JP4805303B2 - DC / DC converter device, electric vehicle, and control method of DC / DC converter - Google Patents

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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コンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法に関する。   The present invention provides a DC / DC converter device that controls a DC / DC converter disposed between a first power device and a second power device, an electric vehicle including the DC / DC converter device, and the DC / DC The present invention relates to a converter control method.

従来から、バッテリ（第１電力装置）と燃料電池（第２電力装置）とを併用して車両走行用の電動機を駆動する電気車両において、前記燃料電池をインバータを介して前記電動機に接続すると共に、前記バッテリをＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に並列に接続することが提案されている（特許文献１参照）。   Conventionally, in an electric vehicle that drives a motor for driving a vehicle using a battery (first power device) and a fuel cell (second power device) together, the fuel cell is connected to the motor via an inverter. It has been proposed to connect the battery in parallel to the fuel cell via a DC / DC converter (see Patent Document 1).

この場合、前記電気車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を所定のデューティにて駆動する際に、積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを調整する。   In this case, the controller of the DC / DC converter device mounted on the electric vehicle adjusts the duty by feedback control including an integration operation when driving the switching element of the DC / DC converter at a predetermined duty. To do.

特開２００７−１５９３１５号公報JP 2007-159315 A

ところで、デバイスに所定の駆動信号を供給して該デバイスを駆動する際に、前記デバイスの安全性や制御性を確保する観点から、前記駆動信号の大きさを所定の上限値と下限値との間に制限することが一般的に広く行われている。従って、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置においても、フィードバック制御により調整したデューティが上限値以上又は下限値以下であれば、該デューティを前記上限値又は前記下限値に制限し、制限した前記デューティにてスイッチング素子を駆動することが望ましい。   By the way, when driving a device by supplying a predetermined drive signal to the device, the magnitude of the drive signal is set between a predetermined upper limit value and a lower limit value from the viewpoint of ensuring the safety and controllability of the device. It is generally widely practiced to limit in between. Therefore, also in the DC / DC converter device described above, if the duty adjusted by the feedback control is not less than the upper limit value or less than the lower limit value, the duty is limited to the upper limit value or the lower limit value, and the duty is limited. It is desirable to drive the switching element.

しかしながら、前記デューティの目標値（目標デューティ）が前記上限値以上又は前記下限値以下である場合に、制限した前記デューティと、前記目標デューティとを用いて前記フィードバック制御を行うと、制限した前記デューティと前記目標デューティとの偏差を０にすることができなくなり、この結果、前記フィードバック制御の積分項の値が増加又は減少し続けることになる。   However, when the feedback control is performed using the limited duty and the target duty when the target value (target duty) of the duty is equal to or higher than the upper limit value or lower than the lower limit value, the limited duty And the target duty cannot be made zero, and as a result, the value of the integral term of the feedback control continues to increase or decrease.

そこで、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限時に、前記積分項の値を所定値に保持した状態で前記フィードバック制御を行えば、前記積分項の値の増加又は減少を防止することが可能になると想定される。   Accordingly, when the feedback control is performed with the value of the integral term held at a predetermined value when the duty is limited to the upper limit value or the lower limit value, an increase or decrease in the value of the integral term is prevented. Is assumed to be possible.

ところが、前記所定値への保持がなければ前記上限値と前記下限値との間にデューティが納まって、本来ならば、上記の制限が不要となる（解除できる）ような場合でも、前記積分項の値が前記所定値に強制的に保持されていれば、前記デューティは、前記上限値以上又は前記下限値以下となって、前記上限値又は前記下限値に設定されてしまうので、上述した制限状態から速やかに復帰（抜け出す）することができないおそれがある。   However, even if the duty is stored between the upper limit value and the lower limit value unless the predetermined value is maintained, the integral term is not necessary (can be canceled). If the value is forcibly held at the predetermined value, the duty becomes equal to or higher than the upper limit value or lower than the lower limit value and is set to the upper limit value or the lower limit value. There is a risk that it will not be possible to quickly return from the state.

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、デューティの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となるＤＣ／ＤＣコンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、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。   The present invention has been made in consideration of such a problem, and when the limitation to the upper limit value and the lower limit value of the duty is no longer necessary, the present invention can quickly return (exit) from the duty limitation state. An object of the present invention is to provide a DC / DC converter device, an electric vehicle including the DC / DC converter device, and a control method for the DC / DC converter.

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所定のデューティにて駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、
積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更することを特徴としている。 The DC / DC converter device according to the present invention is
A DC / DC converter disposed between the first power device and the second power device and having a switching element; and a control unit for driving the switching element at a predetermined duty;
The controller is
The duty is adjusted by feedback control including integration operation,
When the duty to be adjusted this time is larger than a predetermined upper limit value, the duty is limited to the upper limit value, or when the duty to be adjusted this time is smaller than a predetermined lower limit value, the duty is set to the lower limit value. When limiting, the integral term of the feedback control is changed based on the upper limit value or the lower limit value.

また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、
積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、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、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限することを特徴としている。 The control method of the DC / DC converter according to the present invention is as follows:
When a predetermined duty is adjusted by feedback control including an integration operation, and a switching element of a DC / DC converter disposed between the first power device and the second power device is driven with the adjusted duty,
When the duty to be adjusted this time is larger than a predetermined upper limit value or when the duty is smaller than a predetermined lower limit value, the integral term of the feedback control is changed based on the upper limit value or the lower limit value. The duty is limited to the upper limit value or the lower limit value.

これらの発明によれば、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるように前記積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。   According to these inventions, when the duty is limited to the upper limit value or the lower limit value, the integral term is reset so that the duty becomes the upper limit value or the lower limit value. When the limitation to the upper limit value and the lower limit value becomes unnecessary, it is possible to quickly return (exit) from the duty limit state. Further, since the integral term is reset according to the upper limit value or the lower limit value, it is not necessary to hold the integral term value at a predetermined value while the duty is limited.

ここで、前記制御部は、比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更することが好ましい。   Here, the control unit performs the feedback control including the proportional operation, the integration operation, and the differentiation operation, and when the duty becomes larger than the upper limit value or when the duty becomes smaller than the lower limit value. In addition, it is preferable to change the integral term based on a difference between the upper limit value or the lower limit value and a proportional term and a derivative term of the feedback control.

また、前記制御部は、前記フィードバック制御と、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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて前記積分項を変更することが好ましい。   In addition, the control unit includes the feedback control and a voltage on the first power device side of the DC / DC converter (hereinafter referred to as a primary voltage) or a voltage on the second power device side of the DC / DC converter. (Hereinafter referred to as “secondary voltage”) with feedforward control for setting the target value, and when the duty is larger than the upper limit value or when the duty is smaller than the lower limit value Preferably, the integral term is changed based on a difference between the upper limit value or the lower limit value and the proportional term, the derivative term, and the feedforward term of the feedforward control.

さらに、前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限することが好ましい。   Further, in the case where at least one mode is provided as an operation mode among a primary voltage control mode for controlling the primary voltage and a secondary voltage control mode for controlling the secondary voltage, the control unit includes: When the duty according to the target value of the primary voltage or the secondary voltage is larger than the upper limit value, the duty is limited to the upper limit value, or the duty is smaller than the lower limit value. It is sometimes preferable to limit the duty to the lower limit value.

従って、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含む前記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ＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記フィードバック制御と前記フィードフォワード制御とを併用するＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードを前記動作モードとして備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、この発明を適用することが可能となる。   Therefore, a DC / DC converter device that controls the DC / DC converter by the feedback control including a proportional integral differential operation (PID operation), a DC / DC converter device that uses the feedback control and the feedforward control together, The present invention can be applied to a DC / DC converter device provided with the primary voltage control mode or the secondary voltage control mode as the operation mode.

この発明に係る電気車両は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、前記第１電力装置は、補機に接続され且つ該第１電力装置側の電圧を発生する蓄電装置であり、前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、駆動回路を介して前記電動機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第２電力装置側の電圧とすることを特徴としている。   An electric vehicle according to the present invention includes the above-described DC / DC converter device, wherein the first power device is a power storage device that is connected to an auxiliary machine and generates a voltage on the first power device side, and the second power device. The power device includes an electric motor that rotates a wheel and a power generation device that is connected to the motor via a drive circuit and generates a power generation voltage, and the drive when the power generation voltage or the motor operates as a power generator. The regenerative voltage generated in the circuit is a voltage on the second power device side.

前記電気車両に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載することにより、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置の効果が容易に得られる。   By mounting the DC / DC converter device on the electric vehicle, the effects of the DC / DC converter device described above can be easily obtained.

すなわち、前記デューティの制限中は、前記デューティを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、前記第２電力装置側の電圧を速やかに目標電圧に制御することが可能となる。   That is, while the duty is limited, the duty cannot be brought close to the target duty. Therefore, when the duty is not limited to the upper limit value or the lower limit value, the duty state is By quickly exiting, the voltage on the second power device side can be quickly controlled to the target voltage.

また、前記上限値が前記発電装置における高出力状態での閾値である場合に、前記デューティが前記上限値に長時間保持され続けると、前記発電装置が前記高出力状態に維持され続けるので、該発電装置が劣化するか、あるいは、前記電気車両の効率が低下する原因となる。一方、前記下限値が過電圧状態での閾値である場合に、前記デューティが前記下限値に長時間保持されると、前記過電圧状態が維持され続けるので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される部品の劣化や故障の原因となる。   Further, when the upper limit value is a threshold value in a high output state in the power generation device, if the duty is kept at the upper limit value for a long time, the power generation device continues to be maintained in the high output state. The power generation device is deteriorated, or the efficiency of the electric vehicle is reduced. On the other hand, when the lower limit value is a threshold value in an overvoltage state, if the duty is held at the lower limit value for a long time, the overvoltage state continues to be maintained, so that the components connected to the DC / DC converter It may cause deterioration and failure.

従って、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記発電装置の劣化や、前記電気車両の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。   Accordingly, when it is not necessary to limit the duty to the upper limit value and the lower limit value, the duty generator can be quickly removed from the duty limit state, thereby deteriorating the power generation device and the efficiency of the electric vehicle. It is possible to reliably prevent the deterioration and the deterioration and failure of the component.

そして、前記発電装置が燃料電池である場合に、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記燃料電池を構成するセルの劣化を確実に防止することが可能となる。   And, when the power generation device is a fuel cell, when it becomes unnecessary to limit the duty to the upper limit value or the lower limit value, by quickly exiting the duty limit state, It becomes possible to reliably prevent deterioration of the cells constituting the fuel cell.

この発明によれば、デューティを上限値又は下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるようにフィードバック制御の積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。   According to this invention, when the duty is limited to the upper limit value or the lower limit value, the integral term of the feedback control is reset so that the duty becomes the upper limit value or the lower limit value. And when the restriction to the lower limit value becomes unnecessary, it becomes possible to quickly return (exit) from the duty restriction state. Further, since the integral term is reset according to the upper limit value or the lower limit value, it is not necessary to hold the integral term value at a predetermined value while the duty is limited.

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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIG. 1 is a circuit diagram of a fuel cell vehicle (electric vehicle) 20 according to an embodiment to which a hybrid DC power supply system 10 according to an embodiment of the present invention is applied.

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。   The hybrid DC power supply system 10 is basically an energy storage device that generates a battery voltage Vbat (hereinafter also referred to as a battery) 24 (first power device) and a voltage higher than the battery voltage Vbat. A fuel cell 22 (second power device) as a power generation device that generates a power generation voltage Vf, a DC / DC converter 36 that is disposed between the battery 24 and the fuel cell 22 and performs voltage conversion, and an overall control unit 56 (upper control) And a converter control unit 54 that sets a voltage control target value of the DC / DC converter 36 in accordance with a voltage command value supplied from the battery control unit 54 and controls the voltage conversion between the battery 24 and the fuel cell 22. Is done.

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。   Here, the converter control unit 54 and the DC / DC converter 36 are between the primary side 1S to which the battery 24 is connected and the secondary side 2S to which the fuel cell 22 and the motor 26 (inverter 34) are connected. DC / DC converter device {VCU (Voltage Control Unit) that performs voltage conversion of step-up / step-down. } 23.

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。   The fuel cell vehicle 20 includes the above-described hybrid DC power supply system 10 and a traveling motor 26 (electric motor) as a load to which a motor current Im (electric power) is supplied from the hybrid DC power supply system 10 through an inverter (drive circuit) 34. And.

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。   The rotation of the motor 26 is transmitted to the wheel 16 through the speed reducer 12 and the shaft 14 to rotate the wheel 16.

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。   The fuel cell 22 has, for example, a stack structure in which cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides are stacked. A hydrogen tank 28 and an air compressor 30 are connected to the fuel cell 22 by piping. A generated current If generated by an electrochemical reaction between hydrogen (fuel gas), which is a reaction gas, and air (oxidant gas) in the fuel cell 22 is supplied to a current sensor 32 and a diode (also referred to as a disconnect diode) 33. Via the inverter 34 and / or the DC / DC converter 36 side.

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。   The inverter 34 performs DC / AC conversion and supplies the motor current Im to the motor 26, while the motor current Im after AC / DC conversion accompanying the regenerative operation is transferred from the secondary side 2 </ b> S to the primary side through the DC / DC converter 36. Supply to 1S.

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。   In this case, the primary voltage V1 obtained by converting the secondary voltage V2 which is the regenerative voltage or the generated voltage Vf into a low voltage by the DC / DC converter 36 is stepped down by the downverter 42 to be further reduced to the write, power The auxiliary current 44 is supplied to the auxiliary equipment 44 such as an electric motor for wind and wiper as an auxiliary equipment current Iau, and if there is surplus power, it flows into the battery 24 as the battery current Ibat (charging current Ibc) and charges the battery 24.

１次側１Ｓに電力ケーブル１８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。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。   As the battery 24 connected to the primary side 1S through the power cable 18, for example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or a capacitor can be used. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used.

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。   The battery 24 supplies the auxiliary machine current Iau to the auxiliary machine 44 through the downverter 42, and flows out the battery current Ibat (discharge current Ibd) for supplying the motor current Im to the inverter 34 through the DC / DC converter 36.

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。   The motor current Im supplied to the inverter 34 is a combined current of the secondary current I2 obtained by converting the battery current Ibat by the VCU 23 and the generated current If.

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。   A battery short-circuit protection fuse 25 is inserted in series at the positive output side of the battery 24. When the line on the negative side of the battery 24 and the line connected to the positive side of the battery 24 indicated by the primary side 1S in FIG. 1 are short-circuited, the fuse 25 is blown to protect the battery 24. To do.

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。   The downverter 42 has an insulating transformer on the output side, the rectified voltage on the secondary coil side of the insulating transformer is supplied to the positive side of the auxiliary machine 44, and the negative side is grounded to the chassis.

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。   Smoothing capacitors 38 and 39 are provided on the primary side 1S and the secondary side 2S, respectively.

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。   The system including the fuel cell 22 is controlled by the FC controller 50, the system including the inverter 34 and the motor 26 is controlled by the motor controller 52 including the inverter driver, and the system including the DC / DC converter 36 is the converter driver. Are basically controlled by a converter control unit 54 including

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。   The FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are controlled by an overall control unit 56 as a host control unit that determines the total load amount Lt and the like of the fuel cell 22.

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。   The overall control unit 56, the FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are respectively an input / output interface such as an A / D converter and a D / A converter in addition to a CPU, a ROM, a RAM, and a timer, If necessary, a DSP (Digital Signal Processor) or the like is included.

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。   The overall control unit 56, the FC control unit 50, the motor control unit 52, and the converter control unit 54 are connected to each other through a communication line 70 such as a CAN (Controller Area Network) that is an in-vehicle LAN, and input from various switches and various sensors. Various functions are realized by sharing the output information and executing the programs stored in the ROMs by the CPUs with the input / output information from the various switches and sensors as inputs.

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。   Here, as various switches and various sensors for detecting the vehicle state, in addition to the current sensor 32 for detecting the generated current If, the voltage sensor 61 for detecting the primary voltage V1 (equal to the battery voltage Vbat), the primary current. I1 {Battery current Ibat (discharge current Ibd or charge current Ibc)} A current sensor 62 for detecting the secondary voltage V2 (when the disconnect diode 33 is conductive, it is substantially equal to the generated voltage Vf of the fuel cell 22). Voltage sensor 63 for detecting the secondary current, current sensor 64 for detecting the secondary current I2, ignition switch (IGSW) 65 connected to the communication line 70, accelerator sensor 66, brake sensor 67, vehicle speed sensor 68, and the above-described lights and power There is an operation section 55 of an auxiliary machine 44 such as a window or a wiper motor.

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。   The overall control unit 56 determines the fuel cell vehicle based on inputs (load requests) from various switches and various sensors in addition to the state of the fuel cell 22, the state of the battery 24, the state of the motor 26, and the state of the auxiliary machine 44. From the total load requirement amount Lt of 20, the fuel cell shared load amount (required output) Lf to be borne by the fuel cell 22, the battery shared load amount (required output) Lb to be borne by the battery 24, and the regenerative power source Distribution (sharing) with the power regeneration load sharing load Lr is determined while arbitrating, and commands are sent to the FC control unit 50, motor control unit 52, and converter control unit 54.

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。   The DC / DC converter 36 includes an upper arm element (upper arm switching element 81 and parallel diode 83) and a lower arm element connected between the battery 24 and the fuel cell 22 or the regenerative power source (inverter 34 and motor 26). A phase arm (single phase arm) UA composed of (lower arm switching element 82 and parallel diode 84) and a reactor 90 are configured.

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。   The upper arm switching element 81 and the lower arm switching element 82 are each configured by, for example, a MOSFET or an IGBT.

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。   The reactor 90 connects the upper arm element and the lower arm element in order to release and store energy when the voltage is converted between the primary voltage V1 and the secondary voltage V2 by the DC / DC converter 36. It is inserted between the point and the battery 24.

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。   The upper arm switching element 81 is turned on or off by a drive signal (drive voltage) UH output from the converter control unit 54, and the lower arm switching element 82 is turned on or off by a drive signal (drive voltage) UL.

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。   The primary voltage V1, typically the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) of the battery 24 when no load is connected, as shown on the fuel cell output characteristics (current voltage characteristics) 91 of FIG. The fuel cell 22 is set to a voltage higher than the minimum voltage Vfmin of the power generation voltage Vf. In FIG. 2, the open circuit voltage OCV of the battery 24 is drawn as OCV≈V1.

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。   The secondary voltage V2 is set to a voltage equal to the power generation voltage Vf of the fuel cell 22 when the fuel cell 22 is generating power.

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。   However, when the power generation voltage Vf of the fuel cell 22 becomes equal to the voltage Vbat (= V1) of the battery 24, a direct connection state indicated by a thick dashed line in FIG.

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。   In the direct connection state, the duty of the drive signal UH supplied to the upper arm switching element 81 is set to 100 [%], for example, and the duty of the drive signal UL of the lower arm switching element 82 is set to 0 [%], for example. In the direct connection state, in the charging direction (regeneration direction) in which current flows from the secondary side 2S to the primary side 1S, current flows through the upper arm switching element 81, and current flows from the primary side 1S to the secondary side 2S. In the case of the flowing power direction, a current flows through the diode 83.

従って、この直結状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では電圧変換がなされない。なお、上述したように、厳密には、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間以上の時間オン駆動されないと、実際に下アームスイッチング素子８２がオンにならないので、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間より短いオン時間で駆動された場合には、駆動信号ＵＬのデューティが０［％］（駆動信号ＵＨのデューティが１００［％］）になる前に直結状態となる。   Therefore, in this direct connection state, the DC / DC converter 36 does not perform voltage conversion. As described above, strictly speaking, the lower arm switching element 82 is not turned on unless the lower arm switching element 82 is turned on for a time longer than the minimum on time. When driven with a shorter on-time, the direct connection state is established before the duty of the drive signal UL becomes 0 [%] (the duty of the drive signal UH is 100 [%]).

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。   Here, output control of the fuel cell 22 by the VCU 23 will be described.

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）｝。   During power generation in which fuel gas from the hydrogen tank 28 and compressed air from the air compressor 30 are supplied, the power generation current If of the fuel cell 22 is referred to as a characteristic 91 {function F (Vf) shown in FIG. } Is determined by setting the secondary voltage V2, that is, the generated voltage Vf, through the DC / DC converter 36 by the converter control unit 54. That is, the generated current If is determined as a function F (Vf) value of the generated voltage Vf. If If = F (Vf) and the generated voltage Vf is set to Vf = Vfa = V2, for example, the generated current Ifa as a function value of the generated voltage Vfa (V2) is determined. {Ifa = F (Vfa) = F (V2)}.

具体的に、燃料電池２２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。   Specifically, in the fuel cell 22, the generated current If that is a current that flows out according to the decrease in the generated voltage Vf increases, and the generated current If that flows out according to the increase in the generated voltage Vf decreases.

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３参照）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。   As described above, since the fuel cell 22 determines the generated current If by determining the secondary voltage V2 (generated voltage Vf), in a system including the fuel cell 22 such as the fuel cell vehicle 20, the DC is normally DC. The secondary voltage V2 (power generation voltage Vf) on the secondary side 2S of the DC converter 36 is set to a voltage control target value V2tar (see FIG. 3) for feedback control of the VCU 23 including the converter control unit 54. That is, the output (generated current If) of the fuel cell 22 is controlled by the VCU 23. The above is the description of the output control of the fuel cell 22 by the VCU 23.

図３は、２次電圧制御モード時（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図である。   FIG. 3 is a functional block diagram of converter control unit 54 in the secondary voltage control mode (voltage control target value V2tar).

この２次電圧制御モードでは、統括制御部５６で演算された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが制限部１０２に供給される。制限部１０２は、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが時間的にステップ状に変化する場合（図５Ａ及び図６Ａの特性１２２）に、レートリミット機能により電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに変換し（図５Ａ及び図６Ａの特性１２４）、変換した電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを演算点１０４に加算信号として供給すると共に、演算点１１０に除算信号として供給する。   In the secondary voltage control mode, the secondary voltage command value V2com calculated by the overall control unit 56 is supplied to the limiting unit 102. When the secondary voltage command value V2com changes stepwise in time (characteristic 122 in FIGS. 5A and 6A), the limiting unit 102 converts the voltage control target value V2tar into a voltage control target value V2tar (FIG. 5A and FIG. 5). 6A characteristic 124), the converted voltage control target value V2tar is supplied to the calculation point 104 as an addition signal and supplied to the calculation point 110 as a division signal.

また、電圧センサ６１（図１参照）で検出された１次電圧Ｖ１が演算点１１０に乗算信号として供給され、一方で、電圧センサ６３で検出された２次電圧Ｖ２が演算点１０４に減算信号として供給される。   Further, the primary voltage V1 detected by the voltage sensor 61 (see FIG. 1) is supplied as a multiplication signal to the calculation point 110, while the secondary voltage V2 detected by the voltage sensor 63 is subtracted to the calculation point 104. Supplied as

演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒと、２次電圧Ｖ２との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ２−Ｖ２ｔａｒ）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力する。ＰＩＤ処理部１１４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、変換した補正デューティΔＤを加算信号として演算点１０８に供給する。なお、補正デューティΔＤは、下記の（１）式に示すように、Ｐ項成分による補正デューティΔＤｐと、Ｉ項成分による補正デューティΔＤｉと、Ｄ項成分による補正デューティΔＤｄとの合成値である。
ΔＤ＝ΔＤｐ＋ΔＤｉ＋ΔＤｄ （１） The calculation point 104 outputs a deviation e (e = V2−V2tar) between the voltage control target value V2tar and the secondary voltage V2 to the PID processing unit 114 of the PID calculation unit 106. The PID processing unit 114 is a proportional (P), integral (I), and differential (D) operation unit that converts the deviation e into a correction duty ΔD that is a duty correction value, and uses the converted correction duty ΔD as an addition signal. This is supplied to the calculation point 108. The correction duty ΔD is a composite value of the correction duty ΔDp based on the P term component, the correction duty ΔDi based on the I term component, and the correction duty ΔDd based on the D term component, as shown in the following equation (1).
ΔD = ΔDp + ΔDi + ΔDd (1)

演算点１１０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）を加算信号として演算点１０８に供給する。   The calculation point 110 supplies a reference duty Ds (Ds = V1 / V2tar) obtained by dividing the voltage control target value V2tar from the primary voltage V1 to the calculation point 108 as an addition signal.

演算点１０８は、一方の入力である補正デューティΔＤと、他方の入力である基準デューティＤｓとを加算して、加算結果としての駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ＋ΔＤ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）をＰＷＭ処理部１１２に出力し、ＰＷＭ処理部１１２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、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。   The calculation point 108 adds the correction duty ΔD, which is one input, and the reference duty Ds, which is the other input, and outputs the drive duty D (D = Ds + ΔD = V1 / V2tar + ΔD) as a PWM processing unit 112. The PWM processing unit 112 supplies a drive signal UH having a drive duty DH (DH = V1 / V2tar + ΔD) to the upper arm switching element 81 based on the drive duty D, and also supplies a drive duty DL to the lower arm switching element 82. A drive signal UL of {DL = 1− (V1 / V2tar + ΔD)} is supplied.

この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、駆動デューティＤＨが所定の上限値（例えば、８０［％］）以上となる場合には、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、一方で、駆動デューティＤＬが所定の下限値（例えば、２０［％］）以下となる場合には、該駆動デューティＤＬを前記下限値に制限する。この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、前記上限値又は前記下限値を示すリミット値通知信号ＳｌをＰＩＤ演算部１０６のＩ項再設定処理部１１６に出力する。なお、前記上限値とは、例えば、前述した８０［％］の駆動デューティＤＨであり、前記下限値とは、２０［％］の駆動デューティＤＬである。   In this case, when the drive duty DH is equal to or higher than a predetermined upper limit value (for example, 80 [%]), the PWM processing unit 112 limits the drive duty DH to the upper limit value, while the drive duty DL Is less than or equal to a predetermined lower limit (for example, 20 [%]), the drive duty DL is limited to the lower limit. In this case, the PWM processing unit 112 outputs a limit value notification signal Sl indicating the upper limit value or the lower limit value to the I term resetting processing unit 116 of the PID calculation unit 106. The upper limit value is, for example, the above-described 80 [%] drive duty DH, and the lower limit value is the 20 [%] drive duty DL.

Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、駆動デューティＤＨが前記上限値に制限されたか、あるいは、駆動デューティＤＬが前記下限値に制限されたと判断し、補正デューティΔＤのＩ項成分である補正デューティΔＤｉについて再設定処理を行う。   The I term resetting processing unit 116 determines that the drive duty DH is limited to the upper limit value or the drive duty DL is limited to the lower limit value based on the input of the limit value notification signal Sl, and the correction duty A resetting process is performed for the correction duty ΔDi that is the I-term component of ΔD.

すなわち、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの示す前記上限値又は前記下限値（以下、リミット値ともいう。）とに基づいて、ＰＩＤ処理部１１４にて今回算出する補正デューティΔＤが前記リミット値となるように（今回のΔＤ＝リミット値）、今回のΔＤのＩ項成分（今回のΔＤｉ）を逆算して求め、求めた今回のΔＤｉをＰＩＤ処理部１１４での今回のＰＩＤ動作（補正デューティΔＤの算出）におけるＩ項成分として該ＰＩＤ処理部１１４に出力（再設定）する。   In other words, the I term resetting processing unit 116 calculates the correction duty calculated this time by the PID processing unit 114 based on the upper limit value or the lower limit value (hereinafter also referred to as a limit value) indicated by the limit value notification signal Sl. In order for ΔD to be the limit value (current ΔD = limit value), the I-term component of the current ΔD (current ΔDi) is obtained by back calculation, and the obtained current ΔDi is obtained by the PID processing unit 114 at this time. This is output (reset) to the PID processing unit 114 as the I term component in the PID operation (calculation of the correction duty ΔD).

ＰＩＤ処理部１１４は、入力された補正デューティΔＤｉを、今回のＩ項成分とみなして補正デューティΔＤの算出処理を行う。従って、ＰＩＤ処理部１１４から出力される今回の補正デューティΔＤは、前記リミット値に応じた補正デューティΔＤとなる。   The PID processing unit 114 calculates the correction duty ΔD by regarding the input correction duty ΔDi as the current I term component. Therefore, the current correction duty ΔD output from the PID processing unit 114 is the correction duty ΔD corresponding to the limit value.

ここで、Ｉ項再設定処理部１１６からＰＩＤ処理部１１４に再設定される今回の補正デューティΔＤｉ、ＰＩＤ処理部１１４から演算点１０８に出力される今回の補正デューティΔＤ、及び、演算点１０８にて算出される今回の駆動デューティＤ（＝ＤＨ）は、下記の（２）式〜（４）式でそれぞれ表わされる。なお、「今回のＤｓ」とは、演算点１０８に今回のΔＤが入力されたときに、該演算点１０８に入力される基準デューティＤｓをいう。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
−（今回のＤｓ） （２）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（２）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値）−（今回のＤｓ） （３）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＋（今回のＤｓ）
＝｛（リミット値）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のＤｓ）
＝（リミット値） （４） Here, the current correction duty ΔDi reset from the I term reset processing unit 116 to the PID processing unit 114, the current correction duty ΔD output from the PID processing unit 114 to the calculation point 108, and the calculation point 108 The current drive duty D (= DH) calculated in this way is expressed by the following equations (2) to (4). “Current Ds” refers to the reference duty Ds input to the calculation point 108 when the current ΔD is input to the calculation point 108.
Current ΔDi = (limit value) − (current ΔDp) − (current ΔDd)
-(Ds this time) (2)
(Current ΔD) = (Current ΔDp) + {ΔDi in Equation (2)}
+ (This time ΔDd)
= (Current ΔDp) + {(limit value) − (current ΔDp)
− (Current ΔDd) − (current Ds)} + (current ΔDd)
= (Limit value)-(current Ds) (3)
(Current D) = (Current ΔD) + (Current Ds)
= {(Limit value)-(current Ds)} + (current Ds)
= (Limit value) (4)

また、電圧センサ６１の電圧検出機能の失陥（故障）により、演算点１１０に１次電圧Ｖ１が入力されず、従って、コンバータ制御部５４における制御がフィードバック制御のみとなる場合に、上記の（２）式〜（４）式は、次の（５）式〜（７）式に変更される。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
（５）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（５）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値） （６）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＝（リミット値） （７） Further, when the primary voltage V1 is not input to the calculation point 110 due to the failure (failure) of the voltage detection function of the voltage sensor 61, and the control in the converter control unit 54 is only feedback control, the above ( Expressions (2) to (4) are changed to the following expressions (5) to (7).
Current ΔDi = (limit value) − (current ΔDp) − (current ΔDd)
(5)
(Current ΔD) = (Current ΔDp) + {ΔDi in Expression (5)}
+ (This time ΔDd)
= (Current ΔDp) + {(limit value) − (current ΔDp)
− (Current ΔDd)} + (current ΔDd)
= (Limit value) (6)
(Current D) = (current ΔD) = (limit value) (7)

なお、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力がなければ、上記のＩ項成分（今回のΔＤｉ）の再設定処理を行わないことは勿論である。   Of course, if the limit value notification signal S1 is not input, the I-term resetting processing unit 116 does not perform the resetting process of the I-term component (current ΔDi).

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４〜図１０を参照しながら説明する。   The fuel cell vehicle 20 according to this embodiment is basically configured and operates as described above. Next, regarding the control of the DC / DC converter 36 by the converter control unit 54, the secondary voltage described above is used. The case of controlling in the control mode will be described with reference to FIGS.

図４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。   In step S11 of FIG. 4, the overall control unit 56 determines (calculates) the total load request amount Lt from the power request of the motor 26, the power request of the auxiliary machine 44, and the power request of the air compressor 30, which are load requests. Then, in step S12, the overall control unit 56 determines the distribution of the fuel cell shared load amount Lf, the battery shared load amount Lb, and the regenerative power source shared load amount Lr for outputting the determined total load request amount Lt. Then, commands are given to the FC control unit 50, the converter control unit 54, and the motor control unit 52. In this case, secondary voltage command value V2com is sent to converter control unit 54.

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。   Next, in step S <b> 13, the fuel cell shared load amount determined by the overall control unit 56 (substantially includes the secondary voltage command value V2com of the generated voltage Vf for the converter control unit 54) Lf through the communication line 70. It is transmitted as a command to the converter control unit 54.

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から指令された指令電圧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）。   In this case, the converter controller 54 that has received the command (secondary voltage command value V2com) of the fuel cell shared load Lf basically generates the secondary voltage V2, in other words, the power generation of the fuel cell 22 in step S14. The drive duty of the arm switching elements 81 and 82 of the DC / DC converter 36 is controlled so that the voltage Vf becomes the command voltage V2com commanded from the overall control unit 56 (secondary voltage control mode).

次に、一例として、駆動信号ＵＨのデューティＤＨを上限値（例えば、８０［％］）に制限する場合について、図５Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。   Next, as an example, a case where the duty DH of the drive signal UH is limited to an upper limit value (for example, 80 [%]) will be described with reference to FIGS. 5A to 8C.

図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行わない場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。   5A to 5C and FIGS. 7A to 7C show the primary voltage V1, the secondary voltage V2, and the voltage control target value V2tar when the I term component resetting process by the I term resetting processing unit 116 is not performed. It is a graph which shows the temporal change of the next voltage command value V2com, the drive duty DH, the reference duty Ds, the correction duty ΔDi, and the correction duty ΔDp.

また、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行った場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。   FIGS. 6A to 6C and FIGS. 8A to 8C show the primary voltage V1, the secondary voltage V2, and the voltage control target value V2tar when the I term component resetting process is performed by the I term resetting processing unit 116. It is a graph which shows the time change of secondary voltage command value V2com, drive duty DH, reference duty Ds, correction duty ΔDi, and correction duty ΔDp.

さらに、図５Ａ〜図６Ｃは、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するときのグラフであり、一方で、図７Ａ〜図８Ｃは、駆動デューティＤＨを制限状態から解除するときのグラフである。   5A to 6C are graphs when the drive duty DH is limited to the upper limit value, while FIGS. 7A to 8C are graphs when the drive duty DH is released from the limited state.

なお、図５Ａ〜図８Ｃにおいて、フィードバック制御は、Ｐ動作及びＩ動作であり、Ｄ動作は行わないものとして説明する。   In FIGS. 5A to 8C, the feedback control is described as a P operation and an I operation, and a D operation is not performed.

図５Ａに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、時間ｔの経過に伴って２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２をステップ状に変化させたときに、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４は、制限部１０２（図３参照）の動作により、時間ｔの変化に対して比較的に滑らかに変化する。この場合、２次電圧Ｖ２の特性１２０は、特性１２４に略追従して変化する。なお、図５Ａ中、参照数字１２６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。   As shown in FIG. 5A, when the characteristic 122 of the secondary voltage command value V2com is changed stepwise with the passage of time t in the time period from time t1 to time t2, the voltage control target value V2tar The characteristic 124 changes relatively smoothly with respect to the change in time t by the operation of the limiting unit 102 (see FIG. 3). In this case, the characteristic 120 of the secondary voltage V2 changes substantially following the characteristic 124. In FIG. 5A, reference numeral 126 indicates the characteristic of the primary voltage V1.

一方、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、フィードフォワード項である基準デューティＤｓの特性１３０は、時間ｔの経過に伴って、上限値を示す特性１３２に向かい上昇し、一方で、Ｉ項成分の補正デューティΔＤｉの特性１３４と、Ｐ項成分の補正デューティΔＤｐの特性１３６とは、時間ｔの経過に伴って、僅かに上昇する。この結果、駆動デューティＤＨの特性１２８は、時間ｔの経過に伴って上限値を示す特性１３２に向かい上昇する。   On the other hand, as shown in FIG. 5B and FIG. 5C, in the time period from time t1 to time t2, the characteristic 130 of the reference duty Ds, which is a feedforward term, is a characteristic 132 indicating an upper limit with the lapse of time t. On the other hand, the characteristic 134 of the correction duty ΔDi of the I term component and the characteristic 136 of the correction duty ΔDp of the P term component slightly increase with the elapse of time t. As a result, the characteristic 128 of the drive duty DH increases toward the characteristic 132 indicating the upper limit value as the time t elapses.

時刻ｔ２にて、駆動デューティＤＨの特性１２８が上限値の特性１３２に到達した際に、補正デューティΔＤｉの特性１３４を所定値に保持することにより、該特性１２８は、時刻ｔ２以降、特性１３２に保持される（前記上限値に制限される）。この結果、時刻ｔ２以降、２次電圧Ｖ２の特性１２０、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４も、所定値にそれぞれ制限される。   When the characteristic 128 of the drive duty DH reaches the upper limit value characteristic 132 at time t2, the characteristic 128 is changed to the characteristic 132 after time t2 by holding the characteristic 134 of the correction duty ΔDi at a predetermined value. Retained (restricted to the upper limit). As a result, after time t2, the characteristic 120 of the secondary voltage V2 and the characteristic 122 of the secondary voltage command value V2com and the characteristic 124 of the voltage control target value V2tar are also limited to predetermined values.

一方、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１６０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１６８が上限値の特性１７２に制限され、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に保持されている。また、この時間帯において、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４は、時間ｔの経過に伴って上昇し、基準デューティＤｓの特性１７０、補正デューティΔＤｐの特性１７８、及び、前記上限値に制限する前の駆動デューティＤの特性１７４は、それぞれ、時間ｔの経過に伴って下降している。   On the other hand, as shown in FIGS. 7A to 7C, in the time period from time t3 to time t4, the characteristic 160 of the secondary voltage V2 is held at a predetermined value, and the characteristic 168 of the driving duty DH is changed to the upper limit value characteristic 172. The characteristic 176 of the correction duty ΔDi is held at a predetermined value. Further, in this time zone, the characteristic 162 of the secondary voltage command value V2com and the characteristic 164 of the voltage control target value V2tar increase with the elapse of time t, and the characteristic 170 of the reference duty Ds and the characteristic 178 of the correction duty ΔDp. And the characteristic 174 of the drive duty D before limiting to the said upper limit is falling with progress of time t, respectively.

そして、時刻ｔ４にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回ると、電圧については、所定値に保持する（制限する）必要性がなくなる。そのため、本来であれば、この時刻ｔ４にて駆動デューティＤＨの制限状態が解除されることが望ましい。   When the characteristic 162 of the secondary voltage command value V2com and the characteristic 164 of the voltage control target value V2tar exceed the characteristic 160 of the secondary voltage V2 at time t4, the voltage is held (limited) to a predetermined value. There is no need. Therefore, normally, it is desirable that the restriction state of the drive duty DH is canceled at this time t4.

しかしながら、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に強制的に制限、すなわち、前回値が保持され続けているので、補正デューティΔＤｉ（の特性１７６）を用いて算出される駆動デューティＤの特性１７４は、時刻ｔ４の時点では、上限値の特性１７２を上回っている。この結果、駆動デューティＤＨの特性１６８は、時刻ｔ４で制限状態から解除されず、駆動デューティＤの特性１７４が特性１７２を下回る時刻ｔ５まで、制限され続けることになる。   However, since the characteristic 176 of the correction duty ΔDi is forcibly limited to a predetermined value, that is, the previous value is held, the characteristic 174 of the drive duty D calculated using the correction duty ΔDi (characteristic 176 thereof) is At the time t4, the upper limit characteristic 172 is exceeded. As a result, the characteristic 168 of the drive duty DH is not released from the restricted state at the time t4, and continues to be restricted until the time t5 when the characteristic 174 of the drive duty D falls below the characteristic 172.

すなわち、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃのように、補正デューティΔＤｉの特性１３４、１７６を所定値に保持し続けると、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回っても、駆動デューティＤＨの制限状態を速やかに解除することができない。なお、図７Ａ中、参照数字１６６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。   That is, as shown in FIGS. 5A to 5C and FIGS. 7A to 7C, if the characteristics 134 and 176 of the correction duty ΔDi are kept at predetermined values, the characteristic 162 of the secondary voltage command value V2com and the voltage control target value V2tar Even if the characteristic 164 exceeds the characteristic 160 of the secondary voltage V2, the limit state of the drive duty DH cannot be quickly released. In FIG. 7A, reference numeral 166 indicates the characteristic of the primary voltage V1.

これに対して、この実施形態では、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、時刻ｔ２以降、駆動デューティＤＨの特性１４８が上限値の特性１５２に制限されるときに、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）では、特性１４８が特性１５２に合致するように、補正デューティΔＤｉ（の特性１５４）を逆算して求め、求めた補正デューティΔＤｉをＩ項成分の再設定値としてＰＩＤ処理部１１４に出力するようにしている。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 6A to 6C, when the characteristic 148 of the drive duty DH is limited to the upper limit characteristic 152 after time t2, the I term resetting processing unit 116 is set. In (see FIG. 3), the correction duty ΔDi (the characteristic 154) is calculated by back calculation so that the characteristic 148 matches the characteristic 152, and the PID processing unit 114 uses the calculated correction duty ΔDi as the reset value of the I term component. To output.

そのため、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１８０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１８８が上限値の特性１９２に制限されている場合に、駆動デューティＤの特性１９４は、前記上限値に略等しくなり、この結果、時刻ｔ６にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１８２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１８４が、２次電圧Ｖ２の特性１８０を上回ると、駆動デューティＤの特性１９４が前記上限値の特性１９２を下回ることになるので、駆動デューティＤＨ（＝Ｄ）に対する制限状態を速やかに解除することができる。   Therefore, as shown in FIGS. 8A to 8C, in the time period from time t3 to time t6, the characteristic 180 of the secondary voltage V2 is held at a predetermined value, and the characteristic 188 of the drive duty DH is changed to the characteristic 192 of the upper limit value. When it is limited, the characteristic 194 of the drive duty D becomes substantially equal to the upper limit value. As a result, the characteristic 182 of the secondary voltage command value V2com and the characteristic 184 of the voltage control target value V2tar are obtained at time t6. When the characteristic 180 of the secondary voltage V2 is exceeded, the characteristic 194 of the driving duty D falls below the characteristic 192 of the upper limit value, so that the restriction state with respect to the driving duty DH (= D) can be quickly released. .

これは、前述したように、この実施形態では、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）は、特性１４８、１８８、１９４が特性１５２、１９２に合致するように、補正デューティΔＤｉの特性１５４、１９６を逆算して求めているので、特性１８２、１８４が特性１８０を上回ったときに、駆動デューティＤＨの特性１８８が速やかに前記上限値の特性１９２を下回ることができるためである。   As described above, in this embodiment, the I term resetting processing unit 116 (see FIG. 3) causes the characteristic 154 of the correction duty ΔDi so that the characteristics 148, 188, 194 match the characteristics 152, 192. This is because the driving duty DH characteristic 188 can quickly fall below the upper limit characteristic 192 when the characteristics 182 and 184 exceed the characteristic 180.

次に、Ｉ項再設定処理部１１６での再設定処理による効果について、図９及び図１０を参照しながら詳細に説明する。   Next, the effect of the resetting process in the I term resetting processing unit 116 will be described in detail with reference to FIGS. 9 and 10.

図９及び図１０は、ある時刻での駆動デューティＤＨにおける、Ｉ項成分（補正デューティΔＤｉ）、Ｐ項成分（補正デューティΔＤｐ）、Ｄ項成分（補正デューティΔＤｄ）及びフィードフォワード項成分（基準デューティＤｓ）の分担を模式的に示した棒グラフである。なお、図９及び図１０では、Ｉ項成分を強調するために、駆動デューティＤＨにおけるＩ項成分の割合を誇張して図示している。   9 and 10 show the I term component (correction duty ΔDi), P term component (correction duty ΔDp), D term component (correction duty ΔDd), and feedforward term component (reference duty) at the drive duty DH at a certain time. It is the bar graph which showed the share of Ds) typically. 9 and 10, the ratio of the I term component in the drive duty DH is exaggerated in order to emphasize the I term component.

ここで、図９は、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行わない場合を図示したものである。   Here, FIG. 9 illustrates a case where the resetting process is not performed in the I term resetting processing unit 116 (see FIG. 3) shown in FIGS. 5A to 5C and 7A to 7C.

この場合、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るので、次の制御周期では、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するために、Ｉ項成分を所定値に保持して、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項成分を小さくするように設定する。しかしながら、前記所定値に保持された前記Ｉ項成分が不要に大きな値であれば、前記次の制御周期において駆動デューティＤＨは、再び前記上限値以上となる。すなわち、前記再設定処理を行わない場合では、駆動デューティＤＨを上述した制限状態から速やかに解除することができない。   In this case, since the drive duty DH at a certain moment exceeds the upper limit value, in the next control cycle, in order to limit the drive duty DH to the upper limit value, the I term component is held at a predetermined value, and the P term component , D term component and feed forward (F / F) term component are set to be small. However, if the I-term component held at the predetermined value is an unnecessarily large value, the drive duty DH becomes the upper limit value or more again in the next control cycle. That is, when the resetting process is not performed, the drive duty DH cannot be promptly released from the above-described restricted state.

これに対して、図１０は、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行った場合を図示したものであり、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るときに、Ｉ項再設定処理部１１６では、この駆動デューティＤＨのうち、前記上限値以上の部分（図１０の左の棒グラフ中、網掛けの部分）を不要分とし、該不要分だけＩ項成分を削除し、削除することで新たに生成したＩ項成分（再設定した補正デューティΔＤｉ）をＰＩＤ処理部１１４に出力する。この結果、次の制御周期では、駆動デューティＤＨが上限値を下回ることも可能となり、駆動デューティＤＨを制限状態から速やかに解除することができる。   On the other hand, FIG. 10 illustrates a case where the resetting process is performed by the I term resetting processing unit 116 (see FIG. 3) shown in FIGS. 6A to 6C and 8A to 8C. When the driving duty DH at a certain moment exceeds the upper limit value, the I term resetting processing unit 116 determines a portion of the driving duty DH that is equal to or greater than the upper limit value (the shaded portion in the left bar graph of FIG. 10). ) Is deleted as unnecessary, and the I term component is deleted by the unnecessary amount, and the newly generated I term component (reset correction duty ΔDi) is output to the PID processing unit 114. As a result, in the next control cycle, the drive duty DH can also fall below the upper limit value, and the drive duty DH can be quickly released from the restricted state.

以上説明したように、上述した実施形態によれば、駆動デューティＤＨを上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを下限値に制限する際に、駆動デューティＤＨ、ＤＬが上限値又は下限値となるように補正デューティΔＤｉを逆算して求める（設定し直す）ので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値又は下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、上限値又は下限値に応じて補正デューティΔＤｉを設定し直すので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中に補正デューティΔＤｉの値を所定値に保持することが不要となる。   As described above, according to the above-described embodiment, when the drive duty DH is limited to the upper limit value or when the drive duty DL is limited to the lower limit value, the drive duties DH and DL are equal to the upper limit value or the lower limit value. Since the correction duty ΔDi is calculated (reset) so that the upper limit value or lower limit value of the drive duty DH or DL is not necessary, the drive duty DH or DL is changed from the restricted state. It is possible to quickly return (get out). Further, since the correction duty ΔDi is reset according to the upper limit value or the lower limit value, it becomes unnecessary to hold the value of the correction duty ΔDi at a predetermined value while the drive duties DH and DL are limited.

また、前述した（２）式〜（７）式に従って補正デューティΔＤｉ、ΔＤ及び駆動デューティＤを設定することにより、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含むフィードバック制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するＶＣＵ２３や、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用するＶＣＵ２３のような、２次電圧制御モードを動作モードとして備えるＶＣＵ２３に、この実施形態を適用することが可能となる。   Further, by setting the correction duties ΔDi, ΔD and the driving duty D according to the above-described equations (2) to (7), the DC / DC converter 36 is controlled by feedback control including a proportional integral differential operation (PID operation). This embodiment can be applied to a VCU 23 having a secondary voltage control mode as an operation mode, such as the VCU 23 or a VCU 23 using both feedback control and feedforward control.

さらに、燃料電池車両２０にＶＣＵ２３を搭載することにより、上述したＶＣＵ２３の効果が容易に得られる。   Furthermore, by mounting the VCU 23 on the fuel cell vehicle 20, the effects of the VCU 23 described above can be easily obtained.

すなわち、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中は、駆動デューティＤＨ、ＤＬを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、２次電圧Ｖ２を速やかに電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御することが可能となる。   In other words, while the drive duties DH and DL are limited, the drive duty DH and DL are in a restricted state in which the drive duty DH and DL cannot be brought close to the target duty. Sometimes, the secondary voltage V2 can be quickly controlled to the voltage control target value V2tar (or the secondary voltage command value V2com) by quickly exiting the restricted state.

ところで、上限値が燃料電池２２における高出力状態（図２における直結状態の領域）での閾値である場合に、駆動デューティＤＨが上限値に長時間保持され続けると（燃料電池２２が前記高出力状態に維持され続けると）、２次電圧Ｖ２を電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御できない状態が長時間続くことになり、この結果、燃料電池車両２０がガス欠運転の状態となって、燃料電池２２内のセルが劣化するか、あるいは、燃料電池２２に対して反応ガスが過供給となり、燃料電池車両２０の効率が低下するおそれがある。   By the way, when the upper limit value is a threshold value in the high output state of the fuel cell 22 (the region of the direct connection state in FIG. 2), if the drive duty DH is kept at the upper limit value for a long time (the fuel cell 22 is in the high output state). If the secondary voltage V2 cannot be controlled to the voltage control target value V2tar (or the secondary voltage command value V2com), the fuel cell vehicle 20 runs out of gas. In this state, the cells in the fuel cell 22 may be deteriorated, or the reaction gas may be excessively supplied to the fuel cell 22 to reduce the efficiency of the fuel cell vehicle 20.

一方、下限値が過電圧状態での閾値である場合に、駆動デューティＤＬが下限値に長時間保持され続けると（過電圧状態が維持され続けると）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に接続される部品（バッテリ２４、補機４４等）の劣化や故障の原因となる。   On the other hand, when the lower limit value is a threshold value in the overvoltage state, if the drive duty DL is kept at the lower limit value for a long time (if the overvoltage state is kept), the component (battery) connected to the DC / DC converter 36 24, auxiliary machine 44, etc.) and cause failure.

従って、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、燃料電池２２のセルの劣化や、燃料電池車両２０の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。   Therefore, when it is not necessary to limit the upper and lower limits of the drive duty DH and DL, the cell of the fuel cell 22 is deteriorated by quickly exiting the limit state of the drive duty DH and DL. In addition, it is possible to reliably prevent the efficiency of the fuel cell vehicle 20 from being degraded and the deterioration and failure of the components.

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、図１１に示す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。   This embodiment is not limited to the above description, and can be changed to various configurations such as being applied to the primary voltage control mode shown in FIG. 11 based on the description in this specification and the drawings. It is.

図１１に示す１次電圧制御モードは、電力ケーブル１８（図１参照）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が故障とみなされる特殊な場合に行われるものであり、統括制御部５６で演算された１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍが制限部１０２にて電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒに変換され、変換された電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒが加算信号として演算点１０４に供給されると共に、乗算信号として演算点１１０に供給される。また、１次電圧Ｖ１は、演算点１０４に減算信号として供給される。さらに、２次電圧Ｖ２は、演算点１１０に除算信号として供給される。演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒと、１次電圧Ｖ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ１ｔａｒ−Ｖ１）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力し、演算点１１０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）を演算点１０８に出力する。   The primary voltage control mode shown in FIG. 11 is performed in a special case where the battery 24 is considered to be broken, such as when the battery 24 is opened due to a disconnection failure of the power cable 18 (see FIG. 1). The primary voltage command value V1com calculated by the overall control unit 56 is converted to the voltage control target value V1tar by the limiting unit 102, and the converted voltage control target value V1tar is supplied to the calculation point 104 as an addition signal. , And supplied to the operation point 110 as a multiplication signal. Further, the primary voltage V1 is supplied to the calculation point 104 as a subtraction signal. Further, the secondary voltage V2 is supplied to the calculation point 110 as a division signal. The calculation point 104 outputs a deviation e (e = V1tar−V1) between the voltage control target value V1tar and the primary voltage V1 to the PID processing unit 114 of the PID calculation unit 106, and the calculation point 110 is the voltage control target. A reference duty Ds (Ds = V1tar / V2) obtained by dividing the secondary voltage V2 from the value V1tar is output to the calculation point 108.

この１次電圧制御モードにおいても、ＰＷＭ処理部１１２からＩ項再設定処理部１１６に上限値又は下限値を示すリミット値通知信号Ｓｌを出力し、Ｉ項再設定処理部１１６は、このリミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、Ｉ項成分の再設定処理を行うことにより、前述した２次電圧制御モードと同様の効果を得ることができる。   Even in the primary voltage control mode, the PWM processing unit 112 outputs the limit value notification signal S1 indicating the upper limit value or the lower limit value to the I term resetting processing unit 116, and the I term resetting processing unit 116 By performing the I-term component resetting process based on the input of the notification signal Sl, the same effect as in the secondary voltage control mode described above can be obtained.

また、この実施形態では、ＰＷＭ処理部１１２にて駆動デューティＤＨを前記上限値に直接制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に直接制限する場合について説明したが、補正デューティΔＤを所定の上限閾値又は下限閾値に制限することにより、間接的に、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に制限することも可能である。   In this embodiment, the PWM processing unit 112 directly restricts the drive duty DH to the upper limit value or directly restricts the drive duty DL to the lower limit value. However, the correction duty ΔD is set to a predetermined value. By limiting to the upper limit threshold or the lower limit threshold, it is possible to indirectly limit the drive duty DH to the upper limit value or limit the drive duty DL to the lower limit value.

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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and based on the description in the specification and drawings, the invention is not limited to the DC / DC converter 36 of the single-phase arm UA, but the three phases of U phase, V phase, and W phase. It goes without saying that various configurations such as application to a fuel cell vehicle having a hybrid DC power supply having an arm DC / DC converter can be adopted.

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。1 is a circuit diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。It is explanatory drawing of the current-voltage characteristic of a fuel cell. ２次電圧制御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。It is a functional block diagram of a converter control part at the time of a secondary voltage control mode. 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。It is a flowchart provided by description about the basic operation | movement of the DC / DC converter drive-controlled by the converter control part. 図５Ａ〜図５Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。5A to 5C are graphs when the resetting process by the I term resetting processing unit of FIG. 3 is not performed. 図６Ａ〜図６Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。6A to 6C are graphs when the resetting process is performed by the I term resetting processing unit of FIG. 図７Ａ〜図７Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。7A to 7C are graphs when the resetting process by the I term resetting processing unit of FIG. 3 is not performed. 図８Ａ〜図８Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。8A to 8C are graphs when the resetting process is performed by the I term resetting processing unit of FIG. 駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。It is a bar graph which shows typically sharing of I term component, P term component, D term component, and F / F term component in a drive duty. 駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。It is a bar graph which shows typically sharing of I term component, P term component, D term component, and F / F term component in a drive duty. １次電圧制御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。It is a functional block diagram of the converter control part at the time of a primary voltage control mode.

符号の説明Explanation of symbols

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 １０６…ＰＩＤ演算部
１１４…ＰＩＤ処理部 １１６…Ｉ項再設定処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hybrid direct-current power supply system 20 ... Fuel cell vehicle 22 ... Fuel cell 23 ... VCU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 24 ... Battery 26 ... Motor 34 ... Inverter 36 ... DC / DC converter 54 ... Converter control part 81 ... Upper arm switching element 82 ... Lower arm switching element 106 ... PID calculating part 114 ... PID process part 116 ... I term resetting process part

Claims (7)

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所定のデューティにて駆動する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 A DC / DC converter disposed between the first power device and the second power device and having a switching element;
A controller that drives the switching element at a predetermined duty;
With
The controller is
The duty is adjusted by feedback control including integration operation,
When the duty to be adjusted this time is larger than a predetermined upper limit value, the duty is limited to the upper limit value, or when the duty to be adjusted this time is smaller than a predetermined lower limit value, the duty is set to the lower limit value. When limiting, a DC / DC converter device characterized by changing an integral term of the feedback control based on the upper limit value or the lower limit value. 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、
比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1, wherein
The controller is
Performing the feedback control including proportional action, integral action and derivative action;
When the duty is greater than the upper limit value or when the duty is smaller than the lower limit value, based on the difference between the upper limit value or the lower limit value and the proportional and derivative terms of the feedback control The DC / DC converter device characterized by changing the integral term. 請求項２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記フィードバック制御と、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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて前記積分項を変更する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 2,
The controller is
The feedback control and the voltage on the first power device side of the DC / DC converter (hereinafter referred to as primary voltage) or the voltage on the second power device side of the DC / DC converter (hereinafter referred to as secondary voltage). .) Feed-forward control to set the target value,
When the duty is larger than the upper limit value or when the duty is smaller than the lower limit value, the upper limit value or the lower limit value, the proportional term, the differential term, and the feedforward control feed The integral term is changed based on a difference from a forward term. A DC / DC converter device, wherein: 請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、
前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 3,
When at least one mode is provided as an operation mode among a primary voltage control mode for controlling the primary voltage and a secondary voltage control mode for controlling the secondary voltage,
The control unit limits the duty to the upper limit when the duty corresponding to the target value of the primary voltage or the secondary voltage is larger than the upper limit, or the duty is the lower limit The DC / DC converter device is characterized in that the duty is limited to the lower limit value when it becomes smaller. 請求項１〜４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、補機に接続され、且つ該第１電力装置側の電圧を発生する蓄電装置であり、
前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、駆動回路を介して前記電動機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第２電力装置側の電圧とする
ことを特徴とする電気車両。 A DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 4,
The first power device is a power storage device that is connected to an auxiliary machine and generates a voltage on the first power device side,
The second power device has an electric motor that rotates a wheel and a power generation device that is connected to the motor via a drive circuit and generates a generated voltage, and when the generated voltage or the motor operates as a generator. An electric vehicle characterized in that a regenerative voltage generated in the drive circuit is a voltage on the second power device side. 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。 The electric vehicle according to claim 5,
The electric vehicle, wherein the power generation device is a fuel cell. 積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、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、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。 When a predetermined duty is adjusted by feedback control including an integration operation, and a switching element of a DC / DC converter disposed between the first power device and the second power device is driven with the adjusted duty,
When the duty to be adjusted this time is larger than a predetermined upper limit value or when the duty is smaller than a predetermined lower limit value, the integral term of the feedback control is changed based on the upper limit value or the lower limit value. The duty is limited to the upper limit value or the lower limit value. A method for controlling a DC / DC converter, comprising:
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