JP6630588B2 - Power supply device, device and control method - Google Patents

Power supply device, device and control method Download PDF

Info

Publication number
JP6630588B2
JP6630588B2 JP2016033412A JP2016033412A JP6630588B2 JP 6630588 B2 JP6630588 B2 JP 6630588B2 JP 2016033412 A JP2016033412 A JP 2016033412A JP 2016033412 A JP2016033412 A JP 2016033412A JP 6630588 B2 JP6630588 B2 JP 6630588B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
phase
vcu
phases
current sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016033412A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017153241A (en
Inventor
良太 北本
良太 北本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2016033412A priority Critical patent/JP6630588B2/en
Publication of JP2017153241A publication Critical patent/JP2017153241A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6630588B2 publication Critical patent/JP6630588B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、電源装置、機器及び制御方法に関する。   The present invention relates to a power supply, a device, and a control method.

電圧変換が可能な複数の変換部を互いに並列に接続した多相コンバータは、電流センサを有し、当該電流センサの検出値は多相コンバータの制御に用いられる。特許文献1に記載の多相電力システムにおける電流検出部故障検知(Current sense components failure detection in a multi-phase power system)では、電流検出部(sensor device)の検出値が上側しきい値を上回る又は下側しきい値を下回る期間がスイッチング周期(switching cycle)を超えると、当該電流検出部に含まれる部品の異常に基づく、当該電流検出部の故障が判断される。また、同様の技術は、特許文献2にも記載されている。   A polyphase converter in which a plurality of voltage conversion capable converters are connected in parallel has a current sensor, and a detection value of the current sensor is used for controlling the polyphase converter. In the current sense component failure detection in a multi-phase power system described in Patent Literature 1, a detected value of a current detector (sensor device) exceeds an upper threshold or When the period below the lower threshold exceeds the switching cycle, a failure of the current detection unit is determined based on an abnormality of a component included in the current detection unit. A similar technique is also described in Patent Document 2.

米国特許出願公開第2004/0189315号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0189315 特開平10−253682号公報JP-A-10-253682

特許文献1に記載された技術では、電流検出部の故障が検知された後の多相電力システムの制御については考慮されていない。しかし、多相電力システムが輸送機器又は電気機器に搭載され、当該機器における主要部への電力供給のために利用される場合には、電流検出部が故障しても主要部への電力供給が継続可能であることが望ましい。加えて多相電力システムでは、負荷状況に応じて、電力供給を行う相数を適宜変更することで、高効率な電力供給を実現できる。従って、電流検出部が故障しても、電力供給を行う相数の変更も継続可能であることがより望ましい。   In the technique described in Patent Literature 1, control of the polyphase power system after the failure of the current detection unit is detected is not considered. However, if the multi-phase power system is mounted on transportation equipment or electric equipment and used to supply power to the main parts of the equipment, power supply to the main parts will be maintained even if the current detection unit fails. It is desirable to be able to continue. In addition, in the multi-phase power system, high-efficiency power supply can be realized by appropriately changing the number of power supply phases according to the load condition. Therefore, even if the current detection unit fails, it is more desirable that the number of phases to be supplied with power can be changed.

本発明の目的は、電流を検出するセンサが故障した場合であっても制御の継続性が高い電源装置、機器及び制御方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a power supply device, a device, and a control method that have high control continuity even when a sensor that detects a current fails.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
電源(例えば、後述の実施形態での燃料電池101)と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な変換部を複数有し、当該複数の変換部が電気的に並列に接続された変換モジュール(例えば、後述の実施形態でのFC−VCU103,203)と、
前記電源と前記変換モジュールの間を流れる電流を検出する第1電流センサ(例えば、後述の実施形態での電流センサ105)と、
前記複数の変換部の各々を流れる電流を検出する第2電流センサ(例えば、後述の実施形態での相電流センサ1051〜1054)と、
前記第1電流センサの検出値又は前記第2電流センサの検出値を用いて、前記電圧変換を行う前記変換部の数である動作数を変更する第1制御を行う第1制御部(例えば、後述の実施形態でのECU113)と、
前記動作数が複数の場合、前記第2電流センサの検出値を用いて、前記動作数の変換部をそれぞれ流れる電流を等しくする第2制御を行う第2制御部(例えば、後述の実施形態でのECU113)と、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であるか異常であるかに応じて、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値及び前記第2電流センサの検出値のいずれかに決定し、かつ、前記第2制御を行うか否かを決定する決定部(例えば、後述の実施形態でのECU113)と、
を備える、電源装置である。
なお、第1制御部、第2制御部及び決定部は、後述の実施形態で表される複数の機能を有した同一のECU113によって兼用されても良い。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is
A power source (for example, a fuel cell 101 in an embodiment described later);
A conversion module (e.g., FC-VCU 103, 203 in an embodiment described later) having a plurality of conversion units capable of converting the voltage of the power supplied by the power supply, and the plurality of conversion units being electrically connected in parallel. When,
A first current sensor (for example, a current sensor 105 in an embodiment described later) that detects a current flowing between the power supply and the conversion module,
A second current sensor (for example, a phase current sensor 1051 to 1054 in an embodiment described later) that detects a current flowing through each of the plurality of conversion units,
A first control unit (for example, a first control unit that performs a first control that changes the number of operations that is the number of the conversion units that perform the voltage conversion using a detection value of the first current sensor or a detection value of the second current sensor) ECU 113 in an embodiment described later),
In the case where the number of operations is plural, a second control unit (for example, in an embodiment to be described later) that performs a second control for equalizing the current flowing through the conversion unit of the number of operations using the detection value of the second current sensor. ECU 113),
Depending on whether the first current sensor and the second current sensor are normal or abnormal, a detection value used in performing the first control is a detection value of the first current sensor and the second current sensor. A determination unit (for example, the ECU 113 in an embodiment to be described later) that determines one of the detected values of the above and determines whether to perform the second control.
A power supply device comprising:
Note that the first control unit, the second control unit, and the determination unit may be shared by the same ECU 113 having a plurality of functions described in embodiments described later.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記決定部は、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行うと決定する。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,
If the first current sensor and the second current sensor are normal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the first current sensor, and Decide to do.

請求項3に記載の発明では、請求項1又は2に記載の発明において、
前記決定部は、少なくとも前記第2電流センサが正常であれば、前記第2電流センサの検出値を用いて前記第2制御を行うと決定する。
According to the invention described in claim 3, in the invention described in claim 1 or 2,
The determining unit determines that the second control is to be performed using a detection value of the second current sensor when at least the second current sensor is normal.

請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明において、
前記決定部は、前記第1電流センサが正常であり、前記第2電流センサが異常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行わないと決定する。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3,
If the first current sensor is normal and the second current sensor is abnormal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the first current sensor, It is determined that the second control is not performed.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の発明において、
前記決定部は、前記第1電流センサが異常であり、前記第2電流センサが正常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第2電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行うと決定し、
前記第1制御部は、前記第2電流センサの検出値の合計値を用いて前記第1制御を行う。
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4,
If the first current sensor is abnormal and the second current sensor is normal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the second current sensor, Determining to perform the second control,
The first control unit performs the first control using a total value of the detection values of the second current sensor.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載の発明において、
前記電圧変換を行う変換部を駆動して、前記変換モジュールを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1電流センサ又は前記第2電流センサが異常であれば、前記電源から前記変換モジュールへの入力電流を低減する制御を行う。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5,
A control unit that drives the conversion unit that performs the voltage conversion and controls the conversion module,
If the first current sensor or the second current sensor is abnormal, the control unit performs control to reduce an input current from the power supply to the conversion module.

請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の発明において、
前記第1電流センサの検出値を用いた前記第1制御の制御周期と、前記第2制御の制御周期が互いに異なる。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6,
A control cycle of the first control using a detection value of the first current sensor is different from a control cycle of the second control.

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、
前記第1電流センサの検出値を用いた前記第1制御の制御周期は、前記第2制御の制御周期よりも早い。
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7,
A control cycle of the first control using the detection value of the first current sensor is earlier than a control cycle of the second control.

請求項9に記載の発明は、請求項1から8のいずれか1項に記載の電源装置を有する、機器である。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an apparatus having the power supply device according to any one of the first to eighth aspects.

請求項10に記載の発明は、
電源(例えば、後述の実施形態での燃料電池101)と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な変換部を複数有し、当該複数の変換部が電気的に並列に接続された変換モジュール(例えば、後述の実施形態でのFC−VCU103,203)と、
前記電源と前記変換モジュールの間を流れる電流を検出する第1電流センサ(例えば、後述の実施形態での電流センサ105)と、
前記複数の変換部の各々を流れる電流を検出する第2電流センサ(例えば、後述の実施形態での相電流センサ1051〜1054)と、
前記第1電流センサの検出値又は前記第2電流センサの検出値を用いて、前記電圧変換を行う前記変換部の数である動作数を変更する第1制御を行う第1制御部(例えば、後述の実施形態でのECU113)と、
前記動作数が複数の場合、前記第2電流センサの検出値を用いて、前記動作数の変換部をそれぞれ流れる電流を等しくする第2制御を行う第2制御部(例えば、後述の実施形態でのECU113)と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であるか異常であるかに応じて、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値及び前記第2電流センサの検出値のいずれかに決定し、かつ、前記第2制御を行うか否かを決定する、制御方法である。
なお、第1制御部及び第2制御部は、後述の実施形態で表される複数の機能を有した同一のECU113によって兼用されても良い。
The invention according to claim 10 is
A power source (for example, a fuel cell 101 in an embodiment described later);
A conversion module (e.g., FC-VCU 103, 203 in an embodiment described later) having a plurality of conversion units capable of converting the voltage of the power supplied by the power supply, and the plurality of conversion units being electrically connected in parallel. When,
A first current sensor (for example, a current sensor 105 in an embodiment described later) that detects a current flowing between the power supply and the conversion module,
A second current sensor (for example, a phase current sensor 1051 to 1054 in an embodiment described later) that detects a current flowing through each of the plurality of conversion units,
A first control unit (for example, a first control unit that performs a first control that changes the number of operations that is the number of the conversion units that perform the voltage conversion using a detection value of the first current sensor or a detection value of the second current sensor) ECU 113 in an embodiment described later),
In the case where the number of operations is plural, a second control unit (for example, in an embodiment to be described later) that performs a second control for equalizing the current flowing through the conversion unit of the number of operations using the detection value of the second current sensor. ECU 113), the control method performed by the power supply device comprising:
Depending on whether the first current sensor and the second current sensor are normal or abnormal, a detection value used in performing the first control is a detection value of the first current sensor and the second current sensor. And a control method for determining whether or not to perform the second control.
Note that the first control unit and the second control unit may be shared by the same ECU 113 having a plurality of functions described in embodiments described later.

請求項1、請求項9及び請求項10の発明によれば、第1電流センサ及び第2電流センサのいずれかが故障しても、少なくとも変換モジュールへの入力電流に基づく動作数の変更に関する制御を継続できるため、複数の変換部の一部に負荷が集中しないための制御を継続できる。   According to the first, ninth, and tenth aspects of the present invention, even if one of the first current sensor and the second current sensor fails, control relating to a change in the number of operations based on at least the input current to the conversion module. Can be continued, and control can be continued so that the load is not concentrated on a part of the plurality of conversion units.

電源から変換モジュールに流入する電流値は、少なくとも1つの変換部を貫流する。従って、複数の変換部の前段に設けられた第1電流センサの検出値と、複数の変換部それぞれに設けられた第2電流センサの検出値の合計値は、理論的には等しくなる。しかし実際には、それぞれの電流センサには不可避の製品誤差が存在する。従って、第1電流センサの検出値と第2電流センサの検出値の合計値は、必ずしも等しくなるとは限らない。特に、第2電流センサを用いて変換モジュールに流入する電流を検出する場合は、複数の電流センサを用いる必要があるため、実際の電流値との誤差とは大きくなる虞が高い。請求項2の発明によれば、変換モジュールに流入する電流値を検出する観点から、第2電流センサより精度の高い第1電流センサの検出値が第1制御に用いられるため、第1制御を精度良く行うことができ、かつ、第2制御を行うことによって、変換部に対する負荷を均等化できる。   The current value flowing into the conversion module from the power supply flows through at least one conversion part. Therefore, the total value of the detection value of the first current sensor provided in the preceding stage of the plurality of conversion units and the detection value of the second current sensor provided in each of the plurality of conversion units is theoretically equal. However, in practice, each current sensor has an unavoidable product error. Therefore, the sum of the detection values of the first current sensor and the detection values of the second current sensor is not always equal. In particular, when detecting the current flowing into the conversion module by using the second current sensor, it is necessary to use a plurality of current sensors, and therefore, there is a high possibility that the error from the actual current value will increase. According to the invention of claim 2, from the viewpoint of detecting the current value flowing into the conversion module, the detection value of the first current sensor, which is more accurate than the second current sensor, is used for the first control. By performing the second control with high accuracy, the load on the conversion unit can be equalized.

各変換部が同一構造である場合、理論的には各変換部を貫流する電流は等しくなる。しかし実際には、各変換部の劣化状態などの種々のパラメータや、変換部の構成品の製品誤差により、必ずしも各変換部を貫流する電流は等しくならない。請求項3の発明によれば、各変換部に設けられた第2電流センサの検出値を用いて、第2制御を行うことによって、変換部に対する負荷を均等化できる。   If the converters have the same structure, the current flowing through each converter is theoretically equal. However, in practice, the current flowing through each converter is not always equal due to various parameters such as the deterioration state of each converter and product errors of components of the converter. According to the third aspect of the present invention, the load on the converters can be equalized by performing the second control using the detection value of the second current sensor provided in each converter.

請求項4の発明によれば、第2制御は行われないため各変換部を貫流する電流には若干の偏差が生じることになるが、第1制御を継続することによって変換モジュールに流入する電流値に応じて電圧変換を行う変換部の数が適宜変更されるため、変換モジュールに流入する電流を複数の変換部が分担し、一部の変換部への負荷の集中を抑制できる。   According to the invention of claim 4, since the second control is not performed, a slight deviation occurs in the current flowing through each converter, but the current flowing into the conversion module by continuing the first control. Since the number of converters that perform voltage conversion is appropriately changed according to the value, the plurality of converters share the current flowing into the conversion module, and the concentration of load on some converters can be suppressed.

請求項5の発明によれば、第2電流センサが検出した各変換部の電流の合計値を用いて第1制御を継続することによって、第1電流センサの検出値を用いる場合よりも精度は低いが、第1電流センサが故障しても動作数を変更できる。この場合においては、電圧変換の効率が若干損なわれることになるが、第2電流センサの検出値を用いた第2制御によって、各変換部を貫流する電流値は均等化されるため、一部の変換部への負荷の集中は生じず、変換モジュールの高耐久化や長寿命化が損なわれることはない。   According to the fifth aspect of the present invention, by continuing the first control using the total value of the currents of the respective converters detected by the second current sensor, the accuracy is higher than when the detection value of the first current sensor is used. Although low, the number of operations can be changed even if the first current sensor fails. In this case, although the efficiency of voltage conversion is slightly impaired, the current value flowing through each conversion unit is equalized by the second control using the detection value of the second current sensor. The concentration of the load on the conversion unit does not occur, and the high durability and long life of the conversion module are not impaired.

第1電流センサと第2電流センサの一方が故障した場合、前述したように第1制御と第2制御の一方が実行不能かその制御精度や制御安定性が低下してしまう。請求項6の発明によれば、電源から変換モジュールへの入力電流を低減する制御を行うことによって、第1電流センサ又は第2電流センサが異常である際の制御精度や制御安定性の低下を補完することができる。   If one of the first current sensor and the second current sensor fails, as described above, one of the first control and the second control cannot be executed, or the control accuracy and control stability are reduced. According to the invention of claim 6, by performing control to reduce the input current from the power supply to the conversion module, the control accuracy and control stability when the first current sensor or the second current sensor is abnormal are reduced. Can be complemented.

請求項7の発明によれば、主に第1電流センサの検出値を用いる第1制御の役割と、第2電流センサの検出値を用いる第2制御の役割の違いに基づいて、その制御周期を設定するため、第1制御と第2制御の競合(ハンチング)や制御装置の計算負荷の増大を抑制しつつ、安定して第1制御と第2制御を行うことができる。   According to the invention of claim 7, the control cycle is mainly determined based on the difference between the role of the first control using the detection value of the first current sensor and the role of the second control using the detection value of the second current sensor. Therefore, the first control and the second control can be stably performed while suppressing competition (hunting) between the first control and the second control and an increase in the calculation load of the control device.

請求項8の発明によれば、第2制御は第1制御の補助的な役割であるため、第1制御の役割と第2制御の役割の違いに基づいて、その制御周期を設定するため、第1制御と第2制御の競合(ハンチング)や制御装置の計算負荷の増大を抑制しつつ、安定して第1制御と第2制御を行うことができる。   According to the invention of claim 8, since the second control is an auxiliary role of the first control, the control cycle is set based on the difference between the role of the first control and the role of the second control. The first control and the second control can be stably performed while suppressing competition (hunting) between the first control and the second control and an increase in the calculation load of the control device.

本発明に係る一実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a power supply device according to an embodiment of the present invention. 一実施形態の電源装置、バッテリ、VCU、PDU及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。FIG. 2 is an electric circuit diagram illustrating a relationship among a power supply device, a battery, a VCU, a PDU, and a motor generator according to the embodiment. FC−VCUが有する4つの変換部(相)のうち1つのみを駆動する場合のスイッチング信号及びFC−VCUの入出力電流の経時変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a change over time of a switching signal and an input / output current of the FC-VCU when only one of four conversion units (phases) of the FC-VCU is driven. FC−VCUが有する4つの変換部(相)の全てを駆動する場合のスイッチング信号及びFC−VCUの入出力電流の経時変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a change over time of a switching signal and input / output current of the FC-VCU when driving all four conversion units (phases) of the FC-VCU. 駆動する変換部(相)の数N毎の入力電流に対する損失を考慮したFC−VCUのエネルギー効率を示すグラフである。It is a graph which shows the energy efficiency of FC-VCU which considered the loss with respect to the input current for every several N of the converter (phase) to drive. 図2に示すFC−VCUが有する4つの変換部(相)の各構成要素及び平滑コンデンサの、Z軸方向から見た位置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a positional relationship between components of a four conversion unit (phase) and a smoothing capacitor of the FC-VCU illustrated in FIG. 2 when viewed from a Z-axis direction. 他の実施形態の電源装置、バッテリ、VCU、PDU及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。FIG. 9 is an electric circuit diagram illustrating a relationship among a power supply device, a battery, a VCU, a PDU, and a motor generator according to another embodiment. 図7に示すFC−VCUが有する4つの変換部(相)の各構成要素及び平滑コンデンサの、Z軸方向から見た位置関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a positional relationship between components and smoothing capacitors of four conversion units (phases) included in the FC-VCU illustrated in FIG. 7 when viewed from a Z-axis direction. FC−VCUにおける駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第1制御例の図である。FIG. 4 is a diagram of a first control example showing phases to be driven for each drive pattern in the FC-VCU, for each number of operating phases. 第1制御例のECUによるFC−VCUの駆動パターンの選択手順を説明するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a procedure for selecting a drive pattern of an FC-VCU by an ECU according to a first control example . FC−VCUにおける駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第2制御例の図である。FIG. 11 is a diagram of a second control example showing phases to be driven for each drive pattern in the FC-VCU, for each number of operating phases. 第2制御例のECUによるFC−VCUの駆動パターンの選択手順を説明するフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a procedure of selecting an FC-VCU drive pattern by an ECU according to a second control example . FC−VCUの入力電力を一定とした場合の、動作相数N毎の入力電流IFCに対するFC−VCUでの損失ηtotal_Nを示すグラフである。9 is a graph showing a loss ηtotal_N in the FC-VCU with respect to the input current IFC for each number N of operating phases when the input power of the FC-VCU is constant. 入力電力を一定とし所定の相数でFC−VCUを駆動した場合の、昇圧率に対するFC−VCUでの損失を示すグラフである。5 is a graph showing a loss in the FC-VCU with respect to a boosting rate when the FC-VCU is driven with a predetermined number of phases while the input power is constant. 動作相数が1相、2相及び4相のFC−VCUでの各損失マップを示す図である。It is a figure which shows each loss map in FC-VCU of the number of operation phases of one phase, two phases, and four phases. 出力電流に応じて閉回路電圧が変動する燃料電池のIV特性を示すグラフである。 5 is a graph showing an IV characteristic of a fuel cell in which a closed circuit voltage changes according to an output current . 図15に示す3つの損失マップでハッチングされた最小の損失値を抽出した合成損失マップ示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a combined loss map in which minimum loss values hatched by the three loss maps illustrated in FIG. 15 are extracted. FC−VCUにおける駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第4制御例の図である。FIG. 13 is a diagram of a fourth control example showing the phases to be driven for each drive pattern in the FC-VCU for each number of operating phases. FC−VCUを4相で駆動する際の各相を流れる相電流IL1〜IL4の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of phase current IL1-IL4 which flows through each phase when FC-VCU is driven by four phases. FC−VCUを3相で駆動する際の各相を流れる相電流IL1〜IL4の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the phase current IL1-IL4 which flows through each phase when FC-VCU is driven by three phases. FC−VCUの動作相数を1相から2相に切り替える際の、駆動中の相1及び駆動を開始する相2のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D1,D2、各相電流IL1,IL2及び入力電流IFCの経時変化の一例を示す第5制御例の図である。When switching the number of operating phases of the FC-VCU from one phase to two phases, duty ratios D1 and D2 of the on / off switching control for the switching elements of the driving phase 1 and the driving phase 2 and the phase currents IL1 and IL2 FIG. 13 is a diagram of a fifth control example showing an example of a change with time of the input current IFC. FC−VCUの動作相数を2相から1相に切り替える際の、駆動を継続する相1及び駆動を停止する相2のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D3,D4、各相電流IL1,IL2及び入力電流IFCの経時変化の一例を示す第5制御例の図である。When the number of operating phases of the FC-VCU is switched from two to one, the duty ratios D3 and D4 of the on / off switching control for the switching elements of phase 1 that continues driving and phase 2 that stops driving, and each phase current IL1 FIG. 13 is a diagram of a fifth control example illustrating an example of a change with time of the IL2 and the input current IFC. 動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値と、動作相数の切り替えに伴う駆動相を流れる相電流の変化量との関係の一例を示す第5制御例の図である。FIG. 14 is a diagram of a fifth control example illustrating an example of a relationship between a threshold value of an input current IFC for switching the number of operating phases and a change amount of a phase current flowing in a driving phase accompanying the switching of the number of operating phases. FC−VCUの動作相数を切り替える際の第5制御例のECUが行う動作を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an operation performed by an ECU of a fifth control example when switching the number of operating phases of the FC-VCU. 動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値と、動作相数の切り替えに伴う駆動相を流れる相電流の変化量との関係の他の例を示す第5制御例の図である。FIG. 18 is a diagram of a fifth control example showing another example of the relationship between the threshold value of the input current IFC for switching the number of operating phases and the amount of change in the phase current flowing through the driving phase accompanying the switching of the number of operating phases. スイッチング周波数fで制御するFC−VCUの動作相数が1相である場合、スイッチング周波数f/2で制御するFC−VCUの動作相数が1相である場合、及びスイッチング周波数f/2で制御するFC−VCUの動作相数が2相でインターリーブ制御されている場合の、FC−VCUの出力電流及び入力電流IFCの経時変化の例を示す第6制御例の図である。When the number of operating phases of the FC-VCU controlled at the switching frequency f is one, when the number of operating phases of the FC-VCU controlled at the switching frequency f / 2 is one, and the control is performed at the switching frequency f / 2 FIG. 13 is a diagram of a sixth control example showing an example of a change with time of the output current and the input current IFC of the FC-VCU when the number of operating phases of the FC-VCU is two-phase and interleaved. 第6制御例のECUがFC−VCUを制御する際の入力電流IFCとスイッチング周波数、動作相数及び入出力電流の周波数との関係の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between an input current IFC and a switching frequency, the number of operating phases, and a frequency of an input / output current when the ECU of the sixth control example controls the FC-VCU. 第6制御例の制御を行わないECUがFC−VCUの損失に基づき動作相数を決定する場合の入力電流IFCとスイッチング周波数、動作相数及び入出力電流の周波数との関係の一例を示す図である。The figure which shows an example of the relationship between the input current IFC and the switching frequency, the number of operating phases, and the frequency of input / output current when the ECU which does not perform control of the 6th control example determines the number of operating phases based on the loss of FC-VCU. It is. 第6制御例のECUがFC−VCUを制御する際の入力電流IFCとスイッチング周波数、動作相数及び入出力電流の周波数との関係の他の例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the relationship between the input current IFC and the switching frequency, the number of operating phases, and the frequency of the input / output current when the ECU of the sixth control example controls the FC-VCU. 動作相数N毎の入力電流IFCに対するFC−VCUでの損失ηtotal_Nを示すグラフである。It is a graph which shows the loss (eta) total_N in FC-VCU with respect to the input current IFC for every number N of operation phases. パワーセーブ制御を行うことで入力電流IFCが低下して動作相数が減った場合に駆動相を流れる相電流が増加する場合を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a case where a phase current flowing through a driving phase increases when an input current IFC decreases and the number of operating phases decreases by performing power save control. パワーセーブ制御時には入力電流IFCによらずにFC−VCUの動作相数をパワーセーブ制御前の相数より増やす場合を示す第7制御例の図である。FIG. 17 is a diagram of a seventh control example showing a case where the number of operating phases of the FC-VCU is increased from the number of phases before the power save control without depending on the input current IFC during the power save control. FC−VCUの温度がしきい値を超えた際の第7制御例のECUが行う動作を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an operation performed by an ECU of a seventh control example when the temperature of the FC-VCU exceeds a threshold value. 動作相数決定のための電流値、相電流バランス制御のための電流値、及びパワーセーブ制御実行の有無を、電流センサ及び相電流センサの異なる状態毎に示す第8制御例の図である。It is a figure of the 8th example of control which shows the electric current value for the number of operation phases, the electric current value for phase current balance control, and the presence or absence of execution of power save control for every different state of a current sensor and a phase current sensor. 電流センサ及び相電流センサの状態に応じて第8制御例のECUが行う動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which ECU of 8th control example performs according to the state of a current sensor and a phase current sensor. 第9制御例のECUを有する電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an electric vehicle in which a power supply device having an ECU of a ninth control example is mounted. FC−VCUの動作相数に応じた交流信号の基本振幅と当該基本振幅合計値の経時変化を示す第10制御例の図である。FIG. 21 is a diagram of a tenth control example illustrating a basic amplitude of an AC signal according to the number of operation phases of the FC-VCU and a temporal change of the basic amplitude total value. FC−VCUを1相で駆動する際に重畳する交流信号の振幅の大小による入力電流IFCの波形の違いを説明するための、入力電流の値が0(A)近傍の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view illustrating an input current value near 0 (A) for explaining a difference in waveform of an input current IFC due to a magnitude of an AC signal superimposed when driving an FC-VCU in one phase. FC−VCUの昇圧率と基本重畳量に乗算する係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the boost rate of FC-VCU, and the coefficient which multiplies a basic superposition amount. FC−VCUの動作相数に応じた交流信号の基本振幅と当該基本振幅合計値の経時変化を示す第11制御例の図である。FIG. 21 is a diagram of an eleventh control example showing a basic amplitude of an AC signal according to the number of operation phases of the FC-VCU and a temporal change of the basic amplitude total value. FC−VCUを1相で駆動する際に重畳する交流信号の振幅の大小による入力電流IFCの波形の違いを説明するための、入力電流の値が0(A)近傍の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view illustrating an input current value near 0 (A) for explaining a difference in waveform of an input current IFC due to a magnitude of an AC signal superimposed when driving an FC-VCU in one phase. FC−VCUの昇圧率と基本重畳量に乗算する係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the boost rate of FC-VCU, and the coefficient which multiplies a basic superposition amount. 駆動相の制御信号に交流信号を重畳する際の第11制御例のECUが行う動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which ECU of 11th control example performs when superimposing an alternating current signal on the control signal of a drive phase. 他の実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a power supply device according to another embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る一実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図1中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線の矢印は制御信号を示す。図1に示す1MOT型の電動車両は、モータジェネレータ(MG)11と、PDU(Power Drive Unit)13と、VCU(Voltage Control Unit)15と、バッテリ17と、一実施形態の電源装置100とを備える。以下、電動車両が備える各構成要素について説明する。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a power supply device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a thick solid line indicates a mechanical connection, a double dotted line indicates a power wiring, and a thin solid arrow indicates a control signal. The 1MOT type electric vehicle shown in FIG. 1 includes a motor generator (MG) 11, a PDU (Power Drive Unit) 13, a VCU (Voltage Control Unit) 15, a battery 17, and a power supply device 100 of one embodiment. Prepare. Hereinafter, each component included in the electric vehicle will be described.

モータジェネレータ11は、バッテリ17及び電源装置100の少なくとも一方から供給される電力によって駆動され、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ11で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスGB及びデファレンシャル・ギアDを介して駆動輪Wに伝達される。また、モータジェネレータ11は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ11を発電機として動作させることで生じた回生電力は、バッテリ17に蓄えられる。   Motor generator 11 is driven by electric power supplied from at least one of battery 17 and power supply device 100, and generates motive power for the electric vehicle to travel. The torque generated by motor generator 11 is transmitted to drive wheels W via gear box GB including a shift speed or a fixed speed and differential gear D. The motor generator 11 operates as a generator when the electric vehicle decelerates, and outputs a braking force of the electric vehicle. Note that regenerative electric power generated by operating motor generator 11 as a generator is stored in battery 17.

PDU13は、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ11に印加する。また、PDU13は、モータジェネレータ11の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。   The PDU 13 converts a DC voltage into a three-phase AC voltage and applies the same to the motor generator 11. Further, PDU 13 converts an AC voltage input during a regenerative operation of motor generator 11 into a DC voltage.

VCU15は、バッテリ17の出力電圧を直流のまま昇圧する。また、VCU15は、電動車両の減速時にモータジェネレータ11が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、VCU15は、電源装置100の出力電圧を直流のまま降圧する。VCU15によって降圧された電力は、バッテリ17に充電される。   The VCU 15 boosts the output voltage of the battery 17 while maintaining the direct current. In addition, VCU 15 reduces the voltage of electric power generated by motor generator 11 and converted into direct current when the electric vehicle decelerates. Further, the VCU 15 drops the output voltage of the power supply device 100 while keeping the DC voltage. The power stepped down by the VCU 15 is charged in the battery 17.

バッテリ17は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、VCU15を介してモータジェネレータ11に高電圧の電力を供給する。なお、バッテリ17は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電可能容量は少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタをバッテリ17として用いても構わない。   Battery 17 has a plurality of storage cells such as a lithium ion battery and a nickel hydride battery, and supplies high-voltage power to motor generator 11 via VCU 15. Note that the battery 17 is not limited to a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydride battery. For example, a capacitor or a capacitor which has a small storable capacity but can charge and discharge a large amount of power in a short time may be used as the battery 17.

電源装置100は、図1に示すように、燃料電池(FC)101と、FC−VCU(Fuel Cell Voltage Control Unit)103と、電流センサ105と、相電流センサ1051〜1054(図2参照)と、電圧センサ1071,1072と、温度センサ1091〜1094(図2参照)と、パワースイッチ111と、ECU(Electronic Control Unit)113とを備える。   As shown in FIG. 1, the power supply device 100 includes a fuel cell (FC) 101, an FC-VCU (Fuel Cell Voltage Control Unit) 103, a current sensor 105, and phase current sensors 1051 to 1054 (see FIG. 2). , Voltage sensors 1071 and 1072, temperature sensors 1091 to 1094 (see FIG. 2), a power switch 111, and an ECU (Electronic Control Unit) 113.

燃料電池101は、水素タンク、水素ポンプ及びFCスタックを有する。水素タンクは、電動車両が走行するための燃料である水素を蓄える。水素ポンプは、水素タンクからFCスタックに送られる水素量を調整する。また、水素ポンプは、水素タンクが蓄えている乾燥した水素を、水素ポンプ内の貯水槽に経由してから、FCスタックに供給することで、水素の加湿量も調整できる。FCスタックは、水素ポンプから供給される水素と空気中の酸素を取り込み、化学反応により電気エネルギーを生成する。FCスタックで生成された電気エネルギーは、モータジェネレータ11又はバッテリ17に供給される。   The fuel cell 101 has a hydrogen tank, a hydrogen pump, and an FC stack. The hydrogen tank stores hydrogen, which is a fuel for the electric vehicle to run. The hydrogen pump regulates the amount of hydrogen sent from the hydrogen tank to the FC stack. In addition, the hydrogen pump can also adjust the humidification amount of hydrogen by supplying dry hydrogen stored in the hydrogen tank to the FC stack after passing through a water storage tank in the hydrogen pump. The FC stack takes in hydrogen supplied from a hydrogen pump and oxygen in the air, and generates electric energy by a chemical reaction. The electric energy generated by the FC stack is supplied to the motor generator 11 or the battery 17.

燃料電池101には、固体高分子化型燃料電池(PEFC = Polymer Electrolyte Fuel Cell)以外にも、りん酸型燃料電池(PAFC = Phosphoric Acid Fuel Cell)や溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC = Molten Carbonate Fuel Cell)、固体酸化物型燃料電池(SOFC = Solid Oxide Fuel Cell)など様々な種類の燃料電池が適用できる。   The fuel cell 101 includes, in addition to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC) and a molten carbonate fuel cell (MCFC = Molten Carbonate). Various types of fuel cells, such as a fuel cell and a solid oxide fuel cell (SOFC), can be applied.

なお、燃料電池101の閉回路電圧は、出力電流に応じて変動する。また、燃料電池101の特性と上述したバッテリ17の特性は互いに異なる。燃料電池101は、燃料である水素と酸素を供給する限り大電流を継続して放電できる。しかし、供給される燃料ガスの電気化学反応により電気を生成する原理上、燃料電池101の出力を短時間に不連続的に変動させることは難しい。これらの特性を考慮すると、燃料電池101は高容量型の電源としての特性を備えていると言える。一方のバッテリ17は、内部の活物質の電気化学反応により電気を生成する原理上、大電流を継続して放電することは難しいが、その出力を短時間に不連続的に変動させることは決して難しくない。これらの特性を考慮すると、バッテリ17は、高出力型の電源としての特性を備えていると言える。 Note that the closed circuit voltage of the fuel cell 101 fluctuates according to the output current . Further, the characteristics of the fuel cell 101 and the characteristics of the battery 17 described above are different from each other. The fuel cell 101 can continuously discharge a large current as long as hydrogen and oxygen as fuels are supplied. However, it is difficult to fluctuate the output of the fuel cell 101 discontinuously in a short time due to the principle of generating electricity by an electrochemical reaction of the supplied fuel gas. Considering these characteristics, it can be said that the fuel cell 101 has characteristics as a high-capacity power supply. On the other hand, it is difficult for the battery 17 to continuously discharge a large current due to the principle of generating electricity by an electrochemical reaction of an internal active material, but it is never possible to fluctuate its output discontinuously in a short time. Not difficult. Considering these characteristics, it can be said that the battery 17 has characteristics as a high-output type power supply.

FC−VCU103は、燃料電池101が出力した電力(電気エネルギー)の電圧変換が可能な変換部を4つ有し、これらを互いに並列に接続し、その出力ノードと入力ノードを共通化した、いわゆる多相コンバータである。図2は、電源装置100、バッテリ17、VCU15、PDU13及びモータジェネレータ11の関係を示す電気回路図である。図2に示すように、FC−VCU103が有する各変換部は、リアクトルと、当該リアクトルに直列接続されたダイオードと、リアクトルとダイオードの間に接続されたスイッチング素子を含む昇圧チョッパ回路の回路構成を有する。なお、FC−VCU103の入力側には、4つの変換部と並列に平滑コンデンサC1が設けられ、FC−VCU103の出力側には、VCU15と並列に平滑コンデンサC2が設けられる。   The FC-VCU 103 has four conversion units capable of converting the voltage of the electric power (electric energy) output from the fuel cell 101, connects them in parallel with each other, and shares an output node and an input node with each other. It is a polyphase converter. FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a relationship among the power supply device 100, the battery 17, the VCU 15, the PDU 13, and the motor generator 11. As shown in FIG. 2, each converter included in the FC-VCU 103 has a circuit configuration of a boost chopper circuit including a reactor, a diode connected in series to the reactor, and a switching element connected between the reactor and the diode. Have. A smoothing capacitor C1 is provided on the input side of the FC-VCU 103 in parallel with the four converters, and a smoothing capacitor C2 is provided on the output side of the FC-VCU 103 in parallel with the VCU 15.

FC−VCU103が有する4つの変換部は電気的に並列に接続されており、少なくとも1つの変換部のスイッチング素子を所望のタイミングでオンオフ切換動作することによって、燃料電池101の電圧を直流のまま昇圧して出力する。変換部のスイッチング素子のオンオフ切換動作は、ECU113からFC−VCU103へのパルス状の所定のデューティ比を有するスイッチング信号によって制御される。   The four conversion units of the FC-VCU 103 are electrically connected in parallel, and the switching elements of at least one of the conversion units are turned on / off at a desired timing, thereby boosting the voltage of the fuel cell 101 while maintaining the DC voltage. And output. The on / off switching operation of the switching element of the conversion unit is controlled by a pulse-like switching signal having a predetermined duty ratio from the ECU 113 to the FC-VCU 103.

ECU113の制御によって駆動する変換部の数は、FC−VCU103の出力電流のリプルに影響する。変換部のスイッチング素子をオンオフ切換制御すると、オン動作中にはFC−VCU103への入力電流がスイッチング素子側に流れてリアクトルはエネルギーを蓄え、オフ動作中にはFC−VCU103への入力電流がダイオード側に流れてリアクトルは蓄えたエネルギーを放出する。このため、FC−VCU103が有する4つの変換部のうち1つのみを駆動すると、図3に示すように、FC−VCU103からはオフ動作中の変換部を流れた電流が出力される。また、FC−VCU103が有する4つの変換部の全てを駆動する場合には、図4に示すように、各変換部のオンオフ切換位相を90度ずつずらすインターリーブ制御が行われる。この場合、FC−VCU103の出力電流のリプルは、各変換部の出力電流がFC−VCU103の出力ノードで合成させることにより、図3に示す1つの変換部のみを駆動する場合と比べて小さい。また、FC−VCU103が有する4つの変換部のうち2つを駆動する場合には、駆動する各変換部のオンオフ切換位相を180度ずつずらすインターリーブ制御が行われる。このときのFC−VCU103の出力電流のリプルは、図4に示す4つの変換部を駆動する場合と比べると大きいが、図3に示す1つの変換部のみを駆動する場合と比べると小さい。このように、駆動する変換部の数によって出力電流のリプルは変化する。駆動する変換部の間の位相差を、360度を駆動する変換部の数で割った値と等しくすると、出力電流のリプルを最小化できる。   The number of converters driven by the control of the ECU 113 affects the ripple of the output current of the FC-VCU 103. When on / off switching control of the switching element of the conversion unit is performed, the input current to the FC-VCU 103 flows to the switching element side during the ON operation, and the reactor stores energy. During the OFF operation, the input current to the FC-VCU 103 is a diode. Flowing to the side, the reactor releases the stored energy. For this reason, when only one of the four converters of the FC-VCU 103 is driven, as shown in FIG. 3, the FC-VCU 103 outputs a current flowing through the converter in the OFF operation. When all four conversion units of the FC-VCU 103 are driven, interleave control is performed to shift the on / off switching phase of each conversion unit by 90 degrees as shown in FIG. In this case, the ripple of the output current of the FC-VCU 103 is smaller than the case where only one converter shown in FIG. 3 is driven by combining the output current of each converter at the output node of the FC-VCU 103. When two of the four converters included in the FC-VCU 103 are driven, interleave control is performed to shift the on / off switching phase of each converter to be driven by 180 degrees. At this time, the ripple of the output current of the FC-VCU 103 is larger than the case where the four converters shown in FIG. 4 are driven, but smaller than the case where only one converter shown in FIG. 3 is driven. As described above, the ripple of the output current changes depending on the number of converters to be driven. Ripple in the output current can be minimized if the phase difference between the driving converters is equal to the value divided by the number of converters driving 360 degrees.

また、駆動する変換部の数は、FC−VCU103で発生する損失にも影響する。FC−VCU103で発生する損失には、スイッチング素子がオンとオフ状態の間を遷移する際に生じる遷移損失ηtransと、スイッチング素子などが有する抵抗成分から生じる導通損失ηconductと、スイッチングによって生じるスイッチング損失ηswitch(Fsw)の3つが含まれる。   The number of converters to be driven also affects the loss generated in the FC-VCU 103. The loss generated in the FC-VCU 103 includes a transition loss ηtrans generated when the switching element transitions between the on and off states, a conduction loss ηconduct generated from a resistance component of the switching element and the like, and a switching loss ηswitch generated by switching. (Fsw).

4つの変換部のうち1つのみを駆動する場合にFC−VCU103で発生する損失ηtotal_1は以下の式(1)によって表される。但し、「IFC」はFC−VCU103への入力電流であり、「V1」はFC−VCU103の入力電圧であり、「V2」はFC−VCU103の出力電圧である。また、「Ttransは、スイッチング素子におけるオンからオフ又はオフからオンへの遷移時間であり、「Fswはスイッチング周波数であり、「RDSon」は変換部を構成するスイッチング素子のオン抵抗である。また、「A」は定数である。

Figure 0006630588
When only one of the four conversion units is driven, the loss ηtotal_1 generated in the FC-VCU 103 is represented by the following equation (1). Here, “IFC” is an input current to the FC-VCU 103, “V1” is an input voltage of the FC-VCU 103, and “V2” is an output voltage of the FC-VCU 103. “Ttrans is a transition time from on to off or from off to on in the switching element, “Fsw is a switching frequency, and “RDSon” is an on-resistance of the switching element constituting the converter. “A” is a constant.
Figure 0006630588

式(1)に示す損失ηtotal_1に基づくと、FC−VCU103への入力電流IFCが大きくなるほど特に導通損失が増大し、FC−VCU103の発熱量が増加する。そこで、駆動する変換部の数を増やし、N個(Nは2以上の整数)の変換部を駆動する場合には、FC−VCU103で発生する損失ηtotal_Nは以下の式(2)によって表される。

Figure 0006630588
Based on the loss ηtotal_1 shown in the equation (1), the conduction loss particularly increases as the input current IFC to the FC-VCU 103 increases, and the calorific value of the FC-VCU 103 increases. Therefore, when increasing the number of converters to be driven and driving N converters (N is an integer of 2 or more), the loss ηtotal_N generated in the FC-VCU 103 is represented by the following equation (2). .
Figure 0006630588

式(2)に示す損失ηtotal_Nに基づくと、駆動する変換部の数の増加によってスイッチング損失は増大するが、導通損失は減少する。このため、ECU113は、駆動する変換部の数N毎の損失を考慮したFC−VCU103のエネルギー効率を示すマップ等を用いて、駆動する変換部の数を選択する。図5は、駆動する変換部の数N毎の入力電流IFCに対する損失を考慮したFC−VCU103のエネルギー効率を示すグラフである。ECU113は、図5のグラフに基づくマップから、FC−VCU103への入力電流IFCに応じた適切な数Nを選択する。   Based on the loss ηtotal_N shown in equation (2), the switching loss increases as the number of converters to be driven increases, but the conduction loss decreases. For this reason, the ECU 113 selects the number of converters to be driven using a map or the like showing the energy efficiency of the FC-VCU 103 in consideration of the loss for each number N of converters to be driven. FIG. 5 is a graph showing the energy efficiency of the FC-VCU 103 in consideration of the loss with respect to the input current IFC for each number N of converters to be driven. The ECU 113 selects an appropriate number N according to the input current IFC to the FC-VCU 103 from the map based on the graph of FIG.

図6は、図2に示したFC−VCU103が有する4つの変換部の各構成要素及び平滑コンデンサC1,C2の、Z軸方向から見た位置関係を示す図である。以下の説明では、FC−VCU103が有する4つの変換部の各々を「相」と表現する。したがって、本実施形態では、図6に示すように、リアクトルL1を含む変換部を「相1」、リアクトルL2を含む変換部を「相2」、リアクトルL3を含む変換部を「相3」、リアクトルL4を含む変換部を「相4」と表す。また、駆動する変換部(相)の数(以下、「動作相数」と記載することもある。)が1つであれば「1相」、駆動する変換部(相)の数が2つであれば「2相」といったように、駆動する変換部(相)の数Nによって動作相数を「N相」と表す。   FIG. 6 is a diagram illustrating a positional relationship of each component of the four conversion units and the smoothing capacitors C1 and C2 of the FC-VCU 103 illustrated in FIG. 2 when viewed from the Z-axis direction. In the following description, each of the four conversion units of the FC-VCU 103 is expressed as a “phase”. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the converter including the reactor L1 is “phase 1”, the converter including the reactor L2 is “phase 2”, the converter including the reactor L3 is “phase 3”, The converter including the reactor L4 is referred to as “phase 4”. If the number of driving converters (phases) to be driven (hereinafter, also referred to as “the number of operating phases”) is one, “one phase”, and the number of converters (phases) to be driven is two In this case, the number of operating phases is represented as “N-phase” by the number N of converters (phases) to be driven, such as “two-phase”.

図6に示すように、本実施形態では、相1〜相4がXY平面上に一列に並んで配置されており、XY平面での最も外側に相1及び相4が配置され、相1の内側には相2が配置され、相4の内側には相3が配置されている。また、相1を構成するリアクトルL1の鉄芯と相2を構成するリアクトルL2の鉄芯が共用化され、各リアクトルのコイルの鉄芯に対する巻線方向は互いに逆である。同様に、リアクトルL3の鉄芯とリアクトルL4の鉄芯も共用化され、各リアクトルのコイルの鉄芯に対する巻線方向は互いに逆である。このため、リアクトルL1とリアクトルL2は互いに磁気結合し、リアクトルL3とリアクトルL4は互いに磁気結合する。   As shown in FIG. 6, in the present embodiment, phases 1 to 4 are arranged in a line on the XY plane, and phases 1 and 4 are arranged on the outermost sides on the XY plane. Phase 2 is arranged inside, and phase 3 is arranged inside phase 4. Further, the iron core of reactor L1 forming phase 1 and the iron core of reactor L2 forming phase 2 are shared, and the winding directions of the coils of each reactor with respect to the iron core are opposite to each other. Similarly, the iron core of reactor L3 and the iron core of reactor L4 are shared, and the winding directions of the coils of each reactor with respect to the iron core are opposite to each other. Therefore, reactor L1 and reactor L2 are magnetically coupled to each other, and reactor L3 and reactor L4 are magnetically coupled to each other.

さらに図6においては、互いに磁気結合したリアクトルに同一の電流を流した場合、それぞれの相に生じる磁束が相殺される点を示してる。リアクトルL3に流れる電流IL3は磁束3を、リアクトルL4に流れる電流IL4は磁束4をそれぞれ電磁誘導によって生じさせる。前述したようにリアクトルL3の鉄芯とリアクトルL4の鉄芯は共用化されているので、磁束3と磁束4は逆向きとなって互いに相殺する。したがって、リアクトルL3とリアクトルL4における磁気飽和を抑制できる。また、リアクトルL1とリアクトルL2においても同様である。   Further, FIG. 6 shows that when the same current is applied to the reactors magnetically coupled to each other, the magnetic fluxes generated in the respective phases are canceled. Current IL3 flowing through reactor L3 generates magnetic flux 3 and current IL4 flowing through reactor L4 generates magnetic flux 4 by electromagnetic induction. As described above, since the iron core of the reactor L3 and the iron core of the reactor L4 are shared, the magnetic fluxes 3 and 4 are opposite to each other and cancel each other. Therefore, magnetic saturation in reactor L3 and reactor L4 can be suppressed. The same applies to reactor L1 and reactor L2.

また、リアクトルL1とリアクトルL2とで共用化された鉄芯Coaは、相1及び相2にわたってXY平面上に配置され、リアクトルL3とリアクトルL4とで共用化された鉄芯Cobは、相3及び相4にわたってXY平面上に配置される。XY平面は、水平面であっても、鉛直面であっても良い。なお、磁気結合するリアクトルの数は2に限られない。前述したように鉄芯を共用化することで、3や4またはそれ以上のリアクトルを磁気結合させることができる。   Further, iron core Coa shared by reactor L1 and reactor L2 is disposed on the XY plane over phase 1 and phase 2, and iron core Cob shared by reactor L3 and reactor L4 is phase 3 and phase L2. The phase 4 is arranged on the XY plane. The XY plane may be a horizontal plane or a vertical plane. The number of reactors to be magnetically coupled is not limited to two. By sharing the iron core as described above, three, four or more reactors can be magnetically coupled.

各相のリアクトルL1〜L4の誘導電流IL1〜IL4は、スイッチング素子の一端とダイオードの一端を接続したノードにつながるノードNode2に入力される。スイッチング素子の他端のノードNode1は、グランド線に接続される。また、各相の出力電流は、ダイオードの他端のノードNode3より出力される。   The induced currents IL1 to IL4 of the reactors L1 to L4 in each phase are input to a node Node2 connected to a node connecting one end of the switching element and one end of the diode. A node Node1 at the other end of the switching element is connected to a ground line. The output current of each phase is output from a node Node3 at the other end of the diode.

なお、図7に示すように、相1〜相4を構成する各リアクトルの鉄芯が独立した構成であっても良い。但し、この場合であっても、図8に示すように、相1〜相4がXY平面上に一列に並んで配置されており、XY平面での最も外側に相1及び相4が配置され、相1の内側には相2が配置され、相4の内側には相3が配置される。   In addition, as shown in FIG. 7, the iron core of each reactor constituting phase 1 to phase 4 may be independent. However, even in this case, as shown in FIG. 8, phases 1 to 4 are arranged in a line on the XY plane, and phases 1 and 4 are arranged on the outermost sides on the XY plane. , Phase 1 is arranged inside phase 1 and phase 3 is arranged inside phase 4.

電源装置100が有する電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054は、電流の検出対象である回路と電気的接点(ノード)を有さない、いわゆるホール型の電流センサである。各電流センサは、コア及びホール素子を有し、コアのギャップに発生する入力電流に比例した磁界を磁電変換素子であるホール素子が電圧に変換する。電流センサ105は、燃料電池101の出力電流でもあるFC−VCU103への入力電流IFCを検出する。電流センサ105が検出した入力電流IFCに応じた電圧を示す信号はECU113に送られる。図2に示される相電流センサ1051〜1054は、FC−VCU103の各相(各変換部)を流れる相電流IL1〜IL4を検出する。相電流センサ1051〜1054が検出した相電流IL1〜IL4に応じた電圧を示す信号はECU113に送られる。なお、電流センサ105の制御周期と相電流センサ1051〜1054の制御周期は、ECU113での制御の干渉を防止するために互いに異なる。本実施形態では、電流センサ105の制御周期の方が相電流センサ1051〜1054の制御周期よりも早い。これは、その検出値を用いて動作相数の変更という、FC−VCU103の効率に大きな影響を与える電流センサ105と、その検出値を用いて駆動している各相の電流値のバランスを図るという補助的な相電流センサ1051〜1054の役割の違いに起因するものである。   The current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054 included in the power supply device 100 are so-called Hall-type current sensors that do not have an electrical contact (node) with a circuit whose current is to be detected. Each current sensor has a core and a Hall element, and a Hall element, which is a magnetoelectric conversion element, converts a magnetic field proportional to an input current generated in a gap between the cores into a voltage. The current sensor 105 detects an input current IFC to the FC-VCU 103, which is also an output current of the fuel cell 101. A signal indicating a voltage corresponding to the input current IFC detected by the current sensor 105 is sent to the ECU 113. The phase current sensors 1051 to 1054 shown in FIG. 2 detect phase currents IL1 to IL4 flowing through each phase (each conversion unit) of the FC-VCU 103. A signal indicating a voltage corresponding to the phase currents IL1 to IL4 detected by the phase current sensors 1051 to 1054 is sent to the ECU 113. Note that the control cycle of the current sensor 105 and the control cycle of the phase current sensors 1051 to 1054 are different from each other in order to prevent control interference in the ECU 113. In the present embodiment, the control cycle of the current sensor 105 is earlier than the control cycle of the phase current sensors 1051 to 1054. This balances the current sensor 105, which greatly affects the efficiency of the FC-VCU 103, that is, the change in the number of operating phases using the detected value, and the current value of each phase driven using the detected value. This is due to the difference in the role of the auxiliary phase current sensors 1051 to 1054.

電圧センサ1071は、燃料電池101の出力電圧でもあるFC−VCU103の入力電圧V1を検出する。電圧センサ1071が検出した電圧V1を示す信号は、ECU113に送られる。電圧センサ1072は、FC−VCU103の出力電圧V2を検出する。電圧センサ1072が検出した電圧V2を示す信号は、ECU113に送られる。   The voltage sensor 1071 detects an input voltage V1 of the FC-VCU 103, which is also an output voltage of the fuel cell 101. A signal indicating voltage V1 detected by voltage sensor 1071 is sent to ECU 113. Voltage sensor 1072 detects output voltage V2 of FC-VCU 103. A signal indicating voltage V2 detected by voltage sensor 1072 is sent to ECU 113.

温度センサ1091〜1094は、FC−VCU103の特に各相(各変換部)のスイッチング素子近辺の温度を検出する。温度センサ1091〜1094が検出した温度T1〜T4を示す信号はECU113に送られる。   The temperature sensors 1091 to 1094 detect the temperature of the FC-VCU 103, in particular, the temperature near the switching element of each phase (each conversion unit). Signals indicating the temperatures T1 to T4 detected by the temperature sensors 1091 to 1094 are sent to the ECU 113.

パワースイッチ111は、電源装置100を搭載する電動車両を起動又は停止する際に運転者によって操作されるスイッチである。電動車両が停止した状態のときにパワースイッチ111が操作(オン操作)されると、ECU113には起動を示すパワースイッチ信号が入力される。一方、電動車両が作動した状態のときにパワースイッチ111が操作(オフ操作)されると、ECU113には停止を示すパワースイッチ信号が入力される。   The power switch 111 is a switch operated by a driver when starting or stopping the electric vehicle on which the power supply device 100 is mounted. When the power switch 111 is operated (turned on) when the electric vehicle is stopped, a power switch signal indicating activation is input to the ECU 113. On the other hand, when the power switch 111 is operated (turned off) while the electric vehicle is operating, a power switch signal indicating a stop is input to the ECU 113.

ECU113は、燃料電池101の制御、FC−VCU103を構成する4つの相のうち駆動する相の選択、及び選択した相のスイッチング素子に供給するスイッチング信号によるオンオフ切換制御、並びに、PDU13及びVCU15の制御を行う。また、ECU113は、特性の異なる燃料電池101とバッテリ17の各々の特性を活かすよう、VCU15を用いた電力分配制御を行う。この電力分配制御を行えば、燃料電池101は、電動車両の加速走行時に一定の電力をモータジェネレータ11に電力を供給するよう用いられ、バッテリ17は、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ11に電力を供給するよう用いられる。また、電動車両の減速走行時には、ECU113は、モータジェネレータ11が発電した回生電力によってバッテリ17を充電する。   The ECU 113 controls the fuel cell 101, selects a phase to be driven among the four phases constituting the FC-VCU 103, and controls on / off switching by a switching signal supplied to a switching element of the selected phase, and controls the PDU 13 and the VCU 15. I do. Further, the ECU 113 performs power distribution control using the VCU 15 so as to utilize the characteristics of the fuel cell 101 and the battery 17 having different characteristics. By performing this power distribution control, the fuel cell 101 is used to supply a constant amount of power to the motor generator 11 during acceleration running of the electric vehicle, and the battery 17 has a large driving force for running the electric vehicle. It is used to supply power to motor generator 11 when needed. When the electric vehicle is running at a reduced speed, the ECU 113 charges the battery 17 with regenerative power generated by the motor generator 11.

さらに、ECU113は、FC−VCU103に対して以下説明する第1〜第11制御例の各制御を行う。以下、各制御例の制御について、図面を参照して詳細に説明する。 Further, the ECU 113 controls the FC-VCU 103 according to first to eleventh control examples described below. Hereinafter, the control of each control example will be described in detail with reference to the drawings.

(第1制御例
第1制御例のECU113は、パワースイッチ111のオンオフ操作に基づき、FC−VCU103における相の駆動パターンを切り替える。
(First control example )
The ECU 113 of the first control example switches the driving pattern of the phase in the FC-VCU 103 based on the on / off operation of the power switch 111.

図9は、FC−VCU103における駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第1制御例の図である。第1制御例のECU113は、図9に示す4つの駆動パターンのいずれかに基づきFC−VCU103を制御する。例えば、駆動パターン1でFC−VCU103を1相で駆動する場合、ECU113は、相1のスイッチング素子をオンオフ切換制御し、2相で駆動する場合には相1及び相2の各スイッチング素子を180度の位相差でオンオフ切換制御し、4相で駆動する場合には相1〜相4の各スイッチング素子を90度の位相差でオンオフ切換制御する。なお、2相の場合には、「相1及び相2」又は「相3及び相4」といったように、1相の場合に駆動する相及び当該相とリアクトルの鉄芯を共用化した相、換言すれば当該相と磁気結合した相の2つの相を駆動する。但し、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を2相で駆動する場合には、1相の場合に駆動する相と他の3つの相のいずれか1つとが駆動される。また、図9に示したFC−VCU103における駆動パターンでは、後述する理由により3相動作が除外されているが、図7及び図8に示したFC−VCU203を用いる場合には3相で駆動しても良い。FC−VCU103,203の動作相数は、FC−VCU103への入力電流IFCに基づいてECU113が決定する。 FIG. 9 is a diagram of a first control example showing phases to be driven for each driving pattern in the FC-VCU 103 for each number of operating phases. The ECU 113 of the first control example controls the FC-VCU 103 based on one of the four drive patterns shown in FIG. For example, when the FC-VCU 103 is driven in one phase in the driving pattern 1, the ECU 113 controls the on / off switching of the switching element of the phase 1, and when driven in two phases, the switching element of the phase 1 and the phase 2 is 180. On / off switching control is performed with a phase difference of degrees, and when driving in four phases, on / off switching control of each of the switching elements of phase 1 to phase 4 is performed with a phase difference of 90 degrees. In the case of two phases, the phase to be driven in the case of one phase and the phase in which the iron core of the reactor and the phase are shared, such as “phase 1 and phase 2” or “phase 3 and phase 4” In other words, two phases of the phase and the magnetically coupled phase are driven. However, when the iron core of each phase reactor shown in FIGS. 7 and 8 drives the independent FC-VCU 203 in two phases, one of the phase driven in the case of one phase and the other three phases One is driven. In the driving pattern of the FC-VCU 103 shown in FIG. 9, three-phase operation is excluded for the reason described later. However, when the FC-VCU 203 shown in FIGS. May be. The number of operating phases of the FC-VCUs 103 and 203 is determined by the ECU 113 based on the input current IFC to the FC-VCU 103.

図10は、第1制御例のECU113によるFC−VCU103の駆動パターンの選択手順を説明するフローチャートである。図10に示すように、ECU113は、電動車両が停止した状態でパワースイッチ111がオン操作されるたびに、図9に示した4つの駆動パターン1〜4のうちの1つを順番に選択する。ECU113は、図10のフローチャートに従って選択した駆動パターンが示す相のスイッチング素子がオンオフ切換動作を行うようFC−VCU103を制御する。その結果、上述した駆動パターンのローテーションにより、各相にかかる負荷が均等化されるため、FC−VCU103の高耐久化および高寿命化を図れる。 FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure for selecting a drive pattern of the FC-VCU 103 by the ECU 113 in the first control example . As shown in FIG. 10, the ECU 113 sequentially selects one of the four driving patterns 1 to 4 shown in FIG. 9 each time the power switch 111 is turned on while the electric vehicle is stopped. . The ECU 113 controls the FC-VCU 103 such that the switching element of the phase indicated by the drive pattern selected according to the flowchart of FIG. 10 performs an on / off switching operation. As a result, the load applied to each phase is equalized due to the rotation of the driving pattern described above, so that the FC-VCU 103 can have high durability and long life.

以上説明したように、第1制御例による各相の負荷を均等化するための制御は、電動車両が停止した状態でパワースイッチ111がオン操作されるたびに、FC−VCU103の駆動パターン1〜4のうちの1つを順番に選択するといった簡便な制御である。簡便な制御である点に加えて、駆動パターンのローテーションという大掛かりな制御パラメータ変更をFC−VCU103の動作中ではなく、動作が開始される前に行えるためにFC−VCU103の制御は安定する。なお、図10に示したフローチャートでは、ECU113は、パワースイッチ111がオン操作された後に駆動パターンを選択するが、パワースイッチ111がオフ操作された際に駆動パターンを選択して記憶し、その後、パワースイッチ111がオン操作された際に当該記憶した駆動パターンを読み出しても良い。また、図9に示した図には、どの駆動パターンも1相、2相及び4相に限定され、3相での駆動は含まれていないが、一部の駆動パターンには、1相、2相及び4相に加え、3相の場合に駆動する3つの相が設定されていても良い。 As described above, the control for equalizing the load of each phase according to the first control example is performed each time the power switch 111 is turned on in a state where the electric vehicle is stopped. This is a simple control in which one of the four is selected in order. In addition to the simple control, the control of the FC-VCU 103 is stabilized because a large control parameter change such as rotation of the driving pattern can be performed before the operation of the FC-VCU 103, not during the operation of the FC-VCU 103. In the flowchart shown in FIG. 10, the ECU 113 selects the drive pattern after the power switch 111 is turned on. However, the ECU 113 selects and stores the drive pattern when the power switch 111 is turned off. When the power switch 111 is turned on, the stored drive pattern may be read. Further, in the diagram shown in FIG. 9, all the driving patterns are limited to one phase, two phases, and four phases, and driving in three phases is not included. In addition to two and four phases, three phases to be driven in the case of three phases may be set.

なお、第1制御例のECU113は、上記説明した制御に加え、第7制御例で説明するパワーセーブ制御又は第8制御例で説明する相電流バランス制御を電動車両の走行中に行っても良い。第1制御例の制御だけでは電動車両が走行中の負荷均等化は行われないが、上述の追加制御を行うことによって、電動車両の走行中にも各相の負荷を均等化でき、より一層のFC−VCU103の高耐久化および高寿命化を図れる。 In addition, the ECU 113 of the first control example may perform the power save control described in the seventh control example or the phase current balance control described in the eighth control example in addition to the above-described control during traveling of the electric vehicle. . Although the load equalization during the running of the electric vehicle is not performed only by the control of the first control example , the load of each phase can be equalized even during the running of the electric vehicle by performing the additional control described above. Of the FC-VCU 103 can have high durability and long life.

加えて、第1制御例で説明した駆動パターンのローテーション、並びに、第7制御例で説明するパワーセーブ制御や第8制御例で説明する相電流バランス制御は、特定の相に対する負荷の集中を抑制することを共通の目的としている。これらの制御を組み合わせて、より適切に各相の負荷の均等化を図るためには、それぞれの制御が正常に機能するように、制御間での競合(ハンチング)を回避する必要がある。 In addition, the rotation of the driving pattern described in the first control example , the power save control described in the seventh control example , and the phase current balance control described in the eighth control example suppress concentration of a load on a specific phase. Has a common purpose. In order to more appropriately equalize the load of each phase by combining these controls, it is necessary to avoid competition (hunting) between the controls so that each control functions normally.

第1制御例で説明した駆動パターンのローテーションにおける主要な制御パラメータは、パワースイッチ111のオンオフ操作であり、第7制御例で説明するパワーセーブ制御における主要な制御パラメータは、温度センサ1091〜1094の出力値であり、第8制御例で説明する相電流バランス制御における主要な制御パラメータは、相電流センサ1051〜1054の検出値である。このように、これらの制御における主要な制御パラメータは互いに異なるため、他の制御には全く影響を与えない。 The main control parameter in the rotation of the drive pattern described in the first control example is an on / off operation of the power switch 111, and the main control parameter in the power save control described in the seventh control example is the temperature sensor 1091 to 1094. The main control parameter in the phase current balance control described in the eighth control example is the detection value of the phase current sensors 1051 to 1054. As described above, since the main control parameters in these controls are different from each other, the other control is not affected at all.

さらに、第7制御例で説明するパワーセーブ制御や第8制御例で説明する相電流バランス制御は、電動車両が走行中に行われ、第1制御例で説明した駆動パターンのローテーションは、電動車両が停車中(起動時)に行われるため、適用される場面が全く異なる。 Further, the power save control described in the seventh control example and the phase current balance control described in the eighth control example are performed while the electric vehicle is running, and the rotation of the drive pattern described in the first control example is performed in the electric vehicle. Is performed while the vehicle is stopped (at the time of start-up), so that the applied scene is completely different.

すなわち、第1制御例で説明した駆動パターンのローテーション、並びに、第7制御例で説明するパワーセーブ制御や第8制御例で説明する相電流バランス制御には、主要な制御パラメータと制御の適用場面による二重のハンチング対策が講じられているため、これらの制御を適切に組み合わせることによって、より一層のFC−VCU103の高耐久化および高寿命化を図れる。 That is, the main control parameters and control application scenes are used for the rotation of the drive pattern described in the first control example , the power save control described in the seventh control example , and the phase current balance control described in the eighth control example. Therefore, by appropriately combining these controls, the durability and life of the FC-VCU 103 can be further improved.

(第2制御例
第2制御例のECU113は、図2及び図6に示した磁気結合型のFC−VCU103を1相で駆動する際、XY平面上に一列に並んで配置された相1〜相4のうち内側に配置された相2又は相3を駆動する。
(Second control example )
When driving the magnetic coupling type FC-VCU 103 shown in FIG. 2 and FIG. 6 in one phase, the ECU 113 of the second control example is the inner one of the phases 1 to 4 arranged in a line on the XY plane. Is driven.

図11は、FC−VCU103における駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第2制御例の図である。第2制御例のECU113は、図11に示す2つの駆動パターンのいずれかに基づきFC−VCU103を制御する。例えば、駆動パターン1でFC−VCU103を1相で駆動する場合、ECU113は、相2のスイッチング素子をオンオフ切換制御し、2相で駆動する場合には相1及び相2の各スイッチング素子を180度の位相差でオンオフ切換制御し、4相で駆動する場合には相1〜相4の各スイッチング素子を90度の位相差でオンオフ切換制御する。なお、2相の場合には、「相1及び相2」又は「相3及び相4」といったように、1相の場合に駆動する相及び当該相とリアクトルの鉄芯を共用化した相、換言すれば当該相と磁気結合した相の2つの相を駆動する。但し、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を2相で駆動する場合には、1相の場合に駆動する相(相2又は相3)及び当該相に隣接する内側に配置された相(相3又は相2)が駆動される。また、図7及び図8に示したFC−VCU203を用いる場合には3相で駆動しても良い。FC−VCU103,203の動作相数は、FC−VCU103への入力電流IFCに基づいてECU113が決定する。 FIG. 11 is a diagram of a second control example showing phases to be driven for each drive pattern in the FC-VCU 103 for each number of operating phases. The ECU 113 of the second control example controls the FC-VCU 103 based on one of the two drive patterns shown in FIG. For example, when the FC-VCU 103 is driven in one phase in the driving pattern 1, the ECU 113 controls the on / off switching of the switching element of phase 2; On / off switching control is performed with a phase difference of degrees, and when driving in four phases, on / off switching control of each of the switching elements of phase 1 to phase 4 is performed with a phase difference of 90 degrees. In the case of two phases, the phase to be driven in the case of one phase and the phase in which the iron core of the reactor and the phase are shared, such as “phase 1 and phase 2” or “phase 3 and phase 4” In other words, two phases of the phase and the magnetically coupled phase are driven. However, when the iron core of each phase reactor shown in FIGS. 7 and 8 drives the independent FC-VCU 203 in two phases, the phase (phase 2 or phase 3) to be driven in the case of one phase, and The phase (phase 3 or phase 2) arranged on the inner side adjacent to the phase is driven. When the FC-VCU 203 shown in FIGS. 7 and 8 is used, driving may be performed in three phases. The number of operating phases of the FC-VCUs 103 and 203 is determined by the ECU 113 based on the input current IFC to the FC-VCU 103.

図12は、第2制御例のECU113によるFC−VCU103の駆動パターンの選択手順を説明するフローチャートである。図12に示すように、ECU113は、電動車両が停止した状態でパワースイッチ111がオン操作されるたびに、図11に示した2つの駆動パターン1,2のうちの1つを順番に選択する。ECU113は、図12のフローチャートに従って選択した駆動パターンに基づきFC−VCU103を制御する。 FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure for selecting a drive pattern of the FC-VCU 103 by the ECU 113 in the second control example . As shown in FIG. 12, the ECU 113 sequentially selects one of the two drive patterns 1 and 2 shown in FIG. 11 each time the power switch 111 is turned on while the electric vehicle is stopped. . The ECU 113 controls the FC-VCU 103 based on the drive pattern selected according to the flowchart of FIG.

以上説明したように、第2制御例によれば、FC−VCU103を1相で駆動する際に駆動される相は、図6に示す一例に並んで配置された相1〜相4のうちの内側に配置された相2又は相3である。このように相2又は相3が優先的に利用される理由は、相2又は相3から平滑コンデンサC1,C2への配線の長さ(l12,l13,l22,l23)が、相1又は相4から平滑コンデンサC1,C2への配線の長さ(l11,l14,l21,l24)よりも短いためである。配線が長いとL成分が増加して平滑コンデンサC1,C2による平滑能力が低下する。このため、相1又は相4が選択されるとパワースイッチ111の動作によるスイッチングリプルが増大する。しかし、本制御例のように、電圧変換を行う相として平滑コンデンサC1,C2までの配線長が最も短い相2又は相3が優先的に利用し、平滑コンデンサC1,C2までの配線長が最も長い相1及び相4を利用しなければ、FC−VCU103の入出力電流が平滑コンデンサC1,C2によって十分に平滑されてリプルが抑制される。また、相2及び相3がFC−VCU103の外部へ及ぼすノイズレベルは、外側に配置された相1及び相4よりも低く、これら相1及び相4によって周囲に設けられた他の電装品からのノイズが遮られるために、ノイズレベルは遮蔽効果によって低くリプルも小さい。このため、ECU113は、FC−VCU103を1相で駆動する際には相2又は相3を優先的に利用する。その結果、一部の相への負荷の集中を防ぐことができ、かつ、周囲に設けられた他の電装品に対する悪影響を極力抑制できる。なお、図11に示した図には、どの駆動パターンも1相、2相及び4相に限定され、3相での駆動は含まれていないが、一部の駆動パターンには、1相、2相及び4相に加え、3相の場合に駆動する3つの相が設定されていても良い。 As described above, according to the second control example , the phases that are driven when the FC-VCU 103 is driven in one phase are one of the phases 1 to 4 arranged side by side in the example illustrated in FIG. Phase 2 or phase 3 located inside. The reason why the phase 2 or the phase 3 is preferentially used is that the length of the wiring (112, 113, 122, 123) from the phase 2 or the phase 3 to the smoothing capacitors C1 and C2 is the phase 1 or the phase 3. This is because the length from (4) to the smoothing capacitors C1 and C2 is shorter than the length (111, 114, 122, 124). If the wiring is long, the L component increases and the smoothing ability by the smoothing capacitors C1 and C2 decreases. Therefore, when the phase 1 or the phase 4 is selected, the switching ripple due to the operation of the power switch 111 increases. However, as in this control example, the phase 2 or phase 3 having the shortest wiring length to the smoothing capacitors C1 and C2 is preferentially used as the phase for performing voltage conversion, and the wiring length to the smoothing capacitors C1 and C2 is the shortest. If the long phases 1 and 4 are not used, the input / output current of the FC-VCU 103 is sufficiently smoothed by the smoothing capacitors C1 and C2, and the ripple is suppressed. In addition, the noise level applied to the outside of the FC-VCU 103 by the phase 2 and the phase 3 is lower than that of the phase 1 and the phase 4 arranged on the outside. , The noise level is low and the ripple is small due to the shielding effect. Therefore, the ECU 113 preferentially uses phase 2 or phase 3 when driving the FC-VCU 103 in one phase. As a result, it is possible to prevent the load from being concentrated on some of the phases, and to minimize the adverse effect on other electric components provided around. Note that the driving pattern shown in FIG. 11 is limited to one phase, two phases, and four phases, and does not include driving in three phases. In addition to two and four phases, three phases to be driven in the case of three phases may be set.

第2制御例による第1の効果として、FC−VCU103の出力電流の低リプル化によって平滑コンデンサC1,C2の体格を小さくできるため、FC−VCU103を軽量かつ小型化できる点が挙げられる。加えて第2の効果として、各相にかかる負荷が均等化されるため、FC−VCU103を高耐久化および高寿命化できる点が挙げられる。つまり、第2制御例によってこれら第1および第2の効果の双方を、同時に奏することができる。 The first effect of the second control example is that the size of the smoothing capacitors C1 and C2 can be reduced by reducing the ripple of the output current of the FC-VCU 103, so that the FC-VCU 103 can be reduced in weight and size. In addition, as a second effect, the load applied to each phase is equalized, so that the FC-VCU 103 can have high durability and long life. That is, the second control example both the first and second effects can be achieved simultaneously.

また、第1制御例で説明した駆動パターンのローテーションと同様に、第2制御例で説明した駆動パターンのローテーションを、第7制御例で説明するパワーセーブ制御や第8制御例で説明する相電流バランス制御と組み合わせることで、より一層のFC−VCU103の高耐久化および高寿命化が可能となる。第1制御例と同様に、第2制御例で説明した駆動パターンのローテーションは、第7制御例で説明するパワーセーブ制御や第8制御例で説明する相電流バランス制御に対して、主要な制御パラメータと制御の適用場面による二重のハンチング対策が講じられているため、これらの制御を適切に組み合わせることによって、より一層のFC−VCU103の高耐久化および高寿命化を図れる。 Further, similarly to the rotation of the driving pattern described in the first control example , the rotation of the driving pattern described in the second control example is performed by the power saving control described in the seventh control example and the phase current described in the eighth control example. By combining with the balance control, it is possible to further increase the durability and life of the FC-VCU 103. Similar to the first control example, rotation of the driving patterns described in the second control example, to the phase current balance control described power save control and the eighth control example described in the seventh control example, the main control Since double hunting countermeasures are taken depending on the application scene of parameters and control, by appropriately combining these controls, it is possible to further increase the durability and life of the FC-VCU 103.

なお、第2制御例で説明した駆動パターンのローテーションは、4相の磁気結合型多相コンバータ以外にも適用可能である点に留意されたい。第2制御例の第1変形例としては、隣接する2つの相が互いに磁気結合した、2N相の磁気結合型多相コンバータにおける駆動パターンのローテーションが挙げられる。なお、Nは3以上の自然数である。例えば6相の磁気結合型多相コンバータおいては、第2制御例で述べてきたように、1相で駆動する場合には多相コンバータの中心に位置する相3または相4の一方を用い、2相で駆動する場合には互いに磁気結合した相3と相4の双方を用い、3相で駆動する場合には、相3と相4の次に多相コンバータの中心に位置する相2または相5のいずれか一方を用いる。即ち、多相コンバータのより中心に位置する相と当該相と磁気結合した相が、優先的に駆動される駆動パターンとすれば良い。 It should be noted that the rotation of the drive pattern described in the second control example can be applied to other than the four-phase magnetic coupling type multi-phase converter. As a first modified example of the second control example , there is a rotation of a driving pattern in a 2N-phase magnetic coupling type multi-phase converter in which two adjacent phases are magnetically coupled to each other. Note that N is a natural number of 3 or more. For example, in a six-phase magnetic coupling type polyphase converter, as described in the second control example , when driving in one phase, one of phase 3 and phase 4 located at the center of the polyphase converter is used. When driven by two phases, both phases 3 and 4 magnetically coupled to each other are used. When driven by three phases, phase 2 located at the center of the polyphase converter after phase 3 and phase 4 Alternatively, one of phase 5 is used. That is, the phase located at the center of the multi-phase converter and the phase magnetically coupled to the phase may be a drive pattern that is preferentially driven.

なお、第2制御例で説明した駆動パターンのローテーションは、磁気結合した相の数が2以外の多相コンバータにも適応可能である点に留意されたい。第2制御例の第2の変形例としては、隣接するM個の相が互いに磁気結合した、L×M相の磁気結合型多相コンバータにおける駆動パターンのローテーションが挙げられる。なお、Mは3以上の自然数であり、Lは1以上の自然数である。例えば6相の磁気結合型多相コンバータにおいては、第1の駆動パターンとして、1相で駆動する場合には多相コンバータの中心に位置する相3を用い、2相で駆動する場合には相3と互いに磁気結合した相1,相2のうち多相コンバータの中心に近い相2を用い、3相で駆動する場合には相1〜3を用い、4相で駆動する場合は、相1〜3に加えて多相コンバータの中心に位置する相4を用いる。第2の駆動パターンとして、1相で駆動する場合には多相コンバータの中心に位置する相4を用い、2相で駆動する場合には相4と互いに磁気結合した相5,相6のうち多相コンバータの中心に近い相5を用い、3相で駆動する場合には相4〜6を用い、4相で駆動する場合は、相4〜6に加えて多相コンバータの中心に位置する相3を用いる。これら第1と第2の駆動パターンをローテーションする。 It should be noted that the rotation of the drive pattern described in the second control example is applicable to a multi-phase converter in which the number of magnetically coupled phases is other than two. As a second modified example of the second control example , there is a rotation of a drive pattern in an L × M-phase magnetically coupled polyphase converter in which adjacent M phases are magnetically coupled to each other. Note that M is a natural number of 3 or more, and L is a natural number of 1 or more. For example, in a six-phase magnetic coupling type multi-phase converter, a phase 3 located at the center of the multi-phase converter is used as the first drive pattern when driving in one phase, and a phase 3 is used in driving in two phases. Of the phases 1 and 2 magnetically coupled to each other, the phase 2 close to the center of the polyphase converter is used. When driven in three phases, phases 1 to 3 are used. When driven in four phases, the phase 1 is used. In addition to .about.3, phase 4 located at the center of the polyphase converter is used. As the second drive pattern, when driving in one phase, phase 4 located at the center of the polyphase converter is used. When driving in two phases, phase 4 and phase 6 magnetically coupled to each other are used. When the phase 5 close to the center of the polyphase converter is used and phases are driven by three phases, phases 4 to 6 are used. When driven by four phases, the phase is located at the center of the polyphase converter in addition to phases 4 to 6. Use phase 3. The first and second drive patterns are rotated.

さらに、第2制御例で説明した駆動パターンのローテーションは、磁気結合していない多相コンバータにも適応可能である点に留意されたい。第2制御例の第3変形例としては、磁気結合していない多相コンバータにおける駆動パターンのローテーションが挙げられる。第3変形例では、全ての相が互いに磁気結合していないため、駆動する相が増える度に、多相コンバータの中心に位置する相ほど優先的に用いる。 Further, it should be noted that the rotation of the drive pattern described in the second control example can be applied to a polyphase converter that is not magnetically coupled. As a third modified example of the second control example , there is a rotation of a drive pattern in a polyphase converter that is not magnetically coupled. In the third modification, since all phases are not magnetically coupled to each other, the phase located at the center of the multiphase converter is preferentially used each time the number of phases to be driven increases.

(第3制御例
第3制御例のECU113は、燃料電池101の出力電流でもあるFC−VCU103への入力電流IFCと、燃料電池101の出力電圧でもあるFC−VCU103の入力電圧V1と、目標値であるFC−VCU103の出力電圧V2とに基づき予め作成した損失マップから、入力電流IFCのみに基づいてFC−VCU103の動作相数を決定する。なお、以下の説明では、「出力電圧V2/入力電圧V1」をFC−VCU103の昇圧率という。
(Third control example )
The ECU 113 of the third control example includes an input current IFC to the FC-VCU 103 which is also an output current of the fuel cell 101, an input voltage V1 of the FC-VCU 103 which is also an output voltage of the fuel cell 101, and an FC-VCU 103 which is a target value. The number of operating phases of the FC-VCU 103 is determined based on only the input current IFC from a loss map created in advance based on the output voltage V2 of the FC-VCU 103. In the following description, “output voltage V2 / input voltage V1” is referred to as a boost rate of FC-VCU 103.

図13は、FC−VCU103の入力電力(=IFC×V1)を一定とした場合の、動作相数N毎の入力電流IFCに対するFC−VCU103での損失ηtotal_Nを示すグラフである。また、図14は、入力電力を一定とし所定の相数でFC−VCU103を駆動した場合の、昇圧率に対するFC−VCU103での損失を示すグラフである。図13に示すように、FC−VCU103での損失の大きさは入力電流IFCによって異なり、動作相数Nによっても異なる。このため、入力電力を一定とした場合の損失が最も小さくなる動作相数Nは入力電流IFCから求められる。但し、図14に示すように、FC−VCU103での損失の大きさは昇圧率(=出力電圧V2/入力電圧V1)によっても異なる。定電力電源である商用電力系統などは、図13と図14のみに基いて、適切な動作相数の変更が可能であるが、後述するように出力電流に応じて出力電圧が変動するIV特性を有する電源においては、このIV特性を考慮しなければ、適切な動作相数の変更ができない。   FIG. 13 is a graph showing the loss η total_N in the FC-VCU 103 with respect to the input current IFC for each number N of operating phases when the input power (= IFC × V1) of the FC-VCU 103 is fixed. FIG. 14 is a graph showing the loss in the FC-VCU 103 with respect to the boost rate when the input power is constant and the FC-VCU 103 is driven with a predetermined number of phases. As shown in FIG. 13, the magnitude of the loss in the FC-VCU 103 differs depending on the input current IFC, and also differs depending on the number N of operating phases. For this reason, the number N of operating phases that minimizes the loss when the input power is constant is obtained from the input current IFC. However, as shown in FIG. 14, the magnitude of the loss in the FC-VCU 103 differs depending on the boosting rate (= output voltage V2 / input voltage V1). In a commercial power system or the like that is a constant power source, the number of operating phases can be appropriately changed based only on FIG. 13 and FIG. 14, but as described later, an IV characteristic in which an output voltage fluctuates according to an output current. In a power supply having the above, the number of operating phases cannot be appropriately changed unless this IV characteristic is considered.

したがって、本制御例では、入力電流IFCに対するFC−VCU103での損失を、FC−VCU103の出力電圧V2毎に予め導出して、動作相数N毎の損失マップを作成する。本制御例では、図2及び図6に示したFC−VCU103を後述する理由により1相、2相及び4相のいずれかで駆動するため、図15に示す1相、2相及び4相の各損失マップを作成する。図15に示す各損失マップの横軸は入力電流IFCであり、縦軸は出力電圧V2を示し、各入力電流IFC及び所定範囲から抽出された各出力電圧V2に対応するFC−VCU103での損失値が記載されている。入力電流IFCはそれぞれI1〜I20で表されており、これらI1〜I20は等間隔で設けられた値となっている。また、出力電圧V2はそれぞれV2_1〜V2_21で表されており、これらV2_1〜V2_21は等間隔に設けられた値となっている。なお、「出力電圧V2=昇圧率×入力電圧V1 …(3)」の関係が成り立つ。また、図15と後述の図17に示す各損失マップに記載された損失は、実際の損失値(W)ではなく、各条件における損失値の大小関係を説明するための値であり、例えば実際の損失値を正規化したものである点に留意されたい。 Therefore, in the present control example , the loss at the FC-VCU 103 with respect to the input current IFC is derived in advance for each output voltage V2 of the FC-VCU 103, and a loss map is created for each number N of operating phases. In this control example , the FC-VCU 103 shown in FIG. 2 and FIG. 6 is driven in one of two phases, one phase, two phases, and four phases for the reason described later. Create each loss map. The horizontal axis of each loss map shown in FIG. 15 indicates the input current IFC, and the vertical axis indicates the output voltage V2. The loss in the FC-VCU 103 corresponding to each input current IFC and each output voltage V2 extracted from a predetermined range. Values are listed. The input current IFC is represented by I1 to I20, respectively, and these I1 to I20 are values provided at equal intervals. The output voltage V2 is represented by V2_1 to V2_21, and these V2_1 to V2_21 are values provided at equal intervals. Note that a relationship of “output voltage V2 = boost rate × input voltage V1 (3)” is established. The loss described in each of the loss maps shown in FIG. 15 and FIG. 17 described later is not an actual loss value (W) but a value for explaining the magnitude relationship between the loss values under each condition. Note that this is the normalized loss value of

入力電圧V1は、入力電流IFCに対して図16に示す燃料電池101のIV特性に基づく所定の関係を有するため、入力電流IFCから導出できる。したがって、前出の式(3)において入力電圧V1を係数とすると、図15に示す出力電圧V2は昇圧率を間接的に示す変数である。   Since the input voltage V1 has a predetermined relationship with the input current IFC based on the IV characteristics of the fuel cell 101 shown in FIG. 16, it can be derived from the input current IFC. Therefore, assuming that the input voltage V1 is a coefficient in the above equation (3), the output voltage V2 shown in FIG. 15 is a variable that indirectly indicates the boost rate.

図15の各損失マップには、同じ入力電流IFC及び同じ出力電圧V2に対応する3つの損失値のうち、最も小さい値のマス、換言すれば最も効率が良いマスにハッチングがされている。本制御例では、図15に示した3つの損失マップでハッチングされた最小の損失値を抽出した図17に示す合成損失マップを作成し、この合成損失マップに基づいてFC−VCU103の動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値を設定する。 In each loss map of FIG. 15, among the three loss values corresponding to the same input current IFC and the same output voltage V2, the cell having the smallest value, in other words, the cell having the highest efficiency is hatched. In this control example , a combined loss map shown in FIG. 17 is created by extracting minimum loss values hatched by the three loss maps shown in FIG. 15, and the number of operating phases of the FC-VCU 103 is calculated based on the combined loss map. Is set, the threshold value of the input current IFC is set.

図17の合成損失マップが示すように、同じ入力電流IFCであっても損失値が最小となる動作相数が出力電圧V2によって異なる場合、同入力電流IFCに対しては、異なる出力電圧V2の各々に対応する損失値が最小なマスの数が多い動作相数が電圧変換を行う動作相数に設定される。例えば、図17に示す例では、入力電流IFCがI12(A)のときの異なる出力電圧V2の各々に対応する損失値が最小なマスの数が、動作相数が4相では3つであるが2相では18つであるため、入力電流IFCがI12(A)のときの動作相数は2相に設定し、2相と4相を切り替える入力電流IFCのしきい値をI12(A)とI13(A)の間の値IFCbに設定する。また、損失値が最小なマスの数が最も少ない動作相数を除くことによって合成損失マップが作成されても良い。合成損失マップに基づき設定されるしきい値は、上述のマスの数に応じた設定に限らず、所定の出力電圧V2での各動作相数の損失値の大小に応じて設定されても良い。所定の出力電圧V2は、例えば、損失マップにおける出力電圧V2の範囲の平均値又は中央値である。所定の出力電圧V2がV2_11であれば、1相と2相を切り替える入力電流IFCのしきい値がI5(A)とI6(A)の間の値IFCaに設定され、2相と4相を切り替える入力電流IFCのしきい値がI12(A)とI13(A)の間の値IFCbに設定される。   As shown in the combined loss map of FIG. 17, when the number of operating phases at which the loss value becomes minimum differs depending on the output voltage V2 even with the same input current IFC, the output voltage V2 of the different The number of operating phases with the largest number of cells having the minimum loss value corresponding to each is set to the number of operating phases for performing voltage conversion. For example, in the example shown in FIG. 17, when the input current IFC is I12 (A), the number of cells having the minimum loss value corresponding to each of the different output voltages V2 is three when the number of operating phases is four. Is 18 in two phases, the number of operating phases when the input current IFC is I12 (A) is set to two phases, and the threshold value of the input current IFC for switching between two phases and four phases is I12 (A). And I13 (A). Further, a combined loss map may be created by removing the number of operating phases having the smallest number of cells having the smallest loss value. The threshold value set based on the combined loss map is not limited to the above-described setting according to the number of cells, but may be set according to the magnitude of the loss value of each operating phase at a predetermined output voltage V2. . The predetermined output voltage V2 is, for example, an average value or a median value of the range of the output voltage V2 in the loss map. If the predetermined output voltage V2 is V2_11, the threshold value of the input current IFC for switching between one phase and two phases is set to a value IFCa between I5 (A) and I6 (A), and two phases and four phases are set. The threshold value of the input current IFC to be switched is set to a value IFCb between I12 (A) and I13 (A).

なお、動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値には、入力電流IFCが上昇する場合と下降する場合でヒステリシスが設けられても良い。例えば、2相と4相を切り替えるポイントであるしきい値IFCbは、入力電流IFCが上昇して2相から4相に切り替える場合はI13(A)に設定され、入力電流IFCが下降して4相から2相に切り替える場合はI13−Δ(A)に設定される。このヒステリシスが設けられることによって制御の競合を排除できる。   Note that the threshold value of the input current IFC for switching the number of operating phases may be provided with hysteresis when the input current IFC increases and when the input current IFC decreases. For example, the threshold value IFCb, which is a point at which the two-phase and the four-phase are switched, is set to I13 (A) when the input current IFC rises and the two-phase is switched to the four-phase. When switching from two phases to two phases, it is set to I13-Δ (A). By providing this hysteresis, control conflict can be eliminated.

また、図15に示した損失マップ及び図17に示した合成損失マップは損失値のマップであるが、損失値の代わりに効率のマップが用いられても良い。この場合、入力電流IFCのしきい値は、効率が最大の動作相数に基づく合成効率マップが用いられる。   Although the loss map shown in FIG. 15 and the combined loss map shown in FIG. 17 are maps of loss values, an efficiency map may be used instead of a loss value. In this case, as the threshold value of the input current IFC, a combined efficiency map based on the number of operating phases having the highest efficiency is used.

また、入力電流IFCの指令値の上昇速度の絶対値と、入力電流IFCの指令値の下降速度の絶対値のうち、絶対値が小さい方のしきい値IFCbをI13(A)に、絶対値が大きい方のしきい値IFCbをI13−Δ(A)に設定することが好ましい。絶対値が小さい方が、しきい値近傍にIFCが属する時間が長いため、より適切に動作相数の切替が行え、損失が減少するからである。本制御例では、入力電流IFCの指令値の上昇速度の絶対値の方が、入力電流IFCの指令値の下降速度の絶対値より小さいため、入力電流IFCが上昇して2相から4相に切り替える場合には、しきい値IFCbはI13(A)に設定され、入力電流IFCが下降して4相から2相に切り替える場合には、しきい値IFCbはI13−Δ(A)に設定される。 The threshold value IFCb having the smaller absolute value of the absolute value of the rising speed of the command value of the input current IFC and the absolute value of the falling speed of the command value of the input current IFC is set to I13 (A). Is preferably set to I13-Δ (A). This is because the smaller the absolute value is, the longer the IFC belongs to the vicinity of the threshold value, so that the number of operating phases can be more appropriately switched and the loss is reduced. In this control example , since the absolute value of the rising speed of the command value of the input current IFC is smaller than the absolute value of the falling speed of the command value of the input current IFC, the input current IFC rises and changes from two phases to four phases. In the case of switching, the threshold value IFCb is set to I13 (A), and in the case of switching from four phases to two phases due to the fall of the input current IFC, the threshold value IFCb is set to I13-Δ (A). You.

制御例のECU113は、上記説明した図17に示す合成損失マップに応じた動作相数の切替ポイントである入力電流IFCのしきい値IFCa,IFCbを基準値として、電流センサ105が検出した入力電流IFCのみ又は相電流センサ1051〜1054の検出値から得られた入力電流IFCのみに基づいてFC−VCU103の動作相数を決定する。なお、図15に示した損失マップ及び図17に示した合成損失マップは、ECU113とは別の計算機によって事前に作成される。 The ECU 113 of this control example uses the threshold values IFCa and IFCb of the input current IFC, which are the switching points of the number of operating phases according to the composite loss map shown in FIG. The number of operating phases of the FC-VCU 103 is determined based on only the current IFC or only the input current IFC obtained from the detection values of the phase current sensors 1051 to 1054. The loss map shown in FIG. 15 and the combined loss map shown in FIG. 17 are created in advance by a computer different from the ECU 113.

以上説明したように、第3制御例のEC113がFC−VCU103の動作相数を決定するために必要な値は、FC−VCU103への入力電流IFCのみであり、EC113は、しきい値IFCa,IFCbを基準値とした簡便な制御によって動作相数を決定できる。このように、動作相数の決定に入力電流IFC以外の値を必要としないため、効率の良い適切な動作相数の切替制御が可能である。その結果、燃料電池101の出力が変化しても、FC−VCU103は効率良く動作する。 As described above, the value required for the EC 113 of the third control example to determine the number of operating phases of the FC-VCU 103 is only the input current IFC to the FC-VCU 103, and the EC 113 has the threshold values IFCa, The number of operating phases can be determined by simple control using IFCb as a reference value. As described above, since a value other than the input current IFC is not required to determine the number of operating phases, efficient and appropriate switching control of the number of operating phases is possible. As a result, even if the output of the fuel cell 101 changes, the FC-VCU 103 operates efficiently.

なお、上記説明では、図2及び図6に示す磁気結合型のFC−VCU103の動作相数が1相、2相又は4相であると説明したが、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を用いる場合には、3相を含む1相〜4相の4つの損失マップに基づく合成損失マップに応じて、1相と2相、2相と3相及び3相と4相の間の切替ポイントである各しきい値を設定する。また、第3制御例のECU113は、FC−VCU103を複数相で駆動する場合には、第8制御例で説明する相電流バランス制御を行っても良い。 In the above description, the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 shown in FIGS. 2 and 6 has been described as one, two, or four. However, each phase shown in FIGS. When the FC-VCU 203 in which the iron cores of the reactors are independent is used, one phase, two phases, two phases, and three phases are obtained according to a combined loss map based on four loss maps of one to four phases including three phases. Set each threshold, which is the phase and the switch point between three and four phases. When driving the FC-VCU 103 in a plurality of phases, the ECU 113 of the third control example may perform the phase current balance control described in the eighth control example .

なお、上記説明では図15と図17において、FC−VCU103に要求される出力電圧V2の範囲であるV2_1〜V2_21(V)において、所定電圧(V)間隔で各条件における損失を計算しているが、変形例として、FC−VCU103に要求される出力電圧V2の範囲の平均値のみにおいて各条件における損失を計算し、これに基づき入力電流IFCに対する動作相数を決定しても良い。図17に示す合成損失マップにおいて、FC−VCU103に要求される出力電圧V2の範囲の平均値であるV2_11(V)のみに注目しても、入力電流IFCのしきい値を得ることが可能である。この変形例によれば、効率の良い点でFC−VCU103の動作相数を変更できるのみならず、当該動作相数に関する制御構築に掛かる工数を格別に削減できる。   In the above description, in FIGS. 15 and 17, the loss under each condition is calculated at a predetermined voltage (V) interval in V2_1 to V2_21 (V), which is the range of the output voltage V2 required for the FC-VCU 103. However, as a modified example, the loss under each condition may be calculated only with the average value in the range of the output voltage V2 required for the FC-VCU 103, and the number of operating phases for the input current IFC may be determined based on this. In the combined loss map shown in FIG. 17, it is possible to obtain the threshold value of the input current IFC by focusing only on the average value V2_11 (V) of the range of the output voltage V2 required for the FC-VCU 103. is there. According to this modification, not only can the number of operating phases of the FC-VCU 103 be changed in terms of efficiency, but also the number of steps required for control construction relating to the number of operating phases can be significantly reduced.

また、本制御例では入力電流IFCのみに基づいて動作相数を変更する場合について説明したが、より高効率の電圧変換を行うべく、本制御例の変形例として、入力電流IFCに加え出力電圧V2に基づいて動作相数を変更しても良い。当該変形例においては、入力電流IFCがI12(A)かつ出力電圧V2がV2_1〜V2_3(V)では4相で駆動し、入力電流IFCがI12(A)かつ出力電圧V2がV2_4〜V2_21(V)では2相で駆動する。 In the present control example , the case where the number of operating phases is changed based on only the input current IFC has been described. However, in order to perform voltage conversion with higher efficiency, as a modification of the present control example , in addition to the input current IFC, the output voltage The number of operating phases may be changed based on V2. In this modification, when the input current IFC is I12 (A) and the output voltage V2 is V2_1 to V2_3 (V), driving is performed in four phases, the input current IFC is I12 (A), and the output voltage V2 is V2_4 to V2_21 (V). In ()), two-phase driving is performed.

(第4制御例
第4制御例のECU113は、図2及び図6に示した磁気結合型のFC−VCU103の動作相数として、1相を除く奇数相を禁止する。
(Fourth control example )
The ECU 113 of the fourth control example prohibits an odd-numbered phase other than one as the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 illustrated in FIGS. 2 and 6.

図18は、FC−VCU103における駆動パターン毎の駆動する相を動作相数別に示す第4制御例の図である。第4制御例のECU113は、図18に示す4つの駆動パターンのいずれかに基づきFC−VCU103を制御する。例えば、駆動パターン1でFC−VCU103を1相で駆動する場合、ECU113は、相1のスイッチング素子をオンオフ切換制御し、2相で駆動する場合には相1及び相2の各スイッチング素子を180度の位相差でオンオフ切換制御し、4相で駆動する場合には相1〜相4の各スイッチング素子を90度の位相差でオンオフ切換制御する。なお、2相の場合には、「相1及び相2」又は「相3及び相4」といったように、1相の場合に駆動する相及び当該相とリアクトルの鉄芯を共用化した相の2つの相を駆動する。 FIG. 18 is a diagram illustrating a fourth control example in which phases to be driven for each drive pattern in the FC-VCU 103 are shown for each number of operating phases. The ECU 113 of the fourth control example controls the FC-VCU 103 based on one of the four drive patterns shown in FIG. For example, when the FC-VCU 103 is driven in one phase in the driving pattern 1, the ECU 113 controls the on / off switching of the switching element of the phase 1, and when driven in two phases, the switching element of the phase 1 and the phase 2 is 180. On / off switching control is performed with a phase difference of degrees, and when driving in four phases, on / off switching control of each of the switching elements of phase 1 to phase 4 is performed with a phase difference of 90 degrees. In the case of two phases, the phase to be driven in the case of one phase and the phase in which the iron core of the reactor is shared with the phase to be driven, such as “phase 1 and phase 2” or “phase 3 and phase 4” Drives two phases.

図19は、FC−VCU103を4相で駆動する際の各相を流れる相電流IL1〜IL4の経時変化を示す図である。図19に示すように、FC−VCU103を4相で駆動する際の相電流IL1〜IL4の振幅の変化は、第8制御例で説明する相電流バランス制御によって各相の入力電流のバランスが図られているため、均等である。同様に、FC−VCU103を2相で駆動する場合において、相1及び相2を駆動する際の相電流IL1,IL2の振幅の変化及び相3及び相4を駆動する際の相電流IL3,IL4の振幅の変化は均等である。 FIG. 19 is a diagram illustrating temporal changes in phase currents IL1 to IL4 flowing through the respective phases when the FC-VCU 103 is driven in four phases. As shown in FIG. 19, when the FC-VCU 103 is driven in four phases, the change in the amplitude of the phase currents IL1 to IL4 is determined by the phase current balance control described in the eighth control example . It is even because it is. Similarly, when the FC-VCU 103 is driven in two phases, changes in the amplitudes of the phase currents IL1 and IL2 when driving the phases 1 and 2 and the phase currents IL3 and IL4 when driving the phases 3 and 4 are performed. Are equal.

図20は、FC−VCU103を3相で駆動する際の各相を流れる相電流IL1〜IL4の経時変化を示す図である。第8制御例で説明する相電流バランス制御によって各相の入力電流のバランスが図られていても、動作相数を4相から3相に変更すると、相4に流れていた相電流IL4が減少して図6に示す鉄芯Cobの磁束3を打ち消す方向に作用していた磁束4が減少し、逆巻きの磁気結合のペアとなる相3の相電流IL3が増加する。その結果、図20に示すように、相電流IL1,IL2の振幅の変化に対して相電流IL3の振幅の変化が大きくなり、相3への負荷が他の相に比べて高くなってしまう。したがって、本制御例のECU113は、1相を除き奇数相でのFC−VCU103の駆動を禁止する。なお、動作相数を2相から3相に変更する際にも同様の相電流のアンバランスが生じる。 FIG. 20 is a diagram showing temporal changes in phase currents IL1 to IL4 flowing in the respective phases when driving FC-VCU 103 in three phases. Even if the input current of each phase is balanced by the phase current balance control described in the eighth control example , if the number of operating phases is changed from four to three, the phase current IL4 flowing in phase 4 decreases. As a result, the magnetic flux 4 acting in the direction to cancel the magnetic flux 3 of the iron core Cob shown in FIG. 6 decreases, and the phase current IL3 of the phase 3 that forms a pair of the reverse-winding magnetic coupling increases. As a result, as shown in FIG. 20, the change in the amplitude of the phase current IL3 is larger than the change in the amplitude of the phase currents IL1 and IL2, and the load on the phase 3 is higher than in the other phases. Therefore, the ECU 113 of the present control example prohibits driving of the FC-VCU 103 in odd-numbered phases except for one phase. The same phase current imbalance occurs when the number of operating phases is changed from two to three.

なお、1相での駆動も禁止すると、図5に示すようにFC−VCU103のエネルギー効率は特に入力電流IFCが低い状態で低下してしまう。したがって、本制御例のECU113は、磁気結合型のFC−VCU103であっても、1相での駆動は許可する。 If driving in one phase is also prohibited, as shown in FIG. 5, the energy efficiency of the FC-VCU 103 decreases particularly when the input current IFC is low. Therefore, even in the case of the magnetic coupling type FC-VCU 103, the ECU 113 of this control example permits one-phase driving.

以上説明したように、第4制御例によれば、磁気結合型のFC−VCU103の動作相数として、1相を除く奇数相は禁止される。このため、1つの相への負荷の集中を防止できるため、FC−VCU103の高寿命化と高耐久化が図れる。また、奇数相での駆動が禁止されると、動作相数1の場合を除き、鉄芯を共用化した相の組の一方は駆動されないため、駆動する相の相電流の振幅の変化は均等となり、FC−VCU103の制御は安定する。さらに、駆動する相の相電流の振幅の変化は均等なため、前述したインターリーブ制御によって、FC−VCU103の出力電流のリプルが低減され、平滑コンデンサC2の体格を小さくでき、ひいてはFC−VCU103の軽量・小型化が可能となる。 As described above, according to the fourth control example , as the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103, odd phases other than one are prohibited. For this reason, the concentration of the load on one phase can be prevented, and the life and durability of the FC-VCU 103 can be extended. Further, when the driving in the odd-numbered phases is prohibited, one of the sets of phases sharing the iron core is not driven except for the case of the number of operating phases being 1, so that the amplitude of the phase current of the driven phase changes evenly. And the control of the FC-VCU 103 is stabilized. Furthermore, since the amplitudes of the phase currents of the driving phases are uniform, the ripple of the output current of the FC-VCU 103 is reduced by the above-described interleave control, the size of the smoothing capacitor C2 can be reduced, and the weight of the FC-VCU 103 can be reduced.・ Miniaturization is possible.

なお、第4制御例においては隣接する2つの相が互いに磁気結合している場合について説明したが、本制御例の変形例としては、隣接するN個の相が互いに磁気結合している場合では、1相とNの倍数の相のみが動作相数として用いられ、1相を除き、互いに磁気結合しているN相の一部のみを動作相数に用いることを禁止する。なお、Nは3以上の自然数である。 In the fourth control example , the case where two adjacent phases are magnetically coupled to each other has been described. However, as a modified example of this control example , in the case where adjacent N phases are magnetically coupled to each other, Only one phase and a multiple of N are used as the number of operating phases. Excluding one phase, it is prohibited to use only a part of the N phases magnetically coupled to each other as the number of operating phases. Note that N is a natural number of 3 or more.

また、上記説明では特に入力電流IFCが低い状態におけるFC−VCU103のエネルギー効率の低下を抑制すべく、例外的に1相動作を許可しているが、変形例としてFC−VCU103のより一層の高耐久化と高寿命化を図るべく、1相動作を禁止しても良い。   Further, in the above description, one-phase operation is exceptionally permitted in order to suppress a decrease in the energy efficiency of the FC-VCU 103 particularly in a state where the input current IFC is low. One-phase operation may be prohibited in order to increase the durability and the service life.

(第5制御例
第5制御例のECU113は、FC−VCU103の動作相数を切り替える際に、駆動を開始する相又は駆動を停止する相のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比を段階的かつ連続的に変更する。
(Fifth control example )
When switching the number of operating phases of the FC-VCU 103, the ECU 113 of the fifth control example changes the duty ratio of the on / off switching control for the switching element of the phase to start driving or the phase to stop driving stepwise and continuously. .

図21は、FC−VCU103の動作相数を1相から2相に切り替える際の、駆動を継続する相1及び駆動を開始する相2のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D1,D2、各相電流IL1,IL2及び入力電流IFCの経時変化の一例を示す第5制御例の図である。本制御例のECU113は、図21に示すように、駆動中の相1に加えて相2の駆動を新たに開始する際には、1相から2相への相数切替期間Tiを設定し、この期間Ti中に、駆動を継続する相1のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D1は固定したまま、駆動を開始する相2のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D2を段階的に上げる。なお、相数切替期間Ti後の相2の最終的なデューティ比は、相1のデューティ比である。 FIG. 21 shows the duty ratios D1 and D2 of the on / off switching control for the switching elements of phase 1 that continues driving and phase 2 that starts driving when the number of operating phases of the FC-VCU 103 is switched from one phase to two phases. FIG. 14 is a diagram of a fifth control example illustrating an example of changes over time of the phase currents IL1 and IL2 and the input current IFC. As shown in FIG. 21, when newly driving the phase 2 in addition to the phase 1 being driven, the ECU 113 of this control example sets a phase number switching period Ti from one phase to two phases. During this period Ti, while the duty ratio D1 of the on / off switching control for the phase 1 switching element that continues driving is fixed, the duty ratio D2 of the on / off switching control for the phase 2 switching element that starts driving is gradually increased. increase. Note that the final duty ratio of the phase 2 after the phase number switching period Ti is the duty ratio of the phase 1.

仮に相数切替期間Tiを設定せずに、ECU113が相2の駆動をFC−VCU103における所望の昇圧率に応じたデューティ比で開始すると、図21に一点鎖線で示すように、入力電流IFCが変動する。この入力電流IFCの変動は、制御の安定性を損ねるばかりか、平滑コンデンサC1,C2の体格の増大、ひいてはFC−VCU103の軽量化及び小型化を阻害する。しかし、本制御例のように、駆動を開始する相のデューティ比を駆動中の相のデューティ比に向けて段階的に上げることによって、駆動を開始する相を流れる相電流が徐々に変化するため、入力電流IFCの変動を抑止できる。 If the ECU 113 starts driving the phase 2 at a duty ratio corresponding to a desired boost rate in the FC-VCU 103 without setting the number-of-phases switching period Ti, the input current IFC is reduced as shown by a dashed line in FIG. fluctuate. This fluctuation of the input current IFC not only impairs control stability, but also hinders an increase in the size of the smoothing capacitors C1 and C2, and a reduction in the weight and size of the FC-VCU 103. However, as in the present control example , by gradually increasing the duty ratio of the phase to start driving toward the duty ratio of the phase being driven, the phase current flowing through the phase to start driving gradually changes. , The fluctuation of the input current IFC can be suppressed.

一方、FC−VCU103の動作相数を2相から1相に切り替えるために、例えば相2の駆動を停止する際には、本制御例のECU113は、図22に示すように、2相から1相への相数切替期間Tdを設定し、この期間Td中に、駆動を継続する相1のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D3は固定したまま、駆動を停止する相2のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比D4を段階的に0まで下げる。図22は、FC−VCU103の動作相数を2相から1相に切り替える際の、駆動中の相1及び駆動を停止する相2に対するオンオフ切換制御のデューティ比D3,D4、各相電流IL1,IL2及び入力電流IFCの経時変化の一例を示す図である。 On the other hand, in order to switch the number of operating phases of the FC-VCU 103 from two phases to one phase, for example, when stopping the driving of the phase 2, the ECU 113 of the present control example , as shown in FIG. A phase number switching period Td for each phase is set, and during this period Td, the duty ratio D3 of the on / off switching control for the phase 1 switching element that continues driving is fixed and the phase 2 switching element for which the driving is stopped is stopped. The duty ratio D4 of the on / off switching control is reduced stepwise to zero. FIG. 22 shows the duty ratios D3 and D4 of the on / off switching control for the driving phase 1 and the driving stop phase 2 when switching the number of operating phases of the FC-VCU 103 from two to one, and the phase currents IL1 and IL4. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change with time of IL2 and an input current IFC.

図21のように動作相数を増やす場合には、駆動する相(以下「駆動相」という。)の1つにかかる負荷は軽減されるため、FC−VCU103の制御安定性は向上し、かつ、負荷の軽減がFC−VCU103の高耐久化と高寿命化に寄与する。一方、図22のように動作相数を減らす場合には、1つあたりの駆動相にかかる負荷は増加するため、FC−VCU103の制御安定性は低下し、かつ、負荷の増加がFC−VCU103の高耐久化と高寿命化を阻害する。このように、動作相数を減らすとFC−VCU103の制御安定性が低下する状態に移行するため、ECU113は、動作相数を減らす際に設定される相数切替期間Tdを、動作相数を増やす際に設定される相数切替期間Tiよりも長く設定して、デューティ比D2の変化率を図21の場合よりも小さくする。   When the number of operating phases is increased as shown in FIG. 21, the load on one of the driving phases (hereinafter referred to as “driving phase”) is reduced, so that the control stability of the FC-VCU 103 is improved, and In addition, the reduction of the load contributes to high durability and long life of the FC-VCU 103. On the other hand, when the number of operating phases is reduced as shown in FIG. 22, the load applied to one driving phase increases, so that the control stability of the FC-VCU 103 decreases and the increase in the load decreases. Hinders high durability and long service life. As described above, since the control stability of the FC-VCU 103 is reduced when the number of operating phases is reduced, the ECU 113 sets the phase number switching period Td set when reducing the number of operating phases to the number of operating phases. The change rate of the duty ratio D2 is set smaller than that in FIG. 21 by setting it longer than the phase number switching period Ti set when increasing.

上記説明した図21及び図22に示す例は、動作相数を1相と2相の間で切り替える場合であるが、2相と4相の間で切り替える場合も同様である。但し、図23に示すように、FC−VCU103で発生する損失に基づいて予め決定された動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値IFCa,IFCbを基準に動作相数を切り替える場合、ECU113は、動作相数の切り替えに伴う駆動相である、駆動を継続する相を流れる相電流の変化量又は駆動を開始若しくは停止する相を流れる相電流の変化量が大きいほど相数切替期間Ti,Tdを長く設定してデューティ比の変化率を小さくする。図23に示す例では、1相と2相を切り替える場合の駆動相における相電流の変化量は「IFCa/2」であり、2相と4相を切り替える場合の駆動相における相電流の変化量は「IFCb/2−IFCb/4」である。なお、2相と4相の間の切り替えといったように動作相数を不連続に切り替える場合の相電流の変化量は、動作相数を連続して切り替える場合の相電流の変化量よりも大きい可能性が高い。このため、動作相数の不連続な切り替え時の相数切替期間は、連続切替時よりも長く設定される。   The examples shown in FIGS. 21 and 22 described above are cases where the number of operating phases is switched between one phase and two phases, but the same applies to the case where the number of operating phases is switched between two phases and four phases. However, as shown in FIG. 23, when switching the number of operating phases based on thresholds IFCa and IFCb of input current IFC for switching the number of operating phases predetermined based on the loss generated in FC-VCU 103, ECU 113 The larger the amount of change in the phase current flowing through the phase that continues driving or the amount of change in the phase current flowing through the phase that starts or stops driving, which is the driving phase accompanying the switching of the number of operating phases, the greater the number of phase switching periods Ti and Td Is set longer to reduce the duty ratio change rate. In the example shown in FIG. 23, the change amount of the phase current in the drive phase when switching between 1 phase and 2 phases is “IFCa / 2”, and the change amount of the phase current in the drive phase when switching between 2 phases and 4 phases. Is "IFCb / 2-IFCb / 4". The amount of change in the phase current when the number of operating phases is discontinuously changed, such as switching between two phases and four phases, may be larger than the amount of change in the phase current when the number of operating phases is continuously changed. High. Therefore, the phase number switching period at the time of discontinuous switching of the number of operating phases is set longer than at the time of continuous switching.

なお、動作相数を切り替えるポイントである入力電流IFCのしきい値には、入力電流IFCが上昇する場合と下降する場合でヒステリシスが設けられても良い。この場合の動作相数の変化に伴う駆動相における相電流の変化量は、入力電流IFCが上昇する場合と下降する場合とで異なる。   Note that the threshold of the input current IFC, which is the point at which the number of operating phases is switched, may be provided with hysteresis when the input current IFC rises and when it falls. In this case, the amount of change in the phase current in the drive phase due to the change in the number of operating phases is different depending on whether the input current IFC increases or decreases.

図24は、FC−VCU103の動作相数を切り替える際の第5制御例のECU113が行う動作を示すフローチャートである。図24に示すように、ECU113は、動作相数を切り替えるか否かを判断し(ステップS501)、動作相数を切り替える場合はステップS503に進む。ステップS503では、ECU113は、動作相数の増減及び動作相数の切替前後の駆動相における相電流の変化量に基づき、相数切替期間Tを設定する。このとき、ECU113は、動作相数を増やす場合より減らす場合の相数切替期間Tを長く設定し、動作相数の切替前後の駆動相における相電流の変化量が大きいほど相数切替期間Tを長く設定する。さらに、ECU113は、動作相数を連続して切り替える場合より不連続に切り替える場合の相数切替期間Tを長く設定する。 FIG. 24 is a flowchart illustrating an operation performed by the ECU 113 of the fifth control example when the number of operating phases of the FC-VCU 103 is switched. As shown in FIG. 24, the ECU 113 determines whether or not to switch the number of operating phases (step S501). If the number of operating phases is to be switched, the process proceeds to step S503. In step S503, the ECU 113 sets the number-of-phases switching period T based on the increase / decrease in the number of operating phases and the amount of change in the phase current in the drive phase before and after the switching of the number of operating phases. At this time, the ECU 113 sets the phase number switching period T to be longer when the number of operating phases is reduced than when it is increased, and the larger the amount of change in the phase current in the driving phase before and after the switching of the number of operating phases, the longer the phase number switching period T. Set longer. Further, the ECU 113 sets a longer phase number switching period T when the number of operating phases is switched discontinuously than when the number of operating phases is switched continuously.

次に、ECU113は、駆動を継続する相のデューティ比Dを取得する(ステップS505)。次に、ECU113は、時間を示すカウント値tを0に設定する(ステップS507)。次に、ECU113は、カウント値tに制御周期Δtを足した値を新たなカウント値tに設定する(ステップS509)。次に、ECU113は、駆動を継続する相のデューティ比Dは固定したまま、動作相数を増やす場合には駆動を開始する相のスイッチング素子を(t/T)×Dのデューティ比でオンオフ切換制御し、動作相数を減らす場合には駆動を停止する相のスイッチング素子をD−(t/T)×Dのデューティ比でオンオフ切換制御する(ステップS511)。次に、ECU113は、カウント値tが相数切替期間T以上(t≧T)であるか否かを判断し(ステップS513)、t≧Tであれば一連の処理を終了し、t<TであればステップS509に戻る。   Next, the ECU 113 acquires the duty ratio D of the phase in which the driving is continued (step S505). Next, the ECU 113 sets the count value t indicating the time to 0 (step S507). Next, the ECU 113 sets a value obtained by adding the control period Δt to the count value t as a new count value t (step S509). Next, when increasing the number of operating phases while keeping the duty ratio D of the phase in which the driving is continued fixed, the ECU 113 switches on / off the switching element of the phase in which the driving is started at a duty ratio of (t / T) × D. When the control is performed to reduce the number of operating phases, on / off switching control is performed on the switching element of the phase whose driving is stopped at a duty ratio of D− (t / T) × D (step S511). Next, the ECU 113 determines whether or not the count value t is equal to or longer than the phase number switching period T (t ≧ T) (step S513). If so, the process returns to step S509.

以上説明したように、第5制御例のECU113は、FC−VCU103の動作相数を切り替える際に、駆動を開始する相又は駆動を停止する相のスイッチング素子に対するオンオフ切換制御のデューティ比を段階的に変更することによって、駆動を開始する相又は駆動を停止する相を流れる相電流が徐々に変化するため、動作相数の切替時における入力電流IFCの変動を抑止できる。また、動作相数を減らす際のFC−VCU103の制御安定性は低下するが、当該制御安定性は低下に応じて相数切替期間が長く設定されるため、動作相数を減らす場合であっても動作相数の切替時における入力電流IFCの変動を抑止できる。同様に、動作相数の切替時における駆動相の相電流の変化量が大きいほど制御安定性が低下するため、この場合の相数切替期間を長く設定することによって、動作相数の切替時における入力電流IFCの変動を抑止できる。また、動作相数を不連続に切り替える場合も相電流の変化量が大きく制御安定性が低下する可能性が高いため、この場合の相数切替期間を長く設定することによって、動作相数の切替時における入力電流IFCの変動を抑止できる。従って、制御の安定性を確保しつつ、平滑コンデンサC1,C2の体格の増大に伴う、FC−VCU103の重量化及び大型化を抑制できる。 As described above, when switching the number of operating phases of the FC-VCU 103, the ECU 113 of the fifth control example gradually changes the duty ratio of the on / off switching control for the switching element of the phase to start driving or the phase to stop driving. By changing to the above, the phase current flowing through the phase for starting the driving or the phase for stopping the driving gradually changes, so that the fluctuation of the input current IFC when the number of operating phases is switched can be suppressed. In addition, although the control stability of the FC-VCU 103 at the time of reducing the number of operation phases is reduced, the control stability is set to a longer phase number switching period in accordance with the reduction. Also, the variation of the input current IFC at the time of switching the number of operating phases can be suppressed. Similarly, the control stability decreases as the amount of change in the phase current of the drive phase at the time of switching the number of operating phases increases. The fluctuation of the input current IFC can be suppressed. Also, when the number of operating phases is switched discontinuously, the change amount of the phase current is large and the control stability is likely to be reduced. Therefore, by setting a longer phase number switching period in this case, the switching of the number of operating phases is performed. The fluctuation of the input current IFC at the time can be suppressed. Therefore, the weight and size of the FC-VCU 103 due to the increase in the size of the smoothing capacitors C1 and C2 can be suppressed while ensuring control stability.

なお、図23に示した例は、図2及び図6に示す磁気結合型のFC−VCU103の動作相数が1相、2相又は4相である場合を示すが、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を用いる場合には、3相を含む1相〜4相の動作相数が利用される。この場合は、図25に示すように、FC−VCU103で発生する損失に基づいて予め決定された動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値IFCaa,IFCbb,IFCccを基準に動作相数が切り替えられ、ECU113は、動作相数の切り替えに伴う駆動相を流れる相電流の変化量が大きいほど相数切替期間Ti,Tdを長く設定してデューティ比の変化率を小さくする。   The example shown in FIG. 23 shows the case where the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 shown in FIGS. 2 and 6 is one, two, or four. When using the FC-VCU 203 in which the iron core of the reactor of each phase shown is independent, the number of operating phases of 1 to 4 phases including 3 phases is used. In this case, as shown in FIG. 25, the number of operating phases is switched based on thresholds IFCaa, IFCbb, and IFCcc of input current IFC for switching the number of operating phases predetermined based on a loss generated in FC-VCU 103. The ECU 113 sets the phase number switching periods Ti and Td to be longer as the amount of change in the phase current flowing through the driving phase accompanying the switching of the number of operating phases is longer, and reduces the rate of change in the duty ratio.

(第6制御例
第6制御例のECU113は、平滑コンデンサC1,C2の入出力電流のリプルがしきい値以下となるよう、FC−VCU103への入力電流IFCに基づきスイッチング信号の周波数(以下「スイッチング周波数」という。)を設定し、FC−VCU103の動作相数の変更をスイッチング周波数の設定変更と同期させる。
(Sixth control example )
The ECU 113 of the sixth control example controls the frequency of the switching signal (hereinafter referred to as “switching frequency”) based on the input current IFC to the FC-VCU 103 such that the ripple of the input / output current of the smoothing capacitors C1 and C2 is equal to or less than the threshold. ) To synchronize the change in the number of operating phases of the FC-VCU 103 with the change in the setting of the switching frequency.

図26は、スイッチング周波数fで制御するFC−VCU103の動作相数が1相である場合、スイッチング周波数f/2で制御するFC−VCU103の動作相数が1相である場合、及びスイッチング周波数f/2で制御するFC−VCU103の動作相数が2相で前述したインターリーブ制御されている場合の、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCの経時変化の例を示す図である。図26の左側の例に示すように、ECU113がFC−VCU103を1相で駆動する際に、駆動相のスイッチング素子をスイッチング周波数fでオンオフ切換制御すると、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCの各周波数は、スイッチング周波数fと同じ「f」になる。ここで動作相数は1相のままスイッチング周波数f/2に変更すると、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCの各周波数は、スイッチング周波数f/2と同じ「f/2」になる。この周波数f又はf/2が、FC−VCU103の入力側に設けられた平滑コンデンサC1を含む回路とFC−VCU103の上流に設けられた回路の共振周波数、又は、FC−VCU103の出力側に設けられた平滑コンデンサC2を含む回路とFC−VCU103の下流に設けられた回路の共振周波数であると、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCのリプルが大きくなるために好ましくない。本制御例では、周波数f/2が共振周波数であると仮定して説明する。 FIG. 26 shows the case where the number of operating phases of the FC-VCU 103 controlled at the switching frequency f is one, the number of operating phases of the FC-VCU 103 controlled at the switching frequency f / 2 is one, and the switching frequency f FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change over time of the output current and the input current IFC of the FC-VCU 103 when the number of operating phases of the FC-VCU 103 controlled at / 2 is two phases and the above-described interleave control is performed. As shown in the example on the left side of FIG. 26, when the ECU 113 drives the FC-VCU 103 in one phase and controls the switching elements of the driving phase to be turned on / off at the switching frequency f, the output current and the input current IFC of the FC-VCU 103 are changed. Becomes the same “f” as the switching frequency f. Here, if the number of operating phases is changed to the switching frequency f / 2 while maintaining one phase, each frequency of the output current and the input current IFC of the FC-VCU 103 becomes “f / 2” which is the same as the switching frequency f / 2. This frequency f or f / 2 is provided at the resonance frequency of the circuit including the smoothing capacitor C1 provided on the input side of the FC-VCU 103 and the circuit provided upstream of the FC-VCU 103, or provided at the output side of the FC-VCU 103. The resonance frequency of the circuit including the smoothing capacitor C2 and the circuit provided downstream of the FC-VCU 103 is not preferable because the ripples of the output current and the input current IFC of the FC-VCU 103 increase. In this control example , description will be made assuming that the frequency f / 2 is the resonance frequency.

また、特に入力電流IFCが低くFC−VCU103が1相で駆動されている場合のスイッチング周波数が低く設定されると、入力電流IFCは値が0となる期間を含む(ゼロクロスする)不連続な波形になる場合がある。こういった不連続な波形の入力電流IFCはFC−VCU103の制御安定性を低下させるため好ましくない。   When the switching frequency is set low especially when the input current IFC is low and the FC-VCU 103 is driven in one phase, the input current IFC has a discontinuous waveform including a period in which the value is 0 (zero-crossing). In some cases. Such a discontinuous waveform of the input current IFC is not preferable because it reduces control stability of the FC-VCU 103.

このように、FC−VCU103が1相で駆動されるときのスイッチング周波数が低いと、リプルの増加及び制御安定性の低下といった問題が生じるため、このときのスイッチング周波数は、上記問題が発生しない程度に高いことが望ましい。但し、この高い周波数を2相以上の動作相数にも適用すると、FC−VCU103全体におけるスイッチング損失が増大し、スイッチング素子の発熱によるFC−VCU103の過熱といった別の問題が生じる可能性がある。このため、FC−VCU103のスイッチング周波数は、動作相数の増加に応じて低く設定されることが望ましい。図26には、左側の例に対して右側の例に示すように、FC−VCU103を2相で駆動する際には、駆動相のスイッチング素子をスイッチング周波数f/2でオンオフ切換制御する。このときのFC−VCU103の出力電流の周波数は、FC−VCU103がインターリーブ制御されているため左側の例に示す場合の周波数と変わらず、共振周波数f/2を回避できる。   As described above, if the switching frequency when the FC-VCU 103 is driven in one phase is low, problems such as an increase in ripples and a decrease in control stability occur. Is desirable. However, if this high frequency is applied to two or more phases, the switching loss in the entire FC-VCU 103 increases, and another problem such as overheating of the FC-VCU 103 due to heat generation of the switching element may occur. Therefore, it is desirable that the switching frequency of the FC-VCU 103 be set lower as the number of operating phases increases. In FIG. 26, when the FC-VCU 103 is driven in two phases as shown in the example on the right side with respect to the example on the left side, on / off switching control of the switching elements of the driving phase is performed at the switching frequency f / 2. At this time, the frequency of the output current of the FC-VCU 103 is the same as the frequency shown in the example on the left because the FC-VCU 103 is interleaved, and the resonance frequency f / 2 can be avoided.

図27は、第6制御例のECU113がFC−VCU103を制御する際の入力電流IFCとスイッチング周波数、動作相数及び入出力電流の周波数との関係を示す図である。本制御例のECU113は、図27に示す関係に基づいてFC−VCU103のスイッチング周波数と動作相数を決定する。すなわち、ECU113は、FC−VCU103への入力電流IFCに応じたスイッチング周波数を設定し、スイッチング周波数の設定変更に同期して動作相数を切り替える。なお、FC−VCU103を1相で駆動する際のスイッチング周波数fは、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCのリプルの振幅がしきい値以下となる値が設定される。また、多相動作時においてインターリーブ制御を行う場合は、スイッチング周波数に動作相数を掛けた値が共振周波数にならないように、入力電流IFCに応じたスイッチング周波数が設定される。好ましくは、動作相数を変更しても出力電流の周波数が変動しないように、入力電流IFCに応じたスイッチング周波数が設定される。 FIG. 27 is a diagram illustrating a relationship between the input current IFC, the switching frequency, the number of operating phases, and the frequency of the input / output current when the ECU 113 of the sixth control example controls the FC-VCU 103. The ECU 113 of this control example determines the switching frequency and the number of operating phases of the FC-VCU 103 based on the relationship shown in FIG. That is, the ECU 113 sets a switching frequency according to the input current IFC to the FC-VCU 103, and switches the number of operating phases in synchronization with the change in the setting of the switching frequency. Note that the switching frequency f when the FC-VCU 103 is driven in one phase is set to a value at which the amplitude of the ripple of the output current and the input current IFC of the FC-VCU 103 is equal to or smaller than the threshold. When performing interleave control during multi-phase operation, the switching frequency is set according to the input current IFC so that the value obtained by multiplying the switching frequency by the number of operating phases does not become the resonance frequency. Preferably, the switching frequency according to the input current IFC is set so that the frequency of the output current does not change even when the number of operating phases is changed.

なお、本制御例のように動作相数の変更をスイッチング周波数の設定変更と同期させずに、例えば図28に示すように、FC−VCU103での損失に基づく入力電流IFCのしきい値IFCxに基づいて動作相数を変更すると、エネルギー効率が常に高い状態でFC−VCU103を駆動できる。しかし、入力電流IFCの値によっては、FC−VCU103の入出力電流の周波数が共振周波数f/2となってリプルが増加してしまう。 Note that, as in the present control example , the change in the number of operating phases is not synchronized with the change in the setting of the switching frequency. For example, as shown in FIG. If the number of operating phases is changed based on this, the FC-VCU 103 can be driven in a state where the energy efficiency is always high. However, depending on the value of the input current IFC, the frequency of the input / output current of the FC-VCU 103 becomes the resonance frequency f / 2, and the ripple increases.

以上説明したように、第6制御例では、FC−VCU103の入出力側での共振によるリプルがしきい値以下となるよう、FC−VCU103への入力電流IFCに基づきスイッチング信号の周波数(以下「スイッチング周波数」という。)が設定され、FC−VCU103の動作相数は、入力電流IFCに基づくスイッチング周波数の設定変更と同期して変更される。このように、仮にFC−VCU103の設定を変更した場合であっても、ハードウェアの構成変更を行うことなくソフトウェアの変更を行えば、FC−VCU103の入出力側における共振の発生を防止でき、FC−VCU103の制御安定性を向上できる。 As described above, in the sixth control example , the frequency of the switching signal (hereinafter referred to as “the frequency of the switching signal” based on the input current IFC to the FC-VCU 103 such that the ripple due to the resonance at the input / output side of the FC-VCU 103 is equal to or less than the threshold. Is set, and the number of operating phases of the FC-VCU 103 is changed in synchronization with the setting change of the switching frequency based on the input current IFC. Thus, even if the setting of the FC-VCU 103 is changed, if the software is changed without changing the hardware configuration, the occurrence of resonance on the input / output side of the FC-VCU 103 can be prevented, Control stability of the FC-VCU 103 can be improved.

また、入力電流IFCが低いときに設定されるスイッチング周波数はFC−VCU103の過熱問題が発生しない程度に高い値が設定されるため、入力電流IFCがゼロクロスせずに連続した波形となる電流レベルの下限を下げることができる。すなわち、所定レベル以上の制御安定性を担保可能な入力電流の領域を広めることができる。さらに、FC−VCU103の出力電流及び入力電流IFCのリプルの振幅がしきい値以下となるので、平滑コンデンサC1,C2の体格の増大を回避でき、FC−VCU103の小型化及び軽量化が可能となる。   Further, the switching frequency set when the input current IFC is low is set to a value high enough not to cause a problem of overheating of the FC-VCU 103, so that the input current IFC has a current level that has a continuous waveform without zero crossing. The lower limit can be lowered. That is, it is possible to widen the range of the input current in which the control stability equal to or higher than the predetermined level can be secured. Furthermore, since the output current of the FC-VCU 103 and the amplitude of the ripple of the input current IFC are equal to or smaller than the threshold value, it is possible to avoid an increase in the size of the smoothing capacitors C1 and C2, and to reduce the size and weight of the FC-VCU 103. Become.

なお、図27に示した例は、図2及び図6に示す磁気結合型のFC−VCU103の動作相数が1相、2相又は4相である場合を示すが、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を用いる場合には、3相を含む1相〜4相の動作相数が利用される。この場合、入力電流IFCとスイッチング周波数及び動作相数との関係は図29に示される。また、スイッチング周波数及び動作相数を切り替える入力電流IFCのしきい値には、入力電流IFCが上昇する場合と下降する場合でヒステリシスが設けられても良い。例えば、1相と2相を切り替えるポイントである図27及び図29に示すしきい値IFCaは、入力電流IFCが上昇して1相から2相に切り替える場合に設定される値に対し、入力電流IFCが下降して2相から1相に切り替える場合には当該値よりも低い値が設定される。このヒステリシスが設けられることによって制御の競合(ハンチング)を排除できる。   The example shown in FIG. 27 shows a case where the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 shown in FIGS. 2 and 6 is one, two, or four. When using the FC-VCU 203 in which the iron core of the reactor of each phase shown is independent, the number of operating phases of 1 to 4 phases including 3 phases is used. In this case, the relationship between the input current IFC and the switching frequency and the number of operating phases is shown in FIG. Further, the threshold value of the input current IFC for switching the switching frequency and the number of operating phases may be provided with hysteresis when the input current IFC increases and when the input current IFC decreases. For example, the threshold value IFCa shown in FIGS. 27 and 29, which is a point at which one-phase and two-phase are switched, is different from the value set when the input current IFC rises to switch from one-phase to two-phase. When the IFC drops and switches from two phases to one phase, a value lower than this value is set. By providing this hysteresis, control conflict (hunting) can be eliminated.

(第7制御例
第7制御例のECU113は、FC−VCU103の温度がしきい値を超えると、FC−VCU103の動作相数を現在の相数よりも大きな相数に増やす。
(Seventh control example )
When the temperature of the FC-VCU 103 exceeds the threshold value, the ECU 113 of the seventh control example increases the number of operating phases of the FC-VCU 103 to a number larger than the current number of phases.

制御例のECU113は、温度センサ1091〜1094が検出した温度T1〜T4の少なくとも1つ(以下、単に「温度T」という。)がしきい値th1を超えると、FC−VCU103の過熱を防止するために、燃料電池101の出力電流である入力電流IFCを低減する制御(以下「パワーセーブ制御」という。)を行う。しかし、ECU113が図30に示すグラフに基づいてFC−VCU103の動作相数を入力電流IFCに基づいて決定する場合においては、パワーセーブ制御を行うことで入力電流IFCが低下して動作相数が減らされると、図31に示すように、駆動相を流れる相電流が増加して、思惑とは逆にFC−VCU103の温度Tがさらに上昇してしまう可能性があった。なお、パワーセーブ制御は、駆動相のデューティ比を変更することによるFC−VCU103に対して行われる制御であるが、燃料電池101に対して行う出力制御であっても良い。 The ECU 113 of this control example prevents overheating of the FC-VCU 103 when at least one of the temperatures T1 to T4 detected by the temperature sensors 1091 to 1094 (hereinafter, simply referred to as “temperature T”) exceeds a threshold th1. For this purpose, control for reducing the input current IFC that is the output current of the fuel cell 101 (hereinafter referred to as “power save control”) is performed. However, when the ECU 113 determines the number of operating phases of the FC-VCU 103 based on the input current IFC based on the graph shown in FIG. 30, the power saving control reduces the input current IFC to reduce the number of operating phases. If it is reduced, as shown in FIG. 31, the phase current flowing through the driving phase increases, and conversely, there is a possibility that the temperature T of the FC-VCU 103 may further increase. The power save control is control performed on the FC-VCU 103 by changing the duty ratio of the driving phase, but may be output control performed on the fuel cell 101.

制御例のECU113は、温度Tがしきい値th1を超えてパワーセーブ制御を行う場合であっても、図32に示すように、入力電流IFCによらずにFC−VCU103の動作相数をパワーセーブ制御前の相数より増やす。図32に示す例では、FC−VCU103を2相で駆動しているときに温度Tがしきい値th1を超えると、パワーセーブ制御を行うと共に、FC−VCU103の動作相数を4相に変更する。その結果、FC−VCU103の各相を流れる相電流ILは低下して各相にかかる負荷は軽減されるため、FC−VCU103の温度Tは下降する。 Even in the case where the power save control is performed when the temperature T exceeds the threshold value th1, the ECU 113 of the present control example determines the number of operating phases of the FC-VCU 103 regardless of the input current IFC, as shown in FIG. Increase the number of phases before power save control. In the example shown in FIG. 32, when the temperature T exceeds the threshold th1 when the FC-VCU 103 is driven in two phases, the power save control is performed and the number of operating phases of the FC-VCU 103 is changed to four phases. I do. As a result, the phase current IL flowing through each phase of the FC-VCU 103 decreases and the load applied to each phase is reduced, so that the temperature T of the FC-VCU 103 decreases.

制御例のECU113は、パワーセーブ制御を行ってFC−VCU103の動作相数を増やした状態を所定時間τ以上継続する。すなわち、ECU113は、所定時間τを経過する前のパワーセーブ制御の停止及び動作相数の変更を禁止する。所定時間τが経過した後、温度Tがしきい値th2を下回れば、ECU113は、パワーセーブ制御を停止し、パワーセーブ制御を停止した後の入力電流IFCに応じた動作相数に変更する。なお、しきい値th2は、しきい値th1未満の値である。 The ECU 113 of this control example continues the state in which the number of operating phases of the FC-VCU 103 is increased by performing the power save control for a predetermined time τ or more. That is, the ECU 113 prohibits the stop of the power save control and the change of the number of operating phases before the predetermined time τ has elapsed. If the temperature T falls below the threshold th2 after the lapse of the predetermined time τ, the ECU 113 stops the power save control and changes the number of operating phases according to the input current IFC after the stop of the power save control. Note that the threshold value th2 is a value less than the threshold value th1.

図33は、FC−VCU103の温度がしきい値を超えた際の第7制御例のECU113が行う動作を示すフローチャートである。図33に示すように、ECU113は、温度Tがしきい値th1を超えた(T>th1)か否かを判断し(ステップS701)、T>th1の場合はステップS703に進む。ステップS703では、ECU113は、パワーセーブ制御を開始する。次に、ECU113は、FC−VCU103の動作相数をパワーセーブ制御前の相数より増やす(ステップS705)。なお、動作相数を増やす際、ECU113は、第5制御例で説明したように相数切替期間を設定し、駆動を開始する相のデューティ比を段階的かつ連続的に上げる。但し、ステップS705で設定される相数切替期間は、FC−VCU103の温度がしきい値以下のときパワーセーブ制御を行わず単に動作相数を増やす際の相数切替期間よりも短く設定される。その結果、ステップS705で行われる動作相数の増加は早く完了する。 FIG. 33 is a flowchart illustrating an operation performed by the ECU 113 of the seventh control example when the temperature of the FC-VCU 103 exceeds a threshold value. As shown in FIG. 33, the ECU 113 determines whether or not the temperature T has exceeded the threshold th1 (T> th1) (step S701), and if T> th1, proceeds to step S703. In step S703, the ECU 113 starts the power save control. Next, the ECU 113 increases the number of operating phases of the FC-VCU 103 from the number of phases before power save control (step S705). When increasing the number of operating phases, the ECU 113 sets the phase number switching period as described in the fifth control example , and increases the duty ratio of the phase to start driving stepwise and continuously. However, the phase number switching period set in step S705 is set to be shorter than the phase number switching period when simply increasing the number of operating phases without performing power save control when the temperature of the FC-VCU 103 is equal to or lower than the threshold value. . As a result, the increase in the number of operating phases performed in step S705 is completed quickly.

次に、ECU113は、時間を示すカウント値tを0に設定する(ステップS707)。次に、ECU113は、カウント値tに制御周期Δtを足した値を新たなカウント値tに設定する(ステップS709)。次に、ECU113は、カウント値tが所定時間τ以上(t≧τ)であるか否かを判断し(ステップS711)、t≧τであればステップS713に進み、t<τであればステップS709に戻る。ステップS713では、ECU113は、温度Tがしきい値th2を下回った(T<th2)か否かを判断し、T<th2の場合はステップS715に進む。ステップS715では、ECU113は、ステップS703で開始したパワーセーブ制御を停止する。次に、ECU113は、パワーセーブ制御を停止した後の入力電流IFCに応じた動作相数に変更する(ステップS717)。   Next, the ECU 113 sets the count value t indicating the time to 0 (step S707). Next, the ECU 113 sets a value obtained by adding the control period Δt to the count value t as a new count value t (step S709). Next, the ECU 113 determines whether or not the count value t is equal to or longer than a predetermined time τ (t ≧ τ) (step S711). If t ≧ τ, the process proceeds to step S713, and if t <τ, the process proceeds to step S713. It returns to S709. In step S713, the ECU 113 determines whether or not the temperature T is lower than the threshold value th2 (T <th2). If T <th2, the process proceeds to step S715. In step S715, the ECU 113 stops the power save control started in step S703. Next, the ECU 113 changes the number of operating phases according to the input current IFC after stopping the power save control (step S717).

以上説明したように、第7制御例によれば、FC−VCU103の温度がしきい値を超えてパワーセーブ制御を行う場合は、FC−VCU103の動作相数を現在の相数よりも大きな相数に増やすことによって駆動相にかかる負荷を軽減する。このため、FC−VCU103の駆動を維持しつつ、FC−VCU103が過熱状態に至る前の温度上昇を抑制でき、正常状態を維持できる。 As described above, according to the seventh control example , when the temperature of the FC-VCU 103 exceeds the threshold value and the power save control is performed, the number of operating phases of the FC-VCU 103 is set to a phase larger than the current number of phases. By increasing the number, the load on the driving phase is reduced. For this reason, while the drive of the FC-VCU 103 is maintained, the temperature rise before the FC-VCU 103 reaches the overheated state can be suppressed, and the normal state can be maintained.

なお、図32に示した例は、図2及び図6に示す磁気結合型のFC−VCU103の動作相数が1相、2相又は4相である場合を示している。第4制御例で示したように、磁気結合型のFC−VCU103においては、一部の相に対する負荷の集中を回避するため、互いに磁気結合した複数の相の一部のみを使用することは好ましくない。仮に動作相数を増やして、駆動相にかかる負荷の軽減を図っても、一部の相に負荷が集中するため、FC−VCU103の過熱状態に至る可能性を解消できないからである。 The example illustrated in FIG. 32 illustrates a case where the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 illustrated in FIGS. 2 and 6 is one, two, or four. As shown in the fourth control example , in the magnetic coupling type FC-VCU 103, it is preferable to use only a part of a plurality of phases magnetically coupled to each other in order to avoid concentration of a load on some phases. Absent. This is because even if the number of operating phases is increased to reduce the load on the driving phase, the load is concentrated on some phases, and the possibility of the FC-VCU 103 becoming overheated cannot be eliminated.

一方、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を用いる場合には、3相を含む1相〜4相の動作相数が利用される。この場合、FC−VCU203を2相で駆動しているときに温度Tがしきい値th1を超えると、パワーセーブ制御を行うと共に、FC−VCU103の動作相数を2相より多い3相又は4相に変更する。また、ECU113は、磁気結合型のFC−VCU103及び非磁気結合型のFC−VCU203のいずれでの場合も、温度Tがしきい値th1を超えた際の動作相数にかかわらず、最大の動作相数に変更しても良い。最大の動作相数に変更することで、駆動相にかかる負荷を最大限に低減でき、FC−VCU103が過熱状態に至る可能性をより早期に解消でき、正常状態を維持できる。   On the other hand, when using the FC-VCU 203 in which the iron core of each phase reactor shown in FIGS. 7 and 8 is independent, the number of operating phases of 1 to 4 phases including 3 phases is used. In this case, when the temperature T exceeds the threshold th1 when the FC-VCU 203 is driven in two phases, power save control is performed, and the number of operating phases of the FC-VCU 103 is increased to three phases or four phases. Change to phase. Further, in any of the magnetic coupling type FC-VCU 103 and the non-magnetic coupling type FC-VCU 203, the ECU 113 performs the maximum operation regardless of the number of operation phases when the temperature T exceeds the threshold th1. The number of phases may be changed. By changing to the maximum number of operation phases, the load applied to the drive phase can be reduced to the maximum, the possibility that the FC-VCU 103 will be overheated can be eliminated earlier, and the normal state can be maintained.

なお、図2と図7に示した例では、スイッチング素子の近傍にのみ温度センサ1091〜1094を設けているが、ダイオードやリアクトルL1〜L4といったFC−VCU103,203内部の他の箇所や、燃料電池101や平滑コンデンサC1,C2といったFC−VCU103,203外部に温度センサを設け、それらが検出した温度に基づいて本制御例で述べたパワーセーブ制御を行っても良い。 In the examples shown in FIGS. 2 and 7, the temperature sensors 1091 to 1094 are provided only in the vicinity of the switching element. However, other parts inside the FC-VCUs 103 and 203 such as diodes and reactors L1 to L4, and fuel Temperature sensors may be provided outside the FC-VCUs 103 and 203 such as the battery 101 and the smoothing capacitors C1 and C2, and the power save control described in the present control example may be performed based on the temperature detected by the temperature sensors.

(第8制御例
第8制御例のECU113は、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つ又は電流センサ105が故障した際に、故障状態に応じた適当な制御を行う。なお、電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の故障判定は、ECU113によって行われる。電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の故障判定には、公知の種々の方法を用いることができる。例えば、特開平10−253682号公報に開示されている上張り付き故障や中間張り付き故障、下張り付き故障の判定方法を用いる場合、ECU113は、検出された電流値に応じた電圧を示す信号が規定範囲外の値を表す状態が所定時間以上継続した場合に、故障した異常な状態と判定する。
(Eighth control example )
When at least one of the phase current sensors 1051 to 1054 or the current sensor 105 has failed, the ECU 113 of the eighth control example performs appropriate control according to the failure state. Note that the ECU 113 determines the failure of the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054. Various known methods can be used to determine the failure of the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054. For example, when using the method of determining a sticking fault, an intermediate sticking fault, and a sticking fault disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-253682, the ECU 113 determines that a signal indicating a voltage corresponding to the detected current value is within a specified range. If a state representing an outside value has continued for a predetermined time or longer, it is determined that a malfunction has occurred.

制御例では、電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の全てが正常である場合、電流センサ105が検出したFC−VCU103への入力電流IFCの値は、ECU113がFC−VCU103の動作相数を決定するために用いられる。また、相電流センサ1051〜1054が検出した相電流IL1〜IL4の各値は、ECU113が相電流バランス制御を行うために用いられる。相電流バランス制御は、相電流IL1〜IL4の移動平均値の総和をFC−VCU103の動作相数で割った値を目標値として、駆動相における各相電流が当該目標値となるよう、各駆動相に対するスイッチング信号のデューティ比を増減する制御をいう。 In this control example , when all of the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054 are normal, the value of the input current IFC to the FC-VCU 103 detected by the current sensor 105 is the number of operating phases of the FC-VCU 103 by the ECU 113. Is used to determine The values of the phase currents IL1 to IL4 detected by the phase current sensors 1051 to 1054 are used by the ECU 113 to perform phase current balance control. In the phase current balance control, each drive is performed such that each phase current in the drive phase becomes the target value by setting a value obtained by dividing the sum of the moving average values of the phase currents IL1 to IL4 by the number of operating phases of the FC-VCU 103 as the target value. This refers to control for increasing or decreasing the duty ratio of a switching signal for a phase.

動作相数の切替制御は、第3制御例で記述したように、FC−VCU103への入力電流IFC又は相電流IL1〜IL4の合計値に基づいて行われる。しかし、相電流センサの製品誤差やインターリーブ制御によって各相の相電流の位相が異なる事によって、相電流IL1〜IL4の合計値が必ずしもFC−VCU103への入力電流の真値を示すとは限らないので、FC−VCU103への入力電流IFCを用いることが好ましい。一方、相電流バランス制御を行うには、相電流IL1〜IL4の各値が必要なため、相電流センサ1051〜1054を用いる。いずれの制御によっても、一部の相に負荷が集中することを防止できる。 The switching control of the number of operating phases is performed based on the input current IFC to the FC-VCU 103 or the total value of the phase currents IL1 to IL4, as described in the third control example . However, the total value of the phase currents IL1 to IL4 does not always indicate the true value of the input current to the FC-VCU 103 due to the phase error of each phase due to a product error of the phase current sensor or interleave control. Therefore, it is preferable to use the input current IFC to the FC-VCU 103. On the other hand, in order to perform the phase current balance control, each value of the phase currents IL1 to IL4 is necessary, so the phase current sensors 1051 to 1054 are used. Either control can prevent the load from being concentrated on some phases.

図34は、動作相数決定のための電流値、相電流バランス制御のための電流値、及びパワーセーブ制御実行の有無を、電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の異なる状態毎に示す第8制御例の図である。図34に示すように、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つが故障した場合、FC−VCU103の動作相数は、正常時と変わらずに電流センサ105が検出したFC−VCU103への入力電流IFCの値に基づき決定され、かつ、相電流バランス制御は行われない。また、電流センサ105が故障した場合、FC−VCU103の動作相数は、相電流センサ1051〜1054が検出した相電流IL1〜IL4の合計に基づき決定され、かつ、相電流バランス制御は正常時と変わらずに相電流センサ1051〜1054が検出した相電流IL1〜IL4に基づき行われる。 FIG. 34 is a diagram illustrating a current value for determining the number of operating phases, a current value for phase current balance control, and whether or not power save control is performed for each of different states of the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054. It is a figure of 8 control examples . As shown in FIG. 34, when at least one of the phase current sensors 1051 to 1054 fails, the number of operating phases of the FC-VCU 103 is equal to the input current IFC to the FC-VCU 103 detected by the current sensor 105 without changing from the normal state. And the phase current balance control is not performed. When the current sensor 105 fails, the number of operating phases of the FC-VCU 103 is determined based on the sum of the phase currents IL1 to IL4 detected by the phase current sensors 1051 to 1054, and the phase current balance control is determined to be normal. This is performed based on the phase currents IL1 to IL4 detected by the phase current sensors 1051 to 1054 without any change.

なお、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つが故障した場合も、電流センサ105が故障した場合も、燃料電池101の出力電流である入力電流IFCを低減する制御(以下「パワーセーブ制御」という。)が行われる。なお、パワーセーブ制御は、駆動相のデューティ比を変更することによるFC−VCU103に対して行われる制御であるが、燃料電池101に対して行う出力制御であっても良い。相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つが故障した場合に行われるパワーセーブ制御は、相電流バランス制御を行わないことで低下する制御安定性を補完するために行われる。また、電流センサ105が故障した場合に行われるパワーセーブ制御は、FC−VCU103の動作相数を決定するための相電流IL1〜IL4の合計に基づく制御の周期と、相電流IL1〜IL4に基づく相電流バランス制御の周期とが同調することで低下する制御安定性を補完するために行われる。加えて、前述したように相電流センサの製品誤差やインターリーブ制御によって各相の相電流の位相が異なる事によって、相電流IL1〜IL4の合計値が必ずしもFC−VCU103への入力電流の真値を示すとは限らないので、この点を補完するためにも行われる。   In addition, when at least one of the phase current sensors 1051 to 1054 fails or when the current sensor 105 fails, control for reducing the input current IFC that is the output current of the fuel cell 101 (hereinafter referred to as “power save control”). ) Is performed. The power save control is control performed on the FC-VCU 103 by changing the duty ratio of the driving phase, but may be output control performed on the fuel cell 101. The power save control performed when at least one of the phase current sensors 1051 to 1054 has failed is performed in order to supplement control stability that is reduced by not performing the phase current balance control. The power save control performed when the current sensor 105 has failed is based on the control cycle based on the sum of the phase currents IL1 to IL4 for determining the number of operating phases of the FC-VCU 103 and the phase currents IL1 to IL4. This is performed in order to complement the control stability that is lowered by synchronizing with the phase current balance control cycle. In addition, as described above, the phase current of each phase is different due to the product error of the phase current sensor and the interleave control, so that the total value of the phase currents IL1 to IL4 does not necessarily change the true value of the input current to the FC-VCU 103. Since it is not always shown, it is also performed to complement this point.

なお、電流センサ105の制御周期と相電流センサ1051〜1054の制御周期は、ECU113での制御の干渉を防止するために互いに異なる。本実施形態では、電流センサ105の制御周期の方が相電流センサ1051〜1054の制御周期よりも早い。これは前述したように、その検出値を用いて動作相数の変更という、FC−VCU103の効率に大きな影響を与える電流センサ105と、その検出値を用いて駆動している各相の電流値のバランスを図るという補助的な相電流センサ1051〜1054の役割の違いに起因するものである。   Note that the control cycle of the current sensor 105 and the control cycle of the phase current sensors 1051 to 1054 are different from each other in order to prevent control interference in the ECU 113. In the present embodiment, the control cycle of the current sensor 105 is earlier than the control cycle of the phase current sensors 1051 to 1054. This is, as described above, a change in the number of operating phases using the detected value, that is, a current sensor 105 that greatly affects the efficiency of the FC-VCU 103, and a current value of each phase driven using the detected value. This is due to the difference in the role of the auxiliary phase current sensors 1051 to 1054 in achieving the balance.

図35は、電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の状態に応じて第8制御例のECU113が行う動作を示すフローチャートである。図35に示すように、ECU113は、電流センサ105及び相電流センサ1051〜1054の故障判定を行う(ステップS801)。次に、ECU113は、ステップS801で行った故障判定の結果、電流センサ105が正常であるか故障した異常な状態であるかを判定し(ステップS803)、正常であればステップS805に進み、故障した異常な状態であればステップS817に進む。ステップS805では、ECU113は、相電流センサ1051〜1054が正常であるか故障した異常な状態であるかを判定し、相電流センサ1051〜1054の全てが正常であればステップS807に進み、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つが故障した異常な状態であればステップS811に進む。 FIG. 35 is a flowchart illustrating an operation performed by the ECU 113 of the eighth control example according to the states of the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054. As shown in FIG. 35, the ECU 113 performs a failure determination on the current sensor 105 and the phase current sensors 1051 to 1054 (step S801). Next, as a result of the failure determination performed in step S801, the ECU 113 determines whether the current sensor 105 is normal or abnormal (step S803). If the current sensor 105 is normal, the process proceeds to step S805. If so, the process proceeds to step S817. In step S805, the ECU 113 determines whether the phase current sensors 1051 to 1054 are normal or has a faulty abnormal state. If all of the phase current sensors 1051 to 1054 are normal, the process proceeds to step S807, If at least one of the sensors 1051 to 1054 has failed and is in an abnormal state, the process proceeds to step S811.

ステップS807では、ECU113は、例えば第3制御例で述べた動作相数の切替制御を用いて、入力電流IFCに基づきFC−VCU103の動作相数を決定する。次に、ECU113は、相電流IL1〜IL4の各値に基づき相電流バランス制御を行う(ステップS809)。ステップS811では、ECU113は、パワーセーブ制御を実行する。次に、ECU113は、入力電流IFCに基づきFC−VCU103の動作相数を決定する(ステップS813)。さらに、ECU113は、相電流バランス制御を停止する(ステップS815)。なお、上記の説明によれば、相電流バランス制御の停止(ステップS815)に先立って、ECU113は、パワーセーブ制御を実行する(ステップS811)。これはパワーセーブによって制限された入力電流IFCの値に基づいて動作相数が減少し、相電流バランス制御を停止しても、各相の相電流の偏差が生じにくくなるからである。 In step S807, the ECU 113 determines the number of operating phases of the FC-VCU 103 based on the input current IFC using, for example , the switching control of the number of operating phases described in the third control example . Next, the ECU 113 performs the phase current balance control based on the values of the phase currents IL1 to IL4 (step S809). In step S811, the ECU 113 executes power save control. Next, the ECU 113 determines the number of operating phases of the FC-VCU 103 based on the input current IFC (step S813). Further, the ECU 113 stops the phase current balance control (step S815). According to the above description, before stopping the phase current balance control (step S815), the ECU 113 executes the power save control (step S811). This is because the number of operating phases is reduced based on the value of the input current IFC limited by the power save, and even if the phase current balance control is stopped, deviation of the phase current of each phase hardly occurs.

ステップS817では、ECU113は、相電流センサ1051〜1054が正常であるか故障した異常な状態であるかを判定し、相電流センサ1051〜1054の全てが正常であればステップS819に進み、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つが故障した異常な状態であればステップS825に進む。ステップS819では、ECU113は、パワーセーブ制御を実行する。次に、ECU113は、相電流IL1〜IL4の合計に基づきFC−VCU103の動作相数を決定する(ステップS821)。次に、ECU113は、相電流IL1〜IL4の各値に基づき相電流バランス制御を行う(ステップS823)。ステップS825では、ECU113は、FC−VCU103の制御を停止する。   In step S817, the ECU 113 determines whether the phase current sensors 1051 to 1054 are normal or has a faulty abnormal state. If all of the phase current sensors 1051 to 1054 are normal, the process proceeds to step S819, and the phase current If at least one of the sensors 1051 to 1054 has failed and is in an abnormal state, the process proceeds to step S825. In step S819, the ECU 113 executes power save control. Next, the ECU 113 determines the number of operating phases of the FC-VCU 103 based on the sum of the phase currents IL1 to IL4 (step S821). Next, the ECU 113 performs the phase current balance control based on the values of the phase currents IL1 to IL4 (step S823). In step S825, the ECU 113 stops the control of the FC-VCU 103.

以上説明したように、第8制御例によれば、相電流センサ1051〜1054の少なくとも1つ又は電流センサ105が故障しても、一部の相に負荷が集中しないための動作相数の切替制御や相電流バランス制御を行うために正常な電流センサの検出値を相補的に用いることによって、これらの制御を継続できる。その結果、一部の電流センサが故障しても、上記制御の効果である各相の負荷の均等化や1つの相への負荷の集中の抑制を維持できる。 As described above, according to the eighth control example , even if at least one of the phase current sensors 1051 to 1054 or the current sensor 105 fails, the number of operating phases is switched so that the load is not concentrated on some of the phases. These controls can be continued by complementarily using the detected values of the normal current sensor for performing the control and the phase current balance control. As a result, even if some of the current sensors fail, it is possible to maintain the effects of the above control such as equalizing the load of each phase and suppressing concentration of the load on one phase.

(第9制御例
第9制御例のECU113は、FC−VCU103を制御する当該ECU113におけるフィードバック制御のループ(以下「フィードバックループ」という。)の外部で、フィードバックループから出力されたFC−VCU103のスイッチング素子をオンオフ切換制御するための制御信号(以下、単に「制御信号」という。)に交流信号を重畳する。さらに、ECU113は、交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をFC−VCU103の各スイッチング素子に出力する。なお、スイッチング信号に含まれる交流成分は、燃料電池101のインピーダンスを測定するために重畳される。また、交流信号の振幅値は後述する第10制御例又は第11制御例に基づいて設定される。
(Ninth control example )
The ECU 113 of the ninth control example controls on / off switching of a switching element of the FC-VCU 103 output from the feedback loop outside a feedback control loop (hereinafter referred to as “feedback loop”) in the ECU 113 that controls the FC-VCU 103. An AC signal is superimposed on a control signal (hereinafter, simply referred to as a “control signal”). Further, the ECU 113 generates a pulse-like switching signal based on the control signal on which the AC signal is superimposed, and outputs the switching signal to each switching element of the FC-VCU 103. The AC component included in the switching signal is superimposed to measure the impedance of the fuel cell 101. Further, the amplitude value of the AC signal is set based on a tenth control example or an eleventh control example described later.

図36は、第9制御例のECU113を有する電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図36に示すように、第9制御例のECU113は、フィードバック制御部121と、交流信号発生部123と、スイッチング信号生成部125とを有する。なお、本制御例ではFC−VCU103は電流制御モードで制御されるためECU113には、FC−VCU103の入力電流IFCの目標値(以下「IFC電流目標値」という。)を入力としてフィードバック制御部121が出力した結果、つまり電流センサ105の検出値(入力電流IFC)を帰還するフィードバックループが形成されている。 FIG. 36 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a power supply device having the ECU 113 of the ninth control example . As shown in FIG. 36, the ECU 113 of the ninth control example includes a feedback control unit 121, an AC signal generation unit 123, and a switching signal generation unit 125. In this control example , since the FC-VCU 103 is controlled in the current control mode, the ECU 113 receives the target value of the input current IFC of the FC-VCU 103 (hereinafter, referred to as “IFC current target value”) as an input, and the feedback control unit 121. Is formed, that is, a feedback loop is formed to feed back the detection value of the current sensor 105 (input current IFC).

フィードバック制御部121は、IFC電流目標値と電流センサ105が検出した入力電流IFCの値の差分に基づく制御信号を出力する。交流信号発生部123は、燃料電池101のインピーダンスを測定するために制御信号に重畳する交流信号を発生する。交流信号発生部123が発生した交流信号は、フィードバックループの外部で、フィードバック制御部121が出力した制御信号に重畳される。スイッチング信号生成部125は、交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をFC−VCU103の各スイッチング素子に出力する。   Feedback control section 121 outputs a control signal based on the difference between the IFC current target value and the value of input current IFC detected by current sensor 105. The AC signal generation unit 123 generates an AC signal to be superimposed on the control signal to measure the impedance of the fuel cell 101. The AC signal generated by the AC signal generator 123 is superimposed on the control signal output by the feedback controller 121 outside the feedback loop. The switching signal generation unit 125 generates a pulse-like switching signal based on the control signal on which the AC signal is superimposed, and outputs the switching signal to each switching element of the FC-VCU 103.

なお、上述のフィードバックループでの制御周期と、フィードバックループの外部で制御信号に交流信号を重畳する段での制御周期とは互いに異なり、フィードバックループでの制御周期に比べて、交流信号を重畳する段での制御周期の方が遅い。これはFC−VCU103が後述する電流制御モードにおいては目標電圧を、後述する電流制御モードにおいては目標電流を出力できるように、フィードバックループにおいては比較的が早い制御周期が求められるためである。一方、交流信号を重畳する段での制御周期には、そこまでの早い制御周期に対する要請がなく、正確に燃料電池101のインピーダンスを測定できるように比較的遅いほうが好ましい。   Note that the control cycle in the above-described feedback loop is different from the control cycle in the stage where the AC signal is superimposed on the control signal outside the feedback loop, and the AC signal is superimposed as compared with the control cycle in the feedback loop. The control cycle at the stage is slower. This is because a relatively fast control cycle is required in the feedback loop so that the FC-VCU 103 can output a target voltage in a current control mode described later and a target current in a current control mode described later. On the other hand, it is preferable that the control cycle at the stage where the AC signal is superimposed be relatively slow so that there is no need for a fast control cycle so far and the impedance of the fuel cell 101 can be measured accurately.

なお、上記説明では、ECU113は、電圧V2がモータジェネレータ11の駆動効率がしきい値以上となる最適電圧となるよう駆動する電圧制御モードでFC−VCU103を制御しているために、フィードバックループにはV2電圧目標値を入力し、電圧V2を帰還させている。ECU113は、FC−VCU103の制御が安定する電流制御モードでFC−VCU103を制御しても良い。この場合、フィードバックループには、FC−VCU103の出力電流の目標値が入力され、当該出力電流の検出値が帰還される。この場合においても、交流信号発生部123が発生した交流信号は、フィードバックループの外部で、フィードバック制御部121が出力した制御信号に重畳される。   In the above description, the ECU 113 controls the FC-VCU 103 in the voltage control mode in which the voltage V2 is driven to be the optimum voltage at which the driving efficiency of the motor generator 11 is equal to or higher than the threshold value. Inputs the V2 voltage target value and feeds back the voltage V2. The ECU 113 may control the FC-VCU 103 in a current control mode in which the control of the FC-VCU 103 is stable. In this case, the target value of the output current of the FC-VCU 103 is input to the feedback loop, and the detected value of the output current is fed back. Also in this case, the AC signal generated by the AC signal generator 123 is superimposed on the control signal output by the feedback controller 121 outside the feedback loop.

ECU113は、交流成分を含むスイッチング信号に応じてオンオフ切換制御されたFC−VCU103の入力電流IFC及び入力電圧V1でもある燃料電池101の出力電圧に基づいて、交流インピーダンス法により燃料電池101のインピーダンスを測定し、間接的に燃料電池101内部の含水状態を把握する。なお、交流インピーダンス法によれば、ECU113は、電流センサ105及び電圧センサ1071の各検出値を所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理(FFT演算処理やDFT演算処理)などを施した後、フーリエ変換処理後の電圧値をフーリエ変換処理後の電流値で除するなどして燃料電池101のインピーダンスを求める。燃料電池101内部の含水状態は、燃料電池101内部の電解質におけるイオン伝導に影響を与えるため、燃料電池101のインピーダンスとの間に相関関係を有する。従って、前述した交流インピーダンス法により燃料電池101のインピーダンスを測定することで、間接的に燃料電池101内部の含水状態を把握できる。   The ECU 113 changes the impedance of the fuel cell 101 by an AC impedance method based on the input current IFC of the FC-VCU 103 that is on / off controlled in accordance with the switching signal including the AC component and the output voltage of the fuel cell 101 that is also the input voltage V1. It measures and indirectly grasps the water-containing state inside the fuel cell 101. According to the AC impedance method, the ECU 113 samples each detection value of the current sensor 105 and the voltage sensor 1071 at a predetermined sampling rate, performs Fourier transform processing (FFT calculation processing or DFT calculation processing), and the like. The impedance of the fuel cell 101 is obtained by, for example, dividing the voltage value after the Fourier transform process by the current value after the Fourier transform process. The water-containing state inside the fuel cell 101 affects the ion conduction in the electrolyte inside the fuel cell 101, and therefore has a correlation with the impedance of the fuel cell 101. Therefore, by measuring the impedance of the fuel cell 101 by the AC impedance method described above, the water content inside the fuel cell 101 can be indirectly grasped.

以上説明したように、第9制御例によれば、FC−VCU103のスイッチング素子をオンオフ切換制御するスイッチング信号に含まれる交流成分を重畳するタイミングは、ECU113におけるフィードバックループの外部である。仮にフィードバックループ内で交流信号を重畳すると、特に交流信号が高周波の場合には帰還成分であるFC−VCU103の入力電流IFCの揺れが大きくなり、この揺れに追従されるためフィードバックループにおけるゲインを高くする必要があり、FC−VCU103の制御安定性が低下する可能性がある。 As described above, according to the ninth control example , the timing at which the AC component included in the switching signal for controlling the switching element of the FC-VCU 103 to be turned on and off is superposed outside the feedback loop in the ECU 113. If the AC signal is superimposed in the feedback loop, especially when the AC signal has a high frequency, the fluctuation of the input current IFC of the FC-VCU 103, which is a feedback component, increases. And the control stability of the FC-VCU 103 may be reduced.

加えて原理上、重畳させる交流信号よりフィードバックループにおける制御周期を充分に早くしないと、ECU113が交流信号を認識できないため、交流重畳が行えない。従って、特に交流信号が高周波の場合にはフィードバックループにおける制御周期が超高速となり、ECU113の計算負荷が膨大なものとなってしまう。   In addition, in principle, unless the control cycle in the feedback loop is made sufficiently earlier than the AC signal to be superimposed, the AC signal cannot be recognized by the ECU 113, so that the AC superposition cannot be performed. Therefore, especially when the AC signal has a high frequency, the control cycle in the feedback loop becomes very fast, and the calculation load on the ECU 113 becomes enormous.

しかし、フィードバックループの外部での制御周期はフィードバックループにおける制御周期よりも遅いため、本制御例のようにフィードバックの外部で交流信号を重畳することによって、上述した問題は発生せず、FC−VCU103の制御安定性とECU113の計算負荷の抑制を担保しつつ、燃料電池101のインピーダンスを測定することができる。当該測定した燃料電池101のインピーダンスに基づいて、燃料電池101に供給する燃料ガスの加湿量を調整することで、燃料電池101の含水状態を適切な状態に常に保持することができ、燃料電池101の劣化や効率低下を抑制できる。 However, since the control cycle outside the feedback loop is slower than the control cycle in the feedback loop, by superimposing an AC signal outside the feedback as in this control example , the above-described problem does not occur, and the FC-VCU 103 It is possible to measure the impedance of the fuel cell 101 while ensuring the control stability of the above and suppressing the calculation load of the ECU 113. By adjusting the humidification amount of the fuel gas supplied to the fuel cell 101 based on the measured impedance of the fuel cell 101, the water-containing state of the fuel cell 101 can be always maintained in an appropriate state, Deterioration and efficiency reduction can be suppressed.

また、本制御例のECU113におけるフィードバックループは入力電流IFCが帰還しているが、FC−VCU103の出力電圧V2が帰還するフィードバックループであっても良い。 Although the input current IFC is fed back in the feedback loop in the ECU 113 of the present control example , a feedback loop in which the output voltage V2 of the FC-VCU 103 feeds back may be used.

(第10制御例
FC−VCU103を単相で駆動する場合、FC−VCU103が有する複数のスイッチング素子のうち1つのスイッチング素子のみがオンオフ切換制御される。したがって、スイッチング素子を制御するスイッチング信号に交流成分が重畳されていても、当該交流成分の振幅が適正であれば、相電流におけるゼロクロスは抑制されるため、FC−VCU103の制御安定性は損なわれない。しかし、FC−VCU103を多相で駆動する場合には、複数のスイッチング素子がオンオフ切換制御されるため、各スイッチング信号に重畳された交流成分により、いずれかの相電流のゼロクロスや、スイッチング素子に対し通常のデューティ制御やインターリーブ制御に加えて行われる交流重畳制御に起因して、FC−VCU103の制御安定性が低下する可能性がある。この可能性は、スイッチング素子のオンオフ切換位相をずらすインターリーブ制御を行う場合に高くなる。なお、FC−VCU103へのスイッチング信号に含まれる交流成分は、第9制御例で説明した燃料電池101のインピーダンスの測定のために重畳される。
(Tenth control example )
When the FC-VCU 103 is driven in a single phase, only one of the plurality of switching elements included in the FC-VCU 103 is on / off switched. Therefore, even if the AC component is superimposed on the switching signal for controlling the switching element, if the amplitude of the AC component is appropriate, the zero crossing in the phase current is suppressed, and the control stability of the FC-VCU 103 is impaired. Absent. However, when the FC-VCU 103 is driven in multiple phases, since a plurality of switching elements are controlled to be turned on and off, an AC component superimposed on each switching signal causes a zero-cross of any phase current or a switching to a switching element. On the other hand, the control stability of the FC-VCU 103 may be reduced due to the AC superposition control performed in addition to the normal duty control and the interleave control. This possibility increases when performing interleave control for shifting the on / off switching phase of the switching element. The AC component included in the switching signal to the FC-VCU 103 is superimposed for measuring the impedance of the fuel cell 101 described in the ninth control example .

上記事情を鑑みて、第10制御例のECU113は、FC−VCU103への入力電流IFCに基づいて決定したFC−VCU103の動作相数に対応する区間を設定する。そしてECU113は、各駆動相のスイッチング素子をオンオフ切換制御するための制御信号(以下、単に「制御信号」という。)に、区間毎に適した振幅値の交流信号を重畳する。ECU113は、このようにして交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をFC−VCU103に出力する。さらに、FC−VCU103を1相で駆動する場合に対応する区間は2つに分けられ、ECU113は、駆動相の制御信号に、区間毎に適した振幅値の交流信号を重畳して得られたスイッチング信号を出力する。 In view of the above circumstances, the ECU 113 of the tenth control example sets a section corresponding to the number of operating phases of the FC-VCU 103 determined based on the input current IFC to the FC-VCU 103. Then, the ECU 113 superimposes an AC signal having an amplitude value suitable for each section on a control signal (hereinafter, simply referred to as a “control signal”) for controlling on / off switching of the switching element of each drive phase. The ECU 113 generates a pulse-like switching signal based on the control signal on which the AC signal is superimposed as described above, and outputs the switching signal to the FC-VCU 103. Further, the section corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in one phase is divided into two sections, and the ECU 113 superimposes an AC signal having an amplitude value suitable for each section on the drive phase control signal. Outputs a switching signal.

図37は、FC−VCU103の動作相数に応じた交流信号の基本振幅と当該基本振幅合計値の経時変化を示す第10制御例の図である。また、図38は、FC−VCU103を1相で駆動する際に重畳する交流信号の振幅の大小による入力電流IFCの波形の違いを説明するための、入力電流IFCの値が0(A)近傍の拡大図である。図38の左側には周期が同じで、振幅が異なる2つの交流信号が示してある。図38の左側の上の交流信号の振幅は、図38の左側の下の交流信号の振幅より小さい。また、図38の右側には、図38の左側に示した交流信号に対応する交流成分を含んだ入力電流IFCの波形が示されている。なお、入力電流IFCの直流成分は、制御信号の大きさに基づく。 FIG. 37 is a diagram of a tenth control example showing the basic amplitude of the AC signal and the change over time of the basic amplitude total value according to the number of operating phases of the FC-VCU 103. FIG. 38 is a diagram for explaining the difference in the waveform of the input current IFC due to the magnitude of the amplitude of the AC signal superimposed when driving the FC-VCU 103 in one phase, where the value of the input current IFC is close to 0 (A). FIG. On the left side of FIG. 38, two AC signals having the same period but different amplitudes are shown. The amplitude of the AC signal on the upper left of FIG. 38 is smaller than the amplitude of the AC signal on the lower left of FIG. On the right side of FIG. 38, a waveform of the input current IFC including an AC component corresponding to the AC signal shown on the left side of FIG. 38 is shown. Note that the DC component of the input current IFC is based on the magnitude of the control signal.

重畳する交流信号の振幅が小さいと、電流センサ105及び電圧センサ1071の各検出値に十分な交流成分が現れず、正確に燃料電池101のインピーダンスが測定できない。従って、重畳する交流信号の振幅は、燃料電池101の性能に影響を与えたり、燃料電池101やFC−VCU103の制御安定性を損なわない程度に大きいことが好ましい。しかし、FC−VCU103が1相で駆動される際の入力電流IFCは多相で駆動される場合と比較して小さく、このような入力電流IFCのときに駆動相の制御信号に大きな振幅の交流信号を重畳すると、当該交流信号のために現れる入力電流IFCの振幅が大きくなり、図38の右下に示すように、入力電流IFCは値が0となる期間を含む(ゼロクロスする)不連続な波形になる。こういった不連続な波形の入力電流IFCは、燃料電池101の制御を不安定にするため、好ましくない。したがって、本制御例では、図37に示すように、FC−VCU103を1相で駆動する場合には、入力電流IFCの大小によって2つの区間、区間1と区間2に分ける。入力電流IFCが小さな区間1では、ECU113は、1駆動相あたりの交流信号の基本振幅(以下「基本重畳量」という。)を入力電流IFCの増加に伴い、入力電流IFCが不連続な波形にならないように徐々に上げる。そして、当該基本重畳量がしきい値thacに到達する入力電流IFC以上を区間2に設定する。区間2では、当該基本重畳量として好適なしきい値thacを、入力電流IFCを不連続にすることなく重畳できるため、ECU113は、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらずしきい値thacに設定する。 If the amplitude of the AC signal to be superimposed is small, a sufficient AC component does not appear in each detection value of the current sensor 105 and the voltage sensor 1071, and the impedance of the fuel cell 101 cannot be measured accurately. Therefore, it is preferable that the amplitude of the AC signal to be superimposed is large enough not to affect the performance of the fuel cell 101 or to impair the control stability of the fuel cell 101 or the FC-VCU 103. However, the input current IFC when the FC-VCU 103 is driven in one phase is smaller than that in the case where the FC-VCU 103 is driven in multiple phases. When the signal is superimposed, the amplitude of the input current IFC appearing for the AC signal increases, and as shown in the lower right of FIG. 38, the input current IFC is discontinuous including a period in which the value becomes 0 (zero-crossing). It becomes a waveform. Such a discontinuous waveform of the input current IFC is not preferable because it makes the control of the fuel cell 101 unstable. Therefore, in the present control example , as shown in FIG. 37, when the FC-VCU 103 is driven in one phase, it is divided into two sections, section 1 and section 2, according to the magnitude of the input current IFC. In the section 1 in which the input current IFC is small, the ECU 113 changes the basic amplitude of the AC signal per drive phase (hereinafter referred to as “basic superposition amount”) into a discontinuous waveform as the input current IFC increases. Raise gradually so that it does not become. Then, the section 2 is set to be equal to or more than the input current IFC at which the basic overlap amount reaches the threshold value thac. In the section 2, since the threshold value thac suitable as the basic superimposition amount can be superimposed without making the input current IFC discontinuous, the ECU 113 sets the basic superimposition amount to the threshold value thac regardless of the magnitude of the input current IFC. Set to.

また、FC−VCU103を2相で駆動する場合に対応する区間3では、ECU113は、2つの駆動相の各制御信号に重畳する交流信号の振幅の合計値が上述した当該基本重畳量として好適なしきい値thacに等しくなるよう、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらず「thac/2」に設定する。同様に、FC−VCU103を4相で駆動する場合に対応する区間4では、ECU113は、4つの駆動相の各制御信号に重畳する交流信号の振幅の合計値が当該基本重畳量として好適なしきい値thacに等しくなるよう、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらず「thac/4」に設定する。なお、ECU113は、FC−VCU103を多相(n相)で駆動する場合の区間における基本重畳量を、入力電流IFCの増加に従って「thac/n」から減らした値に設定しても良い。   In the section 3 corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in two phases, the ECU 113 determines that the sum of the amplitudes of the AC signals superimposed on the control signals of the two drive phases is not suitable as the above-described basic superimposition amount. The basic superimposition amount is set to “thac / 2” regardless of the magnitude of the input current IFC so as to be equal to the threshold value thac. Similarly, in section 4 corresponding to the case where FC-VCU 103 is driven in four phases, ECU 113 determines that the sum of the amplitudes of the AC signals superimposed on the control signals of the four drive phases is a suitable threshold as the basic superimposed amount. The basic superimposition amount is set to “thac / 4” so as to be equal to the value thac, regardless of the magnitude of the input current IFC. Note that the ECU 113 may set the basic superimposition amount in a section when the FC-VCU 103 is driven in multiple phases (n phases) to a value that is reduced from “thac / n” as the input current IFC increases.

さらに、ECU113は、FC−VCU103の昇圧率に応じて異なる係数を基本重畳量に乗算する。図39は、FC−VCU103の昇圧率と基本重畳量に乗算する係数との関係を示す図である。図39に示すように、基本重畳量に乗算する係数は、昇圧率が大きいほど小さい。これは、昇圧率が大きいほど入力電流IFCのリプルが大きくなるため、交流重畳が容易になるからである。ECU113は、FC−VCU103の昇圧率に応じた係数を、図37の関係に基づき導出した基本重畳量に乗算した上で、当該算出値が示す振幅値の交流信号を各駆動相の制御信号に重畳して得られたスイッチング信号を出力する。   Further, the ECU 113 multiplies the basic superimposition amount by a different coefficient according to the boost rate of the FC-VCU 103. FIG. 39 is a diagram illustrating a relationship between the boost rate of the FC-VCU 103 and a coefficient by which the basic superimposition amount is multiplied. As shown in FIG. 39, the coefficient by which the basic superimposition amount is multiplied is smaller as the boosting ratio is larger. This is because the higher the boosting ratio, the greater the ripple of the input current IFC, and thus the easier the AC superposition. The ECU 113 multiplies a coefficient corresponding to the boost rate of the FC-VCU 103 by a basic superimposition amount derived based on the relationship in FIG. 37, and then converts an AC signal having an amplitude value indicated by the calculated value into a control signal of each drive phase. A switching signal obtained by superimposition is output.

以上説明したように、第10制御例によれば、スイッチング信号に含まれる交流成分の振幅は区間毎に適した値であるため、当該交流成分によってFC−VCU103の制御安定性が損なわれることなく、燃料電池101のインピーダンスを正確に測定できる。 As described above, according to the tenth control example , since the amplitude of the AC component included in the switching signal is a value suitable for each section, the control stability of the FC-VCU 103 is not impaired by the AC component. In addition, the impedance of the fuel cell 101 can be accurately measured.

なお、図37に示した例は、図2及び図6に示す磁気結合型のFC−VCU103の動作相数が1相、2相又は4相である場合を示すが、図7及び図8に示した各相のリアクトルの鉄芯が独立したFC−VCU203を用いる場合には、3相を含む1相〜4相の動作相数が利用される。この場合、FC−VCU103を3相で駆動する場合に対応する区間では、ECU113は、3つの駆動相の各制御信号に重畳する交流信号の振幅の合計値が上述した当該基本重畳量として好適なしきい値thacに等しくなるよう、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらず「thac/3」に設定する。   The example shown in FIG. 37 shows a case where the number of operating phases of the magnetic coupling type FC-VCU 103 shown in FIGS. 2 and 6 is one, two, or four. When using the FC-VCU 203 in which the iron core of the reactor of each phase shown is independent, the number of operating phases of one to four phases including three phases is used. In this case, in the section corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in three phases, the ECU 113 determines that the sum of the amplitudes of the AC signals superimposed on the control signals of the three drive phases is not suitable as the above-described basic superimposition amount. The basic superimposition amount is set to “thac / 3” so as to be equal to the threshold value thac regardless of the magnitude of the input current IFC.

(第11制御例
FC−VCU103を単相で駆動する場合、FC−VCU103が有する複数のスイッチング素子のうち1つのスイッチング素子のみがオンオフ切換制御される。したがって、スイッチング素子を制御するスイッチング信号に交流成分が重畳されていても、当該交流成分の振幅が適正であれば、相電流におけるゼロクロスは抑制されるため、FC−VCU103の制御安定性は損なわれない。しかし、FC−VCU103を多相で駆動する場合には、複数のスイッチング素子がオンオフ切換制御されるため、各スイッチング信号に重畳された交流成分により、いずれかの相電流のゼロクロスや、スイッチング素子に対し通常のデューティ制御やインターリーブ制御に加えて行われる交流重畳制御に起因して、FC−VCU103の制御安定性が低下する可能性がある。また、FC−VCU103を多相で駆動する場合の動作相数が多いほど、各スイッチング信号に含まれた交流成分による制御安定性の低下が顕著になる。なお、FC−VCU103へのスイッチング信号に含まれる交流成分は、第9制御例で説明した燃料電池101のインピーダンスの測定のために重畳される。
(Eleventh control example )
When the FC-VCU 103 is driven in a single phase, only one of the plurality of switching elements included in the FC-VCU 103 is on / off switched. Therefore, even if the AC component is superimposed on the switching signal for controlling the switching element, if the amplitude of the AC component is appropriate, the zero crossing in the phase current is suppressed, and the control stability of the FC-VCU 103 is impaired. Absent. However, when the FC-VCU 103 is driven in multiple phases, since a plurality of switching elements are controlled to be turned on and off, an AC component superimposed on each switching signal causes a zero-cross of any phase current or a switching to a switching element. On the other hand, the control stability of the FC-VCU 103 may be reduced due to the AC superposition control performed in addition to the normal duty control and the interleave control. In addition, as the number of operating phases when the FC-VCU 103 is driven in multiple phases increases, the control stability due to the AC component included in each switching signal becomes more remarkable. The AC component included in the switching signal to the FC-VCU 103 is superimposed for measuring the impedance of the fuel cell 101 described in the ninth control example .

上記事情を鑑みて、第11制御例のECU113は、FC−VCU103への入力電流IFCに基づいて決定したFC−VCU103の動作相数に対応する区間を設定する。そしてECU113は、各駆動相のスイッチング素子をオンオフ切換制御するための制御信号(以下、単に「制御信号」という。)に、区間毎に適した振幅値の交流信号を重畳する。ECU113は、このようにして交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をFC−VCU103に出力する。さらに、FC−VCU103を1相で駆動する場合に対応する区間は2つに分けられ、ECU113は、駆動相の制御信号に、区間毎に適した振幅値の交流信号を重畳して得られたスイッチング信号を出力する。 In view of the above circumstances, the ECU 113 of the eleventh control example sets a section corresponding to the number of operating phases of the FC-VCU 103 determined based on the input current IFC to the FC-VCU 103. Then, the ECU 113 superimposes an AC signal having an amplitude value suitable for each section on a control signal (hereinafter, simply referred to as a “control signal”) for controlling on / off switching of the switching element of each drive phase. The ECU 113 generates a pulse-like switching signal based on the control signal on which the AC signal is superimposed as described above, and outputs the switching signal to the FC-VCU 103. Further, the section corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in one phase is divided into two sections, and the ECU 113 superimposes an AC signal having an amplitude value suitable for each section on the drive phase control signal. Outputs a switching signal.

図40は、FC−VCU103の動作相数に応じた交流信号の基本振幅と当該基本振幅合計値の経時変化を示す第11制御例の図である。また、図41は、FC−VCU103を1相で駆動する際に重畳する交流信号の振幅の大小による入力電流IFCの波形の違いを説明するための、入力電流IFCの値が0(A)近傍の拡大図である。図41の左側には周期が同じで、振幅が異なる2つの交流信号が示してある。図41の左側の上の交流信号の振幅は、図41の左側の下の交流信号の振幅より小さい。また、図41の右側には、図41の左側に示した交流信号に対応する交流成分を含んだ入力電流IFCの波形が示されている。なお、入力電流IFCの直流成分は、制御信号の大きさに基づく。 FIG. 40 is a diagram of an eleventh control example showing a basic amplitude of an AC signal according to the number of operating phases of the FC-VCU 103 and a temporal change of the basic amplitude total value. FIG. 41 is a diagram illustrating an input current IFC near 0 (A) for explaining a difference in waveform of the input current IFC due to the magnitude of the amplitude of the AC signal superimposed when the FC-VCU 103 is driven in one phase. FIG. On the left side of FIG. 41, two AC signals having the same period and different amplitudes are shown. The amplitude of the AC signal on the upper left of FIG. 41 is smaller than the amplitude of the AC signal on the lower left of FIG. 41. On the right side of FIG. 41, a waveform of the input current IFC including an AC component corresponding to the AC signal shown on the left side of FIG. 41 is shown. Note that the DC component of the input current IFC is based on the magnitude of the control signal.

重畳する交流信号の振幅が小さいと、電流センサ105及び電圧センサ1071の各検出値に十分な交流成分が現れず、正確に燃料電池101のインピーダンスが測定できない。従って、重畳する交流信号の振幅は、燃料電池101の性能に影響を与えたり、燃料電池101やFC−VCU103の制御安定性を損なわない程度に大きいことが好ましい。しかし、FC−VCU103が1相で駆動される際の入力電流IFCは多相で駆動される場合と比較して小さく、このような入力電流IFCのときに駆動相の制御信号に大きな振幅の交流信号を重畳すると、当該交流成分のために現れる入力電流IFCの振幅が大きくなり、図41の右下に示すように、入力電流IFCは値が0となる期間を含む(ゼロクロスする)不連続な波形になる。こういった不連続な波形の入力電流IFCは、燃料電池101の制御を不安定にするため、好ましくない。したがって、本制御例では、図40に示すように、FC−VCU103を1相で駆動する場合には、入力電流IFCの大小によって2つの区間、区間1と区間2に分ける。入力電流IFCが小さな区間1では、ECU113は、1駆動相あたりの交流信号の基本振幅(以下「基本重畳量」という。)を入力電流IFCの増加に伴い、入力電流IFCが不連続な波形にならないように徐々に上げる。そして、当該基本重畳量がしきい値thacに到達する入力電流IFC以上を区間2に設定する。区間2では、当該基本重畳量として好適なしきい値thacを、入力電流IFCを不連続にすることなく重畳できるため、ECU113は、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらずしきい値thacに設定する。 If the amplitude of the AC signal to be superimposed is small, a sufficient AC component does not appear in each detection value of the current sensor 105 and the voltage sensor 1071, and the impedance of the fuel cell 101 cannot be measured accurately. Therefore, it is preferable that the amplitude of the AC signal to be superimposed is large enough not to affect the performance of the fuel cell 101 or to impair the control stability of the fuel cell 101 or the FC-VCU 103. However, the input current IFC when the FC-VCU 103 is driven in one phase is smaller than that in the case where the FC-VCU 103 is driven in multiple phases. When the signal is superimposed, the amplitude of the input current IFC that appears due to the AC component increases, and as shown in the lower right of FIG. 41, the input current IFC is discontinuous including a period in which the value is 0 (zero-crossing). It becomes a waveform. Such a discontinuous waveform of the input current IFC is not preferable because it makes the control of the fuel cell 101 unstable. Therefore, in the present control example , as shown in FIG. 40, when the FC-VCU 103 is driven in one phase, it is divided into two sections, section 1 and section 2, according to the magnitude of the input current IFC. In the section 1 in which the input current IFC is small, the ECU 113 changes the basic amplitude of the AC signal per drive phase (hereinafter referred to as “basic superposition amount”) into a discontinuous waveform as the input current IFC increases. Raise gradually so that it does not become. Then, the section 2 is set to be equal to or more than the input current IFC at which the basic overlap amount reaches the threshold value thac. In the section 2, since the threshold value thac suitable as the basic superimposition amount can be superimposed without making the input current IFC discontinuous, the ECU 113 sets the basic superimposition amount to the threshold value thac regardless of the magnitude of the input current IFC. Set to.

また、FC−VCU103を2相で駆動する場合に対応する区間3では、ECU113は、2つの駆動相の各制御信号に重畳する交流信号の振幅の合計値が上述した当該基本重畳量として好適なしきい値thacに等しくなるよう、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらず「thac/2」に設定する。なお、ECU113は、基本重畳量を、入力電流IFCの増加に従って「thac/2」から減らした値に設定しても良い。これは、入力電流IFCが増大するほど、入力電流IFCのリプルが大きくなるため、交流重畳が容易になるからである。また、FC−VCU103を4相で駆動する場合に対応する区間4では、ECU113は、基本重畳量を入力電流IFCの大きさによらず0に設定する。すなわち、ECU113は、FC−VCU103を4相で駆動する場合における交流信号の重畳を禁止する。なお、本制御例では、第4制御例と同様の理由でFC−VCU103の動作相数として、1相を除く奇数相を禁止する。したがって、FC−VCU103を3相で駆動する場合の交流信号の重畳も行われない。 In the section 3 corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in two phases, the ECU 113 determines that the sum of the amplitudes of the AC signals superimposed on the control signals of the two drive phases is not suitable as the above-described basic superimposition amount. The basic superimposition amount is set to “thac / 2” regardless of the magnitude of the input current IFC so as to be equal to the threshold value thac. Note that the ECU 113 may set the basic superimposition amount to a value reduced from “thac / 2” as the input current IFC increases. This is because, as the input current IFC increases, the ripple of the input current IFC increases, which facilitates AC superposition. In the section 4 corresponding to the case where the FC-VCU 103 is driven in four phases, the ECU 113 sets the basic superimposition amount to 0 regardless of the magnitude of the input current IFC. That is, the ECU 113 prohibits the superposition of the AC signal when the FC-VCU 103 is driven in four phases. In the present control example , for the same reason as in the fourth control example , as the number of operating phases of the FC-VCU 103, odd phases other than one phase are prohibited. Therefore, when the FC-VCU 103 is driven in three phases, no AC signal is superimposed.

さらに、ECU113は、FC−VCU103の昇圧率に応じて異なる係数を基本重畳量に乗算する。図42は、FC−VCU103の昇圧率と基本重畳量に乗算する係数との関係を示す図である。図42に示すように、基本重畳量に乗算する係数は、昇圧率が大きいほど小さい。これは前述した通り、昇圧率が大きいほど入力電流IFCのリプルが大きくなるため、交流重畳が容易になるからである。ECU113は、FC−VCU103の昇圧率に応じた係数を、図40の関係に基づき導出した基本重畳量に乗算した上で、当該算出値が示す振幅値の交流信号を各駆動相の制御信号に重畳して得られたスイッチング信号を出力する。   Further, the ECU 113 multiplies the basic superimposition amount by a different coefficient according to the boost rate of the FC-VCU 103. FIG. 42 is a diagram illustrating a relationship between the boost rate of the FC-VCU 103 and a coefficient by which the basic superimposition amount is multiplied. As shown in FIG. 42, the coefficient by which the basic superimposition amount is multiplied decreases as the boosting rate increases. This is because, as described above, as the boosting ratio increases, the ripple of the input current IFC increases, which facilitates AC superposition. The ECU 113 multiplies the coefficient corresponding to the boost rate of the FC-VCU 103 by the basic superposition amount derived based on the relationship in FIG. 40, and then converts the AC signal of the amplitude value indicated by the calculated value into the control signal of each drive phase. A switching signal obtained by superimposition is output.

図43は、駆動相の制御信号に交流信号を重畳する際の第11制御例のECU113が行う動作を示すフローチャートである。図43に示すように、ECU113は、FC−VCU103への入力電流IFCに応じた区間の基本重畳量を導出する(ステップS1101)。次に、ECU113は、FC−VCU103の昇圧率に応じた係数を導出する(ステップS1103)。次に、ECU113は、基本重畳量に係数を乗算した振幅値の交流信号を各駆動相の制御信号に重畳して得られたスイッチング信号を出力する(ステップS1105)。次に、ECU113は、第9制御例で説明した交流インピーダンス法により燃料電池101のインピーダンスを測定する(ステップS1107)。次に、ECU113は、燃料電池101のインピーダンスに応じた燃料電池101の含水状態を判別する(ステップS1109)。次に、ECU113は、ステップS1109で判別した含水状態に応じた量の加湿を燃料電池101に対して行う(ステップS1111)。 FIG. 43 is a flowchart illustrating an operation performed by the ECU 113 of the eleventh control example when an AC signal is superimposed on a control signal of a drive phase. As shown in FIG. 43, the ECU 113 derives a basic superimposition amount in a section corresponding to the input current IFC to the FC-VCU 103 (step S1101). Next, the ECU 113 derives a coefficient corresponding to the boost rate of the FC-VCU 103 (step S1103). Next, the ECU 113 outputs a switching signal obtained by superimposing an AC signal having an amplitude value obtained by multiplying the basic superimposition amount by a coefficient on the control signal of each drive phase (step S1105). Next, the ECU 113 measures the impedance of the fuel cell 101 by the AC impedance method described in the ninth control example (step S1107). Next, the ECU 113 determines the water-containing state of the fuel cell 101 according to the impedance of the fuel cell 101 (step S1109). Next, the ECU 113 humidifies the fuel cell 101 in an amount corresponding to the water content determined in step S1109 (step S1111).

以上説明したように、第11制御例によれば、スイッチング信号に含まれる交流成分の振幅は区間毎に適した値であるため、当該交流成分によってFC−VCU103の制御安定性が損なわれることなく、燃料電池101のインピーダンスを測定できる。 As described above, according to the eleventh control example , since the amplitude of the AC component included in the switching signal is a value suitable for each section, the control stability of the FC-VCU 103 is not impaired by the AC component. , The impedance of the fuel cell 101 can be measured.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上述の第1〜第11制御例はそれぞれ独立に説明したが、2つ以上の制御例を組み合わせた電源装置としても良い。また、上記説明した電動車両は、エネルギー源として燃料電池101及びバッテリ17を備えるが、燃料電池101の代わりに、バッテリ17よりもエネルギー重量密度が高いリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を用いても良い。この場合、図44に示すように、FC−VCU103が有する各変換部には、リアクトルに直列接続されたダイオードと並列にスイッチング素子が設けられ、ECU113がハイサイドとローサイドから成る2つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、燃料電池101の代わりに設けられた二次電池の電圧を昇圧して出力する。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and improved. For example, the above-described first to eleventh control examples are described independently of each other, but a power supply device combining two or more control examples may be used. Further, the above-described electric vehicle includes the fuel cell 101 and the battery 17 as energy sources. Instead of the fuel cell 101, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery having a higher energy weight density than the battery 17 is used. May be used. In this case, as shown in FIG. 44, each conversion unit of the FC-VCU 103 is provided with a switching element in parallel with a diode connected in series to the reactor, and the ECU 113 uses two switching elements including a high side and a low side. By performing the on / off switching operation, the voltage of the secondary battery provided in place of the fuel cell 101 is boosted and output.

また、上記説明した電動車両は、1MOT型のEV(Electrical Vehicle)であるが、複数のモータジェネレータを搭載したEVであっても、少なくとも1つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したHEV(Hybrid Electrical Vehicle)又はPHEV(Plug-in Hybrid Electrical Vehicle)であっても良い。また、本実施形態では、電源装置100が電動車両に搭載されているが、輸送を目的としない電気機器に電源装置100が設けられても良い。電源装置100は大電流が出力可能な電源に対して好適であり、近年大電流化が著しいコンピュータへの適用が特に好ましい。   Further, the above-described electric vehicle is a 1MOT-type EV (Electrical Vehicle). However, even if the EV includes a plurality of motor generators, the HEV (Hybrid Electrical Vehicle) includes an internal combustion engine together with at least one motor generator. ) Or PHEV (Plug-in Hybrid Electrical Vehicle). Further, in the present embodiment, the power supply device 100 is mounted on the electric vehicle, but the power supply device 100 may be provided in an electric device not intended for transportation. The power supply device 100 is suitable for a power supply capable of outputting a large current, and it is particularly preferable to apply the power supply device 100 to a computer in which the increase in current is remarkable in recent years.

本実施形態のVCU15は、バッテリ17の電圧を昇圧するが、燃料電池101の電圧がバッテリ17の電圧よりも低い場合、バッテリ17の電圧を降圧するVCUが用いられる。また、双方向に昇降圧が可能なVCUを用いても良い。また、FC−VCU103は、昇圧型に限らず、降圧型又は昇降圧型であっても良い。   The VCU 15 of the present embodiment boosts the voltage of the battery 17, but when the voltage of the fuel cell 101 is lower than the voltage of the battery 17, a VCU that reduces the voltage of the battery 17 is used. Further, a VCU capable of stepping up and down in both directions may be used. Further, the FC-VCU 103 is not limited to the step-up type, and may be a step-down type or a step-up / step-down type.

11 モータジェネレータ(MG)
13 PDU
15 VCU
17 バッテリ
100 電源装置
101 燃料電池(FC)
103,203 FC−VCU
105 電流センサ
1051〜1054 相電流センサ
1071,1072 電圧センサ
1091〜1094 温度センサ
111 パワースイッチ
113 ECU
121 フィードバック制御部
123 交流信号発生部
125 スイッチング信号生成部
C1,C2 平滑コンデンサ
L1〜L4 リアクトル
Coa,Cob 鉄芯
11 Motor generator (MG)
13 PDU
15 VCU
17 Battery 100 Power supply device 101 Fuel cell (FC)
103, 203 FC-VCU
105 Current sensor 1051 to 1054 Phase current sensor 1071, 1072 Voltage sensor 1091 to 1094 Temperature sensor 111 Power switch 113 ECU
121 Feedback control unit 123 AC signal generation unit 125 Switching signal generation unit C1, C2 Smoothing capacitors L1 to L4 Reactors Coa, Cob Iron core

Claims (10)

電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な変換部を複数有し、当該複数の変換部が電気的に並列に接続された変換モジュールと、
前記電源と前記変換モジュールの間を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記複数の変換部の各々を流れる電流を検出する第2電流センサと、
前記第1電流センサの検出値又は前記第2電流センサの検出値を用いて、前記電圧変換を行う前記変換部の数である動作数を変更する第1制御を行う第1制御部と、
前記動作数が複数の場合、前記第2電流センサの検出値を用いて、前記動作数の変換部をそれぞれ流れる電流を等しくする第2制御を行う第2制御部と、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であるか異常であるかに応じて、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値及び前記第2電流センサの検出値のいずれかに決定し、かつ、前記第2制御を行うか否かを決定する決定部と、
を備える、電源装置。
Power and
A conversion module having a plurality of conversion units capable of voltage conversion of the power supplied by the power supply, and the plurality of conversion units are electrically connected in parallel,
A first current sensor for detecting a current flowing between the power supply and the conversion module;
A second current sensor for detecting a current flowing through each of the plurality of converters;
Using a detection value of the first current sensor or a detection value of the second current sensor, a first control unit that performs first control that changes the number of operations that is the number of the conversion units that perform the voltage conversion,
When the number of operations is plural, a second control unit that performs second control to equalize currents flowing through the conversion units of the number of operations using a detection value of the second current sensor;
Depending on whether the first current sensor and the second current sensor are normal or abnormal, a detection value used in performing the first control is a detection value of the first current sensor and the second current sensor. And a determining unit that determines whether or not to perform the second control.
A power supply device comprising:
請求項1に記載の電源装置であって、
前記決定部は、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行うと決定する、電源装置。
The power supply device according to claim 1,
If the first current sensor and the second current sensor are normal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the first current sensor, and Power supply that decides to do.
請求項1又は2に記載の電源装置であって、
前記決定部は、少なくとも前記第2電流センサが正常であれば、前記第2電流センサの検出値を用いて前記第2制御を行うと決定する、電源装置。
The power supply device according to claim 1 or 2,
The power supply device, wherein the determining unit determines that the second control is to be performed using a detection value of the second current sensor when at least the second current sensor is normal.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電源装置であって、
前記決定部は、前記第1電流センサが正常であり、前記第2電流センサが異常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行わないと決定する、電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein
If the first current sensor is normal and the second current sensor is abnormal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the first current sensor, A power supply unit that determines not to perform the second control.
請求項1から4のいずれか1項に記載の電源装置であって、
前記決定部は、前記第1電流センサが異常であり、前記第2電流センサが正常であれば、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第2電流センサの検出値に決定し、前記第2制御を行うと決定し、
前記第1制御部は、前記第2電流センサの検出値の合計値を用いて前記第1制御を行う、電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein:
If the first current sensor is abnormal and the second current sensor is normal, the determination unit determines a detection value used when performing the first control as a detection value of the second current sensor, Determining to perform the second control,
The power supply device, wherein the first control unit performs the first control using a total value of detection values of the second current sensor.
請求項1から5のいずれか1項に記載の電源装置であって、
前記電圧変換を行う変換部を駆動して、前記変換モジュールを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1電流センサ又は前記第2電流センサが異常であれば、前記電源から前記変換モジュールへの入力電流を低減する制御を行う、電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein
A control unit that drives the conversion unit that performs the voltage conversion and controls the conversion module,
The power supply device, wherein the control unit performs control to reduce an input current from the power supply to the conversion module when the first current sensor or the second current sensor is abnormal.
請求項1から6のいずれか1項に記載の電源装置であって、
前記第1電流センサの検出値を用いた前記第1制御の制御周期と、前記第2制御の制御周期が互いに異なる、電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 6, wherein
A power supply device, wherein a control cycle of the first control using a detection value of the first current sensor and a control cycle of the second control are different from each other.
請求項7に記載の電源装置であって、
前記第1電流センサの検出値を用いた前記第1制御の制御周期は、前記第2制御の制御周期よりも早い、電源装置。
The power supply device according to claim 7, wherein
The power supply device, wherein a control cycle of the first control using a detection value of the first current sensor is earlier than a control cycle of the second control.
請求項1から8のいずれか1項に記載の電源装置を有する、機器。   An apparatus comprising the power supply device according to claim 1. 電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な変換部を複数有し、当該複数の変換部が電気的に並列に接続された変換モジュールと、
前記電源と前記変換モジュールの間を流れる電流を検出する第1電流センサと、
前記複数の変換部の各々を流れる電流を検出する第2電流センサと、
前記第1電流センサの検出値又は前記第2電流センサの検出値を用いて、前記電圧変換を行う前記変換部の数である動作数を変更する第1制御を行う第1制御部と、
前記動作数が複数の場合、前記第2電流センサの検出値を用いて、前記動作数の変換部をそれぞれ流れる電流を等しくする第2制御を行う第2制御部と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサが正常であるか異常であるかに応じて、前記第1制御を行う際に用いる検出値を前記第1電流センサの検出値及び前記第2電流センサの検出値のいずれかに決定し、かつ、前記第2制御を行うか否かを決定する、制御方法。
Power and
A conversion module having a plurality of conversion units capable of voltage conversion of the power supplied by the power supply, and the plurality of conversion units are electrically connected in parallel,
A first current sensor for detecting a current flowing between the power supply and the conversion module;
A second current sensor for detecting a current flowing through each of the plurality of converters;
Using a detection value of the first current sensor or a detection value of the second current sensor, a first control unit that performs first control that changes the number of operations that is the number of the conversion units that perform the voltage conversion,
When the number of operations is plural, a power supply device including: a second control unit that performs a second control to equalize currents flowing through the conversion units of the number of operations using a detection value of the second current sensor. Control method to be performed,
Depending on whether the first current sensor and the second current sensor are normal or abnormal, a detection value used in performing the first control is a detection value of the first current sensor and the second current sensor. And determining whether or not to perform the second control.
JP2016033412A 2016-02-24 2016-02-24 Power supply device, device and control method Expired - Fee Related JP6630588B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016033412A JP6630588B2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Power supply device, device and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016033412A JP6630588B2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Power supply device, device and control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017153241A JP2017153241A (en) 2017-08-31
JP6630588B2 true JP6630588B2 (en) 2020-01-15

Family

ID=59738546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016033412A Expired - Fee Related JP6630588B2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Power supply device, device and control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6630588B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7088032B2 (en) * 2019-01-08 2022-06-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell vehicle and its control method
JP7197023B2 (en) * 2019-09-24 2022-12-27 株式会社デンソー Boost converter device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5207055B2 (en) * 2008-11-20 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 Converter control device
JP5892367B2 (en) * 2011-12-13 2016-03-23 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017153241A (en) 2017-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6450884B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6461838B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6650506B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6518604B2 (en) POWER SUPPLY DEVICE, DEVICE, AND CONTROL METHOD
JP6518603B2 (en) POWER SUPPLY DEVICE, DEVICE, AND CONTROL METHOD
JP6634311B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6507305B2 (en) POWER SUPPLY DEVICE, DEVICE, AND CONTROL METHOD
JP6738616B2 (en) Power supply device, equipment and control method
JP6608054B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6596357B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6277247B1 (en) CONVERSION DEVICE, DEVICE, AND CONTROL METHOD
JP6609487B2 (en) Power supply device, device and control method
JP6277246B1 (en) CONVERSION DEVICE, DEVICE, AND CONTROL METHOD
JP6630588B2 (en) Power supply device, device and control method
CN109792206B (en) Conversion device, equipment and control method

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170120

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190917

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6630588

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees