２０の出力電圧の測定値のことである。推定値ＶＬｔｇｔとは、燃料電池１１０の出力電圧の推定値のことである。

上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌについて、測定値ＶＬとは、電圧センサ１１５による燃料電池１１０の出力電圧の測定値のことである。上限値ＶＨｕｌとは、燃料電池コンバータ１２０の出力電圧において予め設定された上限値のことである。他の実施形態では、上限値ＶＨｕｌは、燃料電池システム１００の運転状況に応じて変化する値であってもよい。

測定値ＶＨは、駆動モーター２００の稼動に要求された電圧である。推定値ＶＬｔｇｔは、予め設定されている。上限値ＶＨｕｌは、駆動モーター２００を保護する観点を含め、許容できる測定値ＶＨの最大値以下であって、かつ、燃料電池システム１００における通常の制御状態で測定値ＶＨが取り得る値の最大値以上の値の範囲内で予め設定された値のことである。

本実施形態では、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌは、フィルタ処理とレート処理とのうちいずれか一方の処理を受けた測定値ＶＬを用いて算出される。フィルタ処理とは、測定値ＶＬに含まれるノイズを除去する処理である。レート処理とは、データの変化速度を一定以下に制御する処理のことである。本実施形態では、このような処理を実施するため、精度良い測定値ＶＬを用いて上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを算出することができる。このため、適正な上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌをフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦとの比較に用いることができる。

フィードバック項は、電圧センサ１１５による燃料電池１１０の出力電圧の測定値ＶＬの誤差等に基づいて、フィードバック制御を行うために設定される値である。

電圧センサ１１５による燃料電池１１０の出力電圧の測定値ＶＬの誤差とは、燃料電池１１０における実際の電圧の値と測定値ＶＬとの間における誤差のことである。この誤差には、（１）電圧センサ１１５が測定した燃料電池１１０の電圧をデジタル信号に変換する際に生じる誤差と、（２）電圧センサ１１５が燃料電池１１０の電圧を測定してから測定値ＶＬを示す信号をＥＣＵ１６０に出力して受信されるまでの間に生じる燃料電池１１０における実際の電圧との時間的なずれによる誤差等と、が含まれている。

本実施形態では、ＥＣＵ１６０は、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えるとき、燃料電池コンバータ１２０に信号Ｓ１を出力する。信号Ｓ１を受信した燃料電池コンバータ１２０は、デューティ比Ｄ１によって、燃料電池１１０の出力電圧の昇圧を開始する。

本実施形態では、ＥＣＵ１６０は、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下であったとき、燃料電池コンバータ１２０に信号Ｓ２を出力する。信号Ｓ２を受信した燃料電池コンバータ１２０は、デューティ比Ｄ２によって、燃料電池１１０の出力電圧の昇圧を開始する。

図５は、本実施形態における燃料電池１１０が発電を開始した際の測定値ＶＬの変動を説明した説明図である。

図５のグラフは、縦軸に電圧をとる。グラフにおける実線ＶＬは、電圧センサ１１５による燃料電池１１０の出力電圧の測定値ＶＬを示す。

グラフにおける一点鎖線ＶＬｔｇｔは、燃料電池１１０の出力電圧の推定値ＶＬｔｇｔを示す。図５のタイミングｔ１より前における推定値ＶＬｔｇｔは、測定値ＶＬと重なっている。

図５のタイミングｔ０において、燃料電池１１０の発電が開始される。図５のタイミングｔ０からタイミングｔ１の間において、燃料電池１１０の発電により、電圧センサ１１５による燃料電池１１０の出力電圧の測定値ＶＬは緩やかに上昇する。

図５のタイミングｔ１以降において、電圧センサ１１５による燃料電池１１０の電圧の測定値ＶＬは、タイミングｔ０からタイミングｔ１の間と比べて、大きく上昇する。

一方、タイミングｔ１以降において、推定値ＶＬｔｇｔは、測定値ＶＬと比べて、小さい上昇幅で上昇する。これは、燃料電池コンバータ１２０の出力する電圧を安定化させるため、燃料電池コンバータ１２０におけるデューティ比が急変しないように、推定値ＶＬｔｇｔの上昇率が低めに設定されているからである。

例えば、図５のタイミングｔ３において、燃料電池１１０の出力電圧の推定値ＶＬｔｇｔを出力電圧の測定値ＶＨに昇圧した場合における電圧の昇圧幅は、矢印Ｂ１で表される。このとき、測定値ＶＬは推定値ＶＬｔｇｔより大きいことから、燃料電池１１０の実際の出力電圧（真値）も推定値ＶＬｔｇｔより大きい可能性が高い。そのため、燃料電池コンバータ１２０に入力される実際の電圧が推定値ＶＬｔｇｔより大きかった場合、燃料電池１１０の実際の出力電圧が矢印Ｂ１で表される昇圧幅の分だけ昇圧されることから、昇圧後の電圧は、出力電圧の測定値ＶＨを上昇させる可能性が高い。場合によっては、上限値ＶＨｕｌを超えることも起こりうる。

このような状態において、第１実施形態における燃料電池システム１００では、燃料電池コンバータ１２０の昇圧に用いられるデューティ比におけるフィードフォワード項について、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを上限として設定している。図５のタイミングｔ３において、測定値ＶＬを上限値ＶＨｕｌに昇圧した場合における電圧の昇圧幅は、矢印Ｂ２で表される。矢印Ｂ２の昇圧幅は、矢印Ｂ１の昇圧幅より小さい。矢印Ｂ１が示す昇圧を実現するためのデューティ比は、数式Ｉ（フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦ）で表される。また、矢印Ｂ２が示す昇圧を実現するためのデューティ比は、数式ＩＩ（上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ）で表される。すなわち、図５のタイミングｔ３においては、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦは、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えている。よって、燃料電池システム１００は、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ１によって、燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる。

また、例えば、図５のタイミングｔ２において、燃料電池１１０の出力電圧の推定値ＶＬｔｇｔを出力電圧の測定値ＶＨに昇圧した場合における電圧の昇圧幅は、矢印Ｂ３で表される。図５のタイミングｔ２において、測定値ＶＬを上限値ＶＨｕｌに昇圧した場合における電圧の昇圧幅は、矢印Ｂ４で表される。矢印Ｂ４の昇圧幅は、矢印Ｂ３の昇圧幅より大きい。すなわち、図５のタイミングｔ２においては、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦは、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下である。よって、燃料電池システム１００は、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ２によって、燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる。

図５のグラフにおける一点鎖線ＶＬｔｇｔのように、燃料電池コンバータの出力電圧を安定化させるため、燃料電池コンバータにおけるデューティ比が急変しないように推定値の上昇率は低めに設定されている従来の燃料電池システムでは、推定値と燃料電池の実際の出力電圧との間に大きな乖離があった場合に、燃料電池の出力電圧を燃料電池コンバータが過剰に昇圧して出力してしまう虞があった。

そのような乖離を少なくするために、燃料電池から出力される電圧の推定値を変更することが考えられるが、燃料電池の発電が開始されてからの燃料電池の出力電圧を推定することは技術的に難しいという事情がある。よって、燃料電池の出力電圧の推定値の上昇率は低めに設定されている。

第１実施形態における燃料電池システム１００では、燃料電池１１０が出力する電圧を昇圧させようとしたときにおけるフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦと上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌとの大小関係に基づいて、燃料電池コンバータ１２０を制御している。そのため、燃料電池コンバータ１２０が燃料電池１１０の実際の出力電圧を過剰に昇圧して出力することを防止できる。言い換えれば、燃料電池１１０の出力電圧の推定値ＶＬｔｇｔが、燃料電池１１０の実際の出力電圧に対して小さい値となる場合であっても、燃料電池コンバータ１２０の出力電圧における異常な上昇を抑制できる。

図６は、燃料電池システム１００が実行する昇圧制御処理を示すフローである。昇圧制御処理は、燃料電池１１０の発電が開始されて連続モードに入ると、定期的に実行される。

昇圧制御処理が開始されると、ステップＳ１００において、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えたか否か判定される（ステップＳ１００）。フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えたと判定された場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃料電池システム１００は、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ１によって、燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる（ステップＳ１１０）。その後、図６の昇圧制御処理は終了される。

フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下であると判定された場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、燃料電池システム１００は、燃料電池コンバータ１２０に、デューティ比Ｄ２によって、燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させる（ステップＳ１２０）。その後、図６の昇圧制御処理は、終了される。

以上説明した実施形態によれば、上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌをフィードフォワード項の上限として、フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超えるときには、ＥＣＵ１６０は、燃料電池コンバータ１２０にデューティ比Ｄ１を用いて燃料電池１１０の出力電圧を昇圧させることによって、燃料電池コンバータ１２０が燃料電池１１０の実際の出力電圧を過剰に昇圧して出力することを防止できる。

Ｃ．変形例：
本実施形態では、燃料電池システム１００の制御部は、ＥＣＵ１６０のみであったが、本発明はこれに限られない。例えば、制御部は、ＥＣＵ１６０の機能を分割した２つ以上の制御部から構成されていてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…燃料電池システム
１１０…燃料電池
１１５…電圧センサ
１２０…燃料電池コンバータ
１２５…電圧センサ
１３０…二次電池
１４０…二次電池コンバータ
１５０…インバータ
２００…駆動モーター
Ｄ＿ＦＦ…フィードフォワード項
Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ…上限値
Ｄｉ１…ダイオード
Ｉ１…電流センサ
ＩＰＭ１…パワーモジュール
Ｌ１…リアクトル
ＳＷ１…スイッチング素子
ＶＨ…測定値
ＶＨｕｌ…上限値
ＶＬ…測定値
ＶＬｔｇｔ…推定値

Claims

反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を測定する電圧センサと、
前記出力電圧を昇圧するコンバータと、
フィードフォワード制御を行うために設定されるフィードフォワード項とフィードバック制御を行うために設定されるフィードバック項とを含むデューティ比を用いて前記コンバータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させるとき、
（ａ）次の数式Ｉ

で算出されるフィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが、次の数式ＩＩ

で算出される上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌを超える場合、前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌと前記フィードバック項とを含むデューティ比Ｄ１によって、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させ、
（ｂ）前記フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦが前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌ以下である場合、前記フィードフォワード項Ｄ＿ＦＦと前記フィードバック項とを含むデューティ比Ｄ２によって、前記コンバータに前記出力電圧を昇圧させる、燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記上限値Ｄ＿ＦＦ＿ｕｌは、フィルタ処理とレート処理とのうちいずれか一方の処理を受けた前記測定値ＶＬを用いて算出される、燃料電池システム。