JP5121556B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置及び電気車両 - Google Patents

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に関する。

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）。

この場合、前記電気車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置では、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記バッテリ側（１次側）の電圧（以下、１次電圧ともいう。）を１次電圧センサにより測定すると共に、前記燃料電池側（２次側）の電圧（以下、２次電圧ともいう。）を２次電圧センサにより測定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御部は、測定した前記１次電圧及び前記２次電圧を用いた、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により前記２次電圧を制御する。

特開２００７−１５９３１５号公報

上述した特許文献１の技術では、１次電圧センサが測定した１次電圧及び２次電圧センサが測定した２次電圧を用いた、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により前記２次電圧を制御するので、前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサの電圧検出機能の失陥（故障）により前記１次電圧又は前記２次電圧が測定できなくなると、該２次電圧を制御することができない。また、特許文献１の技術では、測定した前記１次電圧及び前記２次電圧を用いて該２次電圧を制御するので、前記１次電圧及び前記２次電圧を用いて前記１次電圧を制御することはできない。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、１次電圧センサ又は２次電圧センサの電圧検出機能の失陥（故障）に関わりなく、１次電圧又は２次電圧を制御することが可能となる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を提供することを目的とする。

この項目では、理解の容易化のために、この明細書中に添付の図面中の参照数字を付けて説明するが、この項目に記載した内容がその参照数字を付けたものに限定して解釈されるものではない。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３は、図１及び図３〜図７に示すように、
第１電力装置２４と第２電力装置２２との間に配置され且つスイッチング素子８１、８２を有するＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、前記スイッチング素子８１、８２を所定のデューティで駆動する制御部５４と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前記第１電力装置２４側の電圧（１次電圧）Ｖ１を測定する１次電圧センサ６１と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前記第２電力装置２２側の電圧（２次電圧）Ｖ２を測定する２次電圧センサ６３とを有し、
前記１次電圧Ｖ１を制御する１次電圧制御モード及び前記２次電圧Ｖ２を制御する２次電圧制御モードを動作モードとして備え、前記制御部５４が前記１次電圧制御モード及び前記２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにてフィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御する場合に、
前記制御部５４は、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障しているか否かを判定し、前記動作モードに応じた、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせのうち、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御することを特徴としている。

また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御方法は、図１及び図３〜図９に示すように、
第１電力装置２４と第２電力装置２２との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング素子８１、８２を所定のデューティで駆動し、該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前記第１電力装置２４側の電圧（１次電圧）Ｖ１を１次電圧センサ６１で測定し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の前記第２電力装置２２側の電圧（２次電圧）Ｖ２を２次電圧センサ６３で測定し、前記１次電圧Ｖ１を制御する１次電圧制御モード及び前記２次電圧Ｖ２を制御する２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにてフィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御する場合に、
前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障しているか否かを判定し、
前記動作モードに応じた、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせのうち、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御することを特徴としている。

これらの発明によれば、前記１次電圧制御モード及び前記２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにて、前記フィードバック制御及び／又は前記フィードフォワード制御により前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御する場合に、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障（前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３の電圧検出機能が失陥）したときには、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御するので、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３の故障（電圧検出機能の失陥）に関わりなく、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御することが可能となる。

すなわち、これらの発明では、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３の故障状況に応じて、前記動作モード（前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モード）、並びに、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせ（電圧制御の組み合わせ）を使い分けることにより、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を継続して制御することができる。

この場合、前記制御部５４は、前記故障していないと判定した前記電圧センサが測定した電圧及び前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２の目標値Ｖ１ｔａｒ、Ｖ２ｔａｒを用いて前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御することが好ましい。

具体的には、前記２次電圧制御モードが前記動作モードである場合に、前記制御部５４は、前記１次電圧センサ６１が故障していると判定したときには、前記２次電圧Ｖ２の目標値Ｖ２ｔａｒ及び前記２次電圧センサ６３が測定した前記２次電圧Ｖ２を用いる前記フィードバック制御により前記２次電圧Ｖ２を制御し、前記２次電圧センサ６３が故障していると判定したときには、前記目標値Ｖ２ｔａｒ及び前記１次電圧センサ６１が測定した前記１次電圧Ｖ１を用いる前記フィードフォワード制御により前記２次電圧Ｖ２を制御する。

一方、前記１次電圧制御モードが動作モードである場合に、前記制御部５４は、前記１次電圧センサ６１が故障していると判定したときには、前記１次電圧Ｖ１の目標値Ｖ１ｔａｒ及び前記２次電圧センサ６３が測定した前記２次電圧Ｖ２を用いる前記フィードフォワード制御により前記１次電圧Ｖ１を制御し、前記２次電圧センサ６３が故障していると判定したときには、前記目標値Ｖ１ｔａｒ及び前記１次電圧センサ６１が測定した前記１次電圧Ｖ１を用いる前記フィードバック制御により前記１次電圧Ｖ１を制御する。

従って、前記制御部５４では、６種類の電圧制御の組み合わせ（前記２次電圧制御モードと前記フィードフォワード制御、前記２次電圧制御モードと前記フィードバック制御、前記２次電圧制御モードと前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御、前記１次電圧制御モードと前記フィードフォワード制御、前記１次電圧制御モードと前記フィードバック制御、及び、前記１次電圧制御モードと前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御、の６通りの組み合わせ）を予め用意しておき、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３の故障状況に応じて、前記電圧制御の組み合わせを使い分けることにより、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２の継続的な制御を確実に行うことができる。

ここで、前記制御部５４は、前記フィードバック制御により前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御する際に、故障の前後の前記デューティが連続するように、積分動作を含む前記フィードバック制御により故障後の前記デューティを調整することが好ましい。

これにより、前記故障の前後で前記デューティが連続的になるので、該故障の直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。

この場合、前記制御部５４は、故障前後の前記デューティが略等しくなるように、故障後の前記フィードバック制御の積分項を変更することが好ましい。

これにより、前記故障の前後における前記デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができるので、前記故障の直後における電圧及び電流の変動を効率よく抑制することが可能となる。

また、前記制御部５４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、故障前の前記デューティと故障後の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、故障後の前記積分項を変更することが好ましい。

これにより、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）の前記フィードバック制御により前記１次電圧Ｖ１、前記２次電圧Ｖ２又は前記１次電流Ｉ１を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３に、この発明を適用することが可能となる。

さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を介して前記第１電力装置２４と前記第２電力装置２２との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を制御する電流制限モードを前記動作モードとしてさらに備えている場合に、前記制御部５４は、前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードのうち、少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが連続するように、前記フィードバック制御により切替後の前記デューティを調整することが好ましい。

これにより、前記動作モードの切替時に切替前後の前記デューティに連続性を持たせることで、該動作モードの切替直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。

この場合、前記制御部５４は、前記第１電力装置２４側での断線の可能性の有無に基づいて、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧Ｖ１又は前記２次電圧Ｖ２を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰する際に、切替前後の前記デューティが連続するように、前記フィードバック制御により切替後の前記デューティを調整することが好ましい。

これにより、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替後に前記動作モードを前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、前記動作モードが前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードに切り替わった場合でも、前記電流制限モードから前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。

そして、前記制御部５４は、前記１次電圧Ｖ１の目標値Ｖ１ｔａｒと前記２次電圧Ｖ２との比（以下、第１電圧比Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２という。）を計算して、前記第１電圧比Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２と現在のデューティとの差又は比を計算し、計算した前記差又は前記比と所定の閾値ＴＨｒとの比較に基づいて、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障しているか否かを判定するか、あるいは、前記１次電圧Ｖ１と前記２次電圧Ｖ２の目標値Ｖ２ｔａｒとの比（以下、第２電圧比Ｖ１／Ｖ２ｔａｒという。）を計算して、前記第２電圧比Ｖ１／Ｖ２ｔａｒと前記現在のデューティとの差又は比を計算し、計算した前記差又は前記比と前記閾値ＴＨｒとの比較に基づいて、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障しているか否かを判定することが好ましい。

これにより、前記１次電圧センサ６１又は前記２次電圧センサ６３が故障しているか否かを確実に検出することができる。

そして、この発明に係る電気車両２０は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３を備え、前記第１電力装置２４は、補機４４に接続され、且つ前記１次電圧Ｖ１を発生する蓄電装置であり、前記第２電力装置２２は、車輪１６を回転させる電動機２６と、駆動回路３４を介して前記電動機２６に接続され且つ発電電圧Ｖｆを発生する発電装置２２とを有し、前記発電電圧Ｖｆ又は前記電動機２６が発電機として動作したときに前記駆動回路３４に発生する回生電圧を前記２次電圧Ｖ２とすることを特徴としている。

前記電気車両２０が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３を採用することにより、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３の効果を容易に得ることができる。

この場合、前記発電装置は、燃料電池２２であることが好ましい。

この発明によれば、１次電圧制御モード及び２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにて、フィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により１次電圧又は２次電圧を制御する場合に、１次電圧センサ又は２次電圧センサが故障（前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサの電圧検出機能が失陥）したときには、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御するので、前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサの故障（電圧検出機能の失陥）に関わりなく、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御することが可能となる。

すなわち、これらの発明では、前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサの故障状況に応じて、動作モード（前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モード）、並びに、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせ（電圧制御の組み合わせ）を使い分けることにより、前記１次電圧又は前記２次電圧を継続して制御することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

この場合、回生電圧又は発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、ダウンバータ４２により降圧されてさらに低電圧とされ、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給されると共に、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。

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。

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。

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。

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。

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

１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。

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。

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。

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

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

ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（バッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１｛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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（＝Ｖ１）に等しくなったときには、図２に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。

直結状態では、上アームスイッチング素子８１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。

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が、理解の容易化のために、以下、直結状態では、上アームスイッチング素子８１の駆動信号ＵＨのデューティは１００［％］、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０［％］になっているものとする。

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、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。

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。

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。

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（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）が演算点１０４に減算信号として供給され、演算点１１０に除算信号として供給されると共に、判定器１２７にも供給される。

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ると共に、判定器１２７にも供給される。さらに、電圧センサ６３で検出された２次電圧Ｖ２が演算点１０４に加算信号として供給されると共に、判定器１２７にも供給される。

演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）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に変換して、セレクタ１２９の接点１３１に出力する。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）

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＝Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍ）をセレクタ１４５の接点１３９に出力する。

判定器１２７は、１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに基づいて、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障しているか否かを判定し、判定結果を示す判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２をセレクタ１２９、１４５にそれぞれ出力すると共に、判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２をＰＩＤ演算部１０６のＩ項再設定処理部１１６に出力する。

ここで、判定器１２７の具体的な判定処理について、図３及び図４を参照しながら説明する。なお、図４は、判定器１２７での判定結果の一覧表を示している。

判定器１２７は、１次電圧Ｖ１及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの比（第２電圧比）Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ、並びに、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２の比Ｖ１／Ｖ２を算出し、各比Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ、Ｖ１／Ｖ２と、ＰＷＭ（パルス幅変調）処理部１１２が前回生成して、現在の上アームスイッチング素子８１の駆動に用いられている駆動信号ＵＨの駆動デューティＤＨ（ＰＷＭ処理部１１２が前回生成し、現在、上アームスイッチング素子８１がオン又はオフしている時の駆動デューティ）との差の絶対値｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜、｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜を算出する。

そして、判定器１２７は、算出した絶対値｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜、｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜と所定の閾値ＴＨｒとをそれぞれ比較することにより、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障を判定する。すなわち、電圧センサ６１、６３が故障していなければ、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ及びＶ１／Ｖ２は、基準デューティＤｓに略等しいとみなすことができるので（Ｄｓ≒Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ及びＤｓ≒Ｖ１／Ｖ２）、判定器１２７では、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ及びＶ１／Ｖ２とＤＨとの差の絶対値が閾値ＴＨｒよりも大きいか否かを判断することで、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障を判定する。

ここで、２次電圧制御モード時における、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜及び｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜と閾値ＴＨｒとの大小関係に応じた、コンバータ制御部５４内の処理について、以下に説明する。

先ず、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒである場合について説明する（図４の上から１番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が故障していない（正常である）と判定し、判定結果信号Ｓｊ１をセレクタ１２９に出力し、判定結果信号Ｓｊ２をセレクタ１４５に出力すると共に、判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２をＩ項再設定処理部１１６に出力する。

セレクタ１２９は、判定結果信号Ｓｊ１に基づいて可動接点１３７を接点１３１側に切り替える。これにより、接点１３１に供給された補正デューティΔＤは、可動接点１３７を介し演算点１０８に加算信号として供給される。セレクタ１４５は、判定結果信号Ｓｊ２に基づいて可動接点１４３を接点１３９側に切り替える。これにより、接点１３９に供給された基準デューティＤｓは、可動接点１４３を介し演算点１０８に加算信号として供給される。

従って、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。

そのため、電圧センサ６１、６３が共に正常であれば（共に故障していなければ）、補正デューティΔＤ（フィードバック制御）及び基準デューティＤｓ（フィードフォワード制御）に基づいて駆動デューティＤＨ、ＤＬが設定され、設定された駆動デューティＤＨ、ＤＬによって、各アームスイッチング素子８１、８２がオン又はオフ（ＤＣ／ＤＣコンバータ３６が制御）される。

次に、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒである場合について説明する（図４の上から２番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１が正常であり、一方で、電圧センサ６３が故障していると判定する。セレクタ１２９は、判定結果信号Ｓｊ１に基づいて可動接点１３７を接点１３３側に切り替える。これにより、演算点１０８には、０［％］のデューティが供給される。すなわち、ＰＩＤ処理部１１４から演算点１０８への補正デューティΔＤの出力が阻止される。一方、セレクタ１４５は、判定結果信号Ｓｊ２に基づいて可動接点１４３を接点１３９側に切り替え、基準デューティＤｓを演算点１０８に供給する。

従って、電圧センサ６１が正常であり且つ電圧センサ６３が故障していれば、演算点１０８は、基準デューティＤｓを駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ）としてＰＷＭ処理部１１２に出力し、該ＰＷＭ処理部１１２は、基準デューティＤｓ（フィードフォワード制御）に基づいて駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝Ｄｓ）、ＤＬ（ＤＬ＝１−Ｄｓ）を設定する。

次に、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒである場合について説明する（図４の上から３番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１が故障し、一方で、電圧センサ６３が正常であると判定する。

Ｉ項再設定処理部１１６は、判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２に基づき電圧センサ６１が故障していると判断し、補正デューティΔＤのＩ項成分（Ｉ項再設定値としての補正デューティΔＤｉ）の再設定処理を行う。

すなわち、Ｉ項再設定処理部１１６は、現在の駆動デューティＤＨ（ＰＷＭ処理部１１２が前回生成した駆動デューティＤＨ）に応じた補正デューティΔＤｉを算出し、算出した補正デューティ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。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、前記現在の駆動デューティＤＨ（前回生成した駆動デューティＤＨ）に応じた補正デューティΔＤとなる。

ここで、Ｉ項再設定処理部１１６からＰＩＤ処理部１１４に再設定される補正デューティΔＤｉ及びＰＩＤ処理部１１４から出力される今回の補正デューティΔＤは、下記の（２）式及び（３）式でそれぞれ表わされる。
ΔＤｉ＝（現在のＤＨ）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ） （２）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（２）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（現在のＤＨ）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（現在のＤＨ） （３）

この場合、セレクタ１２９は、判定結果信号Ｓｊ１に基づいて可動接点１３７を接点１３１側に切り替え、一方で、セレクタ１４５は、判定結果信号Ｓｊ２に基づいて可動接点１４３を接点１４１側に切り替えて、演算点１０８に０［％］のデューティを供給するので（演算点１０８への基準デューティＤｓの出力を阻止するので）、演算点１０８は、前記再設定処理に基づく補正デューティΔＤを駆動デューティＤ（Ｄ＝ΔＤ）としてＰＷＭ処理部１１２に出力する。

従って、電圧センサ６１が故障し且つ電圧センサ６３が正常であれば、ＰＷＭ処理部１１２は、前記再設定処理に基づく補正デューティΔＤ（フィードバック制御）に基づいて駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝ΔＤ）、ＤＬ（ＤＬ＝１−ΔＤ）を設定する。

次に、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒである場合（図４の上から４番目の判定条件の欄を参照）に、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が共に故障していると判定し、セレクタ１２９は、判定結果信号Ｓｊ１に基づいて可動接点１３７を接点１３３側に切り替え、一方で、セレクタ１４５は、判定結果信号Ｓｊ２に基づいて可動接点１４３を接点１４１側に切り替える。これにより、演算点１０８には０［％］のデューティのみ供給されるので、ＰＷＭ処理部１１２での駆動信号ＵＨ、ＵＬの生成が停止するに至る（フィードバック制御及びフィードフォワード制御が停止する）。

なお、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒ、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒ、及び、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒの各判定条件（図４の上から１番目、２番目及び４番目の各判定条件の欄）において、Ｉ項再設定処理部１１６は、判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２に基づく上記の再設定処理を行わない。

コンバータ制御部５４は、上述したように、通常時には、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍに基づき２次電圧Ｖ２を制御するいわゆる２次電圧制御モード（図３及び図４参照）にてＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するが、これに限らず、必要に応じて、統括制御部５６からの１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍに基づき１次電圧Ｖ１を制御する１次電圧制御モード（図５及び図６参照）、統括制御部５６からの１次電流指令値Ｉ１ｃｏｍに基づき１次電流Ｉ１を制御する１次電流制御モード（電流制限モード、図７参照）に制御モード（動作モード）を切り替えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御することも可能である。

図５は、１次電圧制御モード時におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図を示す。また、図６は、１次電圧制御モード時における判定器１２７での判定結果の一覧表を示している。なお、図３及び図４と同じ構成要素については、同一の参照数字を付けて、その詳細な説明を省略し、以下同様とする。

１次電圧制御モードによる制御は、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。

この１次電圧制御モードでは、統括制御部５６で演算された１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍ（電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒ）が演算点１０４に加算信号として供給され、演算点１１０に乗算信号として供給されると共に、判定器１２７にも供給される。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と共に、判定器１２７にも供給される。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と共に、判定器１２７にも供給される。

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＝Ｖ１ｃｏｍ／Ｖ２）をセレクタ１４５の接点１３９に出力する。

判定器１２７は、比（第１電圧比）Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２及び比Ｖ１／Ｖ２を算出して、比Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２及びＶ１／Ｖ２と、現在の駆動デューティＤＨとの差の絶対値｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜、｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜を算出し、算出した絶対値｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜、｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜と閾値ＴＨｒとをそれぞれ比較することにより、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障を判定する。

ここで、１次電圧制御モード時における、｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜及び｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜と閾値ＴＨｒとの大小関係に応じた、コンバータ制御部５４の処理について、以下に説明する。

先ず、｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒである場合について説明する（図６の上から１番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が故障していない（正常である）と判定し、コンバータ制御部５４内では、前述した図４の上から１番目の判定条件の欄と同様の処理を行う。従って、電圧センサ６１、６３が共に正常であれば、補正デューティΔＤ（フィードバック制御）及び基準デューティＤｓ（フィードフォワード制御）に基づいて駆動デューティＤＨ、ＤＬが設定される。

次に、｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒである場合について説明する（図６の上から２番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１が故障し、一方で、電圧センサ６３が正常であると判定し、コンバータ制御部５４内では、前述した図４の上から２番目の判定条件の欄と同様の処理を行う。従って、電圧センサ６１が故障し且つ電圧センサ６３が正常であれば、基準デューティＤｓ（フィードフォワード制御）に基づいて駆動デューティＤＨ、ＤＬが設定される。

次に、｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒである場合について説明する（図６の上から３番目の判定条件の欄を参照）。

この場合、判定器１２７は、電圧センサ６１が正常であり、一方で、電圧センサ６３が故障していると判定し、コンバータ制御部５４内では、前述した図４の上から３番目の判定条件の欄と同様の処理を行う。従って、電圧センサ６１が正常であり且つ電圧センサ６３が故障していれば、Ｉ項再設定処理部１１６は、前記の（２）式及び（３）式に基づいて補正デューティΔＤｉの再設定処理を行うので、再設定処理により算出された補正デューティΔＤ（フィードバック制御）に基づいて駆動デューティＤＨ、ＤＬが設定される。

次に、｜Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒである場合（図６の上から４番目の判定条件の欄を参照）に、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が共に故障していると判定するので、コンバータ制御部５４内では、前述した図４の上から４番目の判定条件の欄と同様の処理を行う。従って、電圧センサ６１、６３が共に故障しているときには、フィードバック制御及びフィードフォワード制御が停止するに至る。

図７は、１次電流制御モード（電流制限モード）時におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図を示す。

なお、１次電流制御モードによる制御は、１次電流Ｉ１が過大な電流となったときに、バッテリ２４の保護及びヒューズ２５の溶断防止のために１次電流Ｉ１を直接的に制御（制限）する目的で行われる。

この１次電流制御モードでは、統括制御部５６で演算された１次電流指令値Ｉ１ｃｏｍ（電流制御目標値Ｉ１ｔａｒ）が演算点１０４に加算信号として供給され、一方で、電流センサ６２で検出された１次電流Ｉ１が演算点１０４に減算信号として供給される。演算点１０４は、電流制御目標値（閾値）Ｉ１ｔａｒと、１次電流Ｉ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｉ１ｔａｒ−Ｉ１）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力する。

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、２次電圧制御モードで制御する場合について、図８〜図１１Ｂを参照しながら説明する。

図８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のポート１０１には、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが送出される。

次いで、ステップＳ１３において、統括制御部５６により決定された燃料電池分担負荷量（実質的に、コンバータ制御部５４に対する発電電圧Ｖｆの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。

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）。

図９は、ステップＳ１４について、判定器１２７での判定処理を詳細に説明するためのフローチャートである。

ステップＳ２０において、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が共に故障しているか否か、すなわち、｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒであるか（図４の上から４番目の判定条件の欄に該当するか）否かを判定する。

ステップＳ２０において、電圧センサ６１、６３が共に故障していないと判定した場合に（ステップＳ２０のＮＯ）、判定器１２７は、次に、電圧センサ６３が故障しているか否か（図４の上から２番目の判定条件の欄の｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒの条件に該当するか否か）を判定する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１において、電圧センサ６３が故障していないと判定した場合に（ステップＳ２１のＮＯ）、判定器１２７は、次に、電圧センサ６１が故障しているか否か（図４の上から３番目の判定条件の欄の｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒの条件に該当するか否か）を判定する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２において、電圧センサ６１が故障していないと判定した場合に（ステップＳ２２のＮＯ）、判定器１２７は、電圧センサ６１、６３が共に正常である（図４の上から１番目の判定条件の欄の｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒの条件に該当する）と判定し、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により２次電圧Ｖ２を制御することを決定する（ステップＳ２３）。

上記のステップＳ２２において、電圧センサ６１が故障していると判定した場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、判定器１２７は、電圧センサ６１が故障し且つ電圧センサ６３が正常である（図４の上から３番目の判定条件の欄の｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜≧ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜＜ＴＨｒの条件に該当する）と判定し、フィードバック制御により２次電圧Ｖ２を制御することを決定する（ステップＳ２４）。そして、判定器１２７は、上記の判定結果を示す判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２を出力し、Ｉ項再設定処理部１１６は、判定結果信号Ｓｊ１、Ｓｊ２に基づき補正デューティΔＤｉの再設定処理を行う（ステップＳ２５）。

また、ステップＳ２１において、電圧センサ６３が故障していると判定した場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、判定器１２７は、電圧センサ６１が正常であり且つ電圧センサ６３が故障している（図４の上から２番目の判定条件の欄の｜Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ−ＤＨ｜＜ＴＨｒ且つ｜Ｖ１／Ｖ２−ＤＨ｜≧ＴＨｒの条件に該当する）と判定し、フィードフォワード制御により２次電圧Ｖ２を制御することを決定する（ステップＳ２６）。

さらに、ステップＳ２０において、電圧センサ６１、６３が共に故障していると判定した場合（ステップＳ２０のＹＥＳ）、判定器１２７は、フィードフォワード制御及び／又はフィードバック制御による２次電圧Ｖ２の制御を停止することを決定する（ステップＳ２７）。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、電圧センサ６１の故障の前後における駆動デューティＤの時間的変化を模式的に示すグラフであり、図１１Ａは、前記故障の前後における２次電圧Ｖ２の時間的変化を模式的に示すグラフである。

なお、図１０Ａ〜図１１Ａにおいて、時刻ｔ２０は、電圧センサ６１が故障したときの時刻である。また、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、左側のグラフは、時刻ｔ２０の前後において、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）による補正デューティΔＤｉ（Ｉ項成分）の再設定処理が行われない場合を示し、右側のグラフは、Ｉ項成分の再設定処理が行われる場合を示している。

図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、Ｉ項成分の再設定処理が行われない場合に、駆動デューティの時間的変化を示す直線１５０及び曲線１５４は、時刻ｔ２０の前後において不連続となる。すなわち、直線１５０において、時刻ｔ２０前（故障前）に応じた直線１５０ａと、時刻ｔ２０後（故障後）に応じた直線１５０ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。また、曲線１５４において、時刻ｔ２０前に応じた曲線１５４ａと、時刻ｔ２０後に応じた曲線１５４ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。これは、時刻ｔ２０での電圧センサ６１の故障（電圧検出機能の失陥）によってコンバータ制御部５４に１次電圧Ｖ１が入力されなくなるか、あるいは、通常時では検出され得ないような大きさの電圧がコンバータ制御部５４に入力されることにより、駆動デューティ（駆動デューティＤＨ、ＤＬ）を精度よく調整することができなくなることに起因している。

これに対して、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、Ｉ項成分の再設定処理が行われる場合には、駆動デューティの時間的変化を示す直線１５２及び曲線１５６は、時刻ｔ２０の前後において連続している。

すなわち、直線１５２において、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（故障前の駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（故障後の駆動デューティ）とは一致しており、該直線１５２は、時刻ｔ２０の前後で連続している。また、曲線１５６についても、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（故障前の駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（故障後の駆動デューティ）とは一致し、該曲線１５６は、時刻ｔ２０の前後で連続している。

これは、図３に示すように、Ｉ項再設定処理部１１６が、電圧センサ６１が故障したと判断した場合に、故障直後の駆動デューティが故障前の駆動デューティとなるように、前記故障前の駆動デューティに応じたＩ項成分（補正デューティΔＤｉ）を出力し、ＰＩＤ処理部１１４は、入力された前記Ｉ項成分を、前記故障直後のＰＩＤ動作におけるＩ項成分とみなして補正デューティΔＤの算出処理を行うためである。

これにより、ＰＷＭ処理部１１２は、前記Ｉ項成分に応じた駆動デューティＤＨ、ＤＬ（前記故障前の駆動デューティに応じた駆動デューティＤＨ、ＤＬ）を、故障後の駆動デューティＤＨ、ＤＬとして出力する。この結果、図１１Ａに示すように、電圧センサ６１の故障（電圧検出機能の失陥）に関わりなく、時刻ｔ２０の前後で２次電圧Ｖ２の曲線１６２を電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの直線１６０に制御することが可能となる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、１次電圧制御モード及び２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにて、フィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を制御する場合に、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障（電圧センサ６１又は電圧センサ６３の電圧検出機能が失陥）したときには、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を制御するので、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障（電圧検出機能の失陥）に関わりなく、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を制御することが可能となる。

すなわち、この実施形態では、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障状況に応じて、動作モード（１次電圧制御モード又は２次電圧制御モード）、並びに、フィードバック制御及びフィードフォワード制御の組み合わせ（電圧制御の組み合わせ）を使い分けることにより、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を継続して制御することができる。

また、コンバータ制御部５４では、６種類の電圧制御の組み合わせ（２次電圧制御モードとフィードフォワード制御、２次電圧制御モードとフィードバック制御、２次電圧制御モードとフィードフォワード制御とフィードバック制御、１次電圧制御モードとフィードフォワード制御、１次電圧制御モードとフィードバック制御、及び、１次電圧制御モードとフィードフォワード制御とフィードバック制御、の６通りの組み合わせ）を予め用意しておき、電圧センサ６１又は電圧センサ６３の故障状況に応じて、前記電圧制御の組み合わせを使い分けることにより、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２の継続的な制御を確実に行うことができる。

さらに、コンバータ制御部５４は、フィードバック制御により１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を制御する際に、故障の前後の駆動デューティが連続するように、積分動作を含むフィードバック制御により故障後の駆動デューティを調整する。すなわち、故障の前後で駆動デューティに連続性を持たせることで、該故障の直後における電圧及び電流の急激な変動を抑制することが可能となる。

この場合、コンバータ制御部５４は、故障前後の駆動デューティが略等しくなるように、故障後のフィードバック制御のＩ項成分（補正デューティΔＤｉ）を変更することにより、故障の前後における駆動デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができ、この結果、故障の直後における電圧及び電流の変動を効率よく抑制することが可能となる。

また、コンバータ制御部５４は、Ｐ動作、Ｉ動作及びＤ動作を含むフィードバック制御を行い、（２）式及び（３）式に基づいて故障後のＩ項成分（補正デューティΔＤｉ）を変更することで、ＰＩＤ動作のフィードバック制御により１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２又は１次電流Ｉ１を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３に、この実施形態を適用することが可能となる。

さらにまた、判定器１２７では、図４、図６及び図９に示すように、比Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒと現在のデューティＤＨとの差の絶対値と、閾値ＴＨｒとの比較に基づいて、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障しているか否かを判定するので、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障しているか否かを確実に検出することができる。

なお、判定器１２７は、上述したように、比Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒと現在のデューティＤＨとの差の絶対値と、閾値ＴＨｒとの比較に基づいて、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障しているか否かを判定しているが、これに代えて、Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒと現在の駆動デューティＤＨとの比｛（Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２）÷ＤＨ、（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ）÷ＤＨ｝と、閾値ＴＨｒとの比較に基づいて、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障しているか否かを判定してもよい。

前述したように、電圧センサ６１、６３が共に正常であれば、Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒと駆動デューティＤＨとは、略等しいとみなすことができるので、この場合には、Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ２ｔａｒとＤＨとの比は、略１｛（Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２）÷ＤＨ≒１及び（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ）÷ＤＨ≒１｝となるはずである。従って、（Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２）÷ＤＨや（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ）÷ＤＨが１から大きく外れて、閾値ＴＨｒよりも大きくなるか、あるいは、小さくなるようなときには、電圧センサ６１又は電圧センサ６３が故障していると確実に判定することができる。

そして、燃料電池車両２０に上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３を搭載することにより、上述の効果を容易に得ることができる。

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、種々の構成に変更することが可能である。

すなわち、コンバータ制御部５４は、上述した１次電圧制御モード、２次電圧制御モード及び１次電流モードの動作モードのうち、少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の駆動デューティが連続するように、フィードバック制御により切替後の駆動デューティを調整する（Ｉ項再設定処理部１１６にて補正デューティΔＤｉの再設定処理を行う）ことが好ましい。

具体的に、コンバータ制御部５４において、バッテリ２４側での断線の可能性の有無に基づいて１次電圧制御モードから２次電圧制御モードへの切替又は２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、１次電流Ｉ１の値が所定の閾値を上回るか否かに基づいて１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから１次電流制御モードへの切替を行う。この場合、１次電流制御モードへの切替後に、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を監視して１次電流制御モードでの制御から１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードでの制御に復帰する際に、切替前後の駆動デューティが連続するように、フィードバック制御により切替後の駆動デューティを調整する（Ｉ項再設定処理部１１６にて補正デューティΔＤｉの再設定処理を行う）。

ここで、切替前後で駆動デューティの連続性を持たせる際の効果について、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１Ｂを参照しながら説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂの直線１５２及び曲線１５６で模式的に示すように、動作モードの切替時に切替前後の駆動デューティに連続性を持たせることで、図１１Ｂに示すように、該動作モードの切替直後（時刻ｔ２０の前後）における電圧の変動を抑制することが可能となる。

この場合、図１１Ｂにおいて、時刻ｔ２０までは２次電圧制御モード（２次電圧Ｖ２の曲線１６０を電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの直線１６２に一致させる制御）を行っていたものを、時刻ｔ２０において１次電圧制御モード（１次電圧Ｖ１の曲線１６４を電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒの直線１６８に一致させる制御）に切り替えた際に、時刻ｔ２０の前後で駆動デューティを連続させるようにすることで（図１０Ａ及び図１０Ｂ参照）、１次電圧Ｖ１を電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒに短時間で且つ確実に一致させることが可能となる。なお、図１１Ｂにおいて、曲線１６６及び１７０は、いずれも、上記のＩ項成分の再設定処理を行わない場合を示しており、時刻ｔ２０の直後において、オーバーシュート（曲線１６６）及びアンダーシュート（曲線１７０）の電圧変動が発生している。

このように、切替の前後で駆動デューティを連続させることにより、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替後に動作モードを２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、動作モードが１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから１次電流制御モードに切り替わった場合でも、１次電流制御モードから１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。

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。

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。 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。 図３の判定器での判定結果の一覧表である。 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。 図５の判定器での判定結果の一覧表である。 １次電流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。 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。 判定器における判定処理を説明するためのフローチャートである。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、電圧センサの故障の前後、あるいは、制御モードの切替前後における駆動デューティの時間的変化を模式的に示すグラフである。 図１１Ａは、電圧センサの故障の前後における２次電圧の時間的変化を模式的に示すグラフであり、図１１Ｂは、制御モードの切替前後における１次電圧及び２次電圧の時間的変化を模式的に示すグラフである。

符号の説明

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 ６１、６３…電圧センサ
６２、６４…電流センサ 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
１２７…判定器 １２９、１４５…セレクタ

Claims (7)

1. 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で駆動する制御部と、
   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。）を測定する１次電圧センサと、
   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。）を測定する２次電圧センサと、
   を有し、
   前記１次電圧を制御する１次電圧制御モード及び前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードを動作モードとして備え、前記制御部が前記１次電圧制御モード及び前記２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにてフィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する場合に、
   前記制御部は、
   前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサが故障しているか否かを判定し、前記動作モードに応じた、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせのうち、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより前記１次電圧又は前記２次電圧を制御するとき、
   前記２次電圧制御モードが前記動作モードである場合、
   前記１次電圧センサが故障していると判定したときには、前記２次電圧の目標値及び前記２次電圧センサが測定した前記２次電圧を用いる前記フィードバック制御により前記２次電圧を制御し、
   前記２次電圧センサが故障していると判定したときには、前記２次電圧の目標値及び前記１次電圧センサが測定した前記１次電圧を用いる前記フィードフォワード制御により前記２次電圧を制御する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
2. 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で駆動する制御部と、
   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。）を測定する１次電圧センサと、
   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。）を測定する２次電圧センサと、
   を有し、
   前記１次電圧を制御する１次電圧制御モード及び前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードを動作モードとして備え、前記制御部が前記１次電圧制御モード及び前記２次電圧制御モードのいずれかの動作モードにてフィードバック制御及び／又はフィードフォワード制御により前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する場合に、
   前記制御部は、
   前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサが故障しているか否かを判定し、前記動作モードに応じた、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の組み合わせのうち、故障していないと判定した電圧センサが測定した電圧を用いる制御の組み合わせにより前記１次電圧又は前記２次電圧を制御するとき、
   前記１次電圧制御モードが動作モードである場合、
   前記１次電圧センサが故障していると判定したときには、前記１次電圧の目標値及び前記２次電圧センサが測定した前記２次電圧を用いる前記フィードフォワード制御により前記１次電圧を制御し、
   前記２次電圧センサが故障していると判定したときには、前記１次電圧の目標値及び前記１次電圧センサが測定した前記１次電圧を用いる前記フィードバック制御により前記１次電圧を制御する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
3. 請求項１又は２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードを前記動作モードとしてさらに備えている場合に、
   前記制御部は、前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードのうち、少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが連続するように、前記フィードバック制御により切替後の前記デューティを調整する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
4. 請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、
   前記第１電力装置側での断線の可能性の有無に基づいて、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、
   あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧又は前記２次電圧を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰する際に、
   切替前後の前記デューティが連続するように、前記フィードバック制御により切替後の前記デューティを調整する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、
   前記１次電圧の目標値と前記２次電圧との比（以下、第１電圧比という。）を計算して、前記第１電圧比と現在のデューティとの差又は比を計算し、計算した前記差又は前記比と所定の閾値との比較に基づいて、前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサが故障しているか否かを判定するか、
   あるいは、前記１次電圧と前記２次電圧の目標値との比（以下、第２電圧比という。）を計算して、前記第２電圧比と前記現在のデューティとの差又は比を計算し、計算した前記差又は前記比と前記閾値との比較に基づいて、前記１次電圧センサ又は前記２次電圧センサが故障しているか否かを判定する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
6. 請求項１〜５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、且つ前記１次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２次電圧とする
   ことを特徴とする電気車両。
7. 請求項６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。

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