(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置であって、
一端が直流電源の正極側に接続され、他端が負荷側に接続される主リアクトル、前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に設けられた主スイッチング素子、および前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負荷との間に設けられたダイオードを含む主回路と、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトル、一端が前記補助リアクトルの他端に接続される補助スイッチング素子、および前記主スイッチング素子に並列に接続されると共に前記直流電源の正極側の一端が前記補助スイッチング素子の他端に接続される補助コンデンサを含む補助回路と、によって構成されるチョッパ回路を有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記主リアクトルに流れる電流である主リアクトル電流を測定する電流測定器と、
前記ソフトスイッチングコンバータによる昇圧前の電圧と昇圧後の電圧とを測定する電圧測定器と、
前記測定された主リアクトル電流、昇圧前の電圧、および昇圧後の電圧に基づいて、前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記ソフトスイッチングコンバータは、前記チョッパ回路を複数有し、
前記電流測定器は、前記各チョッパ回路にそれぞれ設けられており、
前記各チョッパ回路の電流測定器は、前記各チョッパ回路における主リアクトル電流をそれぞれ測定し、
前記演算部は、前記測定された各チョッパ回路における主リアクトル電流、前記昇圧前の電圧、および前記昇圧後の電圧に基づいて、前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出する
電力変換装置。
【請求項３】
電力変換装置であって、
一端が直流電源の正極側に接続され、他端が負荷側に接続される主リアクトル、前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に設けられた主スイッチング素子、および前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負荷との間に設けられたダイオードを含む主回路と、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトル、一端が前記補助リアクトルの他端に接続される補助スイッチング素子、および前記主スイッチング素子に並列に接続されると共に前記直流電源の正極側の一端が前記補助スイッチング素子の他端に接続される補助コンデンサを含む補助回路と、によって構成されるチョッパ回路をＮ相（Ｎは２以上の整数）有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流である供給電流を測定する電流測定器と、
前記ソフトスイッチングコンバータによる昇圧前の電圧と、ソフトスイッチングコンバータによる昇圧後の電圧とを測定する電圧測定器と、
前記Ｎ相のチョッパ回路のうち１つの特定のチョッパ回路を除く各チョッパ回路にそれぞれ設けられ、前記各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流である主リアクトル電流をそれぞれ測定するＮ−１個の電流測定器と、
前記測定された供給電流と、前記測定された各チョッパ回路における主リアクトル電流と、前記測定された昇圧前の電圧および昇圧後の電圧とに基づいて、前記特定のチョッパ回路における主リアクトル電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
【請求項４】
電力変換装置であって、
一端が直流電源の正極側に接続され、他端が負荷側に接続される主リアクトル、前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に設けられた主スイッチング素子、および前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負荷との間に設けられたダイオードを含む主回路と、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトル、一端が前記補助リアクトルの他端に接続される補助スイッチング素子、および前記主スイッチング素子に並列に接続されると共に前記直流電源の正極側の一端が前記補助スイッチング素子の他端に接続される補助コンデンサを含む補助回路と、によって構成されるチョッパ回路を複数有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記チョッパ回路に供給される電流である供給電流を測定する電流測定器と、
前記ソフトスイッチングコンバータによる昇圧前の電圧と昇圧後の電圧とを測定する電圧測定器と、
前記測定された供給電流、昇圧前の電圧、および昇圧後の電圧に基づいて、前記各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
【請求項５】
電源供給装置であって、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置に対して直流電力を供給する燃料電池と
を備え、
前記電力変換装置は、前記燃料電池から供給された直流電力の電圧を変換し、前記電圧が変換された直流電力を負荷に対して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである
電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電源供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力変換装置には、電力損失の低減のためにソフトスイッチング方式によるチョッパ回路が用いられている。このようなチョッパ回路は、主リアクトルと主スイッチング素子とを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチング素子とを含む補助回路とを備える。ソフトスイッチング方式による電力変換装置に関する技術としては、例えば、下記特許文献１の技術が知られている。
【０００３】
ソフトスイッチング方式による電力変換装置では、補助回路に流れる電流の影響により、チョッパ回路に供給される電源電流と、主リアクトルを流れる電流とが異なる。したがって、それぞれの電流を測定しようとすると、電流測定器の数が多くなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８３８１５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４２５２号公報
【特許文献３】特開２００８−１３１７８７号公報
【特許文献４】特開２００８−０４２９８３号公報
【特許文献５】特開２００６−２１７７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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、電力変換装置における電流測定器の数を低減することのできる技術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】
【０００６】
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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。本発明の一形態は、
電力変換装置であって、
一端が直流電源の正極側に接続され、他端が負荷側に接続される主リアクトル、前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に設けられた主スイッチング素子、および前記主リアクトルの他端と前記直流電源の負荷との間に設けられたダイオードを含む主回路と、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトル、一端が前記補助リアクトルの他端に接続される補助スイッチング素子、および前記主スイッチング素子に並列に接続されると共に前記直流電源の正極側の一端が前記補助スイッチング素子の他端に接続される補助コンデンサを含む補助回路と、によって構成されるチョッパ回路を有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記主リアクトルに流れる電流である主リアクトル電流を測定する電流測定器と、
前記ソフトスイッチングコンバータによる昇圧前の電圧と昇圧後の電圧とを測定する電圧測定器と、
前記測定された主リアクトル電流、昇圧前の電圧、および昇圧後の電圧に基づいて、前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。その他、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することも可能である。
【０００７】
［適用例１］
電力変換装置であって、
主リアクトルと主スイッチング素子とを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチング素子とを含む補助回路とによって構成されるチョッパ回路を有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記主リアクトルに流れる電流である主リアクトル電流を測定する電流測定器と、
前記測定された主リアクトル電流に基づいて、前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
この構成によれば、演算部が、測定された主リアクトル電流に基づいて、ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出するので、ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を測定するための電流測定器を省略することができる。したがって、電力変換装置における電流測定器の数を低減することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の電力変換装置であって、
前記ソフトスイッチングコンバータは、前記チョッパ回路を複数有し、
前記電流測定器は、前記各チョッパ回路にそれぞれ設けられており、
前記各チョッパ回路の電流測定器は、前記各チョッパ回路における主リアクトル電流をそれぞれ測定し、
前記演算部は、前記測定された各チョッパ回路における主リアクトル電流に基づいて、前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出する
電力変換装置。
この構成によれば、演算部が、測定された各チョッパ回路における主リアクトル電流に基づいて、ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を算出するので、ソフトスイッチングコンバータに供給される電流を測定するための電流測定器を省略することができる。したがって、電力変換装置における電流測定器の数を低減することができる。
【０００９】
［適用例３］
電力変換装置であって、
主リアクトルと主スイッチング素子とを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチング素子とを含む補助回路とによって構成されるチョッパ回路をＮ相（Ｎは２以上の整数）有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記ソフトスイッチングコンバータに供給される電流である供給電流を測定する電流測定器と、
前記Ｎ相のチョッパ回路のうち１つの特定のチョッパ回路を除く各チョッパ回路にそれぞれ設けられ、前記各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流である主リアクトル電流をそれぞれ測定するＮ−１個の電流測定器と、
前記測定された供給電流と前記測定された各チョッパ回路における主リアクトル電流とに基づいて、前記特定のチョッパ回路における主リアクトル電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
この構成によれば、演算部が、測定された供給電流と測定された主リアクトル電流とに基づいて、特定のチョッパ回路における主リアクトル電流を算出するので、特定のチョッパ回路における主リアクトル電流を測定するための電流測定器を省略することができる。したがって、電力変換装置における電流測定器の数を低減することができる。
【００１０】
［適用例４］
電力変換装置であって、
主リアクトルと主スイッチング素子とを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチング素子とを含む補助回路とによって構成されるチョッパ回路を複数有し、前記補助スイッチング素子のスイッチングによって、前記主スイッチング素子がターンオンする際の該主スイッチング素子への印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を行なうソフトスイッチングコンバータと、
前記チョッパ回路に供給される電流である供給電流を測定する電流測定器と、
前記測定された供給電流に基づいて、前記各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流を算出する演算部と
を備える電力変換装置。
この構成によれば、演算部が、測定された供給電流に基づいて、各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流を算出するので、各チョッパ回路における主リアクトルに流れる電流を測定するための電流測定器を省略することができる。したがって、電力変換装置における電流測定器の数を低減することができる。
【００１１】
［適用例５］
電源供給装置であって、
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置に対して直流電力を供給する燃料電池と
を備え、
前記電力変換装置は、前記燃料電池から供給された直流電力の電圧を変換し、前記電圧が変換された直流電力を負荷に対して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである
電源供給装置。
この構成によれば、燃料電池を備えた電源供給装置において、電流測定器の数を低減することができる。
【００１２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電力変換システム、電流測定器を低減する方法、電力変換装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施例として車両に搭載された燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。
【図２】ソフトスイッチングコンバータ５０の回路構成を示す説明図である。
【図３】ソフトスイッチング処理を説明する状態遷移図である。
【図４】ソフトスイッチング処理における初期状態を説明する説明図である。
【図５】ソフトスイッチング処理におけるモード１を説明する説明図である。
【図６】ソフトスイッチング処理におけるモード２を説明する説明図である。
【図７】ソフトスイッチング処理におけるモード３を説明する説明図である。
【図８】ソフトスイッチング処理におけるモード４を説明する説明図である。
【図９】ソフトスイッチング処理におけるモード５を説明する説明図である。
【図１０】ソフトスイッチング処理におけるモード６を説明する説明図である。
【図１１】ゲート信号Ｓ１，Ｓ２及びソフトスイッチングコンバータ５０における各種の電流値の変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】リアクトルＬ２に流れる電流ＩL2の変化を拡大して示す説明図である。
【図１３】昇圧比（Ｖout／Ｖin）が２未満の場合におけるＩL2avgの算出方法を示す説明図である。
【図１４】第２実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｂの回路構成を示す説明図である。
【図１５】第３実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｃの回路構成を示す説明図である。
【図１６】第４実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｄの回路構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、第１実施例として車両に搭載された燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。本実施例においては、車両の一例として、燃料電池自動車（FCHV: Fuel Cell Hyblid Vehicle）を想定しているが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。
【００１５】
燃料電池システム１０は、制御ユニット２０と、電源装置３０と、負荷ＬＯＡＤとを備える。電源装置３０は、負荷ＬＯＡＤに対して直流電力を供給する。負荷ＬＯＡＤは、主に車両走行用モータであり、その他の負荷としては、周辺機器（照明やオーディオ等）がある。これらの負荷には直流で動作する負荷や、インバータを介して交流で動作する負荷等が含まれる。電源装置３０と制御ユニット２０とはワイヤーハーネスＷＨによって接続されている。制御ユニット２０は、例えば車両が走行中であれば、ドライバーのアクセル操作に基づいて、車両走行用モータに必要なパワーを演算し、演算結果に応じて電源装置３０から負荷ＬＯＡＤに出力する電力を制御する。電源装置３０は、燃料電池ＦＣと、ソフトスイッチングコンバータ５０と、電圧測定器５５と、電流測定器６０とを備える。
【００１６】
燃料電池ＦＣは、供給される燃料ガス（例えば水素ガス）及び酸化ガスから電力を発生する発電方式を採用しており、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）などを備えた単セルを複数、直列に積層したスタック構造を有している。燃料電池ＦＣとしてはこういった固体高分子型をはじめ、燐酸型や溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。
【００１７】
ソフトスイッチングコンバータ５０は、燃料電池ＦＣから供給される直流電力の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）である。ソフトスイッチングコンバータ５０は、後述するスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２を備えており、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング動作によって負荷ＬＯＡＤに供給する電力を制御するチョッパ回路によって構成されている。
【００１８】
電圧測定器５５及び電流測定器６０は、ソフトスイッチングコンバータ５０の所定の電圧値および電流値をそれぞれ常時測定しており、その値をリアルタイムで制御ユニット２０に送信している。
【００１９】
制御ユニット２０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット２０は、ソフトスイッチングコンバータ５０が備えるスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するゲート信号を、ソフトスイッチングコンバータ５０に向けて出力する。具体的には、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングのタイミングを制御するＳ１ゲート信号と、スイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するＳ２ゲート信号とを、ワイヤーハーネスＷＨを介してソフトスイッチングコンバータ５０に向けて出力する。制御ユニット２０は、これらのゲート信号を上述した加速度等に基づく演算に応じて出力する。すなわち、制御ユニット２０は、ソフトスイッチングコンバータ５０にＳ１ゲート信号およびＳ２ゲート信号を出力することによって、電源装置３０から負荷ＬＯＡＤに供給される電力を制御する。
【００２０】
Ａ２．ソフトスイッチングコンバータの構成・動作：
次にソフトスイッチングコンバータ５０の構成および動作について説明する。図２は、ソフトスイッチングコンバータ５０の回路構成を示す説明図である。ソフトスイッチングコンバータは、回路を構成する補助スイッチング素子（本実施例ではスイッチング素子Ｓ２）のスイッチング動作のタイミングを制御することによって、主スイッチング素子（本実施例ではスイッチング素子Ｓ１）がスイッチング動作をする際の、主スイッチング素子の両端にかかる電圧を低減し、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングによる電力損失を低減するソフトスイッチング動作を用いたコンバータである。なお、ソフトスイッチングコンバータの詳細な動作原理については、特開２００９−１６５２４５において開示されているので、詳しい説明は省略する。
【００２１】
ソフトスイッチングコンバータ５０は、主回路５１と補助回路５２とを備えるチョッパ回路で構成されている。主回路５１は、リアクトルＬ１、ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ４、フィルタコンデンサＣ１、平滑コンデンサＣ３から構成されている。リアクトルＬ１は、一端が燃料電池ＦＣ（図１）である直流電源Ｅの正極に接続される。ダイオードＤ５は、アノードがリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、カソードが負荷ＬＯＡＤの一端に接続される。スイッチング素子Ｓ１は、一端がリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他極に接続され、制御ユニット２０から送信されるＳ１ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作をする。本実施例ではスイッチング素子Ｓ１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いる。その他、スイッチング素子Ｓ１としてはサイリスタ、ダイオード等の半導体素子を用いることもできる。スイッチング素子Ｓ１には、ダイオードＤ４がスイッチング素子Ｓ１の保護のために並列に接続される。フィルタコンデンサＣ１は、直流電源Ｅの正極−負極間に接続される。平滑コンデンサＣ３は、負荷ＬＯＡＤに並列に接続される。フィルタコンデンサＣ１および平滑コンデンサＣ３は、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ５０の入出力を安定化させるものである。
【００２２】
一方、補助回路５２は、リアクトルＬ２、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ２、ダイオードＤ２、スナバダイオードＤ３、スナバコンデンサＣ２を備える。リアクトルＬ２は、一端がリアクトルＬ１の高電位側に接続される。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｓ２とスナバダイオードＤ３との間に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、制御ユニット２０から送信されたＳ２ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作する。スナバダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子Ｓ１の一端に接続されるとともに、カソードがスイッチング素子Ｓ２に他端に接続される。スナバコンデンサＣ２は、一端がスナバダイオードＤ３のカソードに接続されるとともに、他端がスイッチング素子Ｓ１に接続される。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｓ２を保護するために並列に接続されている。スナバダイオードＤ３およびスナバコンデンサＣ２は、スイッチング素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な逆起電力を吸収するためのものである。
【００２３】
電圧測定器５５は、リアクトルＬ１の両端と、計測用ワイヤーを介して接続されている。電圧測定器５５は、リアクトルＬ１における高電位側の電位であるＶinと、リアクトルＬ１における低電位側の電位であるＶoutを常時測定しており、これら２つの値を制御ユニット２０へリアルタイムで送信している。なお、Ｖinは、ソフトスイッチングコンバータ５０による昇圧前の電圧を意味し、Ｖoutは、ソフトスイッチングコンバータ５０による昇圧後の電圧を意味する。
【００２４】
電流測定器６０は、リアクトルＬ１を流れる電流ＩL1の平均値であるＩL1avgを常時測定しており、制御ユニット２０へリアルタイムで送信している。
【００２５】
本実施例では、制御ユニット２０は、測定された３つの値（Ｖin，Ｖout，ＩL1avg）に基づいて、リアクトルＬ２を流れる電流ＩL2の平均値であるＩL2avgを算出するとともに、燃料電池ＦＣから出力される電流ＩFCの平均値であるＩFCavgを算出する。このため、本実施例では、ＩFCavgを測定するための電流測定器が省略されている。ＩL2avg及びＩFCavgの算出方法については後述する。
【００２６】
制御ユニット２０は、算出したＩFCavgに基づいて、燃料電池ＦＣの出力の監視及び制御を実行する。また、制御ユニット２０は、ＩL1avgに基づいたフィードバック制御を行なうことで、ソフトスイッチングコンバータ５０の出力の応答性を向上させる。なお、後述するように、ソフトスイッチングコンバータ５０が複数相のチョッパ回路で構成されている場合には、制御ユニット２０は、ＩL1avgに基づいて、各相の電流を合わせる制御（電流分配）を行ない、各相の負荷を均一にする。
【００２７】
次にソフトスイッチングコンバータ５０のソフトスイッチング動作について説明する。図３はソフトスイッチングコンバータ５０のソフトスイッチング動作による昇圧のための１サイクルの処理（以下、「ソフトスイッチング処理」とも呼ぶ）を説明する状態遷移図である。
【００２８】
ソフトスイッチング処理は、状態Ｓ１０１〜Ｓ１０６の各処理が制御ユニット２０によって順次行われて１サイクルを形成するが、各処理によるソフトスイッチングコンバータ５０での電流、電圧の状態をそれぞれモード１〜モード６として表現し、初期状態を図４に、モード１〜モード６の状態をそれぞれ図５〜図１０に示す。以下、これらの図に基づいて、ソフトスイッチングコンバータ５０でのソフトスイッチング処理について説明する。図４〜図１０においては、図面の表示を簡潔にするため、主回路５１と補助回路５２の符号の記載は省略しているが、各モードの説明においては、各回路を引用する場合がある。
【００２９】
図３に示すソフトスイッチング処理が行われる直前の初期状態（図４参照）は、燃料電池ＦＣから負荷ＬＯＡＤに電力が供給されている状態、即ちスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がともにターンオフされることで、リアクトルＬ１、ダイオードＤ５を介して電流が負荷ＬＯＡＤ側に流れている状態である。従って、当該ソフトスイッチング処理の１サイクルが終了すると、この初期状態と同じ状態に至ることになる。
【００３０】
ソフトスイッチング処理（図３参照）において、初期状態からモード１（図５参照）の状態に遷移し、図５に示されるモード１の電流・電圧状態が形成される（状態Ｓ１０１）。具体的には、スイッチング素子Ｓ１はターンオフの状態で、スイッチング素子Ｓ２をターンオンする。このようにすると、ソフトスイッチングコンバータ５０の出口電圧ＶＨと入口電圧ＶＬの電位差によって、リアクトルＬ１及びダイオードＤ５を介して負荷ＬＯＡＤ側に流れていた電流が、補助回路５２側に徐々に移行していく。
【００３１】
モード１の状態が所定時間継続すると、ダイオードＤ５を流れる電流がゼロとなり、代わってスナバコンデンサＣ２と燃料電池ＦＣの電圧ＶＬとの電位差により、スナバコンデンサＣ２に蓄電されていた電荷が補助回路５２側に流れ込んでいく（状態Ｓ１０２：図６に示すモード２の状態）。スイッチング素子Ｓ１をターンオンするときにスイッチング素子Ｓ１に印加される電圧に影響を与えるスナバコンデンサＣ２の電荷が、モード２では補助回路５２のダイオードＤ２→スイッチング素子Ｓ２→リアクトルＬ２に流れ込むことで、スナバコンデンサＣ２にかかる電圧が低下していく。このとき、リアクトルＬ２とスナバコンデンサＣ２の半波共振により、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなるまで、電流は流れ続ける。スナバコンデンサＣ２の電荷が、スナバコンデンサＣ２と並列に接続されているスイッチング素子Ｓ１の両端の電圧を決定している。結果として、状態Ｓ１０３（図３）でのスイッチング素子Ｓ１のターンオン時には、スイッチング素子Ｓ１の両端にかかる印加電圧を下げることが可能となる。
【００３２】
更に、状態Ｓ１０３においては、スナバコンデンサＣ２の電荷が抜け切ったタイミングで、スイッチング素子Ｓ１がターンオンされ、図７に示されるモード３の電流・電圧状態が形成される。すなわち、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなった状態ではスイッチング素子Ｓ１の両端にかかる電圧もゼロとなる。そして、その状態でスイッチング素子Ｓ１をターンオンすることにより、スイッチング素子Ｓ１はゼロ電圧の状態であり、その状態から電流が流れ始めるため、スイッチング素子Ｓ１におけるスイッチングによる電力損失（以下、「スイッチング損失」とも呼ぶ）を理論上、ゼロになっている。
【００３３】
そして、状態Ｓ１０４では、状態Ｓ１０３の状態が継続することで、リアクトルＬ１に流れ込んでいく電流量を増加させて、リアクトルＬ１に蓄えられるエネルギを徐々に増やしていく。この状態が、図８に示されるモード４の電流・電圧状態である。その後、リアクトルＬ１に所望のエネルギが蓄えられた状態で、状態Ｓ１０５において、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２をターンオフする。すると、モード２で電荷を放出して低電圧状態となっているスナバコンデンサＣ２に電荷が充電され、ソフトスイッチングコンバータ５０の出口電圧ＶＨと同電圧に至る。この状態が、図９に示されるモード５の電流・電圧状態である。そして、スナバコンデンサＣ２が電圧ＶＨになるまで電荷が充電されると、状態Ｓ１０６においてリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギが負荷ＬＯＡＤ側に解放される。この状態が、図１０に示されるモード６の電流・電圧状態である。尚、モード４の状態からモード５の状態への遷移の際、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のターンオフ時のスイッチング素子Ｓ１にかかる電圧を、スナバコンデンサＣ２により立ち上がりを遅らせられるため、スイッチング素子Ｓ１におけるテール電流によるスイッチング損失をより小さくできる。
【００３４】
上述のように状態Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理を１サイクルとしてソフトスイッチング処理を行うことで、ソフトスイッチングコンバータ５０におけるスイッチング損失を可及的に抑制して、燃料電池ＦＣの出力電圧を昇圧し負荷ＬＯＡＤに供給可能となる。
【００３５】
図１１は、ゲート信号Ｓ１，Ｓ２及びソフトスイッチングコンバータ５０における各種の電流値の変化を示すタイミングチャートである。Ｓ１ゲート信号は、周期Ｔを１サイクルとして、ターンオンとターンオフとを繰り返す。Ｓ２ゲート信号は、Ｓ１ゲート信号に先立ってターンオンすることにより、上述したソフトスイッチング処理を実現している。
【００３６】
リアクトルＬ１を流れる電流ＩL1は、Ｓ１ゲート信号のターンオン期間ＴONにおいて増加し、ターンオフ期間ＴOFFにおいて減少する。リアクトルＬ２を流れる電流ＩL2は、上述したソフトスイッチング処理によって生じる電流であり、燃料電池ＦＣへ回生する。燃料電池ＦＣから出力される電流ＩFCは、電流ＩL2が燃料電池ＦＣへ回生するため、電流ＩL1から電流ＩL2を減算した波形となっている。したがって、電流ＩFCの平均値ＩFCavgは、以下の式（１）を満たす。
【００３７】
【数１】
0005655449.tif 000002
【００３８】
上述したように、ＩL1avgは、電流測定器６０によって測定される。本実施例では、制御ユニット２０は、測定されたＩL1avgに基づいて、ＩL2avgを算出するとともに、ＩFCavgを算出する。以下では、ＩL2avgの算出方法について説明する。
【００３９】
図１２は、リアクトルＬ２に流れる電流ＩL2の変化を拡大して示す説明図である。ＩL2avgは、以下の式（２）によって算出される。
【００４０】
【数２】
0005655449.tif 000003
【００４１】
ここで、Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3は１サイクルにおける電荷量［Ａ・ｓ］であり、Ｔは１サイクルの周期［ｓ］である。Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3及びＴは、以下の式によって算出することができる。
【００４２】
【数３】
0005655449.tif 000004
【００４３】
ここで、ｆはソフトスイッチングコンバータ５０の駆動周波数［Ｈｚ］である。換言すれば、ｆはＳ１ゲート信号の周波数である。
【００４４】
上記式（３），（４），（５）におけるＩ1，Ｉ2，Ｉ3及びｔ1，ｔ2，ｔ3は、以下の式によって算出することができる。
【００４５】
【数４】
0005655449.tif 000005
【００４６】
【数５】
0005655449.tif 000006
【００４７】
ここで、Ｖinはソフトスイッチングコンバータ５０による昇圧前の電圧値［Ｖ］であり、Ｖoutはソフトスイッチングコンバータ５０による昇圧後の電圧値［Ｖ］である。上述したように、Ｖin及びＶoutは、電圧測定器５５によって測定される。Ｌ2はリアクトルＬ２のインダクタンス［Ｈ］であり、Ｃ2はスナバコンデンサＣ２の静電容量（Ｆ）であり、ωはリアクトルＬ２とスナバコンデンサＣ２による共振周波数［ｒａｄ／ｓ］である。ＩL1minはリアクトルＬ１を流れる電流ＩL1［Ａ］の最小値である。
【００４８】
上記式（７）〜（１２）を、式（３）〜（５）に代入すると、Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3は、以下の式となる。
【００４９】
【数６】
0005655449.tif 000007
【００５０】
なお、ω及びＩL1minは、以下の式によって算出することができる。
【００５１】
【数７】
0005655449.tif 000008
【００５２】
ここで、ΔＩL1はリアクトルＬ１を流れる電流ＩL1の振幅（図１１）であり、以下の式によって算出することができる。
【００５３】
【数８】
0005655449.tif 000009
【００５４】
ここで、Ｌ1は、リアクトルＬ１のインダクタンス［Ｈ］であり、ＤｕｔｙはＳ１ゲート信号のデューティ比である。Ｄｕｔｙは、換言すれば、Ｓ１ゲート信号の周期Ｔに占めるターンオン期間ＴONの割合であり、Ｄｕｔｙ＝ＴON／Ｔである。
【００５５】
以上より、式（１３）〜（１５）を式（２）に代入し、ＩL1avgを測定すれば、計算によりＩL2avgを求めることができる。さらに、式（１）により、ＩFCavgも求めることができる。本実施例では、電流測定器６０がＩL1avgを測定し、制御ユニット２０がＩL2avg及びＩFCavgを算出するため、ＩFCavgを測定するための電流測定器を省略することができる。この結果、電流測定器の数を減らすことができ、部品点数や組付け工数の削減、コストの低減等を実現することができる。
【００５６】
なお、ソフトスイッチングコンバータ５０による昇圧比（Ｖout／Ｖin）が２未満の場合には、上記式（１５）のルート内がマイナスの値となる。したがって、昇圧比が２未満の場合は、制御ユニット２０は、ＩL2avgを以下のように算出する。
【００５７】
図１３は、昇圧比（Ｖout／Ｖin）が２未満の場合におけるＩL2avgの算出方法を示す説明図である。昇圧比（Ｖout／Ｖin）が２未満の場合には、制御ユニット２０は、ＩL2に囲まれた領域を４つに分けて電荷（Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4）を算出し、以下の式によってＩL2avgを算出する。
【００５８】
【数９】
0005655449.tif 000010
【００５９】
上記式（１９）におけるＱ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4は、以下の式によって算出することができる。
【００６０】
【数１０】
0005655449.tif 000011
【００６１】
以上のように、昇圧比（Ｖout／Ｖin）が２未満の場合であっても、制御ユニット２０は、ＩL2avg及びＩFCavgを算出することができるため、ＩFCavgを測定するための電流測定器を省略することができる。この結果、電流測定器の数を減らすことができ、部品点数や組付け工数の削減、コストの低減等を実現することができる。
【００６２】
なお、スイッチング素子Ｓ１は、本発明における主スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Ｓ２は、本発明における補助スイッチング素子に相当し、リアクトルＬ１は、本発明における主リアクトルに相当し、リアクトルＬ２は、本発明における補助リアクトルに相当する。また、電流測定器６０は、本発明における主リアクトル電流を測定する電流測定器に相当し、制御ユニット２０は、本発明における演算部に相当する。
【００６３】
Ｂ．第２実施例：
図１４は、第２実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｂの回路構成を示す説明図である。第２実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｂは、主回路５１及び補助回路５２を備えるチョッパ回路を３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）備えている。各相のチョッパ回路には、各相のリアクトルＬ１における電流を測定する電流測定器６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗがそれぞれ設けられている。各相の電流は、以下の式を満たしている。
【００６４】
【数１１】
0005655449.tif 000012
【００６５】
上記式（２４）におけるＵ，Ｖ，Ｗの下付きの添え字は、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相における電流値であることを示している。
【００６６】
上記式（２４）のうち、Ｕ相のリアクトルＬ１を流れる電流の平均値ＩL1avgは、Ｕ相の電流測定器６０Ｕによって測定され、Ｕ相のリアクトルＬ２を流れる電流の平均値ＩL2avgは、第１実施例と同様の計算によって求めることができる。同様に、Ｖ相及びＷ相におけるＩL1avg及びＩL2avgも、測定及び計算によって求めることができる。したがって、ＩFCavgは、式（２４）によって求めることができる。
【００６７】
本実施例では、電流測定器６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗが各相のリアクトルＬ１を流れる電流の平均値ＩL1avgをそれぞれ測定し、制御ユニット２０がＩFCavgを算出するため、ＩFCavgを測定するための電流測定器を省略することができる。この結果、第１実施例と同様に、電流測定器の数を減らすことができ、部品点数や組付け工数の削減、コストの低減等を実現することができる。
【００６８】
Ｃ．第３実施例：
図１５は、第３実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｃの回路構成を示す説明図である。図１４に示した第２実施例との違いは、Ｗ相のリアクトルＬ１を流れる電流を測定する電流測定器６０Ｗが省略されている点と、ＩFCavgを測定するための電流測定器６５が設けられているという点だけであり、他の構成は第２実施例と同じである。各相の電流は、上記式（２４）を満たしている。
【００６９】
上記式（２４）のうち、左辺のＩFCavgは電流測定器６５によって測定され、Ｕ相及びＶ相におけるＩL1avg及びＩL2avgも測定及び計算によって求めることができる。ここで、上記第１実施例からも理解できるように、Ｗ相におけるＩL2avgは、Ｗ相におけるＩL1avgを唯一の未知数として含んでいる。すなわち、上記式（２４）の右辺第３項は、ＩL1avgを唯一の未知数として含んでいる。したがって、Ｗ相におけるＩL1avg及びＩL2avgは、式（２４）によって求めることができる。
【００７０】
本実施例では、電流測定器６０Ｕ，６０ＶがＵ相，Ｖ相のリアクトルＬ１を流れる電流の平均値ＩL1avgをそれぞれ測定し、電流測定器６５がＩFCavgを測定し、制御ユニット２０がＷ相におけるＩL1avg及びＩL2avgを算出するため、Ｗ相におけるＩL1avgを測定するための電流測定器６０Ｗを省略することができる。この結果、第１及び第２実施例と同様に、電流測定器の数を減らすことができ、部品点数や組付け工数の削減、コストの低減等を実現することができる。
【００７１】
なお、ＩFCavgは、本発明における供給電流に相当し、電流測定器６５は、本発明における供給電流を測定する電流測定器に相当する。電流測定器６０Ｕ，６０Ｖは、本発明におけるＮ−１個の電流測定器に相当する。
【００７２】
Ｄ．第４実施例：
図１６は、第４実施例におけるソフトスイッチングコンバータ５０ｄの回路構成を示す説明図である。図１４に示した第２実施例との違いは、各相のリアクトルＬ１を流れる電流を測定する電流測定器６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗが省略されている点と、ＩFCavgを測定するための電流測定器６５が設けられているという点だけであり、他の構成は第２実施例と同じである。
【００７３】
本実施例では、各相のチョッパ回路におけるＩL1avgの値がほぼ同一であり、また、各相のチョッパ回路におけるＩL2avgの値もほぼ同一であるという前提を元に考える。そうすると、上記式（２４）は、以下の式（２５）となる。なお、式（２５）におけるｎは整数であり、チョッパ回路の相の数を示している。
【００７４】
【数１２】
0005655449.tif 000013
【００７５】
上記第１実施例から理解できるように、ＩL2avgは、ＩL1avgを唯一の未知数として含んでいる。すなわち、上記式の右辺は、ＩL1avgを唯一の未知数として含んでいる。したがって、ＩFCavgの値が与えられれば、ＩL1avg及びＩL2avgの値を計算によって求めることができる。
【００７６】
本実施例では、電流測定器６５がＩFCavgを測定し、制御ユニット２０が各相におけるＩL1avg及びＩL2avgを算出するため、各相のリアクトルＬ１を流れる電流を測定する電流測定器６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗを省略することができる。この結果、第１ないし第３実施例と同様に、部品点数や組付け工数の削減、コストの低減等を実現することができる。
【００７７】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７８】
変形例１：
上記実施例では、１相または３相のチョッパ回路を含むソフトスイッチングコンバータについて説明したが、本発明は、２相または４相以上のチョッパ回路を含むソフトスイッチングコンバータに対しても適用することができる。
【００７９】
変形例２：
上記実施例において示された数式は一例であり、制御ユニット２０は、上記数式とは異なる数式を用いて、ＩFCavgや、ＩL1avg、ＩL2avgを算出することとしてもよい。
【００８０】
変形例３：
上記第３実施例では、Ｗ相における電流測定器６０Ｗを省略することができるものとして説明したが、電流測定器６０Ｗを省略する代わりに、電流測定器６０Ｕまたは電流測定器６０Ｖを省略することもできる。
【００８１】
変形例４：
上記実施例では、車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明したが、これに限ることなく、本発明は、直流を昇圧または降圧して電力を機器に供給する種々のＤＣ／ＤＣコンバータに適用することができる。
【００８２】
変形例５：
上記実施例では、燃料電池を電源の一例として説明したが、燃料電池の代わりに、直流電力を供給することのできる電源を用いることとしてもよい。例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池を用いることとしてもよい。
【００８３】
変形例６：
上記実施例では、ソフトスイッチング動作を用いたＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明したが、これに限らず、ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路に対して、本発明を適用することができる。例えば、ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路としては、上記説明したＤＣ／ＤＣコンバータや、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＰＦＣ回路（Power Factor Correction回路：力率改善回路）、ＵＰＳ（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）、パワーコンディショナ等の電力変換装置、周波数変換装置等を挙げることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０…燃料電池システム
２０…制御ユニット
３０…電源装置
５０…ソフトスイッチングコンバータ
５０ｂ…ソフトスイッチングコンバータ
５０ｃ…ソフトスイッチングコンバータ
５０ｄ…ソフトスイッチングコンバータ
５１…主回路
５２…補助回路
ＬＯＡＤ…負荷
Ｅ…直流電源
Ｃ１…フィルタコンデンサ
Ｄ１…ダイオード
Ｓ１…スイッチング素子
Ｌ１…リアクトル
Ｌ２…リアクトル
Ｄ２…ダイオード
Ｃ２…スナバコンデンサ
Ｓ２…スイッチング素子
Ｄ３…スナバダイオード
Ｃ３…平滑コンデンサ
Ｄ４…ダイオード
Ｄ５…ダイオード
ＦＣ…燃料電池
ＷＨ…ワイヤーハーネス
【図１】
0005655449.tif 000014
【図２】
0005655449.tif 000015
【図３】
0005655449.tif 000016
【図４】
0005655449.tif 000017
【図５】
0005655449.tif 000018
【図６】
0005655449.tif 000019
【図７】
0005655449.tif 000020
【図８】
0005655449.tif 000021
【図９】
0005655449.tif 000022
【図１０】
0005655449.tif 000023
【図１１】
0005655449.tif 000024
【図１２】
0005655449.tif 000025
【図１３】
0005655449.tif 000026
【図１４】
0005655449.tif 000027
【図１５】
0005655449.tif 000028
【図１６】
0005655449.tif 000029