WO2016059709A1

WO2016059709A1 - 燃料電池システム及びインピーダンス測定方法

Info

Publication number: WO2016059709A1
Application number: PCT/JP2014/077606
Authority: WO
Inventors: 充彦松本
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-21

Abstract

　電源から出力される電力の交流成分を検出して電源が有するインピーダンスを測定可能な燃料電池システムは、負荷に応じて発電する燃料電池と、電力を充電又は放電する二次電池とを含む。さらに燃料電池システムは、二次電池及び燃料電池を直列に接続した直列電源のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して負荷に供給する直列電源変換手段と、直列電源変換手段により負荷に供給される交流電力を制御する制御部とを含む。そして燃料電池システムは、制御部により制御される交流電力に対してインピーダンスを測定するための交流信号を合成する交流合成部を含む。

Description

燃料電池システム及びインピーダンス測定方法

　この発明は、燃料電池から出力される電力に交流信号を重畳する燃料電池システム及びインピーダンス測定方法に関する。

　ＪＰ２００８－５３１６２Ａには、燃料電池のインピーダンスを測定するために燃料電池に並列接続されたインバータを制御して、モータトルクを一定に維持しながら、インバータの出力電力を正弦変化させる燃料電池システムが開示されている。

　上述のような燃料電池システムでは、燃料電池からインバータに供給される電流信号が正弦波形となるようにモータの効率を意図的に低下させるので、モータで消費される電力が増加してしまうという問題がある。

　本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、電源から負荷に出力される電力に対してインピーダンスを測定するための交流信号を効率よく生成する燃料電池システム及びインピーダンス測定方法を提供することを目的とする。

　本発明のある実施形態によれば、電源から出力される電力の交流成分を検出して当該電源が有するインピーダンスを測定可能な燃料電池システムは、負荷に応じて発電する燃料電池と、電力を充電又は放電する二次電池とを有する。この燃料電池システムは、前記二次電池及び前記燃料電池を直列に接続した直列電源のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して負荷に供給する直列電源変換手段と、前記直列電源変換手段によって前記負荷に供給される交流電力を制御する制御部とを含む。そして燃料電池システムは、前記制御部により制御される交流電力に対して前記インピーダンスを測定するための交流信号を合成する交流合成部を含む。

図１は、本発明の実施形態における燃料電池システムの構成を示す回路図である。図２は、燃料電池及び二次電池の直列電源が接続された直列電源変換装置を制御するコントローラの機能構成を示すブロック図である。図３は、燃料電池の発電を制御する発電制御部の詳細構成を示すブロック図である。図４は、直列電源変換装置から出力される直列電源及び燃料電池の電圧を分配する分配制御部の詳細構成を示すブロック図である。図５は、直列電源変換装置からモータに供給される交流電力を制御するモータ制御部の詳細構成を示すブロック図である。図６は、燃料電池とマトリクスコンバータとの間の直流電圧に交流信号を重畳させる重畳指令部の詳細構成を示すブロック図である。図７は、直列電源及び燃料電池の電圧分配により生成される各相の電圧に対して重畳指令部から出力される交流信号を合成する分配演算部の詳細構成を示す図である。図８は、モータに供給されるＵ相の電圧信号を生成する直列電源及び燃料電池の電圧波形の一例を示す図である。図９は、二次電池に電力を充電するときの直列電源及び燃料電池の電圧波形の一例を示す図である。図１０は、直列電源及び燃料電池の電圧を変調する変調率を示す図である。図１１は、直列電源及び燃料電池についての変調率に従ってＰＷＭ信号を生成する手法を示す図である。図１２は、燃料電池の電圧により生成されるＵ相の交流電圧に合成される交流信号と、直列電源の電圧により生成される交流電圧に合成される相殺信号を示す図である。図１３Ａは、モータに要求されるトルクが上昇したときに直列電源変換装置で実行されるスイッチング制御を示す図である。図１３Ｂは、モータに要求されるトルクが低下したときに直列電源変換装置で実行されるスイッチング制御の一例を示す図である。図１４は、本実施形態における燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。図１５は、本実施形態における燃料電池システムの構成の変形例を示す図である。

　（第１実施形態）
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

　図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１００の構成を示す図である。

　燃料電池システム１００は、２つの電源を直列に接続した直列電源１０１のうち少なくとも一方の電源を選択して電気負荷に電力を供給するものである。以下では、直列電源のうち正極端子側の電源を第１電源といい、直列電源のうち負極端子側の電源を第２電源という。また第１電源及び第２電源のうちいずれか一方の電源を単電源という。

　また、燃料電池システム１００は、直列電源のうち少なくとも一方の電源から出力される電力の交流成分を検出し、検出した交流成分に基づいて電源が有するインピーダンスを測定する。

　燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、逆流阻止ダイオード１１と、補機１２と、制御装置１３と、二次電池２０と、制御装置２１と、直列電源変換装置３０と、第１電源コンデンサ４１と、第２電源コンデンサ４２とを含む。さらに燃料電池システム１００は、コントローラ５０と、インピーダンス測定装置６０と、電流センサ１１１～１１３と、電圧センサ１２１及び電圧センサ１２２と、電流センサ１３１及び電流センサ１３２とを含む。

　電動モータ２００は、直列電源１０１に接続される電気負荷である。本実施形態では、電動モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる三相の交流モータにより実現される。三相交流モータとして、例えば、永久磁石同期モータが用いられる。

　電動モータ２００は、本実施形態では、車両を駆動する電動機としての機能と、車両の制動力を回生する発電機としての機能を有する。このため、車両の制動時には、電動モータ２００により二次電池２０に回生電力を充電することが可能となる。

　直列電源１０１は、二次電池２０及び燃料電池スタック１０を直列に接続したものである。本実施形態では、第１電源として二次電池２０が直列電源変換装置３０の第１電源端子３１１に接続され、第２電源として燃料電池スタック１０が第２電源端子３１２に接続されている。すなわち、二次電池２０の負極端子２０Ｂに燃料電池スタック１０の正極端子１０Ａが接続された直列電源１０１が直列電源変換装置３０に並列に接続されている。

　燃料電池スタック１０は、電動モータ２００に電力を供給するための直流電源である。燃料電池スタック１０は、酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）と水素を含有するアノードガス（燃料ガス）との供給を受けて電気負荷に応じて発電する。

　燃料電池スタック１０は、複数枚の燃料電池を積層したものである。燃料電池は、電解質膜とアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とを有し、アノード電極とカソード電極とで電解質膜が挟まれている。燃料電池では、アノード電極に供給されるアノードガスと、カソード電極に供給されるカソードガスとが電解質膜で電気化学反応を起こして発電する。アノード電極及びカソード電極の両極では、以下のとおり、電気化学反応が進行する。

　　　アノード電極　：　　２Ｈ₂ →４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・(１)
　　　カソード電極　：　　４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ・・・(２)
　上記（１）及び（２）の電気化学反応によって、起電力が発生するとともに水が生成される。燃料電池スタック１０には複数枚の燃料電池が直列に接続されているため、各燃料電池に生じるセル電圧の総和が、燃料電池スタック１０の出力電圧となる。

　燃料電池スタック１０には、不図示のカソードガス給排装置及びアノードガス給排装置によって、カソードガス及びアノードガスがそれぞれ供給される。カソードガス給排装置は、燃料電池スタック１０にカソードガスを供給するコンプレッサや、カソードガスの圧力を調整するカソード調圧弁などにより構成される。アノードガス給排装置は、アノードガスが貯蔵された高圧タンクから燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するアノード調圧弁や、燃料電池スタック１０からアノードオフガスを排出するパージ弁などにより構成される。

　逆流阻止ダイオード１１は、燃料電池スタック１０の正極端子１０Ａに接続され、燃料電池スタック１０に逆流する電流を阻止する。

　補機１２は、燃料電池スタック１０の動作を補助する部品であり、燃料電池スタック１０から出力される電力によって作動する。補機１２は、燃料電池スタック１０にカソードガスを供給するカソードコンプレッサや、燃料電池スタック１０に冷却水を循環させる冷却水ポンプなどにより構成される。

　制御装置１３は、補機１２の動作を制御するものであり、コントローラ５０によって制御される。制御装置１３は、例えば、カソードコンプレッサや、冷却水ポンプなどの操作量を制御する。

　また、制御装置１３は、補機１２の状態量を検出する。補機１２の状態量とは、補機１２の消費電力を計測するのに必要となるパラメータであり、例えば、カソードコンプレッサの消費電力を計測する場合には、カソードコンプレッサの回転速度及びトルクが検出される。制御装置１３は、その検出した状態量をコントローラ５０に出力する。

　二次電池２０は、電動モータ２００に電力を放電又は充電するための直流電源である。本実施形態では、二次電池２０は、燃料電池スタック１０の電力を補助する電源として用いられる。二次電池２０は、例えば、リチウムイオンバッテリにより実現される。

　制御装置２１は、二次電池２０の充放電状態を監視するものである。制御装置２１は、二次電池２０に流れる電流と二次電池２０の電圧とを検出し、二次電池２０の電池容量を示すＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。また、制御装置２１は、二次電池２０のＳＯＣ、温度、放電許容電力、及び充電許容電力を含む二次電池情報をコントローラ５０に出力する。

　直列電源変換装置３０は、直列電源１０１のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して電動モータ２００に供給する直列電源変換手段である。直列電源変換装置３０は、例えば直流電力を交流電力に変換する３レベルインバータやマトリックスコンバータにより実現される。直列電源変換装置３０を用いて直列電源１０１の電圧を電動モータ２００に供給することにより、電動モータ２００に生じる誘起電圧に負けない電圧を確保することができる。

　直列電源変換装置３０は、直列電源１０１から出力される電力を交流電力に変換するためのスイッチング制御を実行し、このスイッチング制御によって変換された交流電力を電動モータ２００に供給する。直列電源変換装置３０は、コントローラ５０によって制御される。

　直列電源変換装置３０には、直列電源１０１を接続するための第１電源端子３１１、第２電源端子３１２、及び、接地端子３１３が設けられている。

　第１電源端子３１１は、直列電源１０１の正極側電源の正極端子２０Ａが接続される端子である。第２電源端子３１２は、直列電源１０１の負極側電源の正極端子１０Ａ、及び、正極側電源の負極端子が共に接続される端子である。接地端子３１３は、負極側電源の負極端子１０Ｂが接続される端子である。

　また、直列電源変換装置３０には、電動モータ２００のＵ相電源線が接続されるＵ相端子３２１と、Ｖ相電源線が接続されるＶ相端子３２２と、Ｗ相電源線が接続されるＷ相端子３２３とが設けられている。

　直列電源変換装置３０は、双方向変換部３１と、直列電源接続部３２と、接地電源接続部３３とを備える。

　双方向変換部３１は、第２電源端子３１２と電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する第２のスイッチ部である。双方向変換部３１は、第２電源端子３１２の電圧、すなわち燃料電池スタック１０の電圧をコントローラ５０のスイッチング制御に従って、Ｕ相端子３２１、Ｖ相端子３２２及びＷ相端子３２３にそれぞれ出力する。

　双方向変換部３１は、電動モータ２００に交流電力を供給するスイッチング回路１ｕ、１ｖ及び１ｗと、第１電源端子３１１及び電動モータ２００から第２電源端子３１２に供給される電流を遮断するスイッチング回路４ｕ、４ｖ及び４ｗとを備える。

　Ｕ相の電源線Ｌｕには、スイッチング回路１ｕ及びスイッチング回路４ｕが直列に接続される。

　スイッチング回路１ｕは、第２電源端子３１２から供給される電圧をＵ相の電源線Ｌｕに出力する回路であり、トランジスタＴｒとダイオードＤｉとにより構成される。なお、ここでは便宜上、スイッチング回路１ｕのトランジスタ及びダイオードにのみ符号Ｔｒ及びＤｉを付し、他のスイッチング回路については符号を省略している。

　トランジスタＴｒは、導通状態（オン）と非導通状態（オフ）とに切り替わるオン・オフ動作をするスイッチング素子であり、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistors）により実現される。

　トランジスタＴｒとダイオードＤｉとは、トランジスタＴｒを流れる電流の向きが、ダイオードＤｉを通過する電流の向き（順方向）とは逆向きになるように、互いに並列に接続される。すなわち、ダイオードＤｉは、トランジスタＴｒに対して並列に接続され、電動モータ２００から第２電源端子３１２の向きにのみ電流を通過させる。

　スイッチング回路４ｕは、Ｕ相の電源線Ｌｕから供給される電圧を第２電源端子３１２に出力する回路であり、スイッチング回路１ｕと同様にトランジスタＴｒとダイオードＤｉとにより構成される。

　スイッチング回路４ｕのトランジスタＴｒは、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒとは逆方向に電流が流れるように接続される。スイッチング回路４ｕのトランジスタＴｒは、電動モータ２００から第２電源端子３１２に電流を供給又は遮断する。

　スイッチング回路１ｕ及びスイッチング回路４ｕと同様に、Ｖ相の電源線Ｌｖにはスイッチング回路１ｖ及びスイッチング回路４ｖが共に接続され、Ｗ相の電源線Ｌｗにはスイッチング回路１ｗ及びスイッチング回路４ｗが共に接続される。

　直列電源接続部３２は、第１電源端子３１１と電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する第１のスイッチ部である。直列電源接続部３２は、第１電源端子３１１から出力される直列電圧、すなわち直列電源１０１の電圧をコントローラ５０のスイッチング制御に従って、Ｕ相端子３２１、Ｖ相端子３２２及びＷ相端子３２３にそれぞれ出力する。

　直列電源接続部３２は、スイッチング回路２ｕ、２ｖ及び２ｗを備える。スイッチング回路２ｕ、２ｖ及び２ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相の電源線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗに接続され、共にスイッチング回路１ｕと同様の構成である。

　具体的には、スイッチング回路２ｕ、２ｖ及び２ｗの各トランジスタＴｒは、第１電源端子３１１から電動モータ２００に電流を供給又は遮断する。また、各ダイオードＤｉは、トランジスタＴｒに対して並列に接続され、電動モータ２００から第１電源端子３１１に電流を通過させる。

　接地電源接続部３３は、グランドに接地された接地線Ｌｇと電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する第３のスイッチ部である。接地電源接続部３３は、接地端子３１３の接地電圧をコントローラ５０のスイッチング制御に従って、Ｕ相端子３２１、Ｖ相端子３２２及びＷ相端子３２３にそれぞれ出力する。

　接地電源接続部３３は、スイッチング回路３ｕ、３ｖ及び３ｗを備える。スイッチング回路３ｕ、３ｖ及び３ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相の電源線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗに接続され、共にスイッチング回路１ｕと同様の構成である。

　スイッチング回路１ｕ～１ｗ、スイッチング回路２ｕ～２ｗ、スイッチング回路３ｕ～３ｗ、及びスイッチング回路４ｕ～４ｗのトランジスタＴｒの各々は、コントローラ５０によってスイッチング制御される。

　具体的には、スイッチング制御を実行するためのＰＷＭ信号（Pulse Width Modulation）がコントローラ５０から各トランジスタＴｒの制御端子（ゲート端子）に供給される。このＰＷＭ信号によってトランジスタＴｒの各々は、導通状態又は非導通状態に交互に切り替えられる。

　例えば、直列電源変換装置３０では、コントローラ５０が直列電源接続部３２と接地電源接続部３３とをスイッチング制御することにより、直列電源１０１の直列電圧が三相交流電圧に変換される。また、コントローラ５０が双方向変換部３１と接地電源接続部３３とをスイッチング制御することにより、燃料電池スタック１０の電圧が三相交流電圧に変換される。

　さらに、コントローラ５０が双方向変換部３１と直列電源接続部３２と接地電源接続部３３とをスイッチング制御することにより、電動モータ２００の誘起電圧に応じて直列電源１０１の電圧と燃料電池スタック１０の電圧とが切り替えられた三相交流電圧が生成される。

　第１電源コンデンサ４１は、第１電源である二次電池２０に対して並列に接続され、第１電源から取り出される電力を調整するために用いられる。第１電源コンデンサ４１の一方の電極は、第１電源端子３１１に接続され、他方の電極は、第２電源端子３１２に接続される。

　第２電源コンデンサ４２は、第２電源である燃料電池スタック１０に対して並列に接続され、第２電源から取り出される電力を調整するために用いられる。第２電源コンデンサ４２の一方の電極は、第２電源端子３１２に接続され、他方の電極は、接地端子３１３に接続される。

　電流センサ１１１は、二次電池２０の正極端子２０Ａと第１電源端子３１１との間の電源線に設けられる。電流センサ１１１は、二次電池２０から取り出される電流の大きさを検出する。以下では、電流センサ１１１により検出された電流のことを「二次電池電流」という。

　電流センサ１１２は、燃料電池スタック１０の正極端子１０Ａと逆流阻止ダイオード１１のアノード端子との間の電源線に設けられる。電流センサ１１２は、燃料電池スタック１０から取り出される電流の大きさを検出する。以下では、電流センサ１１２により検出された電流のことを「スタック電流」という。

　電流センサ１１３は、二次電池２０の負極端子２０Ｂと燃料電池スタック１０の正極端子１０Ａとが接続された部分（接点）と第２電源端子３１２との間の電源線に接続される。電流センサ１１３は、燃料電池スタック１０から第２電源端子３１２に出力される電流の大きさを検出する。

　電圧センサ１２１は、二次電池２０及び第１電源コンデンサ４１に対して並列に接続され、二次電池２０の電圧Ｖｂの大きさを検出する。以下では、電圧センサ１２１により検出された電圧のことを「二次電池電圧」という。

　電圧センサ１２２は、燃料電池スタック１０及び第２電源コンデンサ４２に対して並列に接続され、燃料電池スタック１０の電圧Ｖａの大きさを検出する。以下では、電圧センサ１２２により検出された電圧のことを「スタック電圧」という。

　電流センサ１３１は、Ｕ相端子３２１から電動モータ２００に配線されるＵ相電源線に設けられる。電流センサ１３１は、電動モータ２００のＵ相電源線に供給される電流の大きさを検出する。

　電流センサ１３２は、Ｗ相端子３２３から電動モータ２００に配線されるＷ相電源線に設けられる。電流センサ１３２は、電動モータ２００のＷ相電源線に供給される電流の大きさを検出する。

　コントローラ５０は、燃料電池システム１００を制御する制御部である。コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

　コントローラ５０には、電流センサ１１１～１１３、電圧センサ１２１及び電圧センサ１２２、並びに電流センサ１３１及び電流センサ１３２の各々から検出信号が入力される。さらにコントローラ５０には、電動モータ２００のロータ位置を検出する位置センサ６１、及びドライバの操作量としてアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ６２からの検出信号が入力される。位置センサ６１は、例えばロータリエンコーダにより実現される。

　コントローラ５０は、位置センサ６１から出力される検出信号に基づいて電動モータ２００のモータ回転速度を算出し、そのモータ回転速度とアクセルペダルの開度とに基づいて、電動モータ２００の駆動に必要となる要求トルクを演算する。コントローラ５０は、その要求トルクに基づいて、補機１２の運転点を設定するとともに、直列電源変換装置３０内の各トランジスタＴｒをオン・オフ動作させる。

　すなわち、コントローラ５０は、電動モータ２００の要求トルクに基づいて、双方向変換部３１及び直列電源接続部３２の一方と接地電源接続部３３とを交互に遮断状態から接続状態に切り替える。

　また、コントローラ５０は、燃料電池スタック１０及び二次電池２０のうち少なくとも一方の電源が有する内部インピーダンスを測定するために、直列電源変換装置３０を用いて電源から出力される電力に対して交流信号を合成する。

　本実施形態では、コントローラ５０は、電解質膜の湿潤状態と相関のある燃料電池スタック１０の内部インピーダンスを測定するために、燃料電池スタック１０から出力される電力に対して交流信号を重畳する。

　コントローラ５０は、測定された内部インピーダンスの大きさに応じて補機１２の運転点を変更する。例えば、電解質膜が乾燥し過ぎている状態では、コントローラ５０は、カソードコンプレッサの回転速度を低下させることにより、カソードガスによって燃料電池スタック１０から持ち出される水蒸気の排出量を減少させる。あるいは、電解質膜が湿り過ぎている状態では、コントローラ５０は、カソードコンプレッサの回転速度を上昇させることにより、カソードガスによって燃料電池スタック１０から持ち出される水蒸気の排出量を増加させる。これにより、燃料電池スタック１０でのフラッディングの発生や電解質膜の乾き過ぎによる劣化を防止することができる。

　インピーダンス測定装置６０は、燃料電池スタック１０及び二次電池２０のうち少なくとも一方の電源から出力される電力の交流成分に基づいて、電源の内部インピーダンスを測定する。

　本実施形態では、インピーダンス測定装置６０は、電流センサ１１２で検出されるスタック電流の交流成分と、電圧センサ１２２で検出されるスタック電圧の交流成分とに基づいて、燃料電池スタック１０の内部抵抗を測定する。具体的には、インピーダンス測定装置６０は、スタック電流の交流電流成分の振幅と、スタック電圧の交流電圧成分の振幅とを求め、その交流電圧成分の振幅を交流電流成分の振幅により除算して内部インピーダンスを算出する。

　次に、直列電源変換装置３０を用いて燃料電池スタック１０から出力される電力に交流信号を合成する手法について図面を参照して詳細に説明する。

　図２は、本実施形態におけるコントローラ５０の機能構成の一例を示すブロック図である。

　コントローラ５０は、モータ要求トルク演算部５１０と、スタック発電制御部５２０と、直列電源電圧分配制御部５３０と、モータ制御部５４０と、交流信号重畳指令部５５０とを含む。

　モータ要求トルク演算部５１０は、モータ回転速度及びアクセル開度に基づいて、電動モータ２００を駆動するのに必要となるモータ要求トルクを演算する。なお、モータ回転速度は、位置センサ６１から出力される検出信号に基づいて算出される。またアクセル開度は、アクセル開度センサ６２によって検出されるアクセルペダル開度のことである。

　モータ要求トルク演算部５１０には、電動モータ２００の運転点ごとにモータ要求トルクを対応付けた要求トルクマップが予め記憶される。モータ要求トルク演算部５１０は、モータ回転速度とアクセル開度とを取得すると、要求トルクマップを参照し、そのモータ回転速度とアクセル開度とで特定される運転点に対応付けられたモータ要求トルクを算出する。

　モータ要求トルク演算部５１０は、算出したモータ要求トルクＴ^*をモータ制御部５４０とスタック発電制御部５２０とに出力する。

　スタック発電制御部５２０は、二次電池情報とモータ回転速度とモータ要求トルクＴ^*とに基づいて、燃料電池スタック１０から取り出される電流の目標値を演算する。燃料電池スタック１０から取り出される電流の目標値のことを以下では「目標電流」という。

　なお、二次電池情報とは、二次電池２０の充放電に関す情報のことであり、制御装置２１から出力される情報である。二次電池情報には、二次電池２０のＳＯＣ、充電許容電力、及び放電許容電力が含まれている。

　また、スタック発電制御部５２０の詳細構成については図３で後述する。スタック発電制御部５２０は、算出した目標電流を直列電源電圧分配制御部５３０に出力する。

　直列電源電圧分配制御部５３０は、燃料電池スタック１０の目標電流に基づいて、電動モータ２００に供給される三相交流電圧を燃料電池スタック１０及び直列電源１０１に分配するための電圧分配係数を演算する。

　ここにいう燃料電池スタック１０の電圧分配係数は、電動モータ２００に供給される三相交流電圧のうち、燃料電池スタック１０の電圧の割合を示し、直列電源１０１の電圧分配係数は、燃料電池スタック１０と二次電池２０との直列電圧の割合を示す。

　本実施形態では、電動モータ２００に供給される各相の交流電圧を「１．０」として、燃料電池スタック１０の電圧分配係数と直列電源１０１の電圧分配係数との和が「１．０」を超えないように定められる。本実施形態では、燃料電池スタック１０の電圧分配係数、及び、直列電源１０１の電圧分配係数は、共に正（プラス）の値を採り得る。

　例えば、燃料電池スタック１０に供給されるガスの応答遅れなどが原因でスタック電流を増やすことができないときは、燃料電池スタック１０の電圧配分係数は負の値に設定される。これにより、直列電源１０１から電動モータ２００に電力を供給するときにスタック電流が取り出されるのを防止することができる。

　なお、直列電源電圧分配制御部５３０の詳細構成については図４で後述する。直列電源電圧分配制御部５３０は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aと直列電源１０１の電圧分配係数γ_abとをモータ制御部５４０に出力する。

　モータ制御部５４０は、直列電源変換装置３０を用いて電動モータ２００に供給される交流電力を制御する制御部である。モータ制御部５４０は、モータ要求トルクＴ^*と、燃料電池スタック１０及び直列電源１０１の電圧分配係数γ_a及びγ_abとに基づいて、直列電源変換装置３０をスイッチング制御して電動モータ２００に三相交流電圧を供給する。

　具体的には、モータ制御部５４０は、モータ要求トルクＴ^*に応じてスイッチング制御をするためのＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号を直列電源変換装置３０内の各トランジスタＴｒに供給する。これにより、直列電源１０１の電圧及び燃料電池スタック１０の電圧がモータ要求トルクＴ^*に応じて切り替えられて三相交流電圧が生成される。なお、モータ制御部５４０の詳細構成については図５で後述する。

　交流信号重畳指令部５５０は、モータ制御部５４０により制御される交流電力に対して交流信号を合成する。交流信号の周波数は、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスを測定するのに適した値に定められ、例えば１ｋＨｚ（キロヘルツ）に設定される。なお、交流信号重畳指令部５５０の詳細構成については図６で後述する。

　図３は、スタック発電制御部５２０の詳細構成を示すブロック図である。

　スタック発電制御部５２０は、モータ要求電力演算部５２１と、充放電要求電力演算部５２２と、加算部５２３と、スタック発電電力演算部５２４と、スタック出力電力演算部５２５と、減算部５２６と、スタック目標電流演算部５２７とを含む。さらにスタック発電制御部５２０は、補機運転点設定部５２８を備える。

　モータ要求電力演算部５２１は、モータ要求トルク演算部５１０で演算されたモータ要求トルクＴ^*と、位置センサ６１を用いて算出されたモータ回転速度とに基づいて、電動モータ２００を駆動するのに必要となるモータ要求電力を演算する。

　本実施形態では、モータ要求トルクとモータ回転速度との運転点ごとにモータ要求電力を対応付けた要求電力マップが、モータ要求電力演算部５２１に予め記憶されている。

　モータ要求電力演算部５２１は、モータ要求トルクＴ^*と検出されたモータ回転速度とを取得すると、要求電力マップを参照し、そのモータ要求トルクＴ^*とモータ回転速度とで特定された運転点に対応するモータ要求電力を算出する。モータ要求電力演算部５２１は、算出したモータ要求電力を加算部５２３に出力する。

　充放電要求電力演算部５２２は、制御装置２１からの二次電池情報に含まれるＳＯＣ、充電許容電力及び放電許容電力に基づいて、二次電池２０の充放電要求電力を演算する。充電許容電力及び放電許容電力は、共に正の値である。

　例えば、充放電要求電力演算部５２２は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて二次電池２０の充電又は放電可能な電力を求め、その電力を、充電許容電力から放電許容電力までの範囲内に制限し、制限後の電力を充放電要求電力として算出する。

　本実施形態では、二次電池２０の温度ごとにＳＯＣと充放電可能電力とを互いに対応付けた二次電池要求マップが、充放電要求電力演算部５２２に予め記憶されている。そして、充放電要求電力演算部５２２は、二次電池２０の温度によって特定された二次電池要求マップを参照して充放電可能電力を求める。充放電要求電力演算部５２２は、算出した充放電要求電力を加算部５２３に出力する。

　充放電要求電力演算部５２２は、二次電池２０を充電する必要がある場合には、正（プラス）の充放電要求電力を出力し、二次電池２０から電動モータ２００に放電できる場合には、負（マイナス）の充放電要求電力を出力する。

　加算部５２３は、モータ要求電力に充放電要求電力を加算することにより、電動モータ２００及び二次電池２０によって燃料電池スタック１０に要求される発電要求電力を算出する。

　二次電池２０を充電する必要がある場合には、加算部５２３によって、モータ要求電力に対して充電可能な電力が加えられた値が発電要求電力として出力される。一方、二次電池２０から電動モータ２００に放電できる場合には、加算部５２３によって、モータ要求電力から放電可能な電力を引いた値が発電要求電力として出力される。

　スタック発電電力演算部５２４は、発電要求電力と制御装置１３からの補機１２の状態量とを用いて、電動モータ２００及び二次電池２０に加えて補機１２によって燃料電池スタック１０に要求される発電電力を演算する。

　また、スタック発電電力演算部５２４は、補機１２の状態量に基づいて補機１２で消費される電力を算出する。

　例えば、カソードコンプレッサ、冷却水ポンプ及び冷却水ヒータが燃料電池スタック１０に接続されている場合には、補機１２の状態量としてカソードコンプレッサと冷却水ポンプの回転速度及びトルクがスタック発電電力演算部５２４に入力される。

　そして、スタック発電電力演算部５２４は、カソードコンプレッサの回転速度及びトルクからカソードコンプレッサの消費電力を推定するとともに、冷却水ポンプの回転速度及びトルクから冷却水ポンプの消費電力を推定する。

　さらに、スタック発電電力演算部５２４は、冷却水ヒータに供給される電力の目標値から冷却水ヒータの消費電力を算出する。そしてスタック発電電力演算部５２４は、カソードコンプレッサ、冷却水ポンプ及び冷却水ヒータの各消費電力を合算し、その合算値を補機１２の消費電力として算出する。

　スタック発電電力演算部５２４は、補機１２の消費電力を、加算部５２３から出力される発電要求電力に加算することにより、燃料電池スタック１０に要求される発電電力を算出する。スタック発電電力演算部５２４は、その発電電力を減算部５２６に出力する。

　スタック出力電力演算部５２５は、電流センサ１１２で検出されるスタック電流と、電圧センサ１２２で検出されるスタック電圧とを乗算することにより、燃料電池スタック１０から出力された出力電力を演算する。スタック発電電力演算部５２４は、その出力電力を減算部５２６に出力する。

　減算部５２６は、スタック発電電力演算部５２４で演算された発電電力から、スタック出力電力演算部５２５で演算された出力電力を減算することにより、燃料電池スタック１０の発電電力の偏差を算出する。減算部５２６は、その偏差をスタック目標電流演算部５２７に出力する。

　スタック目標電流演算部５２７は、燃料電池スタック１０の発電電力の偏差に基づいて、燃料電池スタック１０から取り出される目標電流を演算する。

　スタック目標電流演算部５２７は、発電電力の偏差がゼロとなるように目標電流を算出する。例えば、スタック目標電流演算部５２７は、発電電力の偏差がゼロよりも大きいときほど目標電流を大きくし、発電電力の偏差がゼロよりも小さいときほど目標電流を小さくする。このようにスタック目標電流演算部５２７は、目標電流をフィードバック制御する。

　スタック目標電流演算部５２７は、制限した後の目標電流を直列電源電圧分配制御部５３０に出力する。具体的には、スタック目標電流演算部５２７は、目標電流が電流制限値よりも大きい場合には、電流制限値を目標電流として出力し、目標電流が電流制限値以下である場合には、目標電流を制限せずに出力する。

　このように、スタック発電制御部５２０は、モータ要求トルクＴ^*と二次電池情報とに基づいて、燃料電池スタック１０から取り出される電流を制御する。

　補機運転点設定部５２８は、燃料電池スタック１０の目標電流に基づいて補機１２の運転点を設定する。例えば、補機運転点設定部５２８は、目標電流を取得すると、予め定められたマップを参照し、その目標電流に対応付けられたカソードガスの目標流量及び目標圧力を演算する。そして、補機運転点設定部５２８は、カソードガスの目標電流及び目標圧力に基づいて、カソードガスの圧力を調整するカソード調圧弁の開度指令値とカソードコンプレッサのトルク指令値とを算出する。

　同様に、補機運転点設定部５２８は、燃料電池スタック１０の目標電流に基づいて、予め定められたマップを参照して冷却水の目標流量を演算し、その目標流量から冷却水ポンプのトルク指令値を算出する。補機運転点設定部５２８は、カソードコンプレッサや冷却水ポンプなどの補機１２に対する指令値を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、その指令値に従ってカソードコンプレッサの動作や冷却水ポンプの動作を制御する。

　図４は、直列電源電圧分配制御部５３０の詳細構成を示すブロック図である。

　直列電源電圧分配制御部５３０は、減算部５３１と、単電源分配係数演算部５３２と、分配係数上限値保持部５３３と、直列電源分配係数算出部５３４と、計測充放電電力演算部５３５と、減算部５３６と、放電許容閾値保持部５３７と、放電超過判定部５３８と、直列電源分配係数補正部５３９とを含む。

　減算部５３１は、スタック目標電流演算部５２７で演算される目標電流から、電流センサ１１２で検出されるスタック電流を減算し、その減算した値を、目標電流とスタック電流との偏差として単電源分配係数演算部５３２に出力する。

　単電源分配係数演算部５３２は、減算部５３１から出力される偏差に基づいて、単電源である燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを演算する。この電圧分配係数γ_aに基づいて、モータ制御部５４０は、燃料電池スタック１０の電圧を用いて、各相の目標電圧の一部の電圧成分（第１分配電圧）を生成する。

　すなわち、単電源分配係数演算部５３２は、燃料電池スタック１０に要求される電力に基づいて、モータ制御部５４０で制御される相電圧のうち、双方向変換部３１及び接地電源接続部３３で生成される第１分配電圧を制御する第１分配電圧制御部を構成する。

　単電源分配係数演算部５３２は、目標電流とスタック電流との偏差に基づいて、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを算出する。例えば、単電源分配係数演算部５３２は、目標電流とスタック電流との偏差が大きくなるほど、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを大きくする。

　すなわち、単電源分配係数演算部５３２は、電動モータ２００に必要な電力及び充放電要求電力に基づいて演算された発電電力と、電流センサ１１２で検出される出力電力との偏差に応じて、燃料電池スタック１０の電圧で生成される第１分配電圧を増減させる。

　本実施形態では、単電源分配係数演算部５３２は、減算部５３１から出力される偏差がゼロに収束するように燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aをフィードバック制御する。例えば、単電源分配係数演算部５３２は、減算部５３１から出力される偏差がゼロよりも大きくなるほど、電圧分配係数γ_aの増加速度を高くする。一方、単電源分配係数演算部５３２は、減算部５３１から出力される偏差が小さくなるほど、電圧分配係数γ_aの増加速度を低くする。単電源分配係数演算部５３２は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aをモータ制御部５４０と直列電源分配係数算出部５３４とに出力する。

　分配係数上限値保持部５３３は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aと直列電源１０１の電圧分配係数γ_abとの合計（γ_a＋γ_ab）の上限値として「１」を保持する。

　直列電源分配係数算出部５３４は、分配係数上限値保持部５３３に保持された上限値から、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを減算し、その減算値（１－γ_a）を直列電源１０１の電圧分圧係数として、直列電源分配係数補正部５３９に出力する。

　計測充放電電力演算部５３５は、電流センサ１１１で検出された二次電池電流と、電圧センサ１２１で検出された二次電池電圧とを乗算することにより、二次電池２０の計測充放電電力を演算する。

　計測充放電電力演算部５３５は、二次電池２０に電力が充電されているときには、正（プラス）の計測充放電電力を減算部５３６に出力し、二次電池２０から電力が放電されているときには、負（マイナス）の計測充放電電力を減算部５３６に出力する。

　減算部５３６は、その計測充放電電力の符号を反転させ、その反転させた値から放電許容電力を減算することにより、二次電池２０の放電超過量を算出する。放電許容電力は、制御装置２１から取得されるパラメータであり、正（プラス）の値である。

　具体的には、減算部５３６は、放電時の電力がプラスとなるように計測充放電電力に「－１」を乗算し、その乗算した値から放電許容電力を減算する。これにより、計測放電電力が放電許容電力を超えたときには放電超過量がプラスになる。

　放電許容閾値保持部５３７は、過放電を判定するために設定される閾値として「０」を保持する。

　放電超過判定部５３８は、減算部５３６から出力される放電超過量が、放電許容閾値保持部５３７の閾値以下である場合には、二次電池２０が劣化しないと判定し、ゼロを直列電源分配係数補正部５３９に出力する。一方、放電超過判定部５３８は、放電超過量が閾値よりも大きい場合には、二次電池２０が劣化すると判定し、減算部５３６からの放電超過量を直列電源分配係数補正部５３９に出力する。

　直列電源分配係数補正部５３９は、放電超過判定部５３８から出力される放電超過量がゼロである場合には、直列電源分配係数算出部５３４からの出力値（１－γ_a）を直列電源１０１の電圧分配係数γ_abとしてモータ制御部５４０に出力する。

　すなわち、直列電源分配係数補正部５３９は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aに基づいて、モータ制御部５４０で制御される相電圧のうち、直列電源接続部３２及び接地電源接続部３３により生成される第２分配電圧を制御する第２分配電圧制御部を構成する。

　一方、直列電源分配係数補正部５３９は、放電超過量がゼロよりも大きい場合には、直列電源分配係数算出部５３４からの出力値（１－γ_a）よりも直列電源１０１の電圧分配係数γ_abが小さくなるように補正する。

　例えば、直列電源分配係数補正部５３９は、放電超過量がゼロに収束するように直列電源１０１の電圧分配係数γ_abをフィードバック制御する。具体的には、直列電源分配係数補正部５３９は、放電超過量が大きくなるほど、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを出力値（１－γ_a）よりも小さくする。

　すなわち、直列電源分配係数補正部５３９は、計測充放電電力演算部５３５により検出される放電電力が二次電池２０の放電可能電力を超えないように、第２分配電圧を制御する。

　このように、直列電源電圧分配制御部５３０は、スタック電流と目標電流との偏差に応じて、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを増減させる。これと共に直列電源電圧分配制御部５３０は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aと直列電源１０１の電圧分配係数γ_abとの和が「１」となるように、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを設定する。これにより、ドライバ要求に合わせて燃料電池スタック１０と二次電池２０とを効率よく利用することができる。

　そして二次電池２０の計測放電電力の絶対値が、放電許容電力よりも大きくなった場合には、直列電源電圧分配制御部５３０は、その超過量に応じて直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを小さくする。これにより、二次電池２０から放電される電力が減少されるので、二次電池２０の過放電に伴う過度な電圧低下を防止することができる。

　図５は、モータ制御部５４０の詳細構成を示すブロック図である。

　モータ制御部５４０は、直列電源変換装置３０に接続された燃料電池スタック１０及び二次電池２０の直流電力を用いて、電動モータ２００に要求されるトルクＴ^*に基づき、電動モータ２００の各相に供給される交流電力をベクトル制御する。さらにモータ制御部５４０は、電動モータ２００のコイルに流れる電流が目標値となるように電動モータ２００をフィードバック制御する。これにより、電動モータ２００を精度良く駆動させることができる。

　モータ制御部５４０は、目標電流制御部５４０Ａと、電圧分配演算部５４５と、変調率演算部５４６と、ＰＷＭ生成部５４７と、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８と、位相角・角速度演算部５４９とを含む。

　目標電流制御部５４０Ａは、モータ要求トルクＴ^*に基づいて、電動モータ２００に供給される各相の電流に関するｄ軸電流成分、及びｑ軸電流成分をフィードバック制御する電流制御部を構成する。電動モータ２００に供給される電流を形成するｄ軸電流成分、及びｑ軸電流成分のことを、以下では単にｄ軸電流、及びｑ軸電流という。

　目標電流制御部５４０Ａは、ｄｑ軸電流演算部５４１と、減算器５４１１及び５４１２と、ｄｑ軸電流制御器５４２と、加算器５４２１及び５４２２と、非干渉制御器５４３と、ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４とを含む。

　まず、フィードバック制御に用いられるＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８及び位相角・角速度演算部５４９について説明する。

　位相角・角速度演算部５４９は、位置センサ６１から出力される検出信号に基づいて、電動モータ２００の電気位相角θ_e及び電気角速度ω_eを演算する。

　位相角・角速度演算部５４９は、演算した電気角速度ω_eを、ｄｑ軸電流演算部５４１と非干渉制御器５４３とに出力するとともに、電気位相角θ_eを、ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４とＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８とに出力する。

　ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３軸座標の電流をｄ軸及びｑ軸の２軸座標の電流に変換する。ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８は、電流センサ１３１で検出されたＵ相計測電流ｉ_uと、電流センサ１３２で検出されたＷ相計測電流ｉ_wとを用いて、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流の総和がゼロとなるようにＷ相電流を算出する。

　そして、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８は、電動モータ２００の電気位相角ω_eに基づいて、Ｕ相計測電流ｉ_u、Ｖ相算出電流、及びＷ相計測電流ｉ_wを、ｄ軸計測電流ｉ_d、及びｑ軸計測電流ｉ_qに変換する。ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換器５４８は、ｄ軸計測電流ｉ_dを減算器５４１１に出力し、ｑ軸計測電流ｉ_qを減算器５４１２に出力する。

　次にｄｑ軸電流演算部５４１、減算器５４１１及び５４１２、ｄｑ軸電流制御器５４２、加算器５４２１及び５４２２、非干渉制御器５４３、ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４、電圧分配演算部５４５、変調率演算部５４６並びにＰＷＭ生成部５４７について説明する。

　ｄｑ軸電流演算部５４１は、モータ要求トルク演算部５１０で算出されたモータ要求トルクＴ^*と、位相角・角速度演算部５４９で算出された電気角速度ω_eとを用いて、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*とｑ軸目標電流ｉ_q ^*とを演算する。

　ｄｑ軸電流演算部５４１は、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときには、ｑ軸目標電流ｉ_d ^*をゼロに設定し、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*を予め定められた無負荷電流値に設定する。無負荷電流値は、燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定するのに必要となる交流信号を重畳できる電流値に設定される。

　ここで、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*のみに無負荷電流値を設定する理由について説明する。モータトルクＴｒは、一般的に、総合電流Ｉａ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、永久磁石磁束φ及び極対数ｐを用いて次式のとおり表わされる。なお、総合電流Ｉａは、ｄ軸電流のベクトルとｑ軸電流のベクトルとを合成した合成ベクトルの大きさを示す。

　式（３）に示すように、総合電流Ｉａの位相角θが９０度のときには電動モータ２００に電流を供給してもモータトルクＴｒは発生しない。ｄ軸電流は、総合電流Ｉａの位相角θが９０度のときに電動モータ２００に供給される電流成分のことであるため、ｄ軸電流を電動モータ２００に流しても、電動モータ２００にトルクは発生しない。

　そこで、本実施形態では、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときには、予め定められた負（マイナス）の無負電流値をｄ軸目標電流ｉ_d ^*のみに設定する。これにより、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときであっても、燃料電池スタック１０から直列電源変換装置３０を介して電動モータ２００に無負荷電流が供給されることになるので、燃料電池スタック１０から出力される電流に交流信号を重畳することが可能になる。

　ｄｑ軸電流演算部５４１は、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*を非干渉制御器５４３と減算器５４１１とに出力し、ｑ軸目標電流ｉ_q ^*を非干渉制御器５４３と減算器５４１２に出力する。

　減算器５４１１は、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*からｄ軸計測電流ｉ_dを減算することにより、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*とｄ軸計測電流ｉ_dとの偏差を算出する。減算器５４１１は、その偏差をｄｑ軸電流制御器５４２に出力する。

　減算器５４１２は、ｑ軸目標電流ｉ_q ^*からｑ軸計測電流ｉ_qを減算することにより、ｑ軸目標電流ｉ_q ^*とｑ軸計測電流ｉ_qとの偏差を算出する。減算器５４１２は、その偏差をｄｑ軸電流制御器５４２に出力する。

　ｄｑ軸電流制御器５４２は、ｄ軸目標電流及びｄ軸計測電流の偏差とｑ軸目標電流及びｑ軸計測電流の偏差と基づいて、電動モータ２００に供給される電圧に関するｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧を演算する。具体的には、ｄｑ軸電流制御器５４２は、ｄ軸目標電流及びｄ軸計測電流の偏差と、ｑ軸目標電流及びｑ軸計測電流の偏差とが共にゼロに収束するように、ｄ軸目標電圧とｑ軸目標電圧とをフィードバック制御する。

　非干渉制御器５４３は、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*とｑ軸目標電流ｉ_q ^*と電動モータ２００の電気角速度ω_eとを用いて、ｄ軸電流とｑ軸電流とが互いに干渉する成分を取り除くためのｄ軸電圧補正値とｑ軸電圧補正値とを演算する。非干渉制御器５４３は、ｄ軸電圧補正値を加算器５４２１に出力し、ｑ軸電圧補正値を加算器５４２２に出力する。

　加算器５４２１は、ｄｑ軸電流制御器５４２から出力されるｄ軸目標電圧に対してｄ軸電圧補正値を加算することにより、ｄ軸電流とｑ軸電流との干渉成分が抑制される補正後のｄ軸目標電圧ｖ_d ^*を算出する。加算器５４２１は、そのｄ軸目標電圧ｖ_d ^*をｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４に出力する。

　加算器５４２２は、ｄｑ軸電流制御器５４２から出力されるｑ軸目標電圧に対してｑ軸電圧補正値を加算することにより、ｄ軸電流とｑ軸電流との干渉成分が抑制される補正後のｑ軸目標電圧ｖ_q ^*を算出する。加算器５４２２は、そのｑ軸目標電圧ｖ_d ^*をｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４に出力する。

　ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４は、電動モータ２００の電気位相角θ_eに基づいて、ｄ軸目標電圧ｖ_d ^*及びｑ軸目標電圧ｖ_q ^*を、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*、及びＷ相目標電圧ｖ_w ^*に座標変換する。ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*、及びＷ相目標電圧ｖ_w ^*を電圧分配演算部５４５に出力する。

　電圧分配演算部５４５は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*、及びＷ相目標電圧ｖ_w ^*からなる各相の目標電圧に割り当てられる直列電源１０１及び燃料電池スタック１０の電圧をそれぞれ演算する。

　すなわち、電圧分配演算部５４５は、フィードバック制御されたｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分に基づいて、電動モータ２００の各相の交流電圧に分配される直列電源１０１及び燃料電池スタック１０の分配電圧を制御する電圧制御部を構成する。

　本実施形態では、電圧分配演算部５４５は、直列電源電圧分配制御部５３０から、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abと燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aとを取得する。

　そして、電圧分配演算部５４５は、燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを各相の目標電圧に乗算することにより、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*、Ｖ相目標分配電圧ｖ_va ^*、及びＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*を算出する。

　さらに、電圧分配演算部５４５は、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを各相の目標電圧に乗算することにより、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*、Ｖ相目標分配電圧ｖ_vab ^*、及びＷ相目標分配電圧ｖ_wab ^*を算出する。

　また、電圧分配演算部５４５は、交流信号重畳指令部５５０から交流信号を取得すると、その交流信号を各相の目標電圧に重畳する。具体的には、電圧分配演算部５４５は、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*、Ｖ相目標分配電圧ｖ_va ^*、及びＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*の各々に交流信号を合成する。これにより、燃料電池スタック１０から直列電源変換装置３０に供給される直流電力に交流信号が重畳されることになる。

　電圧分配演算部５４５は、交流信号が合成された燃料電池スタック１０の各相の目標分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*と、直列電源１０１の各相の目標分配電圧ｖ_uab ^*、ｖ_vab ^*、ｖ_wab ^*と、を変調率演算部５４６に出力する。

　変調率演算部５４６は、燃料電池スタック１０及び直列電源１０１の各々について、電圧分配演算部５４５からの各相の目標分配電圧に基づき、直列電源変換装置３０のスイッチング動作を定めるための変調率を各相ごとに演算する。

　本実施形態では、変調率演算部５４６は、燃料電池スタック１０から電動モータ２００のＵ相に供給される電力について、次式のとおり、スタック電圧Ｖ_aとＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*とを用いて、燃料電池スタック１０のＵ相変調率ｍ_uaを算出する。

　ここで、式（４）中のスタック電圧Ｖ_aは、電圧センサ１２２により検出される電圧値である。

　そして、変調率演算部５４６は、式（４）中のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*をＶ相目標電圧ｖ_va ^*に代えてＶ相変調率ｍ_vaを演算するとともに、式（４）中のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*をＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*に代えてＷ相変調率ｍ_waを算出する。変調率演算部５４６は、算出したＵ相変調率ｍ_ua、Ｖ相変調率ｍ_va及びＷ相変調率ｍ_waをＰＷＭ生成部５４７に出力する。

　また、変調率演算部５４６は、直列電源１０１から電動モータ２００のＵ相に供給される電力について、次式のとおり、直列電源１０１の電圧Ｖ_abと直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*とを用いて、直列電源１０１についてのＵ相変調率ｍ_uabを算出する。

　ここで、式（５）中の直列電源１０１の電圧Ｖ_abは、電圧センサ１２１で検出された二次電池電圧Ｖ_aと、電圧センサ１２２で検出されたスタック電圧Ｖ_bとを加算して求められる。

　そして、変調率演算部５４６は、式（５）中のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*をＶ相目標分配電圧ｖ_vab ^*に代えてＶ相変調率ｍ_vabを演算するとともに、式（５）中のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*をＷ相目標分配電圧ｖ_wab ^*に代えてＷ相変調率ｍ_wabを演算する。変調率演算部５４６は、算出したＵ相変調率ｍ_uab、Ｖ相変調率ｍ_vab、及びＷ相変調率ｍ_wabをＰＷＭ生成部５４７に出力する。

　ＰＷＭ生成部５４７は、直列電源１０１の電圧についての各相の変調率ｍ_uab、ｍ_vab及びｍ_wabと、燃料電池スタック１０の電圧についての各相の変調率ｍ_ua、ｍ_va及びｍ_waとに基づいて、直列電源変換装置３０を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。そしてＰＷＭ生成部５４７は、そのＰＷＭ信号を直列電源変換装置３０内の各トランジスタＴｒのゲート端子に供給する。

　図６は、本実施形態における交流信号重畳指令部５５０の詳細構成を示すブロック図である。

　交流信号重畳指令部５５０は、交流電流目標振幅保持部５５１と、電流振幅検出部５５２と、減算部５５３と、振幅補正係数演算部５５４と、ｄ軸電圧交流信号生成部５５５Ａと、ｑ軸電圧交流信号生成部５５５Ｂと、乗算部５５６Ａ及び乗算部５５６Ｂとを含む。さらに交流信号重畳指令部５５０は、ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａと、ｑ軸充電電圧演算部５５７Ｂと、加算部５５８Ａ及び５５８Ｂと、ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５５９とを含む。

　交流電流目標振幅保持部５５１は、インピーダンスを測定するのに適した交流電流の振幅の目標値を保持する。交流電流の振幅の目標値のことを以下では「目標振幅」という。例えば、交流電流の周波数が１ｋＨｚのときには、目標振幅は数アンペア（Ａ）に設定される。

　なお、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスには、反応抵抗成分や電解質膜抵抗成分など複数の抵抗成分が含まれており、抵抗成分ごとに測定に適した周波数が異なるため、周波数に応じて必要となる振幅も変わる。

　電流振幅検出部５５２は、燃料電池スタック１０から出力される電気信号の交流成分を検出する検出部を構成する。本実施形態では、電流振幅検出部５５２は、電流センサ１１２により検出されるスタック電流から交流成分を抽出し、抽出された交流成分の振幅を検出する。電流振幅検出部５５２は、検出された振幅を減算部５５３に出力する。

　減算部５５３は、交流電流目標振幅保持部５５１に保持された目標振幅から、電流振幅検出部５５２で検出された振幅を減算することにより、スタック電流の交流成分の振幅と目標振幅との偏差を算出する。減算部５５３は、その振幅の差を振幅補正係数演算部５５４に出力する。

　振幅補正係数演算部５５４は、減算部５５３で算出される偏差に応じてスタック電流の交流成分の振幅を補正する振幅補正係数を算出し、その振幅補正係数を乗算部５５６Ａ及び乗算部５５６Ｂに出力する。

　例えば、振幅補正係数演算部５５４は、減算部５５３から出力される偏差がゼロに収束するように振幅補正係数をフィードバック制御する。具体的には、振幅補正係数演算部５５４は、減算部５５３からの偏差がゼロから大きくなるほど、スタック電流の交流成分の振幅が目標振幅よりも小さくなるため、振幅補正係数を大きくする。一方、減算部５５３からの偏差がゼロよりも小さくなるほど、スタック電流の交流成分の振幅が目標振幅よりも大きくなるため、振幅補正係数演算部５５４は、振幅補正係数を小さくする。

　ｄ軸電圧交流信号生成部５５５Ａ、及びｑ軸電圧交流信号生成部５５５Ｂは、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスを測定するために定められた交流電圧信号を離散的に出力する。本実施形態では、交流電圧信号は正弦波により形成され、交流電圧信号の周波数は１ｋＨｚに設定される。なお、交流電圧信号の波形は、正弦波に限らず矩形波や三角波などであっても良い。

　ｄ軸電圧交流信号生成部５５５Ａは、その交流電圧信号を重畳用のｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*として乗算部５５６Ａに出力し、ｑ軸電圧交流信号生成部５５５Ｂは、交流電圧信号を重畳用のｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*として乗算部５５６Ｂに出力する。

　乗算部５５６Ａは、重畳用のｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*に振幅補正係数を乗算することにより、ｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*の振幅を補正する。乗算部５５６Ａは、補正後のｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*を加算部５５８Ａに出力する。

　乗算部５５６Ｂは、重畳用のｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*に振幅補正係数を乗算することにより、ｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*の振幅を補正する。乗算部５５６Ｂは、補正後のｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*を加算部５５８Ｂに出力する。

　ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａ及びｑ軸充電電圧演算部５５７Ｂは、燃料電池スタック１０から直列電源変換装置３０に出力される電力の交流成分を充電するためのｄ軸充電電圧及びｑ軸充電電圧をそれぞれ演算する。

　例えば、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときには、燃料電池スタック１０からｄ軸目標電流ｉ_d ^*のみが電動モータ２００に供給されるので、インピーダンスを測定するためにｄ軸目標電圧ｉ_d ^*は、燃料電池スタック１０から電動モータ２００に電力が供給されるようにｄ軸目標電流ｉ_d ^*とは異なる向き（正側）に大きくすることが望ましい。

　そのため、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときには、ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、ｄ軸充電電圧ｖ_dc ^*を正の値に設定する。これと共にｑ軸充電電圧演算部５５７Ｂは、ｄ軸目標電流ｉ_q ^*に対して軸が直交するｑ軸充電電圧ｖ_qc ^*をゼロに設定する。

　なお、ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、制御装置２１から二次電池２０のＳＯＣ及び充電許容電力を取得し、そのＳＯＣから充電可能電力を求め、充電許容電力を超えない範囲でｄ軸充電電圧を算出するようにしてもよい。あるいは、ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、図３に示した充放電要求電力演算部５２２から出力される充放電電力が正（プラス）である場合には、この充放電電力に基づいてｄ軸充電電圧を算出してもよい。

　ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、そのｄ軸充電電圧を加算部５５８Ａに出力し、ｑ軸充電電圧演算部５５７Ｂは、ｑ軸充電電圧を加算部５５８Ｂに出力する。

　加算部５５８Ａは、補正後のｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*にｄ軸充電電圧を加算した値をｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５５９に出力する。加算部５５８Ｂは、補正後のｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*にｑ軸充電電圧を加算した値をｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５５９に出力する。

　ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５５９は、図５に示した位相角・角速度演算部５４９から出力される電気位相角θ_eに基づいて、ｄ軸目標電圧ｖ_dc ^*及びｑ軸目標電圧ｖ_qc ^*を重畳用のＵ相目標電圧ｖ_uc ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_vc ^*及びＷ相目標電圧ｖ_wc ^*に変換する。そしてｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５５９は、これらの各相の目標電圧を電圧分配演算部５４５に出力する。

　このように交流信号重畳指令部５５０では、ｄ軸及びｑ軸の直交座標において交流信号が生成されるので、各相の目標分配電圧に交流信号を直接乗算する構成に比べて、簡易な構成で、かつ、正確に、交流信号を燃料電池スタック１０の電圧に重畳することが可能となる。

　さらに交流信号重畳指令部５５０では、スタック電流の振幅が、インピーダンス測定に適した目標値となるように、重畳用のＵ相目標電圧ｖ_uc ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_vc ^*及びＷ相目標電圧ｖ_wc ^*がフィードバック制御される。このため、燃料電池スタック１０の内部インピーダンスを測定する精度が低下するのを抑制することができる。

　図７は、本実施形態における電圧分配演算部５４５の詳細構成を示すブロック図である。

　電圧分配演算部５４５は、乗算部５４５１～５４５６と、減算部５５０１～５５０３と、加算部５５０４～５５０６とを含む。

　乗算部５４５１は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*に燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを乗算することにより、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂを算出する。

　乗算部５４５２は、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*に燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを乗算することにより、燃料電池スタック１０のＶ相目標分配電圧ｖ_va ^*_ｂを算出する。

　乗算部５４５３は、Ｗ相目標電圧ｖ_w ^*に燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aを乗算することにより、燃料電池スタック１０のＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*_ｂを算出する。

　乗算部５４５４は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*に直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを乗算することにより、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂを算出する。

　乗算部５４５５は、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*に直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを乗算することにより、直列電源１０１のＶ相目標分配電圧ｖ_vab ^*_ｂを算出する。

　乗算部５４５６は、Ｗ相目標電圧ｖ_w ^*に直列電源１０１の電圧分配係数γ_abを乗算することにより、直列電源１０１のＷ相目標分配電圧ｖ_wab ^*_ｂを算出する。

　減算部５５０１は、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂから重畳用のＵ相目標電圧ｖ_uc ^*を減算することにより、交流信号を重畳した後の燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*を算出する。減算部５５０１は、算出したＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　減算部５５０２は、燃料電池スタック１０のＶ相目標分配電圧ｖ_va ^*_ｂから重畳用のＶ相目標電圧ｖ_vc ^*を減算することにより、交流信号を重畳した後の燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*を算出する。減算部５５０２は、算出したＶ相目標分配電圧ｖ_va ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　減算部５５０３は、燃料電池スタック１０のＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*_ｂから重畳用のＷ相目標電圧ｖ_wc ^*を減算することにより、交流信号を重畳した後の燃料電池スタック１０のＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*を算出する。減算部５５０３は、算出したＷ相目標分配電圧ｖ_wa ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　加算部５５０４は、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂに重畳用のＵ相目標電圧ｖ_uc ^*を加算することにより、交流信号を重畳した後の直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*を算出する。加算部５５０４は、算出したＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　加算部５５０５は、直列電源１０１のＶ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂに重畳用のＶ相目標電圧ｖ_vc ^*を加算することにより、交流信号を重畳した後の直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_vab ^*を算出する。加算部５５０４は、算出したＶ相目標分配電圧ｖ_vab ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　加算部５５０６は、直列電源１０１のＷ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂに重畳用のＷ相目標電圧ｖ_wc ^*を加算することにより、交流信号を重畳した後の直列電源１０１のＷ相目標分配電圧ｖ_wab ^*を算出する。加算部５５０６は、算出したＷ相目標分配電圧ｖ_wab ^*を変調率演算部５４６に出力する。

　このように、電圧分配演算部５４５は、電動モータ２００の各相ごとに、燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ、ｖ_va ^*_ｂ、ｖ_wa ^*_ｂから重畳用の目標電圧ｖ_uc ^*、ｖ_vc ^*、ｖ_wc ^*を減算する。

　これにより、燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*には、インピーダンスを測定するための交流信号がそれぞれ合成されるので、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０との間の電圧に交流信号を重畳することができる。

　さらに電圧分配演算部５４５は、燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*の交流信号成分を相殺するために、直列電源１０１の目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂ、ｖ_vab ^*_ｂ、ｖ_wab ^*に重畳用の目標電圧ｖ_uc ^*、ｖ_vc ^*、ｖ_wc ^*を加算する。

　このように直列電源１０１の目標分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*には、交流信号に対して位相を１８０度ずらした反転信号がそれぞれ合成されることになるので、燃料電池スタック１０から出力される電力の交流成分を二次電池２０に充電することができる。

　さらに、直列電源変換装置３０から二次電池２０に供給される充電電力の反転信号成分によって、直列電源変換装置３０から電動モータ２００に供給される三相交流電圧の交流信号成分を相殺することができる。

　なお、本実施形態では、燃料電池スタック１０の目標分配電圧から重畳用の目標電圧を減算すると共に直列電源１０１の目標分配電圧に重畳用の目標電圧を加算したが、燃料電池スタック１０の目標分配電圧に重畳用の目標電圧を加算すると共に直列電源１０１の目標分配電圧から重畳用の目標電圧を減算するようにしてもよい。

　次に、モータ制御部５４０で演算される各相の目標電圧及び目標分配電圧の演算結果、並びにモータ制御部５４０から出力されるＰＷＭ信号の生成手法について説明する。

　図８は、ｄｑ軸／ＵＶＷ相変換器５４４から出力されるＵ相目標電圧ｖ_u ^*と、交流信号が重畳される前の燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ及び直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂとを示す図である。

　ここでは、燃料電池スタック１０だけでなく二次電池２０を用いて電動モータ２００に電力を供給したときの演算結果が示されている。

　燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂは、図５で述べたとおり、電圧分配演算部５４５によって、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*に燃料電池スタック１０の電圧分配係数γ_aが乗算されて得られる値である。なお、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂは、第１分配電圧に相当する。

　直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂは、図５で述べたとおり、電圧分配演算部５４５によって、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*に直列電源１０１の電圧分配係数γ_abが乗算されて得られる値である。なお、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂは、第２分配電圧に相当する。

　図８に示すように、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*は、電圧分配演算部５４５によって、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂと直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂとに分配される。

　このように、二次電池２０が放電を行えるときには、直列電源電圧分配制御部５３０によって、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abが正の値に設定されるので、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂの位相はＵ相目標電圧ｖ_u ^*_ｂと同じになる。

　図９は、二次電池２０に電力を充電するときの燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂと直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂとの一例を示す図である。なお、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*は、図８に示した波形と同じである。

　図９に示すように、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂについては目標電圧ｖ_u ^*よりも振幅が大きく、かつ、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*についてはＵ相目標電圧ｖ_u ^*に対して位相が１８０度ずれている。

　このように、二次電池２０を充電するときには、直列電源電圧分配制御部５３０によって、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abが負の値に設定されるので、直列電源１０１のＵ相目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂの位相は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*の位相に対して反転する。

　そして、直列電源１０１の電圧分配係数γ_abをゼロよりも下げた分だけ、燃料電池スタック１０のＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂが増やされるので、Ｕ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂの振幅は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*よりも大きくなる。

　なお、図８及び図９ではＵ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ及びｖ_uab ^*_ｂについてのみ説明したが、Ｖ相目標分配電圧ｖ_va ^*_ｂ及びｖ_vab ^*_ｂについては、Ｕ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ及びｖ_uab ^*_ｂに対して振幅が同じで位相が１２０度シフトした波形となる。また、Ｗ相目標分配電圧ｖ_wa ^*_ｂ及びｖ_wab ^*_ｂについては、Ｕ相目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ及びｖ_uab ^*_ｂに対して振幅が同じで位相が２４０度シフトした波形となる。

　図１０は、変調率演算部５４６から出力される燃料電池スタック１０のＵ相変調率ｍ_ua及び直列電源１０１のＵ相変調率ｍ_uabの一例を示す図である。ここでは、説明を容易にするため、交流信号が重畳されていないときの演算結果が示されている。

　燃料電池スタック１０の電圧についてのＵ相変調率ｍ_uaは、図５で述べたとおり、変調率演算部５４６によって、式（４）に示した演算処理が行われて得られる値である。　　　　　

　直列電源１０１の電圧についてのＵ相変調率ｍ_uabは、図５で述べたとおり、変調率演算部５４６によって、式（５）に示した演算処理が行われて得られる値である。

　また、図１０には、ＰＷＭ信号を生成するために用いられる２つの三角波が実線と破線とにより示されている。なお、ＰＷＭ生成部５４７には、三角波を生成する信号発生回路と、三角波と変調率とを比較する比較器とが備えられている。

　実線で示された三角波は、スイッチング回路１ｕ、１ｖ及び１ｗの各トランジスタＴｒに供給されるＰＷＭ信号を生成するための搬送波である。ここでは、実線で示された三角波は、燃料電池スタック１０のＵ相変調率ｍ_uaによってパルス変調される。

　具体的には、燃料電池スタック１０のＵ相変調率ｍ_uaが実線の三角波よりも低いときには、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒがオンになり、Ｕ相変調率ｍ_uaが実線の三角波よりも高いときには、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒがオフになる。

　破線で示された三角波は、スイッチング回路２ｕ、２ｖ及び２ｗの各トランジスタＴｒのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号を生成するための搬送波である。ここでは、破線で示された三角波は、直列電源１０１のＵ相変調率ｍ_uabによってパルス変調される。

　具体的には、直列電源１０１のＵ相変調率ｍ_uabが破線の三角波よりも低いときには、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒがオンになり、Ｕ相変調率ｍ_uabが破線の三角波よりも高いときには、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒがオフになる。

　図１１は、ＰＷＭ生成部５４７においてＰＷＭ信号を生成する手法を示す図である。

　図１１（ａ）は、図１０に示した２つの三角波と、燃料電池スタック１０のＵ相変動率ｍ_uaと、直列電源１０１のＵ相変動率ｍ_uabとを示す図である。ここでは、理解を容易にするために、燃料電池スタック１０のＵ相変動率ｍ_uaと直列電源１０１のＵ相変動率ｍ_uabとを一定にしたときのＰＷＭ信号が示されている。

　図１１（ｂ）は、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号を示す図である。図１１（ｃ）は、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号を示す図である。

　図１１（ｄ）は、スイッチング回路４ｕのトランジスタＴｒのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号を示す図である。図１１（ｅ）は、スイッチング回路３ｕのトランジスタＴｒのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号を示す図である。

　図１１（ａ）から図１１（ｅ）までの各図面の横軸は互いに共通の時間軸である。なお、トランジスタＴｒのゲート端子にＬ（Ｌｏｗ）レベルのＰＷＭ信号が供給されると、トランジスタＴｒが導通状態（ＯＮ）になり、トランジスタＴｒのゲート端子にＨ（Ｈｉｇｈ）レベルのＰＷＭ信号が供給されると、トランジスタＴｒが非導通状態（ＯＦＦ）になる。

　時刻ｔ０よりも前では、図１１（ａ）に示すように、実線の三角波が燃料電池スタック１０のＵ相変動率ｍ_uaよりも大きいため、図１１（ｂ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号はＬレベルに設定されている。また、図１１（ａ）に示すように、破線の三角波が直列電源１０１のＵ相変動率ｍ_uabよりも小さいため、図１１（ｃ）に示すように、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号はＨレベルに設定されている。

　時刻ｔ０を経過すると、図１１（ａ）に示すように、破線の三角波が直列電源１０１のＵ相変動率ｍ_uabよりも大きくなる。このため、図１１（ｃ）に示すように、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに切り替えられる。

　このとき、図１１（ｄ）に示すように、スイッチング回路４ｕのＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに切り替えられる。これと共に、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号とスイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号とが共にＬレベルになるため、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ１を経過すると、図１１（ｂ）に示すように、実線の三角波がＵ相変動率ｍ_uaよりも小さくなるため、図１１（ｂ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに切り替えられる。

　また、接地線への短絡を防止するために、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号とスイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号との少なくとも一方がＨレベルになったときには、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＨレベルからＬレベルに切り替えられる。すなわち、次式のとおり、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒとスイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒとの少なくとも一方がＯＮのときには、スイッチング回路３ｕのトランジスタＴｒがＯＦＦに設定される。

　ここで、Ｔｒ_1uは、スイッチング回路１ｕのトランジスタＴｒのＯＮ状態を示し、Ｔｒ_2uは、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒのＯＮ状態を示し、Ｔｒ_3uは、スイッチング回路３ｕのトランジスタＴｒのＯＮ状態を示す。

　このため、時刻ｔ１を経過すると、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号がＨレベルに切り替えられるため、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＨレベルからＬレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ２を経過すると、図１１（ａ）に示すように、実線の三角波がＵ相変動率ｍ_uaよりも大きくなるため、図１１（ｂ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号はＨレベルからＬレベルに切り替えられる。これに伴い、スイッチング回路１ｕ及びスイッチング回路２ｕが共にＯＦＦになるため、式（６）に従って、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＨレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ３を経過すると、破線の三角波がＵ相変動率ｍ_uabよりも小さくなるため、図１１（ｃ）に示すように、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号がＨレベルに切り替えられる。このとき、二次電池２０の正極と負極の短絡を防止するために、次式にとおり、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒがＯＮのときには、スイッチング回路４ｕのトランジスタＴｒがＯＦＦに設定される。

　ここで、Ｔｒ_4uは、スイッチング回路４ｕのトランジスタＴｒのＯＮ状態を示し、Ｔｒ_2uは、スイッチング回路２ｕのトランジスタＴｒのＯＮ状態を示す。

　さらに、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号がＨレベルに切り替えられたことにより、式（６）に従って、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＬレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ４を経過すると、破線の三角波がＵ相変動率ｍ_uabよりも大きくなるため、図１１（ｃ）に示すように、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号がＬレベルに切り替えられる。これに伴い、式（６）に従って、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＨレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ５を経過すると、実線の三角波がＵ相変動率ｍ_uaよりも小さくなるため、図１１（ｂ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号はＨレベルに切り替えられる。これに伴い、式（６）に従って、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＨレベルからＬレベルに切り替えられる。

　時刻ｔ６を経過すると、実線の三角波がＵ相変動率ｍ_uaよりも大きくなるため、図１１（ｂ）に示すように、スイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号はＨレベルからＬレベルに切り替えられる。これに伴い、式（６）に従って、図１１（ｅ）に示すように、スイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号がＬレベルからＨレベルに切り替えられる。

　このように、ＰＷＭ生成部５４７は、実線の搬送波とＵ相変動率ｍ_uaと比較してスイッチング回路１ｕのＰＷＭ信号を生成し、破線の搬送波とＵ相変動率ｍ_uaと比較してスイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号を生成する。

　そして、ＰＷＭ生成部５４７は、式（７）に従って、スイッチング回路２ｕのＰＷＭ信号を反転させてスイッチング回路４ｕのＰＷＭ信号を生成し、式（６）に従ってスイッチング回路３ｕのＰＷＭ信号を生成する。

　なお、図１１では、電動モータ２００のＵ相に関するＰＷＭ信号の生成手法についてのみ説明したが、ＰＷＭ生成部５４７ではＶ相、及びＷ相についても同様の手法によりＰＷＭ信号が生成される。

　図１２は、燃料電池スタック１０の目標分配電圧に合成される交流信号の波形と、直列電源１０１の目標分配電圧に合成される相殺信号の波形とを観念的に示した説明図である。図１２（ａ）から図１２（ｄ）までの各図面の横軸は、互いに共通の時間軸である。

　図１２（ａ）は、図７に示した乗算部５４５１から出力される燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂを示す図である。図１２（ｂ）は、燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂに合成される交流信号である重畳用の目標電圧ｖ_uc ^*を示す図である。交流信号は、燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定するのに適した周波数及び振幅に設定されている。

　図１２（ｃ）は、乗算部５４５４から出力される直列電源１０１の目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂを示す図である。図１２（ｄ）は、直列電源１０１の目標分配電圧ｖ_uab ^*_ｂに合成される相殺信号を示す図である。相殺信号は、重畳用の目標電圧ｖ_uc ^*の符号を反転させた信号であり、交流信号の位相を１８０度ずらした反転信号である。

　減算部５５０１によって、図１２（ｂ）に示した交流信号が図１２（ａ）に示した燃料電池スタック１０のＵ相目標電圧ｖ_ua ^*_ｂに合成される。これにより、交流信号を重畳した燃料電池スタック１０の目標分配電圧ｖ_ua ^*が生成される。

　また、加算部５５０４によって、図１２（ｂ）に示した交流信号が図１２（ｃ）に示した直列電源１０１のＵ相目標電圧ｖ_uab ^*_ｂに合成される。これにより、交流信号を重畳した直列電源１０１の目標分配電圧ｖ_uab ^*が生成される。

　このため、燃料電池スタック１０の電圧に重畳される交流信号は、二次電池２０の電圧に重畳される相殺信号によって抑制されるので、直列電源変換装置３０から電動モータ２００のＵ相には、交流信号が取り除かれた交流電圧が供給されることになる。

　図１３Ａは、本実施形態における車両を加速するときの直列電源変換装置３０の動作を示す図である。

　図１３Ａに示すように、車両を加速したときには、直列電源変換装置３０によって、二次電池２０の放電許容電力を上限とし、直列電源１０１から出力される電力、つまり二次電池２０の電力が電動モータ２００に放電される。このとき、二次電池２０と直列電源変換装置３０の第１電源端子３１１との間に電圧には相殺信号が重畳される。

　さらに、直列電源変換装置３０によって、二次電池２０の放電電力を電動モータ２００の要求電力から減算した電力が、燃料電池スタック１０から第２電源端子３１２を介して電動モータ２００へ直接出力される。このとき、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０の第２電源端子３１２との間に電圧には交流信号が重畳される。

　図１３Ｂは、加速を終了するときの直列電源変換装置３０の動作を示す図である。

　図１３Ｂに示すように、ドライバの要求によって加速が終了するときには、モータ要求トルクが下がるため、電動モータ２００の誘起電圧が低下する。このような場合には、燃料電池スタック１０の過渡的な発電不足は解消しているので、直列電源変換装置３０によって、燃料電池スタック１０のみから電動モータ２００に電力が供給される。このとき、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０の第２電源端子３１２との間に電圧には交流信号が重畳される。

　また、電動モータ２００の要求電力よりも大きな電力が燃料電池スタック１０から出力されている間は、直列電源変換装置３０によって、余剰の電力が二次電池２０へ充電される。このとき、直列電源変換装置３０の第１電源端子３１１と二次電池２０と間の電圧には相殺信号が重畳される。

　図１４は、本実施形態における燃料電池システム１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。

　ステップＳ９０１においてモータ制御部５４０は、モータ要求トルクＴ^*に基づいて直列電源変換装置３０をスイッチング制御することで、直列電源１０１及び燃料電池スタック１０の電力を交流電力に変換し、その交流電力を電動モータ２００に供給する。

　ステップＳ９０２において交流信号重畳指令部５５０は、モータ制御部５４０により演算される各相の目標電圧に対して交流信号を合成させる。これにより、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０との間を流れる電気信号に交流信号が重畳される。

　具体的には、交流信号重畳指令部５５０は、電圧分配演算部５４５によって燃料電池スタック１０の各相の目標分配電圧ｖ_ua ^*_ｂ、ｖ_va ^*_ｂ、ｖ_wa ^*_ｂから交流信号が合成されるように、重畳用の目標電圧ｖ_uc ^*、ｖ_vc ^*、ｖ_wc ^*を算出する。

　ステップＳ９０３においてインピーダンス測定装置６０は、電流センサ１１２により検出されるスタック電流の交流成分の振幅と、電圧センサ１２２により検出されるスタック電圧の交流成分の振幅とを用いて、燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定する。そして燃料電池システム１００が停止されると、インピーダンスを測定する測定方法が終了する。

　なお、本実施形態ではスタック電流及びスタック電圧に基づいて燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定する例について説明したが、インピーダンス測定装置６０は、二次電池電流及び二次電池電圧の交流成分に基づいて二次電池２０が有するインピーダンスを測定するものであってもよい。

　また本実施形態では、直列電源変換装置３０の第１電源端子３１１に二次電池２０を接続し、第２電源端子３１２に燃料電池スタック１０を接続する例について説明したが、これに限られるものではない。図１５に示すように、第１電源端子３１１に燃料電池スタック１０を接続し、第２電源端子３１２に二次電池２０を接続するように構成してもよい。この場合にも本実施形態と同様の作用効果が得られる。

　本発明の本実施形態によれば、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０及び二次電池２０を直列に接続した直列電源１０１のうち少なくとも一方の電源から出力される交流成分を検出してその電源のインピーダンスを測定するものである。この燃料電池システム１００は、直列電源１０１のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して負荷に供給する直列電源変換装置３０と、直列電源変換装置３０によって電動モータ２００に供給される交流電力を制御するモータ制御部５４０とを備える。

　そして燃料電池システム１００は、モータ制御部５４０により演算される交流電力に対して、インピーダンスを測定するための交流信号を合成する交流信号重畳指令部５５０を備える。

　このように、モータ制御部５４０で制御される交流電力に交流信号を合成することにより、直列電源１０１のうち少なくとも一方の電源と直列電源変換装置３０との間に流れる電気信号に交流信号を重畳させることができる。

　このため、電動モータ２００の進角を変動させることで電源の出力電圧に交流信号を生じさせるような構成に比べて、電動モータ２００の効率を下げることなく電源のインピーダンスを測定することができる。

　したがって、電源から負荷に出力される電力に対してインピーダンスを測定するための交流信号を効率よく生成することができる。

　また本実施形態では、モータ制御部５４０は、図５に示したとおり、目標電流制御部５４０Ａと電圧分配演算部５４５とを含む。

　目標電流制御部５４０Ａは、モータ要求トルクＴ^*に基づいてｄ軸目標電流ｉ_d ^*及びｑ軸目標電流ｉ_q ^*を求め、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*及びｄ軸計測電流ｉ_dの偏差と、ｑ軸目標電流ｉ_q ^*及びｑ軸計測電流ｉ_qの偏差に応じて電動モータ２００の三相交流電力をフィードバック制御する。すなわち、目標電流制御部５４０Ａは、電動モータ２００に要求されるトルクＴ^*に基づいて、電動モータ２００に供給される電流に関するｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分をフィードバック制御する。

　電圧分配演算部５４５は、フィードバック制御されたｄ軸電流成分の偏差及びｑ軸電流成分の偏差に基づいて、電動モータ２００の各相の交流電圧に割り当てられる直列電源１０１の目標分配電圧と燃料電池スタック１０の目標分配電圧を制御する。そして交流信号重畳指令部５５０は、電圧分配演算部５４５により制御される各相の目標分配電圧に対して交流信号を合成させる。

　このように、目標電流制御部５４０Ａにおいてフィードバック制御が行われた後の各相の目標電圧に交流信号を合成することにより、燃料電池スタック１０の電圧に重畳された交流信号の歪みを抑制することができる。

　また本実施形態では、図５に示した目標電流制御部５４０Ａは、モータ要求トルクＴ^*がセロのときには、ｄ軸目標電流ｉ_d ^*のみを予め定められた負の無負荷電流値に設定する。これと共に、図６に示したｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、交流信号である目標電圧ｖ_uc ^*、ｖ_vc ^*、ｖ_wc ^*に含まれるｄ軸電圧成分を予め定められた負の無負荷電圧値に設定する。

　これにより、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときでも、電動モータ２００を駆動させずに電動モータ２００にｄ軸電流が供給されるとともに、インピーダンスの測定に必要となるｄ軸電圧が二次電池２０に供給されることになる。このため、燃料電池スタック１０の正極端子２０Ａと直列電源変換装置３０の第２電源端子３１２との間の電圧及び電流に交流信号が重畳されるので、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときでも、燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定することができる。

　またｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、電流振幅検出部５５２により検出される交流成分の振幅が交流信号の目標振幅よりも小さいときには、無負荷電圧値の絶対値を大きくするものであってもよい。例えば、ｄ軸充電電圧演算部５５７Ａは、電流振幅検出部５５２により検出される交流成分の振幅が交流信号の目標振幅よりも小さくなるほど、無負荷電圧値の絶対値を大きくする。これにより、モータ要求トルクＴ^*がゼロのときにおいて燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定する精度を向上させることができる。

　また本実施形態では、直列電源電圧分配制御部５３０は、図４に示したとおり、燃料電池スタック１０の目標電流に基づいて燃料電池スタック１０及び直列電源１０１の電圧分配係数γ_a及びγ_abを算出する。電圧分配演算部５４５は、これらの電圧分配係数γ_a及びγ_abに基づいて燃料電池スタック１０の目標分配電圧（第１分配電圧）ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*と直列電源１０１の目標分配電圧（第２分配電圧）ｖ_uab ^*、ｖ_vab ^*、ｖ_wab ^*と、を演算する。

　すなわち、電圧分配演算部５４５は、燃料電池スタック１０に要求される発電電力に基づいて、各相の交流電圧のうち、燃料電池スタック１０の電圧により生成される第１分配電圧と直列電源１０１の電圧により生成される第２分配電圧とを演算する。

　そして、交流信号重畳指令部５５０は、図７に示したとおり、各相の第１分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*に対して交流信号である目標電圧ｖ_uc ^*、ｖ_vc ^*、ｖ_uc ^*をそれぞれ合成させる。これと共に、交流信号重畳指令部５５０は、交流信号を相殺するための相殺信号を第２分配電圧ｖ_uab ^*、ｖ_vab ^*、ｖ_wab ^*にそれぞれ合成させる。

　これにより、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０の第２電源端子３１２との間の電圧に交流信号が重畳されるとともに、二次電池２０と直列電源変換装置３０の第１電源端子３１１との間の電圧に反転信号が生成される。したがって、直列電源変換装置３０と電動モータ２００との間の三相交流電圧に生じる交流信号が相殺信号によって除去されるので、直列電源変換装置３０から電動モータ２００に混入するノイズを抑制することができる。

　また本実施形態では、交流信号重畳指令部５５０は、相殺信号として交流信号の位相を１８０度ずらした信号を第２分配電圧に合成することにより、燃料電池スタック１０から出力される発電電力を二次電池２０に充電させる。

　これにより、燃料電池スタック１０の発電電力のうち交流信号の重畳に伴う余分な電力が二次電池２０に充電されるので、電動モータ２００等を用いて発電電力を無用に消費させることなく、燃料電池スタック１０の電圧に交流信号を重畳させること可能になる。

　また本実施形態では、電圧分配演算部５４５は、目標電流制御部５４０Ａからのｄ軸目標電圧ｉ_d ^*及びｑ軸目標電圧ｉ_q ^*に基づいて、燃料電池スタック１０から電動モータ２００の各相に供給される第１分配電圧を演算する。

　そして、交流信号重畳指令部５５０は、図６に示したとおり、ｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧として、予め定められた周波数の交流電圧信号を生成する。交流信号重畳指令部５５０は、これらのｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧に基づいて、各相の第１分配電圧に加算又は減算される目標電圧（重畳電圧）ｖ_uc ^*、ｖ_uc ^*、ｖ_uc ^*を交流信号として演算する。

　このように、三相交流電圧を直流電圧に変換したｄ軸及びｑ軸の直交座標において交流信号を生成することにより、簡易な構成で、精度良く三相交流電圧に交流信号を重畳することが可能となる。

　また本実施形態では、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０から出力される電流の交流成分の振幅を検出する電流振幅検出部５５２を備える。そして交流信号重畳指令部５５０は、電流振幅検出部５５２により検出される振幅が交流信号の目標振幅よりも小さいときには、ｄ軸目標電圧の交流電圧信号、及びｑ軸目標電圧の交流電圧信号のうち少なくとも一方の振幅を増加させる。

　このように、スタック電流の交流成分の振幅が目標値となるように、交流電圧信号の振幅を増加させることにより、検知性が困難であるスタック電流の振幅を一定値以上に維持することが可能となり、インピーダンスの測定精度の低下を抑制することができる。

　また本実施形態では、図１に示したとおり、直列電源変換装置３０には、直列電源１０１の正極端子として二次電池２０の正極端子２０Ａが接続される第１電源端子３１１と、燃料電池スタック１０の正極端子１０Ａが二次電池２０の負極端子２０Ｂと共に接続される第２電源端子３１２とが設けられている。

　直列電源変換装置３０は、第１電源端子３１１と電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する直列電源接続部３２と、第２電源端子３１２と電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する双方向変換部３１と、接地線Ｌｇと電動モータ２００の各相との間を接続又は遮断する接地電源接続部３３とにより構成される。

　モータ制御部５４０は、モータ要求トルクＴ^*に基づいて、双方向変換部３１及び接地電源接続部３３により各相の第１分配電圧を生成し、かつ、直列電源接続部３２及び接地電源接続部３３により各相の第２分配電圧を生成する。

　交流信号重畳指令部５５０は、各相の第１分配電圧ｖ_ua ^*、ｖ_va ^*、ｖ_wa ^*に交流信号を合成することにより、燃料電池スタック１０と直列電源変換装置３０の第２電源端子３１２との間の直流電圧に交流成分を重畳させる。これにより、燃料電池スタック１０のインピーダンスを測定することが可能となる。

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

　例えば、本実施形態では直列電源変換装置３０は、１２個のスイッチング素子で構成されているが、これに限定されるものではない。例えば２４個以上のスイッチング素子で構成されるものを使用しても良い。

　また、本実施形態では、ｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧を変化させることにより、各相の目標分配電圧に交流信号を合成する例について説明したが、ｑ軸目標電流及びｄ軸目標電流を変化させるようにしてもよい。

　なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

Claims

　電源から出力される電力の交流成分を検出して当該電源が有するインピーダンスを測定可能な燃料電池システムであって、
　負荷に応じて発電する燃料電池と、
　電力を充電又は放電する二次電池と、
　前記二次電池及び前記燃料電池を直列に接続した直列電源のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して負荷に供給する直列電源変換手段と、
　前記直列電源変換手段によって前記負荷に供給される交流電力を制御する制御部と、
　前記制御部により制御される交流電力に対して前記インピーダンスを測定するための交流信号を合成する交流合成部と、
を含む燃料電池システム。
　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
　前記負荷は、三相のモータであり、
　前記制御部は、
　前記モータに要求されるトルクに基づいて、前記モータに供給される電流に関するｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分をフィードバック制御する電流制御部と、
　前記電流制御部によりフィードバック制御されたｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分に基づいて、前記直列電源変換手段から前記モータに供給される各相の交流電圧を制御する電圧制御部と、を含み、
　前記交流合成部は、前記電圧制御部により制御される各相の交流電圧に前記交流信号を合成する、
燃料電池システム。
　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
　前記電流制御部は、前記モータに要求されるトルクがセロのときには、前記ｄ軸電流成分のみを予め定められた電流値に設定し、
　前記交流合成部は、前記交流信号に含まれるｄ軸電圧成分を予め定められた電圧値に設定する、
燃料電池システム。
　請求項３に記載の燃料電池システムであって、
　前記燃料電池から出力される電気信号を検出する検出部をさらに含み、
　前記交流合成部は、前記検出部により検出される交流成分の振幅が前記交流信号の振幅よりも小さいときには、前記電圧値の絶対値を大きくする、
燃料電池システム。
　請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
　前記電圧制御部は、前記燃料電池に要求される電力に基づいて、前記直列電源変換手段から供給される各相の交流電圧のうち、前記燃料電池の電圧により生成される第１分配電圧と、前記直列電源の電圧により生成される第２分配電圧とを演算し、
　前記交流合成部は、前記交流信号を前記第１分配電圧に合成するとともに、前記交流信号を相殺するための相殺信号を前記第２分配電圧に合成する、
燃料電池システム。
　請求項５に記載の燃料電池システムであって、
　前記交流合成部は、前記交流信号の位相を１８０度ずらした信号を前記相殺信号として前記第２分配電圧に合成することにより、前記燃料電池から出力される電力を前記二次電池に充電する、
燃料電池システム。
　請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システムであって、
　前記電圧制御部は、前記電流制御部から出力されるｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧に基づいて、前記燃料電池から前記モータに供給される各相の前記第１分配電圧を演算し、
　前記交流合成部は、前記ｄ軸目標電圧及び前記ｑ軸目標電圧として、予め定められた周波数の交流電圧信号を生成し、当該ｄ軸目標電圧及びｑ軸目標電圧に基づいて前記第１分配電圧に加算又は減算される重畳電圧を前記交流信号として演算する、
燃料電池システム。
　請求項７に記載の燃料電池システムであって、
　前記燃料電池から出力される電気信号を検出する検出部をさらに含み、
　前記交流合成部は、前記検出部により検出される交流成分の振幅が前記交流信号の振幅よりも小さいときには、前記ｄ軸目標電圧及び前記ｑ軸目標電圧の交流電圧信号のうち少なくとも一方の振幅を増加させる、
燃料電池システム。
　請求項４から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
　前記直列電源変換手段は、
　前記直列電源の正極端子として前記二次電池の正極端子が接続される第１電源端子と、
　前記燃料電池の正極端子が前記二次電池の負極端子と共に接続される第２電源端子と、
　前記第１電源端子と前記モータの各相との間を接続又は遮断する第１のスイッチ部と、
　前記第２電源端子と前記モータの各相との間を接続又は遮断する第２のスイッチ部と、
　接地された接地線と前記モータの各相との間を接続又は遮断する第３のスイッチ部と、を含み、
　前記制御部は、前記モータに要求されるトルクに基づいて、前記第２及び第３のスイッチ部により各相の前記第１分配電圧を生成し、かつ、前記第１及び第３のスイッチ部により各相の前記第２分配電圧を生成し、
　前記交流合成部は、前記各相の第１分配電圧に交流信号を合成することにより、前記燃料電池と前記第２電源端子との間の直流電圧成分に交流電圧成分を重畳させる、
燃料電池システム。
　負荷に応じて発電する燃料電池と、電力を充電又は放電する二次電池と、前記二次電池及び前記燃料電池を直列に接続した直列電源のうち少なくとも一方の電源から出力される電力を交流電力に変換して負荷に供給する直列電源変換手段と、を備える燃料電池システムのインピーダンス測定方法であって、
　前記直列電源変換手段により前記負荷に供給される交流電力を制御する制御ステップと、
　前記制御ステップにより制御される交流電力に対して前記電源が有するインピーダンスを測定するための交流信号を合成する合成ステップと、
　前記電源から出力される電力の交流成分を検出して当該電源のインピーダンスを測定する測定ステップと、
を含むインピーダンス測定方法。