JP6063419B2 - 電源システム及び燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池及び蓄電装置により負荷が駆動される電源システムと、当該電源システムが適用される燃料電池車両とに関する。

燃料電池が第１電圧調整装置を介して負荷に接続されると共に、蓄電装置が第２電圧調整装置を介して負荷に接続され、燃料電池及び蓄電装置により負荷が駆動される電源システムを備えた燃料電池車両が、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００５−３４８５３０号公報

ところで、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置は、スイッチング素子を有し、当該スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、第１電圧調整装置が燃料電池電圧を調整して負荷に印加し、一方で、第２電圧調整装置が蓄電装置電圧を調整して負荷に印加する。このような電圧調整状態において、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置には、スイッチング動作に起因した電力損失が発生する。

このような電力損失を低減するためには、第１電圧調整装置の燃料電池側と負荷側とを直結状態にしてスイッチング動作を停止し、一方で、第２電圧調整装置の蓄電装置側と負荷側とを直結状態にしてスイッチング動作を停止することが望ましい。しかしながら、第１電圧調整装置又は第２電圧調整装置を直結状態にすると、燃料電池電圧又は蓄電装置電圧を調整できなくなる。特に、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態の場合には、燃料電池電圧及び蓄電装置電圧の双方が制御不能となる。

具体的に、第２電圧調整装置を直結状態にしつつ、第１電圧調整装置を電圧調整状態にすれば、当該第１電圧調整装置は、常にスイッチング動作（昇圧動作）を行う必要がある。この結果、第１電圧調整装置での昇圧動作に伴う電力損失の発生により、燃料電池から第１電圧調整装置を介して負荷に供給される電力量が低下してしまう。

一方、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態であれば、電力損失を効果的に低減することが可能である。また、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態になって、燃料電池電圧及び蓄電装置電圧が制御不能になっても、ある程度の時間までは、燃料電池から第１電圧調整装置に流れる燃料電池電流が、当該燃料電池電流の指令値に追従して変化する場合がある。

この発明は、このような種々の課題を考慮してなされたものであり、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態になることをできる限り回避することにより、電力損失を低減させつつ、燃料電池電圧及び蓄電装置電圧を安定に制御することができる電源システム、及び、当該電源システムを適用した燃料電池車両を提供することを目的とする。

また、この発明は、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態になった場合に、燃料電池電力が制御不能の状態に至るまで直結状態を継続することにより、電力損失の低減を図ることができる電源システム、及び、当該電源システムを適用した燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明は、燃料電池電圧を出力する燃料電池と、蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、負荷と、前記燃料電池電圧を調整して前記負荷に印加する第１電圧調整装置と、前記蓄電装置電圧を調整して前記負荷に印加する第２電圧調整装置と、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置を制御する制御装置とを備える電源システム、及び、当該電源システムを適用した燃料電池車両に関する。

そして、上記の目的を達成するため、前記制御装置は、前記第２電圧調整装置における前記負荷側の２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が所定の許容電圧値未満となる場合、あるいは、前記燃料電池から前記第１電圧調整装置に流れる燃料電池電流と当該燃料電池電流の指令値との差の絶対値が所定の許容電流値を超える場合、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替える。

すなわち、この発明では、２つの特徴を有する。

第１の特徴は、前記２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満となる場合に、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることである。これにより、前記第１電圧調整装置と前記第２電圧調整装置との双方が直結状態になることを回避することができる。このように、前記燃料電池電圧、前記２次電圧（前記第２電圧調整装置が直結状態であるときの前記蓄電装置電圧）及び前記許容電圧値を考慮して、前記第２電圧調整装置に対するフィードフォワード制御（直結状態から電圧調整状態への切替制御）を実行するので、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の双方を安定に制御することが可能となる。また、前記第２電圧調整装置は、電圧調整状態に切り替わる前までは直結状態であるため、前記電源システム全体の電力損失の低減を図ることもできる。

一方、第２の特徴は、前記燃料電池電流と当該燃料電池電流の指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超える場合には、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることである。すなわち、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が一時的に直結状態となった場合に、前記絶対値が前記許容電流値を超えて、前記指令値に対して前記燃料電池電流が追従できなくなるときには、前記燃料電池電流（燃料電池電力）に対する制御が不能になると判断し、前記第２電圧調整装置を電圧調整状態に切り替える。これにより、前記燃料電池電力が制御不能になる状態を検知するまで、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が直結状態を継続するので、直結状態の時間領域が拡大され、さらなる電力損失の低減を図ることができる。

このように、この発明では、第１の特徴を有することで、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が直結状態になることをできる限り回避することで、電力損失を低減させつつ、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧を安定に制御することができる。

また、この発明では、第２の特徴を有することで、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が一時的に直結状態になった場合でも、前記燃料電池電力が制御不能の状態に至るまで直結状態を継続することにより、電力損失のさらなる低減を図ることができる。

このように、この発明では、第１の特徴及び第２の特徴を有することにより、前記電源システムの商品性を向上させることができる。また、この発明では、前記電源システムを前記燃料電池車両に搭載し、前記負荷に駆動モータを含ませることにより、当該燃料電池車両の商品性も向上させることができる。

ここで、第１の特徴について、より詳しく説明する。

前記制御装置は、前記第１電圧調整装置を電圧調整状態に維持しつつ、前記第２電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替えた後に、前記２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満になるときに、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることが好ましい。これにより、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が直結状態になることを確実に回避することができ、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧に対する制御の安定性を確保することができる。

また、前記電源システムは、前記燃料電池電圧を検出する第１電圧センサと、前記２次電圧を検出する第２電圧センサとをさらに備え、前記許容電圧値が前記第１電圧センサの測定誤差と前記第２電圧センサの測定誤差との和であることが好ましい。これにより、前記２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満になるか否かを正確に判断することができるので、前記第２電圧調整装置を電圧調整装置から直結状態に的確に且つ効率よく切り替えることができる。

次に、第２の特徴について、より詳しく説明する。

前記制御装置は、前記第１電圧調整装置を電圧調整状態に維持しつつ、前記第２電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替えた後に、前記第２電圧調整装置を直結状態に維持しつつ、前記第１電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替え、前記燃料電池電流と前記指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超えるときに、少なくとも前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることが好ましい。この場合、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が一時的に直結状態となるが、前記燃料電池電流と前記指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超えるときに、少なくとも前記第２電圧調整装置を電圧調整状態に切り替える。これにより、直結状態の時間領域を容易に拡大して、電力損失のさらなる低減を図ることができる。

また、前記制御装置は、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えた場合、前記燃料電池電圧又は前記蓄電装置電圧と、前記２次電圧の制御誤差の許容値との和を前記２次電圧の指令値に設定することが好ましい。すなわち、前記燃料電池電流の指令値に前記燃料電池電流が追従していない場合には、前記燃料電池電流に対する制御性が低下している。そこで、前記燃料電池電圧又は前記蓄電装置電圧に前記許容値を加算して前記２次電圧の指令値に設定することにより、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えた後、前記蓄電装置電圧を速やかに昇圧させ、前記燃料電池電流に対する制御の安定性を速やかに確保することができる。

なお、この発明において、前記第１電圧調整装置は、前記燃料電池電圧を２次電圧に昇圧して前記負荷に印加する昇圧コンバータであり、前記制御装置は、前記第２電圧調整装置の２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満となる場合、あるいは、前記燃料電池電流と前記指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超える場合、前記第２電圧調整装置を直結状態から昇圧状態に切り替えることが好ましい。

この発明によれば、第１電圧調整装置及び第２電圧調整装置の双方が直結状態になることをできる限り回避することで、電力損失を低減させつつ、燃料電池電圧及び蓄電装置電圧を安定に制御することができる。

また、この発明では、前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置の双方が一時的に直結状態になった場合でも、燃料電池電力が制御不能の状態に至るまで直結状態を継続することにより、電力損失のさらなる低減を図ることができる。

この結果、この発明では、電源システムの商品性を向上させることができる。また、この発明では、前記電源システムを燃料電池車両に搭載し、負荷に駆動モータを含ませることにより、当該燃料電池車両の商品性も向上させることができる。

この実施形態に係るＦＣシステムが適用されたＦＣ車両の概略全体構成図である。 この実施形態の動作（第１実施例）を説明するタイミングチャートを示す図である。 図２の第１実施例のフローチャートである。 図４Ａ〜図４Ｃは、負荷端電圧とＦＣ電圧との関係を示す説明図である。 この実施形態の他の動作（第２実施例）を説明するタイミングチャートを示す図である。 図５の第２実施例のフローチャートである。 図６のフローチャートのステップＳ１４の処理に用いられる電流差と制御誤差マージン電圧との関係を示すマップである。

この発明に係る電源システム及び燃料電池車両について、好適な実施形態を、図１〜図７を参照しながら、以下詳細に説明する。

［燃料電池車両１０及び燃料電池システム１２の概略全体構成］
図１は、この実施形態に係る燃料電池車両１０（以下、「ＦＣ車両１０」ともいう。）の概略全体構成図であり、当該ＦＣ車両１０に燃料電池システム１２（以下、「ＦＣシステム１２」ともいう。）が適用される。

ＦＣ車両１０は、電源システムであるＦＣシステム１２と、駆動モータ１４（以下、「モータ１４」ともいう。）と、負荷駆動回路１６（以下、「ＩＮＶ１６」ともいう。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ。）とを有する。

ＦＣシステム１２は、基本的には、一方の１次側１Ｓｆに配置される燃料電池ユニット１８（以下、「ＦＣユニット１８」ともいう。）と、他方の１次側１Ｓｂに配置される高電圧バッテリ２０（以下、「ＢＡＴ２０」ともいう。）と、１次側１Ｓｆと２次側２Ｓ側との間に配置される昇圧コンバータ２２（以下、「ＦＣＶＣＵ２２」ともいう。ＶＣＵ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、１次側１Ｓｂと２次側２Ｓ側との間に配置される昇降圧コンバータ２４（以下、「ＢＡＴＶＣＵ２４」ともいう。）と、電子制御装置２６（以下、「ＥＣＵ２６」ともいう。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とを有する。なお、ＢＡＴＶＣＵ２４は、昇圧コンバータであってもよい。

モータ１４は、ＦＣユニット１８及びＢＡＴ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２８を通じて車輪３０を回転させる。

ＩＮＶ１６は、３相ブリッジ型の構成とされ、直流／交流変換を行い、直流電圧である負荷駆動回路入力端電圧Ｖｉｎｖ［Ｖ］（以下、「負荷端電圧Ｖｉｎｖ」ともいう。）を３相の交流電圧に変換してモータ１４に供給する一方、モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後の負荷端電圧Ｖｉｎｖを、ＢＡＴＶＣＵ２４を通じてＢＡＴ２０に供給（充電）する。

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

モータ１４及びＩＮＶ１６を併せて負荷３２ともいう。実際上、負荷３２には、モータ１４等の他に、ＢＡＴＶＣＵ２４等のＦＣ車両１０内の各種の構成要素を含めることもできる。

ＦＣユニット１８は、ＦＣ３４を有する。ＦＣ３４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燃料電池セルを積層した構造を有する。

この場合、アノード電極に水素が供給されると、水素は、電極触媒上で水素イオン化され、電解質膜を介してカソード電極へと移動する。その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出されることで、燃料電池電圧としての直流電圧Ｖｆｃ（以下、「ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ」ともいう。）が発生し、電気エネルギとして利用に供することができる。

一方、カソード電極には、酸化剤ガスが供給される。そのため、カソード電極では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。なお、ＦＣ３４に水素及び酸化剤ガスを給排する系統については公知であるため、ここでは、その詳細な説明を省略する。

ＦＣ３４が発電した電力（以下、ＦＣ発電電力Ｐｆｃともいう。Ｐｆｃ＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ、Ｉｆｃ：ＦＣ発電電流）は、第１電圧調整装置としてのＦＣＶＣＵ２２によってＦＣ発電電圧Ｖｆｃが昇圧されるか、又は、ＦＣＶＣＵ２２が直結状態とされることにより、負荷３２としてのＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）。

また、燃料電池電力としてのＦＣ発電電力Ｐｆｃは、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、第２電圧調整装置としてのＢＡＴＶＣＵ２４を通じ、図示しない補機に供給される。さらに、ＦＣ発電電力Ｐｆｃは、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、ＢＡＴＶＣＵ２４を通じ、充電用としてＢＡＴ２０に供給される。さらにまた、ＦＣ発電電力Ｐｆｃは、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、ＢＡＴＶＣＵ２４及び図示しない降圧コンバータを通じ、ＥＣＵ２６や各種センサ等の低電圧駆動の補機等に供給される。

一方、ＢＡＴ２０からの電力（以下、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔともいう。）は、ＢＡＴＶＣＵ２４によってバッテリ電圧Ｖｂが昇圧されるか、又は、ＢＡＴＶＣＵ２４が直結状態とされることにより、ＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）。また、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔは、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、図示しない補機に供給され、さらには、降圧コンバータを通じて低電圧バッテリ等に供給される。低電圧バッテリの電力は、ＥＣＵ２６及び補機等に供給される。

なお、ＢＡＴ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。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。

ＦＣＶＣＵ２２は、図１で模式的に示すように、インダクタ２２ａ、スイッチング素子２２ｂ及びダイオード２２ｃを含み構成され、ＥＣＵ２６を通じてスイッチング素子２２ｂがスイッチング状態（デューティ制御）とされることで、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを２次電圧としての負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する。

ここで、スイッチング素子２２ｂがオフ状態（開状態）に維持されると、当該スイッチング素子２２ｂがスイッチング動作を行っていない状態となり、インダクタ２２ａ及びダイオード２２ｃを通じて、ＦＣ３４と負荷３２とが直結状態とされ、負荷端電圧ＶｉｎｖがＦＣ発電電圧Ｖｆｃに直結される（Ｖｉｎｖ＝Ｖｆｃ−Ｖｄ≒Ｖｆｃ、Ｖｄ＜＜Ｖｆｃ、Ｖｄ：ダイオード２２ｃの順方向電圧降下電圧）。この場合、ダイオード２２ｃは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、ＦＣＶＣＵ２２は、昇圧動作（力行時等）の他に逆流防止動作、直結動作（力行時等）を行う。

一方、ＢＡＴＶＣＵ２４は、インダクタ２４ａと、スイッチング素子２４ｂ、２４ｄと、これらスイッチング素子２４ｂ、２４ｄにそれぞれ並列に接続されるダイオード２４ｃ、２４ｅとから構成される。この場合、昇圧時には、ＥＣＵ２６により、スイッチング素子２４ｄがオフ状態とされ、スイッチング素子２４ｂがスイッチング（デューティ制御）されることでバッテリ電圧Ｖｂ（蓄電装置電圧）が２次電圧としての負荷端電圧Ｖｉｎｖまで昇圧される（力行時）。

一方、降圧時には、ＥＣＵ２６により、スイッチング素子２４ｂがオフ状態とされ、スイッチング素子２４ｄがスイッチング（デューティ制御）されることで、負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂまで降圧される（回生充電時、あるいはＦＣ３４による充電時）。また、スイッチング素子２４ｂをオフ状態、スイッチング素子２４ｄをオン状態とすることで、ＢＡＴ２０と負荷３２とが直結状態（ＢＡＴ直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時）とされる。

ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂが負荷端電圧Ｖｉｎｖになる（Ｖｂ＝Ｖｉｎｖ）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｂ−ダイオード２４ｅの順方向降下電圧」となり、充電時（回生時含む）の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｉｎｖ＝Ｖｂ＋スイッチング素子２４ｄのオン電圧＝Ｖｂ（スイッチング素子２４ｄのオン電圧を０［Ｖ］と仮定した場合。）」になる。

なお、図１のＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４において、１次側１Ｓｆ、１Ｓｂ、及び、２次側２Ｓ間に配置される平滑コンデンサについては、図示を省略している。

ＦＣ３４は、ＦＣ発電電圧ＶｆｃがＦＣ開放端電圧Ｖｆｃｏｃｖより低下するに従い、出力電流としてのＦＣ発電電流Ｉｆｃが増加する図示しない公知の電流電圧特性（ＩＶ特性）を有する。

そのため、ＦＣＶＣＵ２２の直結時においては、ＦＣ３４のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、昇圧状態（スイッチング状態）のＢＡＴＶＣＵ２４の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｂ）で決定される負荷端電圧Ｖｉｎｖ｛ＢＡＴＶＣＵ２４の指令電圧（目標電圧）になる。｝により制御される。そのため、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃが決定されると、ＩＶ特性に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

また、ＦＣＶＣＵ２２の昇圧時においては、ＦＣＶＣＵ２２の１次側１Ｓｆの電圧、すなわち、ＦＣ発電電圧ＶｆｃがＦＣＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）とされ、ＩＶ特性に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが決定される。これにより、所望の負荷端電圧ＶｉｎｖとなるようにＦＣＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定される。

さらに、ＢＡＴＶＣＵ２４の回生時直結状態においては、ＦＣ３４のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）とされる。これにより、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、ＩＶ特性に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

さらにまた、ＢＡＴＶＣＵ２４の力行時直結状態においては、ＦＣ３４のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）とされる。これにより、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

なお、ＦＣＶＣＵ２２とＢＡＴＶＣＵ２４との同時直結状態は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂの調整による負荷端電圧Ｖｉｎｖの制御が不能となったり、ＦＣ３４及びＢＡＴ２０を劣化させたり、損傷させる可能性があるので、できる限り回避されることが好ましい。

この実施形態において、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが正である力行時には、ＦＣＶＣＵ２２が直結状態にされ、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃになっている負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴＶＣＵ２４の指令電圧（目標電圧）である負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍにされる。この場合、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑの正方向への増加に応じて、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍが低下される、換言すれば、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃが低下されることでＦＣ発電電流Ｉｆｃが増加され（ＦＣ発電電力Ｐｆｃが増加され）、ＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給されると共に、ＢＡＴＶＣＵ２４を通じてＢＡＴ２０が充電され、且つ、補機に供給される。

また、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負である回生時には、回生電力をなるべくＢＡＴ２０に取り込むべく（充電量を大きくすべく）、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃは、比較的小さなＦＣ発電電流Ｉｆｃを発電する比較的高い一定値の発電電圧に設定される。この場合において、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ発電電圧Ｖｆｃ以下（Ｖｂ≦Ｖｆｃ）の値である場合、ＢＡＴＶＣＵ２４の目標電圧（２次側電圧）が負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍとされ所定のＦＣ発電電圧Ｖｆｃに固定される。

一方、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負である回生時であっても、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ発電電圧Ｖｆｃを上回る（Ｖｂ＞Ｖｆｃ）値となった場合、回生電力をなるべくＢＡＴ２０に取り込むべく（充電量を大きくすべく）、ＢＡＴＶＣＵ２４は、スイッチング状態からＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態に移行され、この後、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍがバッテリ電圧Ｖｂとされ、バッテリ電圧Ｖｂは、前記回生電力の充電により徐々に増加する。

ＢＡＴＶＣＵ２４が、スイッチング状態からＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態に移行するのに同期して、ＦＣＶＣＵ２２は、直結状態からスイッチング状態に移行し、このＦＣＶＣＵ２２のスイッチング状態での２次側電圧制御により、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍを増加させ、この増加に応じてバッテリ電圧Ｖｂを順次増加させることができる。

ＦＣ発電電圧Ｖｆｃは、電圧センサ３６により検出され、ＦＣ発電電流Ｉｆｃは、電流センサ３８により検出される。また、バッテリ電圧Ｖｂは、電圧センサ４０により検出され、バッテリ電流Ｉｂは、電流センサ４２により検出される。さらに、負荷端電圧Ｖｉｎｖは、電圧センサ４４により検出される。

ＥＣＵ２６は、通信線４６を介して、モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４を制御する。ＥＣＵ２６には、通信線４６を介して、電圧センサ３６が検出したＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、電流センサ３８が検出したＦＣ発電電流Ｉｆｃ、電圧センサ４０が検出したバッテリ電圧Ｖｂ、電流センサ４２が検出したバッテリ電流Ｉｂ、及び、電圧センサ４４が検出した負荷端電圧Ｖｉｎｖが入力される。

上記の制御に際して、ＥＣＵ２６は、図示しないメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、ＦＣ発電電流Ｉｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ、負荷端電圧Ｖｉｎｖ、２次電流Ｉ２、モータ電流Ｉｍ等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、上述した電圧センサ３６、４０、４４及び電流センサ３８、４２以外にも、開度センサ４８及びモータ回転数センサ５０が含まれる。開度センサ４８は、アクセルペダル５２の開度θｐ［度、ｄｅｇ］を検出する。モータ回転数センサ５０は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。従って、ＥＣＵ２６は、回転数Ｎｍに基づいてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出可能である。なお、モータ回転数センサ５０は、車速センサを兼用するが別途設けてもよい。

さらに、ＥＣＵ２６には、メインスイッチ５４（以下「メインＳＷ５４」という。）が接続される。メインＳＷ５４は、内燃機関自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、ＦＣユニット１８及びＢＡＴ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。メインＳＷ５４がオン状態にされるとＦＣ３４が発電状態となり、オフ状態にされると発電停止状態となる。

ＥＣＵ２６は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば、制御部、演算部、及び、処理部等として機能する。なお、ＥＣＵ２６は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

ＥＣＵ２６は、ＦＣ３４の状態、ＢＡＴ２０の状態及びモータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣ３４が負担すべき負荷と、ＢＡＴ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４に指令を送出する。

［ＥＣＵ２６によるＦＣシステム１２の制御の説明］
この実施形態に係るＦＣ車両１０及びＦＣシステム１２は、以上のように構成される。

次に、ＦＣ車両１０及びＦＣシステム１２の動作例（第１実施例、第２実施例）について、図２〜図７を参照しながら説明する。ここでは、必要に応じて、図１も参照しながら説明する。また、この動作例では、図２及び図５に示すように、ＦＣ車両１０の加速走行時、クルーズ走行時及び減速走行時における、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態又は昇降圧状態（昇圧状態）への切替制御について説明する。従って、それ以外の制御についての詳細な説明については省略する。

［第１実施例］
第１実施例（第１の特徴）は、ＦＣ車両１０が時間経過に伴って加速走行、クルーズ走行、及び、減速走行を行う場合に、クルーズ走行時にＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態にすると共にＦＣＶＣＵ２２の昇圧動作を継続し、その後、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を解除することにより、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になることを回避するものである。

すなわち、図２のタイミングチャートにおいて、時点ｔ０から時点ｔ１までの加速走行時には、ＢＡＴ２０及びＦＣ３４の双方から負荷３２に電力供給を行うべく、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が昇圧動作を行う。この時間帯では、Ｖｂ＞Ｖｆｃであり、且つ、Ｖｉｎｖ＞Ｖｆｃである。

また、図２において、負荷端電圧Ｖｉｎｖを示す太い実線を挟んで上下に図示された細い二点鎖線の間の帯状の部分は、電圧センサ４４の測定誤差範囲を示す。すなわち、図４Ａに示すように、電圧センサ４４は、検出した負荷端電圧Ｖｉｎｖ（太い実線）に対して上下に±Ｖｉｎｖｅだけの測定誤差（誤差電圧）を有する。

一方、図２において、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを示す太い一点鎖線の上下に図示された細い破線の間の帯状の部分は、電圧センサ３６の測定誤差範囲を示す。この場合、図４Ａに示すように、電圧センサ３６は、検出したＦＣ発電電圧Ｖｆｃ（太い一点鎖線）に対して上下に±Ｖｆｃｅだけの測定誤差（誤差電圧）を有する。

そして、ＥＣＵ２６では、図２のタイミングチャートの時間帯において、図３のフローチャートの処理を繰り返し実行する。

すなわち、時点ｔ０から時点ｔ１までの加速走行時に、ＥＣＵ２６は、先ず、ステップＳ１において、電圧センサ４４が検出した負荷端電圧Ｖｉｎｖと、電圧センサ３６が検出したＦＣ発電電圧Ｖｆｃとの差の絶対値Ｖｄ（Ｖｄ＝｜Ｖｉｎｖ−Ｖｆｃ｜、以下「電圧差Ｖｄ」ともいう。）を算出する。

次に、ＥＣＵ２６は、電圧差Ｖｄがセンサマージン電圧（許容電圧値）Ｖｓｍｇ未満であるか否かを判定する。ここで、センサマージン電圧Ｖｓｍｇとは、図４Ｂに示すように、電圧センサ４４の誤差電圧Ｖｉｎｖｅと電圧センサ３６の誤差電圧Ｖｆｃｅとの和である（Ｖｓｍｇ＝Ｖｉｎｖｅ＋Ｖｆｃｅ）。

図２及び図４Ａに示すように、加速走行時には、Ｖｉｎｖ＞Ｖｆｃ且つＶｂ＞Ｖｆｃであると共に、電圧センサ４４の測定誤差範囲である（Ｖｉｎｖ−Ｖｉｎｖｅ）〜（Ｖｉｎｖ＋Ｖｉｎｖｅ）の電圧範囲と、電圧センサ３６の測定誤差範囲である（Ｖｆｃ−Ｖｆｃｅ）〜（Ｖｆｃ＋Ｖｆｃｅ）の電圧範囲とが重なり合わない。従って、ＥＣＵ２６は、電圧差Ｖｄがセンサマージン電圧Ｖｓｍｇ以上であると判定する（Ｖｄ≧Ｖｓｍｇ、ステップＳ１：ＮＯ）。

この結果、ＥＣＵ２６は、ステップＳ２において、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４に対して所定の昇圧比を設定し、設定した昇圧比で昇圧動作を行うようにＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４を制御する（通常の制御）。なお、ステップＳ２の通常の制御とは、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を含むＥＣＵ２６による制御をいう。

そして、時点ｔ１で、ＦＣ車両１０は、加速走行からクルーズ走行に切り替わる。クルーズ走行時、ＦＣ車両１０は一定の車速Ｖで走行するため、ＢＡＴ２０及びＦＣ３４から負荷３２に供給される電力を少なくすることができる。従って、ＦＣＶＣＵ２２は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを昇圧して、ＦＣ３４から取り出すＦＣ発電電力Ｐｆｃを小さくする。

また、ＢＡＴＶＣＵ２４は、時点ｔ１から時点ｔ２にかけて負荷端電圧Ｖｉｎｖを降圧し、時点ｔ２で１次側１Ｓｂと２次側２Ｓとの間を直結状態にする。ＢＡＴＶＣＵ２４が直結状態になることで、スイッチング素子２４ｂがオフ状態を維持すると共に、スイッチング素子２４ｄがオン状態を維持することになる。このように、各スイッチング素子２４ｂ、２４ｄのスイッチング動作が停止することにより、ＢＡＴＶＣＵ２４での電力損失を低減することが可能となる。

なお、クルーズ走行時でも、図３のフローチャートの処理が繰り返し実行される。この場合、時点ｔ１〜ｔ３までは、加速走行時と同様に、負荷端電圧Ｖｉｎｖの測定誤差範囲とＦＣ発電電圧Ｖｆｃの測定誤差範囲とが重なり合うことがないため、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１、Ｓ２の処理を繰り返し実行する。

その後、時点ｔ３において、図２及び図４Ｂに示すように、負荷端電圧Ｖｉｎｖの測定誤差範囲の下限とＦＣ発電電圧Ｖｆｃの測定誤差範囲の上限とが略一致し、Ｖｄ≒Ｖｓｍｇとなった場合、ＥＣＵ２６は、ＦＣＶＣＵ２２の直結状態を継続すれば、図４Ｃに示すＶｄ＜Ｖｓｍｇの状態となり、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になって、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂ（負荷端電圧Ｖｉｎｖ）に対する制御が不能になる可能性があるものと判定する（ステップＳ１：ＹＥＳ）。

そして、次のステップＳ３において、ＥＣＵ２６は、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を解除し、スイッチング素子２４ｂ、２４ｄによるスイッチング動作を再開するように当該ＢＡＴＶＣＵ２４を制御する。

これにより、時点ｔ３から時点ｔ４にかけて、ＥＣＵ２６は、図４Ｂに示す負荷端電圧Ｖｉｎｖの測定誤差範囲の下限とＦＣ発電電圧Ｖｆｃの測定誤差範囲の上限とが略一致する状態（Ｖｄ≒Ｖｓｍｇの状態）を維持するような昇圧比を設定し、設定した昇圧比で昇圧動作を行うように、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４をそれぞれ制御する。この結果、時点ｔ４で、ＦＣ車両１０がクルーズ走行から減速走行に切り替わっても、ＥＣＵ２６は、Ｖｄ≒Ｖｓｍｇの状態を維持しつつ、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４に昇圧動作を実行させることができる。

なお、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを昇圧して、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃと負荷端電圧Ｖｉｎｖとの差（電圧差Ｖｄ）が小さくなると、図示しないＩＶ特性上、ＦＣＶＣＵ２２は、高電圧領域（低負荷領域）において、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを僅かに昇圧できるに過ぎず、ＦＣ発電電力Ｐｆｃを制御し辛くなる。

減速走行時でも、図３のフローチャートの処理が繰り返し実行される。この場合、時点ｔ４以降、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１、Ｓ３の処理を繰り返し実行する。これにより、負荷端電圧Ｖｉｎｖ及びＦＣ発電電圧Ｖｆｃは、Ｖｄ≒Ｖｓｍｇの関係を維持しつつ、時点ｔ４から時点ｔ５までは昇圧され、時点ｔ５以降、一定の電圧値を維持する。従って、減速走行時でも、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になることを回避することができる。

なお、減速走行時、ＢＡＴ２０は、負荷３２の回生電力を、ＢＡＴＶＣＵ２４を介して取り込むと共に、ＦＣ３４からの電力を、ＢＡＴＶＣＵ２４を介して取り込む。これにより、ＢＡＴ２０の充電量（ＳＯＣ）が高くなる。

［第２実施例］
第２実施例（第２の特徴）は、ＦＣ車両１０が時間経過に伴って加速走行、クルーズ走行、及び、減速走行を行う場合に、クルーズ走行時にＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態にすると共にＦＣＶＣＵ２２の昇圧動作を継続し、その後、減速走行時に、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方を一時的に直結状態にして、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが、当該ＦＣ発電電流Ｉｆｃの指令電流（目標電流）であるＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従しない場合（ＦＣ発電電流Ｉｆｃに対する制御が不能になる場合）に、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を解除する。つまり、第２実施例は、ＦＣシステム１２のさらなる電力損失の低減を図るため、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４を敢えて一時的に直結状態にするものである。

すなわち、図５のタイミングチャートにおいて、時点ｔ１０から時点ｔ１１までの加速走行時には、ＢＡＴ２０及びＦＣ３４の双方から負荷３２に電力供給を行うべく、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が昇圧動作を行う。この時間帯では、Ｖｂ＞Ｖｆｃであり、且つ、Ｖｉｎｖ＞Ｖｆｃであると共に、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに対してＦＣ発電電流Ｉｆｃが追従する。

そして、ＥＣＵ２６では、図５のタイミングチャートの時間帯において、図６のフローチャートの処理を繰り返し実行する。

すなわち、時点ｔ１０から時点ｔ１１までの加速走行時に、ＥＣＵ２６は、先ず、ステップＳ１１において、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍと、電流センサ３８が検出したＦＣ発電電流Ｉｆｃとの差の絶対値Ｉｄ（Ｉｄ＝｜Ｉｆｃｃｏｍ−Ｉｆｃ｜、以下「電流差Ｉｄ」ともいう。）を算出する。

次に、ＥＣＵ２６は、電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超えるか否かを判定する。ここで、許容電流値Ｉｆｃｔｈとは、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに対してＦＣ発電電流Ｉｆｃが追従していると判定できる許容範囲の上限をいう。

この場合、図５に示すように、加速走行時には、Ｉｆｃ≒Ｉｆｃｃｏｍであるため、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電流ＩｆｃがＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従していると判定する（Ｉｄ≦Ｉｆｃｔｈ、ステップＳ１１：ＮＯ）。

この結果、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１２において、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４に対して所定の昇圧比を設定し、設定した昇圧比で昇圧動作を行うようにＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４を制御する（通常の制御）。なお、ステップＳ１２の通常の制御とは、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を含むＥＣＵ２６による制御をいう。

そして、時点ｔ１１で、ＦＣ車両１０は、加速走行からクルーズ走行に切り替わる。クルーズ走行時には、ＦＣ車両１０は一定の車速Ｖで走行し、ＢＡＴ２０及びＦＣ３４から負荷３２に供給される電力を少なくすることができるので、ＦＣＶＣＵ２２は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを昇圧して、ＦＣ３４から取り出すＦＣ発電電力Ｐｆｃを小さくする。これに伴い、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍは、時間経過に伴い低下し、ＦＣ発電電流Ｉｆｃは、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従して低下する。

また、ＢＡＴＶＣＵ２４は、時点ｔ１１から時点ｔ１２にかけて負荷端電圧Ｖｉｎｖを降圧し、時点ｔ１２で１次側１Ｓｂと２次側２Ｓとの間を直結状態にする。ＢＡＴＶＣＵ２４が直結状態になることで、スイッチング素子２４ｂがオフ状態を維持し、且つ、スイッチング素子２４ｄがオン状態を維持することになるので、各スイッチング素子２４ｂ、２４ｄのスイッチング動作が停止する。この結果、ＢＡＴＶＣＵ２４での電力損失を低減することが可能となる。

なお、クルーズ走行時でも、図６のフローチャートの処理が繰り返し行われる。この場合、時点ｔ１２〜ｔ１３までは、加速走行時と同様に、ＦＣ発電電流ＩｆｃがＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従しているので、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１１、Ｓ１２の処理を繰り返し実行する。

時点ｔ１３で、ＦＣ車両１０がクルーズ走行から減速走行に切り替わった場合、時点ｔ１３から時点ｔ１４までは、クルーズ走行時と同様に、ＢＡＴＶＣＵ２４が直結状態を維持する一方で、ＦＣＶＣＵ２２が昇圧状態を継続する。なお、減速走行時でも、ＥＣＵ２６は、図６の処理を繰り返し実行していることは勿論である。

その後、時点ｔ１４において、負荷端電圧ＶｉｎｖとＦＣ発電電圧Ｖｆｃとが略一致し（Ｖｆｃ≒Ｖｉｎｖ＝Ｖｂ）、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態となると、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４は、スイッチング動作を停止するため、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖを制御することができなくなる（制御不能となる）。この結果、時点ｔ１４から時点ｔ１５までの時間帯において、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖが上昇する。

但し、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になることで、電力損失のさらなる低減を図ることができる。また、ｔ１４〜ｔ１５の時間帯では、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になり、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖが制御不能であっても、ＦＣ発電電流Ｉｆｃは、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従して低下している。

その後、時点ｔ１５から時点ｔ１６の時間帯において、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態を維持し、負荷端電圧Ｖｉｎｖが一定値を維持している場合、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍは、時間経過に伴って僅かに低下する一方で、ＦＣ発電電流Ｉｆｃは、時間経過に伴って上昇する。

そして、時点ｔ１６で電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超える場合（Ｉｄ＞Ｉｆｃｔｈ、ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２６は、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を継続すれば、ＦＣ発電電流ＩｆｃがＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従しなくなると判定する。

そして、次のステップＳ１３において、ＥＣＵ２６は、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を解除し、スイッチング素子２４ｂ、２４ｄによるスイッチング動作を再開するように当該ＢＡＴＶＣＵ２４を制御する。

この場合、ステップＳ１４において、ＥＣＵ２６は、図７に示すマップを参照し、電流差Ｉｄに応じた制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇを特定する。ここで、制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇとは、ＢＡＴＶＣＵ２４による負荷端電圧Ｖｉｎｖの制御誤差の許容値である。

そして、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃとバッテリ電圧Ｖｂとのうち、いずれか大きい電圧と、制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇとの和を負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍ（Ｖｉｎｖｃｏｍ＝ＭＡＸ（Ｖｆｃ、Ｖｂ）＋Ｖｃｍｇ）に設定し、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍに応じた昇圧比で昇圧動作を行うようにＢＡＴＶＣＵ２４を制御する。

すなわち、ＢＡＴＶＣＵ２４の直結状態を解除して昇降圧動作を行わせる場合に、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃと負荷端電圧Ｖｉｎｖとの差が小さいと、負荷端電圧Ｖｉｎｖの制御性が低くなる。また、直結状態を解除した直後は、電流差Ｉｄが大きく、ＦＣ発電電流Ｉｆｃに対する制御性が低くなっている。そこで、上記のように、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍをできる限り大きく設定して、負荷端電圧Ｖｉｎｖを上昇させるようにＢＡＴＶＣＵ２４を制御することで、負荷端電圧Ｖｉｎｖに対する制御性を向上させるようにしている。

これにより、時点ｔ１６から時点ｔ１７にかけて、ＢＡＴＶＣＵ２４の昇圧動作により負荷端電圧Ｖｉｎｖが上昇する。この結果、時点ｔ１７以降、ＦＣ発電電流Ｉｆｃは、ＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従するように変化する。すなわち、時点ｔ１６以降、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電流ＩｆｃをＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍに追従させるフィードバック制御により、ＢＡＴＶＣＵ２４の昇圧動作を実行させる。

なお、時点ｔ１４から時点ｔ１６までは、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖのいずれもが制御不能となる。そのため、ステップＳ１４において、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂのうち、いずれか大きな電圧と、制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇとの和を負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍとして設定する。

［この実施形態の効果］
以上説明したように、この実施形態に係るＦＣ車両１０及びＦＣシステム１２によれば、ＥＣＵ２６は、ＢＡＴＶＣＵ２４における２次側２Ｓの負荷端電圧Ｖｉｎｖと１次側１ＳｂのＦＣ発電電圧Ｖｆｃとの差の絶対値（電圧差Ｖｄ）がセンサマージン電圧Ｖｓｍｇ未満となる場合、あるいは、ＦＣ３４からＦＣＶＣＵ２２に流れるＦＣ発電電流ＩｆｃとＦＣ発電電流指令値Ｉｆｃｃｏｍとの差の絶対値（電流差Ｉｄ）が許容電流値Ｉｆｃｔｈを超える場合に、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替える。

すなわち、この実施形態では、２つの特徴を有する。

第１の特徴（第１実施例）は、電圧差Ｖｄがセンサマージン電圧Ｖｓｍｇ未満となる場合（Ｖｄ＜Ｖｓｍｇ）に、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替えることである。これにより、ＦＣＶＣＵ２２とＢＡＴＶＣＵ２４との双方が直結状態になることを回避することができる。

このように、ＥＣＵ２６は、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、負荷端電圧Ｖｉｎｖ（ＢＡＴＶＣＵ２４が直結状態であるときのバッテリ電圧Ｖｂ）及びセンサマージン電圧Ｖｓｍｇを考慮して、ＢＡＴＶＣＵ２４に対するフィードフォワード制御（直結状態から昇降圧状態への切替制御）を実行する。この結果、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂの双方を安定に制御することが可能となる。また、ＢＡＴＶＣＵ２４は、昇降圧状態に切り替わる前までは直結状態であるため、ＦＣシステム１２全体の電力損失の低減を図ることもできる。

一方、第２の特徴（第２実施例）は、電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超える場合（Ｉｄ＞Ｉｆｃｔｈ）には、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替えることである。

すなわち、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が一時的に直結状態となった場合に、電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超えて、許容電流値Ｉｆｃｔｈに対してＦＣ発電電流Ｉｆｃが追従できなくなるときには、ＦＣ発電電流Ｉｆｃ（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）に対する制御が不能になると判断し、ＢＡＴＶＣＵ２４を昇降圧状態に切り替える。

これにより、ＦＣ発電電力Ｐｆｃが制御不能になる状態を検知するまで、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態を継続するので、直結状態の時間領域が拡大され、すなわち、図２のｔ２〜ｔ３の時間帯と比較して、図５のｔ１２〜ｔ１４の時間帯まで拡大され、さらなる電力損失の低減を図ることができる。

このように、この実施形態では、第１の特徴を有することで、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になることをできる限り回避することで、電力損失を低減させつつ、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖを安定に制御することができる。

また、この実施形態では、第２の特徴を有することで、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が一時的に直結状態になった場合でも、ＦＣ発電電力Ｐｆｃが制御不能の状態に至るまで直結状態を継続することにより、電力損失のさらなる低減を図ることができる。

このように、この実施形態では、第１の特徴及び第２の特徴を有することにより、ＦＣシステム１２の商品性を向上させることができる。また、この実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載し、負荷３２にモータ１４を含ませることにより、ＦＣ車両１０の商品性も向上させることができる。

また、上記の第１の特徴に関し、ＥＣＵ２６は、ＦＣＶＣＵ２２を昇圧状態に維持しつつ、ＢＡＴＶＣＵ２４を昇降圧状態から直結状態に切り替えた後に、電圧差Ｖｄがセンサマージン電圧Ｖｓｍｇ未満となるときに、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替える。これにより、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が直結状態になることを確実に回避することができ、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、バッテリ電圧Ｖｂ及び負荷端電圧Ｖｉｎｖに対する制御の安定性を確保することができる。

また、センサマージン電圧Ｖｓｍｇが、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを検出する電圧センサ３６の測定誤差と、負荷端電圧Ｖｉｎｖを検出する電圧センサ４４の測定誤差との和であるので、電圧差Ｖｄがセンサマージン電圧Ｖｓｍｇ未満になるか否かを正確に判断することができ、ＢＡＴＶＣＵ２４を昇降圧状態から直結状態に的確に且つ効率よく切り替えることができる。

上記の第２の特徴に関し、ＥＣＵ２６は、ＦＣＶＣＵ２２を昇圧状態に維持しつつ、ＢＡＴＶＣＵ２４を昇降圧状態から直結状態に切り替えた後に、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態に維持しつつ、ＦＣＶＣＵ２２を昇降圧状態から直結状態に切り替え、さらに、電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超えるときに、少なくともＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替える。この場合、ＦＣＶＣＵ２２及びＢＡＴＶＣＵ２４の双方が一時的に直結状態となるが、電流差Ｉｄが許容電流値Ｉｆｃｔｈを超えるときに、少なくともＢＡＴＶＣＵ２４を昇降圧状態に切り替える。これにより、直結状態の時間領域を容易に拡大して、電力損失のさらなる低減を図ることができる。

なお、図５の時点ｔ１６でＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替える際、ＦＣＶＣＵ２２については、直結状態を継続してもよいし、又は、昇圧状態に切り替えてもよい。

また、ＥＣＵ２６は、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替えた場合、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ又はバッテリ電圧Ｖｂのうち、いずれか大きな電圧と、制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇとの和を、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍに設定する。すなわち、ＦＣ発電電流指令値ＩｆｃｃｏｍにＦＣ発電電流Ｉｆｃが追従していない場合には、ＦＣ発電電流Ｉｆｃに対する制御性が低下している。そこで、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃ又はバッテリ電圧Ｖｂのうち、いずれか大きな電圧に制御誤差マージン電圧Ｖｃｍｇを加算して負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍに設定すれば、ＢＡＴＶＣＵ２４を直結状態から昇降圧状態に切り替えた後、バッテリ電圧Ｖｂを速やかに昇圧させ、ＦＣ発電電流Ｉｆｃ（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）に対する制御の安定性を速やかに確保することができる。

なお、この発明は、上記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。

１０…ＦＣ車両 １２…ＦＣシステム
１４…モータ １６…ＩＮＶ
１８…ＦＣユニット ２０…ＢＡＴ
２２…ＦＣＶＣＵ
２２ｂ、２４ｂ、２４ｄ…スイッチング素子
２４…ＢＡＴＶＣＵ ２６…ＥＣＵ
３２…負荷 ３４…ＦＣ
３６、４０、４４…電圧センサ ３８、４２…電流センサ

Claims (7)

1. 燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
   負荷と、
   前記燃料電池電圧を調整して前記負荷に印加する第１電圧調整装置と、
   前記蓄電装置電圧を調整して前記負荷に印加する第２電圧調整装置と、
   前記第１電圧調整装置及び前記第２電圧調整装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記第２電圧調整装置における前記負荷側の２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が所定の許容電圧値未満となる場合、あるいは、前記燃料電池から前記第１電圧調整装置に流れる燃料電池電流と当該燃料電池電流の指令値との差の絶対値が所定の許容電流値を超える場合、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることを特徴とする電源システム。
2. 請求項１記載の電源システムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記第１電圧調整装置を電圧調整状態に維持しつつ、前記第２電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替えた後に、
   前記２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満になるときに、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることを特徴とする電源システム。
3. 請求項１又は２記載の電源システムにおいて、
   前記燃料電池電圧を検出する第１電圧センサと、前記２次電圧を検出する第２電圧センサとをさらに備え、
   前記許容電圧値は、前記第１電圧センサの測定誤差と前記第２電圧センサの測定誤差との和であることを特徴とする電源システム。
4. 請求項１記載の電源システムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記第１電圧調整装置を電圧調整状態に維持しつつ、前記第２電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替えた後に、
   前記第２電圧調整装置を直結状態に維持しつつ、前記第１電圧調整装置を電圧調整状態から直結状態に切り替え、
   前記燃料電池電流と前記指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超えるときに、少なくとも前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えることを特徴とする電源システム。
5. 請求項４記載の電源システムにおいて、
   前記制御装置は、前記第２電圧調整装置を直結状態から電圧調整状態に切り替えた場合、前記燃料電池電圧又は前記蓄電装置電圧と、前記２次電圧の制御誤差の許容値との和を前記２次電圧の指令値に設定することを特徴とする電源システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
   前記第１電圧調整装置は、前記燃料電池電圧を２次電圧に昇圧して前記負荷に印加する昇圧コンバータであり、
   前記制御装置は、前記第２電圧調整装置の２次電圧と前記燃料電池電圧との差の絶対値が前記許容電圧値未満となる場合、あるいは、前記燃料電池電流と前記指令値との差の絶対値が前記許容電流値を超える場合、前記第２電圧調整装置を直結状態から昇圧状態に切り替えることを特徴とする電源システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源システムの前記負荷に、車両の駆動モータが含まれることを特徴とする燃料電池車両。

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