(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷の回生時に、充放電可能な第２電源装置に回生電力を充電しているとき、第１電源装置の出力電圧を制御可能とした２電源負荷駆動システム及び燃料電池自動車を提供する。【解決手段】ＥＣＵ２４は、回生時に、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、充放電可能なＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂを上回る（Ｖｆｃ＞Ｖｂ）電圧である場合、ＦＣＶＣＵ２１を直結状態にすると共にＢＡＴＶＣＵ２２をスイッチング状態（降圧状態）に制御するので、回生時における、ＦＣ４０からＢＡＴ２０への充電量を効果的に抑制でき、その分余分に、回生電力をＢＡＴ２０に充電することができる。【選択図】図１
2014166109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次電圧として第１電圧を出力する第１電源装置と、
他の１次電圧として第２電圧を出力する充放電可能な第２電源装置と、
負荷と、
前記第１電源装置の前記第１電圧を、そのまま直結状態で、又はスイッチング状態で２次電圧に変換して前記負荷に印加する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２電源装置の前記第２電圧を、スイッチング状態で前記２次電圧に昇圧し若しくは直結状態で前記負荷に印加し、又はスイッチング状態で前記２次電圧を降圧し若しくは直結状態で前記負荷からの回生電力を回生して前記第２電源装置を充電する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記回生時において、
前記第１電圧が前記第２電圧を上回る場合、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態にすると共に前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態にして前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結回避状態に制御する
ことを特徴とする２電源負荷駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の２電源負荷駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記回生時において、
前記第１電圧が前記第２電圧以下の場合、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態にすると共に前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御する
ことを特徴とする２電源負荷駆動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の２電源負荷駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記回生時の後に力行時に至る際に、
直結状態にある前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを先にスイッチング状態にした後、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態から直結状態に移行制御する
ことを特徴とする２電源負荷駆動システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の２電源負荷駆動システムにおいて、
前記第１電源装置は、燃料電池であり、
前記第２電源装置は、蓄電装置である
ことを特徴とする２電源負荷駆動システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記２電源負荷駆動システムの前記負荷に、車両の駆動源であるモータが含まれる燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、並列的に接続した第１及び第２電源装置により負荷を駆動する２電源負荷駆動システムに関し、特に、前記第１電源装置を燃料電池にし、第２電源装置を蓄電装置にして、前記負荷を車両走行用の駆動モータにした燃料電池自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の燃料電池自動車では、特許文献１に示されるように、第１電源装置である燃料電池で発電された電圧を、ダイオードを介して直結してモータ駆動回路（インバータ）に当該モータ駆動回路の入力端電圧として印加すると共に、第２電源装置である充放電可能な蓄電装置の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータを介して昇圧し、昇圧電圧を前記モータ駆動回路入力端電圧として並列的に印加するようにした構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７３５０６号公報（図１、［００１７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、モータの回生時に、その回生電力を前記蓄電装置に充電する際、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態にすることで、回生時にＤＣ／ＤＣコンバータでのスイッチング損失を有効に減少させることができると記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、モータの回生時に蓄電装置とモータ駆動回路入力端とが直結されることから、燃料電池の出力電圧が蓄電装置の出力電圧に固定されてしまい、燃料電池の出力を制御することができなくなるという課題がある。
【０００６】
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、負荷の回生時に、充放電可能な第２電源装置に回生電力を充電しているときに、第１電源装置の出力電圧を制御可能とした２電源負荷駆動システム及び燃料電池自動車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】
【０００７】
この発明に係る２電源負荷駆動システムは、１次電圧として第１電圧を出力する第１電源装置と、他の１次電圧として第２電圧を出力する充放電可能な第２電源装置と、負荷と、前記第１電源装置の前記第１電圧を、スイッチング状態で２次電圧に変換し又は直結状態で前記負荷に印加する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２電源装置の前記第２電圧を、スイッチング状態で前記２次電圧に昇圧し若しくは直結状態で前記負荷に印加し、又はスイッチング状態で前記２次電圧を降圧し若しくは直結状態で前記負荷からの回生電力を回生して前記第２電源装置を充電する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記回生時において、前記第１電圧が前記第２電圧を上回る場合、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態にすると共に前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態にして第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結回避状態に制御することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、回生時に、第１電源装置の第１電圧が、充放電可能な第２電源装置の第２電圧を上回る場合、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態にすると共に第２ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態にして第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結回避状態に制御するので、この回生時に、前記第１電源装置の前記第１電圧を前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータにより制御可能であり、これにより、回生時に、第１電源装置から第２電源装置への充電量を効果的に抑制でき、その分余分に、回生電力を前記第２電源装置に充電することができる。
【０００９】
なお、前記制御装置は、前記回生時において、前記第１電圧が前記第２電圧以下の場合、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態にすると共に前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態に制御することで、回生電力を前記第２電源装置に最大限充電しながら前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記第１電源装置の前記第１電圧を制御することができる。
【００１０】
また、前記制御装置は、前記回生時の後に力行時に至る際の過渡時に、直結状態にある前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを先にスイッチング状態にした後、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態から直結状態に移行制御することにより、過渡時に直結状態にある第２電源装置の第２電圧に、第１電源装置の第１電圧が固定されて、前記第１電源装置の第１電圧が制御不能になる事態を回避することができる。
【００１１】
ここで、前記第１電源装置を、発電して前記第１電圧を出力する燃料電池とし、前記第２電源装置を、充放電可能な蓄電装置としてもよい。
【００１２】
なお、上記の各発明は、前記２電源負荷駆動システムの前記負荷に、車両の駆動源であるモータが含まれる燃料電池自動車に適用して好適である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、負荷からの回生電力を、充放電可能な第２電源装置に充電する回生時に、第１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも一方のＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態に制御しているので、当該スイッチング状態にあるＤＣ／ＤＣコンバータにより第１電源装置の出力電圧である第１出力電圧を制御することができる。
【００１４】
これにより、回生時に第１電源装置から第２電源装置への充電量を効果的に抑制でき、その分、余分に、第２電源装置に回生電力を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動システムとしての燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。
【図２】前記燃料電池自動車の電力系のブロック図である。
【図３】燃料電池のＩＶ特性図である。
【図４】実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。
【図５】実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明に係る２電源負荷駆動システムについて、この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動システムが適用された燃料電池自動車との関係において好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動システムとしての燃料電池システム１２（以下、「ＦＣシステム１２」という。）が適用された燃料電池自動車１０（以下、「ＦＣ自動車１０」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。
【００１８】
図２は、ＦＣ自動車１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ自動車１０は、ＦＣシステム１２と、駆動モータ１４（以下「モータ１４」という。）と、負荷駆動回路１６（以下、ＩＮＶ１６という。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と、を有する。
【００１９】
ＦＣシステム１２は、基本的には、一方の１次側１Ｓｆに配置される燃料電池ユニット１８（以下、「ＦＣユニット１８」という。）と、他方の１次側１Ｓｂに配置される高電圧バッテリ２０（以下「ＢＡＴ２０」という。）（蓄電装置）と、１次側１Ｓｆと２次側２Ｓ側との間に配置される昇圧コンバータ２１（以下、ＦＣＶＣＵ２１という。ＶＣＵ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と、１次側１Ｓｂと２次側２Ｓ側との間に配置される昇降圧コンバータ２２（以下、ＢＡＴＶＣＵ２２という。）と、電子制御装置２４（以下、ＥＣＵ２４という。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と、を有する。なお、ＢＡＴＶＣＵ２２は、昇圧コンバータであってもよい。
【００２０】
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びＢＡＴ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。
【００２１】
ＩＮＶ１６は、３相ブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流電圧である負荷駆動回路入力端電圧Ｖｉｎｖ［Ｖ］（以下、負荷端電圧Ｖｉｎｖという。）を３相の交流電圧に変換してモータ１４に供給する一方、モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後の負荷端電圧ＶｉｎｖをＢＡＴＶＣＵ２２を通じてＢＡＴ２０に供給（充電）する。
【００２２】
なお、この実施形態において、モータ１４は、ＰＭモータ（永久磁石同期モータ）を採用している。また、所定トルクでのモータ１４の回転数を上げるために弱め界磁制御を適用してもよい。
【００２３】
モータ１４とＩＮＶ１６を併せて負荷３０という。実際上、負荷３０には、モータ１４等の他に、ＢＡＴＶＣＵ２２、エアポンプ４２、ウォータポンプ４４、エアコンディショナ４６、降圧コンバータ４８等の構成要素を含めることもできる。エアポンプ４２、ウォータポンプ４４、及びエアコンディショナ４６は、高電圧の補機負荷であり、燃料電池スタック４０（以下、ＦＣ４０又はＦＣスタック４０という。）及び／又はＢＡＴ２０から電力が供給される。
【００２４】
ＦＣユニット１８は、ＦＣ４０と、ＦＣ４０のアノード流路に対して遮断弁４３を介して水素（燃料ガス）を供給する水素タンク（Ｈ2タンク）４５と、ＦＣ４０のカソード流路に対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を供給する前記エアポンプ４２と、ＦＣ４０の冷却流路に対して冷却媒体（冷媒）を供給する前記ウォータポンプ４４とを備える。
【００２５】
ＦＣ４０は、例えば、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燃料電池セル（以下、「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有し、前記アノード流路を介して前記アノード電極に供給された水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、前記電解質膜を介して前記カソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流電圧Ｖｆｃ（以下、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃという。）を発生する電気エネルギとして利用に供される。カソード電極には、前記カソード流路を介して酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【００２６】
ＦＣ４０からの電力（以下、ＦＣ発電電力Ｐｆｃという。Ｐｆｃ＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ、Ｉｆｃ：ＦＣ発電電流）は、ＦＣ発電電圧ＶｆｃがＦＣＶＣＵ２１を介して昇圧されて又は直結状態とされてＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じてエアポンプ４２等の補機に供給され、さらにＢＡＴ２０充電用として供給され、さらにまた、降圧コンバータ４８を通じて低電圧バッテリ５０等に供給される。
【００２７】
一方、ＢＡＴ２０からの電力（以下、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔという。）は、バッテリ電圧ＶｂがＢＡＴＶＣＵ２２を通じて昇圧されて又は直結状態とされてＩＮＶ１６及びモータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、前記エアポンプ４２等の補機に供給され、さらに降圧コンバータ４８を通じて低電圧バッテリ５０等に供給される。
【００２８】
低電圧バッテリ５０の電力は、ライト、アクセサリや各種センサ等の低電圧駆動される補機５２、ＥＣＵ２４、ラジエータファン５４、及び水素タンク４５の遮断弁４３に供給される。
【００２９】
ＢＡＴ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、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等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
【００３０】
図１に示すように、ＦＣＶＣＵ２１は、インダクタ２１ａとスイッチング素子２１ｂとダイオード２１ｃとから構成され、ＥＣＵ２４を通じてスイッチング素子２１ｂがスイッチング状態（デューティ制御）とされることで、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する。
【００３１】
スイッチング素子２１ｂがオフ状態（開状態）に維持されると、インダクタ２１ａとダイオード２１ｃを通じてＦＣ４０と負荷３０とが直結状態（ＦＣ直結状態又はＦＣＶＣＵ直結状態という。）とされ、負荷端電圧ＶｉｎｖがＦＣ発電電圧Ｖｆｃに直結される（Ｖｉｎｖ＝Ｖｆｃ−Ｖｄ≒Ｖｆｃ、Ｖｄ＜＜Ｖｆｃ、Ｖｄ：ダイオード２１ｃの順方向電圧降下電圧）。ダイオード２１ｃは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、ＦＣＶＣＵ２１は、昇圧動作（力行時等）の他に逆流防止動作、直結動作（力行時等）を行う。
【００３２】
ＢＡＴＶＣＵ２２は、インダクタ２２ａと、スイッチング素子２２ｂ、２２ｄと、これらスイッチング素子２２ｂ、２２ｄにそれぞれ並列に接続されるダイオード２２ｃ、２２ｅとから構成される。昇圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｄがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｂがスイッチング（デューティ制御）されることでバッテリ電圧Ｖｂ（蓄電電圧）が所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖまで昇圧される（力行時）。降圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｂがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｄがスイッチング（デューティ制御）されることで、負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂまで降圧される（回生充電時、あるいはＦＣ４０による充電時）。また、スイッチング素子２２ｂをオフ状態、スイッチング素子２２ｄをオン状態とすることで、ＢＡＴ２０と負荷３０とが直結状態（ＢＡＴ直結状態又はＢＡＴＶＣＵ直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時）とされる。
【００３３】
ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂが負荷端電圧Ｖｉｎｖになる（Ｖｂ＝Ｖｉｎｖ）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｂ−ダイオード２２ｅの順方向降下電圧」となり、充電時（回生時含む）の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｉｎｖ＝Ｖｂ＋スイッチング素子２２ｄのオン電圧＝Ｖｂ（スイッチング素子２２ｄのオン電圧を０［Ｖ］と仮定した場合。）」になる。
【００３４】
なお、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２において、１次側１Ｓｆ、１Ｓｂ、及び２次側２Ｓ間に配置される平滑コンデンサは図示を省略している。
【００３５】
ＦＣ４０は、図３に示すように、ＦＣ発電電圧ＶｆｃがＦＣ開放端電圧Ｖｆｃｏｃｖより低下するに従い、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが増加する公知の特性７０を有する。
【００３６】
そのため、ＦＣＶＣＵ２１の直結時においては、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、昇圧状態（スイッチング状態）のＢＡＴＶＣＵ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｂ）で決定される負荷端電圧Ｖｉｎｖ｛ＢＡＴＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）になる。｝により制御され、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃが決定されると、特性７０に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。
【００３７】
また、ＦＣＶＣＵ２１の昇圧時においては、ＦＣＶＣＵ２１の１次側１Ｓｆの電圧、すなわちＦＣ発電電圧ＶｆｃがＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、特性７０に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが決定され、所望の負荷端電圧ＶｉｎｖとなるようにＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定される。
【００３８】
さらに、ＢＡＴＶＣＵ２２の回生時直結状態においては、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、特性７０に沿ってＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。
【００３９】
さらにまた、ＢＡＴＶＣＵ２２の力行時直結状態においては、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、ＦＣＶＣＵ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、負荷端電圧Ｖｉｎｖの変化に応じてＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が変化するように決定され、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが制御（決定）される。
【００４０】
なお、ＦＣＶＣＵ２１とＢＡＴＶＣＵ２２との同時直結状態は、負荷端電圧Ｖｉｎｖの制御が不能となったり、ＦＣ４０及びＢＡＴ２０を劣化させたり、損傷させる可能性があるので、回避されている。
【００４１】
この実施形態において、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが正である力行時には、ＦＣＶＣＵ２１は直結状態（ＦＣＶＣＵ直結）にされ、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃになっている負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴＶＣＵ２２の指令電圧（目標電圧）である負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍにされる。この場合、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑの正方向への増加に応じて、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍが低下される、換言すればＦＣ発電電圧Ｖｆｃが低下されることでＦＣ発電電流Ｉｆｃが増加され（ＦＣ発電電力Ｐｆｃが増加され）、ＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給されると共に、ＢＡＴＶＣＵ２２を通じてＢＡＴ２０が充電され、且つエアポンプ４２等の補機に供給される。
【００４２】
また、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負である回生時には、回生電力をなるべくＢＡＴ２０に取り込むべく（充電量を大きくすべく）ＦＣ発電電圧Ｖｆｃは、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが比較的に小さくなるＦＣ発電電流Ｉｆｃｌ（図３参照）を発電する比較的に高い一定値のＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈに設定される。この場合において、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ発電電圧Ｖｆｃ以下（Ｖｂ≦Ｖｆｃ）の値である場合、ＢＡＴＶＣＵ２２の目標電圧（２次側電圧）が負荷端指令電圧ＶｉｎｖｃｏｍとされＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈに固定される。
【００４３】
一方、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負である回生時であっても、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ発電電圧Ｖｆｃを上回る（Ｖｂ＞Ｖｆｃ）値となった場合、回生電力をなるべくＢＡＴ２０に取り込むべく（充電量を大きくすべく）、ＢＡＴＶＣＵ２２は、スイッチング状態（電圧制御状態）からＢＡＴＶＣＵ２２の直結状態に移行され、この後、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍがバッテリ電圧Ｖｂとされ、バッテリ電圧Ｖｂは、前記回生電力の充電により徐々に増加する。
【００４４】
ＢＡＴＶＣＵ２２が、スイッチング状態（電圧制御状態）からＢＡＴＶＣＵ２２の直結状態に移行するのに同期して、ＦＣＶＣＵ２１は、直結状態からスイッチング状態（電圧制御状態）に移行し、このＦＣＶＣＵ２１のスイッチング状態（電圧制御状態）での２次側電圧制御により、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍを増加させ、この増加に応じてバッテリ電圧Ｖｂを順次増加させることができる。
【００４５】
ＥＣＵ２４は、通信線６８（図１）を介して、モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃ、ＦＣ発電電流Ｉｆｃ、ＦＣ温度Ｔｆｃ（ウォータポンプ４４により流通される冷媒の温度等）、ＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ温度Ｔｂ、ＩＮＶ１６の負荷端電圧Ｖｉｎｖ、２次電流Ｉ２、モータ電流Ｉｍ、モータ温度Ｔｍ等の各種センサの検出値を用いる。
【００４６】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ６０及びモータ回転数センサ６２（図１）が含まれる。開度センサ６０は、アクセルペダル６４の開度θｐ［度、ｄｅｇ］を検出する。モータ回転数センサ６２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。
【００４７】
ＥＣＵ２４は、回転数Ｎｍに基づいてＦＣ自動車１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。ＦＣ自動車１０においてモータ回転数センサ６２は、車速センサを兼用するが別途設けてもよい。
【００４８】
さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ６６（以下「メインＳＷ６６」という。）が接続される。メインＳＷ６６は、内燃機関自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、ＦＣユニット１８及びＢＡＴ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。メインＳＷ６６がオン状態にされるとＦＣ４０が発電状態となり、オフ状態にされると発電停止状態となる。
【００４９】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００５０】
ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０の状態、ＢＡＴ２０の状態及びモータ１４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ＦＣ自動車１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣ４０が負担すべき負荷と、ＢＡＴ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣユニット１８、ＢＡＴ２０、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２に指令を送出する。
【００５１】
次に、ＥＣＵ２４による制御について説明する。
【００５２】
なお、この発明の目的は、負荷３０の要求出力（負荷要求出力＝負荷要求電力）、すなわちモータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑの変動に応じて、ＦＣＶＣＵ２１によるＦＣ４０の制御が不能にならないように制御しつつ、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが回生電力の場合（Ｐｍｏｔｒｅｑ＜０）には、回生電力を効率的にＢＡＴ２０に充電することにあり、また、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負（回生状態）から正（力行状態）に移行する場合にも、ＦＣＶＣＵ２１によるＦＣ４０の制御が不能にならないように制御することにある。
【００５３】
このため、この発明の理解の便宜のために、ここでは、既にメインＳＷ６６がＯＮ状態になっていてＦＣ４０が発電中であり、ＦＣ自動車１０が走行回生時から走行力行時に至るＥＣＵ２４による過度制御について、図４のフローチャート及び図５のタイミングチャートを参照しながら、（１）回生時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の直結回避状態、（２）回生時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の直結許可状態、（３）回生時から力行時に至る過渡状態、及び（４）力行時におけるＦＣＶＣＵ２１の直結状態の順に説明する。
【００５４】
（１）回生時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の直結回避状態の説明
ステップＳ１にて、ＥＣＵ２４は、負荷３０の要求電力であるモータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑ［ｋＷ］が、負（Ｐｍｏｔｒｅｑ＜０）であるか否かをモータ電流Ｉｍの流れる方向、及び車速Ｖの微分値（減速度）等により判定する。
【００５５】
モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが負である回生時であると判定（ステップＳ１：ＹＥＳ、時点ｔ０〜ｔ２）した場合には、回生電力をなるべくＢＡＴ２０に取りきる（充電する）ために、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃを、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが比較的に小さい値のＦＣ発電電流ＩｆｃｌとなるＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈに設定する。なお、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈは、ＦＣ４０の高電圧劣化が進まない電圧に制限することが好ましい。
【００５６】
この場合のＦＣ発電電力Ｐｆｃ（Ｐｆｃ＝ＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈ×ＦＣ発電電流Ｉｆｃｌ）は、エアポンプ４２、補機５２等の補機等の要求電力に設定される（時点ｔ０〜ｔ５）。
【００５７】
次いで、ステップＳ３にて、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂを上回る電圧（Ｖｆｃ＞Ｖｂ）になっているか否かを判定する。
【００５８】
ＦＣ発電電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂを上回る電圧であった（ステップＳ３：ＹＥＳ）場合、ステップＳ４にて、ＢＡＴＶＣＵ２２は、電圧制御中（スイッチング中）の状態とされ、ＦＣＶＣＵ２１は、直結状態とされる。より詳しくは、時点ｔ０〜ｔ１間において、ＢＡＴＶＣＵ２２の目標電圧は、負荷端電圧Ｖｉｎｖとされ、この負荷端電圧Ｖｉｎｖの指令電圧である負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍが、一定電圧であるＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈに設定される（Ｖｉｎｖｃｏｍ＝Ｖｆｃｈ）。この場合、ＥＣＵ２４によりバッテリ電圧Ｖｂが検出され、ＢＡＴＶＣＵ２２の降圧比が（Ｖｂ／Ｖｉｎｖｃｏｍ）に設定される。一方、ＦＣＶＣＵ２１は直結状態に制御される。
【００５９】
ここで、ＦＣシステム１２は、１次電圧としてＦＣ発電電圧Ｖｆｃ（第１電圧）を出力する第１電源装置としてのＦＣ４０と、他の１次電圧としてバッテリ電圧Ｖｂ（第２電圧）を出力する充放電可能な第２電源装置としてのＢＡＴ２０と、負荷３０と、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃを、スイッチング状態で２次電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖに変換し又は直結状態で負荷３０に印加するＦＣＶＣＵ２１（第１ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、バッテリ電圧Ｖｂを、スイッチング状態で負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧し若しくは直結状態で負荷３０に印加し、又はスイッチング状態で負荷端電圧Ｖｉｎｖを降圧し若しくは直結状態で負荷３０からの回生電力を回生してＢＡＴ２０を充電するＢＡＴＶＣＵ２２（第２ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２のスイッチング動作を制御するＥＣＵ２４（制御装置）と、を備える。
【００６０】
上述したように、ＥＣＵ２４は、回生時（ステップＳ１：ＹＥＳ）において、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂを上回る電圧である場合、ＦＣＶＣＵ２１を直結状態にすると共にＢＡＴＶＣＵ２２をスイッチング状態にして当該ＢＡＴＶＣＵ２２の直結回避状態に制御している（時点ｔ０〜ｔ１）。
【００６１】
すなわち、回生時に、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、充放電可能なＢＡＴ２０のバッテリ電圧Ｖｂを上回る（Ｖｆｃ＞Ｖｂ）電圧である場合、ＦＣＶＣＵ２１を直結状態にすると共にＢＡＴＶＣＵ２２をスイッチング状態（降圧状態）に制御するので、この回生時に、ＦＣ発電電圧ＶｆｃをＢＡＴＶＣＵ２２によりＦＣ発電電流Ｉｆｃの比較的に少ないＦＣ発電電流Ｉｆｃｌ（一定電流）に固定するＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈ（一定電圧）に固定して制御することが可能であり、これにより、回生時における、ＦＣ４０からＢＡＴ２０への充電量を効果的に抑制でき、その分余分に、回生電力をＢＡＴ２０に充電することができる。また、ＦＣ４０の、いわゆる高電圧劣化を抑制することができる。
【００６２】
（２）回生時におけるＢＡＴＶＣＵ２２の直結許可状態の説明
この制御は、ステップＳ１：ＹＥＳ→ステップＳ２→ステップＳ３：ＮＯの場合に実行される処理であり、ステップＳ５において、時点ｔ１に示すように、回生時（Ｐｍｏｔｒｅｑ＜０）に、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂ以下（Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｈ≦Ｖｂ）の電圧になったとき、換言すれば、充電によりバッテリ電圧Ｖｂが上昇してきて回生電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖに近づいてきたとき、ＢＡＴＶＣＵ２２をスイッチング状態から直結状態に切替制御すると共にＦＣＶＣＵ２１を直結状態からスイッチング状態に切替制御することで、回生電力をＢＡＴ２０に最大限充電しながらＦＣＶＣＵ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）を徐々に増加させることでＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃを一定電圧であるＦＣ発電電圧Ｖｆｃｈに保持制御することができる。
【００６３】
時点ｔ１〜ｔ２間において、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍは、バッテリ電圧Ｖｂに設定される点に留意する。
【００６４】
また、時点ｔ１〜ｔ２間において、ＦＣＶＣＵ２１は、電流制御とされる。この場合、ＦＣＶＣＵ２１では、ＦＣ発電電流Ｉｆｃが、一定電流Ｉｆｃｌとなる（Ｉｆｃ＝Ｉｆｃｌ）ように、１次側電圧であるＦＣ発電電圧Ｖｆｃが、Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｈに設定される。
【００６５】
時点ｔ１での同時切替制御は、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ発電電圧Ｖｆｃを上回るときに実行されるので、ダイオード２１ｃの作用（逆方向電流通流阻止）下に、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが制御不能になる事態が発生しない。
【００６６】
（３）回生時から力行時に至る過渡状態（過渡制御）の説明
この制御は、ステップＳ１：ＮＯの場合にステップＳ６の判定処理が肯定的となった（ステップＳ６：ＹＥＳ）場合に実行される処理である。
【００６７】
ステップＳ１において、時点ｔ２に示すように、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑがゼロ値となったときに実施される処理であり、現状ＶＣＵの状態はＢＡＴＶＣＵ２２が直結状態であって、要求ＶＣＵの状態がＦＣＶＣＵ２１が直結状態とされる（ステップＳ６：ＹＥＳ）場合に実行される処理である。
【００６８】
時点ｔ２において、ステップＳ７にてＢＡＴＶＣＵ２２に対する負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍが、Ｖｉｎｖｃｏｍ＝Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｈに設定される。すなわち、時点ｔ２において、ステップＳ８にてＢＡＴＶＣＵ２２は、ＦＣＶＣＵ２１の直結移行に先立ち、直結状態から電圧制御状態（スイッチング状態）に移行制御される。
【００６９】
この時点ｔ２においては、回生電力がゼロ値となるので、ＢＡＴ２０には、充電電流が流れなくなるので、バッテリ電圧Ｖｂは、階段状に低下する。
【００７０】
時点ｔ２〜ｔ３の間でのＢＡＴＶＣＵ２２のフィードバック制御により実電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖは、徐々に負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍ＝Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｆまで降圧する。すなわち、ステップＳ９にて、負荷端電圧ＶｉｎｖがＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｈまで降圧したか否かが確認され、時点ｔ３において、負荷端電圧Ｖｉｎｖが負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍ＝Ｖｆｃｈまで降圧した（ステップＳ９：ＹＥＳ）ときに、ＥＣＵ２４は、ステップＳ１０にて、ＦＣＶＣＵ２１に直結ＯＫ指令（パルス）を伝達する。
【００７１】
そうすると、時点ｔ４にて、ＦＣＶＣＵ２１が１次側電流制御から直結制御に切り替えられ、電流制御状態から直結状態に切り替わる。ＢＡＴＶＣＵ２２は、ステップＳ８での電圧制御が維持されている。
【００７２】
このように、回生時から力行時に至る過渡状態（過渡制御）では、直結状態にあるＢＡＴＶＣＵ２２を時点ｔ２にて先に電圧制御状態（スイッチング状態）にした後、負荷端電圧ＶｉｎｖがＦＣ発電電圧Ｖｆｃ＝Ｖｆｃｆに降圧した後に、時点ｔ４にてＦＣＶＣＵ２１を電流制御状態（スイッチング状態）から直結状態に移行制御することにより、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが制御不能になる不都合を回避することができる。すなわち、過渡時に直結状態にあるＢＡＴＶＣＵ２２のバッテリ電圧ＶｂにＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが固定（Ｖｆｃ＝Ｖｂ：Ｖｂは変化している。）されてしまい、ＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃが制御不能になる事態を回避することができる。ＦＣ発電電圧Ｖｆｃが制御不能になると、例えばＦＣ開放端電圧Ｖｆｃｏｃｖに近づき高電圧劣化する等の不都合が発生する。
【００７３】
（４）力行時におけるＦＣＶＣＵ２１の直結状態の説明
この制御は、ステップＳ１：ＮＯの場合にステップＳ６の判定処理が否定的となった（ステップＳ６：ＮＯ）場合に実行される処理である。
【００７４】
ステップＳ１０のＦＣＶＣＵ２１の直結状態及びＢＡＴＶＣＵ２２の電圧制御状態の制御中に、時点ｔ５に対応するステップＳ１１での判定処理であるモータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑが正の値になった（ステップＳ１１：ＹＥＳ）とき、駆動モータ１４が力行状態とされる。
【００７５】
この場合、ステップＳ１２にて、ＦＣ４０の直結電圧であるＦＣ発電電圧Ｖｆｃを制御しているＢＡＴＶＣＵ２２に対し、負荷端指令電圧ＶｉｎｖｃｏｍをＶｉｎｖｃｏｍ＝Ｖｆｃに切替設定する。
【００７６】
これにより時点ｔ５以降の処理に対応するステップＳ１３にて、ＢＡＴＶＣＵ２２は、モータ要求電力Ｐｍｏｔｒｅｑの上昇に応じて、負荷端指令電圧Ｖｉｎｖｃｏｍを下降させ、結果として、図３の特性７０中の矢印で示すように、ＦＣ発電電流ＩｆｃがＩｆｃｌから上昇することになる。
【００７７】
なお、時点ｔ２〜ｔ５の間において、エアポンプ４２及び補機５２等の補機負荷の電力は、ＦＣ４０の電力（Ｖｆｃｈ×Ｉｆｃｌ）により賄われていたが、時点ｔ５にて、補機負荷の電力は、ＢＡＴ２０によっても賄われ開始し、時点ｔ５以降、ＢＡＴ２０は、ＦＣ４０の余剰電力により徐々に充電される。
【００７８】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態によれば、負荷３０である駆動モータ１４からの回生電力を、充放電可能なＢＡＴ２０に充電する回生時に、ＦＣＶＣＵ２１及びＢＡＴＶＣＵ２２の少なくとも一方のＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング状態に制御しているので、当該スイッチング状態にあるＤＣ／ＤＣコンバータによりＦＣ４０のＦＣ発電電圧Ｖｆｃを制御することができる。
【００７９】
これにより、回生時にＦＣ４０からＢＡＴ２０への充電量を効果的に抑制でき、その分、余分に、ＢＡＴ２０に回生電力を充電することができる。
【００８０】
また、この２電源負荷駆動システムとしての燃料電池システム１２では、ＢＡＴＶＣＵ２２の直結状態からＦＣＶＣＵ２１の直結状態に切り替える過渡期間に、先にＦＣＶＣＵ２１をスイッチング状態から直結状態に切り替えようとすると、ＦＣＶＣＵ２１が直結状態にならない不都合が発生したり（時点ｔ１〜ｔ２）、ＦＣ４０がダイオード２１ｃを介してＢＡＴ２０とＢＡＴＶＣＵ２２により決定される負荷端電圧Ｖｉｎｖに誘導されるので制御不能に陥る（制御が破綻する）懸念があったのを、ＢＡＴＶＣＵ２２の直結状態からＦＣＶＣＵ２１の直結状態に切り替える過渡期間では、ＦＣＶＣＵ２１の直結制御の前に、先に負荷端電圧ＶｉｎｖをＦＣ発電電圧Ｖｆｃに制御するようにしているので、ＦＣＶＣＵ２１を直結状態に制御する際、制御が破綻することなく、円滑に移行制御を行うことができる。
【００８１】
なお、ＥＣＵ２４による制御をより確実にするために、ＦＣＶＣＵ直結状態とは、それぞれ数百ボルトであるＦＣ発電電圧Ｖｆｃとバッテリ電圧Ｖｂとを対象とした場合に、ＦＣ発電電圧Ｖｆｃと負荷端電圧Ｖｉｎｖとの差電圧が±２０［Ｖ］程度以内の電圧範囲をいい、ＢＡＴＶＣＵ直結状態とは、バッテリ電圧Ｖｂと負荷端電圧Ｖｉｎｖとの差電圧が±２０［Ｖ］程度以内の電圧範囲をいう。
【００８２】
また、両方昇圧状態時には、負荷端電圧Ｖｉｎｖが、Ｖｉｎｖ＞Ｖｂ＋許容電圧（マージン）となっていることを判定条件としている。許容電圧は＋２０［Ｖ］程度である。
【００８３】
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、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。
【符号の説明】
【００８４】
１０…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）  １２…燃料電池システム
１４…モータ（駆動モータ）          １６…負荷駆動回路（インバータ）
２０…ＢＡＴ（蓄電装置）            ２１…ＦＣＶＣＵ（昇圧コンバータ）
２２…ＢＡＴＶＣＵ（昇降圧コンバータ）
４０…ＦＣ（燃料電池スタック）
【図１】
2014166109.tif 000003
【図２】
2014166109.tif 000004
【図３】
2014166109.tif 000005
【図４】
2014166109.tif 000006
【図５】
2014166109.tif 000007