電力供給システム
【課題】コンバータのリアクトルを流れる電流を検出するための電流センサの異常をより高い精度で検出することが可能な電力供給システムを提供すること。
【解決手段】この電力供給システムは、リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによってコンバータの動作を制御するものであって、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モード（ステップＳ００２）は、と、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モード（ステップＳ００３）とを選択して電流センサの異常を判定する。
【解決手段】この電力供給システムは、リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによってコンバータの動作を制御するものであって、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モード（ステップＳ００２）は、と、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モード（ステップＳ００３）とを選択して電流センサの異常を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような電力供給システムでは、二次電池や燃料電池といった電源装置から供給される電圧を昇圧して負荷装置に供給するため、コンバータを介在させることが行われている。コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りすることで昇圧動作を行うように構成されている。より具体的には、昇圧動作は、電流が流れている期間にリアクトルに蓄電された電磁エネルギを電力線側に供給することで行われる。この昇圧動作を的確に行うため、リアクトルに流れる電流を検知するための電流センサが設けられる。下記特許文献１では、その電流センサの異常を検知する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０９８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術では、電流センサの検出値に基づきコンバータの駆動指令を生成することによってコンバータをフィードバック制御している。更に、所定期間の電流センサの検出値に基づいた電流の変化と、所定期間のコンバータの状態に基づいて演算により求められる基準電流の変化とを比較することで電流センサの異常を検出している。
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術は、部品追加を行うことなく電流センサの異常を検出する点で優れた技術である。しかしながら、電流センサの異常検出精度を高めるためには、従来の技術のみでは対応できないことを本発明者らは見出した。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、コンバータのリアクトルを流れる電流を検出するための電流センサの異常をより高い精度で検出することが可能な電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る電力供給システムは、負荷装置に対して電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、電源装置と負荷装置との間で電圧変換が可能なように構成されるコンバータと、コンバータの動作を制御すると共にコンバータの異常を判定する制御装置と、を備える。コンバータは、リアクトルと、リアクトルを流れる電流を検知するための電流センサとを有している。制御装置は、リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによってコンバータの動作を制御し、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モードと、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して電流センサの異常を判定する。
【０００８】
本発明のようにリアクトルに流れる電流を制御して電圧変換を行うコンバータでは、実際にリアクトルに電流が流れ続けその強弱が変動する連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れ瞬間的に電流が流れない場合がある不連続モードとの２つのモードで昇圧制御を行なっている。本発明者らは、この連続モードと不連続モードとで、コンバータの制御におけるフィードバック値や電流の推定値に差が出ることを見出し、それぞれのモードに適した異常判定を行うものとした。具体的には、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モードと、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して電流センサの異常を判定することで、それぞれのモードに適した異常判定を行うことができる。
【０００９】
また本発明に係る電力供給システムでは、コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチを有することも好ましい。その場合制御装置は、スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、リアクトルに流れる電流を制御するものであって、デューティ比は、少なくとも電流指令値に基づくフィードフォワード項と、電流センサの計測値に基づくフィードバック項とによって定められる。更に制御装置は、連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、不連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、電流センサの異常を判定することも好ましい。
【００１０】
本発明者らは、連続モードと不連続モードとで、デューティ比を調整するフィードバック量が異なり、不連続モードの場合により大きなフィードバック量が必要なことを見出した。そこでこの好ましい態様では、連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、不連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、電流センサの異常を判定するものとし、モードの違いによるフィードバック量の傾向の差異に的確に対応するものとしている。
【００１１】
また本発明に係る電力供給システムでは、コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチと、昇圧前の電圧を検知するための昇圧前電圧センサと、昇圧後の電圧を検知するための昇圧後電圧センサとを有することも好ましい。この場合制御装置は、スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、リアクトルに流れる電流を制御するものであって、昇圧前電圧センサ及び昇圧後電圧センサの計測値とデューティ比とに基づいてリアクトルに流れる電流を推測する。更に制御装置は、連続モードの場合に当該推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、不連続モードの場合に当該推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、電流センサの異常を判定することも好ましい。
【００１２】
本発明者らは、連続モードと不連続モードとではリアクトルに流れる電流の態様が異なり、リアクトルに流れる電流の推測値も異なることを見出した。そこでこの好ましい態様では、連続モードの場合に推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、不連続モードの場合に推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、電流センサの異常を判定するものとし、モードの違いによる電流推測値の傾向の差異に的確に対応するものとしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、コンバータのリアクトルを流れる電流を検出するための電流センサの異常をより高い精度で検出することが可能な電力供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である電力供給システムであって、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すコンバータの構成を示す図である。
【図３】図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。
【図４】連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【図５】不連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【図６】図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１６】
最初に、本発明の一実施形態である電力供給システムであって、燃料電池車両に搭載される燃料電池システム１１について図１を参照しながら説明する。図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１１のシステム構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、燃料電池システム１１は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池（電源装置）１２を備えている。
【００１８】
燃料電池１２は、例えば、高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスである空気が供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。
【００１９】
この燃料電池１２は、車両を走行させるための駆動モータ（負荷装置）１３に接続されており、駆動モータ１３へ電力を供給する。
【００２０】
この燃料電池１２と駆動モータ１３との間には、燃料電池１２側から順に、ＦＣ昇圧コンバータ１４（コンバータ）及び駆動インバータ１７が設けられている。
【００２１】
このように、燃料電池システム１１では、燃料電池１２で発電された電力がＦＣ昇圧コンバータ１４で昇圧され、駆動インバータ１７を介して駆動モータ１３へ給電される。
【００２２】
駆動モータ１３は、例えば三相交流モータであり、駆動モータ１３が接続された駆動インバータ１７は、直流電流を三相交流に変換し、駆動モータ１３に供給する。
【００２３】
また、燃料電池システム１１は、駆動モータ１３へ電力を供給するバッテリ（電源装置）２１を備えている。このバッテリ２１には、バッテリ昇圧コンバータ２３（コンバータ）が接続されている。
【００２４】
このバッテリ２１の回路は、燃料電池１２の回路におけるＦＣ昇圧コンバータ１４と駆動インバータ１７との間に接続されており、バッテリ２１からの電力が駆動モータ１３へ供給可能とされている。
【００２５】
バッテリ昇圧コンバータ２３は、直流の電圧変換器であり、バッテリ２１から入力された直流電圧を調整して駆動モータ１３側へ出力する機能と、燃料電池１２または駆動モータ１３から入力された直流電圧を調整してバッテリ２１に出力する機能と、を有する。このようなバッテリ昇圧コンバータ２３の機能により、バッテリ２１の充放電が実現される。また、バッテリ昇圧コンバータ２３により、燃料電池１２の出力電圧が制御される。
【００２６】
バッテリ２１は、余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。
【００２７】
さらに、燃料電池システム１１は、補機用インバータ２５を備えており、この補機用インバータ２５は、バッテリ２１の回路におけるバッテリ昇圧コンバータ２３の下流側に接続されている。補機用インバータ２５には、エアコンプレッサ２６、水素ポンプ２７及び冷却水ポンプ２８等の補機が接続されており、これらの補機は、補機用インバータ２５からの給電によって駆動可能とされている。
【００２８】
また、燃料電池システム１１には、燃料電池１２に繋がる回路Ａに燃料電池電圧センサ３１が設けられ、バッテリ２１に繋がる回路Ｂにバッテリ電圧センサ３２が設けられている。そして、燃料電池電圧センサ３１では、燃料電池１２の電圧が測定され、バッテリ電圧センサ３２では、バッテリ２１の電圧が測定される。
【００２９】
さらに、燃料電池システム１１には、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３に接続された同一の回路Ｃに、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５が設けられている。燃料電池出力電圧センサ３３は、回路ＣにおけるＦＣ昇圧コンバータ１４の近傍に設けられ、駆動インバータ入力電圧センサ３４は、回路Ｃにおける駆動インバータ１７の近傍に設けられ、バッテリ出力電圧センサ３５は、回路Ｃにおけるバッテリ昇圧コンバータ２３の近傍に設けられている。
【００３０】
また、燃料電池システム１１は、ＥＣＵ（制御装置）４１を備えている。このＥＣＵ４１には、燃料電池電圧センサ３１、バッテリ電圧センサ３２、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５の信号線が接続されており、これらの電圧センサ３１〜３５の測定信号がＥＣＵ４１に送信される。そして、ＥＣＵ４１は、これらの電圧センサ３１〜３５の測定値に基づいて、燃料電池システム１１を制御する。
【００３１】
ここで、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５は、同一の回路Ｃに設けられているため、同電位となるが、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３が離れた位置に配置されていると、これらの間の配線インダクタンス等の影響で、必ずしも同電位とはならない。したがって、ＥＣＵ４１は、回路Ｃ内において、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３の近傍に設けた燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５の測定値に基づいて、燃料電池システム１１を高精度に制御することができる。
【００３２】
続いて、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、図１に示すＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３の構成を示す図である。ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は、４相構成のコンバータであって、Ｕ相のリアクトルＬＵと、Ｖ相のリアクトルＬＶと、Ｗ相のリアクトルＬＷと、Ｘ相のリアクトルＬＸとを備えている。
【００３３】
Ｕ相のリアクトルＬＵに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｕ及びスイッチング素子ＱＵが配置されている。ダイオードＤ１Ｕ及びスイッチング素子ＱＵは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３４】
同様に、Ｖ相のリアクトルＬＶに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｖ及びスイッチング素子ＱＶが配置されている。ダイオードＤ１Ｖ及びスイッチング素子ＱＶは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３５】
同様に、Ｗ相のリアクトルＬＷに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｗ及びスイッチング素子ＱＷが配置されている。ダイオードＤ１Ｗ及びスイッチング素子ＱＷは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３６】
同様に、Ｘ相のリアクトルＬＸに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｘ及びスイッチング素子ＱＸが配置されている。ダイオードＤ１Ｘ及びスイッチング素子ＱＸは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３７】
本実施形態の場合、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられているが、電力用ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタを用いることができる。各スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸに対しては、逆並列ダイオードＤ２Ｕ，Ｄ２Ｖ，Ｄ２Ｗ，Ｄ２Ｘが配置されている。
【００３８】
リアクトルＬＵに流れる電流を測定するため、リアクトルＬＵと直列に電流センサＳＬＵが配置されている。同様に、リアクトルＬＶに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＶが、リアクトルＬＷに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＷが、リアクトルＬＸに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＸが、それぞれ配置されている。
【００３９】
ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は更に、平滑コンデンサＣと、昇圧後電圧センサとして機能する電圧センサＳｈとを備えている。本実施形態の場合、昇圧前電圧センサとしては、電圧センサ３１，３２が配置されている。平滑コンデンサＣは、電力線と接地線との間の電圧変動を低減するように、電力線と接地線との間に設けられている。
【００４０】
続いて、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの異常を判定するフローについて、図３，４，５を参照しながら説明する。図３は、図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。尚、特に明示しない限り、図３に示すフローチャートの判断主体はＥＣＵ４１である。図４は、連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。図５は、不連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【００４１】
ステップＳ００１では、連続モードであるか否かを判断する。ＥＣＵ４１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３を構成するリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに対応するスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦするタイミングをデューティ比として設定し、そのデューティ比に基づいてスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦしてリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流を制御する。
【００４２】
スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸを開いてＯＦＦにしても、即座にリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流が０になるとは限らず、図４に示すように、電流が０になる前にスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになる場合もある。図４に示すモードを連続モードと称する。
【００４３】
一方、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになっている時間が相対的に短い場合、図５に示すように、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流が０になる場合がある。図５に示すモードを不連続モードと称する。
【００４４】
ステップＳ００１の判断において、連続モードであると判断されればステップＳ００２の処理に進み、不連続モードであると判断されればステップＳ００３の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ００２では、下記式（Ａ）によって求められる電流推定値と、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸそれぞれによって計測される電流計測値との差分の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第１判定モード）。
【数１】
【００４６】
上記式（Ａ）において、Ｄ＝ｆ・Δｔである。上記式（Ａ）は、下記式（Ａ１）と式（Ａ２）とを電流Ｉについて解くことで求められる。
【数２】
【数３】
【００４７】
式（Ａ１）は、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになっている間の電流を推測する式である。式（Ａ２）は、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが開かれてＯＦＦになっている間の電流を推測する式である。ＶＬは、燃料電池１２の出力電圧である電圧センサ３１の計測値またはバッテリ２１の出力電圧である電圧センサ３１の計測値を示している。ＶＨは、昇圧後の電圧である電圧センサＳｈの計測値を示している。Ｌは、各リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸのＬ値を示している。Ｉは、平均電流を示している。Ｒｓは、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸがＯＮされた場合の抵抗値を示している。Ｒｄは、ダイオードＤ１Ｕ，Ｄ１Ｖ，Ｄ１Ｗ，Ｄ１Ｘの抵抗値を示している。Δｔは、デューティのＯＮ時間を示し、Δｉは、そのＯＮ時間における電流上昇値を示している。ｆは、キャリア周波数を示している。
【００４８】
ステップＳ００２の判断において、電流推定値と電流計測値との差分の絶対値が閾値を超えていれば、ステップＳ００４の処理に進み、超えていなければステップＳ００５の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ００３では、下記式（Ｂ）によって求められる電流推定値と、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸそれぞれによって計測される電流計測値との差分の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第２判定モード）。
【数４】
【００５０】
ステップＳ００３の判断において、電流推定値と電流計測値との差分の絶対値が閾値を超えていれば、ステップＳ００４の処理に進み、超えていなければステップＳ００５の処理に進む。
【００５１】
ステップＳ００４では、異常カウンタをカウントアップする。ステップＳ００５では、異常カウンタをクリアする。ステップＳ００４及びステップＳ００５に続くステップＳ００６では、異常カウンタのカウンタ値が、閾値を超えているか判断する。異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていればステップＳ００７の処理に進み、異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていなければステップＳ００１の処理に戻る。
【００５２】
ステップＳ００７では、電流センサの異常が起きていると判断された相を停止する。具体的には、その相に対応するスイッチング素子が閉じてＯＮにならないように制御する。尚、上述した異常判定フローでは、デューティから電流値を推定し、実際の電流計測値と比較することで電流センサの異常有無を判定したけれども、電流計測値からデューティを推定し、実際のデューティとの偏差が閾値を超えている場合に異常であると判断することも可能である。
【００５３】
続いて、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの異常を判定するフローの別例について、図６を参照しながら説明する。図６は、図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。尚、特に明示しない限り、図６に示すフローチャートの判断主体はＥＣＵ４１である。
【００５４】
ステップＳ０１１では、連続モードであるか否かを判断する。ＥＣＵ４１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３を構成するリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに対応するスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦするタイミングをデューティ比として設定し、そのデューティ比に基づいてスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦしてリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流を制御する。
【００５５】
ステップＳ０１１の判断において、連続モードであると判断されればステップＳ０１２の処理に進み、不連続モードであると判断されればステップＳ０１３の処理に進む。連続モード（図４参照）及び不連続モード（図５参照）について既に説明したので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ０１２では、電流フィードバック量の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第１判定モード）。ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は、ＥＣＵ４１からＣＡＮ通信でＦＣ電流指令値を受信し、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３のコントローラがこれに追従すべくデューティを制御する。デューティは、フィードフォワード項とフィードバック項との和である。フィードフォワード項は、電流指令値や電圧センサ３１，３２や電圧センサＳｈの検出値から計算される値をとる。従って、フィードフォワード項は、電圧センサ３１，３２や電圧センサＳｈのセンサ誤差を含む。この誤差や、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸのＬ値ばらつきや、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸのＯＮ／ＯＦＦ遅延や、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの誤差を補正するため、フィードバック項が導入されている。
【００５７】
このフィードバック項のばらつきが正常な範囲で最大に重なった場合に必要となる電流フィードバック量を閾値として設定する。本実施形態の場合、連続モードにおける閾値をＣｃとし、不連続モードにおける閾値をＣｄとしている。総じて連続モード時よりも不連続モード時の方が大きなフィードバック量を必要とするので、双方のモードで用いる閾値を異ならせることが好ましい。
【００５８】
ステップＳ０１２では、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｃを超えたか判断する。ステップＳ０１２の判断において、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｃを超えていれば、ステップＳ０１４の処理に進み、超えていなければステップＳ０１５の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ０１３では、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｄを超えたか判断する。ステップＳ０１３の判断において、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｄを超えていれば、ステップＳ０１４の処理に進み、超えていなければステップＳ０１５の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ０１４では、異常カウンタをカウントアップする。ステップＳ０１５では、異常カウンタをクリアする。ステップＳ０１４及びステップＳ０１５に続くステップＳ０１６では、異常カウンタのカウンタ値が、閾値を超えているか判断する。異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていればステップＳ０１７の処理に進み、異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていなければステップＳ０１１の処理に戻る。
【００６１】
ステップＳ０１７では、電流センサの異常が起きていると判断された相を停止する。具体的には、その相に対応するスイッチング素子が閉じてＯＮにならないように制御する。
【符号の説明】
【００６２】
Ｃ：平滑コンデンサ
Ｄ１Ｕ，Ｄ１Ｖ，Ｄ１Ｗ，Ｄ１Ｘ：ダイオード
Ｄ２Ｕ，Ｄ２Ｖ，Ｄ２Ｗ，Ｄ２Ｘ：逆並列ダイオード
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸ：リアクトル
ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸ：スイッチング素子
Ｓｈ：電圧センサ
ＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸ：電流センサ
１１：燃料電池システム
１２：燃料電池
１３：駆動モータ
１４：昇圧コンバータ
１７：駆動インバータ
２１：バッテリ
２３：バッテリ昇圧コンバータ
２５：補機用インバータ
２６：エアコンプレッサ
２７：水素ポンプ
２８：冷却水ポンプ
３１：燃料電池電圧センサ
３２：バッテリ電圧センサ
３３：燃料電池出力電圧センサ
３４：駆動インバータ入力電圧センサ
３５：バッテリ出力電圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような電力供給システムでは、二次電池や燃料電池といった電源装置から供給される電圧を昇圧して負荷装置に供給するため、コンバータを介在させることが行われている。コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りすることで昇圧動作を行うように構成されている。より具体的には、昇圧動作は、電流が流れている期間にリアクトルに蓄電された電磁エネルギを電力線側に供給することで行われる。この昇圧動作を的確に行うため、リアクトルに流れる電流を検知するための電流センサが設けられる。下記特許文献１では、その電流センサの異常を検知する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０９８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術では、電流センサの検出値に基づきコンバータの駆動指令を生成することによってコンバータをフィードバック制御している。更に、所定期間の電流センサの検出値に基づいた電流の変化と、所定期間のコンバータの状態に基づいて演算により求められる基準電流の変化とを比較することで電流センサの異常を検出している。
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術は、部品追加を行うことなく電流センサの異常を検出する点で優れた技術である。しかしながら、電流センサの異常検出精度を高めるためには、従来の技術のみでは対応できないことを本発明者らは見出した。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、コンバータのリアクトルを流れる電流を検出するための電流センサの異常をより高い精度で検出することが可能な電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る電力供給システムは、負荷装置に対して電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、電源装置と負荷装置との間で電圧変換が可能なように構成されるコンバータと、コンバータの動作を制御すると共にコンバータの異常を判定する制御装置と、を備える。コンバータは、リアクトルと、リアクトルを流れる電流を検知するための電流センサとを有している。制御装置は、リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによってコンバータの動作を制御し、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モードと、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して電流センサの異常を判定する。
【０００８】
本発明のようにリアクトルに流れる電流を制御して電圧変換を行うコンバータでは、実際にリアクトルに電流が流れ続けその強弱が変動する連続モードと、リアクトルに電流が断続的に流れ瞬間的に電流が流れない場合がある不連続モードとの２つのモードで昇圧制御を行なっている。本発明者らは、この連続モードと不連続モードとで、コンバータの制御におけるフィードバック値や電流の推定値に差が出ることを見出し、それぞれのモードに適した異常判定を行うものとした。具体的には、連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第１判定モードと、不連続モードの場合に電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して電流センサの異常を判定することで、それぞれのモードに適した異常判定を行うことができる。
【０００９】
また本発明に係る電力供給システムでは、コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチを有することも好ましい。その場合制御装置は、スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、リアクトルに流れる電流を制御するものであって、デューティ比は、少なくとも電流指令値に基づくフィードフォワード項と、電流センサの計測値に基づくフィードバック項とによって定められる。更に制御装置は、連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、不連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、電流センサの異常を判定することも好ましい。
【００１０】
本発明者らは、連続モードと不連続モードとで、デューティ比を調整するフィードバック量が異なり、不連続モードの場合により大きなフィードバック量が必要なことを見出した。そこでこの好ましい態様では、連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、不連続モードの場合にフィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、電流センサの異常を判定するものとし、モードの違いによるフィードバック量の傾向の差異に的確に対応するものとしている。
【００１１】
また本発明に係る電力供給システムでは、コンバータは、リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチと、昇圧前の電圧を検知するための昇圧前電圧センサと、昇圧後の電圧を検知するための昇圧後電圧センサとを有することも好ましい。この場合制御装置は、スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、リアクトルに流れる電流を制御するものであって、昇圧前電圧センサ及び昇圧後電圧センサの計測値とデューティ比とに基づいてリアクトルに流れる電流を推測する。更に制御装置は、連続モードの場合に当該推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、不連続モードの場合に当該推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、電流センサの異常を判定することも好ましい。
【００１２】
本発明者らは、連続モードと不連続モードとではリアクトルに流れる電流の態様が異なり、リアクトルに流れる電流の推測値も異なることを見出した。そこでこの好ましい態様では、連続モードの場合に推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、不連続モードの場合に推測した電流値と電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、電流センサの異常を判定するものとし、モードの違いによる電流推測値の傾向の差異に的確に対応するものとしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷装置に対して二次電池や燃料電池といった電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、コンバータのリアクトルを流れる電流を検出するための電流センサの異常をより高い精度で検出することが可能な電力供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である電力供給システムであって、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すコンバータの構成を示す図である。
【図３】図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。
【図４】連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【図５】不連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【図６】図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１６】
最初に、本発明の一実施形態である電力供給システムであって、燃料電池車両に搭載される燃料電池システム１１について図１を参照しながら説明する。図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１１のシステム構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、燃料電池システム１１は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池（電源装置）１２を備えている。
【００１８】
燃料電池１２は、例えば、高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスである空気が供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。
【００１９】
この燃料電池１２は、車両を走行させるための駆動モータ（負荷装置）１３に接続されており、駆動モータ１３へ電力を供給する。
【００２０】
この燃料電池１２と駆動モータ１３との間には、燃料電池１２側から順に、ＦＣ昇圧コンバータ１４（コンバータ）及び駆動インバータ１７が設けられている。
【００２１】
このように、燃料電池システム１１では、燃料電池１２で発電された電力がＦＣ昇圧コンバータ１４で昇圧され、駆動インバータ１７を介して駆動モータ１３へ給電される。
【００２２】
駆動モータ１３は、例えば三相交流モータであり、駆動モータ１３が接続された駆動インバータ１７は、直流電流を三相交流に変換し、駆動モータ１３に供給する。
【００２３】
また、燃料電池システム１１は、駆動モータ１３へ電力を供給するバッテリ（電源装置）２１を備えている。このバッテリ２１には、バッテリ昇圧コンバータ２３（コンバータ）が接続されている。
【００２４】
このバッテリ２１の回路は、燃料電池１２の回路におけるＦＣ昇圧コンバータ１４と駆動インバータ１７との間に接続されており、バッテリ２１からの電力が駆動モータ１３へ供給可能とされている。
【００２５】
バッテリ昇圧コンバータ２３は、直流の電圧変換器であり、バッテリ２１から入力された直流電圧を調整して駆動モータ１３側へ出力する機能と、燃料電池１２または駆動モータ１３から入力された直流電圧を調整してバッテリ２１に出力する機能と、を有する。このようなバッテリ昇圧コンバータ２３の機能により、バッテリ２１の充放電が実現される。また、バッテリ昇圧コンバータ２３により、燃料電池１２の出力電圧が制御される。
【００２６】
バッテリ２１は、余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。
【００２７】
さらに、燃料電池システム１１は、補機用インバータ２５を備えており、この補機用インバータ２５は、バッテリ２１の回路におけるバッテリ昇圧コンバータ２３の下流側に接続されている。補機用インバータ２５には、エアコンプレッサ２６、水素ポンプ２７及び冷却水ポンプ２８等の補機が接続されており、これらの補機は、補機用インバータ２５からの給電によって駆動可能とされている。
【００２８】
また、燃料電池システム１１には、燃料電池１２に繋がる回路Ａに燃料電池電圧センサ３１が設けられ、バッテリ２１に繋がる回路Ｂにバッテリ電圧センサ３２が設けられている。そして、燃料電池電圧センサ３１では、燃料電池１２の電圧が測定され、バッテリ電圧センサ３２では、バッテリ２１の電圧が測定される。
【００２９】
さらに、燃料電池システム１１には、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３に接続された同一の回路Ｃに、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５が設けられている。燃料電池出力電圧センサ３３は、回路ＣにおけるＦＣ昇圧コンバータ１４の近傍に設けられ、駆動インバータ入力電圧センサ３４は、回路Ｃにおける駆動インバータ１７の近傍に設けられ、バッテリ出力電圧センサ３５は、回路Ｃにおけるバッテリ昇圧コンバータ２３の近傍に設けられている。
【００３０】
また、燃料電池システム１１は、ＥＣＵ（制御装置）４１を備えている。このＥＣＵ４１には、燃料電池電圧センサ３１、バッテリ電圧センサ３２、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５の信号線が接続されており、これらの電圧センサ３１〜３５の測定信号がＥＣＵ４１に送信される。そして、ＥＣＵ４１は、これらの電圧センサ３１〜３５の測定値に基づいて、燃料電池システム１１を制御する。
【００３１】
ここで、燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５は、同一の回路Ｃに設けられているため、同電位となるが、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３が離れた位置に配置されていると、これらの間の配線インダクタンス等の影響で、必ずしも同電位とはならない。したがって、ＥＣＵ４１は、回路Ｃ内において、ＦＣ昇圧コンバータ１４、駆動インバータ１７及びバッテリ昇圧コンバータ２３の近傍に設けた燃料電池出力電圧センサ３３、駆動インバータ入力電圧センサ３４及びバッテリ出力電圧センサ３５の測定値に基づいて、燃料電池システム１１を高精度に制御することができる。
【００３２】
続いて、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、図１に示すＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３の構成を示す図である。ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は、４相構成のコンバータであって、Ｕ相のリアクトルＬＵと、Ｖ相のリアクトルＬＶと、Ｗ相のリアクトルＬＷと、Ｘ相のリアクトルＬＸとを備えている。
【００３３】
Ｕ相のリアクトルＬＵに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｕ及びスイッチング素子ＱＵが配置されている。ダイオードＤ１Ｕ及びスイッチング素子ＱＵは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３４】
同様に、Ｖ相のリアクトルＬＶに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｖ及びスイッチング素子ＱＶが配置されている。ダイオードＤ１Ｖ及びスイッチング素子ＱＶは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３５】
同様に、Ｗ相のリアクトルＬＷに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｗ及びスイッチング素子ＱＷが配置されている。ダイオードＤ１Ｗ及びスイッチング素子ＱＷは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３６】
同様に、Ｘ相のリアクトルＬＸに対応するダイオード及びスイッチング素子として、ダイオードＤ１Ｘ及びスイッチング素子ＱＸが配置されている。ダイオードＤ１Ｘ及びスイッチング素子ＱＸは電力線と接地線との間に直列に配置されている。
【００３７】
本実施形態の場合、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられているが、電力用ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタを用いることができる。各スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸに対しては、逆並列ダイオードＤ２Ｕ，Ｄ２Ｖ，Ｄ２Ｗ，Ｄ２Ｘが配置されている。
【００３８】
リアクトルＬＵに流れる電流を測定するため、リアクトルＬＵと直列に電流センサＳＬＵが配置されている。同様に、リアクトルＬＶに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＶが、リアクトルＬＷに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＷが、リアクトルＬＸに流れる電流を測定する電流センサとして電流センサＳＬＸが、それぞれ配置されている。
【００３９】
ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は更に、平滑コンデンサＣと、昇圧後電圧センサとして機能する電圧センサＳｈとを備えている。本実施形態の場合、昇圧前電圧センサとしては、電圧センサ３１，３２が配置されている。平滑コンデンサＣは、電力線と接地線との間の電圧変動を低減するように、電力線と接地線との間に設けられている。
【００４０】
続いて、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの異常を判定するフローについて、図３，４，５を参照しながら説明する。図３は、図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。尚、特に明示しない限り、図３に示すフローチャートの判断主体はＥＣＵ４１である。図４は、連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。図５は、不連続モードにおいてリアクトルに流れる電流の状態を示す図である。
【００４１】
ステップＳ００１では、連続モードであるか否かを判断する。ＥＣＵ４１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３を構成するリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに対応するスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦするタイミングをデューティ比として設定し、そのデューティ比に基づいてスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦしてリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流を制御する。
【００４２】
スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸを開いてＯＦＦにしても、即座にリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流が０になるとは限らず、図４に示すように、電流が０になる前にスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになる場合もある。図４に示すモードを連続モードと称する。
【００４３】
一方、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになっている時間が相対的に短い場合、図５に示すように、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流が０になる場合がある。図５に示すモードを不連続モードと称する。
【００４４】
ステップＳ００１の判断において、連続モードであると判断されればステップＳ００２の処理に進み、不連続モードであると判断されればステップＳ００３の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ００２では、下記式（Ａ）によって求められる電流推定値と、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸそれぞれによって計測される電流計測値との差分の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第１判定モード）。
【数１】
【００４６】
上記式（Ａ）において、Ｄ＝ｆ・Δｔである。上記式（Ａ）は、下記式（Ａ１）と式（Ａ２）とを電流Ｉについて解くことで求められる。
【数２】
【数３】
【００４７】
式（Ａ１）は、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが閉じられてＯＮになっている間の電流を推測する式である。式（Ａ２）は、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸが開かれてＯＦＦになっている間の電流を推測する式である。ＶＬは、燃料電池１２の出力電圧である電圧センサ３１の計測値またはバッテリ２１の出力電圧である電圧センサ３１の計測値を示している。ＶＨは、昇圧後の電圧である電圧センサＳｈの計測値を示している。Ｌは、各リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸのＬ値を示している。Ｉは、平均電流を示している。Ｒｓは、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸがＯＮされた場合の抵抗値を示している。Ｒｄは、ダイオードＤ１Ｕ，Ｄ１Ｖ，Ｄ１Ｗ，Ｄ１Ｘの抵抗値を示している。Δｔは、デューティのＯＮ時間を示し、Δｉは、そのＯＮ時間における電流上昇値を示している。ｆは、キャリア周波数を示している。
【００４８】
ステップＳ００２の判断において、電流推定値と電流計測値との差分の絶対値が閾値を超えていれば、ステップＳ００４の処理に進み、超えていなければステップＳ００５の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ００３では、下記式（Ｂ）によって求められる電流推定値と、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸそれぞれによって計測される電流計測値との差分の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第２判定モード）。
【数４】
【００５０】
ステップＳ００３の判断において、電流推定値と電流計測値との差分の絶対値が閾値を超えていれば、ステップＳ００４の処理に進み、超えていなければステップＳ００５の処理に進む。
【００５１】
ステップＳ００４では、異常カウンタをカウントアップする。ステップＳ００５では、異常カウンタをクリアする。ステップＳ００４及びステップＳ００５に続くステップＳ００６では、異常カウンタのカウンタ値が、閾値を超えているか判断する。異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていればステップＳ００７の処理に進み、異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていなければステップＳ００１の処理に戻る。
【００５２】
ステップＳ００７では、電流センサの異常が起きていると判断された相を停止する。具体的には、その相に対応するスイッチング素子が閉じてＯＮにならないように制御する。尚、上述した異常判定フローでは、デューティから電流値を推定し、実際の電流計測値と比較することで電流センサの異常有無を判定したけれども、電流計測値からデューティを推定し、実際のデューティとの偏差が閾値を超えている場合に異常であると判断することも可能である。
【００５３】
続いて、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの異常を判定するフローの別例について、図６を参照しながら説明する。図６は、図２に示す電流センサの異常を判定する一例を示すフローチャートである。尚、特に明示しない限り、図６に示すフローチャートの判断主体はＥＣＵ４１である。
【００５４】
ステップＳ０１１では、連続モードであるか否かを判断する。ＥＣＵ４１は、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３を構成するリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに対応するスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦするタイミングをデューティ比として設定し、そのデューティ比に基づいてスイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸをＯＮ／ＯＦＦしてリアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸに流れる電流を制御する。
【００５５】
ステップＳ０１１の判断において、連続モードであると判断されればステップＳ０１２の処理に進み、不連続モードであると判断されればステップＳ０１３の処理に進む。連続モード（図４参照）及び不連続モード（図５参照）について既に説明したので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ０１２では、電流フィードバック量の絶対値が、閾値を超えたか否かを判断する（第１判定モード）。ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３は、ＥＣＵ４１からＣＡＮ通信でＦＣ電流指令値を受信し、ＦＣ昇圧コンバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ２３のコントローラがこれに追従すべくデューティを制御する。デューティは、フィードフォワード項とフィードバック項との和である。フィードフォワード項は、電流指令値や電圧センサ３１，３２や電圧センサＳｈの検出値から計算される値をとる。従って、フィードフォワード項は、電圧センサ３１，３２や電圧センサＳｈのセンサ誤差を含む。この誤差や、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸのＬ値ばらつきや、スイッチング素子ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸのＯＮ／ＯＦＦ遅延や、電流センサＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸの誤差を補正するため、フィードバック項が導入されている。
【００５７】
このフィードバック項のばらつきが正常な範囲で最大に重なった場合に必要となる電流フィードバック量を閾値として設定する。本実施形態の場合、連続モードにおける閾値をＣｃとし、不連続モードにおける閾値をＣｄとしている。総じて連続モード時よりも不連続モード時の方が大きなフィードバック量を必要とするので、双方のモードで用いる閾値を異ならせることが好ましい。
【００５８】
ステップＳ０１２では、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｃを超えたか判断する。ステップＳ０１２の判断において、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｃを超えていれば、ステップＳ０１４の処理に進み、超えていなければステップＳ０１５の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ０１３では、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｄを超えたか判断する。ステップＳ０１３の判断において、電流フィードバック量の絶対値が閾値Ｃｄを超えていれば、ステップＳ０１４の処理に進み、超えていなければステップＳ０１５の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ０１４では、異常カウンタをカウントアップする。ステップＳ０１５では、異常カウンタをクリアする。ステップＳ０１４及びステップＳ０１５に続くステップＳ０１６では、異常カウンタのカウンタ値が、閾値を超えているか判断する。異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていればステップＳ０１７の処理に進み、異常カウンタのカウンタ値が閾値を超えていなければステップＳ０１１の処理に戻る。
【００６１】
ステップＳ０１７では、電流センサの異常が起きていると判断された相を停止する。具体的には、その相に対応するスイッチング素子が閉じてＯＮにならないように制御する。
【符号の説明】
【００６２】
Ｃ：平滑コンデンサ
Ｄ１Ｕ，Ｄ１Ｖ，Ｄ１Ｗ，Ｄ１Ｘ：ダイオード
Ｄ２Ｕ，Ｄ２Ｖ，Ｄ２Ｗ，Ｄ２Ｘ：逆並列ダイオード
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ，ＬＸ：リアクトル
ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸ：スイッチング素子
Ｓｈ：電圧センサ
ＳＬＵ，ＳＬＶ，ＳＬＷ，ＳＬＸ：電流センサ
１１：燃料電池システム
１２：燃料電池
１３：駆動モータ
１４：昇圧コンバータ
１７：駆動インバータ
２１：バッテリ
２３：バッテリ昇圧コンバータ
２５：補機用インバータ
２６：エアコンプレッサ
２７：水素ポンプ
２８：冷却水ポンプ
３１：燃料電池電圧センサ
３２：バッテリ電圧センサ
３３：燃料電池出力電圧センサ
３４：駆動インバータ入力電圧センサ
３５：バッテリ出力電圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置に対して電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、
前記電源装置と前記負荷装置との間で電圧変換が可能なように構成されるコンバータと、
前記コンバータの動作を制御すると共に前記コンバータの異常を判定する制御装置と、を備え、
前記コンバータは、リアクトルと、前記リアクトルを流れる電流を検知するための電流センサとを有し、
前記制御装置は、
前記リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、前記リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによって前記コンバータの動作を制御し、
前記連続モードの場合に前記電流センサの異常を判定する第１判定モードと、前記不連続モードの場合に前記電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して前記電流センサの異常を判定することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記コンバータは、前記リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチを有し、
前記制御装置は、
前記スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、前記リアクトルに流れる電流を制御するものであって、前記デューティ比は、少なくとも電流指令値に基づくフィードフォワード項と、前記電流センサの計測値に基づくフィードバック項とによって定められ、
前記連続モードの場合に前記フィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、前記不連続モードの場合に前記フィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、前記電流センサの異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記コンバータは、前記リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチと、昇圧前の電圧を検知するための昇圧前電圧センサと、昇圧後の電圧を検知するための昇圧後電圧センサとを有し、
前記制御装置は、
前記スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、前記リアクトルに流れる電流を制御するものであって、前記昇圧前電圧センサ及び前記昇圧後電圧センサの計測値と前記デューティ比とに基づいて前記リアクトルに流れる電流を推測し、
前記連続モードの場合に当該推測した電流値と前記電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、前記不連続モードの場合に当該推測した電流値と前記電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、前記電流センサの異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項１】
負荷装置に対して電源装置から電力を供給する電力供給システムであって、
前記電源装置と前記負荷装置との間で電圧変換が可能なように構成されるコンバータと、
前記コンバータの動作を制御すると共に前記コンバータの異常を判定する制御装置と、を備え、
前記コンバータは、リアクトルと、前記リアクトルを流れる電流を検知するための電流センサとを有し、
前記制御装置は、
前記リアクトルに電流が流れ続ける連続モードと、前記リアクトルに電流が断続的に流れる不連続モードとのいずれかによって前記コンバータの動作を制御し、
前記連続モードの場合に前記電流センサの異常を判定する第１判定モードと、前記不連続モードの場合に前記電流センサの異常を判定する第２判定モードとを選択して前記電流センサの異常を判定することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記コンバータは、前記リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチを有し、
前記制御装置は、
前記スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、前記リアクトルに流れる電流を制御するものであって、前記デューティ比は、少なくとも電流指令値に基づくフィードフォワード項と、前記電流センサの計測値に基づくフィードバック項とによって定められ、
前記連続モードの場合に前記フィードバック項の絶対値と第１閾値とを比較し、前記不連続モードの場合に前記フィードバック項の絶対値と第２閾値とを比較して、前記電流センサの異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記コンバータは、前記リアクトルに流れる電流を入り切りするスイッチと、昇圧前の電圧を検知するための昇圧前電圧センサと、昇圧後の電圧を検知するための昇圧後電圧センサとを有し、
前記制御装置は、
前記スイッチの入り切りの割合であるデューティ比を制御することで、前記リアクトルに流れる電流を制御するものであって、前記昇圧前電圧センサ及び前記昇圧後電圧センサの計測値と前記デューティ比とに基づいて前記リアクトルに流れる電流を推測し、
前記連続モードの場合に当該推測した電流値と前記電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較し、前記不連続モードの場合に当該推測した電流値と前記電流センサの計測値との差分値に対して閾値を比較して、前記電流センサの異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０６４０８（Ｐ２０１３−１０６４０８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７７２８（Ｐ２０１１−２４７７２８）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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