JP4852028B2 - ハイブリッド直流電源システム及び燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、負荷に対し２つの直流電源装置から電力を供給するハイブリッド直流電源システムに関し、例えば、バッテリと燃料電池とからインバータ駆動のモータに対して電力を供給する燃料電池車両に適用して好適なハイブリッド直流電源システム及び燃料電池車両に関する。

従来から、車両走行用のモータ（電動機）をバッテリにより駆動する電気自動車が提案されている（特許文献１）。

この電気自動車では、バッテリの出力端にヒューズが設けられ、過電流が発生したときに直ちに溶断して過大な電流がバッテリから流れでることを防止し、バッテリを保護している。

特開平９−２８４９０２号公報

しかしながら、ヒューズが溶断した場合、ヒューズを交換するまでバッテリから電力をモータに供給することができなくなり、その結果、電気自動車を走行させることができなくなるという問題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、第１直流電源装置（バッテリ）に設けられたヒューズの過電流による溶断をできるだけ防止しながら第１直流電源装置を保護することを可能とするハイブリッド直流電源システム及び燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係るハイブリッド直流電源システムは、第１出力電圧を発生し、第１ソース電流を流し出すか第１シンク電流を流し込む第１直流電源装置と、負荷に接続され、自己が発生する第２出力電圧の減少に応じて、流し出す第２ソース電流が増加するとともに、前記第２出力電圧の増加に応じて、流し出す前記第２ソース電流が減少する第２直流電源装置と、一方側が前記第１直流電源装置に接続され、他方側が前記負荷と前記第２直流電源装置の接続点に接続されて、スイッチング素子の駆動デューティが増減されることで前記第２出力電圧を制御する昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチング素子の前記駆動デューティを制御する制御部とを備え、以下の特徴（１）〜（６）を有する。

（１）前記制御部は、前記負荷が要求する負荷シンク電流を、前記第１ソース電流の前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる変換後の電流と前記第２ソース電流との合成電流として制御する際に、前記第１直流電源装置の出力点から前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介し前記接続点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が所定の閾値を上回らないように、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を制御することを特徴とする。

この発明によれば、第１直流電源装置の出力点からＤＣ／ＤＣコンバータを介し第２直流電源装置の接続点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が所定の閾値を上回らないように、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を制御するという特徴的かつ簡単な制御構成を用いて、第１直流電源装置の出力点に設けられるヒューズの過電流による溶断を防止することができる。

なお、第１直流電源装置の出力点からＤＣ／ＤＣコンバータを介し第２直流電源装置の接続点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が所定の閾値を上回らないように制御することで、第１直流電源装置から流れ出す第１ソース電流の過電流を防止することができる。予め、第１ソース電流の過電流閾値に対応して各電流経路に流れる電流の閾値を求めて記憶装置（メモリ）に記憶しておき、記憶した閾値と実測値を比較すればよい。

また、第１直流電源装置の出力点が短絡されたときにはヒューズが溶断する。

（２）上記特徴（１）を有する発明において、前記制御部は、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値を下回る値である場合には、前記第２出力電圧を制御することで前記第２ソース電流を制御する第１モードで制御する一方、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値を上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断し、前記閾値を上回らないよう前記第２出力電圧を減少させ前記第２ソース電流を増加する第２モードでの制御に移行することを特徴とする。

第１ソース電流の電流値に応じて前記電流経路に流れる電流値が前記閾値を上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断して、第２モードでの制御に移行し、前記閾値を上回らないよう前記第２出力電圧を減少させ前記第２ソース電流を増加させるので、その分、第１ソース電流の電流値を小さくすることができ、ヒューズの溶断を防止できる。

（３）上記特徴（２）を有する発明において、前記制御部は、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を監視して前記第２モードでの制御から前記第１モードでの制御に復帰することを特徴とする。この発明によれば、第２直流電源装置の第２出力電圧を監視することだけで復帰を制御できるので復帰の制御に係わる構成が簡単である。

（４）上記特徴（３）を有する発明において、前記制御部は、監視している前記第２出力電圧が、前記第１モードでの制御を中断したときの前記第２出力電圧まで増加してきたときに前記第１モードでの制御に復帰するようにすればよい。

（５）上記特徴（３）を有する発明において、さらに上位制御部を有し、前記制御部は、前記第１モードでの制御時に前記上位制御部から供給される指令電圧に一致するように前記第２出力電圧を制御し、前記第１モードでの制御を中断したとき、前記第２モードでの制御では前記指令電圧に一致させる制御を中断し、監視している前記第２出力電圧が、前記上位制御部から供給される前記指令電圧を上回ったときに前記第１モードでの制御に復帰するようにすればよい。

（６）上記特徴（２）〜（５）のいずれかを有する発明において、前記制御部は、前記第２モードでの制御中に、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値となるよう該閾値を目標電流として前記駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御を行うことにより、前記負荷が要求する負荷シンク電流の増減に応じて第２直流電源装置から流れ出す第２ソース電流が増減される（第２出力電圧が増減される）ので、ヒューズの溶断が防止される。

なお、比例積分（ＰＩ）動作又は比例積分微分（ＰＩＤ）動作を行うことにより、前記電流経路に流れる電流値をオフセット（偏差）なしに閾値に一致させることができる。

前記電流経路に流れる電流値を閾値に一致させるようにしているので、第１直流電源装置から流し出せる第１ソース電流を、上限電流値に保持することができる。そうすると、前記第２直流電源装置から流れ出す第２ソース電流の電流値を相対的に小さい値にすることができる。結果として、第２直流電源装置の第２出力電圧の減少を相対的に抑制することができる。換言すれば、第２直流電源装置の第２出力電圧が過剰に低下することを防止することができる。

第１ソース電流を上限電流値に保持している制御（電流上限制限制御）中に、負荷が要求する負荷シンク電流が小さくなってくると、上位制御部から供給される前記第２出力電圧の前記指令電圧が増加する。その一方、負荷シンク電流が小さくなってきたときに、第１ソース電流が上限値に張り付いているので、負荷シンク電流の減少に即応して第２ソース電流が減少し第２直流電源装置の第２出力電圧が増加する。第２出力電圧が増加して、この第２出力電圧が前記指令電圧を上回ると、電流上限制御が解除される。よって、この発明によれば、第２直流電源装置の第２出力電圧が過剰に低下して電流上限制限制御の解除が遅れる事態が発生することを防止することができる。

この発明に係るハイブリッド直流電源システムは、第１出力電圧を発生し、第１ソース電流を流しだすか第１シンク電流が流し込まれる第１直流電源装置と、負荷に接続され、自己が発生する第２出力電圧の減少に応じて、流し出す第２ソース電流が増加するとともに、前記第２出力電圧の増加に応じて、流し出す前記第２ソース電流が減少する第２直流電源装置と、一方側が前記第１直流電源装置に接続され、他方側が前記負荷と前記第２直流電源装置の接続点に接続されて、スイッチング素子の駆動デューティが増減されることで前記第２出力電圧を制御する昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチング素子の前記駆動デューティを制御する制御部とを備え、以下の特徴（７）〜（１２）を有する。

なお、下記の特徴（７）〜（１２）を有する発明は、上記の特徴（１）〜（６）を有する発明が第１直流電源装置から流し出す第１ソース電流の過電流を防止する構成であることに比較して、第１直流電源装置に流し込む第１シンク電流の過電流を防止する構成である点で相違すること以外は同様であるので作用効果の説明については省略する。

（７）前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１直流電源装置に流し込む前記第１シンク電流を制御する際に、前記接続点から前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介し前記第１直流電源装置の入力点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が所定の閾値を上回らないように、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を制御することを特徴とする。

（８）上記特徴（７）を有する発明において、前記制御部は、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値を下回る値である場合には、前記第２出力電圧を制御することで前記第２ソース電流を制御する第１モードで制御する一方、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値を上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断し、前記閾値を上回らないよう前記第２出力電圧を増加させ前記第２ソース電流を減少する第３モードでの制御に移行することを特徴とする。

（９）上記特徴（８）を有する発明において、前記制御部は、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を監視して前記第３モードでの制御から前記第１モードでの制御に復帰することを特徴とする。

（１０）上記特徴（８）を有する発明において、前記制御部は、監視している前記第２出力電圧が、前記第１モードでの制御を中断したときの前記第２出力電圧まで減少してきたときに前記第１モードでの制御に復帰することを特徴とする。

（１１）上記特徴（８）を有する発明において、さらに上位制御部を有し、前記制御部は、前記第１モードでの制御時に前記上位制御部から供給される指令電圧に一致するように前記第２出力電圧を制御し、前記第１モードでの制御を中断したとき、前記第３モードでの制御では前記指令電圧に一致させる制御を中断し、監視している前記第２出力電圧が、前記上位制御部から供給される前記指令電圧を下回ったときに前記第１モードでの制御に復帰することを特徴とする。

（１２）上記特徴（８）〜（１１）のいずれかを有する発明において、前記制御部は、前記第３モードでの制御中に、前記電流経路に流れる電流値が前記閾値となるよう該閾値を目標電流として前記駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御を行うことを特徴とする。

（１３）上記特徴（５）、（６）、（１１）、又は（１２）を有する発明において、前記制御部は、前記指令電圧を供給する前記上位制御部の処理周期（例えば、１〜１０００［ｍＳ］）よりも短い処理周期（例えば、１〜１０００［μＳ］）で前記駆動デューティを増減する制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、第１直流電源装置から流し出す第１ソース電流及び流し込む第１シンク電流に係わる電流経路に流れる電流値を制御するスイッチング素子の駆動デューティを高速に増減制御するようにしているので、通信遅れ、処理周期遅れがなくなり、ヒューズ溶断の可能性をより少なくできる。

（１４）上記特徴（１）〜（１３）のいずれかを有する発明において、前記第１直流電源装置が蓄電装置とされ、前記第２直流電源装置が燃料電池とされたことを特徴とする。

この発明によれば、負荷として直流負荷及びインバータを利用して交流負荷を取り扱うことができる。

（１５）上記特徴（１）〜（１４）を有するハイブリッド直流電源システムの前記負荷がインバータ駆動のモータとされたことを特徴とする燃料電池車両。

この発明によれば、第１直流電源装置の出力点からＤＣ／ＤＣコンバータを介し第２直流電源装置の接続点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が所定の閾値を上回らないように、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を制御するという特徴的かつ簡単な制御構成を用いて、第１直流電源装置の出力点に設けられるヒューズの過電流による溶断を防止することができる。

以下、この発明に係るハイブリッド直流電源システムが適用された一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すこの実施形態に係る燃料電池車両２０は、基本的には、第２直流電源装置としての燃料電池２２と第１直流電源装置としてのエネルギストレージである蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電源システム（ハイブリッド直流電源システム）と、このハイブリッド直流電源システムから電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される負荷としての走行用のモータ２６と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓ、１Ｓ´と燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓ、２Ｓ´との間で昇降圧の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛ＶＣＵ（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。

ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを構成するスイッチング素子を駆動制御する制御部としてのコンバータ制御部５４とから構成される。

燃料電池２２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により生成され流し出す第２ソース電流としての発電電流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に供給される。燃料電池２２は、また、第２出力電圧としての発電電圧Ｖｆを発生する。

インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。

この場合、回生電圧又は発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、ダウンバータ４２により降圧されてさらに低電圧とされ、ランプ等の補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給されるとともに、１次電圧Ｖ１に余剰分があれば第１シンク電流Ｉｂｓｋとしてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。

１次側１Ｓ、１Ｓ´に接続されるバッテリ２４は、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

バッテリ２４は、ダウンバータ４２を通じて補機４４に補機電流Ｉａｕを供給するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給するための第１ソース電流Ｉｂｓｅを流し出す。

バッテリ２４の出力点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。

１次側１Ｓ、１Ｓ´及び２次側２Ｓ、２Ｓ´には、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。２次側２Ｓ、２Ｓ´のコンデンサ３９には、並列に、すなわち燃料電池２２に対しても並列に、抵抗器４０が接続されている。

燃料電池２２を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御され、インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部５２により制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部５４により、それぞれ基本的に制御される。

そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、燃料電池２２の総負荷要求量Ｌｔ等を決定する上位制御部としての統括制御部５６により制御される。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（第１出力電圧としてのバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、並びにコンバータ制御部５４に接続される温度センサ６９等がある。

統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４（第１電力装置）と第２電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に、それぞれＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等のスイッチング素子からなる上アームスイッチング素子８１｛８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ（８１ｕ〜８１ｗ）｝と、下アームスイッチング素子８２｛８２ｕ、８２ｖ、８２ｗ（８２ｕ〜８２ｗ）｝とからなる３つの相アーム｛Ｕ相アームＵＡ（８１ｕ、８２ｕ）、Ｖ相アームＶＡ（８１ｖ、８２ｖ）、Ｗ相アームＷＡ（８１ｗ、８２ｗ）｝が並列的に接続された３相アームとして構成されている。

各アームスイッチング素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ、逆方向に並列にダイオード８３ｕ、８３ｖ、８３ｗ、８４ｕ、８４ｖ、８４ｗが接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する１個のリアクトル９０が、３相アームの各相のアーム（Ｕ相アームＵＡ、Ｖ相アームＶＡ、Ｗ相アームＷＡ）の中点の共通接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。

上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）は、コンバータ制御部５４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ（のハイレベル）によりそれぞれオンにされ、下アームスイッチング素子８２（８２ｕ〜８２ｗ）は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ（のハイレベル）によりそれぞれオンにされる。

１次電圧Ｖ１、代表的には、負荷が接続されていないときのバッテリ２４の開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は、図２の燃料電池出力特性（電流電圧特性）９１上に示すように、この燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの最低電圧Ｖｆｍｉｎより高い電圧に設定されている。なお、図２において、ＯＣＶ≒Ｖ１としている。

２次電圧Ｖ２は、燃料電池２２が発電動作しているときには燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい電圧にされる。

ただし、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆがバッテリ２４の電圧Ｖｂａｔ（＝Ｖ１１）に等しくなったときには、図２に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。直結状態では、上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）に供給される駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨのデューティが１００［％］にされ、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる場合には上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）がオンにされて該上アームスイッチング素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）を通じて電流が流れ、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ電流が流れる場合にはダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通して該ダイオード８３ｕ〜８３ｗを通じて電流が流れる。

ここで、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。

水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図２に示した特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。

具体的に、燃料電池２２は、第２出力電圧である発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出される第２ソース電流としての発電電流Ｉｆが増加し、発電電圧Ｖｆの増加に応じて流し出される発電電流Ｉｆが減少する。

このように燃料電池２２は二次電圧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、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓ、２Ｓ´の２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が、コンバータ制御部５４を含むＶＣＵ２３のフィードバック制御の目標電圧（目標値）に設定される。すなわち、ＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。

ただし、ダウンバータ４２とバッテリ２４間の配線の断線故障等によりバッテリ２４が開放状態にされる等、バッテリ２４（第１電力装置）が故障とみなされる特殊な場合には、１次電圧Ｖ１がＶＣＵ２３によるフィードバック制御の目標電圧とされる。また、上記した直結状態でバッテリ２４から流れ出す第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、又はバッテリ２４に流れ込む第１シンク電流Ｉｂｓｋが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋを上回る値となったときには、バッテリ２４の劣化を防止すること、ヒューズ２５の溶断を防止すること、並びにリアクトル９０の飽和を防止することのために２次電圧Ｖ２を目標電圧とする制御から１次電流Ｉ１を目標電流とする制御（電流上限制限制御）に切り替わる。なお、電圧センサ６１の検出電圧によりバッテリ２４が短絡されたことをコンバータ制御部５４が検出したときには、１次電流Ｉ１を目標電流とする制御は行わないのでヒューズ２５が溶断し、バッテリ２４を保護する。

第１１ソース電流Ｉｂｓｅ又は第１シンク電流Ｉｂｓｋの電流上限制限制御では、コンバータ制御部５４により、閾値Ｉｔｈｓｅ、Ｉｔｈｓｋの対応値（Ｉ１＝Ｉｂｓｅ−Ｉａｕ、Ｉ１＝Ｉｂｓｋ＋Ｉａｕ）を目標電流とする比例積分動作（ＰＩ動作）のフィードバック制御が行われる。もちろん、電流センサをヒューズ２５と直列に設けておくことで、第１ソース電流Ｉｂｓｅその値を目標電流閾値ＩｔｈｓｅとするＰＩ動作のフィードバック制御、及び第１シンク電流Ｉｂｓｋその値を目標電流閾値ＩｔｈｓｋとするＰＩ動作のフィードバック制御を行うようにすることもできる。

つまり、バッテリ２４の出力点からＤＣ／ＤＣコンバータ３６を介し負荷（インバータ３４駆動モータ２６）と燃料電池２２の接続点である２次側２Ｓ、２Ｓ´までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が、第１ソース電流Ｉｂｓｅの目標電流閾値Ｉｔｈｓｅ又は第１シンク電流Ｉｂｓｋの目標電流閾値Ｉｔｈｓｋを上回らない値となるようにＰＩ動作のフィードバック制御を行う。

この場合、予め第１ソース電流Ｉｂｓｅの目標電流閾値Ｉｔｈｓｅ又は第１シンク電流Ｉｂｓｋの目標電流閾値Ｉｔｈｓｋと各電流経路に流れる電流との関係を測定しておき、コンバータ制御部５４中のＥＥＰＲＯＭ等のメモリに記憶しておくことで、第１ソース電流Ｉｂｓｅの目標電流閾値Ｉｔｈｓｅ又は第１シンク電流Ｉｂｓｋの目標電流閾値Ｉｔｈｓｋを、各電流経路に流れる電流を制御量とした代替制御を行うことができる。

なお、ＰＩ動作とするのは、第１ソース電流Ｉｂｓｅを目標電流閾値Ｉｔｈｓｅに、又は第１シンク電流Ｉｂｓｋを目標電流閾値Ｉｔｈｓｋに偏差（オフセット）なく一致させるためである。比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）としてもよい。

比例動作（Ｐ動作）のみでも、概ね制御できるが、誤差がオフセット分増加するので、その分、過剰電流によりバッテリ２４が劣化する可能性が高まるとともに、後述するように、電流上限制限制御の解除が遅れるという問題が発生する。

また、この実施形態では、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆをバッテリ２４のＯＣＶより高い電圧に設定しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、１次側１Ｓ、１Ｓ´を降圧側、２次側２Ｓ、２Ｓ´を昇圧側としているが、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆをバッテリ２４のＯＣＶよりも低く設定するシステムの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の、降圧側と昇圧側との接続が逆にされる。

次に、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作について図３のフローチャートを参照して説明する。

上述したように、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

ステップＳ１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Ｓ２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定し、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２に指令を与える。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率ηが考慮される。

次いで、ステップＳ３において、統括制御部５６により決定された燃料電池分担負荷量（実質的に、コンバータ制御部５４に対する発電電圧Ｖｆの指令電圧Ｖ２ｃｏｍが含まれる。）Ｌｆが通信線７０を通じてコンバータ制御部５４に指令として送信される。燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ４において、２次電圧Ｖ２、換言すれば、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが、統括制御部５６から指令された指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング素子（８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗ）の駆動デューティ（駆動信号ＵＨ〜ＷＨ、ＵＬ〜ＷＬのオンデューティ）を制御する。なお、２次電圧Ｖ２（又は１次電圧Ｖ１）は、コンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ動作により制御される。

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

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

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

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、以下に説明するように、昇圧動作又は降圧動作を行う。

ステップＳ４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓ、２Ｓ´からインバータ３４側へ２次電流Ｉ２をソースする昇圧動作では、図４に示すように、コンバータ制御部５４は、時点ｔ１３で下アームスイッチング素子８２ｕをオン（リアクタンス９０にバッテリ電流Ｉｂａｔから補機電流Ｉａｕを差し引いた１次電流Ｉ１によりエネルギを蓄積すると同時に、コンデンサ３９から２次電流Ｉ２をインバータ３４へソースする。以下同様）→時点ｔ１４〜ｔ１７でダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通（リアクタンス９０からエネルギを放出しコンデンサ３９にエネルギを蓄積するとともに、２次電流Ｉ２としてインバータ３４へソースする。以下同様）→時点ｔ１７で下アームスイッチング素子８２ｖをオン→ダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通→以降、下アームスイッチング素子８２ｗをオン→ダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通→下アームスイッチング素子８２ｕをオン…の順でＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。

なお、上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗの駆動デューティ（オンデューティ）は、出力電圧Ｖ２が指令電圧Ｖｃｏｍに保持されるように決定される。

また、ステップＳ４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓ、２Ｓ´からインバータ３４側へ２次電流Ｉ２をソースする直結動作では、ダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通状態となって、２次電圧Ｖ２がＶ２＝Ｖ１−Ｖｄ（Ｖｄはダイオード８３ｕ〜８３ｗの順方向降下電圧）となる。

さらに、ステップＳ４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓ、２Ｓ´から１次側１Ｓ、１Ｓ´の補機４４やバッテリ２４に２次電流Ｉ２を供給する（２次側２Ｓでは、シンク（sink）するという。）降圧動作では、図５に示すように、時点ｔ１で上アームスイッチング素子８１ｕをオン（リアクタンス９０にコンデンサ３９から出力される２次電流Ｉ２によりエネルギを蓄積するとともにコンデンサ３８から補機４４及び要求に応じてバッテリ２４に１次電流Ｉ１を供給する。以下同様）→時点ｔ２〜ｔ５でダイオード８４ｕ〜８４ｗが導通（ダイオード８４ｕ〜８４ｗはフライホイールダイオードとして導通し、リアクタンス９０からエネルギが放出され、コンデンサ３８にエネルギを蓄積するとともに補機４４及び要求に応じてバッテリ２４に１次電流Ｉ１を供給する。以下同様）→時点ｔ５で上アームスイッチング素子８１ｖをオン→ダイオード８４ｕ〜８４ｗが導通→以降、上アームスイッチング素子８１ｗをオン→ダイオード８４ｕ〜８４ｗが導通→上アームスイッチング素子８１ｕをオン…の順でＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。

回生電圧が存在する場合、この降圧動作時に回生電源分担負荷量Ｌｒによる回生電流がＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓからシンクされる２次電流Ｉ２に加算される。この降圧動作における上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗのオンデューティも、出力電圧Ｖ２が指令電圧Ｖｃｏｍに保持されるように決定される。

この実施形態において、コンバータ制御部５４は、スイッチング周期２π｛スイッチング周波数の逆数（例えば、１／十数ｋＨｚ≒５０［μＳ］）の時間に相当する。｝の３倍の処理周期（３×２π）毎に、次の３×２πの周期で行うためのＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作（ステップＳ４のコンバータ制御動作）を決定する。

図４及び図５において、リアクトル９０に流れる１次電流Ｉ１の符号は、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ流れる昇圧時電流（ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓからインバータ３４へ流れ出すソース電流）を正（＋）、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ流れる降圧時電流（燃料電池２２又はインバータ３４から２次側２Ｓへ流れ込むシンク電流）を負（−）に取っている。

また、コンバータ制御部５４から出力される駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの波形中、ハッチングを付けた期間は、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが供給されているアームスイッチング素子（例えば、駆動信号ＵＨに対応するアームスイッチング素子は上アームスイッチング素子８１ｕ）が実際にオンしている（電流が流れている）期間を示している。つまり、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが供給されていても、該当する並列ダイオード８３ｕ〜８３ｗ、８４ｕ〜８４ｗがＯＦＦになっていなければ該当するアームスイッチング素子に電流が流れないことに留意する。

この場合、図４、図５及び後述する図６から分かるように、上下アームスイッチング素子８１、８２間が同時にオンして電圧Ｖ２が短絡することを防止するために、上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗ又は下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗを交互にオンするための駆動信号ＵＨと駆動信号ＵＬ、駆動信号ＶＨと駆動信号ＶＬ、及び駆動信号ＷＨと駆動信号ＷＬとの間でそれぞれデッドタイムｄｔを挟んでオンし、かつ多相アームを構成する相アームＵＡ〜ＵＷを交替してオンするとき駆動信号ＵＬと駆動信号ＶＨとの間、駆動信号ＶＬと駆動信号ＷＨとの間、及び駆動信号ＷＬと駆動信号ＵＨとの間にそれぞれデッドタイムｄｔを挟んでオンするようにしている。すなわち、デッドタイムｄｔを挟んで、いわゆる同期スイッチングを行っている。

なお、昇圧動作と降圧動作の移り変わり（遷移）時の動作を説明する図６において、例えば、時点ｔ２０〜ｔ２１の間で駆動信号ＵＨにより上アームスイッチング素子８１ｕがオンしている期間（ハッチングで示す期間）には、燃料電池２２及び（又は）回生電源による２次電流Ｉ２により上アームスイッチング素子８１ｕを通じてリアクトル９０にエネルギが蓄積される。

時点ｔ２１から電流の流れる向きが反転する（符号が負から正に反転する）時点ｔ２２までの期間では、リアクトル９０に蓄積されたエネルギが、オンとなったフライホイールダイオードとして機能するダイオード８４ｕ〜８４ｗを通じて１次側１Ｓに放出される。

時点ｔ２２〜ｔ２３の間で駆動信号ＵＬにより下アームスイッチング素子８２ｕがオンしている期間では、バッテリ２４からの１次電流Ｉ１によりリアクトル９０にエネルギが蓄積される。時点ｔ２３から電流の流れる向きが反転する（符号が正から負に反転する）時点ｔ２４までの期間では、リアクトル９０に蓄積されたエネルギが、オンとなったダイオード８３ｕ〜８３ｗを通じて２次側２Ｓに放出される。以下、同様の動作を繰り返す。このように、この実施形態に係る３相ローテーションスイッチングでは、昇圧動作と降圧動作との間で動作が滑らかに移り変わる。

以上が、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作の説明である。

この実施形態に係る燃料電池車両２０は、基本的には以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、ヒューズ２５の溶断を防止するための動作Ａ：バッテリ２４から流し出す第１ソース電流Ｉｂｓｅを制限する動作と、動作Ｂ：バッテリ２４に流し込む第１シンク電流Ｉｂｓｋを制限する動作について説明する。

なお、この動作Ａ及び動作Ｂでは、理解を容易化するために、補機電流Ｉａｕがゼロ値であって、すなわち、第１ソース電流Ｉｂｓｅと第１シンク電流Ｉｂｓｋがともに第１電流Ｉ１の値に等しいものとして説明する。

まず、動作Ａについて説明する。

図７は、動作Ａ中の燃料電池車両２０において、各電流の流れる方向及び燃料電池２２の制御動作を説明する説明図である。動作Ａでは、モータ電流Ｉｍが発電電流Ｉｆと２次電流Ｉ２の合成電流として制御される（Ｉｍ＝Ｉｆ＋Ｉ２）。なお、理解の容易化のためにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の効率を１００［％］とすれば、Ｖ１×Ｉ１＝Ｖ２×Ｉ２となるので、モータ電流Ｉｍは、Ｉｍ＝Ｉｆ＋Ｉ１×（Ｖ１／Ｖ２）と表される。

図８は、動作Ａの説明に供される模式的な波形図である。

図８の時点ｔ５１までの間では、バッテリ２４から流れ出す第１ソース電流Ｉｂｓｅの値が閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｅを下回る値であるので、コンバータ制御部５４は、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ（第２出力電圧Ｖ２）が、統括制御部５６から受信される燃料電池２２の指令電圧Ｖ２ｃｏｍに一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する｛Ｖ２電圧制御モード（第１モード）という。｝すなわち、発電電圧Ｖｆを制御することで発電電流Ｉｆを制御する。

時点ｔ５１に示すように、バッテリ２４から流れ出す第１ソース電流Ｉｂｓｅの値が閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、コンバータ制御部５４は、ヒューズ２５が溶断するおそれが発生したものとみなし、第１モードでの制御を中断し、すなわち、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆを指令電圧Ｖ２ｃｏｍに一致させる制御を中断し、第１ソース電流Ｉｂｓｅの値が閾値Ｉｔｈｓｅに保持されるようＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する｛Ｉ１電流制限モード（第２モード）｝動作に移行する。

なお、第１モードを中断した時点ｔ５１での２次電圧Ｖ２が、中断時２次電圧Ｖ２ｉｎｔ（図８時点ｔ５１参照）としてコンバータ制御部５４内の図示しないメモリに記憶される。

時点ｔ５１〜ｔ５２の間で、コンバータ制御部５４は、第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅとなる第２モードでの制御を継続する。すなわち、コンバータ制御部５４は、指令電圧Ｖ２ｃｏｍに追従するＶ２電圧制御モードを中断し（あきらめ）、第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを目標電流とする、一般的に次の式に示すＰＩ動作のフィードバック制御を行う。なお、次式において、Ｋｐ、Ｋｉは比例係数である。
（Ｉｔｈｓｅ−Ｉｂｓｅ）×Ｋｐ＋Ｋｉ∫（Ｉｔｈｓｅ−Ｉｂｓｅ）ｄｔ

このＰＩ動作のフィードバックでは、外乱があっても、偏差（Ｉｔｈｓｅ−Ｉｂｓｅ）はゼロ値に収束する。すなわち、第１シンク電流Ｉｂｓｅが正確に閾値Ｉｔｈｓｅに等しくされる。このため、ヒューズ２５が溶断することなく、バッテリ２４も劣化しない。しかも、リアクトル９０も飽和しない。

この時点ｔ５１〜ｔ５２の間では、指令電圧Ｖ２ｃｏｍに追従しないため、アクセルセンサ６６によるアクセル開度等により決定される負荷要求であるモータ電流Ｉｍ＝Ｉｆ＋Ｉ２をできるだけ満足させるために、２次電流Ｉ２が、閾値Ｉｔｈｓｅに等しい第１ソース電流Ｉｂｓｅに対応した固定値となっていることから、発電電流Ｉｆを増加させるため、図７中、燃料電池２２のブロックの中の特性９１上に描いた動作点９３を矢印の方向に移動させる。

すなわち、図８に示すように、発電電圧Ｖｆが指令電圧Ｖ２ｃｏｍに対し下側にずれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動デューティを制御する。

負荷要求が少なくなって、換言すれば、モータ電流Ｉｍが少なくなって、時点ｔ５２に示すように、実線で示す２次電圧Ｖ２（の実測値）が点線で示す指令電圧Ｖ２ｃｏｍを上回った（所定電圧以上上回った、あるいは所定時間上回った）とき、コンバータ制御部５４は、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、第２モード（Ｉ１電流制限モード）での制御を解除し、第１モードでの制御（Ｖ２電圧制御モード）に復帰する。なお、復帰処理は、第２出力電圧Ｖ２が、メモリに記憶されている中断時２次電圧Ｖ２ｉｎｔに等しくなったときに開始するようにしてもよい。

以上が動作Ａについての説明である。

次に、動作Ｂについて説明する。

図９は、動作Ｂ中の燃料電池車両２０において、各電流の流れる方向及び燃料電池２２の制御動作を説明する説明図である。動作Ｂでは、バッテリ２４へ流し込まれる第１シンク電流Ｉｂｓｋが、回生電流のモータ電流Ｉｍと発電電流Ｉｆの合成電流である２次電流Ｉ２に対応して制御される（Ｉ２＝Ｉｆ＋Ｉｍ）。ここでも、簡単化のためにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の効率を１００［％］とすれば、Ｖ１×Ｉ１＝Ｖ２×Ｉ２となるので、Ｉｂｓｋ＝Ｉ１＝Ｉ２×（Ｖ２／Ｖ１）となる。

図１０は、動作Ｂの説明に供される模式的な波形図である。

図１０の時点ｔ６１までの間では、コンバータ制御部５４は、バッテリ２４に流れ込む第１シンク電流Ｉｂｓｋの値が閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋを下回る値であるので、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ（第２出力電圧Ｖ２）が、統括制御部５６から受信される燃料電池２２の指令電圧Ｖ２ｃｏｍに一致するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を上述したＶ２電圧制御モード（第１モード）で制御する。すなわち、発電電圧Ｖｆを制御することで発電電流Ｉｆを制御する。

時点ｔ６１に示すように、コンバータ制御部５４は、バッテリ２４に流れ込む第１シンク電流Ｉｂｓｋの値が閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋを上回る値となったとき、ヒューズ２５が溶断するおそれが発生したものとみなし、第１モードでの制御を中断し、すなわち、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆを指令電圧Ｖ２ｃｏｍに一致させる制御を中断し、第１シンク電流Ｉｂｓｋの値が閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋに保持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する｛Ｉ１電流制御モード（第３モード）｝動作に移行する。

この場合にも、第１モードを中断した時点ｔ６１での２次電圧Ｖ２が、中断時２次電圧Ｖ２ｉｎｔとしてコンバータ制御部５４のメモリに記憶される。

時点ｔ６１〜ｔ６２の間で、コンバータ制御部５４は、第１シンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋとなる第２モードでの制御を継続する。すなわち、コンバータ制御部５４は、指令電圧Ｖ２ｃｏｍに追従するＶ２電圧制御モードを中断し（あきらめ）、第１シンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋを目標電流とする、一般的に次の式に示すＰＩ動作のフィードバック制御を行う。なお、次式において、Ｋｐ、Ｋｉは比例係数である。
（Ｉｔｈｓｋ−Ｉｂｓｋ）×Ｋｐ＋Ｋｉ∫（Ｉｔｈｓｋ−Ｉｂｓｋ）ｄｔ

このＰＩ動作のフィードバックでは、外乱があっても、偏差（Ｉｔｈｓｋ−Ｉｂｓｋ）はゼロ値に収束する。すなわち、第１シンク電流Ｉｂｓｋが正確に閾値Ｉｔｈｓｋに等しくされる。このため、ヒューズ２５が溶断することなく、バッテリ２４も劣化しない。しかも、リアクトル９０も飽和しない。

この時点ｔ６１〜ｔ６２の間では、指令電圧Ｖ２ｃｏｍに追従しないため、回生電流によるモータ電流Ｉｍが大きくなった場合には、発電電流Ｉｆを減少させるため、図９中、燃料電池２２のブロックの中の特性９１上に描いた動作点９３を矢印の方向移動させる。

すなわち、図１０の時点ｔ６１〜ｔ６２の間に示すように、実線で示す発電電圧Ｖｆが点線で示す指令電圧Ｖ２ｃｏｍに対し上側にずれるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動デューティを制御する。

回生電流のモータ電流Ｉｍが少なくなって、時点ｔ６２に示すように、第２出力電圧Ｖ２が指令電圧Ｖｃｏｍを下回った（所定電圧以上下回った、あるいは所定時間下回った）とき、コンバータ制御部５４は、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、第３モード（Ｉ１電流制限モード）での制御を解除し、第１モードでの制御（Ｖ２電圧制御モード）に復帰する。なお、復帰処理は、第２出力電圧Ｖ２が、メモリに記憶されている中断時２次電圧Ｖ２ｉｎｔに等しくなったときに開始するようにしてもよい。

以上が動作Ｂについての説明である。

以上説明したように、上述した動作Ａに係る実施形態では、コンバータ制御部５４は、インバータ３４駆動のモータ２６が要求するモータ電流Ｉｍを、第１ソース電流ＩｂｓｅのＤＣ／ＤＣコンバータ３６による変換後の２次電流Ｉ２と発電電流Ｉｆの合成電流（図７参照）として制御する際に、バッテリ２４の出力点からＤＣ／ＤＣコンバータ３６を介し２次側２Ｓ、２Ｓ´での間に存在するいずれかの電流経路、この実施形態では第１ソース電流Ｉｂｓｅが流れる電流経路で該第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを上回らないように、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ、すなわち２次電圧Ｖ２を制御するという特徴的かつ簡単な制御構成を採用している。

これにより、ヒューズ２５の過電流による溶断を防止してバッテリ２４を保護する（劣化を防止する）ことができる。出力点が短絡されたときには、ヒューズ２５が溶断する。

より具体的には、コンバータ制御部５４は、第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを下回る値である場合には、２次電圧Ｖ２を制御することで発電電流Ｉｆを制御する第１モードで制御する一方、第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断し、閾値Ｉｔｈｓｅを上回らないよう２次電圧Ｖ２を減少させ発電電流Ｉｆを増加する第２モードでの制御に移行させることで、ヒューズ２５の溶断を防止する。

なお、前記第２モードでの制御から前記第１モードでの制御に復帰させるために、コンバータ制御部５４は、第２モードでの制御中、２次電圧Ｖ２を監視する。

そして、コンバータ制御部５４は、監視している２次電圧Ｖ２が、例えば前記第１モードでの制御を中断したときの中断時２次電圧Ｖ２ｉｎｔまで増加してきたときに前記第１モードでの制御に復帰するようにしている。監視している２次電圧Ｖ２が、統括制御部５６から受信される指令電圧Ｖ２ｃｏｍを上回ったときに前記第１モードでの制御に復帰するようにしてもよい。

ここで、コンバータ制御部５４は、前記第２モードでの制御中に、第２ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅとなるよう該閾値Ｉｔｈｓｅを目標電流として上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗの駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御（ＰＩ動作又はＰＩＤ動作）を行うことにより、Ｉｂｓｅ＝Ｉｔｈｓｅと制御され、モータ電流Ｉｍの増減に応じて燃料電池２２から流れ出す発電電流Ｉｆが増減するので、ヒューズ２５が溶断することはない。

また、この積分動作を含むフィードバック制御（ＰＩ動作又はＰＩＤ動作）を行うことにより、バッテリ２４から流し出せる第１ソース電流Ｉｂｓｅを、正確に閾値Ｉｔｈｓｅに保持することができる。そうすると、第１ソース電流Ｉｂｓｅが、閾値Ｉｔｈｓｅに保持されないでより小さな電流値であって燃料電池２２から流れ出す発電電流Ｉｆが大きくなる場合に比較して発電電流Ｉｆを小さい値にすることができる。その結果、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの過剰な低下を抑制することができる。

そして、第１ソース電流Ｉｂｓｅを上限電流値である閾値Ｉｔｈｓｅに保持している第２モードでの制御中に、モータ２６が要求する負荷シンク電流であるモータ電流Ｉｍが小さくなってくると、第１ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅに張り付いているので、モータ電流Ｉｍの減少に即応して発電電流Ｉｆが減少し発電電圧Ｖｆが増加する。

発電電圧Ｖｆが増加して、該発電電圧Ｖｆ、すなわち２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍ上回ると、第２モードでの電流上限制御が解除される。

よって、前記第２モードでの制御中に、第２ソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅとなるよう該閾値Ｉｔｈｓｅを目標電流として下アームスイッチング素子８２ｕ〜８２ｗの駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御（ＰＩ動作又はＰＩＤ動作）を行うことにより、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが過剰に低下して電流上限制限制御の解除が遅れる事態が発生することを防止できる。

上述した動作Ｂに係る実施形態においても、動作Ａに係る実施形態と同様な作用効果を達成することができる。図９、図１０を参照して、簡易に説明すると、第１シンク電流Ｉｂｓｋを上限電流値である閾値Ｉｔｈｓｋに保持している第３モードでの制御中に、回生電流であるモータ電流Ｉｍが小さくなってくると、第１シンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋに張り付いているので、モータ電流Ｉｍの減少に即応して発電電流Ｉｆが増加し発電電圧Ｖｆが減少する。

発電電圧Ｖｆが減少して、該発電電圧Ｖｆ、すなわち２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍ下回ると、第３モードでの電流上限制御が解除される。

よって、前記第３モードでの制御中に、第２シンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋとなるよう該閾値Ｉｔｈｓｋを目標電流として上アームスイッチング素子８１ｕ〜８１ｗの駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御（ＰＩ動作又はＰＩＤ動作）を行うことにより、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが過剰に増加して電流上限制限制御の解除が遅れる事態が発生することを防止できる。

なお、図１例の燃料電池車両２０においては、負荷としてインバータ３４を通じ交流負荷である車両走行用のモータ２６を駆動しているが、この発明は、燃料電池車両２０以外にも適用することができる。

また、図１１に示すように、３個のリアクトル９０ｕ、９０ｖ、９０ｗを用いるＤＣ／ＤＣコンバータ３６を有するＶＣＵ３６Ａを備える燃料電池車両２０Ａにも適用することができる。

さらに、図１２に示すように、単相のＤＣ／ＤＣコンバータ３６Ｂを有するＶＣＵ２３Ｂを備える燃料電池車両２０Ｂにも適用することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。 燃料電池の電流電圧特性の説明図である。 コンバータ制御部により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの基本動作についての説明に供されるフローチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の昇圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の降圧動作の動作説明に供されるタイムチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の昇降圧動作の遷移を示すタイムチャートである。 バッテリから流れ出す第１ソース電流の制限制御の説明に供されるブロック図である。 バッテリから流れ出す第１ソース電流の制限制御の説明に供される波形図である。 バッテリに流れ込む第１シンク電流の制限制御の説明に供されるブロック図である。 バッテリに流れ込む第１シンク電流の制限制御の説明に供される波形図である。 ３個のリアクトルを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載した燃料電池車両の回路図である。 単相のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載した燃料電池車両の回路図である。

符号の説明

２０…燃料電池車両 ２２…燃料電池
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（ＶＣＵ）
２４…蓄電装置（バッテリ） ２６…モータ
３４…インバータ ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４…コンバータ制御部 ５６…統括制御部

Claims (13)

1. 第１出力電圧を発生し、ヒューズを介して第１ソース電流を流し出すか第１シンク電流を流し込む第１直流電源装置と、
   負荷に接続され、自己が発生する第２出力電圧の減少に応じて、流し出す第２ソース電流が増加するとともに、前記第２出力電圧の増加に応じて、流し出す前記第２ソース電流が減少する第２直流電源装置と、
   一方側が前記第１直流電源装置に接続され、他方側が前記負荷と前記第２直流電源装置の接続点に接続されて、スイッチング素子の駆動デューティが増減されることで前記第２出力電圧を制御する昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチング素子の前記駆動デューティを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記負荷が要求する負荷シンク電流を、前記第１ソース電流の前記ＤＣ／ＤＣコンバータによる変換後の電流と前記第２ソース電流との合成電流として制御する際に、前記第１直流電源装置の出力点から前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介し前記接続点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が、前記ヒューズが溶断するおそれが発生したものとみなす電流に対応する閾値を下回る値である場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記第２ソース電流を制御する第１モードで制御する一方、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が前記閾値を上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断し、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が、前記閾値を上回らないよう前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記第１ソース電流を制御して、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を減少させ前記第２ソース電流を増加させる第２モードでの制御に移行する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
2. 請求項１記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   前記制御部は、前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を監視して前記第２モードでの制御から前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
3. 請求項２記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   前記制御部は、
   監視している前記第２出力電圧が、前記第１モードでの制御を中断したときの前記第２出力電圧まで増加してきたときに前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
4. 請求項２記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   さらに上位制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１モードでの制御時に前記上位制御部から供給される指令電圧に一致するように前記第２出力電圧を制御し、前記第１モードでの制御を中断したとき、前記第２モードでの制御では前記指令電圧に一致させる制御を中断し、監視している前記第２出力電圧が、前記上位制御部から供給される前記指令電圧を上回ったときに前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記第２モードでの制御中に、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が前記閾値となるよう該閾値を目標電流として前記駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御を行う
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
6. 第１出力電圧を発生し、ヒューズを介して第１ソース電流を流しだすか第１シンク電流が流し込まれる第１直流電源装置と、
   負荷に接続され、自己が発生する第２出力電圧の減少に応じて、流し出す第２ソース電流が増加するとともに、前記第２出力電圧の増加に応じて、流し出す前記第２ソース電流が減少する第２直流電源装置と、
   一方側が前記第１直流電源装置に接続され、他方側が前記負荷と前記第２直流電源装置の接続点に接続されて、スイッチング素子の駆動デューティが増減されることで前記第２出力電圧を制御する昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチング素子の前記駆動デューティを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１直流電源装置に流し込む前記第１シンク電流を制御する際に、前記接続点から前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介し前記第１直流電源装置の入力点までの間に存在するいずれかの電流経路に流れる電流値が、前記ヒューズが溶断するおそれが発生したものとみなす電流に対応する閾値を下回る値である場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記第２ソース電流を制御する第１モードで制御する一方、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が前記閾値を上回る値となったとき、前記第１モードでの制御を中断し、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が、前記閾値を上回らないよう前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記第１シンク電流を制御して、前記第２出力電圧を増加させ前記第２ソース電流を減少させる第３モードでの制御に移行する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
7. 請求項６記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記第２直流電源装置の前記第２出力電圧を監視して前記第３モードでの制御から前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
8. 請求項６記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   前記制御部は、
   監視している前記第２出力電圧が、前記第１モードでの制御を中断したときの前記第２出力電圧まで減少してきたときに前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
9. 請求項６記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
   さらに上位制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１モードでの制御時に前記上位制御部から供給される指令電圧に一致するように前記第２出力電圧を制御し、前記第１モードでの制御を中断したとき、前記第３モードでの制御では前記指令電圧に一致させる制御を中断し、監視している前記第２出力電圧が、前記上位制御部から供給される前記指令電圧を下回ったときに前記第１モードでの制御に復帰する
   ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
    前記制御部は、
    前記第３モードでの制御中に、前記いずれかの電流経路に流れる電流値が前記閾値となるよう該閾値を目標電流として前記駆動デューティを増減する積分動作を含むフィードバック制御を行う
    ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
11. 請求項４、５、９又は１０に記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
    前記制御部は、前記指令電圧を供給する前記上位制御部の処理周期よりも短い処理周期で前記駆動デューティを増減する制御を行う
    ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハイブリッド直流電源システムにおいて、
    前記第１直流電源装置が蓄電装置とされ、前記第２直流電源装置が燃料電池とされた
    ことを特徴とするハイブリッド直流電源システム。
13. 請求項１〜１２記載のハイブリッド直流電源システムの前記負荷がインバータ駆動のモータとされた
    ことを特徴とする燃料電池車両。

Images