(57)【要約】【課題】バッテリ及び燃料電池を備える電源システムにおける装置の利用効率を向上させる。【解決手段】バッテリ及び燃料電池を備える電源システムにおいて、バッテリコンバータは、バッテリの正極側に一端が接続されるリアクトルと、リアクトルの他端と負荷の正極側との間に接続される上ダイオード及び上スイッチング素子と、リアクトルの他端とバッテリの負極側との間に接続される下ダイオード及び下スイッチング素子とを含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路を備え、一対のチョッパ回路における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点よりバッテリ側にはバッテリコンバータとバッテリの正極側とを断接する切替部が設けられ、切替部はバッテリコンバータがバッテリの正極側に接続された状態と、バッテリコンバータが外部交流負荷へ電力を給電可能な外部接続部に接続された状態とを切り替え可能である。【選択図】図１
2019110655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を変換可能なバッテリコンバータを介して負荷に接続され、前記負荷へ供給される電力を蓄電するバッテリと、
前記バッテリ及び前記バッテリコンバータと並列に前記負荷に接続される燃料電池と、
外部交流負荷と接続された状態で前記外部交流負荷へ電力を給電可能な外部接続部と、
を備える電源システムにおいて、
前記バッテリコンバータは、前記バッテリの正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と前記負荷の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端と前記バッテリの負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路を備え、
前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点より前記バッテリ側には、前記バッテリコンバータと前記バッテリの正極側とを断接する切替部が設けられ、
前記バッテリコンバータの切替部は、前記バッテリコンバータが前記バッテリの正極側に接続された状態と、前記バッテリコンバータが前記外部接続部に接続された状態とを切り替え可能であり、
前記バッテリコンバータの動作を制御する制御装置を備える、
電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記外部接続部が前記外部交流負荷と接続されている場合に、前記バッテリコンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、前記燃料電池の発電電力を前記外部交流負荷に前記外部接続部を介して給電させる、
請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記バッテリコンバータを昇圧動作させる際に、前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路の下スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させる、
請求項１又は２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記バッテリコンバータを降圧動作させる際に、前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路の上スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記燃料電池は、電圧を変換可能な燃料電池コンバータを介して前記バッテリ及び前記バッテリコンバータと並列に前記負荷に接続され、
前記燃料電池コンバータは、前記燃料電池の正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と前記負荷の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端と前記燃料電池の負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路を備え、
前記燃料電池コンバータの一対のチョッパ回路における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点より前記燃料電池側には、前記燃料電池コンバータと前記燃料電池の正極側とを断接する切替部が設けられ、
前記燃料電池コンバータの切替部は、前記燃料電池コンバータが前記燃料電池の正極側に接続された状態と、前記燃料電池コンバータが前記外部接続部に接続された状態とを切り替え可能であり、
前記制御装置は、前記燃料電池コンバータの動作を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記外部接続部が外部交流電源と接続されている場合に、前記燃料電池コンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭ整流器として動作させることによって、前記外部交流電源から前記外部接続部を介して受電される電力を用いて前記バッテリを充電させる、
請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記外部接続部が外部交流負荷と接続されている場合に、前記燃料電池コンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、前記バッテリの蓄電電力を前記外部交流負荷に前記外部接続部を介して給電させる、
請求項５又は６に記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃料電池コンバータを昇圧動作させる際に、前記燃料電池コンバータの一対のチョッパ回路の下スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させる、
請求項５〜７のいずれか一項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池であるバッテリと、バッテリと並列に負荷に接続される燃料電池とを備える電源システムが種々の装置に利用されている。例えば、特許文献１に記載されているように、バッテリに蓄電される電力を主として用いて駆動される駆動用モータの出力により走行する電動車両において、燃料電池により発電される電力を用いてバッテリを充電することによって、バッテリの残存容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行の継続を可能にする電動車両がある。このような電動車両は、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両とも言われる。燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両では、例えば、外部電源によりバッテリが充電され、電動車両の走行中にバッテリの残存容量の低下に応じて燃料電池が起動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バッテリ及び燃料電池を備える電源システムにおいて、電源システムにおける装置の利用効率を向上させることが望ましいと考えられる。具体的には、上記の電源システムには、電力源の電圧に応じて当該電力源から出力される電力を昇圧するための昇圧機能を有するコンバータが設けられる場合がある。例えば、そのようなコンバータとして、バッテリに蓄電される電力を昇圧するためのバッテリコンバータ又は燃料電池により発電される電力を昇圧するための燃料電池コンバータが設けられ得る。ここで、電源システムにおいて、電力源から負荷への電力の供給が行われていない場合等に、上記のコンバータが利用されていない状況が生じ得る。このような状況は、電源システムにおける装置の利用効率の低下の要因となる。電源システムにおける装置の利用効率の低下は、電源システムにおける部品点数の増大を誘発し、ひいては電源システムが大型化する要因となり得る。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、バッテリ及び燃料電池を備える電源システムにおける装置の利用効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電圧を変換可能なバッテリコンバータを介して負荷に接続され、前記負荷へ供給される電力を蓄電するバッテリと、前記バッテリ及び前記バッテリコンバータと並列に前記負荷に接続される燃料電池と、外部交流負荷と接続された状態で前記外部交流負荷へ電力を給電可能な外部接続部と、を備える電源システムにおいて、前記バッテリコンバータは、前記バッテリの正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と前記負荷の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端と前記バッテリの負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路を備え、前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点より前記バッテリ側には、前記バッテリコンバータと前記バッテリの正極側とを断接する切替部が設けられ、前記バッテリコンバータの切替部は、前記バッテリコンバータが前記バッテリの正極側に接続された状態と、前記バッテリコンバータが前記外部接続部に接続された状態とを切り替え可能であり、前記バッテリコンバータの動作を制御する制御装置を備える、電源システムが提供される。
【０００７】
前記制御装置は、前記外部接続部が前記外部交流負荷と接続されている場合に、前記バッテリコンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、前記燃料電池の発電電力を前記外部交流負荷に前記外部接続部を介して給電させてもよい。
【０００８】
前記制御装置は、前記バッテリコンバータを昇圧動作させる際に、前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路の下スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。
【０００９】
前記制御装置は、前記バッテリコンバータを降圧動作させる際に、前記バッテリコンバータの一対のチョッパ回路の上スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。
【００１０】
前記燃料電池は、電圧を変換可能な燃料電池コンバータを介して前記バッテリ及び前記バッテリコンバータと並列に前記負荷に接続され、前記燃料電池コンバータは、前記燃料電池の正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と前記負荷の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端と前記燃料電池の負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路を備え、前記燃料電池コンバータの一対のチョッパ回路における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点より前記燃料電池側には、前記燃料電池コンバータと前記燃料電池の正極側とを断接する切替部が設けられ、前記燃料電池コンバータの切替部は、前記燃料電池コンバータが前記燃料電池の正極側に接続された状態と、前記燃料電池コンバータが前記外部接続部に接続された状態とを切り替え可能であり、前記制御装置は、前記燃料電池コンバータの動作を制御してもよい。
【００１１】
前記制御装置は、前記外部接続部が外部交流電源と接続されている場合に、前記燃料電池コンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭ整流器として動作させることによって、前記外部交流電源から前記外部接続部を介して受電される電力を用いて前記バッテリを充電させてもよい。
【００１２】
前記制御装置は、前記外部接続部が外部交流負荷と接続されている場合に、前記燃料電池コンバータを前記外部接続部と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、前記バッテリの蓄電電力を前記外部交流負荷に前記外部接続部を介して給電させてもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記燃料電池コンバータを昇圧動作させる際に、前記燃料電池コンバータの一対のチョッパ回路の下スイッチング素子を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、バッテリ及び燃料電池を備える電源システムにおける装置の利用効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電源システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】電動車両の走行時の同実施形態に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【図３】電動車両の走行時におけるバッテリコンバータの動作について説明するための図である。
【図４】燃料電池の発電電力を用いた外部交流負荷への外部給電時の同実施形態に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【図５】燃料電池の発電電力を用いた外部交流負荷への外部給電時におけるバッテリコンバータの動作について説明するための図である。
【図６】第１の変形例に係る電源システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】第２の変形例に係る電源システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】応用例に係る電源システムの概略構成を示す模式図である。
【図９】電動車両の走行時の応用例に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【図１０】バッテリの外部充電時の応用例に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【図１１】バッテリの外部充電時における燃料電池コンバータの動作について説明するための図である。
【図１２】バッテリの蓄電電力を用いた外部交流負荷への外部給電時の応用例に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【図１３】燃料電池の発電電力を用いた外部交流負荷への外部給電時の応用例に係る電源システムにおける電力の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
＜１．電源システムの構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電源システム１の構成について説明する。
【００１８】
電源システム１は、例えば、電動車両に搭載され、当該電動車両の駆動源としてのバッテリ１０及び燃料電池２０と駆動用モータ３２との間での送電を実現するためのシステムである。
【００１９】
なお、以下では、このような電源システム１を一実施形態として説明するが、本発明に係る電源システムはこのような例に限定されない。例えば、本発明に係る電源システムは、バッテリ及び燃料電池を搭載した鉄道又はその他の輸送機械等の電動車両以外の装置に搭載されてもよい。また、電源システム１における負荷３０は、後述するように、インバータ３１及び駆動用モータ３２を含むものであるが、本発明に係る負荷は、供給される電力を消費可能であればよく、電源システムが搭載される装置に応じて適宜異なり得る。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る電源システム１の概略構成を示す模式図である。
【００２１】
電源システム１は、図１に示すように、バッテリ１０と、燃料電池２０と、インバータ３１及び駆動用モータ３２を含む負荷３０と、バッテリコンバータ４０と、燃料電池コンバータ７０と、外部接続部６０と、制御装置１００とを備える。
【００２２】
電源システム１を搭載する電動車両は、バッテリ１０に蓄電される電力（蓄電電力とも呼ぶ。）を用いて駆動される駆動用モータ３２を駆動源として走行可能である。また、当該電動車両は、燃料電池２０により発電される電力（発電電力とも呼ぶ。）を用いてバッテリ１０を充電することによって、バッテリ１０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行を継続可能である。
【００２３】
電源システム１は、例えば、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される。燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電源システム１では、具体的には、バッテリ１０の蓄電電力が主として駆動用モータ３２の駆動に用いられ、燃料電池２０の発電電力が主としてバッテリ１０の充電に用いられる。なお、燃料電池２０の発電電力が駆動用モータ３２の駆動に用いられてもよい。例えば、燃料電池２０の発電電力が、バッテリ１０の蓄電電力に加えて駆動用モータ３２の駆動に用いられてもよい。バッテリ１０の蓄電電力と燃料電池２０の発電電力との間での駆動用モータ３２の駆動に用いられる頻度の割合は、特に限定されない。また、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電源システム１では、具体的には、バッテリ１０は、電動車両の外部の電源から供給される電力を用いて充電され得る。
【００２４】
バッテリ１０は、電力を充放電可能な電池であり、駆動用モータ３２へ供給される電力を蓄電する。バッテリ１０としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池等の二次電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。
【００２５】
図１に示すように、バッテリ１０は、電圧を変換可能なバッテリコンバータ４０を介してインバータ３１に接続される。ゆえに、バッテリ１０の蓄電電力をインバータ３１にバッテリコンバータ４０を介して供給することができる。なお、バッテリ１０の蓄電電力は、電動車両に設けられる各種補機へ供給されてもよい。また、負荷３０側から供給される電力をバッテリ１０にバッテリコンバータ４０を介して供給することができる。
【００２６】
また、バッテリ１０は、当該バッテリ１０へ供給される電力を用いて充電される。具体的には、バッテリ１０は、燃料電池２０の発電電力を用いて充電され得る。また、バッテリ１０は、駆動用モータ３２により回生発電される電力（回生電力）を用いて充電され得る。
【００２７】
バッテリ１０には、バッテリ管理装置（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）１１が設けられている。バッテリ管理装置１１は、例えば、バッテリ１０の電圧及び残存容量ＳＯＣ等の情報を算出し、制御装置１００に出力する。
【００２８】
燃料電池２０は、水素ガスと酸素ガスとを反応させることにより発電可能な電池である。例えば、燃料電池２０は、バッテリ１０の起電力と比較して低電圧の電力を発電する。燃料電池２０は、図示しない水素タンクと接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池２０に供給される高圧水素が充填されている。図示しないモータポンプ等により水素タンクから燃料電池２０へ水素ガスが供給される。また、燃料電池２０には、図示しないコンプレッサ等により酸素ガスとしての空気が供給される。燃料電池２０への水素ガス及び酸素ガスの供給量が制御されることによって、燃料電池２０の出力が制御される。
【００２９】
図１に示すように、燃料電池２０は、電圧を変換可能な燃料電池コンバータ７０を介してバッテリ１０及びバッテリコンバータ４０と並列にインバータ３１に接続される。ゆえに、燃料電池２０の発電電力をバッテリ１０へ燃料電池コンバータ７０を介して供給することができる。また、燃料電池２０の発電電力をインバータ３１へ燃料電池コンバータ７０を介して供給することができる。
【００３０】
なお、燃料電池２０の正極側と燃料電池コンバータ７０との間（具体的には、後述する燃料電池コンバータ７０のリアクトル７９５より燃料電池２０側）には、燃料電池２０への電流の逆流を防止する観点から、燃料電池２０の正極側から燃料電池コンバータ７０へ向かう一方向に電流の向きを規制するダイオード９２が設けられ得る。
【００３１】
負荷３０は、バッテリ１０から供給される電力を消費する。図１に示すように、負荷３０は、インバータ３１及び駆動用モータ３２を含む。
【００３２】
インバータ３１は、直流電力と交流電力との間で電力を変換可能な電力変換装置であり、駆動用モータ３２とバッテリ１０等の電力源側との間で双方向の電力変換を行う機能を有する。
【００３３】
インバータ３１は、例えば、三相ブリッジ回路を含んで構成される。インバータ３１にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、インバータ３１による電力の変換が制御される。
【００３４】
図１に示すように、インバータ３１は、駆動用モータ３２と接続される。ゆえに、駆動用モータ３２とバッテリ１０等の電力源側との間で、インバータ３１を介した双方向の電力変換を行うことができる。例えば、インバータ３１は、供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ３２へ供給可能である。また、インバータ３１は、駆動用モータ３２により回生発電される交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ供給可能である。なお、電源システム１内を流れる直流電流を平滑化する観点から、平滑コンデンサ９１がインバータ３１に並列に接続され得る。
【００３５】
駆動用モータ３２は、供給される電力を用いて駆動（力行駆動）されることにより動力を出力可能である。駆動用モータ３２として、例えば、三相交流式のモータが用いられる。駆動用モータ３２から出力された動力は、例えば、図示しないディファレンシャル装置に伝達され、ディファレンシャル装置によって左右一対の駆動輪へ分配して伝達される。また、駆動用モータ３２は、電動車両の減速時に回生駆動されて車輪の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能（回生機能）を有してもよい。
【００３６】
バッテリコンバータ４０は、電圧を変換可能な電力変換装置であり、バッテリ１０の蓄電電力を昇圧して負荷３０側へ供給する機能を有する。さらに、バッテリコンバータ４０は、負荷３０側から供給される電力を降圧してバッテリ１０に供給する機能を有する。バッテリコンバータ４０には、スイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、バッテリコンバータ４０による電力の変換が制御される。
【００３７】
図１に示すように、バッテリコンバータ４０は、互いに並列に設けられる一対のチョッパ回路４１，４２を備える。
【００３８】
チョッパ回路４１は、上スイッチング素子４１１、下スイッチング素子４１２、上ダイオード４１３、下ダイオード４１４、及びリアクトル４１５を含む。バッテリ１０の正極側にリアクトル４１５の一端が接続される。上ダイオード４１３は、リアクトル４１５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード４１３は、具体的には、リアクトル４１５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード４１４は、リアクトル４１５の他端とバッテリ１０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード４１４は、具体的には、バッテリ１０の負極側からリアクトル４１５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。上スイッチング素子４１１は、上ダイオード４１３に並列に接続されるスイッチング素子である。下スイッチング素子４１２は、下ダイオード４１４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【００３９】
チョッパ回路４２は、上スイッチング素子４２１、下スイッチング素子４２２、上ダイオード４２３、下ダイオード４２４、及びリアクトル４２５を含む。バッテリ１０の正極側にリアクトル４２５の一端が接続される。上ダイオード４２３は、リアクトル４２５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード４２３は、具体的には、リアクトル４２５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード４２４は、リアクトル４２５の他端とバッテリ１０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード４２４は、具体的には、バッテリ１０の負極側からリアクトル４２５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。上スイッチング素子４２１は、上ダイオード４２３に並列に接続されるスイッチング素子である。下スイッチング素子４２２は、下ダイオード４２４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【００４０】
チョッパ回路４１，４２の各スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。
【００４１】
バッテリコンバータ４０の各チョッパ回路において、上スイッチング素子４１１（４２１）がＯＦＦに維持された状態で、下スイッチング素子４１２（４２２）がスイッチング動作（換言すると、ＯＮとＯＦＦを繰り返す動作）を行うことによって、バッテリ１０の蓄電電力が昇圧されて負荷３０側へ供給される。この際、バッテリコンバータ４０の各チョッパ回路では、下スイッチング素子４１２（４２２）がＯＮであるときにリアクトル４１５（４２５）へ磁気エネルギが蓄積され、下スイッチング素子４１２（４２２）がＯＦＦであるときにリアクトル４１５（４２５）から磁気エネルギが放出される。
【００４２】
また、バッテリコンバータ４０の各チョッパ回路において、下スイッチング素子４１２（４２２）がＯＦＦに維持された状態で、上スイッチング素子４１１（４２１）がスイッチング動作を行うことによって、負荷３０側から供給される電力が降圧されてバッテリ１０に供給される。この際、バッテリコンバータ４０の各チョッパ回路では、上スイッチング素子４１１（４２１）がＯＮであるときにリアクトル４１５（４２５）へ磁気エネルギが蓄積され、上スイッチング素子４１１（４２１）がＯＦＦであるときにリアクトル４１５（４２５）から磁気エネルギが放出される。
【００４３】
ここで、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ４１，Ｐ４２よりバッテリ１０側には、バッテリコンバータ４０とバッテリ１０の正極側とを断接する切替部４９が設けられる。切替部４９は、バッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態とを切り替え可能である。
【００４４】
図１に示すように、切替部４９は、スイッチ４９１及びスイッチ４９２を含む。
【００４５】
スイッチ４９１は、チョッパ回路４１における上ダイオード４１３、下ダイオード４１４及びリアクトル４１５の接続点Ｐ４１よりバッテリ１０側に設けられ、設置位置においてチョッパ回路４１とバッテリ１０の正極側とを断接する。例えば、スイッチ４９１は、チョッパ回路４１、チョッパ回路４２及びバッテリ１０の正極側の接続点Ｐ４９とリアクトル４１５との間に設けられる。また、スイッチ４９１は、設置位置においてチョッパ回路４１と外部接続部６０の一方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路４１がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４１が外部接続部６０の一方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【００４６】
スイッチ４９２は、チョッパ回路４２における上ダイオード４２３、下ダイオード４２４及びリアクトル４２５の接続点Ｐ４２よりバッテリ１０側に設けられ、設置位置においてチョッパ回路４２とバッテリ１０の正極側とを断接する。例えば、スイッチ４９２は、チョッパ回路４１、チョッパ回路４２及びバッテリ１０の正極側の接続点Ｐ４９とリアクトル４２５との間に設けられる。また、スイッチ４９２は、設置位置においてチョッパ回路４２と外部接続部６０の他方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路４２がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４２が外部接続部６０の他方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【００４７】
スイッチ４９１によりチョッパ回路４１がバッテリ１０の正極側と接続され、かつ、スイッチ４９２によりチョッパ回路４２がバッテリ１０の正極側と接続された状態が、バッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側に接続された状態に相当する。一方、スイッチ４９１によりチョッパ回路４１が外部接続部６０の一方の極側と接続され、かつ、スイッチ４９２によりチョッパ回路４２が外部接続部６０の他方の極側と接続された状態が、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態に相当する。
【００４８】
バッテリコンバータ４０は、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態において、外部接続部６０と負荷３０側との間での電力変換を実行可能である。例えば、バッテリコンバータ４０は、負荷３０側から供給される直流電力を交流電力に変換して外部接続部６０へ供給可能である。なお、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態におけるバッテリコンバータ４０による電力変換については、後述にて詳細に説明する。
【００４９】
燃料電池コンバータ７０は、電圧を変換可能な電力変換装置であり、燃料電池２０の発電電力を昇圧して負荷３０側へ供給する機能を有する。燃料電池コンバータ７０には、スイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、燃料電池コンバータ７０による電力の変換が制御される。
【００５０】
図１に示すように、燃料電池コンバータ７０は、下スイッチング素子７９２、上ダイオード７９３、下ダイオード７９４、及びリアクトル７９５を含むチョッパ回路である。燃料電池２０の正極側にリアクトル７９５の一端が接続される。上ダイオード７９３は、リアクトル７９５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード７９３は、具体的には、リアクトル７９５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード７９４は、リアクトル７９５の他端と燃料電池２０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード７９４は、具体的には、燃料電池２０の負極側からリアクトル７９５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下スイッチング素子７９２は、下ダイオード７９４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【００５１】
燃料電池コンバータ７０の各スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。
【００５２】
燃料電池コンバータ７０において、下スイッチング素子７９２がスイッチング動作を行うことによって、燃料電池２０の発電電力が昇圧されて負荷３０側へ供給される。この際、燃料電池コンバータ７０では、下スイッチング素子７９２がＯＮであるときにリアクトル７９５へ磁気エネルギが蓄積され、下スイッチング素子７９２がＯＦＦであるときにリアクトル７９５から磁気エネルギが放出される。
【００５３】
外部接続部６０は、電源システム１が搭載される装置（本実施形態では、電動車両）の外部の装置である外部装置と接続可能であり、外部装置と接続された状態において、電源システム１と外部装置との間で電力の受給を行う。具体的には、外部接続部６０は、電源システム１と外部装置との間で単相交流電力の受給を行う。
【００５４】
例えば、外部接続部６０は、外部の交流負荷である外部交流負荷と接続された状態で外部交流負荷へ電力を給電可能である。外部交流負荷は、例えば、Ｖ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  ｔｏ  Ｈｏｍｅ）と称されるシステムにおける家庭用の各種負荷であってもよい。
【００５５】
図１に示すように、外部接続部６０は、例えば、外部側回路６１、内部側回路６２及びトランス６３を含む。外部側回路６１は、電動車両の外部の外部装置と接続可能に設けられる回路であり、一対の極を有する。内部側回路６２は、バッテリコンバータ４０と接続可能に設けられる回路であり、一対の極を有する。トランス６３は、外部側回路６１と内部側回路６２との間で電圧を変換可能な変圧器である。また、外部側回路６１と内部側回路６２との間は、トランス６３によって絶縁され得る。
【００５６】
例えば、外部側回路６１に外部交流負荷が接続された状態において、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０と接続されている場合、バッテリコンバータ４０から内部側回路６２へ電力が供給され得る。この際、内部側回路６２へ供給された電力は、トランス６３によって変圧された後に、外部側回路６１を介して外部交流負荷へ供給される。
【００５７】
制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００５８】
また、制御装置１００は、電源システム１に設けられる各装置と通信を行う。制御装置１００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。例えば、制御装置１００は、燃料電池２０、インバータ３１、バッテリコンバータ４０、燃料電池コンバータ７０及びバッテリ管理装置１１と通信を行う。本実施形態に係る制御装置１００が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
【００５９】
例えば、制御装置１００は、燃料電池２０への水素ガス及び酸素ガスの供給量を制御することによって、燃料電池２０の出力を制御する。また、例えば、制御装置１００は、インバータ３１のスイッチング素子の動作を制御することによって、インバータ３１による電力の変換を制御する。それにより、駆動用モータ３２による動力の生成及び回生発電が制御される。また、例えば、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２のスイッチング素子の動作を制御することによって、チョッパ回路４１，４２による電力の変換を制御する。また、例えば、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態との切り替えを制御する。このように、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の動作を制御する。また、例えば、制御装置１００は、燃料電池コンバータ７０のスイッチング素子の動作を制御することによって、燃料電池コンバータ７０による電力の変換を制御する。
【００６０】
＜２．電源システムの動作＞
続いて、図２〜図５を参照して、本実施形態に係る電源システム１の動作について説明する。
【００６１】
電源システム１の各装置の動作は、電動車両の運転状態に応じて制御装置１００によって制御される。以下では、このような電源システム１の各動作について説明する。
【００６２】
（走行時）
まず、図２及び図３を参照して、電動車両の走行時の電源システム１の動作について説明する。図２は、電動車両の走行時の電源システム１における電力の流れを示す模式図である。図３は、電動車両の走行時におけるバッテリコンバータ４０の動作について説明するための図である。なお、本明細書で参照する図２等の電源システムにおける電力の流れを示す図面では、電力の流れが太線矢印によって示されている。
【００６３】
電動車両の走行時において、制御装置１００は、バッテリ１０の蓄電電力を主として用いて駆動用モータ３２が駆動され、燃料電池２０の発電電力を用いてバッテリ１０の充電等が行われるように、電源システム１を制御する。
【００６４】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０をバッテリ１０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図２に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２によりバッテリ１０の正極側と接続される。
【００６５】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、図２に示すように、燃料電池２０の発電電力を負荷３０側へ燃料電池コンバータ７０を介して供給させることができる。それにより、燃料電池２０の発電電力を用いたバッテリ１０の充電及び駆動用モータ３２への燃料電池２０の発電電力の給電が実現される。この際、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力を燃料電池コンバータ７０によって昇圧させて負荷３０側へ供給させる。
【００６６】
例えば、制御装置１００は、バッテリ１０の残存容量ＳＯＣが閾値以下である場合に、バッテリ１０を充電するために、燃料電池２０の発電電力をバッテリ１０へ燃料電池コンバータ７０を介して供給させる。閾値は、例えば、バッテリ１０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することなく電動車両の走行を継続できるか否かを適切に判定し得る値に設定される。また、例えば、制御装置１００は、電動車両の走行時において、バッテリ１０の出力が要求値に対して不足する場合、駆動用モータ３２へ給電するために、燃料電池２０の発電電力をインバータ３１へ燃料電池コンバータ７０を介して供給させる。
【００６７】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、例えば、駆動用モータ３２の出力が要求値と一致するように、加減速指令量及び車速等のパラメータに基づいて、駆動用モータ３２の出力を制御する。ここで、電動車両の走行時には、切替部４９によりバッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側と接続されることによって、制御装置１００は、図２に示すように、バッテリ１０の蓄電電力を負荷３０側へバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。
【００６８】
上記のように、バッテリ１０の蓄電電力を負荷３０側へ供給させる際において、制御装置１００は、バッテリ１０の蓄電電力をバッテリコンバータ４０によって昇圧させて負荷３０側へ供給させる。具体的には、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２の下スイッチング素子４１２，４２２をスイッチング動作させることによって、バッテリ１０の蓄電電力を昇圧させる。このようなバッテリコンバータ４０の動作を昇圧動作とも呼ぶ。
【００６９】
例えば、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０を昇圧動作させる際に、三角波状のキャリア波を生成し、当該キャリア波と電圧指令値とを比較することによって、下スイッチング素子４１２，４２２の開閉タイミングを示すパルス波状の指令信号を生成する。そして、制御装置１００は、指令信号をバッテリコンバータ４０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を下スイッチング素子４１２，４２２に行わせる。
【００７０】
このように、キャリア波との比較対象となる電圧指令値の設定値に応じて下スイッチング素子４１２，４２２の指令信号が決定されるので、制御装置１００は、電圧指令値を適宜設定することによって、下スイッチング素子４１２，４２２のスイッチング動作のデューティー比を制御することができる。ここで、昇圧前の電圧（バッテリ１０の蓄電電力の電圧）をＶ＿ｉｎとし、昇圧後の電圧（バッテリコンバータ４０より負荷３０側の電圧）をＶ＿ｏｕｔとした場合、デューティー比γは以下の式（１）によって表される。
【００７１】
【数１】
2019110655.tif 000003
【００７２】
例えば、制御装置１００は、まず、所望の昇圧比が得られるように、デューティー比γを式（１）に基づいて決定する。そして、制御装置１００は、デューティー比γがそのように決定された値になるように、電圧指令値を設定する。それにより、バッテリコンバータ４０の昇圧動作における昇圧比が適切に制御される。
【００７３】
制御装置１００は、バッテリコンバータ４０を昇圧動作させる際に、下スイッチング素子４１２，４２２を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。
【００７４】
この場合、例えば、制御装置１００は、図３に示すように、下スイッチング素子４１２，４２２のキャリア波を、互いに１８０°の位相差が生じるように生成する。そして、制御装置１００は、下スイッチング素子４１２，４２２の各々について、キャリア波が電圧指令値以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。それにより、下スイッチング素子４１２，４２２の指令信号を互いに１８０°の位相差が生じるように生成することができるので、下スイッチング素子４１２，４２２を互いに１８０°の位相差が生じるようにスイッチング動作させることができる。ゆえに、リアクトル４１５を流れる電流ｉｕとリアクトル４２５を流れる電流ｉｖとの間で、１８０°の位相差が生じる。よって、バッテリ１０に流れる電流ｉ（換言すると、電流ｉｕと電流ｉｖとを合成した電流）の周期が、下スイッチング素子４１２，４２２のスイッチング動作が同位相である場合と比較して、半減される。ゆえに、下スイッチング素子４１２，４２２のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルに相当する電流ｉの振幅を低減することができる。
【００７５】
なお、制御装置１００により生成される下スイッチング素子４１２，４２２のキャリア波の間での位相差は、１８０°以外であってもよい。その場合においても、下スイッチング素子４１２，４２２の指令信号を、互いに位相差が生じるように生成することができる。ゆえに、電流ｉｕと電流ｉｖとの間で位相差を生じさせることができる。よって、バッテリ１０に流れる電流ｉにおける低周波成分を弱めることができるので、下スイッチング素子４１２，４２２のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルに相当する電流ｉの振幅を低減することができる。
【００７６】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、切替部４９によりバッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側と接続されることによって、図２において二点鎖線の矢印によって示すように、負荷３０側から供給される電力をバッテリ１０にバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。それにより、燃料電池２０の発電電力を用いたバッテリ１０の充電及び駆動用モータ３２の回生電力を用いたバッテリ１０の充電が実現される。
【００７７】
上記のように、負荷３０側から供給される電力をバッテリ１０に供給させる際において、制御装置１００は、負荷３０側から供給される電力をバッテリコンバータ４０によって降圧させてバッテリ１０に供給させる。具体的には、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２の上スイッチング素子４１１，４２１をスイッチング動作させることによって、駆動用モータ３２の回生電力を降圧させる。このようなバッテリコンバータ４０の動作を降圧動作とも呼ぶ。
【００７８】
例えば、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０を降圧動作させる際に、上述したバッテリコンバータ４０による昇圧動作と同様に、三角波状のキャリア波と電圧指令値とを比較することによって、上スイッチング素子４１１，４２１の開閉タイミングを示すパルス波状の指令信号を生成する。そして、制御装置１００は、指令信号をバッテリコンバータ４０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を上スイッチング素子４１１，４２１に行わせる。
【００７９】
このように、キャリア波との比較対象となる電圧指令値の設定値に応じて上スイッチング素子４１１，４２１の指令信号が決定されるので、制御装置１００は、電圧指令値を適宜設定することによって、上スイッチング素子４１１，４２１のスイッチング動作のデューティー比を制御することができる。ここで、降圧前の電圧（バッテリコンバータ４０より負荷３０側の電圧）をＶ＿ｉｎとし、降圧後の電圧（バッテリコンバータ４０よりバッテリ１０側の電圧）をＶ＿ｏｕｔとした場合、デューティー比γは以下の式（２）によって表される。
【００８０】
【数２】
2019110655.tif 000004
【００８１】
例えば、制御装置１００は、まず、所望の降圧比が得られるように、デューティー比γを式（２）に基づいて決定する。そして、制御装置１００は、デューティー比γがそのように決定された値になるように、電圧指令値を設定する。それにより、バッテリコンバータ４０の降圧動作における降圧比が適切に制御される。
【００８２】
また、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０を降圧動作させる際に、上述したバッテリコンバータ４０による昇圧動作と同様に、上スイッチング素子４１１，４２１を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。例えば、制御装置１００は、上スイッチング素子４１１，４２１のキャリア波を互いに１８０°の位相差が生じるように生成することによって、上スイッチング素子４１１，４２１を互いに１８０°の位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。なお、制御装置１００により生成される上スイッチング素子４１１，４２１のキャリア波の間での位相差は、１８０°以外であってもよい。
【００８３】
（外部給電時）
次に、図４及び図５を参照して、外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム１の動作について説明する。本実施形態では、外部交流負荷２０２への外部給電は、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への給電に相当する。図４は、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム１における電力の流れを示す模式図である。図５は、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時におけるバッテリコンバータ４０の動作について説明するための図である。
【００８４】
電動車両の停車時等に、外部接続部６０に外部交流負荷２０２が接続される場合がある。そのような場合において、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力が外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電されるように、電源システム１を制御する。
【００８５】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０を外部接続部６０と接続させる。それにより、具体的には、図４に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２により外部接続部６０と接続される。
【００８６】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、切替部４９によりバッテリコンバータ４０が外部接続部６０と接続されることによって、図４に示すように、燃料電池２０の発電電力を外部接続部６０側へバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。それにより、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることが実現され得る。
【００８７】
上記のように、燃料電池２０の発電電力を外部接続部６０側へ供給させる際において、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力をバッテリコンバータ４０によって交流電流に変換させて外部接続部６０側へ供給させる。具体的には、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２の上スイッチング素子４１１，４２１及び下スイッチング素子４１２，４２２をスイッチング動作させることによって、燃料電池２０の発電電力を交流電流に変換させる。このようなバッテリコンバータ４０の動作を直流交流変換動作とも呼ぶ。
【００８８】
制御装置１００は、バッテリコンバータ４０を直流交流変換動作させる際に、例えば、バッテリコンバータ４０をＰＷＭインバータとして動作させる。ＰＷＭインバータは、ＰＷＭ方式の制御を用いて直流電力を交流電力へ変換するものである。
【００８９】
この場合、例えば、制御装置１００は、図５に示すように、三角波状のキャリア波及び当該キャリア波に対して１８０°の位相差を有する反転キャリア波を生成する。そして、制御装置１００は、リアクトル４１５，４２５の出力側（外部接続部６０側）における電圧Ｖｓ’の目標値と同一の周波数を有する正弦波状の信号波を生成する。なお、信号の位相は、後述するリアクトル４１５，４２５の出力側（外部接続部６０側）における電流ｉｓ’の位相として所望の位相が得られるように適宜設定される。また、信号の振幅は、電圧Ｖｓ’の振幅が目標値に近づくように適宜設定される。
【００９０】
そして、制御装置１００は、キャリア波及び反転キャリア波と信号波とを比較することによって、上スイッチング素子４１１，４２１及び下スイッチング素子４１２，４２２の各スイッチング素子について指令信号を生成する。制御装置１００は、生成された指令信号をバッテリコンバータ４０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を各スイッチング素子に行わせる。
【００９１】
例えば、制御装置１００は、上スイッチング素子４１１について、キャリア波が信号波より小さくなる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、下スイッチング素子４１２について、キャリア波が信号波以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、上スイッチング素子４２１について、反転キャリア波が信号波以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、下スイッチング素子４２２について、反転キャリア波が信号波より小さくなる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。
【００９２】
上記のように生成される各スイッチング素子の指令信号は、図５に示すように、上スイッチング素子４１１，４２１及び下スイッチング素子４１２，４２２のうちＯＮとなる２つのスイッチング素子の組み合わせが順次切り替えられるような信号になる。このような指令信号に応じたスイッチング動作を各スイッチング素子が行うことによって、リアクトル４１５，４２５に磁気エネルギが蓄積される状態とリアクトル４１５，４２５から磁気エネルギが外部接続部６０側へ放出される状態とが交互に繰り返され続ける。それにより、燃料電池２０の発電電力が、バッテリコンバータ４０により交流電流に変換されて外部接続部６０側へ供給される。ゆえに、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることができる。この際、バッテリコンバータ４０による直流交流変換後の電圧Ｖｓ’は目標値と略一致する。
【００９３】
なお、図５においてハッチングが付されていない指令信号は、当該指令信号に応じてＯＮになる当該スイッチング素子には電流が流れず、当該スイッチング素子と並列に接続されているダイオードに電流が流れる旨を示している。
【００９４】
ここで、図５に示すように、リアクトル４１５，４２５の入力側（接続点Ｐ４１側）における電圧Ｖｃ’はバッテリコンバータ４０より負荷３０側の電圧Ｖｏ’、０又は−Ｖｏ’の値をとり、電圧Ｖｃ’の平均値は信号波と同位相の正弦波状になる。また、リアクトル４１５，４２５の出力側（外部接続部６０側）における電流ｉｓ’は、電圧Ｖｓ’に対して略１８０°の位相差を有する正弦波状になる。電流ｉｓ’の位相は信号波の位相に依存するので、信号波の位相を適切に決定することによって、電流ｉｓ’の位相を制御することができる。例えば、図４に示すように、制御装置１００は、電流ｉｓ’の位相を電圧Ｖｓ’に対して略１８０°の位相差が生じるように制御する。それにより、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作における力率を改善することができる。
【００９５】
上記のように、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、バッテリコンバータ４０を外部接続部６０と接続させ、例えば、バッテリコンバータ４０をＰＷＭインバータとして動作させることによって、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させ得る。
【００９６】
ここで、燃料電池２０の発電電力を交流電流に変換させて外部接続部６０側へ供給させる場合、リアクトル４１５，４２５の出力側（外部接続部６０側）における電圧を目標値に調整する必要がある。
【００９７】
制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作を制御することによって、リアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を調整することができる。さらに、制御装置１００は、燃料電池コンバータ７０の昇圧動作を制御することによっても、リアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を調整することができる。よって、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作及び燃料電池コンバータ７０の昇圧動作の双方を適切に制御することによって、リアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を目標値に調整することができる。なお、制御装置１００は、スイッチング損失を低減する観点から、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作の制御のみによってリアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を目標値に調整し、燃料電池コンバータ７０のスイッチング動作を停止させてもよい。
【００９８】
なお、上記では、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、燃料電池２０の発電電力をバッテリコンバータ４０によって交流電流に変換させて外部交流負荷２０２に給電させる例を説明したが、負荷３０により回生発電される電力が外部交流負荷２０２に給電されてもよい。例えば、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている状態で負荷３０が回生発電を実行可能である場合に、図４において二点鎖線の矢印によって示すように、負荷３０により回生発電される電力をバッテリコンバータ４０によって交流電流に変換させて外部交流負荷２０２に給電させてもよい。
【００９９】
＜３．電源システムの効果＞
続いて、本実施形態に係る電源システム１の効果について説明する。
【０１００】
本実施形態に係る電源システム１では、バッテリコンバータ４０は、バッテリ１０の正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と負荷３０の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端とバッテリ１０の負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路４１，４２を備える。また、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ４１，Ｐ４２よりバッテリ１０側には、バッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態とを切り替え可能な切替部４９が設けられる。
【０１０１】
それにより、外部接続部６０に外部交流電源２０１が接続されている場合に、バッテリコンバータ４０を外部接続部６０と接続させ直流交流変換動作させることによって、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることができる。ゆえに、駆動用モータ３２の駆動が停止している電動車両の停車時等に、バッテリコンバータ４０を外部交流負荷２０２への外部給電における電力の変換のために利用することができる。よって、電動車両の停車時等に、バッテリコンバータ４０が利用されていない状況が生じることを抑制することができる。したがって、バッテリ１０及び燃料電池２０を備える電源システム１における装置の利用効率を向上させることができる。
【０１０２】
さらに、本実施形態によれば、電源システム１における装置の利用効率が向上されることによって、電源システム１における部品点数の増大を抑制することができる。例えば、外部交流負荷２０２への外部給電における電力の変換（具体的には、電力源の直流電力から交流電流への変換）を行うための装置を電源システム１に追加的に設けることを抑制することができる。ゆえに、電源システム１が大型化することを抑制することができる。
【０１０３】
また、本実施形態に係る電源システム１では、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、バッテリコンバータ４０を外部接続部６０と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させ得る。それにより、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作における力率を改善させつつ、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に給電させることができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る電源システム１では、バッテリコンバータ４０を昇圧動作させる際に、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２の下スイッチング素子４１２，４２２を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させ得る。それにより、リアクトル４１５を流れる電流とリアクトル４２５を流れる電流との間で位相差を生じさせることができるので、下スイッチング素子４１２，４２２のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルを低減することができる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る電源システム１では、バッテリコンバータ４０を降圧動作させる際に、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２の上スイッチング素子４１１，４２１を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させ得る。それにより、リアクトル４１５を流れる電流とリアクトル４２５を流れる電流との間で位相差を生じさせることができるので、上スイッチング素子４１１，４２１のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルを低減することができる。
【０１０６】
＜４．変形例＞
続いて、図６及び図７を参照して、変形例に係る電源システムについて説明する。
【０１０７】
［第１の変形例］
まず、図６を参照して、第１の変形例に係る電源システム１ａについて説明する。図６は、第１の変形例に係る電源システム１ａの概略構成を示す模式図である。
【０１０８】
第１の変形例に係る電源システム１ａは、上述した電源システム１と比較して、バッテリコンバータのチョッパ回路４１，４２における切替部４９の設置位置について異なる。
【０１０９】
第１の変形例に係るバッテリコンバータ４０ａでは、切替部４９は、上述した電源システム１と同様に、チョッパ回路４１に設けられるスイッチ４９１及びチョッパ回路４２に設けられるスイッチ４９２を含む。
【０１１０】
図６に示すように、第１の変形例では、スイッチ４９１は、上ダイオード４１３、下ダイオード４１４及びリアクトル４１５の接続点Ｐ４１とリアクトル４１５との間に設けられる。スイッチ４９１は、このような設置位置においてチョッパ回路４１とバッテリ１０の正極側とを断接する。また、スイッチ４９１は、このような設置位置においてチョッパ回路４１と外部接続部６０の一方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路４１がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４１が外部接続部６０の一方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【０１１１】
また、図６に示すように、第１の変形例では、スイッチ４９２は、上ダイオード４２３、下ダイオード４２４及びリアクトル４２５の接続点Ｐ４２とリアクトル４２５との間に設けられる。スイッチ４９２は、このような設置位置においてチョッパ回路４２とバッテリ１０の正極側とを断接する。また、スイッチ４９２は、このような設置位置においてチョッパ回路４１と外部接続部６０の他方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路４２がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４２が外部接続部６０の他方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【０１１２】
第１の変形例では、バッテリコンバータ４０ａにおける切替部４９の設置位置が上記のような位置となっているので、バッテリコンバータ４０ａを切替部４９により外部接続部６０と接続させた場合、外部接続部６０の内部側回路６２とバッテリコンバータ４０ａによって形成される回路には、リアクトル４１５，４２５は含まれない。
【０１１３】
ここで、外部接続部６０のトランス６３は、具体的には、外部側回路６１の一部に巻回されコイルと、内部側回路６２の一部に巻回されコイルとを含む。このようなトランス６３のコイルのうちの一部は変圧作用に寄与せず、漏れインダクタンスが生じる。ゆえに、第１の変形例では、バッテリコンバータ４０ａを外部接続部６０と接続させた場合、外部接続部６０の内部側回路６２とバッテリコンバータ４０ａによって形成される回路において、トランス６３の内部側回路６２側のコイルのうちの一部をリアクトルとして機能させることができる。
【０１１４】
したがって、外部接続部６０に外部交流負荷２０２が接続されている場合に、バッテリコンバータ４０ａを外部接続部６０と接続させ、上述した電源システム１と同様に、バッテリコンバータ４０ａを直流交流変換動作させることができる。
【０１１５】
上記のように、バッテリコンバータのチョッパ回路４１，４２における切替部４９の設置位置は、チョッパ回路４１，４２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ４１，Ｐ４２よりバッテリ１０側であればよく、特に限定されない。
【０１１６】
［第２の変形例］
次に、図７を参照して、第２の変形例に係る電源システム１ｂについて説明する。図７は、第２の変形例に係る電源システム１ｂの概略構成を示す模式図である。
【０１１７】
第２の変形例に係る電源システム１ｂは、上述した電源システム１と比較して、バッテリコンバータに設けられるチョッパ回路の数について異なる。
【０１１８】
図７に示すように、第２の変形例に係るバッテリコンバータ４０ｂは、上述したチョッパ回路４１，４２に加えて、チョッパ回路４３，４４をさらに備える。バッテリコンバータ４０ｂの４つのチョッパ回路４１，４２，４３，４４は、互いに並列に設けられる。チョッパ回路４３，４４は、例えば、チョッパ回路４１、チョッパ回路４２及びバッテリ１０の正極側の接続点Ｐ４９と接続される。
【０１１９】
チョッパ回路４３，４４は、上スイッチング素子４３１，４４１、下スイッチング素子４３２，４４２、上ダイオード４３３，４４３、下ダイオード４３４，４４４、及びリアクトル４３５，４４５を含む。バッテリ１０の正極側にリアクトル４３５，４４５の一端が接続される。上ダイオード４３３，４４３は、リアクトル４３５，４４５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード４３３，４４３は、具体的には、リアクトル４３５，４４５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード４３４，４４４は、リアクトル４３５，４４５の他端とバッテリ１０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード４３４，４４４は、具体的には、バッテリ１０の負極側からリアクトル４３５，４４５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。上スイッチング素子４３１，４４１は、上ダイオード４３３，４４３に並列に接続されるスイッチング素子である。下スイッチング素子４３２，４４２は、下ダイオード４３４，４４４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【０１２０】
また、第２の変形例に係るバッテリコンバータ４０ｂのチョッパ回路４１，４２，４３，４４における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４よりバッテリ１０側には、バッテリコンバータ４０ｂとバッテリ１０の正極側とを断接する切替部４９ｂが設けられる。切替部４９ｂは、上述した切替部４９と同様に、バッテリコンバータ４０ｂがバッテリ１０の正極側に接続された状態と、バッテリコンバータ４０ｂが外部接続部６０ｂに接続された状態とを切り替え可能である。
【０１２１】
ここで、第２の変形例に係る外部接続部６０ｂは、図７に示すように、上述した外部接続部６０と異なり、１つの外部側回路６１ｂに対してトランス６３ｂを介して２つの内部側回路６２ｂ，６２ｂを備える。内部側回路６２ｂ，６２ｂの各々は、一対の極を有する。
【０１２２】
図７に示すように、第２の変形例に係る切替部４９ｂは、上述したスイッチ４９１，４９２に加えて、スイッチ４９３，４９４をさらに備える。スイッチ４９３，４９４は、例えば、接続点Ｐ４９とリアクトル４３５，４４５との間に設けられる。
【０１２３】
スイッチ４９１は、設置位置においてチョッパ回路４１と外部接続部６０ｂの一方の内部側回路６２ｂの一方の極側とを接続可能であり、スイッチ４９２は、設置位置においてチョッパ回路４２と外部接続部６０ｂの一方の内部側回路６２ｂの他方の極側とを接続可能である。ゆえに、スイッチ４９１，４９２は、チョッパ回路４１，４２がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４１，４２が外部接続部６０ｂの一方の内部側回路６２ｂに接続された状態とを切り替え可能である。
【０１２４】
また、スイッチ４９３は、設置位置においてチョッパ回路４３と外部接続部６０ｂの他方の内部側回路６２ｂの一方の極側とを接続可能であり、スイッチ４９４は、設置位置においてチョッパ回路４４と外部接続部６０ｂの他方の内部側回路６２ｂの他方の極側とを接続可能である。ゆえに、スイッチ４９３，４９４は、チョッパ回路４３，４４がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路４３，４４が外部接続部６０ｂの他方の内部側回路６２ｂに接続された状態とを切り替え可能である。
【０１２５】
スイッチ４９１，４９２によりチョッパ回路４１，４２がバッテリ１０の正極側と接続され、かつ、スイッチ４９３，４９４によりチョッパ回路４３，４４がバッテリ１０の正極側と接続された状態が、バッテリコンバータ４０ｂがバッテリ１０の正極側に接続された状態に相当する。一方、スイッチ４９１，４９２によりチョッパ回路４１，５２が外部接続部６０ｂの一方の内部側回路６２ｂと接続され、かつ、スイッチ４９３，４９４によりチョッパ回路５３，５４が外部接続部６０ｂの他方の内部側回路６２ｂと接続された状態が、バッテリコンバータ４０ｂが外部接続部６０ｂに接続された状態に相当する。
【０１２６】
第２の変形例では、外部接続部６０ｂに外部交流負荷２０２が接続されている場合に、バッテリコンバータ４０ｂを外部接続部６０ｂと接続させ、例えば、チョッパ回路４３，４４をチョッパ回路４１，４２について上述した動作と同様に動作させることによって、バッテリコンバータ４０ｂを直流交流変換動作させることができる。
【０１２７】
また、第２の変形例では、上述した電源システム１と同様に、制御装置１００は、例えば電動車両の走行時等において、バッテリコンバータ４０ｂを昇圧動作させる際に、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。
【０１２８】
この場合、例えば、制御装置１００は、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２のキャリア波を、互いに９０°の位相差が生じるように生成する。そして、制御装置１００は、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２の各々について、キャリア波が電圧指令値以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。それにより、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２の指令信号が互いに９０°の位相差が生じるように生成されるので、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２を互いに９０°の位相差が生じるようにスイッチング動作させることができる。ゆえに、リアクトル４１５，４２５，４３５，４４５を流れる各電流の間で、９０°の位相差が生じる。よって、バッテリ１０に流れる電流の周期が、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２のスイッチング動作が同位相である場合と比較して、４分の１になる。ゆえに、下スイッチング素子４１２，４２２，４３２，４４２のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルに相当するバッテリ１０に流れる電流の振幅をより効果的に低減することができる。
【０１２９】
また、制御装置１００は、上記の昇圧動作と同様に、バッテリコンバータ４０ｂを降圧動作させる際に、上スイッチング素子４１１，４２１，４３１，４４１を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。例えば、制御装置１００は、上スイッチング素子４１１，４２１，４３１，４４１を互いに９０°の位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。それにより、上スイッチング素子４１１，４２１，４３１，４４１のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルに相当するバッテリ１０に流れる電流の振幅をより効果的に低減することができる。
【０１３０】
上記のように、バッテリコンバータに設けられ上述した切替部を有するチョッパ回路の数は、少なくとも２つ以上あればよく、特に限定されない。
【０１３１】
＜５．応用例＞
続いて、図８〜図１３を参照して、応用例に係る電源システム２について説明する。
【０１３２】
［構成］
まず、図８を参照して、応用例に係る電源システム２の構成について説明する。図８は、応用例に係る電源システム２の概略構成を示す模式図である。
【０１３３】
図８に示すように、応用例に係る電源システム２は、上述した電源システム１と比較して、燃料電池コンバータの構成について異なる。
【０１３４】
応用例では、図８に示すように、燃料電池２０は、電圧を変換可能な燃料電池コンバータ５０を介してバッテリ１０及びバッテリコンバータ４０と並列にインバータ３１に接続される。ゆえに、燃料電池２０の発電電力をバッテリ１０へ燃料電池コンバータ５０を介して供給することができる。また、燃料電池２０の発電電力をインバータ３１へ燃料電池コンバータ５０を介して供給することができる。なお、電源システム２では、ダイオード９２は、例えば、燃料電池２０の正極側と燃料電池コンバータ５０との間（具体的には、後述する燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１、チョッパ回路５２及び燃料電池２０の正極側の接続点Ｐ５９より燃料電池２０側）に設けられ得る。
【０１３５】
燃料電池コンバータ５０は、電圧を変換可能な電力変換装置であり、燃料電池２０の発電電力を昇圧して負荷３０側へ供給する機能を有する。燃料電池コンバータ５０には、スイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、燃料電池コンバータ５０による電力の変換が制御される。
【０１３６】
図８に示すように、燃料電池コンバータ５０は、互いに並列に設けられる一対のチョッパ回路５１，５２を備える。
【０１３７】
チョッパ回路５１は、上スイッチング素子５１１、下スイッチング素子５１２、上ダイオード５１３、下ダイオード５１４、及びリアクトル５１５を含む。燃料電池２０の正極側にリアクトル５１５の一端が接続される。上ダイオード５１３は、リアクトル５１５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード５１３は、具体的には、リアクトル５１５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード５１４は、リアクトル５１５の他端と燃料電池２０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード５１４は、具体的には、燃料電池２０の負極側からリアクトル５１５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。上スイッチング素子５１１は、上ダイオード５１３に並列に接続されるスイッチング素子である。下スイッチング素子５１２は、下ダイオード５１４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【０１３８】
チョッパ回路５２は、上スイッチング素子５２１、下スイッチング素子５２２、上ダイオード５２３、下ダイオード５２４、及びリアクトル５２５を含む。燃料電池２０の正極側にリアクトル５２５の一端が接続される。上ダイオード５２３は、リアクトル５２５の他端とインバータ３１の正極側との間に接続されるダイオードである。上ダイオード５２３は、具体的には、リアクトル５２５の他端からインバータ３１の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。下ダイオード５２４は、リアクトル５２５の他端と燃料電池２０の負極側との間に接続されるダイオードである。下ダイオード５２４は、具体的には、燃料電池２０の負極側からリアクトル５２５の他端へ向かう一方向に電流の向きを規制する。上スイッチング素子５２１は、上ダイオード５２３に並列に接続されるスイッチング素子である。下スイッチング素子５２２は、下ダイオード５２４に並列に接続されるスイッチング素子である。
【０１３９】
チョッパ回路５１，５２の各スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。
【０１４０】
燃料電池コンバータ５０の各チョッパ回路において、上スイッチング素子５１１（５２１）がＯＦＦに維持された状態で、下スイッチング素子５１２（５２２）がスイッチング動作（換言すると、ＯＮとＯＦＦを繰り返す動作）を行うことによって、燃料電池２０の発電電力が昇圧されて負荷３０側へ供給される。この際、燃料電池コンバータ５０の各チョッパ回路では、下スイッチング素子５１２（５２２）がＯＮであるときにリアクトル５１５（５２５）へ磁気エネルギが蓄積され、下スイッチング素子５１２（５２２）がＯＦＦであるときにリアクトル５１５（５２５）から磁気エネルギが放出される。
【０１４１】
ここで、燃料電池コンバータ５０の一対のチョッパ回路５１，５２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ５１，Ｐ５２より燃料電池２０側には、燃料電池コンバータ５０と燃料電池２０の正極側とを断接する切替部５９が設けられる。切替部５９は、燃料電池コンバータ５０が燃料電池２０の正極側に接続された状態と、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態とを切り替え可能である。
【０１４２】
図１に示すように、切替部５９は、スイッチ５９１及びスイッチ５９２を含む。
【０１４３】
スイッチ５９１は、チョッパ回路５１における上ダイオード５１３、下ダイオード５１４及びリアクトル５１５の接続点Ｐ５１より燃料電池２０側に設けられ、設置位置においてチョッパ回路５１と燃料電池２０の正極側とを断接する。例えば、スイッチ５９１は、チョッパ回路５１、チョッパ回路５２及び燃料電池２０の正極側の接続点Ｐ５９とリアクトル５１５との間に設けられる。また、スイッチ５９１は、設置位置においてチョッパ回路５１と外部接続部６０の一方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路５１が燃料電池２０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路５１が外部接続部６０の一方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【０１４４】
スイッチ５９２は、チョッパ回路５２における上ダイオード５２３、下ダイオード５２４及びリアクトル５２５の接続点Ｐ５２より燃料電池２０側に設けられ、設置位置においてチョッパ回路５２と燃料電池２０の正極側とを断接する。例えば、スイッチ５９２は、チョッパ回路５１、チョッパ回路５２及び燃料電池２０の正極側の接続点Ｐ５９とリアクトル５２５との間に設けられる。また、スイッチ５９２は、設置位置においてチョッパ回路５２と外部接続部６０の他方の極側とを接続可能であり、チョッパ回路５２が燃料電池２０の正極側に接続された状態と、チョッパ回路５２が外部接続部６０の他方の極側に接続された状態とを切り替え可能である。
【０１４５】
スイッチ５９１によりチョッパ回路５１が燃料電池２０の正極側と接続され、かつ、スイッチ５９２によりチョッパ回路５２が燃料電池２０の正極側と接続された状態が、燃料電池コンバータ５０が燃料電池２０の正極側に接続された状態に相当する。一方、スイッチ５９１によりチョッパ回路５１が外部接続部６０の一方の極側と接続され、かつ、スイッチ５９２によりチョッパ回路５２が外部接続部６０の他方の極側と接続された状態が、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態に相当する。
【０１４６】
燃料電池コンバータ５０は、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態において、外部接続部６０と負荷３０側との間での電力変換を実行可能である。例えば、燃料電池コンバータ５０は、外部接続部６０から供給される交流電流を直流電力に変換して負荷３０側へ供給可能である。また、燃料電池コンバータ５０は、負荷３０側から供給される直流電力を交流電力に変換して外部接続部６０へ供給可能である。なお、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態における燃料電池コンバータ５０による電力変換については、後述にて詳細に説明する。
【０１４７】
ここで、外部接続部６０は、外部の交流電源である外部交流電源と接続された状態で外部交流電源から供給される電力を受電可能である。例えば、外部側回路６１に外部交流電源が接続された状態において、外部交流電源から外部側回路６１へ電力が供給される。当該電力は、トランス６３によって変圧された後に、内部側回路６２へ供給される。この際、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０と接続されている場合、内部側回路６２から燃料電池コンバータ５０へ電力が供給され得る。
【０１４８】
応用例では、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の一対のチョッパ回路５１，５２のスイッチング素子の動作を制御することによって、チョッパ回路５１，５２による電力の変換を制御する。また、例えば、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の切替部５９の動作を制御することによって、燃料電池コンバータ５０が燃料電池２０の正極側に接続された状態と、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態との切り替えを制御する。このように、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の動作を制御する。
【０１４９】
［動作］
続いて、図９〜図１３を参照して、応用例に係る電源システム２の動作について説明する。
【０１５０】
（走行時）
まず、図９を参照して、電動車両の走行時の電源システム２の動作について説明する。図９は、電動車両の走行時の電源システム２における電力の流れを示す模式図である。
【０１５１】
電動車両の走行時において、制御装置１００は、バッテリ１０の蓄電電力を主として用いて駆動用モータ３２が駆動され、燃料電池２０の発電電力を用いてバッテリ１０の充電等が行われるように、電源システム２を制御する。
【０１５２】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、切替部５９の動作を制御することによって、燃料電池コンバータ５０を燃料電池２０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図９に示すように、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２が、スイッチ５９１，５９２により燃料電池２０の正極側と接続される。また、制御装置１００は、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０をバッテリ１０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図９に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２によりバッテリ１０の正極側と接続される。
【０１５３】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、切替部４９によりバッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側と接続されることによって、図９に示すように、バッテリ１０の蓄電電力を負荷３０側へバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。この際、制御装置１００は、バッテリ１０の蓄電電力をバッテリコンバータ４０によって昇圧させて負荷３０側へ供給させる。また、制御装置１００は、電動車両の走行時に、図９において二点鎖線の矢印によって示すように、負荷３０側から供給される電力をバッテリ１０にバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。この際、制御装置１００は、負荷３０側から供給される電力をバッテリコンバータ４０によって降圧させて負荷３０側へ供給させる。上記のようなバッテリコンバータ４０による昇圧動作及び降圧動作については、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による昇圧動作及び降圧動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１５４】
制御装置１００は、電動車両の走行時に、切替部５９により燃料電池コンバータ５０が燃料電池２０の正極側と接続されることによって、図９に示すように、燃料電池２０の発電電力を負荷３０側へ燃料電池コンバータ５０を介して供給させることができる。それにより、燃料電池２０の発電電力を用いたバッテリ１０の充電及び駆動用モータ３２への燃料電池２０の発電電力の給電が実現される。
【０１５５】
上記のように、燃料電池２０の発電電力を負荷３０側へ供給させる際において、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力を燃料電池コンバータ５０によって昇圧させて負荷３０側へ供給させる。具体的には、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２の下スイッチング素子５１２，５２２をスイッチング動作させることによって、燃料電池２０の発電電力を昇圧させる。このような燃料電池コンバータ５０の動作を昇圧動作とも呼ぶ。
【０１５６】
例えば、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０を昇圧動作させる際に、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による昇圧動作と同様に、三角波状のキャリア波と電圧指令値とを比較することによって、下スイッチング素子５１２，５２２の開閉タイミングを示すパルス波状の指令信号を生成する。そして、制御装置１００は、指令信号を燃料電池コンバータ５０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を下スイッチング素子５１２，５２２に行わせる。
【０１５７】
また、制御装置１００は、例えば、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による昇圧動作と同様に、所望の昇圧比が得られるように、下スイッチング素子５１２，５２２のデューティー比を決定する。そして、制御装置１００は、デューティー比がそのように決定された値になるように、電圧指令値を設定する。それにより、燃料電池コンバータ５０の昇圧動作における昇圧比が適切に制御される。
【０１５８】
また、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０を昇圧動作させる際に、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による昇圧動作と同様に、下スイッチング素子５１２，５２２を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。例えば、制御装置１００は、下スイッチング素子５１２，５２２のキャリア波を互いに１８０°の位相差が生じるように生成することによって、下スイッチング素子５１２，５２２を互いに１８０°の位相差が生じるようにスイッチング動作させてもよい。なお、制御装置１００により生成される下スイッチング素子５１２，５２２のキャリア波の間での位相差は、１８０°以外であってもよい。
【０１５９】
（外部充電時）
次に、図１０及び図１１を参照して、バッテリ１０の外部充電時の電源システム２の動作について説明する。バッテリ１０の外部充電は、外部交流電源２０１から受電される電力を用いたバッテリ１０の充電に相当する。図１０は、バッテリ１０の外部充電時の電源システム２における電力の流れを示す模式図である。図１１は、バッテリ１０の外部充電時における燃料電池コンバータ５０の動作について説明するための図である。
【０１６０】
電動車両の停車時等に、外部接続部６０に外部交流電源２０１が接続される場合がある。そのような場合において、制御装置１００は、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０が充電されるように、電源システム２を制御する。
【０１６１】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、切替部５９の動作を制御することによって、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させる。それにより、具体的には、図１０に示すように、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２が、スイッチ５９１，５９２により外部接続部６０と接続される。また、制御装置１００は、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０をバッテリ１０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図１０に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２によりバッテリ１０の正極側と接続される。
【０１６２】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、切替部５９により燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０と接続されることによって、図１０に示すように、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を負荷３０側へ燃料電池コンバータ５０を介して供給させることができる。それにより、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いたバッテリ１０の充電が実現され得る。
【０１６３】
上記のように、外部交流電源２０１から受電される電力を負荷３０側へ供給させる際において、制御装置１００は、外部交流電源２０１から受電される電力を燃料電池コンバータ５０によって整流させて負荷３０側へ供給させる。具体的には、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２の上スイッチング素子５１１，５２１及び下スイッチング素子５１２，５２２をスイッチング動作させることによって、外部交流電源２０１から受電される電力を整流させる。このような燃料電池コンバータ５０の動作を整流動作とも呼ぶ。
【０１６４】
制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０を整流動作させる際に、例えば、燃料電池コンバータ５０をＰＷＭ整流器として動作させる。ＰＷＭ整流器は、ＰＷＭ方式の制御を用いて交流電力を直流電力へ変換するものである。
【０１６５】
この場合、例えば、制御装置１００は、図１１に示すように、三角波状のキャリア波及び当該キャリア波に対して１８０°の位相差を有する反転キャリア波を生成する。そして、制御装置１００は、リアクトル５１５，５２５の入力側（外部接続部６０側）における電圧Ｖｓと同一の周波数を有する正弦波状の信号波を生成する。なお、信号の位相は、後述するリアクトル５１５，５２５の入力側（外部接続部６０側）における電流ｉｓの位相として所望の位相が得られるように適宜設定される。また、信号の振幅は、燃料電池コンバータ５０より負荷３０側の電圧Ｖｏとして所望の電圧が得られるように適宜設定される。
【０１６６】
そして、制御装置１００は、キャリア波及び反転キャリア波と信号波とを比較することによって、上スイッチング素子５１１，５２１及び下スイッチング素子５１２，５２２の各スイッチング素子について指令信号を生成する。制御装置１００は、生成された指令信号を燃料電池コンバータ５０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を各スイッチング素子に行わせる。
【０１６７】
例えば、制御装置１００は、上スイッチング素子５１１について、キャリア波が信号波より小さくなる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、下スイッチング素子５１２について、キャリア波が信号波以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、上スイッチング素子５２１について、反転キャリア波が信号波以上となる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。また、制御装置１００は、下スイッチング素子５２２について、反転キャリア波が信号波より小さくなる区間でＯＮとなるように指令信号を生成する。
【０１６８】
上記のように生成される各スイッチング素子の指令信号は、図１１に示すように、上スイッチング素子５１１，５２１及び下スイッチング素子５１２，５２２のうちＯＮとなる２つのスイッチング素子の組み合わせが順次切り替えられるような信号になる。このような指令信号に応じたスイッチング動作を各スイッチング素子が行うことによって、リアクトル５１５，５２５に磁気エネルギが蓄積される状態とリアクトル５１５，５２５から磁気エネルギが負荷３０側に放出される状態とが交互に繰り返され続ける。それにより、外部交流電源２０１から受電される交流電力が、燃料電池コンバータ５０により直流電流に整流されて負荷３０側へ供給される。ゆえに、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させることができる。
【０１６９】
なお、図１１においてハッチングが付されていない指令信号は、当該指令信号に応じてＯＮになる当該スイッチング素子には電流が流れず、当該スイッチング素子と並列に接続されているダイオードに電流が流れる旨を示している。
【０１７０】
ここで、図１１に示すように、リアクトル５１５，５２５の出力側（接続点Ｐ５１側）における電圧ＶｃはＶｏ、０又は−Ｖｏの値をとり、電圧Ｖｃの平均値は信号波と同位相の正弦波状になる。また、リアクトル５１５，５２５の入力側（外部接続部６０側）における電流ｉｓは、電圧Ｖｓと略一致する位相を有する正弦波状になる。電流ｉｓの位相は信号波の位相に依存するので、信号波の位相を適切に決定することによって、電流ｉｓの位相を制御することができる。例えば、図１１に示すように、制御装置１００は、電流ｉｓの位相を電圧Ｖｓと略一致するように制御する。それにより、燃料電池コンバータ５０の整流動作における力率を改善することができる。
【０１７１】
上記のように、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させ、例えば、燃料電池コンバータ５０をＰＷＭ整流器として動作させることによって、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させ得る。
【０１７２】
なお、電源システム２の構成から上スイッチング素子５１１，５２１が省略されてもよい。その場合には、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させ、例えば、燃料電池コンバータ５０をダイオードブリッジとして動作させることによって、外部交流電源２０１から受電される交流電力を直流電流に整流させて燃料電池コンバータ５０より負荷３０側へ供給させることができる。ゆえに、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させることができる。制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０をダイオードブリッジとして動作させる場合、具体的には、下スイッチング素子５１２，５２２をＯＦＦに維持する。
【０１７３】
ここで、外部交流電源２０１から受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させる場合、バッテリ１０に供給される電力の電圧をバッテリ１０により充電可能な電圧である充電電圧に調整する必要がある。
【０１７４】
制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の整流動作を制御することによって、バッテリ１０に供給される電力の電圧を調整することができる。さらに、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の降圧動作を制御することによっても、バッテリ１０に供給される電力の電圧を調整することができる。よって、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の整流動作及びバッテリコンバータ４０の降圧動作の双方を適切に制御することによって、バッテリ１０に供給される電力の電圧を充電電圧に調整することができる。なお、制御装置１００は、スイッチング損失を低減する観点から、燃料電池コンバータ５０の整流動作の制御のみによってバッテリ１０に供給される電力の電圧を充電電圧に調整し、バッテリコンバータ４０のスイッチング動作を停止させてもよい。
【０１７５】
なお、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、上述した電源システム１と同様に、図１０において二点鎖線の矢印によって示すように、外部交流電源２０１から受電される電力がインバータ３１及び駆動用モータ３２へ供給されてもよい。
【０１７６】
（外部給電時）
次に、図１２及び図１３を参照して、外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム２の動作について説明する。応用例では、外部交流負荷２０２への外部給電は、バッテリ１０の蓄電電力を用いた外部交流負荷２０２への給電と、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への給電とを含む。以下で詳細に説明するように、応用例では、バッテリ１０の蓄電電力及び燃料電池２０の発電電力の双方を外部交流負荷２０２への給電に利用することができるので、外部交流負荷２０２へ給電可能な電力の総量を増大させることができる。
【０１７７】
まず、図１２を参照して、バッテリ１０の蓄電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム２の動作について説明する。図１２は、バッテリ１０の蓄電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム２における電力の流れを示す模式図である。
【０１７８】
電動車両の停車時等に、外部接続部６０に外部交流負荷２０２が接続される場合がある。そのような場合において、制御装置１００は、例えば、バッテリ１０の蓄電電力が外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電されるように、電源システム２を制御し得る。
【０１７９】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、切替部５９の動作を制御することによって、例えば、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させる。それにより、具体的には、図１２に示すように、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２が、スイッチ５９１，５９２により外部接続部６０と接続される。また、上記のように切替部５９が制御される場合、制御装置１００は、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０をバッテリ１０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図１２に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２によりバッテリ１０の正極側と接続される。
【０１８０】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続され、上記のように切替部５９及び切替部４９が制御される場合に、切替部５９により燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０と接続されることによって、図１２に示すように、バッテリ１０の蓄電電力を外部接続部６０側へ燃料電池コンバータ５０を介して供給させることができる。それにより、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることが実現され得る。
【０１８１】
上記のように、バッテリ１０の蓄電電力を外部接続部６０側へ供給させる際において、制御装置１００は、バッテリ１０の蓄電電力を燃料電池コンバータ５０によって交流電流に変換させて外部接続部６０側へ供給させる。具体的には、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２の上スイッチング素子５１１，５２１及び下スイッチング素子５１２，５２２をスイッチング動作させることによって、バッテリ１０の蓄電電力を交流電流に変換させる。このような燃料電池コンバータ５０の動作を直流交流変換動作とも呼ぶ。
【０１８２】
制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０を直流交流変換動作させる際に、例えば、燃料電池コンバータ５０を上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による直流交流動作と同様に、ＰＷＭインバータとして動作させる。
【０１８３】
この場合、例えば、制御装置１００は、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による直流交流動作と同様に、三角波状のキャリア波及び反転キャリア波を生成し、リアクトル５１５，５２５の出力側（外部接続部６０側）における電圧の目標値と同一の周波数を有する正弦波状の信号波を生成する。そして、制御装置１００は、キャリア波及び反転キャリア波と信号波とを比較することによって、燃料電池コンバータ５０の各スイッチング素子について指令信号を生成し、燃料電池コンバータ５０に出力することにより、当該指令信号に応じたスイッチング動作を各スイッチング素子に行わせる。
【０１８４】
それにより、バッテリ１０の蓄電電力が、燃料電池コンバータ５０により交流電流に変換されて外部接続部６０側へ供給される。ゆえに、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることができる。この際、燃料電池コンバータ５０による直流交流変換後の電圧は目標値と略一致する。
【０１８５】
上記のように、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させ、例えば、燃料電池コンバータ５０をＰＷＭインバータとして動作させることによって、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させ得る。
【０１８６】
ここで、バッテリ１０の蓄電電力を交流電流に変換させて外部接続部６０側へ供給させる場合、リアクトル５１５，５２５の出力側（外部接続部６０側）における電圧を目標値に調整する必要がある。
【０１８７】
制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の直流交流変換動作を制御することによって、リアクトル５１５，５２５の出力側における電圧を調整することができる。さらに、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の昇圧動作を制御することによっても、リアクトル５１５，５２５の出力側における電圧を調整することができる。よって、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０の直流交流変換動作及びバッテリコンバータ４０の昇圧動作の双方を適切に制御することによって、リアクトル５１５，５２５の出力側における電圧を目標値に調整することができる。なお、制御装置１００は、スイッチング損失を低減する観点から、燃料電池コンバータ５０の直流交流変換動作の制御のみによってリアクトル５１５，５２５の出力側における電圧を目標値に調整し、バッテリコンバータ４０のスイッチング動作を停止させてもよい。
【０１８８】
なお、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続され、上記のように切替部５９及び切替部４９が制御される場合に、上述した電源システム１と同様に、図１２において二点鎖線の矢印によって示すように、負荷３０により回生発電される電力が燃料電池コンバータ５０によって交流電流に変換されて外部交流負荷２０２に給電されてもよい。
【０１８９】
次に、図１３を参照して、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム２の動作について説明する。図１３は、燃料電池２０の発電電力を用いた外部交流負荷２０２への外部給電時の電源システム２における電力の流れを示す模式図である。
【０１９０】
電動車両の停車時等に、外部接続部６０に外部交流負荷２０２が接続される場合において、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力が外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電されるように、電源システム２を制御してもよい。
【０１９１】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、切替部５９の動作を制御することによって、例えば、燃料電池コンバータ５０を燃料電池２０の正極側と接続させる。それにより、具体的には、図１３に示すように、燃料電池コンバータ５０のチョッパ回路５１，５２が、スイッチ５９１，５９２により燃料電池２０の正極側と接続される。また、上記のように切替部５９が制御される場合、制御装置１００は、切替部４９の動作を制御することによって、バッテリコンバータ４０を外部接続部６０と接続させる。それにより、具体的には、図１３に示すように、バッテリコンバータ４０のチョッパ回路４１，４２が、スイッチ４９１，４９２により外部接続部６０と接続される。
【０１９２】
制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続され、上記のように切替部５９及び切替部４９が制御される場合に、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０と接続されることによって、図１３に示すように、燃料電池２０の発電電力を外部接続部６０側へバッテリコンバータ４０を介して供給させることができる。それにより、燃料電池２０の発電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることが実現され得る。この際、制御装置１００は、燃料電池２０の発電電力をバッテリコンバータ４０によって交流電流に変換させて外部接続部６０側へ供給させる。このようなバッテリコンバータ４０による直流交流変換動作については、上述した電源システム１におけるバッテリコンバータ４０による直流交流動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１９３】
ここで、制御装置１００は、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作及び燃料電池コンバータ５０の昇圧動作の双方を適切に制御することによって、リアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を目標値に調整することができる。なお、制御装置１００は、スイッチング損失を低減する観点から、バッテリコンバータ４０の直流交流変換動作の制御のみによってリアクトル４１５，４２５の出力側における電圧を目標値に調整し、燃料電池コンバータ５０のスイッチング動作を停止させてもよい。
【０１９４】
なお、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続され、上記のように切替部５９及び切替部４９が制御される場合に、上述した電源システム１と同様に、図１３において二点鎖線の矢印によって示すように、負荷３０により回生発電される電力がバッテリコンバータ４０によって交流電流に変換されて外部交流負荷２０２に給電されてもよい。
【０１９５】
［効果］
続いて、応用例に係る電源システム２の効果について説明する。
【０１９６】
応用例に係る電源システム２では、燃料電池コンバータ５０は、燃料電池２０の正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と負荷３０の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端と燃料電池２０の負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路５１，５２を備える。また、燃料電池コンバータ５０の一対のチョッパ回路５１，５２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ５１，Ｐ５２より燃料電池２０側には、燃料電池コンバータ５０が燃料電池２０の正極側に接続された状態と、燃料電池コンバータ５０が外部接続部６０に接続された状態とを切り替え可能な切替部５９が設けられる。
【０１９７】
それにより、外部接続部６０に外部交流電源２０１が接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させ整流動作させることによって、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させることができる。さらに、外部接続部６０に外部交流負荷２０２が接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させ直流交流変換動作させることによって、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させることができる。ゆえに、駆動用モータ３２の駆動が停止している電動車両の停車時等に、燃料電池コンバータ５０を、バッテリ１０の外部充電又は外部交流負荷２０２への外部給電における電力の変換のために、利用することができる。よって、電動車両の停車時等に、燃料電池コンバータ５０が利用されていない状況が生じることを抑制することができる。したがって、バッテリ１０及び燃料電池２０を備える電源システム１における装置の利用効率をさらに効果的に向上させることができる。
【０１９８】
さらに、応用例によれば、電源システム２における装置の利用効率がさらに効果的に向上されることによって、電源システム２における部品点数の増大をさらに効果的に抑制することができる。例えば、バッテリ１０の外部充電における電力の変換（具体的には、外部交流電源２０１から受電される直流電力の整流）を行うための装置を電源システム２に追加的に設けることを抑制することができる。ゆえに、電源システム２が大型化することをさらに効果的に抑制することができる。
【０１９９】
また、応用例に係る電源システム２では、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流電源２０１と接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させＰＷＭ整流器として動作させることによって、外部交流電源２０１から外部接続部６０を介して受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させ得る。それにより、燃料電池コンバータ５０の整流動作における力率を改善させつつ、外部交流電源２０１から受電される電力を用いてバッテリ１０を充電させることができる。
【０２００】
また、応用例に係る電源システム２では、制御装置１００は、外部接続部６０が外部交流負荷２０２と接続されている場合に、燃料電池コンバータ５０を外部接続部６０と接続させＰＷＭインバータとして動作させることによって、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に外部接続部６０を介して給電させ得る。それにより、燃料電池コンバータ５０の直流交流変換動作における力率を改善させつつ、バッテリ１０の蓄電電力を外部交流負荷２０２に給電させることができる。
【０２０１】
また、応用例に係る電源システム２では、制御装置１００は、燃料電池コンバータ５０を昇圧動作させる際に、燃料電池コンバータ５０の一対のチョッパ回路５１，５２の下スイッチング素子５１２，５２２を、互いに位相差が生じるようにスイッチング動作させ得る。それにより、リアクトル５１５を流れる電流とリアクトル５２５を流れる電流との間で位相差を生じさせることができるので、下スイッチング素子５１２，５２２のスイッチング動作に起因して脈動する電流リップルを低減することができる。
【０２０２】
＜６．むすび＞
以上説明したように、本実施形態に係る電源システム１では、バッテリコンバータ４０は、バッテリ１０の正極側に一端が接続されるリアクトル、当該リアクトルの他端と負荷３０の正極側との間に接続される上ダイオード、当該上ダイオードに並列に接続される上スイッチング素子、当該リアクトルの他端とバッテリ１０の負極側との間に接続される下ダイオード及び当該下ダイオードに並列に接続される下スイッチング素子を含む一対の互いに並列に設けられるチョッパ回路４１，４２を備える。また、バッテリコンバータ４０の一対のチョッパ回路４１，４２における上ダイオード、下ダイオード及びリアクトルの接続点Ｐ４１，Ｐ４２よりバッテリ１０側には、バッテリコンバータ４０がバッテリ１０の正極側に接続された状態と、バッテリコンバータ４０が外部接続部６０に接続された状態とを切り替え可能な切替部４９が設けられる。
【０２０３】
それにより、電動車両の停車時等に、バッテリコンバータ４０を外部交流負荷２０２への外部給電における電力の変換のために利用することができるので、バッテリコンバータ４０が利用されていない状況が生じることを抑制することができる。よって、バッテリ１０及び燃料電池２０を備える電源システム１における装置の利用効率を向上させることができる。さらに、本実施形態によれば、電源システム１における装置の利用効率が向上されることによって、電源システム１における部品点数の増大を抑制することができるので、電源システム１が大型化することを抑制することができる。
【０２０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２０５】
１，１ａ，１ｂ，２  電源システム
１０  バッテリ
１１  バッテリ管理装置
２０  燃料電池
３０  負荷
３１  インバータ
３２  駆動用モータ
４０，４０ａ，４０ｂ  バッテリコンバータ
４１，４２，４３，４４  チョッパ回路
４９，４９ｂ  切替部
５０，７０  燃料電池コンバータ
５１，５２，５３，５４  チョッパ回路
５９  切替部
６０，６０ｂ  外部接続部
１００  制御装置
２０１  外部交流電源
２０２  外部交流負荷
【図１】
2019110655.tif 000005
【図２】
2019110655.tif 000006
【図３】
2019110655.tif 000007
【図４】
2019110655.tif 000008
【図５】
2019110655.tif 000009
【図６】
2019110655.tif 000010
【図７】
2019110655.tif 000011
【図８】
2019110655.tif 000012
【図９】
2019110655.tif 000013
【図１０】
2019110655.tif 000014
【図１１】
2019110655.tif 000015
【図１２】
2019110655.tif 000016
【図１３】
2019110655.tif 000017