JP6446080B2 - 電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電源として燃料電池及び蓄電器を有し、前記燃料電池の電圧及び／又は前記蓄電器の電圧を変換して電動機等の電機負荷に出力する複数の電圧変換器を有する電源システムに関する。

この種の電源システムとして、特許文献１−３には、燃料電池から入力された電力の電圧を変換して電動機に出力する燃料電池側の複数の電圧変換器と、蓄電器から入力された電力の電圧を変換して電動機に出力する蓄電器側の電圧変換器とを備えた燃料電池システムが開示されている（特許文献１−３の各図１）。

特許第５４４７５２０号公報 特許第５７５１３２９号公報 特許第５８９２３６７号公報

上記した燃料電池システムでは、燃料電池側の電圧変換器では、燃料電池の出力電圧を目標電圧として制御する（特許文献１の［００２３］、特許文献２の［００２５］）一方、蓄電器側の電圧変換器では、インバータの入力電圧、ひいては前記電動機の入力電圧を目標電圧として制御するように構成されている（特許文献１の［００２５］、特許文献２の［００２８］）。

しかしながら、上記した従来技術では、燃料電池の出力電圧を目標電圧として制御する際に、例えば、燃料電池の出力電力が大きい領域では、燃料電池の公知のＩＶ（電流電圧）特性から理解できるように、電力の増加分に対する電圧の減少分の割合が小さい。

このため、燃料電池の出力電圧を目標電圧として制御した場合には、特に、燃料電池の出力電力が大きい領域にて、燃料電池の出力電力の変動を抑制することが困難になり、結果として制御性が低下する。

さらに、燃料電池側の電圧変換器及び蓄電器側の電圧変換器には、それぞれ、連続的に流せる通過電流制限値が定格あるいは上限値として決定されるが、仮に、蓄電器に比較して電力容量の大きい燃料電池の余剰電力の電流を蓄電器側の電圧変換器に供給するように構成されている場合には、蓄電器側の電圧変換器の通過電流制限値（上限値）を上回る事態が発生する虞がある。

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って、燃料電池の制御性を向上させることを可能とする電源システムを提供することを目的とする。

また、この発明は、燃料電池の制御性を向上させると共に、蓄電器側の電圧変換器の通過電流制限値を上回ることなく利用することが可能な新規な電源システムを提供することを目的とする。

この発明に係る電源システムは、電機負荷と、燃料電池及び蓄電器と、を備える電源システムであって、前記燃料電池及び前記蓄電器の少なくとも一方の電力が入力され、入力された電力の電圧を変換して前記電機負荷に出力する複数の電圧変換器を有し、複数の前記電圧変換器中、少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力及び前記蓄電器の電力が入力可能な共用電圧変換器として構成され、且つ少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力が入力される燃料電池用電圧変換器として構成され、前記共用電圧変換器では、該共用電圧変換器の出力電圧が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるように電圧フィードバック制御が実行され、前記燃料電池用電圧変換器では、該燃料電池用電圧変換器の通過電流が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行されているように構成される。

この発明によれば、共用電圧変換器では、該共用電圧変換器の出力電圧が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるように昇圧比を変化させる電圧フィードバック制御が実行され、前記燃料電池用電圧変換器では、該燃料電池用電圧変換器の通過電流が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行されている

このため、例えば、電機負荷の電力要求が高いときに、燃料電池のＩＶ特性による内部出力抵抗が低い領域、換言すれば、燃料電池の出力電流に対する出力電圧の変化の少ない領域（低内部出力抵抗領域）における電流フィードバック制御が燃料電池用電圧変換器にて実行されるので、該電流フィードバック制御の制御性を向上させることができる。

この場合、電流フィードバック制御の目標値としての通過電流としては、燃料電池の出力電流を直接的に制御可能な燃料電池用電圧変換器の入力電流に限らず、該燃料電池用電圧変換器の出力電流を用いてもよい。

電機負荷としては、車両駆動用の電動機、空気調和装置（エアコン）用のコンプレッサ駆動用の電動機等を挙げることができる。

これら電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるよう、電圧フィードバック制御により、共用電圧変換器の出力電圧、すなわち電機負荷の入力電圧を可変しているので、電圧で制御される電機負荷の電圧要求に的確に応えることができる。

この発明に係る電源システムは、さらに、前記電機負荷の要求電力を設定する電機負荷要求電力設定部と、設定された前記要求電力に応じて、燃料電池要求電力を設定する燃料電池要求電力設定部と、前記燃料電池が出力可能な出力電力が前記燃料電池要求電力を上回っている場合には、前記燃料電池用電圧変換器の前記目標電流を、前記燃料電池要求電力に応じた値に設定する通過電流監視部と、を備える。

この場合、特に電機負荷に対して過渡的に高い要求電力が設定されたときに、電流フィードバック制御を行っている燃料電池用電圧変換器側の通過電流（電流量）を目標電流に応じて優先して大きくすることで、電圧フィードバック制御を行っている共用電圧変換器に過剰な電流（通過電流）が流れることを回避することができる。

なお、前記燃料電池用電圧変換器及び前記共用電圧変換器の各前記通過電流の上限値が予め設定され、前記通過電流監視部は、前記要求電力が大きくなり、前記燃料電池用電圧変換器における前記電流フィードバック制御の目標電流が前記上限値又は近傍の値になったとき、前記燃料電池用電圧変換器に流れる前記通過電流を、前記上限値又は前記近傍の値に固定すると共に、前記共用電圧変換器に対し、該共用電圧変換器の通過電流の設定上限値まで通過電流が流れることを許容するように構成してもよい。

このように、電流フィードバック制御を行っている燃料電池用電圧変換器側の目標電流である通過電流が上限値に達するまでは、過渡的な電流が、電圧フィードバック制御を行っている共用電圧変換器に流れることを抑制しているので、共用電圧変換器の設定上限値、例えば定格電流値を上回る通過電流が流れることを回避することができる。

すなわち、この発明では、燃料電池用電圧変換器を優先的に使用するが、共用電圧変換器の通過電流余裕分も使うことができる。

この場合、電流センサを、前記燃料電池用電圧変換器のそれぞれに配すると共に、前記共用電圧変換器の合成電流路に配することで、燃料電池用電圧変換器のそれぞれに配される各電流センサで取得された電流値と、共用電圧変換器の合成電流路に配される電流センサで取得される電流値との、合計電流値により燃料電池の出力電流を取得することができる。

この発明によれば、共用電圧変換器では、該共用電圧変換器の出力電圧が電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるように昇圧比を変化させる電圧フィードバック制御が実行され、燃料電池用電圧変換器では、該燃料電池用電圧変換器の通過電流が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行される。

このため、例えば、電機負荷の電力要求が高いときに、燃料電池のＩＶ特性による内部出力抵抗が低い領域、換言すれば、燃料電池の出力電流に対する出力電圧の変化の少ない領域における電流フィードバック制御が燃料電池用電圧変換器にて実行されるので、該電流フィードバック制御の制御性を向上させることができる。

この発明の実施形態に係る電源システムが具現化された電動車両の概略構成図である。 図１に示す電動車両中、電圧変換ユニットの回路図である。 図３Ａは、第１及び第２電圧変換器の回路構成図、図３Ｂは、第３及び第４電圧変換器の回路構成図である。 図４Ａは、電圧変換器の交互スイッチング動作を説明するタイムチャート、図４Ｂは、第１から第４電圧変換器の交替スイッチング動作を説明するタイムチャートである。 電動車両の制御処理表を示す図である。 第１制御処理による電力伝送の模式図である。 第２制御処理による電力伝送の模式図である。 図８Ａは燃料電池のＩＶ特性図、図８ＢはＩＶ特性の電流増分に対する電圧増分を表す特性図である。 第３制御処理による電力伝送の模式図である。 第４制御処理による電力伝送の模式図である。 第５制御処理による電力伝送の模式図である。 第６制御処理による電力伝送の模式図である。 要部に係わる第２制御処理による電力伝送の模式図である。 要部に係わる第２制御処理の動作説明に供されるフローチャートである。 要部に係わる第２制御処理の動作説明に供されるタイムチャートである。 比較例の動作説明に供されるタイムチャートである。

以下、この発明に係る電源システムについて、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して説明する。

［構成の説明］
図１は、この実施形態に係る電源システムが具現化された電動車両（車両ともいう。）１０の概略構成図である。図１において、２重線は、機械連結を示している。また、図１において、電流の向きは、力行運転時を例として描いている。

電源システムの具現化は、電動車両１０に限らず、例えば、船舶、軌道車両、及び航空機等の電動車両以外の輸送機器、並びに、冷凍倉庫又は空調設備等の定置型機器等に適用することができる。

図２は、電動車両１０を構成する電圧変換ユニット２０の回路図である。

図１及び図２に示すように、電動車両１０は、電源としての燃料電池（ＦＣ）１２及び蓄電器（ＢＡＴ）１４と、力行運転時にトルクを出力可能であり、回生運転時に回生電力を出力可能な電動機（Ｍ）１６を備える。

また、電動車両１０は、燃料電池１２の出力電力の電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃ及び蓄電器１４の出力電力の電圧であるＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが入力され、これら出力電力の電圧を電圧変換し、直流電力の出力端電圧（負荷端電圧ともいう。）Ｖｉｎｖとして電動機１６に印加する電圧変換ユニット２０を備える。

さらに、電動車両１０は、電動車両１０の制御に必要な各構成要素と接続され、これら各構成要素を制御すると共に、電圧変換ユニット２０を制御する制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２２を備える。

具体的にＥＣＵ２２は、後述する各種センサ等の他に、車速センサ８２、及びアクセルペダル８４の踏込量センサ（アクセル開度センサともいう。）８５等に接続される。

電動車両１０の力行運転時に、出力端電圧Ｖｉｎｖは、直流電圧の力行電圧Ｖｐｒとしてインバータ（２相→３相、３相→２相の双方向電力変換器）２４を介して、ここでは３相の交流電力に２相→３相変換されて電動機１６に印加（給電）され、電動機１６は、交流電力に応じたトルクを発生する。電動機１６により発生されたトルクは、トランスミッション１７を介して又は直接的に駆動輪１８に供給される。

また、電動機１６は、アクセルペダル８４を開放した回生運転時に交流電力の回生電力を発生する。この回生電力は、インバータ２４を介して直流電力の電圧である回生電圧Ｖｒｅｇに３相→２相変換される。出力端電圧Ｖｉｎｖとしての回生電圧Ｖｒｅｇは、電圧変換ユニット２０を介して蓄電器１４の充電に適した電圧に変換され、蓄電器１４を充電する。

電圧変換ユニット２０は、コンタクタ２８を介して燃料電池１２の出力端子３０ｐ、３０ｎ（正側端子３０ｐ、負側端子３０ｎ）に接続される入力端子３２ｐ、３２ｎと、コンタクタ３４を介して蓄電器１４の入出力端子３６ｐ、３６ｎに接続される入出力端子３８ｐ、３８ｎと、インバータ２４を介して電動機１６に接続される入出力端子４０ｐ、４０ｎと、を備える。

燃料電池１２の出力電圧（ＦＣ電圧）Ｖｆｃと出力電流（ＦＣ電流）Ｉｆｃとがそれぞれ電圧センサ４２と電流センサ４４とで検出され、ＥＣＵ２２で取得される。

ＥＣＵ２２は、取得したＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとから燃料電池１２の電力（発電電力）を算出（取得）する。

蓄電器１４の出力電圧（ＢＡＴ電圧）Ｖｂａｔと入出力電流（ＢＡＴ電流）Ｉｂａｔとがそれぞれ電圧センサ４６と電流センサ４８とで検出され、さらに蓄電器１４の温度（ＢＡＴ温度）Ｔｂａｔが温度センサ４９で検出され、それらがＥＣＵ２２で取得される。

ＥＣＵ２２は、取得したＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＢＡＴ電流ＩｂａｔとＢＡＴ温度Ｔｂａｔとから蓄電器１４の電力を算出（取得）するとともに、予め記憶しているマップ（例えば、ＢＡＴ温度ＴｂａｔをパラメータとしたＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに対する残容量の特性）等を参照して蓄電器１４の残容量としてのＳＯＣ（充電状態）を算出（取得）する。

電圧変換ユニット２０の出力端電圧Ｖｉｎｖ（力行電圧Ｖｐｒ、回生電圧Ｖｒｅｇ）と入出力電流Ｉｉｎｖ（力行電流Ｉｐｒ、回生電流Ｉｒｅｇ）が、電圧センサ６２と電流センサ６４とで検出され、それぞれＥＣＵ２２で取得される。

この場合、ＥＣＵ２２は、取得した出力端電圧Ｖｉｎｖ（力行電圧Ｖｐｒ、回生電圧Ｖｒｅｇ）と出力端電流Ｉｉｎｖ（力行電流Ｉｐｒ、回生電流Ｉｒｅｇ）とから入出力端子４０ｐ、４０ｎに係わる力行電力又は回生電力を算出（取得）する出力端電力（力行電力又は回生電力）取得部としての機も有する。

電圧変換ユニット２０は、第１〜第４電圧変換器５１〜５４から構成される。

第１電圧変換器５１は、インダクタ１０１とダイオード１０２と逆並列ダイオード１０４が接続されたスイッチング素子１０３とから構成され、燃料電池１２の電力のＦＣ電圧Ｖｆｃを力行電圧Ｖｐｒの負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する昇圧コンバータである。

同様に、第２電圧変換器５２は、インダクタ１１１とダイオード１１２と逆並列ダイオード１１４が接続されたスイッチング素子１１３とから構成され、第１電圧変換器５１と同様に、燃料電池１２の電力のＦＣ電圧Ｖｆｃを負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する昇圧コンバータである。

インダクタ１０１とインダクタ１１１とは、共通のコアにインダクタ１０１及びインダクタ１１１を形成する各コイルが逆極性に巻回された構成とされている。

インダクタ１０１とインダクタ１１１の共通接続点は、第１通電路７１を介し、正側の入力端子３２ｐ、コンタクタ２８を介して燃料電池１２の正側端子３０ｐに接続されている。

第３電圧変換器５３は、インダクタ１２１と、逆並列ダイオード１２３が接続されたスイッチング素子１２４と、逆並列ダイオード１２５が接続されたスイッチング素子１２６とから構成され、蓄電器１４の電力のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを力行電圧Ｖｐｒの負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する昇圧コンバータとして動作するとともに、回生電圧Ｖｒｅｇの負荷端電圧ＶｉｎｖをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに降圧する降圧コンバータとしても動作する。すなわち、第３電圧変換器５３は、昇降圧コンバータとして動作する。

第４電圧変換器５４は、インダクタ１３１と、逆並列ダイオード１３３が接続されたスイッチング素子１３４と、逆並列ダイオード１３５が接続されたスイッチング素子１３６とから構成され、第３電圧変換器５３と同様に、基本的には、蓄電器１４の電力のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを力行電圧Ｖｐｒの負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する昇圧コンバータとして動作するとともに、回生電圧Ｖｒｅｇの負荷端電圧ＶｉｎｖをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに降圧する降圧コンバータとしても動作する。すなわち、第４電圧変換器５４も、昇降圧コンバータとして動作する。

インダクタ１２１とインダクタ１３１とは、共通のコアにインダクタ１２１及びインダクタ１３１を形成する各コイルが逆極性に巻回された構成とされている。

インダクタ１２１とインダクタ１３１の共通接続点は、第２通電路７２を介し、バイパス通電路（第３通電路ともいう。）７３を通じ、正側の入力端子３２ｐ及びコンタクタ２８を介して燃料電池１２の正側端子３０ｐに接続されるとともに、正側の入出力端子３８ｐ及びコンタクタ３４を介して蓄電器１４の正側の入出力端子３６ｐに接続される。

バイパス通電路７３は、ダイオードＤ１と、逆並列ダイオードＤ２が接続され、ＥＣＵ２２によりオンオフ制御されるスイッチ素子（以下、単にスイッチともいう。）ＳＷ１との直列接続で構成される。

なお、通電路（共通通電路）７４は、燃料電池１２、蓄電器１４、及び第１〜第４電圧変換器５１〜５４、及びインバータ２４の基準電位（共通電位ともいう。）となる通電路である。

第１通電路７１の通過電流Ｉｆは、第１分岐路１５１の通過電流Ｉ１及び第２分岐路１５２の通過電流Ｉ２の合成電流となるが、通過電流Ｉ１及び通過電流Ｉ２は、それぞれ、電流センサ１６１と電流センサ１６２により検出され、ＥＣＵ２２により取得される。ＥＣＵ２２は、通過電流Ｉｆを算出（取得）する。

スイッチＳＷ１がオン状態（閉状態）にされているとき、Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔを前提条件として、燃料電池１２から第３通電路７３に流れる電流（通過電流）Ｉｔの値は、ＦＣ電流Ｉｆｃから通過電流Ｉｆを差し引いた電流値（Ｉｔ＝Ｉｆｃ−Ｉｆ）としてＥＣＵ２２で算出（取得）される。

第２通電路７２の通過電流Ｉｓは、第３分岐路１５３の通過電流Ｉｓ１及び第４分岐路１５４の通過電流Ｉｓ２の合成電流となるが、それぞれ、電流センサ１６３と電流センサ１６４により検出され、ＥＣＵ２２により取得される。ＥＣＵ２２は、通過電流Ｉｓを算出（取得）する。

なお、通過電流Ｉｓ１、Ｉｓ２において、力行電流を通過電流Ｉ３、Ｉ４という。

通過電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉｓ１（Ｉ３）、Ｉｓ２（Ｉ４）の値により、第１、第２、第３、第４電圧変換器５１、５２、５３、５４の通過電流制限値である許容通過電流（許容通過電力）がＥＣＵ２２により管理される。

理解の便宜のために、この実施形態において、スイッチング素子１０３、１１３、１２４、１２６、１３４、１３６は、同一仕様の半導体チップを使用しているものとする。換言すれば、通過電流制限値である許容通過電流（許容通過電力）が各スイッチング素子で同一あるものとし、且つ力行時の通過電流の制限について説明する。

各通過電流（通過電力）Ｉ１、Ｉ２、Ｉｓ１（Ｉ３）、Ｉｓ２（Ｉ４）は、ＥＣＵ２２の通過電流監視部２２ｃにより監視される。

ＥＣＵ２２は、通過電流監視部２２ｃとして機能する他、後述する電機負荷要求電力設定部としての電動機要求電力設定部２２ａ及び燃料電池要求電力設定部２２ｂとしても機能する。

コンデンサＣ１〜Ｃ３は、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔと負荷端電圧Ｖｉｎｖをそれぞれ平滑化するコンデンサ、抵抗器Ｒ３は、コンデンサＣ３の放電用抵抗器である。

なお、蓄電器１４の出力側には、燃料電池１２に、一方の反応ガスである圧縮空気を送給するエアコンプレッサ等の補機１５が接続されている。補機１５には、前記エアコンプレッサの他に、それぞれ不図示の、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを＋１２Ｖに降圧する降圧器と、該降圧器により降圧された＋１２Ｖで充電される補助バッテリと、該補助バッテリから電力が供給される灯火器等の低電圧補機が含まれる。補機１５には、蓄電器１４等から補機電流Ｉａｕｘが流れ込む。

ここで、図３Ａを参照して第１及び第２電圧変換器５１（５２）の［昇圧動作］と［直結動作］、及び図３Ｂを参照して第３及び第４電圧変換器５３（５４）の［昇降圧動作］と［直結動作］を、第１電圧変換器５１及び第３電圧変換器５３を代表として説明する。

［第１電圧変換器５１の昇圧動作］
図３Ａに示す第１電圧変換器５１は、スイッチング素子１０３のオンオフ（スイッチング）を周期的に行うことで、１次側の入力端子３２ｐ、３２ｎ間に燃料電池１２から入力される直流電力のＦＣ電圧Ｖｆｃを昇圧した直流電力の力行電圧Ｖｐｒを２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎから出力することが可能な一方向型の電圧変換器である。この場合、スイッチング素子１０３のオンオフのデューティを調整することで、電圧の昇圧率（Ｖｐｒ／Ｖｆｃ）を可変的に制御することができる。

［第１電圧変換器５１の直結動作］
また、第１電圧変換器５１は、スイッチング素子１０３をオフ状態に維持した場合には、第１電圧変換器５１の１次側から２次側への一方向の電力伝送に関して、該第１電圧変換器５１の１次側と２次側とが実質的に直結された状態となる。この状態では、１次側の入力端子３２ｐ、３２ｎに入力される燃料電池１２の直流電力を、そのまま（電圧変換をせずに）、力行電圧Ｖｐｒとして２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎから出力することが可能である。この直結状態では、第１電圧変換器５１のいわゆるスイッチング損失がゼロ値となる。

図３Ｂに示す第３電圧変換器５３は、双方向型の電圧変換器である。

［第３電圧変換器５３の昇圧動作］
スイッチＳＷ１がオフ状態であり、燃料電池１２の直流電力が遮断されている状態の第１の昇圧時には、上記した第１電圧変換器５１と同様に、スイッチング素子１２４をオフ状態とし、スイッチング素子１２６のオンオフ（スイッチング）を周期的に行うことで、１次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎ間に蓄電器１４から入力される直流電力のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧した直流電力の力行電圧Ｖｐｒを２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎから出力する。この場合、スイッチング素子１２６のオンオフのデューティを調整することで、電圧の昇圧率（Ｖｐｒ／Ｖｆｃ）を可変的に制御することができる。

スイッチＳＷ１がオン状態であり、燃料電池１２からの直流電力が第３通電路７３のダイオードＤ１及びスイッチＳＷ１を通じて入出力端子３８ｐ、３８ｎに供給されるとともに、蓄電器１４からの直流電力が入出力端子３８ｐ、３８ｎに供給されている状態（Ｖｂａｔ＝Ｖｆｃ）の第２の昇圧時には、上記した第１電圧変換器５１と同様に、スイッチング素子１２４をオフ状態とし、スイッチング素子１２６のオンオフ（スイッチング）を周期的に行うことで、１次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎ間に燃料電池１２及び蓄電器１４から入力される直流電力の電圧（Ｖｂａｔ＝Ｖｆｃ）を昇圧した直流電力の力行電圧Ｖｐｒを２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎから出力する。この場合、スイッチング素子１２６のオンオフのデューティを調整することで、電圧の昇圧率｛（Ｖｐｒ／Ｖｂａｔ）＝（Ｖｐｒ／Ｖｆｃ）｝を可変的に制御することができる。

［第３電圧変換器５３の降圧動作］
この場合、スイッチＳＷ１をオフ状態として、燃料電池１２（第３通電路７３）を遮断し、燃料電池１２の発電電力を極小（発電を停止させないで継続させておく程度の最小限の発電）に制御した状態で、２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎに入力される直流電力、具体的には、電動機１６の回生電力がインバータ２４を介して生成された直流電力の回生電圧Ｖｒｅｇを入出力端子３８ｐ、３８ｎのＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧させて出力する、すなわち、蓄電器１４を回生電力により充電する。

このため、スイッチング素子１２６をオフ状態に制御した状態で、スイッチング素子１２４のオンオフ（スイッチング）を周期的に行うことで、２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎに入力される直流電力（電動機１６の回生電力からインバータ２４を介して生成された直流電力）の回生電圧Ｖｒｅｇを降圧した直流電力を１次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎから出力することができる。この場合、スイッチＳＷ１をオフ状態にしているので、回生電力を最大限、蓄電器１４に充電することができる。なお、スイッチング素子１２４のオンオフのデューティを調整することで、電圧の降圧率（Ｖｂａｔ／Ｖｒｅｇ）を可変的に制御することが可能である。

［第３電圧変換器５３の直結動作（力行運転時）］
また、第３電圧変換器５３は、スイッチング素子１２４、１２６をオフ状態に維持した場合には、電圧変換器５３の１次側から２次側への一方向の電力伝送に関して、該第３電圧変換器５３の１次側と２次側とが実質的に直結された状態となる。この状態では、１次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎに入力される直流電力を、そのまま（電圧変換をせずに）、２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎから出力することが可能である。

［第３電圧変換器５３の直結動作（回生運転時、力行運転時）］
さらに、第３電圧変換器５３は、スイッチング素子１２６をオフ状態に維持し、且つスイッチング素子１２４をオン状態に維持した場合には、電圧変換器５３の１次側と２次側との間の双方向の電力伝送に関して、該電圧変換器５３の１次側と２次側とが実質的に直結された状態となる。この状態では、１次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎ及び２次側の入出力端子４０ｐ、４０ｎの一方側に入力した直流電力を、そのまま（電圧変換をせずに）、他方側から出力することが可能である。

ここで、図４Ａのタイムチャートを参照して［第１及び第２電圧変換器５１、５２のスイッチング素子１０３、１１３の交互スイッチング動作］、又は［第３及び第４電圧変換器５３、５４のスイッチング素子１２４、１３４の交互スイッチング動作］について説明する。

［第１及び第２電圧変換器５１、５２のスイッチング素子１０３、１１３の交互スイッチング動作］
図４Ａに示すように、第１及び第２電圧変換器５１、５２の上記の昇圧動作では、スイッチング素子１０３、１１３が、スイッチング周期Ｔｃの間に交互にオン状態となるように（交互にオフ状態になるように）、スイッチング素子１０３、１１３の両方のスイッチングを周期的に行うようにしてもよい。

このように交互制御することで、第１及び第２電圧変換器５１、５２の出力電圧である力行電圧Ｖｐｒのリップルを低減することができる。

［第３及び第４電圧変換器５３、５４のスイッチング素子１２４、１３４の交互スイッチング動作］
図４Ａに示すように、第３及び第４電圧変換器５３、５４の上記の降圧動作（スイッチング素子１２６、１３６がオフ状態）では、スイッチング素子１２４、１３４が、スイッチング周期Ｔｃの間に交互にオン状態となるように（交互にオフ状態になるように）、スイッチング素子１２４、１３４の両方のスイッチングを周期的に行うようにしてもよい。

このように交互制御することで、第３及び第４電圧変換器５３、５４の出力電圧である、回生電圧Ｖｒｅｇを電圧変換したＢＡＴ電圧Ｖｂａｔのリップルを低減することができる。

さらに、図４Ｂのタイムチャートを参照して［第１〜第４電圧変換器５１〜５４のスイッチング素子１０３、１１３、１２６、１３６の交替スイッチング動作］について説明する。

［第１〜第４電圧変換器５１〜５４のスイッチング素子１０３、１１３、１２６、１３６の交替スイッチング動作］
図４Ｂに示すように、第１〜第４電圧変換器５１〜５４の上記の昇圧動作では、スイッチング素子１２４、１３４のオフ状態下に、スイッチング素子１０３、１２６、１１３、１３６のそれぞれがオン（又はオフ）になるタイミングが、スイッチング周期Ｔｃを、スイッチング素子１０３、１２６、１１３、１３６の個数（＝４）で除算した時間幅（＝Ｔｃ／４）に相当する位相（すなわち、９０ｄｅｇの位相）だけ順番に（第１、第３、第２、第４の順番で）ずれるように行われる。

このように交替制御することで、第１〜第４電圧変換器５１〜５４の出力電圧である力行電圧Ｖｐｒのリップルを低減することができる。

［動作の説明］
基本的には以上のように構成される、この実施形態に係る電源システムとしての電動車両１０の動作について、以下、ａ．前提の説明、ｂ．第１〜第６制御処理の説明、及びｃ．要部に係わる第２制御処理の詳細な動作説明の順に説明する。

［ａ．前提の説明］
図２において、燃料電池１２から第３及び第４電圧変換器５３、５４に電力を入力することは、燃料電池１２の出力電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃが蓄電器１４の出力電圧であるＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも高くなっている状況下で、バイパス通電路７３のスイッチＳＷ１をオン状態に制御することで可能となる。

また、蓄電器１４の電力は、ダイオードＤ１により阻止されるので、第１及び第２電圧変換器５１、５２に入力することはできず、第３及び第４電圧変換器５３、５４だけに入力することが可能となっている。

このように、第１〜第４電圧変換器５１〜５４のうち、第３及び第４電圧変換器５３、５４は、燃料電池１２及び蓄電器１４の双方の電力を入力し得る電圧変換器（すなわち、燃料電池１２及び蓄電器１４に対しての共用電圧変換器）となっており、第１及び第２電圧変換器５１、５２は、燃料電池１２の電力だけを入力し得る電圧変換器（すなわち、燃料電池１２に対しての専用電圧変換器であるので燃料電池用電圧変換器ともいう。）となっている。

そのため、以下、理解の便宜のために、第１及び第２電圧変換器５１、５２を燃料電池用電圧変換器５１、５２、第３及び第４電圧変換器５３、５４を共用電圧変換器５３、５４ということもある。

第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれは、インダクタ１２１、１３１と、入出力端子４０ｐとの間に、スイッチング素子１２４、１３４を備えるため、電動機１６の回生運転時においては、入出力端子４０ｐ、４０ｎ側から、第３及び第４電圧変換器５３、５４のスイッチング素子１２４、１３４を介して、蓄電器１４に電力を供給して、該蓄電器１４の充電を行うことが可能となっている。

あるいは、燃料電池１２の電力を、第１及び／又は第２電圧変換器５１、５２と、第３及び／又は第４電圧変換器５３、５３とを経由させて、蓄電器１４に充電することも可能である。

以下、図５に示す電動車両１０の制御処理表に沿って動作（制御処理）を説明する。

ＥＣＵ２２は、コンタクタ２８、３４がオン状態となっている状態（電動車両１０の走行可能な状態）で前記制御処理表に示す第１〜第６制御処理を適宜実行する。

［ｂ．第１〜第６制御処理の説明］
［第１制御処理］
第１制御処理は、電動機１６の力行運転時に、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高くなっている場合に、図６に示すように、燃料電池１２及び蓄電器１４の双方の電力（主に、燃料電池１２の電力）を電動機１６に給電し、該電動機１６に比較的小さな駆動力を発生させる制御処理である。

この第１制御処理は、例えば、電動機１６の要求加速度（電動機１６の出力軸の回転角加速度の要求値）又は要求駆動力（要求トルク、要求推進力）が所定の閾値よりも小さい状況（電動車両１０の緩加速状況）、あるいは、電動機１６の動作速度（電動機１６の出力軸の回転角速度）が所定の閾値よりも低い低速域での電動機１６のクルーズ運転状態等、電動機１６に発生させるべき駆動力が比較的小さなものとなる力行運転時に実行される制御処理である。

換言すれば、第１制御処理は、電動機１６の要求電力が比較的小さなものとなる力行運転時に実行される制御処理である。以下、前記要求加速度、前記要求駆動力、及び前記動作速度等を、理解の便宜、煩雑さの回避のために、電動機１６の要求電力として説明する。

電動機１６のクルーズ運転状態は、該電動機１６の出力軸の回転角速度がほぼ一定に保たれる運転状態である。そして、電動機１６の動作速度が所定の閾値よりも低い低速域での電動機１６のクルーズ運転状態は、換言すれば、車速が所定の閾値よりも低い低速域での電動車両１０のクルーズ走行状態である。

回路的に、第１制御処理は、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高くなっている状況で、第３及び第４電圧変換器５３、５４は直結状態（スイッチング素子１２４、１２６、１３４、１３６：オフ状態）に維持される。なお、バイパス通電路７３のスイッチＳＷ１はオフ状態に維持される。

なお、スイッチＳＷ１がオン状態に維持されても、Ｖｂａｔ＞Ｖｆｃなので、ダイオードＤ１により第３通電路７３の通過電流Ｉｔが阻止されるので、実質的に電流の流れない状態、換言すればオフ状態になっている。以下の関連する制御処理でも同様である。

この場合、第３及び第４電圧変換器５３、５４は、それぞれ、一次側に入力される蓄電器１４の電力を、そのまま（電圧変換を行わずに）二次側に出力する。このため、第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれの出力端電圧Ｖｉｎｖ（＝力行電圧Ｖｐｒ）は、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔにほぼ一致する電圧｛ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔからダイオード１２３（１３３）の順方向電圧を引いた電圧｝となる。

また、ＥＣＵ２２は、燃料電池１２の電力が入力される第１及び第２電圧変換器５１、５２の出力端電圧Ｖｉｎｖを、第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれの出力端電圧Ｖｉｎｖ≒ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに一致させるように、第１及び第２電圧変換器５１、５２の昇圧動作を行わせる。

この昇圧動作では、図４Ａに示したように、電圧変換器５１、５２のそれぞれのスイッチング素子１０３、１１３のスイッチング（オンオフ）が周期的に行われると共に、そのスイッチングのデューティを調整することで、電圧変換器５１、５２の出力電圧が制御される。

なお、電動機１６への通電電流が十分に小さい場合には、電圧変換器５１、５２のいずれか一方だけに昇圧動作を行わせるようにしてもよい。

［第２制御処理］
この実施形態の要部に係わる第２制御処理は、電動機１６の力行運転時に、図７に示すように、燃料電池１２及び蓄電器１４の双方から比較的大きな電力を電動機１６に給電して、該電動機１６に比較的大きな駆動力を発生させる制御処理である。

この第２制御処理は、例えば、電動機１６の要求電力が大きい状況（例えば、車両１０の急加速又は登坂時等の高負荷運転状況）で実行される制御処理である。

回路的に、第２制御処理は、ＥＣＵ２２が、原則的に、前記バイパス通電路７３のスイッチＳＷ１をオン状態に制御した状態で、第１〜第４電圧変換器５１、５２、５３、５４にそれぞれの昇圧動作を、図４Ｂを参照して説明した交替スイッチング動作で行わせる。

この場合、ＥＣＵ２２は、第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれの出力端電圧Ｖｉｎｖを、所定の目標値に近づけるように、昇圧比を変化させる電圧フィードバック制御処理を実行することで、電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２６、１３６のスイッチングのデューティを決定する。そして、そのデューティに従って、スイッチング素子１２６、１３６のそれぞれのスイッチング（オンオフ）を行わせる。

また、ＥＣＵ２２は、燃料電池１２の電力が入力される第１及び第２電圧変換器５１、５２のそれぞれの出力電流を、所定の目標値（例えば、電動機１６の電流要求値から、第３及び第４電圧変換器５３、５４のトータルの出力電流を差し引いた電流量）に近づけるように、出力電流フィードバック制御処理を実行することで、電圧変換器５１、５２のそれぞれのスイッチング素子１０３、１１３のスイッチング（オンオフ）のデューティを決定する。そして、そのデューティに従って、スイッチング素子１０３、１１３のそれぞれのスイッチングを行わせる。この場合、出力電流フィードバック制御により、電圧変換器５１、５２の昇圧動作が行われる。

なお、この実施形態においては、第１及び第２電圧変換器５１、５２の出力電流フィードバック制御は、図１に示した電流センサ１６１、１６２の接続とは異なり、ダイオード１０２、１１２の各カソードと両カソードの共通接続点の間に電流センサ１６１、１６２をそれぞれ挿入して行うこととなるが、図１、図２に示しているように、第１分岐路１５１及び第２分岐路１５２に電流センサ１６１、１６２を挿入し、前記出力電流と等価な通過電流Ｉ１、Ｉ２でフィードバック制御を行っている。

図８ＡのＩＶ特性及び図８ＢのＩＶ特性の電流増分に対する電圧増分を表す電流微分特性（単位電流当たりの電圧変化量特性）に示すように、燃料電池１２は、閾値Ｉｆｃｔｈ以上の比較的大きな電流を出力する状態では、電流の変化に対する電圧の変化の感度（ΔＶｆｃ／ΔＩｆｃ）が値１以下と低いため、換言すれば、低出力インピーダンスであるため、第２制御処理での燃料電池１２の大きな電力を入力する電圧変換器５１、５２の昇圧動作の安定性を高める上でも、電圧制御よりも電流制御が適している。

以上のように、第２制御処理では、図７に示したように、第１〜第４電圧変換器５１、５２、５３、５４の昇圧動作を行いながら、燃料電池１２及び蓄電器１４の双方から電動機１６に大きな電力が給電され、該電動機１６の力行運転（大きな駆動力での力行運転）が行われる。

この場合、バイパス通電路７３のスイッチＳＷ１をオン状態に制御しているので、第２制御処理の実行中に、蓄電器１４の出力電圧が低下しても、矢印付き破線で示すように、燃料電池１２から第３及び第４電圧変換器５３、５４を介して電動機１６への供給電力を確保することができる。併せて、燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電することもできる。

なお、この要部に係わる第２制御処理の詳細については、さらに後述する。

［第３制御処理］
蓄電器１４は、出力密度が高い蓄電器であるので、蓄電器１４の電力を頻繁に電動機１６に給電すると、該蓄電器１４の残容量が早期に小さくなる虞がある。

このため、燃料電池１２の電力を、蓄電器１４に適宜、充電することが行われる。この充電は、第３制御処理により行われる。

第３制御処理は、基本的には、車両１０の停止時に、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高くなっている状況、すなわち、燃料電池１２の電力をバイパス通電路７３を経由して蓄電器１４に供給することがダイオードＤ１により阻止される状況で、図９に示すように、蓄電器１４の充電を行う制御処理である。

この制御処理では、ＥＣＵ２２は、第１及び第２電圧変換器５１、５２のそれぞれの昇圧動作を図４Ａに示したスイッチングタイミングで行わせる。この場合、ＥＣＵ２２は、例えば、第１及び第２電圧変換器５１、５２のそれぞれの出力電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖが、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも若干高い電圧値になるように、電圧変換器５１、５２のそれぞれのスイッチング素子１０３、１１３のスイッチングのデューティを制御する。

さらに、ＥＣＵ２２は、第３及び第４電圧変換器５３、５４を電力が二次側から一次側に向かう方向で直結状態にする。すなわち、スイッチング素子１２６、１３６をオフ状態に維持すると共に、スイッチング素子１２４、１３４をオン状態に維持する。これにより、第３及び第４電圧変換器５３、５４は、それぞれ、二次側に入力される電力を、そのまま（電圧変換を行わずに）、一次側から出力し得る直結状態となる。

このため、図９に示すように、第１及び第２電圧変換器５１、５２の昇圧動作によって昇圧された燃料電池１２の電力が、第３及び第４電圧変換器５３、５４の二次側から一次側に伝送され、さらに、該電圧変換器５３、５４の一次側から蓄電器１４に充電される。

なお、第３制御処理では、蓄電器１４への充電電流が小さなものとなる状況では、第１及び第２電圧変換器５１、５２の一方の昇圧動作だけを行うようにしてもよい。

また、第３制御処理において、第３及び第４電圧変換器５３、５４の降圧動作（二次側に入力される電力の電圧を降圧して一次側に伝送する降圧動作）を行うことも可能である。この場合には、電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２４、１３４のスイッチングを、図４Ａに示した態様と同様の態様で、位相をずらして行うことが好ましい。

この場合、ＦＣ電圧ＶｆｃがＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも高い状況で、バイパス通電路７３のスイッチＳＷ１をオフ状態に維持した状態では、第１及び第２電圧変換器５１、５２と、第３及び第４電圧変換器５３、５４とを順に経由させて、蓄電器１４に充電する（換言すれば、第３制御処理により蓄電器１４を充電する）ことも可能である。

［第４制御処理の概要及び第５制御処理の概要］
第４制御処理は、図１０に示すように、電動機１６の力行運転時に、燃料電池１２の電力を電動機１６に給電することと、燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電することとを並行して行う制御処理、第５制御処理は、図１１に示すように、電動機１６の力行運転時に、燃料電池１２の電力を電動機１６に給電することと、前記第３制御処理と同様の回路接続・制御処理により、燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電することとを並行して行う制御処理である。

これらの第４制御処理及び第５制御処理は、例えば、電動機１６の要求電力が小さなものとなる状況、例えば電動機１６の動作速度（電動機１６の出力軸の回転角速度）が所定の閾値よりも高いものとなる高速域での電動機１６のクルーズ運転状態で実行される制御処理である。

なお、電動機１６の動作速度（電動機１６の出力軸の回転角速度）が所定の閾値よりも高いものとなる高速域での電動機１６のクルーズ運転状態は、換言すれば、車速が所定の閾値よりも高い高速域での車両１０のクルーズ走行状態である。

［第４制御処理の詳細］
図１０に示した第４制御処理は、次のように実行される。すなわち、ＥＣＵ２２は、ＦＣ電圧ＶｆｃがＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも高くなっている状況で、燃料電池１２の電力を、バイパス通電路７３を介して蓄電器１４に充電することと並行して、第１〜第４電圧変換器５１〜５４のうちの１つ以上の電圧変換器の昇圧動作を行わせることで、該電圧変換器を介して燃料電池１２の電力を電動機１６に給電する。

この場合、ＥＣＵ２２は、電動機１６に供給すべき電流が多くなるほど、昇圧動作を行わせる電圧変換器（以降、昇圧動作対象の電圧変換器という）の個数（相数）を多くするように、昇圧動作対象の電圧変換器を選定する。

例えば、ＥＣＵ２２は、電動機１６に供給すべき電流が比較的小さい場合には、第１及び第２電圧変換器５１、５２の対、あるいは、第３及び第４電圧変換器５３、５４の対を昇圧動作対象の電圧変換器として選定し、電動機１６に供給すべき電流が比較的大きい場合には、第１〜第４電圧変換器５１〜５４を昇圧動作対象の電圧変換器として選定する。

そして、ＥＣＵ２２は、昇圧動作対象の電圧変換器の出力端電圧Ｖｉｎｖ＝Ｖｐｒが、電動機１６の力行運転に必要な所定の電圧になるように、昇圧動作対象の電圧変換器の対象のスイッチング素子１０３、１１３、１２６、１３６のスイッチングのデューティを制御する。

この場合、昇圧動作対象の電圧変換器が、第１及び第２電圧変換器５１、５２の対、あるいは、第３及び第４電圧変換器５３、５４の対である場合には、スイッチングは、図３Ａに示した態様で位相をずらして行われる。また、昇圧動作対象の電圧変換器が、第１〜第４電圧変換器５１〜５４である場合には、スイッチングは、図３Ｂに示した態様で位相をずらして行われる。

［第５制御処理の詳細］
一方、図１１に示した第５制御処理は、次のように実行される。すなわち、ＥＣＵ２２は、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高くなっている状況で、燃料電池１２の電力を、第１及び第２電圧変換器５１、５２と、第３及び第４電圧変換器５３、５４とを順に経由させて蓄電器１４に充電することと並行して、第１及び第２電圧変換器５１、５２を介して燃料電池１２の電力を電動機１６に給電する。

この場合、ＥＣＵ２２は、第１及び第２電圧変換器５１、５２の昇圧動作によって、該電圧変換器５１、５２の出力端電圧Ｖｉｎｖが、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも高い電圧で、電動機１６の力行運転に必要な所定の電圧になるように、図３Ａに示した態様で、電圧変換器５１、５２のそれぞれのスイッチング素子１０３、１１３のスイッチングのデューティを制御する。

さらに、ＥＣＵ２２は、第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２６、１３６をオフ状態に維持した状態で、該電圧変換器５３、５４の降圧動作によって、該電圧変換器５３、５４の一次側の入出力端子３８ｐ、３８ｎの出力電圧が、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも若干高い電圧になるように、図３Ａに示した態様で、電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２４、１３４のスイッチングのデューティを制御する。

なお、電動機１６に供給すべき電流が十分に小さい場合には、第１及び第２電圧変換器５１、５２のいずれか一方だけの昇圧動作を行い、あるいは、第３及び第４電圧変換器５３、５４のいずれか一方だけの降圧動作を行うようにしてもよい。

以上のように、第４制御処理又は第５制御処理を実行することで、燃料電池１２から電動機１６への給電を行いながら、燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電することができる。このため、燃料電池１２の電力だけで電動機１６の力行運転を行い得る状況で、蓄電器１４を充電して、該蓄電器１４の残容量の極端な低下を予防することができる。

［第６制御処理］
第６制御処理は、図１２に示すように、電動機１６の回生運転時（車両１０の回生制動時）に、電動機１６から出力される回生電力を蓄電器１４に充電することと、燃料電池１２の電力を蓄電器１４に並行して充電することを行う制御処理である。

第６制御処理は、次のように実行される。すなわち、ＥＣＵ２２は、アクセルペダル８４が開放されて、踏込量センサ８５による踏込量がゼロ値となる回生運転を検出したとき、電動機１６の回生電力の回生電圧Ｖｒｅｇを入力とする第３及び第４電圧変換器５３、５４の降圧動作を行わせることで、該電圧変換器５３、５４を介して電動機１６の回生電力を蓄電器１４に充電する。なお、ＦＣ電圧ＶｆｃがＢＡＴ電圧Ｖｂａｔよりも高くなっている状況下では、並行して、燃料電池１２の電力を、バイパス通電路７３を介して蓄電器１４に充電する。

この場合、ＥＣＵ２２は、第１及び第２電圧変換器５１、５２のそれぞれのスイッチング素子１０３、１１３をオフ状態に維持する。

さらに、ＥＣＵ２２は、第３及び第４電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２６、１３６をオフ状態に維持した状態で、該電圧変換器５３、５４の降圧動作によって、該電圧変換器５３、５４の１次側の出力電圧が、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔより若干高い電圧になるように、図４Ａに示した態様で、電圧変換器５３、５４のそれぞれのスイッチング素子１２４、１３４のスイッチングのデューティを制御する。

この第６制御処理を実行することで、図１２に示したように、燃料電池１２の電力をバイパス通電路７３を介して蓄電器１４に充電することと並行して、電動機１６の回生電力を第３及び第４電圧変換器５３、５４を介して蓄電器１４に充電することが行われる。

［ｃ．要部に係わる第２制御処理の詳細な動作説明］
図１の概略構成図、図２の回路図、図７を再掲した図１３の電力伝送の模式図、図１４のフローチャート、及び図１５のタイムチャートを参照して説明する。

図１４のフローチャートのステップＳ１にて、ユーザのアクセルペダル８４の踏込操作に係わる踏込量がアクセルペダル８４の踏込量センサ８５により検出され、ＥＣＵ２２で取得される。

ステップＳ２にて、ＥＣＵ２２の電動機要求電力設定部２２ａは、この踏込量から、予め記憶されている特性（アクセルペダル踏込量に対する要求電力の特性）を参照して電動機１６の要求電力（要求電流）、すなわち、電動機要求電力、電動機要求電流を決定する。

ステップＳ３にて、ＥＣＵ２２の燃料電池要求電力設定部２２ｂは、電動機要求電力設定部２２ａにて決定された電動機要求電力（電動機要求電流）に応じた燃料電池要求電力を燃料電池１２に設定する。

ステップＳ３にて、燃料電池１２の出力電流であるＦＣ電流Ｉｆｃが、電動機要求電力に応じて増減するように制御される。同時に、第１及び第２電圧変換器５１、５２は、通過電流Ｉ１、Ｉ２が電動機１６の要求電力に比例して増減するように指令値が設定されて入力側電流フィードバック制御される。

このため、負荷端電圧（出力側電圧）Ｖｉｎｖが電動機要求電力に対応するように設定される第３及び第４電圧変換器５３、５４の通過電流Ｉ３、Ｉ４は、基本的には、一定値の電流が流れる。

すなわち、基本的には、後述するように通過電流Ｉ１、Ｉ２が通過電流の上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍを上回らない領域では、次の（１）式のように制御される。
Ｉｆｃ＝Ｉ１（変動）＋Ｉ２（変動）＋Ｉ３（固定）＋Ｉ４（固定）…（１）

この場合、電流センサ１６１、１６２によりそれぞれ検出される第１及び第２通過電流Ｉ１、Ｉ２が、それぞれ、通過電流の上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍを上回らないように通過電流監視部２２ｃにより制御されるので、第１及び第２通過電流Ｉ１、Ｉ２が上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍまで上昇したときには、上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍ（を上回らないよう）に制限される。このときは、例外的に、電動機１６の要求電力の増加に応じて第３及び第４電圧変換器５３、５４の通過電流Ｉ３、Ｉ４が増加する。

すなわち、例外的には、次の（２）式のように制御される。
Ｉｆｃ＝Ｉ１ｌｉｍ＋Ｉ２ｌｉｍ＋Ｉ３（変動）＋Ｉ４（変動）…（２）

次に、ステップＳ４にて、電圧変換ユニット２０から出力される電力（力行電圧Ｖｐｒ×力行電流Ｉｐｒ）によりインバータ２４を通じて電動機１６が駆動される。

この場合の力行電流Ｉｐｒは、（１）式又は（２）式に示したＦＣ電流Ｉｆｃになる。

上記した図１４のフローチャートを参照して説明した第２制御処理は、図１５のタイムチャートを参照して説明すれば、電動機要求電力の変化に対応するようにＦＣ電流Ｉｆｃが制御される。

この場合、第１通過電流Ｉ１及び第２通過電流Ｉ２の指令値が第１通過電流指令値Ｉ１ｃｏｍ及び第２通過電流指令値Ｉ２ｃｏｍに設定され、この設定値となるように、第１通過電流Ｉ１及び第２通過電流Ｉ２が電流フィードバック制御される。

第１通過電流Ｉ１及び第２通過電流Ｉ２が、上限値Ｉ１ｌｉｍ及び上限値Ｉ２ｌｉｍに達した場合、電流フィードバックにより第１通過電流Ｉ１及び第２通過電流Ｉ２は、上限値Ｉ１ｌｉｍ及び上限値Ｉ２ｌｉｍに制限され（時点ｔ１〜時点ｔ２間、及び時点ｔ３〜時点ｔ４間）、上限値を上回る分のＦＣ電流Ｉｆｃは、第３電圧変換器５３及び第４電圧変換器５４の通過電流Ｉ３、Ｉ４を増加させることで賄われる。

［まとめ］
以上説明したように上述した実施形態に係る電源システムが具現化された電動車両１０は、電機負荷としての車両駆動用の電動機１６と、燃料電池１２及び蓄電器１４と、燃料電池１２及び蓄電器１４の少なくとも一方の電力が入力され、入力された電力の電圧を変換して力行電圧Ｖｐｒとして電動機１６に出力する複数の電圧変換器（第１〜第４電圧変換器５１〜５４）を有している。

ここで、複数の電圧変換器（第１〜第４電圧変換器５１〜５４）中、少なくとも１つの電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）が、燃料電池１２の電力及び蓄電器１４の電力が入力可能な共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）として構成され、且つ少なくとも１つの電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）が、燃料電池１２の電力が入力される燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）として構成されている。

この場合、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）では、該共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の出力端電圧Ｖｉｎｖ（Ｖｐｒ）が電動機１６の電力要求に応じた目標電圧となるように電圧フィードバック制御が実行され、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）では、該燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の通過電流Ｉ１、Ｉ２が電動機１６の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行されている。

このように、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）では、該共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の出力電圧としての力行電圧Ｖｐｒが電動機１６の電力要求に応じた目標電圧となるように昇圧比（Ｖｐｒ／Ｖｂａｔ）を変化させる電圧フィードバック制御が実行され、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）では、該燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の通過電流Ｉ１、Ｉ２が電動機１６の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行されている。

このため、例えば、電動機１６の電力要求が高いときに、燃料電池のＩＶ特性による内部出力抵抗が低い領域、換言すれば、燃料電池１２の出力電流であるＦＣ電流Ｉｆｃに対する出力電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃの変化の少ない領域、例えば、図８Ａ、図８Ｂ中の閾値Ｉｆｃｔｈより大きいＦＣ電流Ｉｆｃの領域における電流フィードバック制御が燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）にて実行されるので、該電流フィードバック制御の制御性を向上させることができる。

この場合、電流フィードバック制御の目標値としての通過電流１１、Ｉ２としては、燃料電池１２の出力電流であるＦＣ電流Ｉｆｃを直接的に制御可能な燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の入力電流（図１中の通過電流Ｉ１、Ｉ２）に限らず、該燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の出力電流（図２中、ダイオード１０２、１１２の各カソード側と各カソードの共通接続点との間に配すればよい。）を用いてもよい。

電機負荷としては、車両駆動用の電動機１６の他、空気調和装置（エアコン）用のコンプレッサ駆動用の電動機等を挙げることができる。これらの電機負荷の、特に大電力領域での制御性を向上させることができる。

これら電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるよう、電圧フィードバック制御により、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の出力電圧、すなわち電機負荷の入力電圧を可変しているので、電圧で制御される電機負荷、この実施形態では電動機１６の電圧要求に的確に応えることができる。

この場合、電源システムとしての電動車両１０は、電動機１６の要求電力を設定する電機負荷要求電力設定部としての電動機要求電力設定部２２ａと、設定された前記要求電力に応じて、燃料電池要求電力を設定する燃料電池要求電力設定部２２ｂと、燃料電池１２が出力可能な出力電力が前記燃料電池要求電力を上回っている場合には、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の前記目標電流を、前記燃料電池要求電力に応じた値に設定する通過電流監視部２２ｃとを備える。

ここで、燃料電池１２が出力可能な出力電力は、ＩＶ特性上で、ＦＣ電流Ｉｆｃを０値から増加させると所定電流値までは増加するが、該所定電流値を上回ると、燃料電池１２の損失が急増して、出力電力が増加しなくなる（出力電力が低下する）、前記所定電流値でのピーク値の電力（最大ＦＣ電力）をいう。つまり、ＦＣ電流Ｉｆｃに対する出力電力の特性｛横軸をＦＣ電流Ｉｆｃ、縦軸をＦＣ電力（Ｉｆｃ×Ｖｆｃ）とした特性｝は、上方に凸な曲線になる。

燃料電池１２を、前記ピーク値の電力を上回って動作させた場合（ＦＣ電流Ｉｆｃを引いた場合）には、燃料電池１２が劣化する。

なお、この発明を実施する際には、燃料電池１２が出力可能な出力電力は、前記ピーク値の電力（前記最大ＦＣ電力）よりも小さい（前記所定電流値よりＦＣ電流Ｉｆｃが小さい）電力に設定してもよい。

特に電動機１６に対して過渡的に高い要求電力が設定されたときに、電流フィードバック制御を行っている燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）側の電流量、すなわち通過電流Ｉ１、Ｉ２を目標電流、この実施形態では、電動機要求電力に応じて優先して大きくすることで、電圧フィードバック制御を行っている共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）に過剰な電流（通過電流Ｉ３、Ｉ４）が流れることを回避することができる。

図１６は、比較例の動作説明に供されるタイムチャートである。

電動機１６の要求電力が変動しても、第１及び第２電圧変換器５１、５２の通過電流Ｉ１、Ｉ２が、上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍの近傍で一定になるように固定電流制御し、且つ共用電圧変換器としての第３及び第４電圧変換器５３、５４では、出力側の電圧である力行電圧Ｖｐｒを電圧制御している。

このため、燃料電池１２からダイオードＤ１を介して第３及び第４電圧変換器５３、５４に流れ込む電流量を制御することができない。

その結果、図１６に示すように、電動機１６の要求電力が大きい側で変動した場合、第３及び第４電圧変換器５３、５４の通過電流Ｉ３、Ｉ４が上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍを上回る、いわゆるリミットオーバー状態に至る。

これに対して、図１５を参照して説明したこの実施形態に係る電源システムでは、過渡動作を含め極力燃料電池１２の電力を制御して電動機１６に供給するように構成したので、第３及び第４電圧変換器５３、５４の通過電流Ｉ３、Ｉ４が上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍを上回ることを抑制できる。

このように、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）の通過電流Ｉ１、Ｉ２の上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍ及び共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の通過電流Ｉ３、Ｉ４の上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍが予め設定されている。

ＥＣＵ２２中の通過電流監視部２２ｃは、電動機要求電力が大きくなり、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）における電流フィードバック制御の目標電流が上限値又は近傍の値になったとき、通過電流を、上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍ又は近傍の値に固定すると共に、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）に対し、該共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の設定上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍまで通過電流Ｉ３、Ｉ４が流れることを許容している｛通過電流余裕分（図１５中、通過電流Ｉ３、Ｉ４と上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍとの差）を使うように構成している｝（図１５の時点ｔ１〜ｔ２間、時点ｔ３〜ｔ４間）。

このように、電流フィードバック制御を行っている燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）側の目標電流である通過電流Ｉ１、Ｉ２が上限値Ｉ１ｌｉｍ、Ｉ２ｌｉｍに達するまでは、過渡的な電流が、電圧フィードバック制御を行っている共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）に流れることを抑制しているので、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の設定上限値Ｉ３ｌｉｍ、Ｉ４ｌｉｍ、例えば定格電流値を上回る通過電流が流れることを回避することができる。すなわち、この実施形態では、燃料電池用電圧変換器（第１及び第２電圧変換器５１、５２）を優先的に使用するが、共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）の通過電流余裕分も使いきることができる。

この場合、電流センサ１６１〜１６４が、第１〜第４電圧変換器５１〜５４の各通過電流Ｉ１〜Ｉ４を取得するようにそれぞれ配されると共に、燃料電池１２から流れでるＦＣ電流Ｉｆｃを取得するために、燃料電池１２の出力側に直接に電流センサ４４として、又は、燃料電池１２から分岐して共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）に流れる側の前記分岐した第３通電路７３（分岐路）に電流センサ４４ａとして配される。

このように、燃料電池１２から流れでるＦＣ電流Ｉｆｃを、燃料電池１２の出力側に直接配された電流センサ４４の取得電流により、又は、第１及び第２電圧変換器５１、５２の通過電流Ｉ１、Ｉ２を取得する電流センサ１６１、１６２と、燃料電池１２から共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）に流れる側の分岐路（第３通電路７３）に配された電流センサ４４ａとにより取得された電流（Ｉｔ）との合成電流（Ｉｆｃ＝Ｉｔ＋Ｉｆ＝Ｉｔ＋Ｉ１＋Ｉ２）により正確に読み取ることができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、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…電動車両 １２…燃料電池
１４…蓄電器 １６…電動機
２０…電圧変換ユニット ２２…ＥＣＵ
５１〜５４…第１及び第２電圧変換器 １６１〜１６４…電流センサ
Ｉ１〜Ｉ４…通過電流 ＳＷ１…スイッチ

Claims (4)

1. 電機負荷と、
   燃料電池及び蓄電器と、を備える電源システムであって、
   前記燃料電池及び前記蓄電器の少なくとも一方の電力が入力され、入力された電力の電圧を変換して前記電機負荷に出力する複数の電圧変換器を有し、
   複数の前記電圧変換器中、少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力及び前記蓄電器の電力が入力可能な共用電圧変換器として構成され、且つ少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力が入力される燃料電池用電圧変換器として構成され、
   前記共用電圧変換器では、該共用電圧変換器の出力電圧が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電圧となるように電圧フィードバック制御が実行され、
   前記燃料電池用電圧変換器では、該燃料電池用電圧変換器の通過電流が前記電機負荷の電力要求に応じた目標電流となるように電流フィードバック制御が実行されている
   ことを特徴とする電源システム。
2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   前記電機負荷の要求電力を設定する電機負荷要求電力設定部と、
   設定された前記要求電力に応じて、燃料電池要求電力を設定する燃料電池要求電力設定部と、
   前記燃料電池が出力可能な出力電力が前記燃料電池要求電力を上回っている場合には、前記燃料電池用電圧変換器の前記目標電流を、前記燃料電池要求電力に応じた値に設定する通過電流監視部と、を備える
   ことを特徴とする電源システム。
3. 請求項２に記載の電源システムにおいて、
   前記燃料電池用電圧変換器及び前記共用電圧変換器の各前記通過電流の上限値が予め設定され、
   前記通過電流監視部は、
   前記要求電力が大きくなり、前記燃料電池用電圧変換器における前記電流フィードバック制御の目標電流が前記上限値又は近傍の値になったとき、前記燃料電池用電圧変換器に流れる前記通過電流を、前記上限値又は前記近傍の値に固定すると共に、前記共用電圧変換器に対し、該共用電圧変換器の通過電流の設定上限値まで通過電流が流れることを許容する
   ことを特徴とする電源システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
   電流センサが、前記燃料電池用電圧変換器のそれぞれに配されると共に、前記燃料電池から前記共用電圧変換器側への分岐路に配される
   ことを特徴とする電源システム。

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