(57)【要約】【課題】リアクトル電流の上昇量と下降量とが異なっている場合であっても、リアクトル電流の平均値を精度よく算出する。【解決手段】リアクトルの電流平均値ＩＬａｖｇを算出する平均値算出部は、電流値が上昇する上昇期間中の時間ｔ１における電流値ＩＬ１および時間ｔ２における電流値ＩＬ２と、電流値が下降する下降期間中の任意の時間であって電流値がゼロでない時間ｔ３における電流値ＩＬ３と、をそれぞれ取得する電流値取得部と、線形補間法を用いて、上昇期間の開始時間である時間ｔ４および該時間ｔ４における電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間である時間ｔ５および該時間ｔ５における電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間である時間ｔ６および該時間ｔ６における電流値ＩＬ６と、を算出する算出部と、を有し、式（１）を用いて電流平均値ＩＬａｖｇを算出する燃料電池システム。【選択図】図３
2018092861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルを有し、前記リアクトルに流れる電流値に基づいて燃料電池の出力電圧を制御するコンバータを備える燃料電池システムであって、
前記リアクトルの電流平均値ＩＬａｖｇを算出する平均値算出部と、
前記リアクトルに接続され、前記リアクトルからの電流出力のオンオフを切り替えるスイッチング素子と、
前記電流平均値ＩＬａｖｇに基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより、前記電流値が上昇した後連続して下降するように前記出力電圧を制御する出力電圧制御部と、
を備え、
前記平均値算出部は、
前記電流値が上昇する上昇期間中の任意の時間ｔ１における電流値ＩＬ１および該時間ｔ１よりも後の時間ｔ２における電流値ＩＬ２と、前記電流値が下降する下降期間中の任意の時間であって前記電流値がゼロでない時間ｔ３における電流値ＩＬ３と、をそれぞれ取得する電流値取得部と、
前記時間ｔ１と、前記時間ｔ２と、前記電流値ＩＬ１と、前記電流値ＩＬ２と、を基に、線形補間法を用いて、前記上昇期間の開始時間である時間ｔ４および該時間ｔ４における電流値ＩＬ４と、前記上昇期間の終了時間且つ前記下降期間の開始時間である時間ｔ５および該時間ｔ５における電流値ＩＬ５と、を算出すると共に、前記時間ｔ３と、前記時間ｔ５と、前記電流値ＩＬ３と、前記電流値ＩＬ５と、を基に、線形補間法を用いて、前記下降期間の終了時間である時間ｔ６および該時間ｔ６における電流値ＩＬ６と、を算出する算出部と、
を有し、式（１）を用いて前記電流平均値ＩＬａｖｇを算出する、
燃料電池システム。
【数１】
2018092861.tif 000021
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池を発電させて、モータなどの外部負荷や、システム内部の補機類などからの要求に応じた目標電力を出力する。燃料電池システムには、燃料電池の出力電力を外部負荷や、補機類に対して安定的に出力するために、コンバータを用いて燃料電池の出力電圧を昇圧する制御システムが組み込まれている。コンバータは、例えば、インダクタンス素子であるリアクトルと、リアクトルに対する電流（以下、「リアクトル電流」と呼ぶ）の流れを制御するスイッチング素子と、で構成される。かかる昇圧制御は、リアクトル電流の平均値に基づいて、スイッチング素子のオン時間とオフ時間との割合を示すデューティ比をフィードバック制御することにより行う。一般的に、リアクトル電流は、スイッチング素子の周期的なオン／オフに伴って上昇と下降とを繰り返す。特許文献１には、スイッチング素子のオン時間におけるリアクトル電流の中点の値に所定の係数を乗じて得られる値をリアクトル電流の平均値として算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０９８９９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、スイッチング素子のオン時間におけるリアクトル電流値の上昇量と、スイッチング素子のオフ時間におけるリアクトル電流値の下降量とが等しいことを前提としている。例えば、目標電力が短時間で著しく変化した場合に、リアクトル電流値の上昇量と下降量とが異なる場合がある。この場合、特許文献１に記載のリアクトル電流の平均値算出方法を用いると、算出されたリアクトル電流の平均値の誤差が大きくなってしまうおそれがある。そこで、リアクトル電流値の上昇量と下降量とが異なっている場合であっても、リアクトル電流の平均値を精度よく算出する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一実施形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、リアクトルを有し、前記リアクトルに流れる電流値に基づいて燃料電池の出力電圧を制御するコンバータを備える燃料電池システムであって、前記リアクトルの電流平均値ＩＬａｖｇを算出する平均値算出部と；前記リアクトルに接続され、前記リアクトルからの電流出力のオンオフを切り替えるスイッチング素子と；前記電流平均値に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより、前記電流値が上昇した後連続して下降するように前記出力電圧を制御する出力電圧制御部と；を備え；前記平均値算出部は、前記電流値が上昇する上昇期間中の任意の時間ｔ１における電流値ＩＬ１および該時間ｔ１よりも後の時間ｔ２における電流値ＩＬ２と、前記電流値が下降する下降期間中の任意の時間であって前記電流値がゼロでない時間ｔ３における電流値ＩＬ３と、をそれぞれ取得する電流値取得部と；前記時間ｔ１と、前記時間ｔ２と、前記電流値ＩＬ１と、前記電流値ＩＬ２と、を基に、線形補間法を用いて、前記上昇期間の開始時間である時間ｔ４および該時間ｔ４における電流値ＩＬ４と、前記上昇期間の終了時間且つ前記下降期間の開始時間である時間ｔ５および該時間ｔ５における電流値ＩＬ５と、を算出すると共に、前記時間ｔ３と、前記時間ｔ５と、前記電流値ＩＬ３と、前記電流値ＩＬ５と、を基に、線形補間法を用いて、前記下降期間の終了時間である時間ｔ６および該時間ｔ６における電流値ＩＬ６と、を算出する算出部と；を有し、式（１）を用いて前記電流平均値ＩＬａｖｇを算出する。
【数１】
2018092861.tif 000003
【０００７】
この形態の燃料電池システムによれば、上昇期間の開始時刻である時間ｔ４および該時間ｔ４における電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間である時間ｔ５および該時間ｔ５における電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間である時間ｔ６および該時間ｔ６における電流値ＩＬ６と、を算出し、これらの情報を利用して電流平均値ＩＬａｖｇを算出するので、リアクトル電流値ＩＬの上昇量と下降量とが異なっている場合であっても、電流平均値ＩＬａｖｇを精度よく算出できる。
【０００８】
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、コンバータを備える車両や、コンバータシステムにおける電力制御方法、スイッチング素子のオンオフ制御方法等の形態においても実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムの電気的構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池コンバータの詳細構成を示すブロック図である。
【図３】連続モードにおけるリアクトル電流値の時間変化の一例を示す説明図である。
【図４】連続モードにおける電流平均値の算出方法を説明するための説明図である。
【図５】不連続モードにおけるリアクトル電流値の時間変化の一例を示す説明図である。
【図６】不連続モードにおける電流平均値の算出方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．実施形態：
Ａ１．燃料電池システムの全体構成：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１００の電気的構成を示す説明図である。この燃料電池システム１００は、燃料電池車両に搭載され、運転者の要求に応じて燃料電池車両の駆動力を発生させる。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、燃料電池コンバータ１１と、二次電池１５と、二次電池コンバータ１６と、駆動モータ２０と、ＤＣ／ＡＣインバータ２１と、第１電圧検出部３１と、第２電圧検出部３２と、制御部５０と、を備える。
【００１１】
燃料電池１０は、燃料電池システム１００の電力源であり、反応ガスとして水素ガスと空気の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０として、固体高分子型燃料電池に限定されることなく、種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。例えば、燃料電池１０としては、固体高分子型燃料電池に代えて、固体酸化物型燃料電池が採用されてもよい。燃料電池１０は、第１直流導線１を介して、燃料電池コンバータ１１の入力端子に接続されている。
【００１２】
燃料電池コンバータ１１は、制御部５０からの指示に応じて、燃料電池１０から入力された電圧を目標電圧まで昇圧して出力する昇圧型コンバータである。具体的には、燃料電池コンバータ１１は、リアクトル（後述のリアクトル６１）に流れる電流値（以下、「リアクトル電流値ＩＬ」と呼ぶ）に基づいて燃料電池１０の出力電圧を制御する。燃料電池コンバータ１１の出力端子は、第２直流導線２を介してＤＣ／ＡＣインバータ２１の直流端子に接続されている。燃料電池コンバータ１１は、リアクトル電流値ＩＬを制御部５０に送信する。燃料電池コンバータ１１の詳細構成については、後述する。
【００１３】
二次電池１５は、例えば、リチウムイオン電池によって構成され、燃料電池１０とともに燃料電池システム１００の電力源として機能する。二次電池１５は、第３直流導線３を介して二次電池コンバータ１６の入力端子に接続されている。
【００１４】
二次電池コンバータ１６は、制御部５０からの指示に応じて、燃料電池コンバータ１１と協働してＤＣ／ＡＣインバータ２１の入力電圧（第２直流導線２における電圧）を調整する。また、二次電池コンバータ１６は、二次電池１５の充電および放電を制御する。二次電池コンバータ１６は、燃料電池コンバータ１１と同様な構成を有する昇圧型コンバータである。二次電池コンバータ１６の出力端子は、第４直流導線４を介して、第２直流導線２に接続されている。
【００１５】
駆動モータ２０は、燃料電池車両の車輪を駆動する動力源であり、例えば、三相交流モータによって構成される。駆動モータ２０は、交流導線を介してＤＣ／ＡＣインバータ２１の交流端子に接続されている。
【００１６】
ＤＣ／ＡＣインバータ２１は、制御部５０からの指示に応じて、燃料電池１０および二次電池１５から第２直流導線２を介して供給される直流電力を三相交流の電力に変換して駆動モータ２０に供給する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ２１は、駆動モータ２０において発生する回生電力を直流電力に変換して第２直流導線２に出力する。
【００１７】
第１電圧検出部３１は、第１直流導線１に接続されており、燃料電池コンバータ１１の入力電圧を計測する。第２電圧検出部３２は、第２直流導線２に接続されており、燃料電池コンバータ１１の出力電圧を計測する。第１電圧検出部３１および第２電圧検出部３２は、それぞれ、入力電圧の計測値ＶＬおよび出力電圧の計測値ＶＨを制御部５０に出力する。燃料電池コンバータ１１の入力電圧および出力電圧は、燃料電池コンバータ１１におけるリアクトル（後述のリアクトル６１）の入力電圧および出力電圧に相当する。
【００１８】
制御部５０は、燃料電池コンバータ１１と、二次電池コンバータ１６と、ＤＣ／ＡＣインバータ２１とを制御することによって、燃料電池１０および二次電池１５の出力を制御して、外部からの出力要求に応じた駆動力を駆動モータ２０に発生させる。制御部５０は、燃料電池コンバータ１１と、二次電池コンバータ１６と、ＤＣ／ＡＣインバータ２１と、に電気的に接続されている。制御部５０は、燃料電池コンバータ１１から受信したリアクトル電流値ＩＬを燃料電池コンバータ１１の制御に用いる。本実施形態では、制御部５０は、コンピュータにより構成されている。制御部５０のＣＰＵは、制御部５０内のメモリに予め格納されている制御プログラムを実行することにより、出力電圧制御部５１と、平均値算出部５２として機能する。平均値算出部５２は、電流値取得部５３と、算出部５４と、を有する。
【００１９】
出力電圧制御部５１は、リアクトル電流値ＩＬの平均値に基づいて燃料電池１０の出力電圧の制御を行う。具体的には、スイッチング素子６３のターンオン時間とターンオフ時間との割合を示すデューティ比を制御することにより行う。かかるデューティ比は、リアクトル電流値ＩＬの平均値に基づいてフィードバック制御される。
【００２０】
平均値算出部５２は、電流値取得部５３により取得されたリアクトル電流値ＩＬ（実測値）と、算出部５４により算出されたリアクトル電流値ＩＬ（算出値）とに基づいて、リアクトル電流値ＩＬの平均値（以下、「電流平均値ＩＬａｖｇ」と呼ぶ）を算出する。なお、電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法の詳細については、後述する。
【００２１】
電流値取得部５３は、燃料電池コンバータ１１のリアクトル（後述のリアクトル６１）に流れるリアクトル電流値ＩＬ（実測値）を取得する。
【００２２】
算出部５４は、電流値取得部５３により取得されたリアクトル電流値ＩＬ（実測値）を基に、リアクトル電流値ＩＬが上昇する上昇期間（以下、単に「上昇期間」と呼ぶ）の開始時間および終了時間におけるリアクトル電流値ＩＬと、リアクトル電流値ＩＬが下降する下降期間（以下、単に「下降期間」と呼ぶ）の終了時間におけるリアクトル電流値ＩＬを算出する。
【００２３】
Ａ２．燃料電池コンバータの詳細構成：
図２は、燃料電池コンバータ１１の詳細構成を示すブロック図である。図２では、第３直流導線３および第４直流導線４の図示を省略している。燃料電池コンバータ１１は、互いに並列に接続された４つの電圧変換回路（第１電圧変換回路１１Ｕ、第２電圧変換回路１１Ｖ、第３電圧変換回路１１Ｗおよび第４電圧変換回路１１Ｘ）と、４つの電流センサ（第１電流センサ６７Ｕ、第２電流センサ６７Ｖ、第３電流センサ６７Ｗおよび第４電流センサ６７Ｘ）と、平滑コンデンサ６６と、を備える。
【００２４】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘは、電源ライン５と、接地ライン６とに接続されている。電源ライン５は、燃料電池１０とＤＣ／ＡＣインバータ２１とで共通の電源ラインである。接地ライン６は、燃料電池１０とＤＣ／ＡＣインバータ２１とで共通の接地ラインである。各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘの後段には、平滑コンデンサ６６が電源ライン５と接地ライン６との間に介挿されている。平滑コンデンサ６６は、電源ライン５と接地ライン６との間の電圧変動を低減する。
【００２５】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘは、リアクトル６１と、出力用ダイオード６２と、スイッチング素子６３と、を備える。各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのリアクトル６１は、電源ライン５に電流センサ６７Ｕ〜６７Ｘを介して接続されている。各電流センサ６７Ｕ〜６７Ｘは、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのリアクトル６１に流れる電流の電流値を計測し、その測定値ＩＬＵ、ＩＬｖ、ＩＬＷおよびＩＬｘを制御部５０に送信する。なお、本明細書では、便宜上、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのリアクトル電流の測定値ＩＬＵ、ＩＬｖ、ＩＬＷおよびＩＬｘを総称して、「リアクトル電流値ＩＬ」と呼ぶ。
【００２６】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘの出力用ダイオード６２は、リアクトル６１の出力側と電源ライン５との間に順方向に介装されている。スイッチング素子６３は、リアクトル６１の出力側と接地ライン６との間に介装されている。各スイッチング素子６３は、トランジスタ６４および保護用ダイオード６５により構成されている。
【００２７】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのトランジスタ６４は、ｎｐｎタイプのトランジスタであり、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、電力用ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタなどによって構成される。トランジスタ６４は、リアクトル６１側をコレクタとし、接地ライン６側をエミッタとして接続されている。保護用ダイオード６５は、トランジスタ６４のコレクタ−エミッタ間に、コレクタ電流の流れる方向とは逆方向に接続されている。
【００２８】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのトランジスタ６４のベース端子には、制御部５０により設定されたデューティ比に基づいて生成された制御信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷ、ＳＸが制御部５０から入力される。なお、本明細書では、便宜上、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘの制御信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷおよびＳＸを区別することなく、総称して「制御信号Ｓ」と呼ぶ。各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのスイッチング素子６３は、制御信号Ｓに応じてターンオンとターンオフとを繰り返す。
【００２９】
スイッチング素子６３がターンオンすると、燃料電池１０からリアクトル６１を介してスイッチング素子６３に電流が流れ始め、リアクトル６１に直流励磁による磁気エネルギーが蓄積される。スイッチング素子６３がターンオフすると、ターンオンしていた期間にリアクトル６１に蓄積された磁気エネルギーは、出力用ダイオード６２および電源ライン５を介して、ＤＣ／ＡＣインバータ２１に出力される。
【００３０】
リアクトル６１には、スイッチング素子６３がターンオンしてリアクトル６１に電流が流れている間に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチング素子６３がターンオフしている間に、蓄積された磁気エネルギーが放出される。したがって、スイッチング素子６３は、リアクトル６１からの電流出力のオンオフを切り替えることによって、リアクトル６１に蓄積されるエネルギーを制御することができ、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのリアクトル６１に平均的に流れる電流（実効電流）を制御することができる。
【００３１】
各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘには、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘのスイッチング素子６３が順次繰り返しターンオンされるように、制御信号Ｓが送信される。そのため、各電圧変換回路１１Ｕ〜１１Ｘの出力電圧が順次、燃料電池１０の出力電圧より高くなり、ＤＣ／ＡＣインバータ２１に入力される電圧は、燃料電池１０の出力電圧より高く維持される。このため、上述の出力電圧制御部５１は、リアクトル６１の電流平均値ＩＬａｖｇに基づいて、スイッチング素子６３のターンオン・ターンオフのタイミングを制御して、燃料電池１０の出力電圧を制御する。以上の動作によって、燃料電池コンバータ１１は、燃料電池１０から入力された電圧を目標電圧まで昇圧してＤＣ／ＡＣインバータ２１に入力する。
【００３２】
Ａ３．燃料電池コンバータ１１の動作モード：
上述のように、スイッチング素子６３がターンオンされるとリアクトル電流値ＩＬが増加し始め、スイッチング素子６３がターンオフされるとリアクトル電流値ＩＬは低下し始める。換言すると、リアクトル電流値ＩＬは、スイッチング素子６３がターンオンされている期間（以下、「オン期間Ｔｏｎ」と呼ぶ）には上昇し、スイッチング素子６３がターンオフされている期間（以下、「オフ期間Ｔｏｆｆ」と呼ぶ）には下降する。したがって、スイッチング素子６３における１周期（以下、「１周期間Ｔ」と呼ぶ）内において、リアクトル電流値ＩＬは、上昇の後連続して下降する。
【００３３】
ここで、燃料電池コンバータ１１の動作モードとして、スイッチング素子６３のオン期間Ｔｏｎとオフ期間Ｔｏｆｆとの比に応じて、リアクトル６１に電流が流れ続ける「連続モード」と、リアクトル６１に電流が断続的に流れる「不連続モード」とが存在する。以降の説明では、連続モードと不連続モードとのそれぞれにおいて、リアクトル６１の電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法について説明する。
【００３４】
Ａ４．連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法：
図３は、連続モードにおけるリアクトル電流値ＩＬの時間変化の一例を示す説明図である。図３において、縦軸はリアクトル電流値ＩＬを示し、横軸は時間を示している。図３では、連続モードにおけるおよそ２周期分のリアクトル電流値ＩＬの時間変化を示している。図３では、リアクトル電流値ＩＬの時間変化を示す図の上部に、スイッチング素子６３におけるオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆの時間変化も示している。図３に示すように、時間ｔ０において、スイッチング素子６３がターンオンされると、応答遅れｄの後、時間ｔ４からリアクトル電流値ＩＬの上昇が開始する。そして、スイッチング素子６３がターンオフされると、応答遅れｄの後、時間ｔ５からリアクトル電流値ＩＬの下降が開始する。図３に示すように、上昇期間の終了時間と、下降期間の開始時間とは、いずれも時間ｔ５で一致している。時間ｔ５においてリアクトル電流値ＩＬの下降が開始し、時間ｔ６において、１周期目のリアクトル電流値ＩＬの下降期間が終了するとともに、２周期目の上昇期間が開始する。
【００３５】
本実施形態において、時間ｔ０およびオン期間Ｔｏｎは、制御部５０において管理されている。また、応答遅れｄは、フィードバック制御による応答遅れであり、設計計測や実測等により定まる値である。
【００３６】
リアクトル電流値ＩＬの電流平均値ＩＬａｖｇは、下記式（２）で表すことができる。
【００３７】
【数２】
2018092861.tif 000004
【００３８】
式（２）において、Ｓ１の面積は、オン期間Ｔｏｎにおけるリアクトル６１に蓄積された電荷の総和を意味する。Ｓ２の面積は、オフ期間Ｔｏｆｆにおいてリアクトル６１に蓄積された電荷の総和を意味する。図３に示すように、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ台形形状を有しているので、電流平均値ＩＬａｖｇは、下記式（３）で表すことができる。
【００３９】
【数３】
2018092861.tif 000005
【００４０】
したがって、上記式（３）に示す電流平均値ＩＬａｖｇを算出するためには、台形Ｓ１における２つの頂点である時間ｔ４および時間ｔ５と、台形Ｓ２における１つの頂点である時間ｔ６と、各時間ｔ４、ｔ５およびｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ４、ＩＬ５およびＩＬ６と、を算出すればよい。ここで、台形Ｓ１における２つの頂点は、換言すると、上昇期間の開始時間ｔ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５である。また、台形Ｓ２における１つの頂点は、換言すると、下降期間の終了時間ｔ６である。上昇期間の開始時間ｔ４および該時間におけるリアクトル電流値ＩＬ４、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５および該時間におけるリアクトル電流値ＩＬ５および下降期間の終了時間ｔ６および該時間におけるリアクトル電流値ＩＬ６は、それぞれ以下のようにして算出できる。
【００４１】
図４は、連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法を説明するための説明図である。図４において、縦軸はリアクトル電流値ＩＬを示し、横軸は時間を示している。図４では、図３に示したリアクトル電流値ＩＬの時間変化と同様のリアクトル電流値ＩＬの時間変化を示している。また、図３と同様に、リアクトル電流値ＩＬの時間変化を示す図の上部に、スイッチング素子６３におけるオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆの時間変化を示している。
【００４２】
上昇期間の開始時間ｔ４は、以下のようにして算出する。図４に示すように、時間ｔ４は、時間ｔ０から応答遅れｄだけ遅い時間である。したがって、時間ｔ４は、下記式（４）により算出できる。なお、上述のように、時間ｔ０、オン期間Ｔｏｎおよび応答遅れｄは、それぞれ既知の値である。
【００４３】
【数４】
2018092861.tif 000006
【００４４】
上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５は、以下のようにして算出する。図４に示すように、時間ｔ５は、時間ｔ０から開始したオン期間Ｔｏｎと応答遅れｄを加えた値である。したがって、時間ｔ５は、下記式（５）により算出できる。
【００４５】
【数５】
2018092861.tif 000007
【００４６】
上昇期間の開始時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４および上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５は、以下のようにして算出する。まず、電流値取得部５３は、上昇期間中の任意の時間ｔ１におけるリアクトル電流値ＩＬ１（実測値）と、上昇期間中の時間ｔ１よりも後の時間ｔ２におけるリアクトル電流値ＩＬ２（実測値）と、をそれぞれ取得する。具体的には、電流値取得部５３は、各電流センサ６７Ｕ〜６７Ｘから取得したリアクトル電流値ＩＬをＡＤ変換することにより取得する。図４では、リアクトル電流値ＩＬ１（実測値）およびリアクトル電流値ＩＬ２（実測値）をそれぞれ黒丸で示している。
【００４７】
図４に示すように、リアクトル電流値ＩＬの上昇を示す直線は、傾きが一定である。このため、線形補間法を用いると、時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と時間ｔ１におけるリアクトル電流値ＩＬ１との関係と、時間ｔ１におけるリアクトル電流値ＩＬ１と時間ｔ２におけるリアクトル電流値ＩＬ２との関係とは、下記式（６）の関係が成立する。
【００４８】
【数６】
2018092861.tif 000008
【００４９】
式（６）を変形すると、時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４は、下記式（７）で表すことができる。
【００５０】
【数７】
2018092861.tif 000009
【００５１】
時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５についても同様に、線形補間法を用いると、時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５と時間ｔ１におけるリアクトル電流値ＩＬ１との関係と、時間ｔ１におけるリアクトル電流値ＩＬ１と時間ｔ２におけるリアクトル電流値ＩＬ２との関係とは、下記式（８）の関係が成立する。
【００５２】
【数８】
2018092861.tif 000010
【００５３】
式（８）を変形すると、時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５は、下記式（９）で表すことができる。
【００５４】
【数９】
2018092861.tif 000011
【００５５】
図４では、線形補間法により算出したリアクトル電流値ＩＬ４およびリアクトル電流値ＩＬ５をそれぞれ白丸で示している。
【００５６】
下降期間の終了時間ｔ６は、以下のようにして算出する。まず、図４に示す、時間ｔ７を算出する。図４に示すように、時間ｔ７は、時間ｔ０から応答遅れｄが生じた後、１周期間Ｔが経過した時間である。したがって、時間ｔ７は、下記式（１０）により算出できる。
【００５７】
【数１０】
2018092861.tif 000012
【００５８】
時間ｔ７におけるリアクトル電流値ＩＬ７は、上述のリアクトル電流値ＩＬ４およびリアクトル電流値ＩＬ５と同様に、線形補間法を用いることにより、算出できる。具体的には、電流値取得部５３は、下降期間中の任意の時間ｔ３におけるリアクトル電流値ＩＬ３（実測値）を取得する。なお、本実施形態において、時間ｔ３は、リアクトル電流値ＩＬがゼロでない時間を選択する。図４では、リアクトル電流値ＩＬ３（実測値）を黒丸で示している。
【００５９】
図４に示すように、リアクトル電流値ＩＬの下降を示す直線は、リアクトル電流値ＩＬの上昇を示す直線と同様に、傾きが一定である。また、上述のように、下降期間の開始時間は、上昇期間の終了時間、すなわち、時間ｔ５と同じである。このため、線形補間法を用いると、時間ｔ７におけるリアクトル電流値ＩＬ７と時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５との関係と、時間ｔ３におけるリアクトル電流値ＩＬ３と時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５との関係とは、下記式（１１）の関係が成立する。
【００６０】
【数１１】
2018092861.tif 000013
【００６１】
式（１１）を変形すると、時間ｔ７におけるリアクトル電流値ＩＬ７は、下記式（１２）で表すことができる。
【００６２】
【数１２】
2018092861.tif 000014
【００６３】
ここで、連続モードの場合は、リアクトル電流値ＩＬ７は、０以上の値をとる。したがって、リアクトル電流値ＩＬ７が０以上の値であった場合には、連続モードであるとして、時間ｔ７と時間ｔ６と、リアクトル電流値ＩＬ７とリアクトル電流値ＩＬ６とは、それぞれ一致することになる。したがって、上記式（１２）において、時間ｔ７を時間ｔ６に、リアクトル電流値ＩＬ７をリアクトル電流値ＩＬ６に、それぞれ置き換えることにより、リアクトル電流値ＩＬ６は、下記式（１３）で表すことができる。
【００６４】
【数１３】
2018092861.tif 000015
【００６５】
上述の手順により算出した、上昇期間の開始時間ｔ４および該時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５および該時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間ｔ６および該時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６と、を、上記式（３）に代入すれば、電流平均値ＩＬａｖｇを算出できる。
【００６６】
Ａ５．不連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法：
図５は、不連続モードにおけるリアクトル電流値ＩＬの時間変化の一例を示す説明図である。図５において、縦軸はリアクトル電流値ＩＬを示し、横軸は時間を示している。図５では、不連続モードにおけるおよそ２周期分のリアクトル電流値ＩＬの時間変化を示している。また、図３と同様に、リアクトル電流値ＩＬの時間変化を示す図の上部に、スイッチング素子６３におけるオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆの時間変化も示している。上述のように、不連続モードは、リアクトル６１に断続的に電流が流れる状態である。
【００６７】
図５に示すように、スイッチング素子６３がターンオンされると、上述の連続モードと同様に、応答遅れｄの後、時間ｔ４からリアクトル電流値ＩＬの上昇が開始する。スイッチング素子６３がターンオフとされると、応答遅れｄの後、時間ｔ５においてリアクトル電流値ＩＬの下降が開始し、時間ｔ６においてリアクトル電流値ＩＬがゼロとなる。その後、上述の連続モードの場合と異なり、リアクトル電流値ＩＬがゼロの状態が所定の時間続いた後、再びスイッチング素子６３がターンオンされると、応答遅れｄの後、リアクトル電流値ＩＬが再び上昇を開始する。
【００６８】
不連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇは、連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法と同様にして算出できる。具体的には、電流平均値ＩＬａｖｇは、上記式（２）で表せる。図５に示すように、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ三角形形状を有しているので、電流平均値ＩＬａｖｇは、下記式（１４）で表すことができる。
【００６９】
【数１４】
2018092861.tif 000016
【００７０】
不連続モードの場合、図５に示すように、上昇期間の開始時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と、下降期間の終了時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６とは、それぞれゼロである。したがって、下記式（１５）が成立する。
【００７１】
【数１５】
2018092861.tif 000017
【００７２】
上記式（１４）において、リアクトル電流値ＩＬ４およびリアクトル電流値ＩＬ６を式（１５）で置き換えると、上記式（３）となる。したがって、不連続モードの場合における電流平均値ＩＬａｖｇも、連続モードの場合における電流平均値ＩＬａｖｇと同じ式（３）から算出できる。このため、上述の連続モードの場合における電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法と同様に、上昇期間の開始時間ｔ４および該時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５および該時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間ｔ６および該時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６と、をそれぞれ算出すれば、電流平均値ＩＬａｖｇを算出できることになる。
【００７３】
図６は、不連続モードにおける電流平均値ＩＬａｖｇの算出方法を説明するための説明図である。図６において、縦軸はリアクトル電流値ＩＬを示し、横軸は時間を示している。図６では、図５に示したリアクトル電流値ＩＬの時間変化と同様のリアクトル電流値ＩＬの時間変化を示している。また、図５と同様に、リアクトル電流値ＩＬの時間変化を示す図の上部に、スイッチング素子６３におけるオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆの時間変化も示している。ここで、上昇期間の開始時間ｔ４および該時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５および該時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５と、のそれぞれの算出手順は、連続モードの場合の算出手順と同様であるので、その詳細な説明は省略する。以降の説明では、下降期間の終了時間ｔ６および該時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６の算出手順について説明する。
【００７４】
上述の連続モードの場合と同様に、まず、図６に示す、時間ｔ７におけるリアクトル電流値ＩＬ７を算出する。リアクトル電流値ＩＬ７は、上記式（１２）により表される。ここで、不連続モードの場合、下降期間の終了時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６はゼロである。したがって、リアクトル電流値ＩＬ７が０より小さい値であった場合には、不連続モードであるとして、リアクトル電流値ＩＬ６は、ゼロとする。このため、リアクトル電流値ＩＬ６は、下記式（１６）で表すことができる。
【００７５】
【数１６】
2018092861.tif 000018
【００７６】
下降期間の終了時間ｔ６は、以下のようにして算出する。ここで、時間ｔ６は、リアクトル電流値ＩＬ６がゼロである時間でなければならない。したがって、この場合、線形補間法を用いると、時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６と時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５との関係と、時間ｔ３におけるリアクトル電流値ＩＬ３と時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５との関係とは、下記式（１７）の関係が成立する。
【００７７】
【数１７】
2018092861.tif 000019
【００７８】
式（１７）を変形すると、時間ｔ６は、下記式（１８）で表すことができる。
【００７９】
【数１８】
2018092861.tif 000020
【００８０】
上述の手順により算出した、上昇期間の開始時間ｔ４および該時間ｔ４におけるリアクトル電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間ｔ５および該時間ｔ５におけるリアクトル電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間ｔ６および該時間ｔ６におけるリアクトル電流値ＩＬ６と、を、上記式（３）に代入すれば、電流平均値ＩＬａｖｇを算出することができる。
【００８１】
以上説明した、本実施形態の燃料電池システムによれば、上昇期間の開始時刻である時間ｔ４および該時間ｔ４における電流値ＩＬ４と、上昇期間の終了時間且つ下降期間の開始時間である時間ｔ５および該時間ｔ５における電流値ＩＬ５と、下降期間の終了時間である時間ｔ６および該時間ｔ６における電流値ＩＬ６と、を算出し、これらの情報を利用して電流平均値ＩＬａｖｇを算出するので、リアクトル電流値ＩＬの上昇量と下降量とが異なっている場合であっても、電流平均値ＩＬａｖｇを精度よく算出できる。
【００８２】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態において、上昇期間中の任意の時間ｔ１、ｔ２および下降期間中の任意の時間ｔ３は、図４および図６に示した例に限られない。例えば、図４において、下降期間中の任意の時間ｔ３は、下降期間中の応答遅れｄ内における任意の時間であってもよい。このような構成においても、時間ｔ３は、下降期間中の任意の時間であってリアクトル電流値ＩＬがゼロでない時間であるので、上記実施形態と同様な効果を奏する。すなわち一般には、時間ｔ１、ｔ２およびｔ３は、それぞれ、上昇期間中の任意の時間ｔ１、該時間ｔ１よりも後の時間ｔ２、下降期間中の任意の時間であってリアクトル電流値ＩＬがゼロでない時間ｔ３であれば、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００８３】
本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｓ、ＳＵ、ＳＶ、ＳＷ、ＳＸ…制御信号
Ｔｏｆｆ…オフ期間
Ｔｏｎ…オン期間
ＶＨ…出力電圧値
ＶＬ…入力電圧値
１…第１直流導線
２…第２直流導線
３…第３直流導線
４…第４直流導線
５…電源ライン
６…接地ライン
１０…燃料電池
１１…燃料電池コンバータ
１１Ｕ…第１電圧変換回路
１１Ｖ…第２電圧変換回路
１１Ｗ…第３電圧変換回路
１１Ｘ…第４電圧変換回路
１５…二次電池
１６…二次電池コンバータ
２０…駆動モータ
２１…ＤＣ／ＡＣインバータ
３１…第１電圧検出部
３２…第２電圧検出部
５０…制御部
５１…出力電圧制御部
５２…平均値算出部
５３…電流値取得部
５４…算出部
６１…リアクトル
６２…出力用ダイオード
６３…スイッチング素子
６４…トランジスタ
６５…保護用ダイオード
６６…平滑コンデンサ
６７Ｕ…第１電流センサ
６７Ｖ…第２電流センサ
６７Ｗ…第３電流センサ
６７Ｘ…第４電流センサ
１００…燃料電池システム
ＩＬ、ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４、ＩＬ５、ＩＬ６、ＩＬ７…リアクトル電流値
ＩＬａｖｇ…電流平均値
Ｔ…１周期間
ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７…時間
【図１】
2018092861.tif 000022
【図２】
2018092861.tif 000023
【図３】
2018092861.tif 000024
【図４】
2018092861.tif 000025
【図５】
2018092861.tif 000026
【図６】
2018092861.tif 000027