(57)【要約】【課題】複数相で駆動するコンバータを備える燃料電池システムにおいて、昇圧コンバータに接続された部材における共振の発生を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、複数相で駆動するコンバータと、コンバータに電気的に接続された部材と、複数相に流れる電流値を計測する電流センサと、複数相の温度を計測する温度センサと、複数相における異常の有無を判定するとともに、複数相から出力される電流値を調整する制御部と、を備え、制御部は、複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、部材において共振が発生しないように、異常相を含む複数の対象相のそれぞれから出力される電流値を均等になるように、電流値を異常がないときよりも低下させる第１の制御と、部材において共振が発生しないように、異常相を含む複数の対象相を停止させる第２の制御と、のいずれか一方の制御を行う。【選択図】図１
2019186141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力電圧を変換するコンバータであって、複数相で駆動するコンバータと、
前記コンバータの出力側に電気的に接続された部材と、
前記複数相にそれぞれ設けられ、前記複数相に流れる電流値を計測する電流センサと、
前記複数相にそれぞれ設けられ、前記複数相の温度を計測する温度センサと、
計測された電流値と計測された温度との少なくとも一方を用いて前記複数相における異常の有無を判定するとともに、前記複数相から出力される電流値を調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記計測された電流値と温度との少なくとも一方を用いて前記複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、
前記部材において共振が発生しないように、前記複数相のうちで異常があると判定された相である異常相を含む複数の対象相のそれぞれから出力される電流値を均等になるように、前記複数の対象相のそれぞれから出力される電流値を異常がないときよりも低下させる第１の制御と、
前記部材において共振が発生しないように、前記異常相を含む複数の対象相を停止させる第２の制御と、のいずれか一方の制御を行う、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の出力を昇圧する複数相を備えたコンバータと、コンバータの各相に設けられた電流センサと、を備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。従来の技術では、電流センサを用いてコンバータに備えられた相の異常を検知した場合、異常が検知された相の駆動を停止して、残りの相の電流値の合計値を燃料電池の目標電流に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、上述の従来技術において、コンバータに備えられた複数相の一部が停止された場合には、コンバータの停止されていない相の駆動によって想定されていない周波数成分が生じる場合があることを見出した。この場合において、例えば、コンバータに接続された部材（例えば配線）における共振周波数と、コンバータの各相の駆動によって生じる周波数成分とが一致すると、共振によって接続された部材が昇温する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、上述の課題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】
本開示の一形態によれば、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、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電圧を変換するコンバータであって、複数相で駆動するコンバータと、前記コンバータの出力側に電気的に接続された部材と、前記複数相にそれぞれ設けられ、前記複数相に流れる電流値を計測する電流センサと、前記複数相にそれぞれ設けられ、前記複数相の温度を計測する温度センサと、計測された電流値と計測された温度との少なくとも一方を用いて前記複数相における異常の有無を判定するとともに、前記複数相から出力される電流値を調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測された電流値と温度との少なくとも一方を用いて前記複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、前記部材において共振が発生しないように、前記複数相のうちで異常があると判定された相である異常相を含む複数の対象相のそれぞれから出力される電流値を均等になるように、前記複数の対象相のそれぞれから出力される電流値を異常がないときよりも低下させる第１の制御と、前記部材において共振が発生しないように、前記異常相を含む複数の対象相を停止させる第２の制御と、のいずれか一方の制御を行う。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、計測された電流値と温度との少なくとも一方を用いて複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、第１の制御と第２の制御とのいずれか一方の制御を行う。このため、異常がある相の出力制限又は停止を実行する際に、想定されていない周波数成分の発生を抑制できる。これにより、コンバータに接続された部材における共振の発生を抑制できる。
【０００７】
本開示は、上記燃料電池システム以外の種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムを備える燃料電池車両、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの回路構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態において実行される昇圧コンバータの出力制限制御を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態において昇圧コンバータの通常駆動が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図４】第１実施形態において昇圧コンバータの異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図５】第１実施形態において全相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図６】第１比較例に係る燃料電池システムにおいて異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図７】第２実施形態において実行される昇圧コンバータの出力制限制御を示すフローチャート。
【図８】異常相の停止制御を示すフローチャート。
【図９】第２実施形態においてステップＳ２１３の処理が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図１０】第３実施形態において昇圧コンバータの通常駆動が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図１１】第３実施形態において昇圧コンバータの異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図１２】第３実施形態において全相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【図１３】第２比較例に係る燃料電池システムにおいて異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の回路構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０と、昇圧コンバータ３０と、高電圧配線４２と、昇降圧コンバータ５０と、二次電池用リレー５２と、二次電池６０と、駆動用モータ７０と、制御部８０と、記憶部８２と、を備える。本実施形態において、燃料電池システム１００は、燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の駆動用モータ７０や各種補機（図示しない）を動作させる発電装置として用いられる。
【００１０】
燃料電池スタック２０は、燃料電池単セル（図示しない）が複数積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池スタック２０を構成する燃料電池単セルは、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子型の燃料電池である。燃料電池スタック２０は、駆動用モータ７０に電気的に接続され、駆動用モータ７０に電力を供給する。また、燃料電池スタック２０は、二次電池６０に接続され、二次電池６０に電力を供給する。
【００１１】
燃料電池スタック２０と駆動用モータ７０とは、燃料電池スタック２０側から順に、昇圧コンバータ３０と、高電圧配線４２と、を介して接続されている。また、燃料電池スタック２０と二次電池６０とは、燃料電池スタック２０側から順に、昇圧コンバータ３０と、高電圧配線４２と、昇降圧コンバータ５０と、二次電池用リレー５２と、を介して接続されている。
【００１２】
昇圧コンバータ３０は、燃料電池スタック２０に電気的に接続され、燃料電池スタック２０の出力電圧を駆動用モータ７０の駆動電圧に変換（昇圧）する。昇圧コンバータ３０は、Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとＷ相３２ｃとＸ相３２ｄとの４相の回路を用いて昇圧を行うチョッパ方式のコンバータである。Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとＷ相３２ｃとＸ相３２ｄとは、互いに並列に接続されている。昇圧コンバータ３０には、昇圧コンバータ３０から出力される電圧値の変動を低減する平滑コンデンサ３８が設けられている。
【００１３】
各相３２ａ〜３２ｄは、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄとリアクトル３６ａ〜３６ｄとを有する。各相３２ａ〜３２ｄにおいて、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄのオン状態とオフ状態とが一定の周期で切り替えられることによって、各相３２ａ〜３２ｄは、一定の駆動周波数で駆動している。なお、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄの少なくともいずれか１つがオフ状態の場合に、燃料電池スタック２０から平滑コンデンサ３８へと電流が流れる。各相３２ａ〜３２ｄは、本実施形態において、互いに同一の駆動周波数（ｆＨｚ）で駆動している。また、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄの切り替えは、各相３２ａ〜３２ｄの駆動する周期に位相差が生じるように行われている。本実施形態において、Ｕ相３２ａの駆動の１周期を３６０°とした場合に、Ｖ相３２ｂはＵ相３２ａの駆動に対して１８０°遅れて駆動している。また、この場合において、Ｗ相３２ｃはＵ相３２ａの駆動に対して９０°遅れて駆動している。また、Ｘ相３２ｄはＵ相３２ａの駆動に対して２７０°遅れて駆動している。
【００１４】
昇圧コンバータ３０には、各相３２ａ〜３２ｄの温度及び各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値を計測するためのセンサ群９０ａ〜９０ｄが配置されている。センサ群９０ａ〜９０ｄは、第１の温度センサ９１ａ〜９１ｄと、電流センサ９２ａ〜９２ｄと、第２の温度センサ９３ａ〜９３ｄと、を有する。各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値は、電流センサ９２ａ〜９２ｄによって計測される。各相３２ａ〜３２ｄの温度は、第１の温度センサ９１ａ〜９１ｄと第２の温度センサ９３ａ〜９３ｄとによって計測される。具体的には、第１の温度センサ９１ａ〜９１ｄは、各相３２ａ〜３２ｄのリアクトル３６ａ〜３６ｄの温度を計測する。また、第２の温度センサ９３ａ〜９３ｄは、各相３２ａ〜３２ｄのスイッチ素子３４ａ〜３４ｄの温度を計測する。
【００１５】
高電圧配線４２は、昇圧コンバータ３０の出力側に接続され、昇圧コンバータ３０と昇降圧コンバータ５０とを接続するケーブルである。例えば、燃料電池システム１００において昇圧コンバータ３０と昇降圧コンバータ５０との位置関係を変更する設計変更が必要となった場合には、高電圧配線４２の長さの調整によって設計変更が可能となる。高電圧配線４２には、燃料電池用リレー４４が設けられている。
【００１６】
燃料電池用リレー４４は、接続状態と遮断状態とのいずれか一方の状態となるリレー回路である。燃料電池用リレー４４が接続状態である場合には、燃料電池用リレー４４を介して燃料電池スタック２０に接続された昇降圧コンバータ５０と駆動用モータ７０とに燃料電池スタック２０から出力される電力が供給可能となる。また、燃料電池用リレー４４が遮断状態である場合には、燃料電池用リレー４４を介して燃料電池スタック２０に接続された昇降圧コンバータ５０と駆動用モータ７０とに燃料電池スタック２０から出力される電力の供給が遮断される。
【００１７】
二次電池６０は、燃料電池スタック２０から供給された電力を蓄える。また、二次電池６０は、昇降圧コンバータ５０を介して駆動用モータ７０に接続され、蓄えた電力を駆動用モータ７０に供給する。二次電池６０は、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１８】
昇降圧コンバータ５０は、二次電池６０から駆動用モータ７０に出力される電圧を駆動用モータ７０の駆動電圧まで昇圧する。また、昇降圧コンバータ５０は、燃料電池スタック２０から二次電池６０に出力される電圧を二次電池６０の蓄電可能な電圧まで降圧する。二次電池６０と昇降圧コンバータ５０との間には、二次電池用リレー５２が設けられている。
【００１９】
二次電池用リレー５２は、接続状態と遮断状態とのいずれか一方の状態となるリレー回路である。二次電池用リレー５２が接続状態である場合には、二次電池用リレー５２を介して二次電池６０に接続された昇降圧コンバータ５０に二次電池６０から出力される電力が供給可能となる。また、二次電池用リレー５２が遮断状態である場合には、二次電池用リレー５２を介して二次電池６０に接続された昇降圧コンバータ５０に二次電池６０から出力される電力の供給が遮断される。
【００２０】
制御部８０は、センサ群９０ａ〜９０ｄ及び昇圧コンバータ３０と通信可能に接続されている。制御部８０は、センサ群９０ａ〜９０ｄによって計測された各相３２ａ〜３２ｂの温度と各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値とを取得する。また、制御部８０は、昇圧コンバータ３０の動作を制御する。具体的には、制御部８０は、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄのオン／オフのデューティ比を調整することによって、昇圧コンバータ３０における昇圧の程度を制御する。また、制御部８０は、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄのオン／オフのデューティ比を調整することによって、各相３２ａ〜３２ｄから出力される電流量を調整する。本実施形態において、デューティ比は、５０％に設定されている。
【００２１】
記憶部８２は、ＨＤＤ等の記憶媒体を有する。記憶部８２は、制御部８０による制御を実行する際に用いられる各種プログラムや、センサ群９０ａ〜９０ｄによって計測された各相３２ａ〜３２ｂの温度と各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値とを記憶する。
【００２２】
図２は、第１実施形態において実行される昇圧コンバータ３０の出力制限制御を示すフローチャートである。図２に示された出力制限制御は、制御部８０によって実行される。この出力制限制御は、例えば、燃料電池システム１００を搭載する燃料電池車両の搭乗者によってスタートスイッチが押され、燃料電池システム１００が起動された場合に、開始される。ここで、スタートスイッチは、燃料電池システム１００の起動と停止とを切り替えるスイッチである。
【００２３】
出力制限制御が開始されると、制御部８０は、昇圧コンバータ３０の停止の指示があるか否かの判定をする（ステップＳ１０１）。停止の指示は、例えば、燃料電池システム１００を搭載する燃料電池車両の搭乗者によってスタートスイッチがオフにされることによって行われる。昇圧コンバータ３０の停止の指示がない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）には、４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があるか否かの判定を行う（ステップＳ１０２）。４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があるか否かの判定は、センサ群９０ａ〜９０ｄによって計測される各相３２ａ〜３２ｄの温度及び各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値を用いて行われる。また例えば、電流センサ９２ａ〜９２ｄによって計測される各相３２ａ〜３２ｄに入力される電流値が予め定められた範囲外である場合には、制御部８０は、範囲外の電流値が計測された相３２ａ〜３２ｄに異常があると判定する。例えば、第１の温度センサ９１ａ〜９１ｄによって計測される各相３２ａ〜３２ｄのリアクトル３６ａ〜３６ｄの温度が予め定められた第１の基準温度以上である場合には、制御部８０は、第１の基準温度以上の温度が計測された相３２ａ〜３２ｄに異常があると判定する。第１の基準温度は、例えば、リアクトル３６ａ〜３６ｄの周辺に配置されている部材が損傷する可能性がある温度に設定される。また例えば、第２の温度センサ９３ａ〜９３ｄによって計測される各相３２ａ〜３２ｄのスイッチ素子３４ａ〜３４ｄの温度が予め定められた第２の基準温度以上である場合には、制御部８０は、第２の基準温度以上の温度が計測された相３２ａ〜３２ｄに異常があると判定する。第２の基準温度は、例えば、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄの周辺に配置されている部材が損傷する可能性がある温度に設定される。リアクトル３６ａ〜３６ｄの温度は、リアクトル３６ａ〜３６ｄに入力される電流値が大きくなると上昇する。例えば、燃料電池車両から燃料電池システム１００への要求発電量が大きい状態が長期間にわたって続いた場合には、リアクトル３６ａ〜３６ｄの温度は上昇する。
【００２４】
４相３２ａ〜３２ｄの全てに異常がないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、制御部８０は、昇圧コンバータ３０に通常駆動を実行するように指示する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の処理を実行した後に、制御部８０は、再び昇圧コンバータ３０の停止の指示があるか否かの判定をする（ステップＳ１０１）。昇圧コンバータ３０の停止の指示がある場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、制御部８０は、出力制限制御を終了する。
【００２５】
４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、制御部８０は、異常があると判定された相である異常相の出力制限を行った場合に、昇圧コンバータ３０の出力側に電気的に接続された部材において共振が発生する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。昇圧コンバータ３０の出力側に電気的に接続された部材における共振は、（ｉ）昇圧コンバータ３０と接続された部材とによって定まる共振周波数と、（ｉｉ）昇圧コンバータ３０から部材へと出力される周波数成分と、が一致した場合に発生する。例えば、昇圧コンバータ３０に接続された部材である高電圧配線４２における共振は、昇圧コンバータ３０を含む回路の各構成、例えば、平滑コンデンサ３８と高電圧配線４２と昇降圧コンバータ５０に備えられた平滑コンデンサ５８と、に応じて決定される共振周波数と、昇圧コンバータ３０から昇圧コンバータ３０を含む回路の各構成に入力される周波数成分とが一致した場合に発生し得る。なお、共振周波数と昇圧コンバータ３０から出力される周波数成分が一致する場合には、完全に一致している場合に加えて、概ね一致する場合、例えば共振周波数と出力される周波数成分との差の絶対値が共振周波数の１０％未満である場合も含まれる。
【００２６】
共振周波数は、昇圧コンバータ３０に含まれるコンダクタンス成分（Ｃ成分）と、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材に含まれるインダクタンス成分（Ｌ成分）とに応じて定まる。高電圧配線４２における共振周波数を規定するＣ成分は、例えば、昇圧コンバータ３０に備えられた平滑コンデンサ３８や昇降圧コンバータ５０に備えられた平滑コンデンサ５８に応じて定まる。例えば、平滑コンデンサ３８、５８のコンデンサ容量が変化した場合には、平滑コンデンサ３８、５８のＣ成分は変化する。また、高電圧配線４２における共振周波数を規定するＬ成分は、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材である高電圧配線４２に応じて定まる。例えば、高電圧配線４２の長さが変化した場合には、高電圧配線４２のＬ成分は変化する。本実施形態において、高電圧配線４２における共振周波数は、各相３２ａ〜３２ｄの駆動周波数と一致している。本実施形態において、共振周波数は、高電圧配線４２に含まれるＬ成分と、平滑コンデンサ３８、５８の有するＣ成分と、を用いて算出され、記憶部８２に記憶されている。なお、共振周波数は、実験によって予め求められ、記憶部８２に記憶されていてもよい。
【００２７】
ステップＳ１０３の処理の結果、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材において共振が発生する可能性がないと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）には、制御部８０は、出力制限を実行する複数の対象相としての異常相に出力制限を指示する（ステップＳ１０６）。この場合において、異常相とは、互いに１８０°の位相を有する２相と、４相と、のいずれか一方である。この出力制限では、複数の異常相それぞれから出力される電流値が均等になるように、電流値を通常駆動時（異常がないとき）よりも低下させる。本実施形態において、出力制限は、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄがオンとなる期間を短くすることによって実行される。ステップＳ１０６の処理を行った後に、制御部８０は、再びステップＳ１０１の処理を行う。
【００２８】
ステップＳ１０３の処理の結果、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材において共振が発生する可能性があると判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）には、４相３２ａ〜３２ｄのうち異常相を含む複数の対象相（本実施形態では全ての相３２ａ〜３２ｄ）に出力制限を指示する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理において、制御部８０は、４相３２ａ〜３２ｄのそれぞれから出力される電流値が均等になるように、電流値を通常駆動時よりも低下させる。ステップＳ１０４の処理を行った後に、制御部８０は、再びステップＳ１０１の処理を行う。なお、ステップＳ１０４又はステップＳ１０６において実行される処理は、課題を解決するための手段における「第１の制御」に対応する。
【００２９】
図３は、第１実施形態において昇圧コンバータ３０の通常駆動（図２のステップＳ１０５）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図３は、ステップＳ１０２（図２）において４相３２ａ〜３２ｄの全てに異常がないと判定された場合に実行される通常駆動の例である。本実施形態において、各相３２ａ〜３２ｄは、同一の駆動周期で駆動している。また、４相３２ａ〜３２ｄの駆動は、それぞれ９０°位相が異なっている。また、図３に示した通常駆動において、各相３２ａ〜３２ｄから出力される電流値は同一の値となるように制御されている。ここで、昇圧コンバータ３０全体から出力される電流値は、４相３２ａ〜３２ｄから出力される電流値を積算した値である。このため、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、各相３２ａ〜３２ｄの駆動周波数の４倍である４ｆＨｚである。
【００３０】
本実施形態において、高電圧配線４２における共振周波数は、各相３２ａ〜３２ｄの駆動周波数であるｆＨｚと同一である。このため、高電圧配線４２における共振周波数と昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分である４ｆＨｚとが一致しないため、高電圧配線４２において共振が発生しない。
【００３１】
図４は、第１実施形態において昇圧コンバータ３０の異常相の出力制限（図２のステップＳ１０６）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図４は、ステップＳ１０２（図２）においてＵ相３２ａとＶ相３２ｂとの２相に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。図４では、通常駆動における電流値を破線で示している。本実施形態において、異常が生じた相の出力制限は、通常駆動時の５０％の電流値になるように実行されている。Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとの駆動は互いに１８０°の位相差を有しているため、Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとにおいて出力制限が実行された場合であっても、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、通常駆動時と同じ４ｆＨｚである。このため、高電圧配線４２における共振周波数と昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分（４ｆＨｚ）とが一致しないため、高電圧配線４２における共振は発生しない。なお、Ｗ相３２ｃとＸ相３２ｄとの２相に異常が生じた場合に、Ｗ相３２ｃとＸ相３２ｄとに出力制限を実行した場合でも、高電圧配線４２における共振は発生しない。
【００３２】
図５は、第１実施形態において全ての相３２ａ〜３２ｄの出力制限（図２のステップＳ１０４）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図５は、ステップＳ１０２（図２）において１つの相（例えば、Ｕ相３２ａ）に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。図５では、通常駆動における電流値を破線で示している。本実施形態において、各相３２ａ〜３２ｄの出力制限は、通常駆動時の５０％の電流値になるように実行されている。この場合において、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、通常駆動時と同じ４ｆＨｚである。このため、高電圧配線４２における共振周波数と昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分（４ｆＨｚ）とが一致しないため、高電圧配線４２における共振は発生しない。
【００３３】
図６は、第１比較例に係る燃料電池システムにおいて異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。第１比較例に係る燃料電池システムは、出力制限制御における処理の内容において、第１実施形態に係る燃料電池システム１００と異なる。以下において、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。図６は、第１比較例に係る燃料電池システムにおいて、ステップＳ１０２（図２）において１つの相（例えば、Ｕ相３２ａ）に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。第１比較例において、制御部８０は、４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があると判定された場合（図２のステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理を実行することなく、異常があると判定された相３２ａ〜３２ｄの出力制限を実行する。図６では、Ｕ相３２ａに異常が生じた場合の様子が示されている。図６では、通常駆動における電流値を破線で示している。第１比較例に係る燃料電池システムにおいて、異常が生じた相の出力制限は、通常駆動時の５０％の電流値になるように実行されている。
【００３４】
図６に示した様に、Ｕ相３２ａから出力される電流値は、他の３相３２ｂ〜３２ｄから出力される電流値より小さい。このため、４相３２ａ〜３２ｄから出力される電流値を積算した値には、変動が生じる。具体的には、Ｕ相３２ａが電流を出力している期間（例えば期間Ｔｅ１）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値は、Ｕ相３２ａが電流を出力していない期間（例えば期間Ｔｅ２）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値より小さい。つまり、この昇圧コンバータ３０から出力される電流値の変動の周期は、Ｕ相３２ａの駆動周期であるｆＨｚと同一である。このため、昇圧コンバータ３０から出力される電流値に、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚが含まれる。したがって、第１比較例に係る燃料電池システムでは、異常相の出力制限によって、高電圧配線４２における共振が発生しうる。高電圧配線４２において共振が発生した場合には、高電圧配線４２と平滑コンデンサ３８、５８が昇温するおそれがある。
【００３５】
なお、図６では、Ｕ相３２ａにおいて異常が発生した場合を例として示したが、Ｕ相３２ａ以外の３相３２ｂ〜３２ｄのいずれかに異常が発生した場合であっても高電圧配線４２と平滑コンデンサ３８、５８とによって共振が発生しうる。また、４相３２ａ〜３２ｄのうち、互いの位相差が９０°もしくは２７０°である２相に異常が発生し、異常が発生した２相のみに出力制限を実行した場合にも、昇圧コンバータ３０から出力される電流値に、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚが含まれる。このため、互いの位相差が９０°もしくは２７０°である２相において出力制限を実行した場合であっても、高電圧配線４２と平滑コンデンサ３８、５８とによって共振が発生しうる。なお、互いの位相差が９０°もしくは２７０°である２相とは、本実施形態において、Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとの２相と、Ｗ相３２ｃとＸ相３２ｄとの２相と、を除く組み合わせの２相、例えば、Ｕ相３２ａとＷ相３２ｃの２相や、Ｕ相３２ａとＸ相３２ｄの２相である。また、４相３２ａ〜３２ｄのうちいずれか３相に異常が発生し、異常が発生した３相において出力制限を実行した場合にも、昇圧コンバータ３０から出力される電流値に、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚが含まれる。このため、３相において出力制限を実行した場合であっても、高電圧配線４２と平滑コンデンサ３８、５８とによって共振が発生しうる。
【００３６】
以上説明した第１の実施形態によれば、制御部８０は、計測された電流値と温度との少なくとも一方を用いて複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、昇圧コンバータ３０の出力制限を実行する。昇圧コンバータ３０の出力制限を行う際に、高電圧配線４２において共振が発生する可能性がある場合には、異常相を含む４相３２ａ〜３２ｄ（対象相）のそれぞれから出力される電流値が均等になるように、出力される電流値を通常駆動時（異常がないとき）よりも低下させる。このため、４相３２ａ〜３２ｄの一部の出力制限を実行した場合に生じうる想定されていない周波数である高電圧配線４２における共振周波数が生じることを抑制できる。したがって、高電圧配線４２において共振が発生した場合における、高電圧配線４２や平滑コンデンサ３８、５８の昇温が抑制される。
【００３７】
また以上説明した第１実施形態によれば、燃料電池システム１００は、制御部８０による昇圧コンバータ３０の出力制限制御によって、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材における共振の発生を抑制できる。このため、共振が発生する可能性の有無に拘わらず、昇圧コンバータ３０に電気的に接続される部材を選択できる。このため、燃料電池システム１００の設計に要するコストや時間を低減できる。また、燃料電池システム１００における設計の自由度が向上する。
【００３８】
また以上説明した第１実施形態によれば、制御部８０は、昇圧コンバータ３０の出力制限を行う際に、高電圧配線４２において共振が発生する可能性がない場合には、対象相としての複数の異常相の出力制限を実行する。このため、異常相に加えて異常相以外の相にも出力制限を実行する場合と比べて、昇圧コンバータ３０における出力電流の低下が低減される。
【００３９】
Ｂ．第２実施形態
図７は、第２実施形態において実行される昇圧コンバータ３０の出力制限制御を示すフローチャートである。第２実施形態に係る燃料電池システム１００は、出力制限制御における処理の内容において、第１実施形態と異なる。以下において、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態では、ステップＳ１０２の処理において、４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、異常相の駆動が可能であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２０１）。異常相の駆動が可能であるか否かの判定は、例えば、電流センサ９２ａ〜９２ｄによって計測される電流値を用いる。例えば、異常相において計測される電流値が０である場合には、異常相において断線が発生しているおそれがあるため、駆動が不可能であると判定される。異常相の駆動が可能である場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）には、制御部８０は、ステップＳ１０３の処理を実行する。ステップＳ１０３以降に実行される処理（ステップＳ１０４、ステップＳ１０６）は第１実施形態において実行される処理と同様であるため、説明を省略する。異常相の駆動が不可能である場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）には、制御部８０は、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を実行する。
【００４０】
図８は、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を示すフローチャートである。異常相の停止処理（ステップＳ２１０）が開始されると、制御部８０は、異常相の停止によって共振の発生の可能性があるか否かを判定する（ステップＳ２１１）。異常相の停止によって共振が発生しない場合（ステップＳ２１１：Ｎｏ）には、制御部８０は、異常相の停止を行う（ステップＳ２１４）。制御部８０は、異常相の停止を実行した後に、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を終了する。制御部８０は、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を終了した後に、再びステップＳ１０１（図７）の処理を実行する。
【００４１】
異常相の停止によって共振が発生する場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）には、制御部８０は、共振の発生の回避が可能か否かを判定する（ステップＳ２１２）。共振の発生の回避が可能である場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）には、制御部８０は、共振が発生しないように異常相を含む複数の対象相を停止する（ステップＳ２１３）。共振が発生しないように４相３２ａ〜３２ｄのうちで異常相を含む複数の対象相を停止するとは、昇圧コンバータ３０から出力される電流値に昇圧コンバータ３０に接続された部材の共振周波数が含まれないように４相３２ａ〜３２ｄのうち異常相に加えて異常相以外の相を停止させることである。例えば、本実施形態において、高電圧配線４２における共振を回避する場合には、異常相と、異常相の駆動周期と１８０°の位相差を有する駆動周期を有する相と、を停止する。例えば、ステップＳ２１２において、Ｗ相３２ｃが異常相である場合には、Ｗ相３２ｃに加えてＸ相３２ｄも停止させる。これにより、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚの周波数の発生を回避できる。制御部８０は、ステップＳ２１３の処理を実行した後に、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を終了する。
【００４２】
共振の発生の回避が不可能である場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）には、制御部８０は、昇圧コンバータ３０の使用を停止する（ステップＳ２１５）。ここで、共振の発生の回避が不可能とは、異常相と異常相の駆動周期と１８０°の位相差の駆動周期を有する相を停止すると、４相３２ａ〜３２ｄの全てを停止することになる場合である。この場合には、対象相として全ての相３２ａ〜３２ｄの駆動を停止し、昇圧コンバータ３０の使用を停止する。制御部８０は、ステップＳ２１５の処理を実行した後に、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を終了する。なお、ステップＳ２１３又はステップＳ２１５において実行される処理は、課題を解決するための手段における「第２の制御」に対応する。
【００４３】
図９は、第２実施形態においてステップＳ２１３（図８）の処理が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図９では、Ｗ相３２ｃに異常が生じた場合の様子が示されている。図９では、通常駆動における電流値を破線で示している。本実施形態において、Ｕ相３２ａの駆動を停止する際には、Ｗ相３２ｃの駆動周期と１８０°の位相差の駆動周期を有するＸ相３２ｄの駆動も停止する。この場合において、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、通常駆動時の半分である２ｆＨｚである。このため、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚと昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分である２ｆＨｚとが一致しないため、高電圧配線４２における共振は発生しない。
【００４４】
以上説明した第２の実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。さらに、第２実施形態によれば、制御部８０は、異常相の駆動が不可能な場合には、異常相の停止制御を実行する。異常相の停止制御を実行する際に、昇圧コンバータ３０に電気的に接続された部材である高電圧配線４２において共振が発生しないように異常相を含む複数の対象相を停止する（図８のステップＳ２１３、ステップＳ２１５）。このため、４相３２ａ〜３２ｄの一部を駆動する場合に生じうる想定されていない周波数、例えば、高電圧配線４２における共振周波数が生じることを抑制できる。したがって、高電圧配線４２や平滑コンデンサ３８、５８の昇温が抑制される。
【００４５】
Ｃ．第３実施形態
第３実施形態に係る燃料電池システム１００は、制御部８０によって制御されるスイッチ素子３４ａ〜３４ｄのオン／オフのデューティ比において、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。また、各相３２ａ〜３２ｄの出力制限（図２と図７のステップＳ１０４、ステップＳ１０６）において、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。以下において、第１実施形態または第２実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図１０は、第３実施形態において昇圧コンバータ３０の通常駆動（図２と図７のステップＳ１０５）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。スイッチ素子３４ａ〜３４ｄのオン／オフのデューティ比は、第１実施形態及び第２実施形態において５０％であるが、これに限定されない。例えば、スイッチ素子のオン／オフのデューティ比は、０％より高く、かつ、９４％より低い値であればよい。図１０では、デューティ比が６０％である場合の様子を示している。この場合であっても、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、各相３２ａ〜３２ｄの駆動周波数の４倍である４ｆＨｚである。
【００４７】
図１１は、第３実施形態において昇圧コンバータ３０の異常相の出力制限（図２と図７のステップＳ１０６）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図１１は、ステップＳ１０２（図２）においてＵ相３２ａとＶ相３２ｂとの２相に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。出力制限（図２と図７のステップＳ１０４、ステップＳ１０６）は、第１実施形態及び第２実施形態において通常駆動時の５０％の電流値になるように実行されているが、これに限定されない。例えば、出力制限された電流値は、通常駆動時の０％より高く、かつ、１００％より低い値であればよい。図１１では、異常相の出力制限が通常駆動時の７５％の電流値になるように実行されている場合の様子を示している。なお、図１１では、通常駆動における電流値を破線で示している。
【００４８】
図１１に示した様に、４相３２ａ〜３２ｄから出力される電流値を積算した値には、周期的な変動が生じる。具体的には、Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとの両方が電流を出力している期間（例えば期間Ｔｅ１１、Ｔｅ１２）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値は、Ｕ相３２ａとＶ相３２ｂとの一方が電流を出力していない期間（例えば期間Ｔｅ２１、Ｔｅ２２）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値より小さい。このため、昇圧コンバータ３０から出力される電流値の変動の周期は、２ｆＨｚである。これにより、昇圧コンバータ３０から出力されるから高電圧配線４２に出力される周波数成分には、４ｆＨｚに加えて２ｆＨｚが含まれる。この場合であっても、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚと昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分とが一致しないため、高電圧配線４２における共振は発生しない。
【００４９】
図１２は、第３実施形態において全ての相３２ａ〜３２ｄの出力制限（図２と図７のステップＳ１０４）が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。図５は、ステップＳ１０２（図２、図７）において１つの相（例えば、Ｕ相３２ａ）に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。図１２では、通常駆動における電流値を破線で示している。本実施形態において、各相３２ａ〜３２ｄの出力制限は、通常駆動時の７５％の電流値になるように実行されている。この場合において、昇圧コンバータ３０の駆動周波数は、通常駆動時と同じ４ｆＨｚである。このため、高電圧配線４２における共振周波数と昇圧コンバータ３０から高電圧配線４２に出力される周波数成分（４ｆＨｚ）とが一致しないため、高電圧配線４２における共振は発生しない。
【００５０】
図１３は、第２比較例に係る燃料電池システムにおいて異常相の出力制限が実行されている場合に出力される電流値の様子を示すグラフである。第２比較例に係る燃料電池システムは、出力制限制御における処理の内容において、第３実施形態に係る燃料電池システム１００と異なる。以下において、第３実施形態と同一の構成については、第３実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。図１３は、第２比較例に係る燃料電池システムにおいて、ステップＳ１０２（図２、図７）において１つの相（例えば、Ｕ相３２ａ）に異常があると判定された場合に実行される出力制限の例である。第２比較例において、制御部８０は、４相３２ａ〜３２ｄのうち少なくともいずれか１つに異常があると判定された場合（例えば、図２のステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理を実行することなく、異常があると判定された相３２ａ〜３２ｄの出力制限を実行する。図１３では、Ｕ相３２ａに異常が生じた場合の様子が示されている。図１３では、通常駆動における電流値を破線で示している。第２比較例に係る燃料電池システムにおいて、異常が生じた相の出力制限は、通常駆動時の７５％の電流値になるように実行されている。
【００５１】
図１３に示した様に、Ｕ相３２ａから出力される電流値は、他の３相３２ｂ〜３２ｄから出力される電流値より小さい。このため、４相３２ａ〜３２ｄから出力される電流値を積算した値には、変動が生じる。具体的には、Ｕ相３２ａが電流を出力している期間（例えば期間ｔｅ１）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値は、Ｕ相３２ａが電流を出力していない期間（例えば期間ｔｅ２）において昇圧コンバータ３０から出力される電流値より小さい。つまり、この昇圧コンバータ３０から出力される電流値の変動の周期は、Ｕ相３２ａの駆動周期であるｆＨｚと同一である。このため、昇圧コンバータ３０から出力される電流値に、高電圧配線４２における共振周波数であるｆＨｚが含まれる。したがって、第２比較例に係る燃料電池システムでは、異常相の出力制限によって、高電圧配線４２における共振が発生しうる。高電圧配線４２において共振が発生した場合には、高電圧配線４２と平滑コンデンサ３８、５８とが昇温するおそれがある。
【００５２】
以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、制御部８０は、計測された電流値と温度との少なくとも一方を用いて複数相の少なくともいずれか１つに異常があると判定した場合において、昇圧コンバータ３０の出力制限を実行する。昇圧コンバータ３０の出力制限を行う際に、高電圧配線４２において共振が発生する可能性がある場合には、異常相を含む４相３２ａ〜３２ｄ（対象相）のそれぞれから出力される電流値が均等になるように、出力される電流値を通常駆動時（異常がないとき）よりも低下させる。このため、４相３２ａ〜３２ｄの一部の出力制限を実行した場合に生じうる想定されていない周波数である高電圧配線４２における共振周波数が生じることを抑制できる。したがって、高電圧配線４２において共振が発生した場合における、高電圧配線４２や平滑コンデンサ３８、５８の昇温が抑制される。
【００５３】
Ｄ．他の実施形態
Ｄ１．第１の他の実施形態
上記実施形態において、制御部８０は、ステップＳ１０３（図２、図７）及びステップＳ１０６（図２、図７）の処理を実行しているが、これに限定されない。例えば、制御部８０は、ステップＳ１０３の処理を実行することなく、全ての相３２ａ〜３２ｄの出力制限を実行（ステップＳ１０４）してもよい。この場合には、昇圧コンバータ３０の駆動によって通常駆動時と異なる周波数成分が生じる可能性をより低減できる。
【００５４】
Ｄ２．第２の他の実施形態
上記第２実施形態において、制御部８０は、出力制限制御において、異常相の駆動が可能性であるか否かの判定（図７のステップＳ２０１）を行い、判定の結果に応じて実行する処理を変更しているが、これに限定されない。例えば、制御部８０は、ステップＳ２０１の処理を行うことなく、異常相がある場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、異常相の停止制御（ステップＳ２１０）を実行してもよい。この場合であっても、高電圧配線４２において共振が発生した場合における、高電圧配線４２や平滑コンデンサ３８、５８の昇温が抑制される。
【００５５】
Ｄ３．第３の他の実施形態
上記実施形態において、制御部８０は、１つの構成として記載しているが、これに限定されない。例えば、制御部８０は、昇圧コンバータ３０における異常の判定や出力制限制御において実行する処理内容の選択を行う第１制御部と、昇圧コンバータ３０の動作を含む燃料電池システム１００全体の動作を制御する第２制御部とを有していてもよい。この場合には、第１制御部からの要求に応じて第２制御部が昇圧コンバータ３０に出力制限制御における各処理の実行を指示してもよい。
【００５６】
Ｄ４．第４の他の実施形態
上記実施形態において、昇圧コンバータ３０は、４相３２ａ〜３２ｄを有しているが、これに限定されず、２相以上を有していればよい。例えば、昇圧コンバータ３０は、互いに１８０°の位相差を有する２つの相によって駆動する昇圧コンバータであってもよい。また、昇圧コンバータ３０は、駆動周期が近い相同士が４５°の位相差で駆動する８相を有していてもよい。
【００５７】
Ｄ５．第５の他の実施形態
上記実施形態において、制御部８０は、高電圧配線４２以外の部材において共振が発生しないように出力制限制御を実行してもよい。例えば、燃料電池用リレー４４において共振が発生しないように処理が実行されてもよい。
【００５８】
Ｄ６．第６の他の実施形態
上記実施形態のステップＳ１０４の処理において、制御部８０は、対象相として全ての相３２ａ〜３２ｄそれぞれから出力される電流値が均等になるように電流値を低下させているが、これに限定されない。例えば、制御部８０は、高電圧配線４２において共振が発生しないように、異常相を含む複数の対象相のそれぞれから出力される電流値が均等になるように出力される電流値を低下させてもよい。例えば、４相３２ａ〜３２ｄのうち１相が異常相である場合には、異常相と異常相に対して１８０°の位相差を有する相との２相を対象相として、出力制限を実行してもよい。具体的には、異常相がＵ相３２ａとＶ相３２ｂとのいずれか一方である場合には、異常相を含む対象相としてＵ相３２ａとＶ相３２ｂとの２相の電流値が均等になるように出力される電流値を低下させてもよい。また、異常相がＷ相３２ｃとＸ相３２ｄとのいずれか一方である場合には、異常相を含む対象相としてＷ相３２ｃとＸ相３２ｄとの２相の電流値が均等になるように出力される電流値を低下させてもよい。また例えば、４相３２ａ〜３２ｄのうち互いに９０°若しくは２７０°の位相差を有する２相が異常相である場合には、全ての相３２ａ〜３２ｄを対象相として、出力制限を実行してもよい。また例えば、４相３２ａ〜３２ｄのうち３相以上が異常相である場合には、全ての相３２ａ〜３２ｄを対象相として、出力制限を実行してもよい。
【００５９】
本発明は、上述の実施形態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】
【００６０】
２０…燃料電池スタック
３０…昇圧コンバータ
３２ａ…Ｕ相
３２ｂ…Ｖ相
３２ｃ…Ｗ相
３２ｄ…Ｘ相
３４ａ〜３４ｄ…スイッチ素子
３６ａ〜３６ｄ…リアクトル
３８…平滑コンデンサ
４２…高電圧配線
４４…燃料電池用リレー
５０…昇降圧コンバータ
５２…二次電池用リレー
５８…平滑コンデンサ
６０…二次電池
７０…駆動用モータ
８０…制御部
９０ａ〜９０ｄ…センサ群
９１ａ〜９１ｄ…第１の温度センサ
９２ａ〜９２ｄ…電流センサ
９３ａ〜９３ｄ…第２の温度センサ
１００…燃料電池システム
【図１】
2019186141.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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