ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置、電気車両及びＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法
【課題】動作モードの切替に伴う電圧及び電流の変動を抑制する。
【解決手段】Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モード（１次電圧制御モード、２次電圧制御モード及び電流制限モード）の切替時に、切替前の動作モードの駆動デューティに応じたＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項に基づいてＰＩＤ制御を行う。これにより、駆動デューティ設定部１０８から出力される切替直後の駆動デューティは、切替前の駆動デューティと略等しくなり、この結果、切替前後の駆動デューティが連続することになる。
【解決手段】Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モード（１次電圧制御モード、２次電圧制御モード及び電流制限モード）の切替時に、切替前の動作モードの駆動デューティに応じたＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項に基づいてＰＩＤ制御を行う。これにより、駆動デューティ設定部１０８から出力される切替直後の駆動デューティは、切替前の駆動デューティと略等しくなり、この結果、切替前後の駆動デューティが連続することになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法、該ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリと燃料電池とを併用して車両走行用の電動機を駆動する電気車両において、前記燃料電池をインバータを介して前記電動機に接続すると共に、前記バッテリを双方向電圧変換器として機能するＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に接続することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の電圧（以下、２次電圧ともいう。）、すなわち、前記燃料電池の電圧（端子間電圧）を制御すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各相の通過電流量が、該各相を構成するスイッチング素子の素子温度に応じた通過電流許容値以下となるように、該通過電流量を制御する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バッテリに補機が接続されている場合に、前記バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力ケーブルに断線が発生した場合には、該バッテリ側に接続されている前記補機への印加電圧を適正な電圧に保持するために、通常時に行われている２次電圧の制御（以下、２次電圧制御モードともいう。）を中断し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの１次側の電圧（以下、１次電圧ともいう。）、すなわち、前記バッテリ側の電圧を制御して前記補機を保護し且つ正常動作させる制御（以下、１次電圧制御モードともいう。）を行うことが望ましい。
【０００６】
また、電気車両では、バッテリの出力端にヒューズが設けられ、過電流が発生したときに直ちに溶断して過大な電流が前記バッテリから流れ出ることを防止することで該バッテリを保護することが望ましいが、実際に、前記ヒューズが溶断した場合には、該ヒューズを交換するまで前記バッテリから電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを介して電動機に供給することができなくなって、前記電気車両を走行させることができない。そこで、前記ヒューズが溶断に至る前に、前記２次電圧制御モードを中断して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流を所定の閾値以下とする制御（以下、電流制限モードともいう。）に切り替わることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとしての前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードは、制御対象が互いに異なるので、単純に、前記動作モードを変更するだけでは、切替の前後において、前記１次電圧、前記２次電圧及び前記電流が一時的にオーバーシュートする等の電圧及び電流の変動（乱れ）が発生するおそれがある。
【０００８】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、動作モードの切替に伴う電圧及び電流の変動を抑制することが可能となるＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法、該ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（１次電圧）を制御する１次電圧制御モードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（２次電圧）を制御する２次電圧制御モードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードとのうち、少なくとも２つのモードを動作モードとして備え、前記少なくとも２つの動作モードの切替時に切替前後の前記デューティが連続していることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの１次電圧を制御する１次電圧制御モード、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次電圧を制御する２次電圧制御モード、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードのうち、少なくとも２つのモードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとして設定し、設定した前記少なくとも２つの動作モードの切替時に切替前後の前記デューティを連続させることを特徴としている。
【００１１】
これらの発明によれば、前記動作モードの切替時に切替前後の前記デューティに連続性を持たせることにより、該動作モードの切替直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、前記制御部は、前記各動作モードにおいて、積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを設定することを特徴としている。
【００１３】
この場合、前記制御部は、前記各動作モードにおいて前記フィードバック制御の積分項を設定し、前記動作モードの切替時に切替前後の前記デューティが略等しくなるように切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することにより、前記動作モードの切替前後における前記デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができ、この結果、切替直後における電圧及び電流の変動を効率よく抑制することが可能となる。
【００１４】
また、前記制御部は、前記各動作モードにおいて比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、前記動作モードの切替時に切替前の前記動作モードにおけるデューティと切替後の前記動作モードにおける比例項及び微分項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することで、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）により電圧及び電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、この発明を適用することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードである場合に、前記１次電圧又は前記２次電圧を目標電圧に設定するためのフィードフォワード制御を行うことも可能である。
【００１６】
この場合、前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードに切り替わる時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと切替後の前記動作モードにおける前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することで、前記ＰＩＤ動作及び前記フィードフォワード制御により電圧及び電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、この発明を適用することが可能となる。
【００１７】
そして、前記制御部は、前記第１電力装置側での断線の可能性の有無に基づいて前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧又は前記２次電圧を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰することが好ましい。
【００１８】
これにより、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替後に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、前記動作モードが前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードに切り替わった場合でも、前記電流制限モードから前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。
【００１９】
そして、この発明に係る電気車両は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、前記第１電力装置は、補機に接続され且つ前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記インバータに発生する回生電圧を前記２次電圧とすることを特徴としている。
【００２０】
これにより、前記動作モードの切替時における電圧及び電流の変動を確実に抑制することができ、前記蓄電装置、前記電動機及び前記発電装置の長寿命化を実現することが可能となる。
【００２１】
この場合、前記発電装置が燃料電池であれば、電圧及び電流の変動に伴う燃料電池のスタック構造の劣化を確実に防止することが可能となり、該燃料電池の長寿命化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、動作モードの切替時に切替前後のデューティに連続性を持たせることにより、該動作モードの切替直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法を実施するＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置が適用された電気車両の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明に係る電気車両の一実施形態に係る燃料電池車両２０の回路図である。
【００２５】
この燃料電池車両２０は、基本的には、発電装置として発電電圧Ｖｆを発生する燃料電池２２と、エネルギストレージでありバッテリ電圧Ｖｂａｔを発生する蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電源システムと、このハイブリッド電源システムから電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される負荷としての走行用のモータ２６（電動機）と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で昇降圧の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛ＶＣＵ（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達され、車輪１６を回転させる。
【００２６】
この実施形態において、第１電力装置はバッテリ２４から構成され、第２電力装置は燃料電池２２と回生動作中のモータ２６とにより構成される。この場合、バッテリ２４は、電力線１８を介してＶＣＵ２３の１次側１Ｓに接続される。
【００２７】
ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを構成するスイッチング素子８１、８２を駆動制御する制御部としてのコンバータ制御部５４とから構成される。
【００２８】
燃料電池２２は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造である。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により生成された発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６側に供給される。
【００２９】
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。
【００３０】
この場合、回生電圧又は発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、ダウンバータ４２により降圧されてさらに低電圧とされ、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給されると共に、１次電圧Ｖ１に余剰分があればバッテリ電流Ｉｂａｔ（シンク電流Ｉｂｓｋ）としてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。
【００３１】
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
【００３２】
バッテリ２４は、ダウンバータ４２を通じて補機４４に補機電流Ｉａｕを供給すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給するためのバッテリ電流Ｉｂａｔ（ソース電流Ｉｂｓｅ）を流し出す。この場合、バッテリ２４の出力点には直列にバッテリ短絡保護用のヒューズ２５が挿入されている。
【００３３】
なお、インバータ３４に供給されるモータ電流Ｉｍは、バッテリ電流ＩｂａｔがＶＣＵ２３により変換された２次電流Ｉ２と発電電流Ｉｆの合成電流である。
【００３４】
ダウンバータ４２は、出力側に絶縁トランスを有し、補機４４の正極側には前記絶縁トランスの２次コイル側の整流電圧が供給され、負極側はシャーシに接地されている。
【００３５】
１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。２次側２Ｓのコンデンサ３９には、並列に、すなわち燃料電池２２に対しても並列に、抵抗器４０が接続されている。
【００３６】
燃料電池２２を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御され、インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部５２により制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部５４により、それぞれ基本的に制御される。
【００３７】
そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等を決定する上位制御部としての統括制御部５６により制御される。
【００３８】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。
【００３９】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
【００４０】
ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（バッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、及び上記したライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４の操作部５５等がある。
【００４１】
統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４（第１電力装置）と第２電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に配置された、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等からなる上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２の相アームＵＡから構成されている。各アームスイッチング素子８１、８２には、それぞれ、並列にダイオード８３、８４が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する１個のリアクトル９０が、相アームＵＡの中点（接続点）とバッテリ２４との間に挿入されている。上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部５４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨ（のハイレベル）によりオンにされ、一方で、下アームスイッチング素子８２は、ゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＬ（のハイレベル）によりオンにされる。
【００４３】
１次電圧Ｖ１、代表的には、負荷が接続されていないときのバッテリ２４の開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は、図２の燃料電池出力特性（電流電圧特性）９１上に示すように、この燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの最低電圧Ｖｆｍｉｎより高い電圧に設定されている。なお、図２において、ＯＣＶ≒Ｖ１としている。
【００４４】
２次電圧Ｖ２は、燃料電池２２が発電動作しているときには燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい電圧にされる。
【００４５】
ただし、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆがバッテリ２４の電圧Ｖｂａｔ（＝Ｖ１）に等しくなったときには、図２に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。直結状態では、上アームスイッチング素子８１に供給される駆動信号ＵＨのデューティが１００［％］にされ、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる場合には上アームスイッチング素子８１がオンにされて該上アームスイッチング素子８１を通じて電流が流れ、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ電流が流れる場合にはダイオード８３が導通して該ダイオード８３を通じて電流が流れる。
【００４６】
ここで、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。
【００４７】
水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図２に示した特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。
【００４８】
具体的に、燃料電池２２は、第２出力電圧である発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出されるソース電流としての発電電流Ｉｆが増加し、発電電圧Ｖｆの増加に応じて流し出される発電電流Ｉｆが減少する。
【００４９】
このように、燃料電池２２は、２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）を決定することにより発電電流Ｉｆが決定されるので、燃料電池車両２０等、燃料電池２２を含むシステムでは、通常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が、コンバータ制御部５４を含むＶＣＵ２３のフィードバック制御の目標電圧（目標値）に設定される。すなわち、ＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では、２次電圧Ｖ２を目標電圧に制御する２次電圧制御モードが該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードとして設定される。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。
【００５０】
ただし、ダウンバータ４２とバッテリ２４間の電力線１８の断線故障等によりバッテリ２４が開放状態にされる等、バッテリ２４（第１電力装置）が故障とみなされる特殊な場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードは、１次電圧Ｖ１がＶＣＵ２３によるフィードバック制御の目標電圧とされる１次電圧制御モードに設定される（切り替えられる）。
【００５１】
また、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、又はバッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋを上回る値となったときには、バッテリ２４の劣化を防止すること、ヒューズ２５の溶断を防止すること、並びにリアクトル９０の飽和を防止することのために、２次電圧制御モード（又は１次電圧制御モード）から１次電流Ｉ１を目標電流とする制御（電流上限制限制御あるいは電流制限モード）に切り替わる（設定される）。なお、電圧センサ６１の検出電圧によりバッテリ２４が短絡されたことをコンバータ制御部５４が検出したときには、１次電流Ｉ１を目標電流とする制御は行わないのでヒューズ２５が溶断し、バッテリ２４を保護する。
【００５２】
従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６には、前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードのうち少なくとも２つの制御モードが動作モードとして設定され、該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、設定された動作モードに従って動作する。なお、設定された前記各動作モードに関して、一方の動作モードから他方の動作モードに切り替えるための判断（制御）処理は、後述するように、コンバータ制御部５４（又は統括制御部５６）にて行われる。
【００５３】
図３Ａ〜図３Ｃは、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ３６の各動作モード（１次電圧制御モード、２次電圧制御モード及び電流制限モード）におけるコンバータ制御部５４内の機能ブロック図を示す。
【００５４】
すなわち、図３Ａ〜図３Ｃは、コンバータ制御部５４における駆動信号ＵＨ、ＵＬのデューティ（駆動デューティ）の設定に関わる機能ブロック図であって、図３Ａは、前記動作モードが２次電圧制御モードである場合を示し、図３Ｂは、前記動作モードが１次電圧制御モードである場合を示し、図３Ｃは、前記動作モードが電流制限モードである場合を示している。
【００５５】
図３Ａの２次電圧制御モードにおいて、コンバータ制御部５４は、減算部１００、比例積分微分（ＰＩＤ）演算部１０２、除算部１０４、加算部１０６及び駆動デューティ設定部１０８から構成され、ＰＩＤ演算部１０２は、ＰＩＤ処理部１１０及び積分項（Ｉ項）再設定処理部１１２を有する。
【００５６】
減算部１００は、２次電圧Ｖ２の目標電圧と、電圧センサ６３にて検出された２次電圧Ｖ２との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、前記偏差を用いたＰＩＤ制御により前記目標電圧に応じた駆動デューティのフィードバック項（Ｆ／Ｂ項）を算出し、算出した前記Ｆ／Ｂ項を加算部１０６に出力する。除算部１０４は、電圧センサ６１にて検出された１次電圧Ｖ１を前記目標電圧で除したものを前記駆動デューティのフィードフォワード項（Ｆ／Ｆ項）として加算部１０６に出力する。加算部１０６は、前記Ｆ／Ｂ項と前記Ｆ／Ｆ項との和を駆動デューティ設定部１０８に出力する。駆動デューティ設定部１０８は、入力された前記Ｆ／Ｂ項及び前記Ｆ／Ｆ項に基づいて駆動信号ＵＨ、ＵＬの駆動デューティを計算し、計算した前記駆動デューティを出力する。
【００５７】
Ｉ項再設定処理部１１２は、所定時間間隔（例えば、コンバータ制御部５４の処理周期）毎に、現在（今回）の制御モードと前回の制御モードとを比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わったか否かを判断する。
【００５８】
この場合、Ｉ項再設定処理部１１２は、前記動作モードが切り替わった（１次電圧制御モード又は電流制限モードから２次電圧制御モードに切り替わった）ことを判断した際に、前回の制御モードの駆動デューティ（前回の駆動デューティ）に応じた積分項（Ｉ項）を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）する。ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項を、今回のＩ動作におけるＩ項とみなしてＰＩＤ制御を行う。
【００５９】
従って、ＰＩＤ処理部１１０から出力される前記Ｆ／Ｂ項は、前記前回の駆動デューティに応じたＦ／Ｂ項であり、駆動デューティ設定部１０８から出力される今回の駆動デューティは、前記前回の駆動デューティに応じた駆動デューティとなる。すなわち、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に対して、前記前回の駆動デューティに応じたＩ項が再設定されることにより、駆動デューティ設定部１０８から出力される前記今回の駆動デューティは、前記前回の駆動デューティと略等しくなる（前回の駆動デューティ≒今回の駆動デューティ）。
【００６０】
ここで、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に再設定されるＩ項（Ｉ項設定値）及び切替直後における今回の制御モードの駆動デューティ（今回の駆動デューティ）は、下記の（１）式及び（２）式で表わされる。
（Ｉ項設定値）＝（前回の駆動デューティ）−（今回のＦ／Ｆ項）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項） （１）
（今回の駆動デューティ）＝（今回のＦ／Ｆ項）＋（今回のＰ項）
＋（今回のＩ項）＋（今回のＤ項）
＝（今回のＦ／Ｆ項）＋（今回のＰ項）
＋｛（前回の駆動デューティ）−（今回のＦ／Ｆ項）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項）｝＋（今回のＤ項）
＝（前回の駆動デューティ） （２）
【００６１】
なお、前記（１）式及び（２）式において、「前回」は動作モードの切替直前をいい、「今回」は動作モードの切替直後をいう。また、「Ｐ項」は、ＰＩＤ動作における比例項をいい、「Ｄ項」は、ＰＩＤ動作における微分項をいう。
【００６２】
また、図３Ｂに示す１次電圧制御モードにおいて、コンバータ制御部５４は、図３Ａの２次電圧制御モードの場合と同様に、減算部１００、ＰＩＤ演算部１０２、除算部１０４、加算部１０６及び駆動デューティ設定部１０８を有する点では共通しているが、下記の点が異なる。
【００６３】
すなわち、減算部１００は、１次電圧Ｖ１の目標電圧と、電圧センサ６１にて検出された１次電圧Ｖ１との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。除算部１０４は、前記目標電圧を前記２次電圧Ｖ２で除したものをＦ／Ｆ項として加算部１０６に出力する。Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わった（２次電圧制御モード又は電流制限モードから１次電圧制御モードに切り替わった）ことを判断した際には、前回の駆動デューティに応じたＩ項を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）する。
【００６４】
なお、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力されるＩ項設定値及び切替直後における今回の駆動デューティは、切替後の動作モードが１次電圧制御モードであっても、前述の（１）式及び（２）式でそれぞれ表わされる。
【００６５】
さらに、図３Ｃに示す電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、図３Ａの２次電圧制御モード及び図３Ｂの１次電圧制御モードの場合とは異なり、Ｆ／Ｆ項を出力する除算部１０４や、加算部１０６を有しない。また、下記の点も異なる。
【００６６】
すなわち、減算部１００は、１次電流Ｉ１の目標電流と、電流センサ６２にて検出された１次電流Ｉ１との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、前記偏差を用いたＰＩＤ制御により前記目標電流に応じたＦ／Ｂ項を算出し、算出した前記Ｆ／Ｂ項を駆動デューティ設定部１０８に出力する。駆動デューティ設定部１０８は、前記Ｆ／Ｂ項に基づいて駆動デューティを計算し、計算した前記駆動デューティを出力する。
【００６７】
この場合、Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わった（１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードに切り替わった）ことを判断した際には、前回の駆動デューティに応じたＩ項を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力する。
【００６８】
ここで、前記電流制限モードにおいて、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）されるＩ項設定値及び切替直後における今回の駆動デューティは、下記の（３）式及び（４）式で表わされる。
（Ｉ項設定値）＝（前回の駆動デューティ）−（今回のＰ項）
−（今回のＤ項） （３）
（今回の駆動デューティ）＝（今回のＰ項）＋（今回のＩ項）
＋（今回のＤ項）
＝（今回のＰ項）＋｛（前回の駆動デューティ）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項）｝＋（今回のＤ項）
＝（前回の駆動デューティ） （４）
【００６９】
なお、上述したＩ項設定値は、Ｉ項再設定処理部１１２にてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わったと判定したときに該Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力されるものであり、前記動作モードの切替がないと判定された場合には、前記Ｉ項設定値はＰＩＤ処理部１１０に出力されることはなく、従って、ＰＩＤ処理部１１０は、前記Ｉ項設定値の入力がないときには、現在のＩ項に基づいてＰＩＤ演算を行う。
【００７０】
この実施形態に係る燃料電池車両２０は、基本的には以上のように構成され且つ動作するものであり、次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードの切替に関わる燃料電池車両２０の動作について、図１〜図６を参照して説明する。
【００７１】
電力線１８の断線が発生せず、あるいは、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを上回る値又はバッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋを上回る値ではない、通常時には、前述した２次電圧制御モードが実施される。
【００７２】
この２次電圧制御モードにおいて、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。
【００７３】
図４は、２次電圧制御モードでの処理の詳細を示している。ステップＳ１１において、統括制御部５６により、それぞれが負荷要求であるモータ２６の電力要求と補機４４の電力要求とエアコンプレッサ３０の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ１２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定し、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２に指令を与える。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率ηが考慮される。
【００７４】
次いで、ステップＳ１３において、統括制御部５６により決定された燃料電池分担負荷量（実質的に、コンバータ制御部５４に対する発電電圧Ｖｆの指令電圧Ｖ２ｃｏｍが含まれる。）Ｌｆが通信線７０を通じてコンバータ制御部５４に指令として送信される。
【００７５】
燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、２次電圧Ｖ２、換言すれば、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが、統括制御部５６から指令された指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング素子８１、８２の駆動デューティ（駆動信号ＵＨ、ＵＬのオンデューティ）を制御する。この場合、駆動デューティは、図３Ａに示す２次電圧制御モードにおけるコンバータ制御部５４の構成によって制御（算出）される。すなわち、ステップＳ１４において、２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるように昇圧動作又は降圧動作が行われる。なお、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３６の如き回路構成における昇圧動作又は降圧動作については、周知であるので、その詳細な説明については省略する。
【００７６】
また、ＦＣ制御部５０及びモータ制御部５２も統括制御部５６からの指令に応じて所定の処理を実行する。
【００７７】
さらに、統括制御部５６に対して、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２から制御結果が逐次報告される。
【００７８】
そして、この実施形態では、上記の処理中に、スイッチング素子８１、８２のスイッチング周期２π毎に、コンバータ制御部５４は、電力線１８の断線の可能性検出処理を行う。
【００７９】
この電力線１８の断線検出処理では、電圧センサ６１により検出される１次電圧Ｖ１の変化速度（上昇速度又は下降速度）ＶＳ１［Ｖ／ｓ］（［Ｖ／ｓ］＝［ボルト／秒］）を検出（算出）する。
【００８０】
この場合、バッテリ２４からバッテリ電流Ｉｂａｔが放電電流として流れ出しているときに電力線１８が断線すると、１次電圧Ｖ１は急激に減少を開始し、一方で、バッテリ２４に対してバッテリ電流Ｉｂａｔが充電電流として流れ込んでいるときに電力線１８が断線すると、１次電圧Ｖ１は急激に上昇を開始する。
【００８１】
そこで、コンバータ制御部５４では、１次電圧Ｖ１の変化速度Ｖ１ｓが、閾値速度ＶＳｒｅｆより大きい場合には、電力線１８に断線が発生したと推定して（断線の可能性があるものとして）、直ちに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードを２次電圧制御モード（図３Ａ参照）から１次電圧制御モード（図３Ｂ参照）に切り替える。
【００８２】
なお、閾値速度ＶＳｒｅｆは、例えば、設計開発時に、１次電圧Ｖ１の上昇速度と下降速度の双方で、シミュレーション及び実験による追試により値が予め定められる。この場合、現在の１次電流Ｉ１とバッテリ電流Ｉｂａｔの値、並びに補機４４の負荷に応じて上昇・下降変化速度の各閾値速度ＶＳｒｅｆの表（マップ）を作成しておくこともできる。
【００８３】
また、コンバータ制御部５４は、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が閾値速度ＶＳｒｅｆを超えた場合、電力線１８が断線したものと推定して、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えることも可能である。そして、コンバータ制御部５４は、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えた旨を統括制御部５６に通知する。
【００８４】
図５Ａ及び図５Ｂは、制御モードの切替前後（ここでは、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替の前後）における駆動デューティの時間的変化を模式的に示すグラフであり、図６は、前記切替前後における１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２の時間的変化を模式的に示すグラフである。
【００８５】
なお、図５Ａ〜図６において、時刻ｔ２０は、制御モードが切り替わる時刻である。また、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、左側のグラフは、時刻ｔ２０の前後において、Ｉ項再設定処理部１１２（図３Ｂ参照）によるＩ項の再設定処理が行われない場合を示し、右側のグラフは、前記Ｉ項の再設定処理が行われる場合を示している。
【００８６】
図５Ａ及び図５Ｂにおいて、Ｉ項の再設定処理が行われない場合に、駆動デューティの時間的変化を示す直線１２０及び曲線１２４は、時刻ｔ２０の前後において不連続となる。すなわち、直線１２０において、時刻ｔ２０前の制御モード（切替前の制御モード）に応じた直線１２０ａと、時刻ｔ２０後の制御モード（切替後の制御モード）に応じた直線１２０ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。また、曲線１２４において、時刻ｔ２０前の制御モード（切替前の制御モード）に応じた曲線１２４ａと、時刻ｔ２０後の制御モード（切替後の制御モード）に応じた曲線１２４ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。これは、時刻ｔ２０前の制御モード（２次電圧制御モード）と、時刻ｔ２０後の制御モード（１次電圧制御モード）との間では、制御対象（１次電圧Ｖ１、２時電圧Ｖ２）が互いに異なることから、それぞれ異なる目標電圧に応じた駆動デューティにて制御が行われることに起因している。
【００８７】
これに対して、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、Ｉ項の再設定処理が行われる場合には、駆動デューティの時間的変化を示す直線１２２及び曲線１２６は、時刻ｔ２０の前後において連続している。
【００８８】
すなわち、直線１２２において、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（切替前の制御モードの駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（切替後の制御モードの駆動デューティ）とは一致しており、該直線１２２は、時刻ｔ２０の前後で連続している。また、曲線１２６についても、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（切替前の制御モードの駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（切替後の制御モードの駆動デューティ）とは一致し、該曲線１２６は、時刻ｔ２０の前後で連続している。
【００８９】
これは、図３Ｂに示すように、Ｉ項再設定処理部１１２は、時刻ｔ２０の前後で前記動作モードが切り替わったか否かを判断して、切り替わったことを判断した場合には、切替直後の動作モード（１次電圧制御モード）の駆動デューティが切替前の動作モード（２次電圧制御モード）の駆動デューティとなるように、前記切替前の動作モードの駆動デューティに応じたＩ項を出力し、さらに、ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項を、前記切替直後のＰＩＤ制御におけるＩ項とみなしてＦ／Ｂ項の算出処理を行うためである。
【００９０】
これにより、駆動デューティ設定部１０８は、前記Ｉ項に応じた駆動デューティ、すなわち、前記切替前の制御モードの駆動デューティに応じた駆動デューティを、切替後の制御モードの駆動デューティとして出力する。この結果、図６に示すように、時刻ｔ２０までは２次電圧制御モード（２次電圧Ｖ２の曲線１３０を目標電圧の直線１３２に一致させる制御）を行っていたものを、時刻ｔ２０において１次電圧制御モード（１次電圧Ｖ１の曲線１３４を目標電圧の直線１３６に一致させる制御）に切り替えた際に、時刻ｔ２０の前後で駆動デューティを連続させるようにしたので（図５Ａ及び図５Ｂ参照）、１次電圧Ｖ１を目標電圧に短時間で且つ確実に一致させることが可能となる。
【００９１】
この場合、コンバータ制御部５４では、時刻ｔ２０以降、直線１２２及び曲線１２６が速やかに切替後の制御モードにおける本来の直線１２０ｂ及び曲線１２４ｂと一致するように、駆動デューティの演算処理を行う。すなわち、時刻ｔ２０以降は制御モードの切替がないので、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０へのＩ項設定値の出力はなく、従って、ＰＩＤ処理部１１０は、現在のＩ項に基づいてＰＩＤ演算を行う。
【００９２】
なお、図６において、曲線１３８及び１４０は、いずれも、上記のＩ項の再設定処理を行わない場合を示しており、時刻ｔ２０の直後において、オーバーシュート（曲線１３８）及びアンダーシュート（曲線１４０）の電圧変動が発生している。
【００９３】
また、統括制御部５６は、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに移行し開始した旨の通知をコンバータ制御部５４から受け取った時点から数秒（２〜３秒から５〜６秒ほどの時間）の経過を待ち、断線確定判定を行う。この場合、統括制御部５６は、その数秒の間、例えば、補機電流Ｉａｕが全て１次電流Ｉ１により賄われている（Ｉａｕ≒Ｉ１）と判定した場合には電力線１８が断線したことを確定する。
【００９４】
その一方で、統括制御部５６は、前記数秒経過中の間で、例えば、補機電流Ｉａｕがバッテリ電流Ｉｂａｔでも賄われている｛Ｉａｕ＝Ｉｂａｔ＋Ｉ１（Ｉ１＝０の場合も含む。）｝と判定した場合には前記断線可能性が誤りであると確定判定し、現在の１次電圧制御モードから２次電圧制御モードに切り替える。この切替時においても、Ｉ項再設定処理部１１２は、切替時刻の前後において、切替前の１次電圧制御モードの駆動デューティと切替直後の２次電圧制御モードの駆動デューティとが一致するようなＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力する。
【００９５】
また、前記２次電圧制御モード（図３Ａ参照）中に、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅの値が閾値Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、あるいは、バッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋを上回る値となったときに、コンバータ制御部５４は、バッテリ２４が劣化するおそれがあるか、ヒューズ２５が溶断するおそれがあるか、あるいは、リアクトル９０が飽和するおそれがあるものと判断し、該２次電圧制御モードを中断して、ソース電流Ｉｂｓｅ又はシンク電流Ｉｂｓｋの値が閾値Ｉｔｈｓｅ又はＩｔｈｓｋに保持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する電流制限モード（図３Ｃ参照）に切り替える。
【００９６】
この場合でも、コンバータ制御部５４のＩ項再設定処理部１１２は、切替時刻の前後において、切替前の２次電圧制御モードの駆動デューティと切替直後の電流制限モードの駆動デューティとが一致するようなＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力し、該ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項に基づいてＰＩＤ制御を行う。また、電流制限モードへの切替後に、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、電流制限の必要性がなくなったものと判断した場合には、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する（切り替える）。
【００９７】
例えば、ソース電流Ｉｂｓｅに対する電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が統括制御部５６からの指令電圧Ｖ２ｃｏｍを上回ったときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。また、シンク電流Ｉｂｓｋに対する電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍを下回ったときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。あるいは、コンバータ制御部５４は、電流制限モードへの切替後に、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が切替前の２次電圧Ｖ２にまで増加したときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。
【００９８】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードの切替時に、切替前後の駆動デューティに連続性を持たせることにより、前記動作モードの切替直後における１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を抑制することが可能となる。
【００９９】
また、前記動作モードの切替時に、切替前後の駆動デューティが略等しくなるように、切替後の動作モードにおけるＩ項を設定すれば、前記動作モードの切替前後における前記駆動デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができ、この結果、切替直後における１次電圧Ｖ１、２次電圧及び１次電流Ｉ１の変動を効率よく抑制することが可能となる。
【０１００】
また、前述した（１）式及び（３）式に基づいてＩ項を再設定すれば、切替直後の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を確実に抑制できるので、ＰＩＤ動作により１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１が制御されるＤＣ／ＤＣコンバータに、この実施形態を容易に適用することができる。
【０１０１】
さらに、この実施形態は、フィードフォワード制御が行われるＤＣ／ＤＣコンバータや、ＰＩＤ動作及びフィードフォワード制御が行われるＤＣ／ＤＣコンバータにも適用可能である。すなわち、この実施形態において、コンバータ制御部５４は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行うように構成されているが、除算部１０４を省略して、フィードバック制御のみ行うように該コンバータ制御部５４を構成しても、上述した効果が得られる。
【０１０２】
さらにまた、電力線１８の断線の可能性の有無に基づいて、１次電圧制御モードから２次電圧制御モードへの切替又は２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、ソース電流Ｉｂｓｅ又はシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｅ又はＩｔｈｓｋを上回る値となるか否かに基づいて、１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードへの切替を行い、さらに、電流制限モードへの切替後に、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を監視して電流制限モードでの制御から１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードでの制御に復帰する（切り替える）ようにしてもよい。
【０１０３】
これにより、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替後にＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードを２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、前記動作モードが１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードに切り替わった場合でも、電流制限モードから１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。
【０１０４】
さらにまた、動作モードの切替時における１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を確実に抑制することができることから、バッテリ２４、モータ２６及び燃料電池２２の長寿命化を実現することが可能となる。特に、燃料電池２２については、１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動に伴う燃料電池２２のスタック構造の劣化を確実に防止することが可能となるので、該燃料電池２２の長寿命化を容易に実現することができる。
【０１０５】
この実施形態は、上述した１相の相アームＵＡが配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ３６を備えるＶＣＵ２３に限らず、２相以上の複数の相の相アームが配置されたＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置にも適用可能である。すなわち、この実施形態は、相アームの相数に関わりなく、上述の効果を奏することができる。
【０１０６】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。
【図２】燃料電池の電流電圧特性の説明図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータの各動作モードに対応するコンバータ制御部の機能ブロック図である。
【図４】コンバータ制御部により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの基本動作についての説明に供されるフローチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、制御モードの切替前後における駆動デューティの時間的変化を模式的に示すグラフである。
【図６】制御モードの切替前後における１次電圧及び２次電圧の時間的変化を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
２０…燃料電池車両 ２２…燃料電池
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（ＶＣＵ）
２４…蓄電装置（バッテリ） ２６…モータ
３４…インバータ ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４…コンバータ制御部 ５６…統括制御部
１００…減算部 １０２…ＰＩＤ演算部
１０４…除算部 １０６…加算部
１０８…駆動デューティ設定部 １１０…ＰＩＤ処理部
１１２…Ｉ項再設定処理部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法、該ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリと燃料電池とを併用して車両走行用の電動機を駆動する電気車両において、前記燃料電池をインバータを介して前記電動機に接続すると共に、前記バッテリを双方向電圧変換器として機能するＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に接続することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の電圧（以下、２次電圧ともいう。）、すなわち、前記燃料電池の電圧（端子間電圧）を制御すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの各相の通過電流量が、該各相を構成するスイッチング素子の素子温度に応じた通過電流許容値以下となるように、該通過電流量を制御する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バッテリに補機が接続されている場合に、前記バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力ケーブルに断線が発生した場合には、該バッテリ側に接続されている前記補機への印加電圧を適正な電圧に保持するために、通常時に行われている２次電圧の制御（以下、２次電圧制御モードともいう。）を中断し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの１次側の電圧（以下、１次電圧ともいう。）、すなわち、前記バッテリ側の電圧を制御して前記補機を保護し且つ正常動作させる制御（以下、１次電圧制御モードともいう。）を行うことが望ましい。
【０００６】
また、電気車両では、バッテリの出力端にヒューズが設けられ、過電流が発生したときに直ちに溶断して過大な電流が前記バッテリから流れ出ることを防止することで該バッテリを保護することが望ましいが、実際に、前記ヒューズが溶断した場合には、該ヒューズを交換するまで前記バッテリから電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを介して電動機に供給することができなくなって、前記電気車両を走行させることができない。そこで、前記ヒューズが溶断に至る前に、前記２次電圧制御モードを中断して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通流する電流を所定の閾値以下とする制御（以下、電流制限モードともいう。）に切り替わることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとしての前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードは、制御対象が互いに異なるので、単純に、前記動作モードを変更するだけでは、切替の前後において、前記１次電圧、前記２次電圧及び前記電流が一時的にオーバーシュートする等の電圧及び電流の変動（乱れ）が発生するおそれがある。
【０００８】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、動作モードの切替に伴う電圧及び電流の変動を抑制することが可能となるＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法、該ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（１次電圧）を制御する１次電圧制御モードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（２次電圧）を制御する２次電圧制御モードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードとのうち、少なくとも２つのモードを動作モードとして備え、前記少なくとも２つの動作モードの切替時に切替前後の前記デューティが連続していることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、第１電力装置と第２電力装置との間に配置され且つスイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの１次電圧を制御する１次電圧制御モード、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次電圧を制御する２次電圧制御モード、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードのうち、少なくとも２つのモードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとして設定し、設定した前記少なくとも２つの動作モードの切替時に切替前後の前記デューティを連続させることを特徴としている。
【００１１】
これらの発明によれば、前記動作モードの切替時に切替前後の前記デューティに連続性を持たせることにより、該動作モードの切替直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、前記制御部は、前記各動作モードにおいて、積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを設定することを特徴としている。
【００１３】
この場合、前記制御部は、前記各動作モードにおいて前記フィードバック制御の積分項を設定し、前記動作モードの切替時に切替前後の前記デューティが略等しくなるように切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することにより、前記動作モードの切替前後における前記デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができ、この結果、切替直後における電圧及び電流の変動を効率よく抑制することが可能となる。
【００１４】
また、前記制御部は、前記各動作モードにおいて比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、前記動作モードの切替時に切替前の前記動作モードにおけるデューティと切替後の前記動作モードにおける比例項及び微分項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することで、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）により電圧及び電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、この発明を適用することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードである場合に、前記１次電圧又は前記２次電圧を目標電圧に設定するためのフィードフォワード制御を行うことも可能である。
【００１６】
この場合、前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードに切り替わる時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと切替後の前記動作モードにおける前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定することで、前記ＰＩＤ動作及び前記フィードフォワード制御により電圧及び電流を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置に、この発明を適用することが可能となる。
【００１７】
そして、前記制御部は、前記第１電力装置側での断線の可能性の有無に基づいて前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧又は前記２次電圧を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰することが好ましい。
【００１８】
これにより、前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替後に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、前記動作モードが前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードに切り替わった場合でも、前記電流制限モードから前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。
【００１９】
そして、この発明に係る電気車両は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、前記第１電力装置は、補機に接続され且つ前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と該電動機を駆動するインバータに接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記インバータに発生する回生電圧を前記２次電圧とすることを特徴としている。
【００２０】
これにより、前記動作モードの切替時における電圧及び電流の変動を確実に抑制することができ、前記蓄電装置、前記電動機及び前記発電装置の長寿命化を実現することが可能となる。
【００２１】
この場合、前記発電装置が燃料電池であれば、電圧及び電流の変動に伴う燃料電池のスタック構造の劣化を確実に防止することが可能となり、該燃料電池の長寿命化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、動作モードの切替時に切替前後のデューティに連続性を持たせることにより、該動作モードの切替直後における電圧及び電流の変動を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法を実施するＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置が適用された電気車両の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明に係る電気車両の一実施形態に係る燃料電池車両２０の回路図である。
【００２５】
この燃料電池車両２０は、基本的には、発電装置として発電電圧Ｖｆを発生する燃料電池２２と、エネルギストレージでありバッテリ電圧Ｖｂａｔを発生する蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電源システムと、このハイブリッド電源システムから電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される負荷としての走行用のモータ２６（電動機）と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で昇降圧の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛ＶＣＵ（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達され、車輪１６を回転させる。
【００２６】
この実施形態において、第１電力装置はバッテリ２４から構成され、第２電力装置は燃料電池２２と回生動作中のモータ２６とにより構成される。この場合、バッテリ２４は、電力線１８を介してＶＣＵ２３の１次側１Ｓに接続される。
【００２７】
ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを構成するスイッチング素子８１、８２を駆動制御する制御部としてのコンバータ制御部５４とから構成される。
【００２８】
燃料電池２２は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造である。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により生成された発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６側に供給される。
【００２９】
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。
【００３０】
この場合、回生電圧又は発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、ダウンバータ４２により降圧されてさらに低電圧とされ、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４に補機電流Ｉａｕとして供給されると共に、１次電圧Ｖ１に余剰分があればバッテリ電流Ｉｂａｔ（シンク電流Ｉｂｓｋ）としてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。
【００３１】
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
【００３２】
バッテリ２４は、ダウンバータ４２を通じて補機４４に補機電流Ｉａｕを供給すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給するためのバッテリ電流Ｉｂａｔ（ソース電流Ｉｂｓｅ）を流し出す。この場合、バッテリ２４の出力点には直列にバッテリ短絡保護用のヒューズ２５が挿入されている。
【００３３】
なお、インバータ３４に供給されるモータ電流Ｉｍは、バッテリ電流ＩｂａｔがＶＣＵ２３により変換された２次電流Ｉ２と発電電流Ｉｆの合成電流である。
【００３４】
ダウンバータ４２は、出力側に絶縁トランスを有し、補機４４の正極側には前記絶縁トランスの２次コイル側の整流電圧が供給され、負極側はシャーシに接地されている。
【００３５】
１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。２次側２Ｓのコンデンサ３９には、並列に、すなわち燃料電池２２に対しても並列に、抵抗器４０が接続されている。
【００３６】
燃料電池２２を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御され、インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部５２により制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部５４により、それぞれ基本的に制御される。
【００３７】
そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等を決定する上位制御部としての統括制御部５６により制御される。
【００３８】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。
【００３９】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
【００４０】
ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（バッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、及び上記したライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の補機４４の操作部５５等がある。
【００４１】
統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４（第１電力装置）と第２電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に配置された、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等からなる上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２の相アームＵＡから構成されている。各アームスイッチング素子８１、８２には、それぞれ、並列にダイオード８３、８４が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する１個のリアクトル９０が、相アームＵＡの中点（接続点）とバッテリ２４との間に挿入されている。上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部５４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨ（のハイレベル）によりオンにされ、一方で、下アームスイッチング素子８２は、ゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＬ（のハイレベル）によりオンにされる。
【００４３】
１次電圧Ｖ１、代表的には、負荷が接続されていないときのバッテリ２４の開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は、図２の燃料電池出力特性（電流電圧特性）９１上に示すように、この燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの最低電圧Ｖｆｍｉｎより高い電圧に設定されている。なお、図２において、ＯＣＶ≒Ｖ１としている。
【００４４】
２次電圧Ｖ２は、燃料電池２２が発電動作しているときには燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい電圧にされる。
【００４５】
ただし、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆがバッテリ２４の電圧Ｖｂａｔ（＝Ｖ１）に等しくなったときには、図２に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。直結状態では、上アームスイッチング素子８１に供給される駆動信号ＵＨのデューティが１００［％］にされ、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる場合には上アームスイッチング素子８１がオンにされて該上アームスイッチング素子８１を通じて電流が流れ、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ電流が流れる場合にはダイオード８３が導通して該ダイオード８３を通じて電流が流れる。
【００４６】
ここで、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。
【００４７】
水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図２に示した特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。
【００４８】
具体的に、燃料電池２２は、第２出力電圧である発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出されるソース電流としての発電電流Ｉｆが増加し、発電電圧Ｖｆの増加に応じて流し出される発電電流Ｉｆが減少する。
【００４９】
このように、燃料電池２２は、２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）を決定することにより発電電流Ｉｆが決定されるので、燃料電池車両２０等、燃料電池２２を含むシステムでは、通常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が、コンバータ制御部５４を含むＶＣＵ２３のフィードバック制御の目標電圧（目標値）に設定される。すなわち、ＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では、２次電圧Ｖ２を目標電圧に制御する２次電圧制御モードが該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードとして設定される。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。
【００５０】
ただし、ダウンバータ４２とバッテリ２４間の電力線１８の断線故障等によりバッテリ２４が開放状態にされる等、バッテリ２４（第１電力装置）が故障とみなされる特殊な場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードは、１次電圧Ｖ１がＶＣＵ２３によるフィードバック制御の目標電圧とされる１次電圧制御モードに設定される（切り替えられる）。
【００５１】
また、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、又はバッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値（電流制限値）Ｉｔｈｓｋを上回る値となったときには、バッテリ２４の劣化を防止すること、ヒューズ２５の溶断を防止すること、並びにリアクトル９０の飽和を防止することのために、２次電圧制御モード（又は１次電圧制御モード）から１次電流Ｉ１を目標電流とする制御（電流上限制限制御あるいは電流制限モード）に切り替わる（設定される）。なお、電圧センサ６１の検出電圧によりバッテリ２４が短絡されたことをコンバータ制御部５４が検出したときには、１次電流Ｉ１を目標電流とする制御は行わないのでヒューズ２５が溶断し、バッテリ２４を保護する。
【００５２】
従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６には、前記１次電圧制御モード、前記２次電圧制御モード及び前記電流制限モードのうち少なくとも２つの制御モードが動作モードとして設定され、該ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、設定された動作モードに従って動作する。なお、設定された前記各動作モードに関して、一方の動作モードから他方の動作モードに切り替えるための判断（制御）処理は、後述するように、コンバータ制御部５４（又は統括制御部５６）にて行われる。
【００５３】
図３Ａ〜図３Ｃは、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ３６の各動作モード（１次電圧制御モード、２次電圧制御モード及び電流制限モード）におけるコンバータ制御部５４内の機能ブロック図を示す。
【００５４】
すなわち、図３Ａ〜図３Ｃは、コンバータ制御部５４における駆動信号ＵＨ、ＵＬのデューティ（駆動デューティ）の設定に関わる機能ブロック図であって、図３Ａは、前記動作モードが２次電圧制御モードである場合を示し、図３Ｂは、前記動作モードが１次電圧制御モードである場合を示し、図３Ｃは、前記動作モードが電流制限モードである場合を示している。
【００５５】
図３Ａの２次電圧制御モードにおいて、コンバータ制御部５４は、減算部１００、比例積分微分（ＰＩＤ）演算部１０２、除算部１０４、加算部１０６及び駆動デューティ設定部１０８から構成され、ＰＩＤ演算部１０２は、ＰＩＤ処理部１１０及び積分項（Ｉ項）再設定処理部１１２を有する。
【００５６】
減算部１００は、２次電圧Ｖ２の目標電圧と、電圧センサ６３にて検出された２次電圧Ｖ２との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、前記偏差を用いたＰＩＤ制御により前記目標電圧に応じた駆動デューティのフィードバック項（Ｆ／Ｂ項）を算出し、算出した前記Ｆ／Ｂ項を加算部１０６に出力する。除算部１０４は、電圧センサ６１にて検出された１次電圧Ｖ１を前記目標電圧で除したものを前記駆動デューティのフィードフォワード項（Ｆ／Ｆ項）として加算部１０６に出力する。加算部１０６は、前記Ｆ／Ｂ項と前記Ｆ／Ｆ項との和を駆動デューティ設定部１０８に出力する。駆動デューティ設定部１０８は、入力された前記Ｆ／Ｂ項及び前記Ｆ／Ｆ項に基づいて駆動信号ＵＨ、ＵＬの駆動デューティを計算し、計算した前記駆動デューティを出力する。
【００５７】
Ｉ項再設定処理部１１２は、所定時間間隔（例えば、コンバータ制御部５４の処理周期）毎に、現在（今回）の制御モードと前回の制御モードとを比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わったか否かを判断する。
【００５８】
この場合、Ｉ項再設定処理部１１２は、前記動作モードが切り替わった（１次電圧制御モード又は電流制限モードから２次電圧制御モードに切り替わった）ことを判断した際に、前回の制御モードの駆動デューティ（前回の駆動デューティ）に応じた積分項（Ｉ項）を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）する。ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項を、今回のＩ動作におけるＩ項とみなしてＰＩＤ制御を行う。
【００５９】
従って、ＰＩＤ処理部１１０から出力される前記Ｆ／Ｂ項は、前記前回の駆動デューティに応じたＦ／Ｂ項であり、駆動デューティ設定部１０８から出力される今回の駆動デューティは、前記前回の駆動デューティに応じた駆動デューティとなる。すなわち、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に対して、前記前回の駆動デューティに応じたＩ項が再設定されることにより、駆動デューティ設定部１０８から出力される前記今回の駆動デューティは、前記前回の駆動デューティと略等しくなる（前回の駆動デューティ≒今回の駆動デューティ）。
【００６０】
ここで、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に再設定されるＩ項（Ｉ項設定値）及び切替直後における今回の制御モードの駆動デューティ（今回の駆動デューティ）は、下記の（１）式及び（２）式で表わされる。
（Ｉ項設定値）＝（前回の駆動デューティ）−（今回のＦ／Ｆ項）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項） （１）
（今回の駆動デューティ）＝（今回のＦ／Ｆ項）＋（今回のＰ項）
＋（今回のＩ項）＋（今回のＤ項）
＝（今回のＦ／Ｆ項）＋（今回のＰ項）
＋｛（前回の駆動デューティ）−（今回のＦ／Ｆ項）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項）｝＋（今回のＤ項）
＝（前回の駆動デューティ） （２）
【００６１】
なお、前記（１）式及び（２）式において、「前回」は動作モードの切替直前をいい、「今回」は動作モードの切替直後をいう。また、「Ｐ項」は、ＰＩＤ動作における比例項をいい、「Ｄ項」は、ＰＩＤ動作における微分項をいう。
【００６２】
また、図３Ｂに示す１次電圧制御モードにおいて、コンバータ制御部５４は、図３Ａの２次電圧制御モードの場合と同様に、減算部１００、ＰＩＤ演算部１０２、除算部１０４、加算部１０６及び駆動デューティ設定部１０８を有する点では共通しているが、下記の点が異なる。
【００６３】
すなわち、減算部１００は、１次電圧Ｖ１の目標電圧と、電圧センサ６１にて検出された１次電圧Ｖ１との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。除算部１０４は、前記目標電圧を前記２次電圧Ｖ２で除したものをＦ／Ｆ項として加算部１０６に出力する。Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わった（２次電圧制御モード又は電流制限モードから１次電圧制御モードに切り替わった）ことを判断した際には、前回の駆動デューティに応じたＩ項を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）する。
【００６４】
なお、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力されるＩ項設定値及び切替直後における今回の駆動デューティは、切替後の動作モードが１次電圧制御モードであっても、前述の（１）式及び（２）式でそれぞれ表わされる。
【００６５】
さらに、図３Ｃに示す電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、図３Ａの２次電圧制御モード及び図３Ｂの１次電圧制御モードの場合とは異なり、Ｆ／Ｆ項を出力する除算部１０４や、加算部１０６を有しない。また、下記の点も異なる。
【００６６】
すなわち、減算部１００は、１次電流Ｉ１の目標電流と、電流センサ６２にて検出された１次電流Ｉ１との偏差を算出してＰＩＤ処理部１１０及びＩ項再設定処理部１１２に出力する。ＰＩＤ処理部１１０は、前記偏差を用いたＰＩＤ制御により前記目標電流に応じたＦ／Ｂ項を算出し、算出した前記Ｆ／Ｂ項を駆動デューティ設定部１０８に出力する。駆動デューティ設定部１０８は、前記Ｆ／Ｂ項に基づいて駆動デューティを計算し、計算した前記駆動デューティを出力する。
【００６７】
この場合、Ｉ項再設定処理部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わった（１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードに切り替わった）ことを判断した際には、前回の駆動デューティに応じたＩ項を算出し、算出した前記Ｉ項を今回の駆動デューティにおけるＩ項としてＰＩＤ処理部１１０に出力する。
【００６８】
ここで、前記電流制限モードにおいて、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力（再設定）されるＩ項設定値及び切替直後における今回の駆動デューティは、下記の（３）式及び（４）式で表わされる。
（Ｉ項設定値）＝（前回の駆動デューティ）−（今回のＰ項）
−（今回のＤ項） （３）
（今回の駆動デューティ）＝（今回のＰ項）＋（今回のＩ項）
＋（今回のＤ項）
＝（今回のＰ項）＋｛（前回の駆動デューティ）
−（今回のＰ項）−（今回のＤ項）｝＋（今回のＤ項）
＝（前回の駆動デューティ） （４）
【００６９】
なお、上述したＩ項設定値は、Ｉ項再設定処理部１１２にてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードが切り替わったと判定したときに該Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０に出力されるものであり、前記動作モードの切替がないと判定された場合には、前記Ｉ項設定値はＰＩＤ処理部１１０に出力されることはなく、従って、ＰＩＤ処理部１１０は、前記Ｉ項設定値の入力がないときには、現在のＩ項に基づいてＰＩＤ演算を行う。
【００７０】
この実施形態に係る燃料電池車両２０は、基本的には以上のように構成され且つ動作するものであり、次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードの切替に関わる燃料電池車両２０の動作について、図１〜図６を参照して説明する。
【００７１】
電力線１８の断線が発生せず、あるいは、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅが閾値Ｉｔｈｓｅを上回る値又はバッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋを上回る値ではない、通常時には、前述した２次電圧制御モードが実施される。
【００７２】
この２次電圧制御モードにおいて、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。
【００７３】
図４は、２次電圧制御モードでの処理の詳細を示している。ステップＳ１１において、統括制御部５６により、それぞれが負荷要求であるモータ２６の電力要求と補機４４の電力要求とエアコンプレッサ３０の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ１２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定し、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２に指令を与える。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率ηが考慮される。
【００７４】
次いで、ステップＳ１３において、統括制御部５６により決定された燃料電池分担負荷量（実質的に、コンバータ制御部５４に対する発電電圧Ｖｆの指令電圧Ｖ２ｃｏｍが含まれる。）Ｌｆが通信線７０を通じてコンバータ制御部５４に指令として送信される。
【００７５】
燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、２次電圧Ｖ２、換言すれば、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが、統括制御部５６から指令された指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング素子８１、８２の駆動デューティ（駆動信号ＵＨ、ＵＬのオンデューティ）を制御する。この場合、駆動デューティは、図３Ａに示す２次電圧制御モードにおけるコンバータ制御部５４の構成によって制御（算出）される。すなわち、ステップＳ１４において、２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍとなるように昇圧動作又は降圧動作が行われる。なお、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３６の如き回路構成における昇圧動作又は降圧動作については、周知であるので、その詳細な説明については省略する。
【００７６】
また、ＦＣ制御部５０及びモータ制御部５２も統括制御部５６からの指令に応じて所定の処理を実行する。
【００７７】
さらに、統括制御部５６に対して、ＦＣ制御部５０、コンバータ制御部５４及びモータ制御部５２から制御結果が逐次報告される。
【００７８】
そして、この実施形態では、上記の処理中に、スイッチング素子８１、８２のスイッチング周期２π毎に、コンバータ制御部５４は、電力線１８の断線の可能性検出処理を行う。
【００７９】
この電力線１８の断線検出処理では、電圧センサ６１により検出される１次電圧Ｖ１の変化速度（上昇速度又は下降速度）ＶＳ１［Ｖ／ｓ］（［Ｖ／ｓ］＝［ボルト／秒］）を検出（算出）する。
【００８０】
この場合、バッテリ２４からバッテリ電流Ｉｂａｔが放電電流として流れ出しているときに電力線１８が断線すると、１次電圧Ｖ１は急激に減少を開始し、一方で、バッテリ２４に対してバッテリ電流Ｉｂａｔが充電電流として流れ込んでいるときに電力線１８が断線すると、１次電圧Ｖ１は急激に上昇を開始する。
【００８１】
そこで、コンバータ制御部５４では、１次電圧Ｖ１の変化速度Ｖ１ｓが、閾値速度ＶＳｒｅｆより大きい場合には、電力線１８に断線が発生したと推定して（断線の可能性があるものとして）、直ちに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードを２次電圧制御モード（図３Ａ参照）から１次電圧制御モード（図３Ｂ参照）に切り替える。
【００８２】
なお、閾値速度ＶＳｒｅｆは、例えば、設計開発時に、１次電圧Ｖ１の上昇速度と下降速度の双方で、シミュレーション及び実験による追試により値が予め定められる。この場合、現在の１次電流Ｉ１とバッテリ電流Ｉｂａｔの値、並びに補機４４の負荷に応じて上昇・下降変化速度の各閾値速度ＶＳｒｅｆの表（マップ）を作成しておくこともできる。
【００８３】
また、コンバータ制御部５４は、１次電圧Ｖ１の変化速度ＶＳ１が閾値速度ＶＳｒｅｆを超えた場合、電力線１８が断線したものと推定して、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えることも可能である。そして、コンバータ制御部５４は、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに切り替えた旨を統括制御部５６に通知する。
【００８４】
図５Ａ及び図５Ｂは、制御モードの切替前後（ここでは、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替の前後）における駆動デューティの時間的変化を模式的に示すグラフであり、図６は、前記切替前後における１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２の時間的変化を模式的に示すグラフである。
【００８５】
なお、図５Ａ〜図６において、時刻ｔ２０は、制御モードが切り替わる時刻である。また、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、左側のグラフは、時刻ｔ２０の前後において、Ｉ項再設定処理部１１２（図３Ｂ参照）によるＩ項の再設定処理が行われない場合を示し、右側のグラフは、前記Ｉ項の再設定処理が行われる場合を示している。
【００８６】
図５Ａ及び図５Ｂにおいて、Ｉ項の再設定処理が行われない場合に、駆動デューティの時間的変化を示す直線１２０及び曲線１２４は、時刻ｔ２０の前後において不連続となる。すなわち、直線１２０において、時刻ｔ２０前の制御モード（切替前の制御モード）に応じた直線１２０ａと、時刻ｔ２０後の制御モード（切替後の制御モード）に応じた直線１２０ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。また、曲線１２４において、時刻ｔ２０前の制御モード（切替前の制御モード）に応じた曲線１２４ａと、時刻ｔ２０後の制御モード（切替後の制御モード）に応じた曲線１２４ｂとが、時刻ｔ２０の前後で不連続となっている。これは、時刻ｔ２０前の制御モード（２次電圧制御モード）と、時刻ｔ２０後の制御モード（１次電圧制御モード）との間では、制御対象（１次電圧Ｖ１、２時電圧Ｖ２）が互いに異なることから、それぞれ異なる目標電圧に応じた駆動デューティにて制御が行われることに起因している。
【００８７】
これに対して、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、Ｉ項の再設定処理が行われる場合には、駆動デューティの時間的変化を示す直線１２２及び曲線１２６は、時刻ｔ２０の前後において連続している。
【００８８】
すなわち、直線１２２において、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（切替前の制御モードの駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（切替後の制御モードの駆動デューティ）とは一致しており、該直線１２２は、時刻ｔ２０の前後で連続している。また、曲線１２６についても、時刻ｔ２０直前の駆動デューティ（切替前の制御モードの駆動デューティ）と、時刻ｔ２０直後の駆動デューティ（切替後の制御モードの駆動デューティ）とは一致し、該曲線１２６は、時刻ｔ２０の前後で連続している。
【００８９】
これは、図３Ｂに示すように、Ｉ項再設定処理部１１２は、時刻ｔ２０の前後で前記動作モードが切り替わったか否かを判断して、切り替わったことを判断した場合には、切替直後の動作モード（１次電圧制御モード）の駆動デューティが切替前の動作モード（２次電圧制御モード）の駆動デューティとなるように、前記切替前の動作モードの駆動デューティに応じたＩ項を出力し、さらに、ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項を、前記切替直後のＰＩＤ制御におけるＩ項とみなしてＦ／Ｂ項の算出処理を行うためである。
【００９０】
これにより、駆動デューティ設定部１０８は、前記Ｉ項に応じた駆動デューティ、すなわち、前記切替前の制御モードの駆動デューティに応じた駆動デューティを、切替後の制御モードの駆動デューティとして出力する。この結果、図６に示すように、時刻ｔ２０までは２次電圧制御モード（２次電圧Ｖ２の曲線１３０を目標電圧の直線１３２に一致させる制御）を行っていたものを、時刻ｔ２０において１次電圧制御モード（１次電圧Ｖ１の曲線１３４を目標電圧の直線１３６に一致させる制御）に切り替えた際に、時刻ｔ２０の前後で駆動デューティを連続させるようにしたので（図５Ａ及び図５Ｂ参照）、１次電圧Ｖ１を目標電圧に短時間で且つ確実に一致させることが可能となる。
【００９１】
この場合、コンバータ制御部５４では、時刻ｔ２０以降、直線１２２及び曲線１２６が速やかに切替後の制御モードにおける本来の直線１２０ｂ及び曲線１２４ｂと一致するように、駆動デューティの演算処理を行う。すなわち、時刻ｔ２０以降は制御モードの切替がないので、Ｉ項再設定処理部１１２からＰＩＤ処理部１１０へのＩ項設定値の出力はなく、従って、ＰＩＤ処理部１１０は、現在のＩ項に基づいてＰＩＤ演算を行う。
【００９２】
なお、図６において、曲線１３８及び１４０は、いずれも、上記のＩ項の再設定処理を行わない場合を示しており、時刻ｔ２０の直後において、オーバーシュート（曲線１３８）及びアンダーシュート（曲線１４０）の電圧変動が発生している。
【００９３】
また、統括制御部５６は、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードに移行し開始した旨の通知をコンバータ制御部５４から受け取った時点から数秒（２〜３秒から５〜６秒ほどの時間）の経過を待ち、断線確定判定を行う。この場合、統括制御部５６は、その数秒の間、例えば、補機電流Ｉａｕが全て１次電流Ｉ１により賄われている（Ｉａｕ≒Ｉ１）と判定した場合には電力線１８が断線したことを確定する。
【００９４】
その一方で、統括制御部５６は、前記数秒経過中の間で、例えば、補機電流Ｉａｕがバッテリ電流Ｉｂａｔでも賄われている｛Ｉａｕ＝Ｉｂａｔ＋Ｉ１（Ｉ１＝０の場合も含む。）｝と判定した場合には前記断線可能性が誤りであると確定判定し、現在の１次電圧制御モードから２次電圧制御モードに切り替える。この切替時においても、Ｉ項再設定処理部１１２は、切替時刻の前後において、切替前の１次電圧制御モードの駆動デューティと切替直後の２次電圧制御モードの駆動デューティとが一致するようなＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力する。
【００９５】
また、前記２次電圧制御モード（図３Ａ参照）中に、バッテリ２４から流れ出すソース電流Ｉｂｓｅの値が閾値Ｉｔｈｓｅを上回る値となったとき、あるいは、バッテリ２４に流れ込むシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｋを上回る値となったときに、コンバータ制御部５４は、バッテリ２４が劣化するおそれがあるか、ヒューズ２５が溶断するおそれがあるか、あるいは、リアクトル９０が飽和するおそれがあるものと判断し、該２次電圧制御モードを中断して、ソース電流Ｉｂｓｅ又はシンク電流Ｉｂｓｋの値が閾値Ｉｔｈｓｅ又はＩｔｈｓｋに保持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する電流制限モード（図３Ｃ参照）に切り替える。
【００９６】
この場合でも、コンバータ制御部５４のＩ項再設定処理部１１２は、切替時刻の前後において、切替前の２次電圧制御モードの駆動デューティと切替直後の電流制限モードの駆動デューティとが一致するようなＩ項をＰＩＤ処理部１１０に出力し、該ＰＩＤ処理部１１０は、入力された前記Ｉ項に基づいてＰＩＤ制御を行う。また、電流制限モードへの切替後に、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、電流制限の必要性がなくなったものと判断した場合には、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する（切り替える）。
【００９７】
例えば、ソース電流Ｉｂｓｅに対する電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が統括制御部５６からの指令電圧Ｖ２ｃｏｍを上回ったときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。また、シンク電流Ｉｂｓｋに対する電流制限モードにおいて、コンバータ制御部５４は、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が指令電圧Ｖ２ｃｏｍを下回ったときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。あるいは、コンバータ制御部５４は、電流制限モードへの切替後に、２次電圧Ｖ２を監視して、該２次電圧Ｖ２が切替前の２次電圧Ｖ２にまで増加したときに、電流制限の必要性がなくなったものと判断し、電流制限モードでの制御から２次電圧制御モードでの制御に復帰する。
【００９８】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードの切替時に、切替前後の駆動デューティに連続性を持たせることにより、前記動作モードの切替直後における１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を抑制することが可能となる。
【００９９】
また、前記動作モードの切替時に、切替前後の駆動デューティが略等しくなるように、切替後の動作モードにおけるＩ項を設定すれば、前記動作モードの切替前後における前記駆動デューティの唐突な変化（急変）を確実に防止することができ、この結果、切替直後における１次電圧Ｖ１、２次電圧及び１次電流Ｉ１の変動を効率よく抑制することが可能となる。
【０１００】
また、前述した（１）式及び（３）式に基づいてＩ項を再設定すれば、切替直後の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を確実に抑制できるので、ＰＩＤ動作により１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１が制御されるＤＣ／ＤＣコンバータに、この実施形態を容易に適用することができる。
【０１０１】
さらに、この実施形態は、フィードフォワード制御が行われるＤＣ／ＤＣコンバータや、ＰＩＤ動作及びフィードフォワード制御が行われるＤＣ／ＤＣコンバータにも適用可能である。すなわち、この実施形態において、コンバータ制御部５４は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を行うように構成されているが、除算部１０４を省略して、フィードバック制御のみ行うように該コンバータ制御部５４を構成しても、上述した効果が得られる。
【０１０２】
さらにまた、電力線１８の断線の可能性の有無に基づいて、１次電圧制御モードから２次電圧制御モードへの切替又は２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替を行うか、あるいは、ソース電流Ｉｂｓｅ又はシンク電流Ｉｂｓｋが閾値Ｉｔｈｓｅ又はＩｔｈｓｋを上回る値となるか否かに基づいて、１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードへの切替を行い、さらに、電流制限モードへの切替後に、１次電圧Ｖ１又は２次電圧Ｖ２を監視して電流制限モードでの制御から１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードでの制御に復帰する（切り替える）ようにしてもよい。
【０１０３】
これにより、２次電圧制御モードから１次電圧制御モードへの切替後にＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作モードを２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。また、前記動作モードが１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードから電流制限モードに切り替わった場合でも、電流制限モードから１次電圧制御モード又は２次電圧制御モードに速やかに復帰させることが可能となる。
【０１０４】
さらにまた、動作モードの切替時における１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動を確実に抑制することができることから、バッテリ２４、モータ２６及び燃料電池２２の長寿命化を実現することが可能となる。特に、燃料電池２２については、１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２及び１次電流Ｉ１の変動に伴う燃料電池２２のスタック構造の劣化を確実に防止することが可能となるので、該燃料電池２２の長寿命化を容易に実現することができる。
【０１０５】
この実施形態は、上述した１相の相アームＵＡが配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ３６を備えるＶＣＵ２３に限らず、２相以上の複数の相の相アームが配置されたＤＣ／ＤＣコンバータを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置にも適用可能である。すなわち、この実施形態は、相アームの相数に関わりなく、上述の効果を奏することができる。
【０１０６】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。
【図２】燃料電池の電流電圧特性の説明図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータの各動作モードに対応するコンバータ制御部の機能ブロック図である。
【図４】コンバータ制御部により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの基本動作についての説明に供されるフローチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、制御モードの切替前後における駆動デューティの時間的変化を模式的に示すグラフである。
【図６】制御モードの切替前後における１次電圧及び２次電圧の時間的変化を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
２０…燃料電池車両 ２２…燃料電池
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（ＶＣＵ）
２４…蓄電装置（バッテリ） ２６…モータ
３４…インバータ ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４…コンバータ制御部 ５６…統括制御部
１００…減算部 １０２…ＰＩＤ演算部
１０４…除算部 １０６…加算部
１０８…駆動デューティ設定部 １１０…ＰＩＤ処理部
１１２…Ｉ項再設定処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、スイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）を制御する１次電圧制御モードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）を制御する２次電圧制御モードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードと、
のうち、少なくとも２つのモードを動作モードとして備え、
前記少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが連続している
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記各動作モードにおいて、積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
請求項２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記各動作モードにおいて、前記フィードバック制御の積分項を設定し、
前記動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが略等しくなるように、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記各動作モードにおいて比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、
前記動作モードの切替時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと、切替後の前記動作モードにおける比例項及び微分項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項４記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードである場合に、前記１次電圧又は前記２次電圧を目標電圧に設定するためのフィードフォワード制御をさらに行う
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項６】
請求項５記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードに切り替わる時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと、切替後の前記動作モードにおける前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記第１電力装置側での断線の可能性の有無に基づいて、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、
あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧又は前記２次電圧を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、
前記第１電力装置は、補機に接続され、且つ前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、
前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、該電動機を駆動するインバータに接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記インバータに発生する回生電圧を前記２次電圧とする
ことを特徴とする電気車両。
【請求項９】
請求項８記載の電気車両において、
前記発電装置が、燃料電池である
ことを特徴とする電気車両。
【請求項１０】
第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、スイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）を制御する１次電圧制御モード、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）を制御する２次電圧制御モード、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードのうち、少なくとも２つのモードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとして設定し、
設定した前記少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティを連続させる
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項１】
第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、スイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）を制御する１次電圧制御モードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）を制御する２次電圧制御モードと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードと、
のうち、少なくとも２つのモードを動作モードとして備え、
前記少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが連続している
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、前記各動作モードにおいて、積分動作を含むフィードバック制御により前記デューティを設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
請求項２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記各動作モードにおいて、前記フィードバック制御の積分項を設定し、
前記動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティが略等しくなるように、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記各動作モードにおいて比例動作、前記積分動作及び微分動作を含む前記フィードバック制御を行い、
前記動作モードの切替時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと、切替後の前記動作モードにおける比例項及び微分項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項４記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードである場合に、前記１次電圧又は前記２次電圧を目標電圧に設定するためのフィードフォワード制御をさらに行う
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項６】
請求項５記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記動作モードが前記第１電圧制御モード又は前記第２電圧制御モードに切り替わる時に、切替前の前記動作モードにおけるデューティと、切替後の前記動作モードにおける前記比例項、前記微分項及び前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項との差に基づいて、切替後の前記動作モードにおける前記積分項を設定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
前記第１電力装置側での断線の可能性の有無に基づいて、前記１次電圧制御モードから前記２次電圧制御モードへの切替又は前記２次電圧制御モードから前記１次電圧制御モードへの切替を行うか、
あるいは、前記電流の値が前記閾値を上回るか否かに基づいて、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードから前記電流制限モードへの切替を行い、さらに、前記電流制限モードへの切替後に、前記１次電圧又は前記２次電圧を監視して前記電流制限モードでの制御から前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードでの制御に復帰する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、
前記第１電力装置は、補機に接続され、且つ前記１次電圧を発生する蓄電装置であり、
前記第２電力装置は、車輪を回転させる電動機と、該電動機を駆動するインバータに接続され且つ発電電圧を発生する発電装置とを有し、前記発電電圧又は前記電動機が発電機として動作したときに前記インバータに発生する回生電圧を前記２次電圧とする
ことを特徴とする電気車両。
【請求項９】
請求項８記載の電気車両において、
前記発電装置が、燃料電池である
ことを特徴とする電気車両。
【請求項１０】
第１電力装置と第２電力装置との間に配置され、スイッチング素子を所定のデューティで駆動するＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１電力装置側の電圧（以下、１次電圧という。）を制御する１次電圧制御モード、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第２電力装置側の電圧（以下、２次電圧という。）を制御する２次電圧制御モード、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記第１電力装置と前記第２電力装置との間を流れる電流の値が閾値を上回らないように、前記１次電圧又は前記２次電圧を制御する電流制限モードのうち、少なくとも２つのモードを前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードとして設定し、
設定した前記少なくとも２つの動作モードの切替時に、切替前後の前記デューティを連続させる
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
【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２００９−２０１３１８（Ｐ２００９−２０１３１８Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４２９４４（Ｐ２００８−４２９４４）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]