JP6409954B2 - 電力調整システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、多相コンバータの駆動相数と電圧比の少なくとも一方を切り替えて、リプル電流特性を切り替える電力調整システム及びその制御方法に関する。

燃料電池を備える電力調整システムにおいて、燃料電池に接続された負荷の要求に応じて、燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、空気）とを燃料電池に供給することにより、燃料電池の出力電力を負荷に供給可能な電力調整システムが知られている。

上記のような電力調整システムでは、燃料電池の動作状態を制御するために、燃料電池の湿潤状態と相関関係がある燃料電池の出力電流及び出力電圧の交流成分、すなわち、燃料電池の内部インピーダンスに基づいて、燃料電池の湿潤状態（湿潤度）を推定している。

このように測定した内部インピーダンスに基づいて、燃料電池スタックの湿潤度を推定する際に、燃料電池の出力電流の交流成分に含まれるリプル電流が大きいと、燃料電池の湿潤度を正確に推定できず、燃料電池の動作を適切に制御することが困難になるという問題がある。

ここで、ＪＰ５１４３６６５Ｂには、負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、燃料電池と負荷との間に配置された第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電装置と負荷との間に配置された第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを有する電力調整システムが開示されている。

この電力調整システムでは、該システムへの要求電力に応じて、蓄電装置の出力電流の検出値に基づいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧率を変更し、あるいは、燃料電池の出力電流の検出値に基づいて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧率を変更している。この電力調整システムによれば、２台のＤＣ／ＤＣコンバータの一方の変圧率を制御することにより、他方の通過電流を制御することができる。

上述のような電力調整システムでは、燃料電池の電圧出力端子に第１ＤＣ／ＤＣコンバータを配置しているため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧比である電圧比（出力電圧／入力電圧）が大きくなるにつれて、燃料電池から第１ＤＣ／ＤＣコンバータに流入する入力電流のリプル電流成分が増加してしまう。

ここで、このリプル電流成分を抑制するために、出力電圧を平滑化する大容量のコンデンサを燃料電池の出力端子間に設けることが考えられる。しかしながら、このような大容量のコンデンサは高価であるため、電圧平滑用の大容量のコンデンサを設けると、燃料電池を含む電力調整システムの製造コストが増大してしまうという問題がある。

それに対して、電圧平滑用の大容量のコンデンサを設けない場合には、コンバータの電圧比が大きくなるにつれてリプル電流成分が増加することにより、その影響が燃料電池の出力電流の検出値に及んでしまう。この場合、燃料電池の出力電流及び出力電圧の微小な交流成分を検出することにより算出される燃料電池の内部インピーダンスを正確に算出することができないという問題もある。また、場合によっては、インピーダンス検出部（インピーダンス検出回路）の検出値が飽和してしまい、燃料電池の内部インピーダンスを正常に検出することができなくなるという問題もある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、多相コンバータの各相に対応するコンバータの駆動相数や、多相コンバータにより制御される電圧比を切り替えることにより、燃料電池で生成されるリプル電流成分を低減することができる電力調整システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、本発明の電力調整システムは、負荷に接続される燃料電池と、燃料電池と負荷の間に接続されるとともに、複数の相から構成され、該燃料電池の出力電圧を所定の要求電圧比で変換する多相コンバータとを備える。また、電力調整システムは、燃料電池の動作状態及び負荷の要求電力に応じて、多相コンバータの駆動相数及び電圧比の少なくとも一方を変更することにより、多相コンバータの入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部をさらに備える。

図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池用の電力調整システムの全体構成を示す図である。 図２は、図１の燃料電池用コントローラの機能的構成を示すブロック図である。 図３Ａは、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動相数に対応するリプル電流特性を示すグラフである。 図３Ｂは、第１実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧比と燃料電池スタックで生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。 図４は、本発明の第１実施形態における燃料電池用コントローラ、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ及びバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラの全体的な制御を示すフローチャートである。 図５は、燃料電池用コントローラにより実行されるＦＣ電流指令演算処理を示すフローチャートである。 図６は、燃料電池用コントローラにより実行されるＦＣ電圧指令演算処理を示すフローチャートである。 図７は、燃料電池用コントローラにより実行されるモータ下限電圧演算処理を示すフローチャートである。 図８は、燃料電池用コントローラにより実行されるＦＣ湿潤状態推定処理を示すフローチャートである。 図９は、燃料電池用コントローラにより実行されるＦＣインピーダンス算出要求処理を示すフローチャートである。 図１０は、燃料電池用コントローラにより実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。 図１１は、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラにより実行されるＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。 図１２は、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラにより実行されるバッテリＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。 図１３は、第２実施形態における燃料電池用コントローラの機能的構成を示すブロック図である。 図１４は、第２実施形態における燃料電池用コントローラにより実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。 図１５は、第２実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラにより実行されるＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。 図１６は、第２実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧比と燃料電池スタックで生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。 図１７は、第３実施形態における燃料電池用コントローラの機能的構成を示すブロック図である。 図１８は、第３実施形態における燃料電池用コントローラにより実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。 図１９は、第３実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧比と燃料電池スタックで生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池用の電力調整システム１（以下、単に「電力調整システム１」という）の全体構成を示す図である。本発明の電力調整システム１は、少なくとも燃料電池を駆動源とする車両に用いられるものである。この電力調整システム１は、図１に示すように、例えば、駆動モータ２で車両を駆動する電気自動車に搭載される。なお、この電力調整システム１は、燃料電池を駆動源とするものであれば、燃料電池車両（燃料電池を利用した電気自動車）以外の装置等の負荷にも適用することができる。

本実施形態の電力調整システム１は、図１に示すように、燃料電池スタック６と、燃料電池スタック６用のＤＣ／ＤＣコンバータ５と、強電バッテリ２０（以下、単に「バッテリ２０」という）と、補機類３０と、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８とを備える。また、電力調整システム１は、燃料電池スタック６を含む電力調整システム１全体を制御する燃料電池用コントローラ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御する燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御するバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７とを備える。さらに、電力調整システム１は、負荷としての駆動モータ２と、燃料電池スタック６及びバッテリ２０から入力される直流電力を駆動モータ２への交流電力にスイッチング制御する駆動インバータ３とを備える。

燃料電池スタック６用のＤＣ／ＤＣコンバータ５は、燃料電池スタック６と駆動インバータ３（駆動モータ２）との間に設けられる。このＤＣ／ＤＣコンバータ５は、燃料電池スタック６の出力電圧を駆動インバータ３の入力電圧に変換するものである。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、燃料電池スタック６の出力電圧を駆動モータ２の駆動電圧に適した電圧に昇圧するための昇圧コンバータである。

本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、３相のコンバータから構成される。このため、以下では、このＤＣ／ＤＣコンバータ５を多相コンバータ５という場合もある。なお、多相コンバータ５の相数は、３相以上であってもよい。

多相コンバータ５は、図１に示すように、Ｕ相コンバータと、Ｖ相コンバータと、Ｗ相コンバータの３つのコンバータから構成される。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相コンバータには、３つのリアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗがそれぞれ接続される。なお、Ｕ相コンバータ、Ｖ相コンバータ及びＷ相コンバータは同様の構成を有する。そのため、以下では、Ｕ相コンバータを代表として、その構成を説明する。

Ｕ相コンバータは、リアクトル５Ｕと、降圧側のスイッチング素子５１Ｕと、整流ダイオード５２Ｕと、昇圧側のスイッチング素子５３Ｕと、還流ダイオード５４Ｕとを備える。スイッチング素子５１Ｕは、整流ダイオード５２Ｕと逆並列接続され、スイッチング素子５３Ｕは、還流ダイオード５４Ｕと逆並列接続されている。これらのスイッチング素子５１Ｕ、５４Ｕは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistors）で構成される。

リアクトル５Ｕは、その一端が電流センサ６１を介して燃料電池スタック６の正極側の出力端子に接続され、他端がスイッチング素子５１Ｕ及び整流ダイオード５２Ｕの一端と、スイッチング素子５３Ｕ及び還流ダイオード５４Ｕの一端とに接続される。スイッチング素子５１Ｕ及び整流ダイオード５２Ｕの他端は、駆動インバータ３の正極側の入力端子に接続される。また、スイッチング素子５３Ｕ及び還流ダイオード５４Ｕの他端は、燃料電池スタック６の負極側の出力端子と、駆動インバータ３の負極側の入力端子とに接続される。

本実施形態では、多相コンバータ５は、後述するように、駆動モータ２のモータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧との関係、インピーダンス算出要求の有無及び多相コンバータ５に要求される電圧比に対するリプル電流振幅に基づいて、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４の制御によって、その駆動相数（多相コンバータの駆動相数）を切り替えられるものである。

燃料電池スタック６の出力端子間には、燃料電池スタック６の出力電圧を検出するための電圧センサ６２と、燃料電池スタック６の出力電圧を平滑化するためのコンデンサ６３とが並列に接続される。本実施形態では、コンデンサ６３は、リプル電流を低減させるための高価な大容量のコンデンサではなく、安価な小容量のコンデンサである。

また、多相コンバータ５の出力端子間には、多相コンバータ５の出力電圧を平滑化するためのコンデンサ６４と、多相コンバータ５の出力電圧（駆動インバータ３の入力電圧）を検出するための電圧センサ６５とが並列に接続される。

さらに、多相コンバータ５の出力端子及びＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子の接続端子と、駆動インバータ３の入力端子との間には、駆動インバータ３の入力電圧を平滑化するためのコンデンサ６６が設けられる。

燃料電池スタック６は、多相コンバータ５及び駆動インバータ３を介して、電力調整システム１の負荷となる駆動モータ２に接続される。燃料電池スタック６は、図示しないカソードガス給排装置及びアノードガス給排装置からカソードガス（酸化剤ガス）及びアノードガス（燃料ガス）の供給を受けて、駆動モータ２などの電気負荷に応じて発電する積層電池である。燃料電池スタック６には、例えば数百枚の燃料電池が積層されている。

燃料電池スタック６には、アノードガスの給排気通路やカソードガスの給排気通路、各通路に設けられる調圧弁、冷却水循環通路や冷却水ポンプ、ラジエータ、燃料電池スタック６の冷却装置などの多くの装置が接続されている。しかしながら、これらは本発明の技術的特徴とは関係性が低いので、それらの図示を省略している。

駆動モータ２は、本実施形態の電力調整システム１が搭載される車両を駆動するものである。駆動インバータ３は、燃料電池スタック６やバッテリ２０から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を駆動モータ２に供給するものである。駆動モータ２は、駆動インバータ３により供給される交流電力により回転駆動し、その回転エネルギーを後段に供給する。なお、図示しないが、駆動モータ２は、ディファレンシャル及びシャフトを介して車両の駆動輪に連結されている。

車両の降坂時や減速時には、バッテリ２０の充電状態に応じて、駆動インバータ３及びＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して、駆動モータ２の回生電力がバッテリ２０に供給され、バッテリ２０が充電される。また、車両の力行時には、燃料電池スタック６の発電電力やバッテリ２０からの蓄電電力により、駆動モータ２が回転し、その回転エネルギーが図示しない車両の駆動輪に伝達される。

駆動モータ２の近傍には、駆動モータ２のモータ回転数を検出するモータ回転数検出部２１と、駆動モータ２のモータトルクを検出するモータトルク検出部２２とが設けられる。これらの検出部２１、２２により検出された駆動モータ２のモータ回転数及びモータトルクは、燃料電池用コントローラ１０に出力される。

バッテリ２０は、充放電可能な二次電池であり、例えば、３００Ｖ（ボルト）のリチウムイオンバッテリである。バッテリ２０は、補機類３０に接続され、補機類３０の電源を構成する。また、バッテリ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して、駆動インバータ３及びＤＣ／ＤＣコンバータ５に接続される。すなわち、バッテリ２０は、電力調整システム１の負荷である駆動モータ２に対して、燃料電池スタック６と並列に接続される。

バッテリ２０の出力端子には、補機類３０と並列に、バッテリ２０の出力電圧を検出するための電圧センサ６７と、バッテリ２０の出力電圧を平滑化するためのコンデンサ６８とが接続される。

バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、燃料電池スタック６用の多相コンバータ５とは異なり、単相のコンバータである。このＤＣ／ＤＣコンバータ８は、図１に示すように、リアクトル８１と、降圧側のスイッチング素子８２と、整流ダイオード８３と、昇圧側のスイッチング素子８４と、還流ダイオード８５とを備える。スイッチング素子８２は、整流ダイオード８３と逆並列接続され、スイッチング素子８４は、還流ダイオード８５と逆並列接続されている。これらのスイッチング８２、８４は、例えばＩＧＢＴで構成される。

リアクトル８１は、その一端がバッテリ２０の正極側の出力端子に接続され、他端がスイッチング素子８２及び整流ダイオード８３の一端と、スイッチング素子８４及び還流ダイオード８５の一端とに接続される。スイッチング素子８２及び整流ダイオード８３の他端は、駆動インバータ３の正極側の入力端子に接続される。また、スイッチング素子８４及び還流ダイオード８５の他端は、バッテリ２０の負極側の出力端子と、駆動インバータ３の負極側の入力端子とに接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧を平滑化するためのコンデンサ７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧（駆動インバータ３の入力電圧）を検出するための電圧センサ６９とが接続される。

補機類３０は、主に燃料電池スタック６に付属される部品であり、上述のようなカソードガス給排装置及びアノードガス給排装置や、図示しない空気コンプレッサ、冷却ポンプなどを含む。なお、補機類３０の各種部品が弱電機器である場合、バッテリ２０と対象となる補機類３０との間に図示しない降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを設ければよい。

燃料電池用コントローラ１０は、図示しないが、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。燃料電池用コントローラ１０には、電流センサ６１及び電圧センサ６２により検出された燃料電池スタック６の出力電流値及び出力電圧値が入力される。

また、燃料電池用コントローラ１０は、各センサ６１、６２から入力された燃料電池スタック６の出力電流値及び出力電圧値と、各センサ２１、２２から入力された駆動モータ２のモータ回転数及びモータトルクとに基づいて、多相コンバータ５及びＤＣ／ＤＣコンバータ８を作動させるための指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４とバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７とにそれぞれ出力する。

燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、燃料電池用コントローラ１０からの指令に基づいて、多相コンバータ５を制御するものである。具体的には、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、本実施形態では、燃料電池用コントローラ１０からの指令に基づいて、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えるとともに、該駆動相数に応じて、各相のコンバータへの入力電圧の位相を３６０度／駆動相数だけシフトさせる。例えば、Ｕ相コンバータとＶ相コンバータの２相を駆動する際には、２つのコンバータの入力電圧を１８０度（＝３６０度／２相）シフトさせる。また、３相を駆動する際には、３つのコンバータの入力電圧を１２０度（＝３６０度／３相）ずつシフトさせる。

燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４には、電圧センサ６２により検出された燃料電池スタック６の出力電圧値と、電圧センサ６５により検出された多相コンバータ５の出力電圧値とが入力される。燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、多相コンバータ５の電圧比（出力電圧／入力電圧）が燃料電池用コントローラ１０からの指令値になるように、多相コンバータ５の各スイッチング素子をスイッチング制御する。

バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、燃料電池用コントローラ１０からの指令に基づいて、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御するものである。燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４及びバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、駆動インバータ３への入力電圧が同じになるように、多相コンバータ５による電圧比及びＤＣ／ＤＣコンバータ８による電圧比をそれぞれ制御する。

バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７には、電圧センサ６７により検出されたバッテリ２０の出力電圧値と、電圧センサ６９により検出されたＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧値とが入力される。バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧比（出力電圧／入力電圧）が燃料電池用コントローラ１０からの指令値になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の各スイッチング素子をスイッチング制御する。

図２は、図１に示す燃料電池用コントローラ１０の機能的構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の燃料電池用コントローラ１０は、インピーダンス算出部１１と、インピーダンス算出要求部１２と、湿潤状態推定部１３と、リプル電流特性切替部１４と、リプル電流特性記憶部１５と、電圧制御部１６とを含む。

インピーダンス算出部１１は、インピーダンス算出要求部１２から要求される燃料電池スタック６のインピーダンス算出要求を受けると、電流センサ６１により検出される燃料電池スタック６の出力電流の交流成分と、電圧センサ６２により検出される出力電圧の交流成分とに基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンス（内部インピーダンス）を算出する。

ここで、燃料電池スタック６の算出されたインピーダンスは、その燃料電池スタック６の出力電流及び出力電圧を検出した時点における燃料電池スタック６の湿潤度と相関関係がある。すなわち、燃料電池スタック６のインピーダンスが高いほど、燃料電池スタック６が過乾燥状態に近づくことになる。一方、燃料電池スタック６のインピーダンスが低いほど、過加湿状態に近づくことになる。

インピーダンス算出要求部１２は、電流センサ６１により検出される燃料電池スタック６の出力電流の交流成分と、電圧センサ６２により検出される出力電圧の交流成分と、インピーダンス算出部１１により前回算出されたインピーダンス前回値に基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンスを検出することができるか否かを判定する。

すなわち、インピーダンス算出要求部１２は、検出した燃料電池スタック６の出力電流値及び出力電圧値と、インピーダンス前回値とに基づいて、インピーダンス検出部（インピーダンス検出回路）の検出値（インピーダンス算出部１１の算出値）が飽和状態にあるか否かを判定する。そして、検出値が飽和状態にあり、燃料電池スタック６のインピーダンスを検出することができないと判定した場合には、インピーダンス算出要求部１２は、インピーダンス算出部１１に対して、燃料電池スタック６のインピーダンスを再度算出する指令、すなわち、インピーダンス算出要求を出力する。

また、インピーダンス算出要求部１２は、湿潤状態推定部１３により推定された燃料電池スタック６の湿潤状態の推定値に基づいて、燃料電池スタック６の発電効率が低下しているか否か、すなわち、燃料電池スタック６が発電不良の状態であるか否かを判定する。そして、燃料電池スタック６の発電効率が低下していると判定した場合には、インピーダンス算出要求部１２は、燃料電池スタック６のインピーダンス算出要求をインピーダンス算出部１１に出力する。

湿潤状態推定部１３は、インピーダンス算出部１１により算出された燃料電池スタック６のインピーダンスに基づいて、該燃料電池スタック６の湿潤状態を推定する。このように推定された燃料電池スタック６の湿潤状態は、燃料電池スタック６の動作を制御するために用いられる。なお、燃料電池スタック６の動作制御については、その動作状態に応じて、公知の制御方法により実行されればよい。そのため、本明細書では、燃料電池スタック６の制御方法については、その詳細な説明を省略する。

推定された燃料電池スタック６の湿潤状態は、燃料電池スタック６の出力電圧の昇圧制御及びバッテリ２０の出力電圧のＤＣリンク制御（ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧をリンク（同期）させるための制御）のために、電圧制御部１６に出力される。

また、湿潤状態推定部１３は、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出していない燃料電池スタック６の運転状態においては、過去のインピーダンス算出値と、燃料電池スタック６の運転状態とに基づいて、燃料電池スタック６の湿潤状態を推定する。この場合、過去のインピーダンス算出値としては、例えば、インピーダンス算出要求部１２からインピーダンス算出要求が前回出力された際に、インピーダンス算出部１１が算出したインピーダンスである。このインピーダンス前回値は、図示しないメモリに記憶されればよい。

リプル電流特性切替部１４は、燃料電池スタック６の動作状態に応じて、多相コンバータ５の駆動相数、すなわち、複数のリアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの駆動数を切り替えるための駆動数指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力する。また、リプル電流特性切替部１４は、リアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの駆動数に基づいて、対応するリアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ毎に入力電圧の位相をシフトさせるための位相指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力する。

これにより、リプル電流特性切替部１４は、後述するように、多相コンバータ５の入力電流に対するリプル電流特性（例えば、図３のグラフ参照）を切り替える。

ここで、本実施形態では、リプル電流特性切替部１４は、燃料電池スタック６の出力電圧と、多相コンバータ５に要求される電圧比（多相コンバータ５の出力電圧／入力電圧）とに基づいて、多相コンバータ５の駆動相数（リアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの駆動数）を切り替えることにより、多相コンバータ５の入出力電圧の電圧比に対する燃料電池スタック６から発生するリプル電流を低減させるようにリプル電流特性を切り替えている。本実施形態におけるリプル電流特性の切替方法は、図３を用いてその詳細を説明する。

図３は、第１実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ（多相コンバータ）５の電圧比と燃料電池スタック６で生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。

図３Ａは、多相コンバータ５の駆動相数に対応するリプル電流特性を示す。図３Ａに示すように、１相のコンバータ（例えば、Ｕ相コンバータ）のみを駆動する場合には、コンバータの入出力の電圧比が大きくなるにつれて、リプル電流の振幅（Ａ）が増加していく。

一方、２相以上のコンバータ（例えば、Ｕ相コンバータ及びＶ相コンバータ）を駆動するとき、その駆動相数に応じて多相コンバータ５への入力電圧の位相をシフトさせると、図３Ａに示すように、リプル電流の極小点が現れる。すなわち、２相駆動時には、電圧比が２．０付近でリプル電流が極小となる。また、３相駆動時には、電圧比が１．５付近と３．０付近とでリプル電流が極小となる。

本実施形態では、このリプル電流特性を利用して、多相コンバータ５の入出力の電圧比に応じて多相コンバータ５の駆動相数を切り替えることにより、燃料電池スタック６から発生するリプル電流成分を低減するものである。

そして、本実施形態では、図３Ｂに示すように、リプル電流特性切替部１４は、特に、２相駆動時と３相駆動時のリプル電流特性を用いて、多相コンバータ５に要求される電圧比に対して、いずれの駆動時のリプル電流の振幅が小さいかに基づいて、リプル電流特性を切り替えている。

すなわち、リプル電流特性切替部１４は、図３Ｂの太線で示すリプル電流振幅を採用するように、多相コンバータ５の２相駆動と３相駆動とを切り替え、多相コンバータ５の駆動相数に応じて、多相コンバータ５の入力電圧の位相を３６０度／駆動相数だけシフトさせている。このように、本実施形態のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の入出力の電圧比に基づいて、いずれのリアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの駆動数に対応するリプル電流特性に切り替えるかを決定している。そして、リプル電流特性切替部１４は、この決定に応じて、多相コンバータ５の駆動相数、すなわち、リアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの駆動数を切り替えるための駆動数指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力している。

ここで、３相駆動と２相駆動との切り替えのタイミングについて説明する。図３Ｂに示すように、２相駆動時のリプル電流特性の曲線と、３相駆動時のリプル電流特性の曲線とは、交点Ｘ、Ｙにおいて交差する。これらの交点は、実験等により求められた２つの曲線に基づいて、演算により求められる。

なお、本実施形態では、各交点Ｘ、Ｙにおける電圧比がリプル電流特性記憶部１５に記憶されていてもよい。この場合、リプル電流特性切替部１４は、負荷の要求電力に応じて決定される多相コンバータ５の電圧比が各交点Ｘ、Ｙの電圧比よりも大きいか否かに基づいて、多相コンバータ５の駆動相数を決定すればよい。

リプル電流特性記憶部１５は、多相コンバータ５の駆動相数に応じて、多相コンバータ５の入出力の電圧比とリプル電流との関係を示すリプル電流特性を記憶するための記憶部である。本実施形態では、リプル電流特性は、図３Ａに示すようなグラフ（マップ）として記憶されてもよく、あるいは、リプル電流の振幅と電圧比とに対するテーブルとして記憶されてもよい。

電圧制御部１６には、モータ回転数検出部２１及びモータトルク検出部２２により検出された駆動モータ２のモータ回転数及びモータトルクが入力される。電圧制御部１６は、駆動モータ２の各種データと、リプル電流特性切替部１４により切り替えられたリプル電流特性の情報とに基づいて、燃料電池スタック６の駆動状態及び多相コンバータ５の電圧比を示すＦＣ電圧指令値と、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力側の電圧を多相コンバータ５の出力側の電圧にリンクさせるためのＤＣリンク電圧指令値とを演算する。

そして、電圧制御部１６は、演算したＦＣ電圧指令値を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力するとともに、演算したＤＣリンク電圧指令値をバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７に出力する。

具体的には、電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧と、燃料電池スタック６の出力電圧（すなわち、多相コンバータ５の出力電圧）とに基づいて、ＤＣリンク電圧指令値を駆動モータ２のモータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧のいずれにすべきかを決定する。そして、ＤＣリンク電圧指令値に基づいて、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、多相コンバータ５の電圧比を設定するとともに、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧比を設定する。

また、電圧制御部１６は、モータ回転数検出部２１及びモータトルク検出部２２により検出された駆動モータ２のモータ回転数及びモータトルクに基づいて、駆動モータ２が動作可能な駆動インバータ３の供給電圧を算出している。

なお、本実施形態では、電圧制御部１６が各種電圧制御を実行することとしたが、本発明の電力調整システム１は、リプル電流特性切替部１４がこれらの電圧制御を実行するように構成されてもよい。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態における電力調整システム１の全体的な動作を説明する。なお、図４のフローチャートは、本実施形態の電力調整システム１の全体的な動作を示すものであるが、必要に応じて、追加のステップが含まれてもよい。また、本発明の電力調整システム１の制御方法は、全体的な動作の一部を構成するものである。

図４は、本発明の第１実施形態における電力調整システム１の燃料電池用コントローラ１０、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４及びバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７の全体的な制御を示すフローチャート（メイン処理フロー）である。

このフローチャートに係る制御は、少なくとも、駆動モータ２の動作状態や補機類３０の動作状態が変動するタイミングで実行される。しかしながら、この制御は、所定時間毎に実行されてもよい。また、各ステップは、矛盾が生じない範囲において、その順序が変更されてもよい。

まず、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の電流指令値を決定するためのＦＣ電流指令演算処理を実行するとともに（ステップＳ１）、燃料電池スタック６の電圧指令値を決定するためのＦＣ電圧指令演算処理を実行する（ステップＳ２）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ１、Ｓ２により決定された燃料電池スタック６の電流指令値（後述するＦＣ電流指令値）及び電圧指令値に基づいて、補機類３０に含まれる各補機の各種動作指令値を決定し（ステップＳ３）、各補機に決定した指令値を出力する。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、駆動インバータ３の入力電圧となる駆動モータ２のモータ下限電圧を決定するためのモータ下限電圧演算処理を実行する（ステップＳ４）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の動作状態を制御するために、燃料電池スタック６の湿潤状態を推定するためのＦＣ湿潤状態推定処理を実行する（ステップＳ５）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ５で実行したＦＣ湿潤状態推定処理により特定された燃料電池スタック６の湿潤状態に基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出すべきか否かを判定するためのＦＣインピーダンス算出要求処理を実行する（ステップＳ６）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、多相コンバータ５の駆動相数を決定するとともに、ＤＣリンク電圧をどのような電圧値にするかを特定するための駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を実行する（ステップＳ７）。燃料電池用コントローラ１０は、このように決定した駆動相数に基づいて、駆動数指令及び位相指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力する（図２参照）。また、燃料電池用コントローラ１０は、このように特定したＤＣリンク電圧に基づいて、ＦＣ電圧指令とＤＣリンク電圧指令とを燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４とバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７とにそれぞれ出力する（図２参照）。なお、ＤＣリンク電圧指令は、必要に応じて、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４にも出力される。

次いで、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、燃料電池用コントローラ１０から入力された駆動数指令、位相指令及びＦＣ電圧指令に基づいて、多相コンバータ５の昇圧・降圧を行うためのＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を実行する（ステップＳ８）。

次いで、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、燃料電池用コントローラ１０から入力されたＤＣリンク電圧指令に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧・降圧を行うためのバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を実行する（ステップＳ９）。

そして、燃料電池用コントローラ１０、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４及びバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、図４に示す本実施形態における全体的な制御フローを終了する。

次に、図４の各サブルーチンについて、フローチャートを参照してそれぞれ説明する。

図５は、図４のステップＳ１に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行されるＦＣ電流指令演算処理を示すフローチャートである。

このＦＣ電流指令演算処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、補機類３０の各補機において消費される消費電力を演算する（ステップＳ１０１）。そして、燃料電池用コントローラ１０は、バッテリ２０及び燃料電池スタック６に対する発電指令値と、ステップＳ１０１で演算された補機類３０の消費電力とに基づいて、目標燃料電池電力を算出する（ステップＳ１０２）。

なお、燃料電池スタック６に対する発電指令値は、燃料電池スタック６としてどれだけの発電電力を必要とするかを示すものである。燃料電池用コントローラ１０は、本実施形態の車両に搭乗しているドライバからのアクセルペダルの踏込み量、すなわち、アクセルペダル開度や、駆動モータ２の駆動状態等に基づいて、この発電指令値を決定する。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、電流センサ６１により検出された燃料電池スタック６の出力電流値と、電圧センサ６２により検出された燃料電池スタック６の出力電圧値とに基づいて、現在の燃料電池スタック６の出力電力を算出する（ステップＳ１０３）。なお、燃料電池スタック６のこの出力電力は、燃料電池スタック６の出力電流値と出力電圧値を乗算することにより求められる。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ１０２で算出した燃料電池スタック６の目標燃料電池電力と、ステップＳ１０３で算出された実際の燃料電池スタック６の出力電力とに基づいて、燃料電池スタック６の電力偏差を算出する（ステップＳ１０４）。この電力偏差は、目標燃料電池電力と、実際の出力電圧との差に基づいて求められる。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ１０４で算出された燃料電池スタック６の電力偏差に基づいて、ＰＩ制御に基づく電力フィードバック制御を行う。燃料電池用コントローラ１０は、この電力フィードバック制御により、燃料電池スタック６の電流指令値（目標燃料電池電流値）を補正する（ステップＳ１０５）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池用コントローラ１０に予め設定されている燃料電池スタック６の上限電流値と、ステップＳ１０５で得られた目標燃料電池電流値とに基づいて、燃料電池スタック６への電流指令値であるＦＣ電流指令値を決定する（ステップＳ１０６）。

具体的には、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の上限電流値と、目標燃料電池電流値とを比較し、小さい値の方をＦＣ電流指令値として決定する。そして、燃料電池用コントローラ１０は、ＦＣ電流指令値を決定すると、このＦＣ電流指令演算処理を終了して、メイン処理フローに戻る。

なお、燃料電池スタック６の上限電流値とは、燃料電池スタック６が出力することができる電流値の上限値を意味し、必要に応じて、実験等で求められるものである。

燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ１０６で決定されたＦＣ電流指令値に基づいて、燃料電池スタック６の出力電流がこのＦＣ電流指令値になるように、アノードガス及びカソードガスの流量や圧力等を制御する。これは、燃料電池スタック６の出力を制御するために、アノードガス及びカソードガスの流量等を制御するのであるが、これらのガスの流量等は、燃料電池スタック６の出力電流に基づいて制御されるためである。

図６は、図４のステップＳ２に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行されるＦＣ電圧指令演算処理を示すフローチャートである。

このＦＣ電圧指令演算処理において、燃料電池用コントローラ１０は、ＦＣ電流指令演算処理のステップＳ１０４で決定したＦＣ電流指令値と、電流センサ６１により検出される燃料電池スタック６の出力電流値とに基づいて、電流偏差を算出する（ステップＳ２０１）。この電流偏差は、燃料電池スタック６のＦＣ電流指令値と実際の出力電流値との差に基づいて求められる。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ２０１で算出された電流偏差に基づいて、ＰＩ制御に基づく電流フィードバック制御を行う。この電流フィードバック制御により燃料電池スタック６の出力電流が変化するのに応じて、燃料電池用コントローラ１０は、図示しないメモリに予め記憶されているＩＶ特性曲線に基づいて、燃料電池スタック６の目標電圧値となるＦＣ電圧指令値を演算する（ステップＳ２０２）。そして、燃料電池用コントローラ１０は、このＦＣ電圧指令演算処理を終了して、メイン処理フローに戻る。

なお、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の出力電流がＦＣ電流指令値になるように制御するのではなく、ステップＳ２０２で決定されたＦＣ電圧指令値に基づいて、燃料電池スタック６の出力電圧値がこのＦＣ電圧指令値になるように、アノードガス及びカソードガスの流量や圧力等を制御するように構成されてもよい。

図７は、図４のステップＳ４に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行されるモータ下限電圧演算処理を示すフローチャートである。

このモータ下限電圧演算処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、モータ回転数検出部２１により駆動モータ２のモータ回転数を検出するとともに（ステップＳ４０１）、モータトルク検出部２２により駆動モータ２のモータトルクを検出する（ステップＳ４０２）。

なお、駆動モータ２のモータ回転数が高くなれば高くなるほど、駆動モータ２には誘起電圧が発生する。そのため、駆動モータ２への供給電圧、すなわち、駆動インバータ３の出力電圧が誘起電圧以上に高くないならば、駆動モータ２を駆動させることができない。したがって、本モータ下限電圧演算処理では、最初に、駆動モータ２のモータ回転数を検出している。

また、図示を省略したが、駆動モータ２のモータトルクやその効率を検出するために、駆動モータ２に実際に入力される供給電流を検出する電流センサが設けられる。燃料電池用コントローラ１０は、検出された供給電流値に基づいて、駆動モータ２のモータトルクを検出してもよい。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池用コントローラ１０の図示しないメモリ等に予め記憶されているモータ回転数−モータトルクマップを参照し、ステップＳ４０１、Ｓ４０２において検出した駆動モータ２のモータ回転数及びモータトルクに基づいて、モータ下限電圧を決定する（ステップＳ４０３）。

なお、モータ回転数−モータトルクマップについては、図示を省略するが、例えば、実験データ等により予め求めておき、そのマップデータをメモリに記憶しておけばよい。

そして、燃料電池用コントローラ１０は、モータ下限電圧を決定すると、このモータ下限電圧演算処理を終了して、メイン処理フローに戻る。

図８は、図４のステップＳ５に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行されるＦＣ湿潤状態推定処理を示すフローチャートである。

このＦＣ湿潤状態推定処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、電流センサ６１により検出された燃料電池スタック６の出力電流値と、電圧センサ６２により検出された燃料電池スタック６の出力電圧値とに基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出することができるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。

例えば、燃料電池スタック６が燃料電池用コントローラ１０からＦＣ電流指令値やＦＣ電圧指令値を受け、各指令値になるように、その動作状態が過渡的な状態であるときには、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出することができないと判定すればよい。

また、大きなリプル電流が発生している等の理由により、インピーダンス検出回路が飽和している場合についても、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出することができないと判定すればよい。

ステップＳ５０１において燃料電池スタック６のインピーダンスを算出することができると判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６から発生した水分量をリセットする（ステップＳ５０２）。すなわち、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６から発生した水分量を０に設定する。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、図示しない温度センサにより燃料電池スタック６の温度を検出する（ステップＳ５０３）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０のインピーダンス算出部１１は、ＦＣ電流指令演算処理及びＦＣ電圧指令演算処理において検出した燃料電池スタック６の出力電流及び出力電圧の交流成分に基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出する。そして、燃料電池用コントローラ１０は、図示しないメモリ等に予め記憶されているインピーダンス−燃料電池温度マップを参照し、このように算出した燃料電池スタック６のインピーダンスと、ステップＳ５０３で検出した燃料電池スタック６の温度とに基づいて、燃料電池スタック６の湿潤状態Ａを特定する（ステップＳ５０４）。

なお、インピーダンス−燃料電池温度マップについては、図示を省略するが、例えば、実験データ等により予め求めておき、そのマップデータをメモリに記憶しておけばよい。

次いで、燃料電池用コントローラ１０の湿潤状態推定部１３は、上記のように特定した燃料電池スタック６の湿潤状態Ａを燃料電池スタック６の湿潤状態に設定し（ステップＳ５０５）、このＦＣ湿潤状態推定処理を終了して、メイン処理フローに戻る。

一方、ステップＳ５０１において燃料電池スタック６のインピーダンスを算出することができないと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の湿潤状態Ａを前回特定したときから今までの間に発生した水分量を決定する（ステップＳ５０６）。

ここで、燃料電池スタック６から発生した水分量と、燃料電池スタック６の出力電流の積算値とには、所定の関係があるので、燃料電池用コントローラ１０は、図示しないメモリ等に予め記憶されている燃料電池出力電流−水分量テーブルを参照して、今回発生した水分量を決定している。

ここで、燃料電池出力電流−水分量テーブルとは、燃料電池スタック６の出力電流（積算値）と、その検出期間中に発生する水分量との関係を示すテーブルである。燃料電池スタック６の出力電流は、電流センサ６１により検出され、燃料電池用コントローラ１０に出力される。本実施形態では、例えば、インピーダンス算出要求部１２がインピーダンス算出部１１による前回のインピーダンス算出時からの出力電流値を積算し、図示しないメモリに記憶すればよい。これにより、燃料電池用コントローラ１０は、この出力電流積算値に基づいて、前回水分量を０に設定したとき（ステップＳ５０２）から燃料電池スタック６内にどれだけ水分量が発生したかを特定することができる。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、前回特定した燃料電池スタック６の湿潤状態Ａを図示しないメモリから読み出すとともに、このメモリ等に予め記憶されている湿潤状態−水分量マップを参照する。そして、燃料電池用コントローラ１０は、この湿潤状態Ａと、ステップＳ５０６で決定された今回水分量とに基づいて、燃料電池スタック６の湿潤状態Ｂを特定する（ステップＳ５０７）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０の湿潤状態推定部１３は、上記のように特定した燃料電池スタック６の湿潤状態Ｂを燃料電池スタック６の湿潤状態に設定し（ステップＳ５０８）、このＦＣ湿潤状態推定処理を終了して、メイン処理フローに戻る。

図９は、図４のステップＳ６に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行されるＦＣインピーダンス算出要求処理を示すフローチャートである。

このＦＣインピーダンス算出要求処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、ＦＣ湿潤状態推定処理により特定された燃料電池スタック６の湿潤状態Ａ又はＢに基づいて、燃料電池スタック６が発電不良状態に到達したか否かを判定する（ステップＳ６０１）。

ここで、ＦＣ湿潤状態推定処理において設定された燃料電池スタック６の湿潤状態に基づいて、燃料電池スタック６が過乾燥な状態である場合や、逆に、燃料電池スタック６が過剰に濡れている状態である場合には、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６が発電不良状態に到達していると判定する。なお、燃料電池スタック６の発電不良状態とは、燃料電池スタック６の発電効率が低下している状態ということもできる。

ステップＳ６０１において燃料電池スタック６が発電不良状態に到達していないと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、そのままこのＦＣインピーダンス算出要求処理を終了する。この場合、湿潤状態推定部１３は、ＦＣ湿潤状態推定処理のステップＳ５０６〜Ｓ５０８の処理を実行して、燃料電池スタック６の湿潤状態を推定する。

一方、ステップＳ６０１において燃料電池スタック６が発電不良状態に到達したと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のインピーダンス算出要求部１２は、インピーダンス算出部１１に対して、インピーダンスを算出するように要求する。すなわち、インピーダンス算出要求部１２は、インピーダンス算出要求を出力し（ステップＳ６０２）、燃料電池用コントローラ１０は、このＦＣインピーダンス算出要求処理を終了する。

図１０は、図４のステップＳ７に対応するサブルーチンであり、燃料電池用コントローラ１０により実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。

この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理において、燃料電池用コントローラ１０は、モータ下限電圧演算処理により決定された駆動モータ２のモータ下限電圧と、電圧センサ６２により検出される燃料電池スタック６の出力電圧値とを比較する。そして、燃料電池用コントローラ１０は、モータ下限電圧が燃料電池スタック６の出力電圧値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７０１）。

そして、ステップＳ７０１においてモータ下限電圧が燃料電池スタック６の出力電圧値よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ７０２の処理に移行する。そして、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ７０２）。

次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電力、すなわち、多相コンバータ５の出力電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ７０３）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ７０１において、モータ下限電圧が燃料電池スタック６の出力電圧値よりも小さくない、すなわち、モータ下限電圧が燃料電池スタック６の出力電圧よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ７０４の処理に移行する。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、インピーダンス算出要求部１２から出力されたインピーダンス算出要求があるか否かを判定する（ステップＳ７０４）。そして、インピーダンス算出要求があると判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、モータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧とに基づいて、２相駆動時のリプル電流（以下、「２相リプル電流」という）及び３相駆動時のリプル電流（以下、「３相リプル電流」という）を特定する（ステップＳ７０５）。

具体的には、燃料電池用コントローラ１０は、リプル電流特性記憶部１５に記憶されている図３Ｂに示す２相駆動時のリプル電流特性と３相駆動時のリプル電流特性とを読み出し（リプル電流特性は、テーブルであっても、特性図マップであってもよい）、多相コンバータ５の入出力の電圧比である（駆動モータ２のモータ下限電圧）／（燃料電池スタック６の出力電圧）により得られる電圧比のときの各リプル電流の振幅を特定する。

次いで、燃料電池用コントローラ１０は、ステップＳ７０５で特定した３相リプル電流と２相リプル電流とに基づいて、３相リプル電流が２相リプル電流よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７０６）。

そして、３相リプル電流が２相リプル電流よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ７０７）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ７０８）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、３相リプル電流が２相リプル電流よりも小さくない、すなわち、３相リプル電流が２相リプル電流よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を２に決定する（ステップＳ７０９）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ７１０）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ７０４においてインピーダンス算出要求がないと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、燃料電池スタック６の発電効率が最適な状態であると判定する。そして、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ７１１）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ７１２）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

なお、駆動モータ２のモータ下限電圧が燃料電池スタック６の出力電圧よりも小さい場合には、多相コンバータ５は、多相コンバータ５の入出力の電圧比を変換することなく、各整流ダイオード５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗを介して、燃料電池スタック６の出力電圧がそのまま駆動インバータ３に入力されることとなる。そのため、本実施形態のように、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に設定することなく、この駆動相数を１に設定してもよい。ただし、多相コンバータ５の駆動相数が３に設定されていれば、３つのリアクトル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗに１／３の出力電流が流れるので、全体的に銅損（リアクトルを含む銅線による抵抗損失）を低減することができる。

また、本実施形態では、ステップＳ７０３、Ｓ７０８、Ｓ７１０及びＳ７１２において、燃料電池用コントローラ１０は、駆動モータ２のモータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧のいずれかにＤＣリンク電圧を特定している。しかしながら、駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理のフローチャートは、ステップＳ７０１におけるこれらの大小の判定の後、燃料電池用コントローラ１０が、駆動モータ２のモータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧のいずれかにＤＣリンク電圧を特定し、最後に多相コンバータ５の駆動相数を決定するように構成されてもよい。

図１１は、図４のステップＳ８に対応するサブルーチンであり、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４により実行されるＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。

このＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理において、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、まず、駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理において多相コンバータ５の駆動相数が２に決定されたか否かを判定する（ステップＳ８０１）。

そして、多相コンバータ５の駆動相数が２に決定されたと判定した場合には、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、多相コンバータ５の駆動させるべき２相のコンバータへの入力電流の位相を１８０度シフトさせて、その２相のコンバータを駆動させる（ステップＳ８０２）。一方、多相コンバータ５の駆動相数が２ではなく、３に決定されたと判定した場合には、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、多相コンバータ５のすべての相のコンバータへの入力電流の位相を１２０度シフトさせて、その３相のコンバータを駆動させる（ステップＳ８０３）。

次いで、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、電圧センサ６２、６５により、燃料電池スタック６の出力電圧と、多相コンバータ５の出力電圧、すなわち、ＤＣリンク電圧とを検出する（ステップＳ８０４）。そして、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、燃料電池用コントローラ１０から入力されたＦＣ電圧指令値と、検出した燃料電池スタック６の出力電圧値とに基づいて、燃料電池スタック６の出力電圧の電圧偏差を算出する（ステップＳ８０５）。この電圧偏差は、ＦＣ電圧指令値と燃料電池スタック６の検出した出力電圧値との差に基づいて求められる。

次いで、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、ステップＳ８０５で算出された燃料電池スタック６の電圧偏差に基づいて、燃料電池スタック６の出力電圧（すなわち、多相コンバータ５の入出力の電圧比）に対して、ＰＩ制御に基づく電圧フィードバック制御を行う（ステップＳ８０６）。

次いで、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、ＤＣリンク電圧と、フィードバック制御したＦＣ電圧指令値とに基づいて、昇圧スイッチ（下段）のＤＵＴＹ比を決定するとともに（ステップＳ８０７）、このように決定した昇圧スイッチ（下段）のＤＵＴＹ比と、無駄時間補正とに基づいて、降圧スイッチ（上段）のＤＵＴＹ比を決定する（ステップＳ８０８）。

次いで、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、ステップＳ８０７、Ｓ８０８で決定した昇圧ＤＵＴＹ比及び降圧ＤＵＴＹ比から、各スイッチング素子５１Ｕ〜５２Ｗ、５３Ｕ〜５３Ｗに出力すべきＰＷＭ信号に変換・生成する（ステップＳ８０９）。そして、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、これらのＰＷＭ信号を対応するスイッチング素子５１Ｕ〜５２Ｗ、５３Ｕ〜５３Ｗに出力して、このＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を終了する。

図１２は、図４のステップＳ９に対応するサブルーチンであり、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７により実行されるバッテリＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。

このバッテリＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理において、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、まず、電圧センサ６５、６７により、多相コンバータ５の出力電圧、すなわち、ＤＣリンク電圧と、バッテリ２０の出力電圧とを検出する（ステップＳ９０１）。そして、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、ＤＣリンク電圧指令値と、検出したＤＣリンク電圧値とに基づいて、ＤＣリンク電圧の電圧偏差を算出する（ステップＳ９０２）。この電圧偏差は、ＤＣリンク電圧指令値と検出したＤＣリンク電圧値との差に基づいて求められる。

次いで、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、ステップＳ９０２で算出されたＤＣリンク電圧の電圧偏差に基づいて、ＤＣリンク電圧（すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入出力の電圧比）に対して、ＰＩ制御に基づく電圧フィードバック制御を行う（ステップＳ９０３）。

次いで、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、バッテリ２０の出力電圧と、フィードバック制御したＤＣリンク電圧指令値とに基づいて、昇圧スイッチ（下段）のＤＵＴＹ比を決定するとともに（ステップＳ９０４）、このように決定した昇圧スイッチ（下段）のＤＵＴＹ比と、無駄時間補正とに基づいて、降圧スイッチ（上段）のＤＵＴＹ比を決定する（ステップＳ９０５）。

次いで、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、ステップＳ９０４、Ｓ９０５で決定した昇圧ＤＵＴＹ比及び降圧ＤＵＴＹ比から、スイッチング素子８１に出力すべきＰＷＭ信号に変換・生成する（ステップＳ９０６）。そして、バッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ７は、このＰＷＭ信号をスイッチング素子８１に出力して、このバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の電力調整システム１は、負荷としての駆動モータ２に接続される燃料電池スタック６と、この燃料電池スタック６と駆動モータ２の間に接続されるとともに、複数の相（本実施形態では、３相）から構成され、燃料電池スタック６の出力電圧を駆動インバータ３の入力電圧に所定の要求電圧比で変換（昇圧）する多相コンバータ５と備えている。また、本実施形態の電力調整システム１は、燃料電池スタック６の動作状態及び負荷の要求電力に応じて、多相コンバータ５の駆動相数を変更することにより、多相コンバータ５の入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部１４を備えている。本実施形態の電力調整システム１は、このような構成を備えているので、燃料電池スタック６の出力電流に対するリプル成分（リプル電流成分）を低減することができる。すなわち、本実施形態では、図３Ｂに示すように、多相コンバータ５の入出力の電圧比に基づいて、多相コンバータ５を図中の太線に対応する駆動相数に設定することにより、このリプル電流を低減することができる。それに加えて、本実施形態の電力調整システム１によれば、燃料電池スタック６の出力電圧に対するリプル成分（リプル電圧成分）も低減することができる。また、多相コンバータ５の入力電圧及び入力電流のリプル成分が低減されることにより、多相コンバータ５の出力電圧、すなわち、ＤＣリンク電圧のリプル成分を低減することができる。結果として、駆動モータ２の駆動電圧、駆動電流を適切に制御することができる。

このように、本実施形態の電力調整システム１は、燃料電池スタック６の出力電流のリプル成分（リプル電流成分）を低減することができるので、大容量の平滑コンデンサを必要としない。これにより、燃料電池スタック６を含む電力調整システム１の製造コストを削減することができる。また、高価な大容量の平滑コンデンサを設けることなく、必要最低限の平滑コンデンサを設けるだけで、燃料電池スタック６のインピーダンス検出器（インピーダンス算出部１１）が飽和状態になることを効果的に抑制することができる。これにより、必要に応じて、燃料電池スタック６の内部インピーダンスを算出することができる。

また、本実施形態の電力調整システム１によれば、上述のように、リプル電流成分の増加を抑制することができるので、電力調整システム１から発生するラジオノイズを効果的に低減することができる。これにより、電力調整システム１内の他の装置や、電力調整システム１に隣接して設けられる他の機器が誤動作を起こすことを防止することができる。

本実施形態の電力調整システム１では、多相コンバータ５の相数は、３相以上であり、リプル電流特性切替部１４は、燃料電池スタック６の出力電圧と、多相コンバータ５の要求電圧比（多相コンバータ５に要求される電圧比）とに基づいて、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えることにより、多相コンバータ５の入出力電圧の電圧比に対するリプル電流を低減させるようにリプル電流特性を切り替えることとした。これにより、多相コンバータ５の駆動相数に対するリプル電流成分−電圧比のグラフ（図３Ｂ参照）に基づいて、リプル電流の振幅（リプル電流成分）がより小さい駆動相数を決定し、決定した駆動相数に切り替えることにより、より効果的にリプル電流成分を低減することができる。

この場合、本実施形態の電力調整システム１は、多相コンバータ５の駆動相数に応じて、多相コンバータ５の入出力の電圧比とリプル電流成分のとの関係を示すリプル電流特性を記憶するリプル電流特性記憶部１５をさらに備え、リプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の入出力の電圧比に基づいて、いずれの多相コンバータ５の駆動相数のリプル電流特性に切り替えるかを決定し、該決定に応じて、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えればよい。これにより、大容量の平滑コンデンサを必要とすることなく、リプル電流成分を低減することができ、必要に応じて、燃料電池スタック６の内部インピーダンスをより正確に算出することができる。そのため、本実施形態の電力調整システム１のリプル電流特性切替部１４は、特に、燃料電池スタック６のインピーダンス算出要求がなされているときに、有用である。

なお、本実施形態では、リプル電流特性記憶部１５には、図３Ａ、図３Ｂに示すグラフとして多相コンバータ５の駆動相数に対するリプル電流特性が記憶されると説明したが、リプル電流特性のデータ形式はこのようなグラフには限られない。リプル電流特性は、例えば、多相コンバータ５の電圧比とリプル電流の振幅とのテーブルとしてリプル電流特性記憶部１５に記憶されてもよい。

また、リプル電流特性記憶部１５は、図３Ｂのようなグラフやテーブルの形式でリプル電流特性を記憶するのではなく、２相駆動時と３相駆動時のグラフの交点Ｘ、Ｙの電圧比を記憶してもよい。この場合、リプル電流特性切り替え部１４は、ＤＣリンク電圧に対する多相コンバータ５の電圧比に基づいて、交点Ｘ、Ｙとの大小を比較することにより、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えればよい。

また、本実施形態の電力調整システム１では、図１に示すように、燃料電池スタック６とは異なる電力供給源である（強電）バッテリ２０と、バッテリ２０と負荷である駆動モータ２の間に接続されるバッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８と、をさらに備えている。そして、リプル電流特性切替部１４は、燃料電池スタック６の出力電圧に応じて、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８により駆動モータ２に供給される供給電圧を設定し、このように設定された供給電圧に応じて、リプル電流特性を切り替えるように構成されてもよい。

この場合、駆動モータ２の要求電圧に基づいて、多相コンバータ５の電圧比を決定し、バッテリ２０用のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧を多相コンバータ５の出力電圧（これがＤＣリンク電圧となる）にリンクさせている。これにより、燃料電池スタック６の発電電力を制限することなく、燃料電池スタック６から発生するリプル電流成分を抑制することができる。

また、本実施形態の電力調整システム１は、少なくとも燃料電池スタック６を駆動源とする車両に用いられるものであり、車両を駆動する負荷としての駆動モータ２と、多相コンバータ５と駆動モータ２の間に接続され、駆動モータ２への電力をスイッチング制御する駆動インバータ３と、駆動モータ２のモータ回転数を検出するモータ回転数検出部２１と、駆動モータ２のモータトルクを検出するモータトルク検出部２２と、をさらに備えている。そして、リプル電流特性切替部１４は、モータ回転数検出部２１及びモータトルク検出部２２により検出されたモータ回転数とモータトルクに基づいて、駆動モータ２が動作可能な駆動インバータ３の供給電圧を算出するように構成される。電力調整システム１をこのように構成することにより、駆動モータ２のモータ下限電圧を常時（必要に応じて、）算出することができるので、モータ下限電圧に基づいて、多相コンバータ５の変換効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態の電力調整システム１は、燃料電池スタック６のインピーダンス算出要求に応じて、燃料電池スタック６の出力電流及び出力電圧の交流成分に基づいて、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部１１と、燃料電池スタック６のインピーダンスを算出していない燃料電池スタック６の運転状態においては、過去のインピーダンス算出値と、燃料電池スタック６の運転状態とに基づいて、燃料電池スタック６の湿潤状態を推定する湿潤状態推定部１３と、燃料電池スタック６の湿潤状態の推定値に基づいて、燃料電池スタック６の発電効率が低下していると判定した場合には、燃料電池スタック６のインピーダンス算出要求を出力するインピーダンス算出要求部１２と、をさらに備えている。電力調整システム１をこのように構成することにより、過去に算出した燃料電池スタック６の内部インピーダンスと燃料電池スタック６の発電状態に基づいて、燃料電池の湿潤状態を推定しているときに、燃料電池スタック６の発電効率が低下している発電不良状態に陥る可能性があれば、再度内部インピーダンスを算出することとなる。そのため、燃料電池スタック６の発電効率が低い状態においても、新たに算出した内部インピーダンスに基づいて、駆動モータ２の動作を十分に制御することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。なお、電力調整システム１の全体構成は同様であるので、図１を用いて説明し、燃料電池用コントローラ１０の機能的構成については、図１３を用いて説明する。

上記第１実施形態では、多相コンバータ５の要求電圧比に基づいて、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えるとともに、ＤＣリンク電圧を燃料電池スタック６の出力電圧と駆動モータ２のモータ下限電圧のいずれかに特定していた。本実施形態では、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えることなく、ＤＣリンク電圧の要求電圧値を適宜調整することにより、リプル電流成分の発生を最適に抑制するものである。

図１３は、本発明の第２実施形態における燃料電池用コントローラ１０の機能的構成を示すブロック図である。図１３に示す各部は、第１実施形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、それらについての詳細な説明を省略する。

本実施形態の燃料電池用コントローラ１０は、第１実施形態とは異なり、リプル電流特性記憶部１５の代わりに、極小点記憶部１７を備えている。また、リプル電流特性切替部１４の機能が一部異なっている。以下では、これらの相違点を詳細に説明する。

極小点記憶部１７は、図１６に示すリプル電流特性において、リプル電流の振幅（Ａ）が極小となる電圧比を記憶するためのものである。本実施形態では、極小点記憶部１７は、多相コンバータ５が３相駆動を行う場合のリプル電流振幅の極小点における電圧比を記憶している。

図１６は、第２実施形態における多相コンバータ５の電圧比と燃料電池スタック６で生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。図１６に示すように、多相コンバータ５が３相駆動する場合、リプル電流振幅は、電圧比が１．０（すなわち、昇圧も降圧もしない場合）のときに加え、電圧比が１．５と３．０のときに極小となる（図１６の丸参照）。これは、３相駆動時には、３つのコンバータへの入力電流が１２０度（＝３６０度／３相）だけシフトさせているためである。

本実施形態では、リプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５が３相で駆動するため、１２０度シフトさせるための位相指令を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４に出力する。

また、リプル電流特性切替部１４は、電圧制御部１６がＤＣリンク電圧を特定するＤＣリンク電圧指令を出力するとき、必要に応じて、極小点記憶部１７に記憶されている極小点の情報を取得し、取得した極小点情報を電圧制御部１６に出力する。

本実施形態では、電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧及び駆動モータ２のモータ下限電圧と、インピーダンス算出要求部１２からインピーダンス算出要求が出力されているか否かの情報とに基づいて、ＤＣリンク電圧を所定の電圧値に特定・決定する。なお、ＤＣリンク電圧の決定方法については、図１４のフローチャートを用いて説明する。

次に、本実施形態における電力調整システム１の動作を説明する。なお、図４に示す第１実施形態における電力調整システム１の全体制御フローについては、本実施形態においても同様であるため、その図示及び説明を省略する。以下、図４のサブルーチンを示す各フローチャートのうち、第１実施形態と異なるフローチャートについて、詳細に説明する。

図１４は、第２実施形態における燃料電池用コントローラにより実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。本実施形態では、多相コンバータ５の駆動相数を３相のまま切り替えていないが、ここでは、その処理名を便宜的に「駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理」という。

この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、第１実施形態の図７に示すモータ下限電圧演算処理により決定された駆動モータ２のモータ下限電圧と、電圧センサ６２により検出される燃料電池スタック６の出力電圧値（以下、「燃料電池出力電圧」ともいう）とに基づいて、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１００１）。

そして、ステップＳ１００１において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１００４）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ１００１において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１００２）。

そして、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧の１．５倍をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１００５）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ１００２において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、インピーダンス算出要求部１２から出力されたインピーダンス算出要求があるか否かを判定する（ステップＳ１００３）。

そして、インピーダンス算出要求があると判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧の３．０倍をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１００６）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、インピーダンス算出要求がないと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１００７）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

図１５は、第２実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４により実行されるＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を示すフローチャートである。図１５に示す本実施形態のＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理は、多相コンバータ５の駆動相数が３に固定されている点だけが図１１に示す第１実施形態のＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理と異なる。そのため、図１１のフローチャートと同様のステップには、同じステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。

このＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理において、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、多相コンバータ５のすべての相、すなわち３相のコンバータへの入力電流の位相を１２０度シフトさせて、その３相のコンバータを駆動させる（ステップＳ１１０１）。

そして、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラ４は、図１１に示す第１実施形態のＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理のステップＳ８０４〜Ｓ８０９と同様の処理を実行し、このＦＣ用ＤＣ／ＤＣコンバータ制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の電力調整システム１は、負荷としての駆動モータ２に接続される燃料電池スタック６と、この燃料電池スタック６と駆動モータ２の間に接続されるとともに、複数の相（本実施形態では、３相）から構成され、燃料電池スタック６の出力電圧を駆動インバータ３の入力電圧に所定の要求電圧比で変換（昇圧）する多相コンバータ５とを備えている。また、本実施形態の電力調整システム１は、燃料電池スタック６の動作状態及び負荷の要求電力に応じて、多相コンバータ５の電圧比を変更することにより、多相コンバータ５の入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部１４を備えている。また、本実施形態の電力調整システム１は、少なくとも燃料電池を駆動源とする車両に用いられるものであり、車両を駆動する負荷としての駆動モータ２と、多相コンバータ５と駆動モータ２の間に接続され、駆動モータ２への電力をスイッチング制御する駆動インバータ３とを備えている。本実施形態の電力調整システム１は、多相コンバータ５の入出力の電圧比とリプル電流との関係において、該リプル電流が極小となる１つ以上の極小点を記憶する極小点記憶部１７をさらに備えている。また、本実施形態の電力調整システム１では、リプル電流特性切替部１４は、駆動インバータ５の動作状態から決定される駆動インバータ３への供給電圧の下限値であるモータ下限電圧と、燃料電池スタック６の出力電圧とに基づいて、モータ下限電圧と燃料電池スタック６の出力電圧との電圧比よりも高い極小点を特定し、特定した極小点に対応する電圧比となるように多相コンバータ５を制御するように構成される。

本実施形態の電力調整システム１は、このように構成しているので、燃料電池スタック６で発生するリプル電流成分の振幅が極小値となる電圧比に多相コンバータ５の電圧比を特定している。すなわち、本実施形態では、図１６に示すように、多相コンバータ５を３相駆動するとき、リプル電流成分の振幅が極小値となる電圧比１．５と３．０に多相コンバータ５の入出力の電圧比を設定することにより、このリプル電流を低減することができる。これにより、第１実施形態と同様に、高価な大容量の平滑コンデンサを設けることなく、必要最低限の平滑コンデンサを設けるだけで、燃料電池スタック６のインピーダンス検出器（インピーダンス算出部１１）が飽和状態になることを効果的に抑制することができる。そのため、必要に応じて、燃料電池スタック６の内部インピーダンスをより精度良く算出することができる。

また、本実施形態の電力調整システム１によれば、第１実施形態と同様に、リプル電流成分の増加を抑制することができるので、電力調整システム１から発生するラジオノイズを効果的に低減することができる。これにより、電力調整システム１内の他の装置や、電力調整システム１に隣接して設けられる他の機器が誤動作を起こすことを防止することができる。

なお、本実施形態では、多相コンバータ５の相数が３の場合について説明したが、本発明は、３相からなる多相コンバータ５の場合に限らず、３相以上からなる多相コンバータにも適用することができる。この場合、相数が多くなるにつれて、極小点が多くなり、駆動モータ２をより適した供給電圧で制御することができるというメリットがある。しかしながら、多相コンバータの相数を増やすことは、電力調整システム１全体の製造コストを増大させてしまう。したがって、駆動モータ２の定格電流、定格電圧等の性能を考慮して、多相コンバータの相数を決定すればよい。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、第１実施形態及び第２実施形態との相違点を主として説明する。なお、電力調整システム１の全体構成は同様であるので、図１を用いて説明し、燃料電池用コントローラ１０の機能的構成については、図１７を用いて説明する。

上記第１実施形態では、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えるとともに、ＤＣリンク電圧を燃料電池スタック６の出力電圧と駆動モータ２のモータ下限電圧のいずれかに特定していた。また、上記第２実施形態では、多相コンバータ５の駆動相数を切り替えることなく、ＤＣリンク電圧の要求電圧値を適宜調整していた。本実施形態では、これら２つの制御を同時に行う場合について説明する。

図１７は、第３実施形態における燃料電池用コントローラの機能的構成を示すブロック図である。図１３に示す各部は、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、それらについての詳細な説明を省略する。

図１７に示すように、本実施形態の燃料電池用コントローラ１０は、第１実施形態で設けられたリプル電流特性記憶部１５と、第２実施形態で設けられた極小点記憶部１７とを備えている。

本実施形態の極小点記憶部１７は、第２実施形態とは異なり、図１９に示すリプル電流特性において、多相コンバータ５が３相駆動時のリプル電流特性の極小点に加え、多相コンバータ５が２相駆動時のリプル電流特性の極小点も記憶している。

図１９は、第３実施形態における燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧比と燃料電池で生成されるリプル電流の振幅との関係を示すグラフである。図１９に示すように、多相コンバータ５が３相駆動する場合、リプル電流振幅は、電圧比が１．０（すなわち、昇圧も降圧もしない場合）のときに加え、電圧比が１．５と３．０のときに極小となる（図１９の丸参照）。一方、多相コンバータ５が２相駆動する場合、リプル電流振幅は、電圧比が１．０（すなわち、昇圧も降圧もしない場合）のときに加え、電圧比が２．０のときに極小となる（図１９の丸参照）。これは、各駆動時において、駆動相数に応じて多相コンバータ５への入力電流をシフトさせているためである。

すなわち、本実施形態では、燃料電池用コントローラ１０により要求される多相コンバータ５の入出力の電圧比が、１．５、２．０、３．０との大小に基づいて、多相コンバータ５の電圧比が決定され、決定された電圧比に基づいて、ＤＣリンク電圧が特定される。

次に、本実施形態における電力調整システム１の動作を説明する。なお、図４に示す第１実施形態における電力調整システム１の全体制御フローについては、本実施形態においても同様であるため、その図示及び説明を省略する。以下、図４のサブルーチンを示す各フローチャートのうち、第１実施形態及び第２実施形態と異なるフローチャートについて、詳細に説明する。

図１８は、第３実施形態における燃料電池用コントローラにより実行される駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を示すフローチャートである。本実施形態では、駆動モータ２のモータ下限電圧と、燃料電池スタック６の出力電圧とに基づいて、多相コンバータ５の駆動相数とＤＣリンク電圧とを決定・特定している。

この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理において、燃料電池用コントローラ１０は、まず、第１実施形態の図７に示すモータ下限電圧演算処理により決定された駆動モータ２のモータ下限電圧と、電圧センサ６２により検出される燃料電池スタック６の出力電圧値（以下、「燃料電池出力電圧」ともいう）とに基づいて、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２０１）。

そして、ステップＳ１２０１において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ１２０５）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１２０６）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ１２０１において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２０２）。

そして、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ１２０７）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧の１．５倍をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１２０８）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ１２０２において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が１．５よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が２．０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２０３）。

そして、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が２．０よりも小さいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を２に決定する（ステップＳ１２０９）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧の２．０倍をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１２１０）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、ステップＳ１２０３において（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）が２．０よりも大きいと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０は、インピーダンス算出要求部１２から出力されたインピーダンス算出要求があるか否かを判定する（ステップＳ１２０４）。

そして、インピーダンス算出要求があると判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ１２１１）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、燃料電池スタック６の出力電圧の３．０倍をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１２１２）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

一方、インピーダンス算出要求がないと判定した場合には、燃料電池用コントローラ１０のリプル電流特性切替部１４は、多相コンバータ５の駆動相数を３に決定する（ステップＳ１２１１）。次いで、燃料電池用コントローラ１０の電圧制御部１６は、駆動モータ２のモータ下限電圧をＤＣリンク電圧として特定し（ステップＳ１２１２）、燃料電池用コントローラ１０は、この駆動相数・ＤＣリンク電圧指令処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の電力調整システム１は、負荷としての駆動モータ２に接続される燃料電池スタック６と、この燃料電池スタック６と駆動モータ２の間に接続されるとともに、複数の相（本実施形態では、３相）から構成され、燃料電池スタック６の出力電圧を駆動インバータ３の入力電圧に所定の要求電圧比で変換（昇圧）する多相コンバータ５とを備えている。また、本実施形態の電力調整システム１は、燃料電池スタック６の動作状態及び負荷の要求電力に応じて、多相コンバータ５の駆動相数とその電圧比とを変更することにより、多相コンバータ５の入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部１４とを備えている。また、本実施形態の電力調整システム１は、多相コンバータ５の駆動相数に応じて、多相コンバータ５の入出力の電圧比とリプル電流成分との関係を示すリプル電流特性を記憶するリプル電流特性記憶部１５と、多相コンバータ５の入出力の電圧比とリプル電流との関係において、該リプル電流が極小となる１つ以上の極小点を記憶する極小点記憶部１７とをさらに備えている。そして、リプル電流特性切替部１４は、駆動インバータ５の動作状態から決定される駆動インバータ３への供給電圧の下限値であるモータ下限電圧と、燃料電池スタック６の出力電圧とに基づいて、モータ下限電圧と燃料電池の出力電圧との電圧比よりも高い極小点を特定し、特定した極小点に対応する多相コンバータ５の駆動相数及び電圧比を決定・特定するように構成される。

本実施形態の電力調整システム１は、このように構成しているので、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第２実施形態の場合に比べ、２相駆動時の極小点である電圧比２．０も制御目標として追加しているので、電圧調整システム１がさらに詳細に燃料電池スタック６及びバッテリ２０を制御することができる。すなわち、本実施形態では、図１９に示すように、多相コンバータ５を３相駆動するときにリプル電流成分の振幅が極小値となる電圧比１．５と３．０と、多相コンバータ５を２相駆動するときにリプル電流成分の振幅が極小値となる電圧比２．０との３つの極小点のいずれかに多相コンバータ５の入出力の電圧比を設定することにより、このリプル電流を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、多相コンバータ５の相数が３であったが、本発明はこれに限らない。例えば、多相コンバータ５の相数が５であれば、多相コンバータ５の電圧比が２．５のときにもリプル電流成分の振幅が極小となる。したがって、第３実施形態の図１８に示すフローチャートにおいて、（モータ下限電圧）／（燃料電池出力電圧）の値をさらに細かく判定することができる。

また、上記実施形態では、負荷となる駆動モータ２に対して、燃料電池スタック６とバッテリ２０とが並列に接続された電力調整システム１を例にして説明したが、リプル電流の発生は燃料電池スタック６に特有であるため、バッテリ２０を備えていない電力調整システムにも本発明を適用することができる。

Claims (11)

1. 負荷に接続される燃料電池と、
   前記燃料電池と前記負荷の間に接続されるとともに、複数の相から構成され、該燃料電池の出力電圧を所定の要求電圧比で変換する多相コンバータと、
   前記燃料電池の動作状態及び前記負荷の要求電力に応じて、前記多相コンバータの駆動相数及び前記電圧比の少なくとも一方を変更することにより、最も小さいリップル電流となるように、前記多相コンバータの入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部と、
   を備える電力調整システム。
2. 請求項１に記載の電力調整システムであって、
   前記多相コンバータの相数は、３相以上であり、
   前記リプル電流特性切替部は、前記燃料電池の出力電圧及び前記多相コンバータの要求電圧比に基づいて、前記多相コンバータの駆動相数を切り替えるとともに、該多相コンバータの駆動相数に基づいて、各相の入力電圧の位相をシフトさせることにより、前記多相コンバータの入出力電圧の電圧比に対するリプル電流を低減させるように前記リプル電流特性を切り替える、
   電力調整システム。
3. 請求項２に記載の電力調整システムであって、
   前記多相コンバータの駆動相数に応じて、前記多相コンバータの入出力の電圧比と前記リプル電流との関係を示すリプル電流特性を記憶するリプル電流特性記憶部をさらに備え、
   前記リプル電流特性切替部は、前記多相コンバータの入出力の電圧比に基づいて、いずれの前記多相コンバータの駆動相数のリプル電流特性に切り替えるかを決定し、該決定に応じて、前記多相コンバータの駆動相数を切り替える、
   電力調整システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力調整システムであって、
   前記電力調整システムは、少なくとも前記燃料電池を駆動源とする車両に用いられるものであり、
   前記車両を駆動する前記負荷としての駆動モータと、
   前記多相コンバータと前記駆動モータの間に接続され、前記駆動モータへの電力をスイッチング制御する駆動インバータと、
   前記多相コンバータの入出力の電圧比と前記リプル電流との関係において、該リプル電流が極小となる１つ以上の極小点を記憶する極小点記憶部と、
   をさらに備え、
   前記リプル電流特性切替部は、前記駆動インバータの動作状態から決定される前記駆動インバータへの供給電圧の下限値と、前記燃料電池の出力電圧とに基づいて、該下限値と該燃料電池の出力電圧との電圧比よりも高い前記極小点を特定し、該特定した極小点に対応する電圧比となるように前記多相コンバータを制御する、
   電力調整システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力調整システムであって、
   前記燃料電池とは異なる電力供給源であるバッテリと、
   前記バッテリと前記負荷の間に接続されるバッテリ用コンバータと、
   をさらに備え、
   前記リプル電流特性切替部は、前記燃料電池の出力電圧に応じて、前記バッテリ用コンバータにより前記負荷に供給される供給電圧を設定し、前記設定された供給電圧に応じて、前記リプル電流特性を切り替える、
   電力調整システム。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電力調整システムであって、
   前記電力調整システムは、少なくとも前記燃料電池を駆動源とする車両に用いられるものであり、
   前記車両を駆動する前記負荷としての駆動モータと、
   前記多相コンバータと前記駆動モータの間に接続され、前記駆動モータへの電力をスイッチング制御する駆動インバータと、
   前記駆動モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、
   前記駆動モータのトルクを検出するモータトルク検出部と、
   をさらに備え、
   前記リプル電流特性切替部は、前記モータ回転数と前記モータトルクに基づいて、前記駆動モータが動作可能な前記駆動インバータの供給電圧を算出する、
   電力調整システム。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電力調整システムであって、
   前記燃料電池のインピーダンス算出要求に応じて、前記燃料電池の出力電流及び出力電圧の交流成分に基づいて、該燃料電池のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
   前記燃料電池のインピーダンスを算出していない該燃料電池の運転状態においては、過去のインピーダンス算出値と、前記燃料電池の運転状態とに基づいて、該燃料電池の湿潤状態を推定する湿潤状態推定部と、
   前記燃料電池の湿潤状態の推定値に基づいて、該燃料電池の発電効率が低下していると判定した場合には、該燃料電池のインピーダンス算出要求を出力するインピーダンス算出要求部と、
   をさらに備える電力調整システム。
8. 負荷に接続される燃料電池と、前記燃料電池と前記負荷の間に接続されるとともに、複数の相から構成され、該燃料電池の出力電圧を変換する多相コンバータとを備える電力調整システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の動作状態及び前記負荷の要求電力に応じて、前記多相コンバータの駆動相数及び入出力の電圧比の少なくとも一方を変更し、
   前記燃料電池の動作状態に応じて、最も小さいリップル電流となるように、前記多相コンバータの入力電流に対するリプル電流特性を切り替える、
   電力調整システムの制御方法。
9. 少なくとも燃料電池を駆動源とする車両に用いられる電力調整システムであって、
   負荷に接続される燃料電池と、
   前記燃料電池と前記負荷の間に接続されるとともに、複数の相から構成され、該燃料電池の出力電圧を所定の要求電圧比で変換する多相コンバータと、
   前記車両を駆動する前記負荷としての駆動モータと、
   前記多相コンバータと前記駆動モータの間に接続され、前記駆動モータへの電力をスイッチング制御する駆動インバータと、
   前記多相コンバータの入出力の電圧比とリプル電流との関係において、該リプル電流が極小となる１つ以上の極小点を記憶する極小点記憶部と、
   前記燃料電池の動作状態及び前記負荷の要求電力に応じて、前記多相コンバータの駆動相数及び前記電圧比の少なくとも一方を変更することにより、前記多相コンバータの入力電流に対するリプル電流特性を切り替えるリプル電流特性切替部と、
   を備え、
   前記リプル電流特性切替部は、前記駆動インバータの動作状態から決定される前記駆動インバータへの供給電圧の下限値と、前記燃料電池の出力電圧とに基づいて、該下限値と該燃料電池の出力電圧との電圧比よりも高い前記極小点を特定し、該特定した極小点に対応する電圧比となるように前記多相コンバータを制御する、
   電力調整システム。
10. 請求項９に記載の電力調整システムであって、
    前記多相コンバータの相数は、３相以上であり、
    前記リプル電流特性切替部は、前記燃料電池の出力電圧及び前記多相コンバータの要求電圧比に基づいて、前記多相コンバータの駆動相数を切り替えるとともに、該多相コンバータの駆動相数に基づいて、各相の入力電圧の位相をシフトさせることにより、前記多相コンバータの入出力電圧の電圧比に対するリプル電流を低減させるように前記リプル電流特性を切り替える、
    電力調整システム。
11. 請求項１０に記載の電力調整システムであって、
    前記多相コンバータの駆動相数に応じて、前記多相コンバータの入出力の電圧比と前記リプル電流との関係を示すリプル電流特性を記憶するリプル電流特性記憶部をさらに備え、
    前記リプル電流特性切替部は、前記多相コンバータの入出力の電圧比に基づいて、いずれの前記多相コンバータの駆動相数のリプル電流特性に切り替えるかを決定し、該決定に応じて、前記多相コンバータの駆動相数を切り替える、
    電力調整システム。

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