JP6505149B2 - 電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電動機と、該電動機の力行運転あるいは回生運転を行うための電源として燃料電池（放電電源）及び蓄電器（充放電電源）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前記電動機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の図１）。

特許第５７５１３２９号公報

上記した燃料電池システムでは、蓄電器は、燃料電池の余剰電力や電動機の回生運転時の回生電力を充電する機能を有している（特許文献１の［００２７］）。

しかしながら、電動機の回生運転時に、回生電力とともに燃料電池の余剰電力を蓄電器に充電しようとする場合に、燃料電池の余剰電力が大きいと、回生電力を取りきれなくなる場合があり、回生効率が下がるという課題がある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、電動機の回生電力を蓄電器に最大限充電可能とすることで回生効率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。

この発明に係る電源システムは、トルク又は回生電力を出力可能な電動機と、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動機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の中、少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力がスイッチを介して入力可能であって、且つ前記蓄電器の電力が前記スイッチを介さずに直接入力可能な共用電圧変換器として構成され、さらに、前記スイッチのオンオフを切り換える制御部、を有し、該制御部は、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にした上で、前記回生電力を前記共用電圧変換器を介して前記蓄電器に充電するようにしている。

この発明によれば、電動機が回生電力を出力している回生運転時に、燃料電池と共用電圧変換器とを接続する（通電路中に設けた）スイッチをオフ状態にしているので、蓄電器には前記共用電圧変換器を通じて回生電力が充電されるが、前記燃料電池の電力が充電されないように構成される。このため、前記電動機の回生電力を蓄電器に最大限充電することができる。この結果、回生効率が向上し、且つ燃料電池の電力の無駄がなくなる。

この場合、さらに、前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部を備え、前記制御部は、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際、前記残容量が第１残容量閾値より大きいときに、前記スイッチをオフ状態にしてもよい。

スイッチをオフ状態にした後、電動機の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池の電力を蓄電器に充電しようとする場合には、前記スイッチをオン状態にする必要がある。しかし、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧の電圧差（燃料電池の電圧−蓄電器の電圧）が大きいときに、前記スイッチがオン状態にされると、前記燃料電池から前記蓄電器へ過電流が流れる虞があり、あるいは前記燃料電池の電力が前記蓄電器に過剰に充電される結果、前記燃料電池の電力による前記電動機の高負荷への対応が困難になる等の課題がある。

そこで、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記残容量が第１残容量閾値より大きいとき、換言すれば前記電圧差が小さいときあるいは電圧差が負の（蓄電器の電圧が燃料電池の電圧より高い）ときに、前記スイッチをオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

なお、蓄電器の残容量は、蓄電器のＳＯＣ、蓄電器の出力インピーダンス、又は温度をパラメータとした蓄電器の電圧等により検出することができる。

さらに、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧とを比較する電圧比較部を備え、前記制御部は、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記燃料電池の電圧から前記蓄電器の電圧を引いた電圧差が、電圧差閾値より小さいときに、前記スイッチをオフ状態にするようにしてもよい。

スイッチをオフ状態にした後、電動機の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池の電力を蓄電器に充電しようとする場合には、前記スイッチをオン状態にする必要がある。しかし、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧の電圧差が大きいときに、前記スイッチがオン状態にされると、前記燃料電池から前記蓄電器へ過電流が流れたり、あるいは前記燃料電池の電力が前記蓄電器に過剰に充電される結果、前記燃料電池の電力による前記電動機の高負荷への対応が困難になる等の課題がある。

そこで、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記燃料電池の電圧から前記蓄電器の電圧を引いた電圧差が、電圧差閾値より小さいときに、前記スイッチをオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

さらに、前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部を備え、前記制御部は、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測されるときに前記スイッチをオフ状態にするようにしてもよい。

スイッチをオフ状態にした後、電動機の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池の電力を蓄電器に充電しようとする場合には、スイッチをオン状態にする必要がある。しかし、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧の電圧差が大きいときに、前記スイッチがオン状態にされると、前記燃料電池から前記蓄電器へ過電流が流れたり、あるいは前記燃料電池の電力が前記蓄電器に過剰に充電される結果、前記燃料電池の電力による前記電動機の高負荷への対応が困難になる等の課題がある。

そこで、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測されるときに前記スイッチをオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

前記予測は、前記電動機の前記回生電力を取得して行うようにしてもよい。

実際に、回生電力を取得して予測を行うことで、予測の精度を高くすることができる。なお、回生電力の取得には、回生電流の取得も含まれる。

前記予測は、前記共用電圧変換器を電動機側から蓄電器側に流れる通過電力を取得して行うようにしてもよい。

実際に、通過電力に制限のある共用電圧変換器の通過電力を取得して行うことで、予測の精度を高くすることができる。なお、通過電力の取得には、通過電流の取得も含まれる。

さらに、前記蓄電器に充電される前記回生電力の増加量を監視する電力増加量監視部と、を備え、前記制御部は、前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電力増加量監視部によって監視される前記回生電力の増加量が略ゼロ値になる前は前記スイッチをオフ状態にせず、前記回生電力の増加量が略ゼロ値になったときに、前記スイッチをオフ状態にしてもよい。

電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、電力増加量監視部によって監視される回生電力の増加量が略ゼロ値になる前は前記スイッチをオフ状態にしないで前記回生電力の他、前記燃料電池の電力も前記蓄電器に充電し、さらに電力増加量監視部によって監視される回生電力の増加量が略ゼロ値になって、大きな回生電力が見込まれるときに前記スイッチをオフ状態にすることで、蓄電器に燃料電池の電力及び回生電力を好適に充電することができる。

さらに、前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部と、前記蓄電器に充電される前記回生電力の増加量を監視する電力増加量監視部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測され、且つ電力増加量監視部によって監視される前記回生電力の増加量が略ゼロ値になったときに、前記スイッチをオフ状態にしてもよい。

電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測されるときであって、且つ回生電力の増加量が略ゼロ値になって、大きな回生電力が見込まれるときに前記スイッチをオフ状態にすることで、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧の電圧差が大きいときに、前記スイッチがオン状態にされると、前記燃料電池から前記蓄電器へ過電流が流れたり、あるいは前記燃料電池の電力が前記蓄電器に過剰に充電される結果、前記燃料電池の電力による前記電動機の高負荷への対応が困難になる等の課題を未然に回避乃至抑制することができる。

この発明によれば、電動機が回生電力を出力している回生運転時に、燃料電池と共用電圧変換器とを接続する（通電路中に設けた）スイッチをオフ状態にしているので、蓄電器には前記共用電圧変換器を通じて回生電力が充電されるが、前記燃料電池の電力が充電されないように構成される。このため、前記電動機の回生電力を蓄電器に最大限充電することができる。この結果、回生効率が向上し、且つ燃料電池の電力の無駄がなくなる。

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２Ａは、第１及び第２電圧変換器の回路構成図、図２Ｂは、第３及び第４電圧変換器の回路構成図である。 図３Ａ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３Ｂ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。 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。 第６制御処理の比較例の制御処理による電力伝送の模式図である。 比較例の動作説明に供されるタイムチャートである。 実施形態の第６制御処理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に示すように、電動車両１０は、放電電源としての燃料電池（ＦＣ）１２及び充放電電源としての蓄電器（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ともに、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、ナビゲーション装置（ＮＡＶ）８０、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。なお、ナビゲーション装置８０は、公知のように、自車位置を検出するＧＰＳ装置等の位置検出装置と地図情報記憶装置とを含み出発地から目的地までの自車の走行経路を決定し、ディスプレイ上に地図と現在の自車位置を表示させる等の機能を有する。

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、直接的又はトランスミッションを介して間接的に駆動輪に供給される。

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。すなわち、ＥＣＵ２２は、残容量取得部２２ａとしての機能を有する。なお、ＥＣＵ２２は、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとでどちらが大きな電圧であるか等を比較する電圧比較部２２ｂとしての機能も有する。

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２２ｃとしての機能も有する。

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。

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、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。）Ｓ１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枝路通電路１５１の通過電流及び第２枝路通電路１５２の通過電流の合成電流となるが、その合成電流が、電流センサ１４１により通過電流Ｉｆとして検出され、ＥＣＵ２２により取得される。

スイッチＳ１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枝路通電路１５３の通過電流及び第４枝路通電路１５４の通過電流の合成電流となるが、その合成電流が通過電流Ｉｓとして、電流センサ１４２により検出され、ＥＣＵ２２により取得される。

さらに、ＥＣＵ２２の電力増加量監視部２２ｅは、回生電力量、通過電力量及び電力増加量を算出（取得）し、この実施形態では、回生電力量（Δ回生電力／Δ時間）と電力増加量閾値（ここでは、値０）との大小を比較する。

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。

ここで、図２Ａ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２Ｂ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２Ａ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２Ｂ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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ１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３Ａ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３Ａ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３Ａ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３Ｂ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３Ｂ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の動作について説明する。

なお、図１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Ｓ１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）となっている。

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４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。なお、第６制御処理が、この実施形態の要部に係わる制御処理である。

［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５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略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Ｓ１はオフ状態に維持される。

なお、スイッチＳ１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に略一致する電圧｛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３Ａ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ともに、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］
第２制御処理は、電動機１６の力行運転時に、図６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、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Ｓ１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３Ｂ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のそれぞれ出力端電圧Ｖｉｎｖを、所定の目標値に近づけるように、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。

以上のように、第２制御処理では、図６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Ｓ１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。

［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７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３Ａ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ともに、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７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３Ａ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。

なお、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高い状況では、スイッチＳ１をオン状態にしてもダイオードＤ１に電流が流れることがない。

逆に、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Ｓ１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８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９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８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９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］
この実施形態の要部に係わる第６制御処理は、図１０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、スイッチＳ１をオフ状態とし、さらに、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、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。

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。なお、回生電力が燃料電池１２に供給されることは、ダイオード１０２、１１２により阻止される。

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。

この第６制御処理（回生運転時にスイッチＳ１をオン状態からオフ状態にする。）を実行することで、図１０に示したように、燃料電池１２からの電力が蓄電器１４に給電されることが遮断され、電動機１６の回生電力のみによる第３及び第４電圧変換器５３、５４を介した蓄電器１４の充電が行われ、電動機１６の回生電力を蓄電器１４に最大限充電することができる。

ここで、図１０を参照して説明した第６制御処理の作用効果について、図１１に示す比較例に係る回生制動時の制御処理と対比して詳細に説明する。なお、符号は、理解の便宜のために、同一の符号を付けている。

図１１に示す、比較例の制御による制御処理では、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に充電することとを並行して行っている。そのため、スイッチＳ１がオン状態に保持されている。

しかしながら、電動機１６の回生運転時に、回生電力とともに燃料電池１２の余剰電力を蓄電器１４に充電した場合に、回生電力を取りきれなくなる（回生電力の全てを蓄電器１４に充電できない）場合があり、その場合には、回生効率が下がる。

具体例で示せば、図１２の比較例のタイムチャートの電動機回生電力に示すように、時点ｔ０にてアクセルペダル８４の踏込が止められて開放されて｛踏込量センサ８５の踏込量（アクセル開度センサの開度）が０［％］｝降坂路での降坂等が開始され、時点ｔ１以降、時点ｔ３経過後も、降坂路を定速度で降坂している車両１０を考慮する。

この場合に、蓄電器１４には、燃料電池１２の電力と回生電力の両方が合算されて充電されているので、時点ｔ３にて、蓄電器１４の残容量、例えば、仕様上の満充電であるＳＯＣ（充電状態）が、１００［％］に達し、時点ｔ３以降、回生電力を採りきれない領域が発生する。

さらに、時点ｔ２にて、ＳＯＣが満充電の１００［％］に近づいていることがＳＯＣ取得部（残容量取得部２２ａ）としてのＥＣＵ２２により検出されるので、燃料電池１２の発電が停止乃至抑制される。

なお、蓄電器１４の残容量は、ＳＯＣに限らず、ＳＯＣに相関する値、例えば、温度等をパラメータとして把握されるＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、蓄電器１４のインピーダンス等で検出してもよい。

その一方、図１３の実施形態のタイムチャートに示すように、時点ｔ０にて、アクセルペダル８４の踏込が止められて開放されて（踏込量センサ８５の踏込量が０［％］）、降坂路での降坂が開始され、時点ｔ１以降、時点ｔ３経過後も、降坂路を定速度で降坂している比較例と同じ車両１０を考慮する。

この場合、時点ｔ０からの充電によりＳＯＣが上昇し、ＳＯＣが第１ＳＯＣ閾値（第１残容量閾値という。）ＳＯＣｔｈ１となったことがＥＣＵ２２で検出されたとき、あるいは時点ｔ０からの充電によりＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが上昇しＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの電圧差が予め定められた電圧差閾値より小さくなったとき（理由は、第１理由として後述する。）に、図１０のスイッチＳ１近傍の矢印に示すように、スイッチＳ１を破線で示すオン状態から実線で示すオフ状態に遷移させる。

同時に、この時点ｔａにて、燃料電池１２への反応ガスの供給を制限し、燃料電池１２の発電電力を絞る。

時点ｔａ以降、スイッチＳ１がオフ状態になっているので、燃料電池１２からの電力で蓄電器１４が充電されることがなくなり、蓄電器１４が電動機１６の回生電力でのみ充電されることになるので、比較例のように時点ｔ３においても満充電状態になることがなく、電動機１６の回生電力を蓄電器１４に最大限に充電することができる。

なお、スイッチＳ１のオン状態からオフ状態への遷移時（開始時）は、ＳＯＣが第１残容量閾値ＳＯＣｔｈ１になったことを検出した時点ｔａに限らず、ＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値（第２残容量閾値という。）ＳＯＣｔｈ２となったことがＥＣＵ２２で検出された図１３に示す時点ｔｂ、又はＳＯＣｔｈ２になることがＥＣＵ２２で事前に予測された時点ｔ１にて（理由は第２理由として後述する。）、スイッチＳ１をオフ状態にしてもよい。

なお、遷移の時点（遷移時）ｔｂは、ＥＣＵ２２がナビゲーション装置８０から取得される当該車両１０の経路情報及び地図情報並びに車速センサ８２から得られる車速情報から、回生電力量（回生電力×時間）が十分に大きく見込まれる時点としてもよい。この時点ｔｂは、燃料電池１２の電力と電動機１６の回生電力の合成電力による蓄電器１４への充電量が、回生充電途中に、満充電になる虞が検出されたときでもある。

［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、力行電圧Ｖｐｒによるトルク又は回生運転による回生電力を出力可能な電動機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力行電圧Ｖｐｒとして電動機１６に印加する複数の電圧変換器（第１〜第４電圧変換器５１〜５４）と、を備える。

さらに、複数の電圧変換器（第１〜第４電圧変換器５１〜５４）の中、蓄電器１４の電力が直接入力可能であって、且つ燃料電池１２の電力がスイッチＳ１を介して入力可能な少なくとも１つの共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器）と、スイッチＳ１のオンオフを切り換えるＥＣＵ２２（制御部）と、を有する。

ＥＣＵ２２は、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にした上で、電動機１６の回生電力を、共用電圧変換器（第３及び又は第４電圧変換器５３、５４）を通過させて蓄電器１４に充電する。

このように、電動機１６が回生電力を出力している回生運転時に、燃料電池１２と共用電圧変換器（第３及び第４電圧変換器５３、５４）とを接続するバイパス通電路７３中に設けたスイッチＳ１をオフ状態にしているので、蓄電器１４には共用電圧変換器（第３及び又は第４電圧変換器５３、５４）を通じて回生電力が充電されるが、燃料電池１２の電力が充電されないように構成される。このため、電動機１６の回生電力を蓄電器１４に最大限充電することができる。この結果、回生効率が向上し、且つ燃料電池１２の電力の無駄がなくなる。

さらに、ＥＣＵ２２は、蓄電器１４の残容量、この実施形態では、ＳＯＣを取得する残容量取得部２２ａを備えている。ＥＣＵ２２は、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際、残容量であるＳＯＣが、第１残容量閾値ＳＯＣｔｈ１より大きいときに、スイッチＳ１をオフ状態にすることが好ましい。

（上記した第１理由）仮に、スイッチＳ１をオフ状態にした後、電動機１６の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電しようとする場合には、スイッチＳ１をオン状態にする必要がある。しかし、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差（Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ）が大きいときに、スイッチＳ１がオン状態にされると、燃料電池１２から蓄電器１４へ過電流が流れる虞があり、あるいは燃料電池１２の電力が蓄電器１４に過剰に充電される結果、燃料電池１２の電力による電動機１６の高負荷への対応が困難になるという課題がある。

そこで、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、残容量であるＳＯＣが第１残容量閾値ＳＯＣｔｈ１より大きいときに、スイッチＳ１をオフ状態（図１３の時点ｔａ）にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

さらにＥＣＵ２２の前記電圧比較部２２ｂを、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの電圧差と電圧差閾値とを比較するように構成し、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、ＦＣ電圧ＶｆｃからＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを引いた前記電圧差が、電圧差閾値より小さいときに、ＥＣＵ２２は、スイッチＳ１をオフ状態にしてもよい。

（上記した第１理由）仮に、スイッチＳ１をオフ状態にした後、電動機１６の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電しようとする場合には、スイッチＳ１をオン状態にする必要がある。しかし、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差が電圧差閾値より大きいときに、スイッチＳ１がオン状態にされると、燃料電池１２から蓄電器１４へ過電流が流れ、あるいは燃料電池１２の電力が蓄電器１４に過剰に充電される結果、電動機１６の高負荷への対応が困難になるという課題がある。

そこで、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、ＦＣ電圧ＶｆｃからＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを引いた電圧差が、電圧差閾値より小さいときに、スイッチＳ１をオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

さらにまた、ＥＣＵ２２は、回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、電動機１６で予定される回生運転によって、蓄電器１４のＳＯＣが第２残容量閾値ＳＯＣｔｈ２を上回ることが予測されたときにスイッチＳ１をオフ状態にしてもよい。

（上記した第２理由）仮に、スイッチＳ１をオフ状態にした後、電動機１６の負荷が高負荷になった場合、又は燃料電池１２の電力を蓄電器１４に充電しようとする場合には、スイッチＳ１をオン状態にする必要がある。しかし、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差が大きいときに、スイッチＳ１がオン状態にされると、燃料電池１２から蓄電器１４へ過電流が流れたり、あるいは燃料電池１２の電力が蓄電器１４に過剰に充電される結果、電動機１６の高負荷への対応が困難になる可能性が高くなるという課題がある。

そこで、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、電動機１６で予定される回生運転によって、蓄電器１４のＳＯＣが第２残容量閾値ＳＯＣｔｈ２を上回ることが予測されるとき（図１３の時点ｔｂ）にスイッチＳ１をオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

なお、予測は、電動機１６の回生電力（回生電圧Ｖｒｅｇ×回生電流Ｉｒｅｇ、又は回生電流Ｉｒｅｇのみでもよい。）を電圧センサ６２及び電流センサ６４の検出出力に基づき、出力端電力取得部２２ｃで、回生電力を実際に取得して行っているので、予測の精度を高くすることができる。

また、予測は、通過電力に制限のある共用電圧変換器（第３及び又は第４電圧変換器５３、５４）を電動機１６側から蓄電器１４側に流れる通過電力を通過電力取得部２２ｄで、通過電力（通過電流、例えば、電流センサ１４２による検出）を実際に取得して行うことでも、予測の精度を高くすることができる。

［変形例］
さらに、蓄電器１４に充電される回生電力の増加量（Δ回生電力／Δ時間）を監視する電力増加量監視部２２ｅを備える。この場合、ＥＣＵ２２は、電動機１６の回生運転時に、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、電力増加量監視部２２ｅによって監視される回生電力の増加量が略ゼロ値になる前はスイッチＳ１をオフ状態にしないで、燃料電池１２の電力及び回生電力を蓄電器１４に充電し、回生電力の増加量が略ゼロ値になって、大きな回生電力が見込まれるときに、スイッチＳ１をオフ状態にして回生電力のみが蓄電器１４に充電されるようにする。

このように電動機１６の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、電力増加量監視部２２ｅによって監視される回生電力の増加量が略ゼロ値になる前は前記スイッチをオフ状態にしないで前記回生電力の他、前記燃料電池の電力も前記蓄電器に充電し、さらに電力増加量監視部２２ｅによって監視される回生電力の増加量が略ゼロ値になって、大きな回生電力が見込まれるときに前記スイッチをオフ状態にすることで、蓄電器１４に燃料電池１２の電力及び回生電力を好適に充電することができる。

また、ＥＣＵ２２は、スイッチＳ１をオフ状態にする際に、電動機１６で予定される回生運転によって、蓄電器１４のＳＯＣが第２残容量閾値ＳＯＣｔｈ２を上回ることが予測され、且つ電力増加量監視部２２ｅによって監視される前記回生電力の増加量が略ゼロ値になって（図１３の時点ｔ１）大きな回生電力が見込まれるときに、スイッチＳ１をオフ状態にすることで、上記課題を未然に回避乃至抑制することができる。

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〜第４電圧変換器 ７３…バイパス通電路
Ｓ１…スイッチ

Claims (9)

1. トルク又は回生電力を出力可能な電動機と、
   燃料電池及び蓄電器と、を備える電源システムであって、
   前記燃料電池の電力が入力され、入力された前記電力の電圧を変換して前記電動機に出力する少なくとも１つの専用電圧変換器と、
   前記専用電圧変換器に対して並列に接続され、前記燃料電池の電力が順方向に接続されたダイオード及び直流を開閉するスイッチを介して入力されるか、前記蓄電器の電力が前記スイッチを介さずに直接入力され、入力された前記燃料電池又は前記蓄電器の電力の電圧を変換して前記電動機に出力する少なくとも１つの共用電圧変換器と、
   さらに、前記スイッチのオンオフを切り換える制御部、を有し、
   該制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にした上で、前記回生電力を前記共用電圧変換器を介して前記蓄電器に充電する
   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、
   さらに、前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部を備え、
   前記制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際、前記蓄電器の残容量が、前記回生運転による電力の充電時に前記スイッチを再びオン状態にした場合に前記燃料電池の電力により前記蓄電器に過剰に充電される虞のない第１残容量閾値より大きいときに、前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする電源システム。
3. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   さらに、前記燃料電池の電圧と前記蓄電器の電圧とを比較する電圧比較部を備え、
   前記制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記燃料電池の電圧から前記蓄電器の電圧を引いた電圧差が、前記回生運転による電力の充電時に前記スイッチを再びオン状態にした場合に前記燃料電池の電力により前記蓄電器に過剰に充電される虞のない電圧差閾値より小さいときに、前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする電源システム。
4. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   さらに、前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部を備え、
   前記制御部は、
   前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測されるときに前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする電源システム。
5. 請求項４に記載の電源システムにおいて、
   前記予測は、前記電動機の前記回生電力を取得して行う
   ことを特徴とする電源システム。
6. 請求項４に記載の電源システムにおいて、
   前記予測は、前記共用電圧変換器を電動機側から蓄電器側に流れる通過電力を取得して行う
   ことを特徴とする電源システム。
7. トルク又は回生電力を出力可能な電動機と、
   燃料電池及び蓄電器と、を備える電源システムにおいて、
   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動機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の中、少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力がスイッチを介して入力可能であって、且つ前記蓄電器の電力が前記スイッチを介さずに直接入力可能な共用電圧変換器として構成され、
   さらに、前記スイッチのオンオフを切り換える制御部、を有し、
   該制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にした上で、前記回生電力を前記共用電圧変換器を介して前記蓄電器に充電する電源システムであって、
   さらに、前記蓄電器に充電される前記回生電力の増加量を監視する電力増加量監視部を備え、
   前記制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電力増加量監視部によって監視される前記回生電力の増加量が略ゼロ値になる前は前記スイッチをオフ状態にせず、前記回生電力の増加量が略ゼロ値になったときに、前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする電源システム。
8. トルク又は回生電力を出力可能な電動機と、
   燃料電池及び蓄電器と、を備える電源システムにおいて、
   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動機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の中、少なくとも１つの電圧変換器が、前記燃料電池の電力がスイッチを介して入力可能であって、且つ前記蓄電器の電力が前記スイッチを介さずに直接入力可能な共用電圧変換器として構成され、
   さらに、前記スイッチのオンオフを切り換える制御部、を有し、
   該制御部は、
   前記電動機の回生運転時に、前記スイッチをオフ状態にした上で、前記回生電力を前記共用電圧変換器を介して前記蓄電器に充電する電源システムであって、
   さらに、
   前記蓄電器の残容量を取得する残容量取得部と、
   前記蓄電器に充電される前記回生電力の増加量を監視する電力増加量監視部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記スイッチをオフ状態にする際に、前記電動機で予定される回生運転によって、前記蓄電器の残容量が第２残容量閾値を上回ることが予測され、且つ電力増加量監視部によって監視される前記回生電力の増加量が略ゼロ値になったときに、前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする電源システム。
9. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   前記専用電圧変換器は、昇圧コンバータであり、前記共用電圧変換器は、昇降圧コンバータである
   ことを特徴とする電源システム。

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