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】デューティの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことを可能とする。
【解決手段】駆動デューティＤＨを上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを下限値に制限する場合に、Ｉ項再設定処理部１１６は、ＰＷＭ処理部１１２からの前記上限値又は前記下限値を示すリミット値通知信号Ｓｌに基づいて、前記上限値又は前記下限値に応じた補正デューティΔＤｉを逆算して求め、求めた補正デューティΔＤｉをＩ項成分の再設定値としてＰＩＤ処理部１１４に出力する。
【解決手段】駆動デューティＤＨを上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを下限値に制限する場合に、Ｉ項再設定処理部１１６は、ＰＷＭ処理部１１２からの前記上限値又は前記下限値を示すリミット値通知信号Ｓｌに基づいて、前記上限値又は前記下限値に応じた補正デューティΔＤｉを逆算して求め、求めた補正デューティΔＤｉをＩ項成分の再設定値としてＰＩＤ処理部１１４に出力する。
【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たＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリ（第１電力装置）と燃料電池（第２電力装置）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ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に並列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、前記電気車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を所定のデューティにて駆動する際に、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調整する。
【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、デバイスに所定の駆動信号を供給して該デバイスを駆動する際に、前記デバイスの安全性や制御性を確保する観点から、前記駆動信号の大きさを所定の上限値と下限値との間に制限することが一般的に広く行われている。従って、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置においても、フィードバック制御により調整したデューティが上限値以上又は下限値以下であれば、該デューティを前記上限値又は前記下限値に制限し、制限した前記デューティにてスイッチング素子を駆動することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、前記デューティの目標値（目標デューティ）が前記上限値以上又は前記下限値以下である場合に、制限した前記デューティと、前記目標デューティとを用いて前記フィードバック制御を行うと、制限した前記デューティと前記目標デューティとの偏差を０にすることができなくなり、この結果、前記フィードバック制御の積分項の値が増加又は減少し続けることになる。
【０００７】
そこで、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限時に、前記積分項の値を所定値に保持した状態で前記フィードバック制御を行えば、前記積分項の値の増加又は減少を防止することが可能になると想定される。
【０００８】
ところが、前記所定値への保持がなければ前記上限値と前記下限値との間にデューティが納まって、本来ならば、上記の制限が不要となる（解除できる）ような場合でも、前記積分項の値が前記所定値に強制的に保持されていれば、前記デューティは、前記上限値以上又は前記下限値以下となって、前記上限値又は前記下限値に設定されてしまうので、上述した制限状態から速やかに復帰（抜け出す）することができないおそれがある。
【０００９】
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、デューティの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となるＤＣ／ＤＣコンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、並びに、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法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】
【００１０】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、
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有するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を所定のデューティにて駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、
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調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、
積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限することを特徴としている。
【００１２】
これらの発明によれば、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるように前記積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。
【００１３】
ここで、前記制御部は、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、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更することが好ましい。
【００１４】
また、前記制御部は、前記フィードバック制御と、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。）又は前記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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、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前記積分項を変更することが好ましい。
【００１５】
さらに、前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限することが好ましい。
【００１６】
従って、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含む前記フィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記フィードバック制御と前記フィードフォワード制御とを併用するＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードを前記動作モードとして備える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】
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該第１電力装置側の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、駆動回路を介して前記電動機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駆動回路に発生する回生電圧を前記第２電力装置側の電圧とすることを特徴としている。
【００１８】
前記電気車両に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載することにより、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置の効果が容易に得られる。
【００１９】
すなわち、前記デューティの制限中は、前記デューティを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、前記第２電力装置側の電圧を速やかに目標電圧に制御することが可能となる。
【００２０】
また、前記上限値が前記発電装置における高出力状態での閾値である場合に、前記デューティが前記上限値に長時間保持され続けると、前記発電装置が前記高出力状態に維持され続けるので、該発電装置が劣化するか、あるいは、前記電気車両の効率が低下する原因となる。一方、前記下限値が過電圧状態での閾値である場合に、前記デューティが前記下限値に長時間保持されると、前記過電圧状態が維持され続けるので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される部品の劣化や故障の原因となる。
【００２１】
従って、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記発電装置の劣化や、前記電気車両の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。
【００２２】
そして、前記発電装置が燃料電池である場合に、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記燃料電池を構成するセルの劣化を確実に防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、デューティを上限値又は下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるようにフィードバック制御の積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態に係るハイブリッド直流電源システム１０が適用された一実施形態に係る燃料電池車両（電気車両）２０の回路図である。
【００２６】
ハイブリッド直流電源システム１０は、基本的には、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（以下、バッテリともいう。）２４（第１電力装置）と、このバッテリ電圧Ｖｂａｔより高い電圧である発電電圧Ｖｆを発生する発電装置としての燃料電池２２（第２電力装置）と、バッテリ２４と燃料電池２２との間に配置され電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、統括制御部５６（上位制御部）から供給される電圧指令値に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の電圧制御目標値を設定し、バッテリ２４と燃料電池２２との間での前記電圧変換を制御するコンバータ制御部５４とから構成される。
【００２７】
ここで、コンバータ制御部５４とＤＣ／ＤＣコンバータ３６とは、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと、燃料電池２２及びモータ２６（インバータ３４）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を構成する。
【００２８】
燃料電池車両２０は、前記のハイブリッド直流電源システム１０と、このハイブリッド直流電源システム１０からモータ電流Ｉｍ（電力）がインバータ（駆動回路）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、から構成される。
【００２９】
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。
【００３０】
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と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）と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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、余剰電力があればバッテリ電流Ｉｂａｔ（充電電流Ｉｂｃ）としてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。
【００３３】
１次側１Ｓに電力ケーブル１８を通じて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。
【００３４】
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（放電電流Ｉｂｄ）を流し出す。
【００３５】
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との合成電流である。
【００３６】
バッテリ２４の正極側の出力端には、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。バッテリ２４の負極側の線路と、図１中、１次側１Ｓが指すバッテリ２４の正極側に繋がる線路との間が短絡された場合には、ヒューズ２５は、バッテリ２４を保護するために溶断する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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と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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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｛バッテリ電流Ｉｂａｔ（放電電流Ｉｂｄ又は充電電流Ｉｂｃ）｝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。
【００４４】
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との配分（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。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４と、燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）との間に接続される、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１と並列ダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２と並列ダイオード８４）とからなる相アーム（単相アーム）ＵＡと、リアクトル９０とから構成される。
【００４６】
上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２とは、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等で構成される。
【００４７】
リアクトル９０は、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ために、前記上アーム素子及び前記下アーム素子の接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。
【００４８】
上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部５４から出力される駆動信号（駆動電圧）ＵＨによりオン又はオフされ、下アームスイッチング素子８２は、駆動信号（駆動電圧）ＵＬによりオン又はオフされる。
【００４９】
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、バッテリ２４の開放電圧ＯＣＶをＯＣＶ≒Ｖ１と描いている。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、例えば１００［％］にされ、下アームスイッチング素子８２の駆動信号ＵＬのデューティは、例えば０［％］にされる。直結状態において、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる充電方向（回生方向）の場合には、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へ電流が流れる力行方向の場合には、ダイオード８３を通じて電流が流れる。
【００５３】
従って、この直結状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では電圧変換がなされない。なお、上述したように、厳密には、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間以上の時間オン駆動されないと、実際に下アームスイッチング素子８２がオンにならないので、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間より短いオン時間で駆動された場合には、駆動信号ＵＬのデューティが０［％］（駆動信号ＵＨのデューティが１００［％］）になる前に直結状態となる。
【００５４】
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。
【００５５】
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）｝。
【００５６】
具体的に、燃料電池２２は、発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出される電流である発電電流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。
【００５７】
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電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（図３参照）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。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。
【００５８】
図３は、２次電圧制御モード時（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図である。
【００５９】
この２次電圧制御モードでは、統括制御部５６で演算された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが制限部１０２に供給される。制限部１０２は、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが時間的にステップ状に変化する場合（図５Ａ及び図６Ａの特性１２２）に、レートリミット機能により電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに変換し（図５Ａ及び図６Ａの特性１２４）、変換した電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを演算点１０４に加算信号として供給すると共に、演算点１１０に除算信号として供給する。
【００６０】
また、電圧センサ６１（図１参照）で検出された１次電圧Ｖ１が演算点１１０に乗算信号として供給され、一方で、電圧センサ６３で検出された２次電圧Ｖ２が演算点１０４に減算信号として供給される。
【００６１】
演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒと、２次電圧Ｖ２との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ２−Ｖ２ｔａｒ）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力する。ＰＩＤ処理部１１４は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）動作部であり、偏差ｅをデューティの補正値である補正デューティΔＤに変換し、変換した補正デューティΔＤを加算信号として演算点１０８に供給する。なお、補正デューティΔＤは、下記の（１）式に示すように、Ｐ項成分による補正デューティΔＤｐと、Ｉ項成分による補正デューティΔＤｉと、Ｄ項成分による補正デューティΔＤｄとの合成値である。
ΔＤ＝ΔＤｐ＋ΔＤｉ＋ΔＤｄ （１）
【００６２】
演算点１１０は、１次電圧Ｖ１から電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ）を加算信号として演算点１０８に供給する。
【００６３】
演算点１０８は、一方の入力である補正デューティΔＤと、他方の入力である基準デューティＤｓとを加算して、加算結果としての駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ＋ΔＤ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）をＰＷＭ処理部１１２に出力し、ＰＷＭ処理部１１２は、駆動デューティＤに基づき、上アームスイッチング素子８１に駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）の駆動信号ＵＨを供給すると共に、下アームスイッチング素子８２に駆動デューティＤＬ｛ＤＬ＝１−（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）｝の駆動信号ＵＬを供給する。
【００６４】
この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、駆動デューティＤＨが所定の上限値（例えば、８０［％］）以上となる場合には、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、一方で、駆動デューティＤＬが所定の下限値（例えば、２０［％］）以下となる場合には、該駆動デューティＤＬを前記下限値に制限する。この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、前記上限値又は前記下限値を示すリミット値通知信号ＳｌをＰＩＤ演算部１０６のＩ項再設定処理部１１６に出力する。なお、前記上限値とは、例えば、前述した８０［％］の駆動デューティＤＨであり、前記下限値とは、２０［％］の駆動デューティＤＬである。
【００６５】
Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、駆動デューティＤＨが前記上限値に制限されたか、あるいは、駆動デューティＤＬが前記下限値に制限されたと判断し、補正デューティΔＤのＩ項成分である補正デューティΔＤｉについて再設定処理を行う。
【００６６】
すなわち、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの示す前記上限値又は前記下限値（以下、リミット値ともいう。）とに基づいて、ＰＩＤ処理部１１４にて今回算出する補正デューティΔＤが前記リミット値となるように（今回のΔＤ＝リミット値）、今回のΔＤのＩ項成分（今回のΔＤｉ）を逆算して求め、求めた今回のΔＤｉをＰＩＤ処理部１１４での今回のＰＩＤ動作（補正デューティΔＤの算出）におけるＩ項成分として該ＰＩＤ処理部１１４に出力（再設定）する。
【００６７】
ＰＩＤ処理部１１４は、入力された補正デューティΔＤｉを、今回のＩ項成分とみなして補正デューティΔＤの算出処理を行う。従って、ＰＩＤ処理部１１４から出力される今回の補正デューティΔＤは、前記リミット値に応じた補正デューティΔＤとなる。
【００６８】
ここで、Ｉ項再設定処理部１１６からＰＩＤ処理部１１４に再設定される今回の補正デューティΔＤｉ、ＰＩＤ処理部１１４から演算点１０８に出力される今回の補正デューティΔＤ、及び、演算点１０８にて算出される今回の駆動デューティＤ（＝ＤＨ）は、下記の（２）式〜（４）式でそれぞれ表わされる。なお、「今回のＤｓ」とは、演算点１０８に今回のΔＤが入力されたときに、該演算点１０８に入力される基準デューティＤｓをいう。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
−（今回のＤｓ） （２）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（２）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値）−（今回のＤｓ） （３）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＋（今回のＤｓ）
＝｛（リミット値）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のＤｓ）
＝（リミット値） （４）
【００６９】
また、電圧センサ６１の電圧検出機能の失陥（故障）により、演算点１１０に１次電圧Ｖ１が入力されず、従って、コンバータ制御部５４における制御がフィードバック制御のみとなる場合に、上記の（２）式〜（４）式は、次の（５）式〜（７）式に変更される。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
（５）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（５）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値） （６）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＝（リミット値） （７）
【００７０】
なお、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力がなければ、上記のＩ項成分（今回のΔＤｉ）の再設定処理を行わないことは勿論である。
【００７１】
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、コンバータ制御部５４によるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御に関して、上述の２次電圧制御モードで制御する場合について、図４〜図１０を参照しながら説明する。
【００７２】
図４のステップ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。この場合、コンバータ制御部５４には、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが送出される。
【００７３】
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２次電圧指令値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。
【００７４】
この場合、燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、基本的に、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の各アームスイッチング素子８１、８２の駆動デューティを制御する（２次電圧制御モード）。
【００７５】
次に、一例として、駆動信号ＵＨのデューティＤＨを上限値（例えば、８０［％］）に制限する場合について、図５Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。
【００７６】
図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行わない場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。
【００７７】
また、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行った場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。
【００７８】
さらに、図５Ａ〜図６Ｃは、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するときのグラフであり、一方で、図７Ａ〜図８Ｃは、駆動デューティＤＨを制限状態から解除するときのグラフである。
【００７９】
なお、図５Ａ〜図８Ｃにおいて、フィードバック制御は、Ｐ動作及びＩ動作であり、Ｄ動作は行わないものとして説明する。
【００８０】
図５Ａに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、時間ｔの経過に伴って２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２をステップ状に変化させたときに、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４は、制限部１０２（図３参照）の動作により、時間ｔの変化に対して比較的に滑らかに変化する。この場合、２次電圧Ｖ２の特性１２０は、特性１２４に略追従して変化する。なお、図５Ａ中、参照数字１２６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。
【００８１】
一方、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、フィードフォワード項である基準デューティＤｓの特性１３０は、時間ｔの経過に伴って、上限値を示す特性１３２に向かい上昇し、一方で、Ｉ項成分の補正デューティΔＤｉの特性１３４と、Ｐ項成分の補正デューティΔＤｐの特性１３６とは、時間ｔの経過に伴って、僅かに上昇する。この結果、駆動デューティＤＨの特性１２８は、時間ｔの経過に伴って上限値を示す特性１３２に向かい上昇する。
【００８２】
時刻ｔ２にて、駆動デューティＤＨの特性１２８が上限値の特性１３２に到達した際に、補正デューティΔＤｉの特性１３４を所定値に保持することにより、該特性１２８は、時刻ｔ２以降、特性１３２に保持される（前記上限値に制限される）。この結果、時刻ｔ２以降、２次電圧Ｖ２の特性１２０、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４も、所定値にそれぞれ制限される。
【００８３】
一方、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１６０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１６８が上限値の特性１７２に制限され、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に保持されている。また、この時間帯において、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４は、時間ｔの経過に伴って上昇し、基準デューティＤｓの特性１７０、補正デューティΔＤｐの特性１７８、及び、前記上限値に制限する前の駆動デューティＤの特性１７４は、それぞれ、時間ｔの経過に伴って下降している。
【００８４】
そして、時刻ｔ４にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回ると、電圧については、所定値に保持する（制限する）必要性がなくなる。そのため、本来であれば、この時刻ｔ４にて駆動デューティＤＨの制限状態が解除されることが望ましい。
【００８５】
しかしながら、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に強制的に制限、すなわち、前回値が保持され続けているので、補正デューティΔＤｉ（の特性１７６）を用いて算出される駆動デューティＤの特性１７４は、時刻ｔ４の時点では、上限値の特性１７２を上回っている。この結果、駆動デューティＤＨの特性１６８は、時刻ｔ４で制限状態から解除されず、駆動デューティＤの特性１７４が特性１７２を下回る時刻ｔ５まで、制限され続けることになる。
【００８６】
すなわち、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃのように、補正デューティΔＤｉの特性１３４、１７６を所定値に保持し続けると、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回っても、駆動デューティＤＨの制限状態を速やかに解除することができない。なお、図７Ａ中、参照数字１６６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。
【００８７】
これに対して、この実施形態では、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、時刻ｔ２以降、駆動デューティＤＨの特性１４８が上限値の特性１５２に制限されるときに、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）では、特性１４８が特性１５２に合致するように、補正デューティΔＤｉ（の特性１５４）を逆算して求め、求めた補正デューティΔＤｉをＩ項成分の再設定値としてＰＩＤ処理部１１４に出力するようにしている。
【００８８】
そのため、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１８０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１８８が上限値の特性１９２に制限されている場合に、駆動デューティＤの特性１９４は、前記上限値に略等しくなり、この結果、時刻ｔ６にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１８２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１８４が、２次電圧Ｖ２の特性１８０を上回ると、駆動デューティＤの特性１９４が前記上限値の特性１９２を下回ることになるので、駆動デューティＤＨ（＝Ｄ）に対する制限状態を速やかに解除することができる。
【００８９】
これは、前述したように、この実施形態では、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）は、特性１４８、１８８、１９４が特性１５２、１９２に合致するように、補正デューティΔＤｉの特性１５４、１９６を逆算して求めているので、特性１８２、１８４が特性１８０を上回ったときに、駆動デューティＤＨの特性１８８が速やかに前記上限値の特性１９２を下回ることができるためである。
【００９０】
次に、Ｉ項再設定処理部１１６での再設定処理による効果について、図９及び図１０を参照しながら詳細に説明する。
【００９１】
図９及び図１０は、ある時刻での駆動デューティＤＨにおける、Ｉ項成分（補正デューティΔＤｉ）、Ｐ項成分（補正デューティΔＤｐ）、Ｄ項成分（補正デューティΔＤｄ）及びフィードフォワード項成分（基準デューティＤｓ）の分担を模式的に示した棒グラフである。なお、図９及び図１０では、Ｉ項成分を強調するために、駆動デューティＤＨにおけるＩ項成分の割合を誇張して図示している。
【００９２】
ここで、図９は、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行わない場合を図示したものである。
【００９３】
この場合、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るので、次の制御周期では、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するために、Ｉ項成分を所定値に保持して、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項成分を小さくするように設定する。しかしながら、前記所定値に保持された前記Ｉ項成分が不要に大きな値であれば、前記次の制御周期において駆動デューティＤＨは、再び前記上限値以上となる。すなわち、前記再設定処理を行わない場合では、駆動デューティＤＨを上述した制限状態から速やかに解除することができない。
【００９４】
これに対して、図１０は、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行った場合を図示したものであり、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るときに、Ｉ項再設定処理部１１６では、この駆動デューティＤＨのうち、前記上限値以上の部分（図１０の左の棒グラフ中、網掛けの部分）を不要分とし、該不要分だけＩ項成分を削除し、削除することで新たに生成したＩ項成分（再設定した補正デューティΔＤｉ）をＰＩＤ処理部１１４に出力する。この結果、次の制御周期では、駆動デューティＤＨが上限値を下回ることも可能となり、駆動デューティＤＨを制限状態から速やかに解除することができる。
【００９５】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、駆動デューティＤＨを上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを下限値に制限する際に、駆動デューティＤＨ、ＤＬが上限値又は下限値となるように補正デューティΔＤｉを逆算して求める（設定し直す）ので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値又は下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、上限値又は下限値に応じて補正デューティΔＤｉを設定し直すので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中に補正デューティΔＤｉの値を所定値に保持することが不要となる。
【００９６】
また、前述した（２）式〜（７）式に従って補正デューティΔＤｉ、ΔＤ及び駆動デューティＤを設定することにより、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含むフィードバック制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するＶＣＵ２３や、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用するＶＣＵ２３のような、２次電圧制御モードを動作モードとして備えるＶＣＵ２３に、この実施形態を適用することが可能となる。
【００９７】
さらに、燃料電池車両２０にＶＣＵ２３を搭載することにより、上述したＶＣＵ２３の効果が容易に得られる。
【００９８】
すなわち、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中は、駆動デューティＤＨ、ＤＬを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、２次電圧Ｖ２を速やかに電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御することが可能となる。
【００９９】
ところで、上限値が燃料電池２２における高出力状態（図２における直結状態の領域）での閾値である場合に、駆動デューティＤＨが上限値に長時間保持され続けると（燃料電池２２が前記高出力状態に維持され続けると）、２次電圧Ｖ２を電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御できない状態が長時間続くことになり、この結果、燃料電池車両２０がガス欠運転の状態となって、燃料電池２２内のセルが劣化するか、あるいは、燃料電池２２に対して反応ガスが過供給となり、燃料電池車両２０の効率が低下するおそれがある。
【０１００】
一方、下限値が過電圧状態での閾値である場合に、駆動デューティＤＬが下限値に長時間保持され続けると（過電圧状態が維持され続けると）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に接続される部品（バッテリ２４、補機４４等）の劣化や故障の原因となる。
【０１０１】
従って、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、燃料電池２２のセルの劣化や、燃料電池車両２０の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。
【０１０２】
この実施形態は、上記の説明に限定されるものではなく、この明細書及び図面の記載内容に基づき、図１１に示す１次電圧制御モードに適用する等、種々の構成に変更することが可能である。
【０１０３】
図１１に示す１次電圧制御モードは、電力ケーブル１８（図１参照）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が故障とみなされる特殊な場合に行われるものであり、統括制御部５６で演算された１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍが制限部１０２にて電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒに変換され、変換された電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒが加算信号として演算点１０４に供給されると共に、乗算信号として演算点１１０に供給される。また、１次電圧Ｖ１は、演算点１０４に減算信号として供給される。さらに、２次電圧Ｖ２は、演算点１１０に除算信号として供給される。演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒと、１次電圧Ｖ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ１ｔａｒ−Ｖ１）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力し、演算点１１０は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒから２次電圧Ｖ２を除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２）を演算点１０８に出力する。
【０１０４】
この１次電圧制御モードにおいても、ＰＷＭ処理部１１２からＩ項再設定処理部１１６に上限値又は下限値を示すリミット値通知信号Ｓｌを出力し、Ｉ項再設定処理部１１６は、このリミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、Ｉ項成分の再設定処理を行うことにより、前述した２次電圧制御モードと同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、この実施形態では、ＰＷＭ処理部１１２にて駆動デューティＤＨを前記上限値に直接制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に直接制限する場合について説明したが、補正デューティΔＤを所定の上限閾値又は下限閾値に制限することにより、間接的に、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に制限することも可能である。
【０１０６】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書及び図面の記載内容に基づき、単相アームＵＡのＤＣ／ＤＣコンバータ３６に限らず、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相アームのＤＣ／ＤＣコンバータを有するハイブリッド直流電源を備える燃料電池車両に適用する等、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【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】２次電圧制御モード時におけ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〜図５Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。
【図９】駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。
【図１０】駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。
【図１１】１次電圧制御モード時におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…ハイブリッド直流電源システム ２０…燃料電池車両
２２…燃料電池 ２３…ＶＣＵ
２４…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 ８１…上アームスイッチング素子
８２…下アームスイッチング素子 １０６…ＰＩＤ演算部
１１４…ＰＩＤ処理部 １１６…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たＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリ（第１電力装置）と燃料電池（第２電力装置）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ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記燃料電池に並列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、前記電気車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を所定のデューティにて駆動する際に、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調整する。
【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、デバイスに所定の駆動信号を供給して該デバイスを駆動する際に、前記デバイスの安全性や制御性を確保する観点から、前記駆動信号の大きさを所定の上限値と下限値との間に制限することが一般的に広く行われている。従って、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置においても、フィードバック制御により調整したデューティが上限値以上又は下限値以下であれば、該デューティを前記上限値又は前記下限値に制限し、制限した前記デューティにてスイッチング素子を駆動することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、前記デューティの目標値（目標デューティ）が前記上限値以上又は前記下限値以下である場合に、制限した前記デューティと、前記目標デューティとを用いて前記フィードバック制御を行うと、制限した前記デューティと前記目標デューティとの偏差を０にすることができなくなり、この結果、前記フィードバック制御の積分項の値が増加又は減少し続けることになる。
【０００７】
そこで、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限時に、前記積分項の値を所定値に保持した状態で前記フィードバック制御を行えば、前記積分項の値の増加又は減少を防止することが可能になると想定される。
【０００８】
ところが、前記所定値への保持がなければ前記上限値と前記下限値との間にデューティが納まって、本来ならば、上記の制限が不要となる（解除できる）ような場合でも、前記積分項の値が前記所定値に強制的に保持されていれば、前記デューティは、前記上限値以上又は前記下限値以下となって、前記上限値又は前記下限値に設定されてしまうので、上述した制限状態から速やかに復帰（抜け出す）することができないおそれがある。
【０００９】
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、デューティの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となるＤＣ／ＤＣコンバータ装置及び該ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備える電気車両、並びに、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法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】
【００１０】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、
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有するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子を所定のデューティにて駆動する制御部とを備え、
前記制御部は、
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調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、
積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限することを特徴としている。
【００１２】
これらの発明によれば、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるように前記積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。
【００１３】
ここで、前記制御部は、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、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更することが好ましい。
【００１４】
また、前記制御部は、前記フィードバック制御と、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。）又は前記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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、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前記積分項を変更することが好ましい。
【００１５】
さらに、前記１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限することが好ましい。
【００１６】
従って、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含む前記フィードバック制御により前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記フィードバック制御と前記フィードフォワード制御とを併用するＤＣ／ＤＣコンバータ装置や、前記１次電圧制御モード又は前記２次電圧制御モードを前記動作モードとして備える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】
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該第１電力装置側の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、駆動回路を介して前記電動機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駆動回路に発生する回生電圧を前記第２電力装置側の電圧とすることを特徴としている。
【００１８】
前記電気車両に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載することにより、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置の効果が容易に得られる。
【００１９】
すなわち、前記デューティの制限中は、前記デューティを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、前記第２電力装置側の電圧を速やかに目標電圧に制御することが可能となる。
【００２０】
また、前記上限値が前記発電装置における高出力状態での閾値である場合に、前記デューティが前記上限値に長時間保持され続けると、前記発電装置が前記高出力状態に維持され続けるので、該発電装置が劣化するか、あるいは、前記電気車両の効率が低下する原因となる。一方、前記下限値が過電圧状態での閾値である場合に、前記デューティが前記下限値に長時間保持されると、前記過電圧状態が維持され続けるので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される部品の劣化や故障の原因となる。
【００２１】
従って、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記発電装置の劣化や、前記電気車両の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。
【００２２】
そして、前記発電装置が燃料電池である場合に、前記デューティの前記上限値又は前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、前記燃料電池を構成するセルの劣化を確実に防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、デューティを上限値又は下限値に制限する際に、前記デューティが前記上限値又は前記下限値となるようにフィードバック制御の積分項を設定し直すので、前記デューティの前記上限値及び前記下限値への制限が不要となったときに、該デューティの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、前記上限値又は前記下限値に応じて前記積分項を設定し直すので、前記デューティの制限中に前記積分項の値を所定値に保持することが不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態に係るハイブリッド直流電源システム１０が適用された一実施形態に係る燃料電池車両（電気車両）２０の回路図である。
【００２６】
ハイブリッド直流電源システム１０は、基本的には、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（以下、バッテリともいう。）２４（第１電力装置）と、このバッテリ電圧Ｖｂａｔより高い電圧である発電電圧Ｖｆを発生する発電装置としての燃料電池２２（第２電力装置）と、バッテリ２４と燃料電池２２との間に配置され電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、統括制御部５６（上位制御部）から供給される電圧指令値に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の電圧制御目標値を設定し、バッテリ２４と燃料電池２２との間での前記電圧変換を制御するコンバータ制御部５４とから構成される。
【００２７】
ここで、コンバータ制御部５４とＤＣ／ＤＣコンバータ３６とは、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと、燃料電池２２及びモータ２６（インバータ３４）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を構成する。
【００２８】
燃料電池車両２０は、前記のハイブリッド直流電源システム１０と、このハイブリッド直流電源システム１０からモータ電流Ｉｍ（電力）がインバータ（駆動回路）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、から構成される。
【００２９】
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。
【００３０】
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と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）と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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、余剰電力があればバッテリ電流Ｉｂａｔ（充電電流Ｉｂｃ）としてバッテリ２４に流し込まれバッテリ２４を充電する。
【００３３】
１次側１Ｓに電力ケーブル１８を通じて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。
【００３４】
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（放電電流Ｉｂｄ）を流し出す。
【００３５】
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との合成電流である。
【００３６】
バッテリ２４の正極側の出力端には、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。バッテリ２４の負極側の線路と、図１中、１次側１Ｓが指すバッテリ２４の正極側に繋がる線路との間が短絡された場合には、ヒューズ２５は、バッテリ２４を保護するために溶断する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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と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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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｛バッテリ電流Ｉｂａｔ（放電電流Ｉｂｄ又は充電電流Ｉｂｃ）｝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。
【００４４】
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との配分（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。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４と、燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）との間に接続される、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１と並列ダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２と並列ダイオード８４）とからなる相アーム（単相アーム）ＵＡと、リアクトル９０とから構成される。
【００４６】
上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２とは、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等で構成される。
【００４７】
リアクトル９０は、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ために、前記上アーム素子及び前記下アーム素子の接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。
【００４８】
上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部５４から出力される駆動信号（駆動電圧）ＵＨによりオン又はオフされ、下アームスイッチング素子８２は、駆動信号（駆動電圧）ＵＬによりオン又はオフされる。
【００４９】
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、バッテリ２４の開放電圧ＯＣＶをＯＣＶ≒Ｖ１と描いている。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、例えば１００［％］にされ、下アームスイッチング素子８２の駆動信号ＵＬのデューティは、例えば０［％］にされる。直結状態において、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ電流が流れる充電方向（回生方向）の場合には、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へ電流が流れる力行方向の場合には、ダイオード８３を通じて電流が流れる。
【００５３】
従って、この直結状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６では電圧変換がなされない。なお、上述したように、厳密には、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間以上の時間オン駆動されないと、実際に下アームスイッチング素子８２がオンにならないので、下アームスイッチング素子８２が最小オン時間より短いオン時間で駆動された場合には、駆動信号ＵＬのデューティが０［％］（駆動信号ＵＨのデューティが１００［％］）になる前に直結状態となる。
【００５４】
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。
【００５５】
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）｝。
【００５６】
具体的に、燃料電池２２は、発電電圧Ｖｆの減少に応じて流し出される電流である発電電流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。
【００５７】
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電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（図３参照）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。以上が、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御の説明である。
【００５８】
図３は、２次電圧制御モード時（電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ）におけるコンバータ制御部５４の機能ブロック図である。
【００５９】
この２次電圧制御モードでは、統括制御部５６で演算された２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが制限部１０２に供給される。制限部１０２は、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが時間的にステップ状に変化する場合（図５Ａ及び図６Ａの特性１２２）に、レートリミット機能により電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒに変換し（図５Ａ及び図６Ａの特性１２４）、変換した電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを演算点１０４に加算信号として供給すると共に、演算点１１０に除算信号として供給する。
【００６０】
また、電圧センサ６１（図１参照）で検出された１次電圧Ｖ１が演算点１１０に乗算信号として供給され、一方で、電圧センサ６３で検出された２次電圧Ｖ２が演算点１０４に減算信号として供給される。
【００６１】
演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒと、２次電圧Ｖ２との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ２−Ｖ２ｔａｒ）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力する。ＰＩＤ処理部１１４は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）動作部であり、偏差ｅをデューティの補正値である補正デューティΔＤに変換し、変換した補正デューティΔＤを加算信号として演算点１０８に供給する。なお、補正デューティΔＤは、下記の（１）式に示すように、Ｐ項成分による補正デューティΔＤｐと、Ｉ項成分による補正デューティΔＤｉと、Ｄ項成分による補正デューティΔＤｄとの合成値である。
ΔＤ＝ΔＤｐ＋ΔＤｉ＋ΔＤｄ （１）
【００６２】
演算点１１０は、１次電圧Ｖ１から電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒを除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ）を加算信号として演算点１０８に供給する。
【００６３】
演算点１０８は、一方の入力である補正デューティΔＤと、他方の入力である基準デューティＤｓとを加算して、加算結果としての駆動デューティＤ（Ｄ＝Ｄｓ＋ΔＤ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）をＰＷＭ処理部１１２に出力し、ＰＷＭ処理部１１２は、駆動デューティＤに基づき、上アームスイッチング素子８１に駆動デューティＤＨ（ＤＨ＝Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）の駆動信号ＵＨを供給すると共に、下アームスイッチング素子８２に駆動デューティＤＬ｛ＤＬ＝１−（Ｖ１／Ｖ２ｔａｒ＋ΔＤ）｝の駆動信号ＵＬを供給する。
【００６４】
この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、駆動デューティＤＨが所定の上限値（例えば、８０［％］）以上となる場合には、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、一方で、駆動デューティＤＬが所定の下限値（例えば、２０［％］）以下となる場合には、該駆動デューティＤＬを前記下限値に制限する。この場合、ＰＷＭ処理部１１２は、前記上限値又は前記下限値を示すリミット値通知信号ＳｌをＰＩＤ演算部１０６のＩ項再設定処理部１１６に出力する。なお、前記上限値とは、例えば、前述した８０［％］の駆動デューティＤＨであり、前記下限値とは、２０［％］の駆動デューティＤＬである。
【００６５】
Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、駆動デューティＤＨが前記上限値に制限されたか、あるいは、駆動デューティＤＬが前記下限値に制限されたと判断し、補正デューティΔＤのＩ項成分である補正デューティΔＤｉについて再設定処理を行う。
【００６６】
すなわち、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの示す前記上限値又は前記下限値（以下、リミット値ともいう。）とに基づいて、ＰＩＤ処理部１１４にて今回算出する補正デューティΔＤが前記リミット値となるように（今回のΔＤ＝リミット値）、今回のΔＤのＩ項成分（今回のΔＤｉ）を逆算して求め、求めた今回のΔＤｉをＰＩＤ処理部１１４での今回のＰＩＤ動作（補正デューティΔＤの算出）におけるＩ項成分として該ＰＩＤ処理部１１４に出力（再設定）する。
【００６７】
ＰＩＤ処理部１１４は、入力された補正デューティΔＤｉを、今回のＩ項成分とみなして補正デューティΔＤの算出処理を行う。従って、ＰＩＤ処理部１１４から出力される今回の補正デューティΔＤは、前記リミット値に応じた補正デューティΔＤとなる。
【００６８】
ここで、Ｉ項再設定処理部１１６からＰＩＤ処理部１１４に再設定される今回の補正デューティΔＤｉ、ＰＩＤ処理部１１４から演算点１０８に出力される今回の補正デューティΔＤ、及び、演算点１０８にて算出される今回の駆動デューティＤ（＝ＤＨ）は、下記の（２）式〜（４）式でそれぞれ表わされる。なお、「今回のＤｓ」とは、演算点１０８に今回のΔＤが入力されたときに、該演算点１０８に入力される基準デューティＤｓをいう。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
−（今回のＤｓ） （２）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（２）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値）−（今回のＤｓ） （３）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＋（今回のＤｓ）
＝｛（リミット値）−（今回のＤｓ）｝＋（今回のＤｓ）
＝（リミット値） （４）
【００６９】
また、電圧センサ６１の電圧検出機能の失陥（故障）により、演算点１１０に１次電圧Ｖ１が入力されず、従って、コンバータ制御部５４における制御がフィードバック制御のみとなる場合に、上記の（２）式〜（４）式は、次の（５）式〜（７）式に変更される。
今回のΔＤｉ＝（リミット値）−（今回のΔＤｐ）−（今回のΔＤｄ）
（５）
（今回のΔＤ）＝（今回のΔＤｐ）＋｛（５）式のΔＤｉ｝
＋（今回のΔＤｄ）
＝（今回のΔＤｐ）＋｛（リミット値）−（今回のΔＤｐ）
−（今回のΔＤｄ）｝＋（今回のΔＤｄ）
＝（リミット値） （６）
（今回のＤ）＝（今回のΔＤ）＝（リミット値） （７）
【００７０】
なお、Ｉ項再設定処理部１１６は、リミット値通知信号Ｓｌの入力がなければ、上記のＩ項成分（今回のΔＤｉ）の再設定処理を行わないことは勿論である。
【００７１】
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、コンバータ制御部５４によるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御に関して、上述の２次電圧制御モードで制御する場合について、図４〜図１０を参照しながら説明する。
【００７２】
図４のステップ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。この場合、コンバータ制御部５４には、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍが送出される。
【００７３】
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２次電圧指令値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。
【００７４】
この場合、燃料電池分担負荷量Ｌｆの指令（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）を受信したコンバータ制御部５４は、ステップＳ１４において、基本的に、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の各アームスイッチング素子８１、８２の駆動デューティを制御する（２次電圧制御モード）。
【００７５】
次に、一例として、駆動信号ＵＨのデューティＤＨを上限値（例えば、８０［％］）に制限する場合について、図５Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。
【００７６】
図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行わない場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。
【００７７】
また、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃは、Ｉ項再設定処理部１１６によるＩ項成分の再設定処理を行った場合の１次電圧Ｖ１、２次電圧Ｖ２、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ、駆動デューティＤＨ、基準デューティＤｓ、補正デューティΔＤｉ及び補正デューティΔＤｐの時間的変化を示すグラフである。
【００７８】
さらに、図５Ａ〜図６Ｃは、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するときのグラフであり、一方で、図７Ａ〜図８Ｃは、駆動デューティＤＨを制限状態から解除するときのグラフである。
【００７９】
なお、図５Ａ〜図８Ｃにおいて、フィードバック制御は、Ｐ動作及びＩ動作であり、Ｄ動作は行わないものとして説明する。
【００８０】
図５Ａに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、時間ｔの経過に伴って２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２をステップ状に変化させたときに、電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４は、制限部１０２（図３参照）の動作により、時間ｔの変化に対して比較的に滑らかに変化する。この場合、２次電圧Ｖ２の特性１２０は、特性１２４に略追従して変化する。なお、図５Ａ中、参照数字１２６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。
【００８１】
一方、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯において、フィードフォワード項である基準デューティＤｓの特性１３０は、時間ｔの経過に伴って、上限値を示す特性１３２に向かい上昇し、一方で、Ｉ項成分の補正デューティΔＤｉの特性１３４と、Ｐ項成分の補正デューティΔＤｐの特性１３６とは、時間ｔの経過に伴って、僅かに上昇する。この結果、駆動デューティＤＨの特性１２８は、時間ｔの経過に伴って上限値を示す特性１３２に向かい上昇する。
【００８２】
時刻ｔ２にて、駆動デューティＤＨの特性１２８が上限値の特性１３２に到達した際に、補正デューティΔＤｉの特性１３４を所定値に保持することにより、該特性１２８は、時刻ｔ２以降、特性１３２に保持される（前記上限値に制限される）。この結果、時刻ｔ２以降、２次電圧Ｖ２の特性１２０、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１２２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１２４も、所定値にそれぞれ制限される。
【００８３】
一方、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１６０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１６８が上限値の特性１７２に制限され、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に保持されている。また、この時間帯において、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４は、時間ｔの経過に伴って上昇し、基準デューティＤｓの特性１７０、補正デューティΔＤｐの特性１７８、及び、前記上限値に制限する前の駆動デューティＤの特性１７４は、それぞれ、時間ｔの経過に伴って下降している。
【００８４】
そして、時刻ｔ４にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回ると、電圧については、所定値に保持する（制限する）必要性がなくなる。そのため、本来であれば、この時刻ｔ４にて駆動デューティＤＨの制限状態が解除されることが望ましい。
【００８５】
しかしながら、補正デューティΔＤｉの特性１７６が所定値に強制的に制限、すなわち、前回値が保持され続けているので、補正デューティΔＤｉ（の特性１７６）を用いて算出される駆動デューティＤの特性１７４は、時刻ｔ４の時点では、上限値の特性１７２を上回っている。この結果、駆動デューティＤＨの特性１６８は、時刻ｔ４で制限状態から解除されず、駆動デューティＤの特性１７４が特性１７２を下回る時刻ｔ５まで、制限され続けることになる。
【００８６】
すなわち、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃのように、補正デューティΔＤｉの特性１３４、１７６を所定値に保持し続けると、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１６２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１６４が２次電圧Ｖ２の特性１６０を上回っても、駆動デューティＤＨの制限状態を速やかに解除することができない。なお、図７Ａ中、参照数字１６６は、１次電圧Ｖ１の特性を示している。
【００８７】
これに対して、この実施形態では、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、時刻ｔ２以降、駆動デューティＤＨの特性１４８が上限値の特性１５２に制限されるときに、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）では、特性１４８が特性１５２に合致するように、補正デューティΔＤｉ（の特性１５４）を逆算して求め、求めた補正デューティΔＤｉをＩ項成分の再設定値としてＰＩＤ処理部１１４に出力するようにしている。
【００８８】
そのため、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの時間帯において、２次電圧Ｖ２の特性１８０が所定値に保持され、駆動デューティＤＨの特性１８８が上限値の特性１９２に制限されている場合に、駆動デューティＤの特性１９４は、前記上限値に略等しくなり、この結果、時刻ｔ６にて、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍの特性１８２及び電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒの特性１８４が、２次電圧Ｖ２の特性１８０を上回ると、駆動デューティＤの特性１９４が前記上限値の特性１９２を下回ることになるので、駆動デューティＤＨ（＝Ｄ）に対する制限状態を速やかに解除することができる。
【００８９】
これは、前述したように、この実施形態では、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）は、特性１４８、１８８、１９４が特性１５２、１９２に合致するように、補正デューティΔＤｉの特性１５４、１９６を逆算して求めているので、特性１８２、１８４が特性１８０を上回ったときに、駆動デューティＤＨの特性１８８が速やかに前記上限値の特性１９２を下回ることができるためである。
【００９０】
次に、Ｉ項再設定処理部１１６での再設定処理による効果について、図９及び図１０を参照しながら詳細に説明する。
【００９１】
図９及び図１０は、ある時刻での駆動デューティＤＨにおける、Ｉ項成分（補正デューティΔＤｉ）、Ｐ項成分（補正デューティΔＤｐ）、Ｄ項成分（補正デューティΔＤｄ）及びフィードフォワード項成分（基準デューティＤｓ）の分担を模式的に示した棒グラフである。なお、図９及び図１０では、Ｉ項成分を強調するために、駆動デューティＤＨにおけるＩ項成分の割合を誇張して図示している。
【００９２】
ここで、図９は、図５Ａ〜図５Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行わない場合を図示したものである。
【００９３】
この場合、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るので、次の制御周期では、該駆動デューティＤＨを前記上限値に制限するために、Ｉ項成分を所定値に保持して、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項成分を小さくするように設定する。しかしながら、前記所定値に保持された前記Ｉ項成分が不要に大きな値であれば、前記次の制御周期において駆動デューティＤＨは、再び前記上限値以上となる。すなわち、前記再設定処理を行わない場合では、駆動デューティＤＨを上述した制限状態から速やかに解除することができない。
【００９４】
これに対して、図１０は、図６Ａ〜図６Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃに示す、Ｉ項再設定処理部１１６（図３参照）での再設定処理を行った場合を図示したものであり、ある瞬間の駆動デューティＤＨが上限値を上回るときに、Ｉ項再設定処理部１１６では、この駆動デューティＤＨのうち、前記上限値以上の部分（図１０の左の棒グラフ中、網掛けの部分）を不要分とし、該不要分だけＩ項成分を削除し、削除することで新たに生成したＩ項成分（再設定した補正デューティΔＤｉ）をＰＩＤ処理部１１４に出力する。この結果、次の制御周期では、駆動デューティＤＨが上限値を下回ることも可能となり、駆動デューティＤＨを制限状態から速やかに解除することができる。
【００９５】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、駆動デューティＤＨを上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを下限値に制限する際に、駆動デューティＤＨ、ＤＬが上限値又は下限値となるように補正デューティΔＤｉを逆算して求める（設定し直す）ので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値又は下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに復帰（抜け出す）ことが可能となる。また、上限値又は下限値に応じて補正デューティΔＤｉを設定し直すので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中に補正デューティΔＤｉの値を所定値に保持することが不要となる。
【００９６】
また、前述した（２）式〜（７）式に従って補正デューティΔＤｉ、ΔＤ及び駆動デューティＤを設定することにより、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）を含むフィードバック制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御するＶＣＵ２３や、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用するＶＣＵ２３のような、２次電圧制御モードを動作モードとして備えるＶＣＵ２３に、この実施形態を適用することが可能となる。
【００９７】
さらに、燃料電池車両２０にＶＣＵ２３を搭載することにより、上述したＶＣＵ２３の効果が容易に得られる。
【００９８】
すなわち、駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限中は、駆動デューティＤＨ、ＤＬを目標デューティに近づけることができない制限状態であるので、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、前記制限状態から速やかに抜け出すことで、２次電圧Ｖ２を速やかに電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御することが可能となる。
【００９９】
ところで、上限値が燃料電池２２における高出力状態（図２における直結状態の領域）での閾値である場合に、駆動デューティＤＨが上限値に長時間保持され続けると（燃料電池２２が前記高出力状態に維持され続けると）、２次電圧Ｖ２を電圧制御目標値Ｖ２ｔａｒ（又は２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に制御できない状態が長時間続くことになり、この結果、燃料電池車両２０がガス欠運転の状態となって、燃料電池２２内のセルが劣化するか、あるいは、燃料電池２２に対して反応ガスが過供給となり、燃料電池車両２０の効率が低下するおそれがある。
【０１００】
一方、下限値が過電圧状態での閾値である場合に、駆動デューティＤＬが下限値に長時間保持され続けると（過電圧状態が維持され続けると）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に接続される部品（バッテリ２４、補機４４等）の劣化や故障の原因となる。
【０１０１】
従って、駆動デューティＤＨ、ＤＬの上限値及び下限値への制限が不要となったときに、該駆動デューティＤＨ、ＤＬの制限状態から速やかに抜け出すようにすることで、燃料電池２２のセルの劣化や、燃料電池車両２０の効率低下や、前記部品の劣化及び故障を確実に防止することが可能となる。
【０１０２】
この実施形態は、上記の説明に限定されるものではなく、この明細書及び図面の記載内容に基づき、図１１に示す１次電圧制御モードに適用する等、種々の構成に変更することが可能である。
【０１０３】
図１１に示す１次電圧制御モードは、電力ケーブル１８（図１参照）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が故障とみなされる特殊な場合に行われるものであり、統括制御部５６で演算された１次電圧指令値Ｖ１ｃｏｍが制限部１０２にて電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒに変換され、変換された電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒが加算信号として演算点１０４に供給されると共に、乗算信号として演算点１１０に供給される。また、１次電圧Ｖ１は、演算点１０４に減算信号として供給される。さらに、２次電圧Ｖ２は、演算点１１０に除算信号として供給される。演算点１０４は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒと、１次電圧Ｖ１との偏差ｅ（ｅ＝Ｖ１ｔａｒ−Ｖ１）を、ＰＩＤ演算部１０６のＰＩＤ処理部１１４に出力し、演算点１１０は、電圧制御目標値Ｖ１ｔａｒから２次電圧Ｖ２を除して得られる基準デューティＤｓ（Ｄｓ＝Ｖ１ｔａｒ／Ｖ２）を演算点１０８に出力する。
【０１０４】
この１次電圧制御モードにおいても、ＰＷＭ処理部１１２からＩ項再設定処理部１１６に上限値又は下限値を示すリミット値通知信号Ｓｌを出力し、Ｉ項再設定処理部１１６は、このリミット値通知信号Ｓｌの入力に基づいて、Ｉ項成分の再設定処理を行うことにより、前述した２次電圧制御モードと同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、この実施形態では、ＰＷＭ処理部１１２にて駆動デューティＤＨを前記上限値に直接制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に直接制限する場合について説明したが、補正デューティΔＤを所定の上限閾値又は下限閾値に制限することにより、間接的に、駆動デューティＤＨを前記上限値に制限し、あるいは、駆動デューティＤＬを前記下限値に制限することも可能である。
【０１０６】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書及び図面の記載内容に基づき、単相アームＵＡのＤＣ／ＤＣコンバータ３６に限らず、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相アームのＤＣ／ＤＣコンバータを有するハイブリッド直流電源を備える燃料電池車両に適用する等、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【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】２次電圧制御モード時におけ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〜図５Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行わない場合のグラフである。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、図３のＩ項再設定処理部による再設定処理を行った場合のグラフである。
【図９】駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。
【図１０】駆動デューティにおけるＩ項成分、Ｐ項成分、Ｄ項成分及びＦ／Ｆ項成分の分担を模式的に示す棒グラフである。
【図１１】１次電圧制御モード時におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…ハイブリッド直流電源システム ２０…燃料電池車両
２２…燃料電池 ２３…ＶＣＵ
２４…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 ８１…上アームスイッチング素子
８２…下アームスイッチング素子 １０６…ＰＩＤ演算部
１１４…ＰＩＤ処理部 １１６…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有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチング素子を所定のデューティにて駆動する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
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調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
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、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更する
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、
前記フィードバック制御と、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。）又は前記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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、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前記積分項を変更する
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１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、
前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４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、且つ該第１電力装置側の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、駆動回路を介して前記電動機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駆動回路に発生する回生電圧を前記第２電力装置側の電圧とする
ことを特徴とする電気車両。
【請求項６】
請求項５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７】
積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する
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有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチング素子を所定のデューティにて駆動する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
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調整し、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記今回調整するデューティが所定の下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する場合に、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、
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、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と前記フィードバック制御の比例項及び微分項との差に基づいて前記積分項を変更する
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、
前記フィードバック制御と、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。）又は前記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。）を目標値に設定するためのフィードフォワード制御とを行い、
前記デューティが前記上限値よりも大きくなるか、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値と、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前記積分項を変更する
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１次電圧を制御する１次電圧制御モードと、前記２次電圧を制御する２次電圧制御モードとのうち、少なくとも１つのモードを動作モードとして備えている場合に、
前記制御部は、前記１次電圧又は前記２次電圧の目標値に応じた前記デューティが前記上限値よりも大きくなるときに該デューティを前記上限値に制限し、あるいは、前記デューティが前記下限値よりも小さくなるときに該デューティを前記下限値に制限する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４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、且つ該第１電力装置側の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、駆動回路を介して前記電動機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駆動回路に発生する回生電圧を前記第２電力装置側の電圧とする
ことを特徴とする電気車両。
【請求項６】
請求項５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７】
積分動作を含むフィードバック制御により所定のデューティを調整し、調整した前記デューティにて、第１電力装置と第２電力装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動する場合に、
今回調整するデューティが所定の上限値よりも大きくなるか、あるいは、該デューティが所定の下限値よりも小さくなるときに、前記上限値又は前記下限値に基づいて前記フィードバック制御の積分項を変更し、前記デューティを前記上限値又は前記下限値に制限する
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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２６８３３１（Ｐ２００９−２６８３３１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１８５１７（Ｐ２００８−１１８５１７）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【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１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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