(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換を行う変換部と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータを、前記電源の出力に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記第１制御信号に前記第２制御信号を前記フィードバックループの外部で重畳し、前記第２制御信号が重畳された前記第１制御信号に基づく信号を前記変換部に出力する、電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記フィードフォワード項は、前記第２制御信号の前記特定のパラメータに与える影響が前記フィードバック項よりも大きい、電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記フィードフォワード項から導出される前記特定のパラメータを、前記フィードバック項から導出される前記特定のパラメータによって修正して、前記第２制御信号を生成する、電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記第１制御信号を生成するためのフィードバック制御よりも遅い制御周期で前記フィードバック制御を実行する、電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方に基づき、前記フィードバック項による前記第２制御信号の前記特定のパラメータに対する影響を補正する、電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方が所定の範囲に属する場合は、前記フィードバック項による前記第２制御信号の前記特定のパラメータに対する影響を小さくする、電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記特定のパラメータは、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方の振幅値を含む、電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記第２制御信号により生じる前記電源の出力に基づき、前記電源のインピーダンスを測定する、電源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電源装置であって、
前記電源は燃料電池であり、
前記制御部は、前記インピーダンスに基づき、前記燃料電池における加湿量を調整する、電源装置。
【請求項１１】
電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な複数の変換ユニットを、電気的に並列に接続して構成された変換部と、
前記電圧変換を行う前記変換ユニットの数である動作数を変更する変更部と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータを、前記動作数と前記電源が出力し前記変換部に入力される電流の少なくとも一方に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、電源装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電源装置を有する、機器。
【請求項１３】
電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換を行う変換部と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータを、前記電源の出力に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、制御方法。
【請求項１４】
電源と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な複数の変換ユニットを、電気的に並列に接続して構成された変換部と、
前記電圧変換を行う前記変換ユニットの数である動作数を変更する変更部と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータを、前記動作数と前記電源が出力し前記変換部に入力される電流の少なくとも一方に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、機器及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、出力電圧が計測器の測定下限となるように、入力電流に重畳する交流成分（以下、重畳交流成分とも呼ぶ）を絞り、換言すれば交流振幅を絞り、必要最低限の電流摂動に基づき、燃料電池の電気化学的分光特性を計測する方法が記載されている。燃料電池のインピーダンスを計測する際には、電流計測器及び電圧計測器の計測値が用いられる。しかし、燃料電池の電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性には、非線形に変化するポイント（変極点）が含まれ、このポイント付近での正確な計測は困難を極める。このため、特許文献１に記載の方法では、燃料電池の出力波形の重畳交流成分である交流振幅をフィードバックし、非線形に変化する変極点近傍では電子負荷装置に与えられる重畳交流成分の振幅を小さくして、非線形な変化による計測結果への影響を抑制しつつ、インピーダンスを計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００７−２５０３６５号公報
【特許文献２】日本国特開２００７−０１２４１８号公報
【特許文献３】米国特許第６３７６１１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された方法では、燃料電池の電流電圧特性が非線形に変化するポイントにおいては、入力電流の重畳交流成分が低減されるため、燃料電池のインピーダンスの計測精度が向上する。しかし、重畳交流成分をフィードバックしているため、電流電圧特性が線形とみなせる領域で重畳される交流成分が高周波の場合には、帰還成分である燃料電池の出力電流の揺れが大きくなる。この揺れに追従するためにはフィードバックループにおけるゲインを高くする必要があり、電子負荷装置の制御安定性が低下する可能性がある。また、フィードバックループにおける制御周期を、重畳交流成分の周波数に応じた周期よりも充分に短くしないと、計測時に重畳交流成分が認識されない。したがって、高周波の交流成分を重畳する場合は、フィードバックループにおける制御周期を超高速とする必要があるため、電子負荷装置を制御するための計算負荷が膨大となり制御安定性が低下する。【０００５】
本発明の目的は、電源が供給する電力の電圧変換を行う変換部に対する制御安定性を維持しつつ、電源の状態を検知可能な電源装置、機器及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の態様を提供するものである。
第１態様は、
電源（例えば、後述の実施形態での燃料電池１０１）と、
前記電源が供給する電力の電圧変換を行う変換部（例えば、後述の実施形態でのＦＣ−ＶＣＵ１０３）と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、を備え、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータ（例えば、後述の実施形態での電流の振幅値）を、前記電源の出力（例えば、後述の実施形態での入力電流ＩＦＣ）に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、電源装置である。【０００７】
第２態様は、
第１態様の電源装置であって、
前記制御部は、前記第１制御信号に前記第２制御信号を前記フィードバックループの外部で重畳し、前記第２制御信号が重畳された前記第１制御信号に基づく信号を前記変換部に出力する、電源装置である。【０００８】
第３態様は、
第１又は第２態様の電源装置であって、
前記フィードフォワード項は、前記第２制御信号の前記特定のパラメータに与える影響が前記フィードバック項よりも大きい、電源装置である。【０００９】
第４態様は、
第１〜第３態様のいずれかの電源装置であって、
前記制御部は、前記フィードフォワード項から導出される前記特定のパラメータを、前記フィードバック項から導出される前記特定のパラメータによって修正して、前記第２制御信号を生成する、電源装置である。【００１０】
第５態様は、
第１〜第４態様のいずれかの電源装置であって、
前記制御部は、前記第１制御信号を生成するためのフィードバック制御よりも遅い制御周期で前記フィードバック制御を実行する、電源装置である。【００１１】
第６態様は、
第１〜第５態様のいずれかの電源装置であって、
前記制御部は、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方に基づき、前記フィードバック項による前記第２制御信号の前記特定のパラメータに対する影響を補正する、電源装置である。【００１２】
第７態様は、
第６態様の電源装置であって、
前記制御部は、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方が所定の範囲に属する場合は、前記フィードバック項による前記第２制御信号の前記特定のパラメータに対する影響を小さくする、電源装置である。【００１３】
第８態様は、
第１〜第７態様のいずれかの電源装置であって、
前記特定のパラメータは、前記変換部に入力される電流及び前記変換部が出力する電流の少なくとも一方の振幅値を含む、電源装置である。【００１４】
第９態様は、
第１〜第８態様のいずれかの電源装置であって、
前記制御部は、前記第２制御信号により生じる前記電源の出力に基づき、前記電源のインピーダンスを測定する、電源装置である。【００１５】
第１０態様は、
第９態様の電源装置であって、
前記電源は燃料電池であり、
前記制御部は、前記インピーダンスに基づき、前記燃料電池における加湿量を調整する、電源装置である。【００１６】
第１１態様は、
電源（例えば、後述の実施形態での燃料電池１０１）と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な複数の変換ユニットを、電気的に並列に接続して構成された変換部（例えば、後述の実施形態でのＦＣ−ＶＣＵ１０３）と、
前記電圧変換を行う前記変換ユニットの数である動作数を変更する変更部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、を備え、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータ（例えば、後述の実施形態での電流の振幅値）を、前記動作数と前記電源が出力し前記変換部に入力される電流の少なくとも一方に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、電源装置である。【００１７】
第１２態様は、
第１〜第１１態様のいずれかの電源装置を有する、機器である。【００１８】
第１３態様は、
電源（例えば、後述の実施形態での燃料電池１０１）と、
前記電源が供給する電力の電圧変換を行う変換部（例えば、後述の実施形態でのＦＣ−ＶＣＵ１０３）と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータ（例えば、後述の実施形態での電流の振幅値）を、前記電源の出力（例えば、後述の実施形態での入力電流ＩＦＣ）に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、制御方法である。【００１９】
第１４態様は、
電源（例えば、後述の実施形態での燃料電池１０１）と、
前記電源が供給する電力の電圧変換が可能な複数の変換ユニットを、電気的に並列に接続して構成された変換部（例えば、後述の実施形態でのＦＣ−ＶＣＵ１０３）と、
前記電圧変換を行う前記変換ユニットの数である動作数を変更する変更部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、
フィードバックループによって前記変換部に目標電圧又は目標電流を入力させる又は出力させる第１制御信号を生成し、該第１制御信号及び前記フィードバックループの外部で生成した前記電源の状態を検知するための第２制御信号に基づき、前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１３）と、を備えた電源装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、前記第２制御信号の特定のパラメータ（例えば、後述の実施形態での電流の振幅値）を、前記動作数と前記電源が出力し前記変換部に入力される電流の少なくとも一方に基づくフィードフォワード項と、前記電源が出力し前記変換部に入力される電力及び前記変換部が出力する電力の少なくとも一方に含まれる前記特定のパラメータを帰還成分としたフィードバック項と、に基づき設定する、制御方法である。
【発明の効果】
【００２０】
第１態様、第１２態様及び第１３態様では、電源の状態を検知するための第２制御信号の特定のパラメータはフィードフォワード項とフィードバック項とに基づき設定される。従って、第２制御信号の特定のパラメータは、電源の出力に基づくフィードフォワード項によって決定された値に一義的に固定されず、変換部の個体誤差等に応じたフィードバック項による修正が反映される。言い換えれば、第２制御信号の特定のパラメータは、フィードフォワード制御だけでなく、フィードバック制御によっても設定される。その結果、第２制御信号の特定のパラメータは、変換部の個体誤差等も考慮して設定されるため、電源が出力し変換部に入力される電力及び変換部が出力する電力の少なくとも一方の波形が安定し、変換部に対する制御安定性が向上する。そして、第２制御信号は、第１制御信号を生成するフィードバックループの外部で生成される。したがって、第２制御信号の生成は第１制御信号を生成するフィードバックループの高速化に影響を及ぼさないため、変換部に対する制御安定性を維持しつつ、電源の状態を検知できる。【００２１】
第２態様によれば、第１制御信号を生成するフィードバックループの外部で第２制御信号を第１制御信号に重畳するため、第２制御信号が高周波であっても、変換部に対する制御安定性を維持できる。また、第２制御信号が重畳された第１制御信号に基づく信号によって変換部が駆動されるため、電圧変換と電源の状態検知の双方が可能である。【００２２】
第３態様によれば、フィードフォワード項の方が第２制御信号に与える影響が大きいため、フィードフォワード項によって第２制御信号の特定のパラメータの大部分が決定され、フィードバック項はあくまでフィードフォワード項の補正量として機能するため、フィードバック項による第２制御信号の安定性の低下を抑制できる。【００２３】
第４態様によれば、フィードフォワード項から導出された第２制御信号の特定のパラメータは、変換部の入出力電力に基づくフィードバック項によって修正されるため、フィードフォワード項だけでは最適に設定できない第２制御信号の特定のパラメータを、変換部の入出力電力に応じた適当な値に設定できる。【００２４】
第５態様によれば、変換部に目標電圧又は目標電流を出力させる第１制御信号の制御周期と、電源の状態を検知するための第２制御信号の制御周期とが異なることで互いの制御が干渉しない。また、第２制御信号は、変換部に目標電圧又は目標電流を出力させる第１制御信号に求められる追従性よりも低くて十分であるため、電源の状態を正確に検知できるよう比較的遅い方が好ましい。これにより役割の異なる第１制御信号と第２制御信号を、互いの役割を考慮した適切な制御周期の下、干渉せずに生成できる。【００２５】
第６態様によれば、フィードバック項は、制御安定性に直接に影響する変換部の入出力電流に基づくため、変換部に対する制御安定性の維持に直接的に寄与する。【００２６】
第７態様によれば、変換部に入出力する電流に基づき、フィードバック項による第２制御信号の特定のパラメータに対する影響が適切なものとなり、第２制御信号がより安定なものとなる。【００２７】
第８態様によれば、第２制御信号を示す電流の振幅値が設定されるため、制御の不安定さの原因となる電源の出力電流のゼロクロスや不連続モードを効果的に回避できる。【００２８】
第９態様によれば、変換部に対する制御安定性を維持しつつ、電源のインピーダンスを精度良く測定できる。【００２９】
第１０態様によれば、変換部に対する制御安定性を維持しつつ、燃料電池における加湿量を精度良く調整でき、燃料電池の高寿命化が図れる。【００３０】
第１１態様、第１２態様及び第１４態様では、電源の状態を検知するための第２制御信号の特定のパラメータはフィードフォワード項とフィードバック項とに基づき設定される。従って、第２制御信号の特定のパラメータは、変換ユニットの動作数に基づくフィードフォワード項によって決定された値に固定されず、変換部の個体誤差やパラメータの変更等に応じたフィードバック項による修正が反映される。言い換えれば、第２制御信号の特定のパラメータは、フィードフォワード制御だけでなく、フィードバック制御によっても設定される。その結果、複数の変換ユニットを有する変換部に対する制御安定性が向上する。そして、第２制御信号は、第１制御信号を生成するフィードバックループの外部で生成される。したがって、第２制御信号の生成は第１制御信号を生成するフィードバックループの高速化に影響を及ぼさないため、複数の変換ユニットを有する変換部に対する制御安定性を維持しつつ、電源の状態を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る一実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】一実施形態の電源装置、バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。
【図３】ＦＣ−ＶＣＵが有する４つの変換部（相）のうち１つのみを駆動する場合のスイッチング信号及びＦＣ−ＶＣＵの入出力電流の経時変化を示す図である。
【図４】ＦＣ−ＶＣＵが有する４つの変換部（相）の全てを駆動する場合のスイッチング信号及びＦＣ−ＶＣＵの入出力電流の経時変化を示す図である。
【図５】駆動する変換部（相）の数Ｎ毎の入力電流に対する損失を考慮したＦＣ−ＶＣＵのエネルギー効率を示すグラフである。
【図６】図２に示すＦＣ−ＶＣＵが有する４つの変換部（相）の各構成要素及び平滑コンデンサの、Ｚ軸方向から見た位置関係を示す図である。
【図７】他の実施形態の電源装置、バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。
【図８】図７に示すＦＣ−ＶＣＵが有する４つの変換部（相）の各構成要素及び平滑コンデンサの、Ｚ軸方向から見た位置関係を示す図である。
【図９】ＥＣＵを有する電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】ＦＣ−ＶＣＵを１相で駆動する際に重畳する交流信号の振幅の大小による入力電流ＩＦＣの波形の違いを説明するための、入力電流の値が０（Ａ）近傍の拡大図である。
【図１１】係数κとＦＣ−ＶＣＵの入力電流との関係の一例を示す図である。
【図１２】係数κとＦＣ−ＶＣＵの入力電流との関係の他の例を示す図である。
【図１３】他の実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る一実施形態の電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線の矢印は制御信号を示す。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータ（MG）１１と、ＰＤＵ（Power Drive Unit）１３と、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１５と、バッテリ１７と、一実施形態の電源装置１００とを備える。以下、電動車両が備える各構成要素について説明する。
【００３４】
モータジェネレータ１１は、バッテリ１７及び電源装置１００の少なくとも一方から供給される電力によって駆動され、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ１１で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及びデファレンシャル・ギアＤを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータ１１は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ１１を発電機として動作させることで生じた回生電力は、バッテリ１７に蓄えられる。
【００３５】
ＰＤＵ１３は、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ１１に印加する。また、ＰＤＵ１３は、モータジェネレータ１１の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。
【００３６】
ＶＣＵ１５は、バッテリ１７の出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１５は、電動車両の減速時にモータジェネレータ１１が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１５は、電源装置１００の出力電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ１５によって降圧された電力は、バッテリ１７に充電される。
【００３７】
バッテリ１７は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１５を介してモータジェネレータ１１に高電圧の電力を供給する。なお、バッテリ１７は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電可能容量は少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタをバッテリ１７として用いても構わない。
【００３８】
電源装置１００は、図１に示すように、燃料電池（FC）１０１と、ＦＣ−ＶＣＵ（Fuel Cell Voltage Control Unit）１０３と、電流センサ１０５と、相電流センサ１０５１〜１０５４（図２参照）と、電圧センサ１０７１，１０７２と、温度センサ１０９１〜１０９４（図２参照）と、パワースイッチ１１１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１３とを備える。
【００３９】
燃料電池１０１は、水素タンク、水素ポンプ及びＦＣスタックを有する。水素タンクは、電動車両が走行するための燃料である水素を蓄える。水素ポンプは、水素タンクからＦＣスタックに送られる水素量を調整する。また、水素ポンプは、水素タンクが蓄えている乾燥した水素を、水素ポンプ内の貯水槽に経由してから、ＦＣスタックに供給することで、水素の加湿量も調整できる。ＦＣスタックは、水素ポンプから供給される水素と空気中の酸素を取り込み、化学反応により電気エネルギーを生成する。ＦＣスタックで生成された電気エネルギーは、モータジェネレータ１１又はバッテリ１７に供給される。
【００４０】
燃料電池１０１には、固体高分子化型燃料電池（PEFC = Polymer Electrolyte Fuel Cell）以外にも、りん酸型燃料電池（PAFC = Phosphoric Acid Fuel Cell）や溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC = Molten Carbonate Fuel Cell）、固体酸化物型燃料電池（SOFC = Solid  Oxide Fuel Cell）など様々な種類の燃料電池が適用できる。
【００４１】
なお、燃料電池１０１の閉回路電圧は、放電量に応じて変動する。また、燃料電池１０１の特性と上述したバッテリ１７の特性は互いに異なる。燃料電池１０１は、燃料である水素と酸素を供給する限り大電流を継続して放電できる。しかし、供給される燃料ガスの電気化学反応により電気を生成する原理上、燃料電池１０１の出力を短時間に不連続的に変動させることは難しい。これらの特性を考慮すると、燃料電池１０１は高容量型の電源としての特性を備えていると言える。一方のバッテリ１７は、内部の活物質の電気化学反応により電気を生成する原理上、大電流を継続して放電することは難しいが、その出力を短時間に不連続的に変動させることは決して難しくない。これらの特性を考慮すると、バッテリ１７は、高出力型の電源としての特性を備えていると言える。
【００４２】
ＦＣ−ＶＣＵ１０３は、燃料電池１０１が出力した電力（電気エネルギー）の電圧変換が可能な変換部を４つ有し、これらを互いに並列に接続し、その出力ノードと入力ノードを共通化した、いわゆる多相コンバータである。図２は、電源装置１００、バッテリ１７、ＶＣＵ１５、ＰＤＵ１３及びモータジェネレータ１１の関係を示す電気回路図である。図２に示すように、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する各変換部は、リアクトルと、当該リアクトルに直列接続されたダイオードと、リアクトルとダイオードの間に接続されたスイッチング素子を含む昇圧チョッパ回路の回路構成を有する。なお、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力側には、４つの変換部と並列に平滑コンデンサＣ１が設けられ、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力側には、ＶＣＵ１５と並列に平滑コンデンサＣ２が設けられる。
【００４３】
ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部は電気的に並列に接続されており、少なくとも１つの変換部のスイッチング素子を所望のタイミングでオンオフ切換動作することによって、燃料電池１０１の電圧を直流のまま昇圧して出力する。変換部のスイッチング素子のオンオフ切換動作は、ＥＣＵ１１３からＦＣ−ＶＣＵ１０３へのパルス状の所定のデューティ比を有するスイッチング信号によって制御される。
【００４４】
ＥＣＵ１１３の制御によって駆動する変換部の数は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電流のリプルに影響する。変換部のスイッチング素子をオンオフ切換制御すると、オン動作中にはＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流がスイッチング素子側に流れてリアクトルはエネルギーを蓄え、オフ動作中にはＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流がダイオード側に流れてリアクトルは蓄えたエネルギーを放出する。このため、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部のうち１つのみを駆動すると、図３に示すように、ＦＣ−ＶＣＵ１０３からはオフ動作中の変換部を流れた電流が出力される。また、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部の全てを駆動する場合には、図４に示すように、各変換部のオンオフ切換位相を９０度ずつずらすインターリーブ制御が行われる。この場合、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電流のリプルは、各変換部の出力電流がＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力ノードで合成させることにより、図３に示す１つの変換部のみを駆動する場合と比べて小さい。また、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部のうち２つを駆動する場合には、駆動する各変換部のオンオフ切換位相を１８０度ずつずらすインターリーブ制御が行われる。このときのＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電流のリプルは、図４に示す４つの変換部を駆動する場合と比べると大きいが、図３に示す１つの変換部のみを駆動する場合と比べると小さい。このように、駆動する変換部の数によって出力電流のリプルは変化する。駆動する変換部の間の位相差を、３６０度を駆動する変換部の数で割った値と等しくすると、出力電流のリプルを最小化できる。
【００４５】
また、駆動する変換部の数は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３で発生する損失にも影響する。ＦＣ−ＶＣＵ１０３で発生する損失には、スイッチング素子がオンとオフ状態の間を遷移する際に生じる遷移損失ηtransと、スイッチング素子などが有する抵抗成分から生じる導通損失ηconductと、スイッチングによって生じるスイッチング損失ηswitch(Fsw)の３つが含まれる。
【００４６】
４つの変換部のうち１つのみを駆動する場合にＦＣ−ＶＣＵ１０３で発生する損失ηtotal_1は以下の式（１）によって表される。但し、「IFC」はＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流であり、「V1」はＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力電圧であり、「V2」はＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電圧である。また、「Ttrans」は、スイッチング素子におけるオンからオフ又はオフからオンへの遷移時間であり、「Fsw」はスイッチング周波数であり、「RDSon」は変換部を構成するスイッチング素子のオン抵抗である。また、「A」は定数である。
【数１】
0006608054.tif 000002
【００４７】
式（１）に示す損失ηtotal_1に基づくと、ＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流ＩＦＣが大きくなるほど特に導通損失が増大し、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の発熱量が増加する。そこで、駆動する変換部の数を増やし、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の変換部を駆動する場合には、ＦＣ−ＶＣＵ１０３で発生する損失ηtotal_Nは以下の式（２）によって表される。
【数２】
0006608054.tif 000003
【００４８】
式（２）に示す損失ηtotal_Nに基づくと、駆動する変換部の数の増加によってスイッチング損失は増大するが、導通損失は減少する。このため、ＥＣＵ１１３は、駆動する変換部の数Ｎ毎の損失を考慮したＦＣ−ＶＣＵ１０３のエネルギー効率を示すマップ等を用いて、駆動する変換部の数を選択する。図５は、駆動する変換部の数Ｎ毎の入力電流ＩＦＣに対する損失を考慮したＦＣ−ＶＣＵ１０３のエネルギー効率を示すグラフである。ＥＣＵ１１３は、図５のグラフに基づくマップから、ＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流ＩＦＣに応じた適切な数Ｎを選択する。
【００４９】
図６は、図２に示したＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部の各構成要素及び平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の、Ｚ軸方向から見た位置関係を示す図である。以下の説明では、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する４つの変換部の各々を「相」と表現する。したがって、本実施形態では、図６に示すように、リアクトルＬ１を含む変換部を「相１」、リアクトルＬ２を含む変換部を「相２」、リアクトルＬ３を含む変換部を「相３」、リアクトルＬ４を含む変換部を「相４」と表す。また、駆動する変換部（相）の数（以下、「動作相数」と記載することもある。）が１つであれば「１相」、駆動する変換部（相）の数が２つであれば「２相」といったように、駆動する変換部（相）の数Ｎによって動作相数を「Ｎ相」と表す。
【００５０】
図６に示すように、本実施形態では、相１〜相４がＸＹ平面上に一列に並んで配置されており、ＸＹ平面での最も外側に相１及び相４が配置され、相１の内側には相２が配置され、相４の内側には相３が配置されている。また、相１を構成するリアクトルＬ１の鉄芯と相２を構成するリアクトルＬ２の鉄芯が共用化され、各リアクトルのコイルの鉄芯に対する巻線方向は互いに逆である。同様に、リアクトルＬ３の鉄芯とリアクトルＬ４の鉄芯も共用化され、各リアクトルのコイルの鉄芯に対する巻線方向は互いに逆である。このため、リアクトルＬ１とリアクトルＬ２は互いに磁気結合し、リアクトルＬ３とリアクトルＬ４は互いに磁気結合する。
【００５１】
さらに図６においては、互いに磁気結合したリアクトルに同一の電流を流した場合、それぞれの相に生じる磁束が相殺される点を示している。リアクトルＬ３に流れる電流ＩＬ３は磁束３を、リアクトルＬ４に流れる電流ＩＬ４は磁束４をそれぞれ電磁誘導によって生じさせる。前述したようにリアクトルＬ３の鉄芯とリアクトルＬ４の鉄芯は共用化されているので、磁束３と磁束４は逆向きとなって互いに相殺する。したがって、リアクトルＬ３とリアクトルＬ４における磁気飽和を抑制できる。また、リアクトルＬ１とリアクトルＬ２においても同様である。
【００５２】
また、リアクトルＬ１とリアクトルＬ２とで共用化された鉄芯Ｃｏａは、相１及び相２にわたってＸＹ平面上に配置され、リアクトルＬ３とリアクトルＬ４とで共用化された鉄芯Ｃｏｂは、相３及び相４にわたってＸＹ平面上に配置される。ＸＹ平面は、水平面であっても、鉛直面であっても良い。なお、磁気結合するリアクトルの数は２に限られない。前述したように鉄芯を共用化することで、３や４またはそれ以上のリアクトルを磁気結合させることができる。
【００５３】
各相のリアクトルＬ１〜Ｌ４の誘導電流ＩＬ１〜ＩＬ４は、スイッチング素子の一端とダイオードの一端を接続したノードにつながるノードＮｏｄｅ２に入力される。スイッチング素子の他端のノードＮｏｄｅ１は、グランド線に接続される。また、各相の出力電流は、ダイオードの他端のノードＮｏｄｅ３より出力される。
【００５４】
なお、図７に示すように、相１〜相４を構成する各リアクトルの鉄芯が独立した構成であっても良い。但し、この場合であっても、図８に示すように、相１〜相４がＸＹ平面上に一列に並んで配置されており、ＸＹ平面での最も外側に相１及び相４が配置され、相１の内側には相２が配置され、相４の内側には相３が配置される。
【００５５】
電源装置１００が有する電流センサ１０５及び相電流センサ１０５１〜１０５４は、電流の検出対象である回路と電気的接点（ノード）を有さない、いわゆるホール型の電流センサである。各電流センサは、コア及びホール素子を有し、コアのギャップに発生する入力電流に比例した磁界を磁電変換素子であるホール素子が電圧に変換する。電流センサ１０５は、燃料電池１０１の出力電流でもあるＦＣ−ＶＣＵ１０３への入力電流ＩＦＣを検出する。電流センサ１０５が検出した入力電流ＩＦＣに応じた電圧を示す信号はＥＣＵ１１３に送られる。図２に示される相電流センサ１０５１〜１０５４は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の各相（各変換部）を流れる相電流ＩＬ１〜ＩＬ４を検出する。相電流センサ１０５１〜１０５４が検出した相電流ＩＬ１〜ＩＬ４に応じた電圧を示す信号はＥＣＵ１１３に送られる。なお、電流センサ１０５の制御周期と相電流センサ１０５１〜１０５４の制御周期は、ＥＣＵ１１３での制御の干渉を防止するために互いに異なる。本実施形態では、電流センサ１０５の制御周期の方が相電流センサ１０５１〜１０５４の制御周期よりも早い。これは、その検出値を用いて動作相数の変更という、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の効率に大きな影響を与える電流センサ１０５と、その検出値を用いて駆動している各相の電流値のバランスを図るという補助的な相電流センサ１０５１〜１０５４の役割の違いに起因するものである。
【００５６】
電圧センサ１０７１は、燃料電池１０１の出力電圧でもあるＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ１０７１が検出した電圧Ｖ１を示す信号は、ＥＣＵ１１３に送られる。電圧センサ１０７２は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電圧Ｖ２を検出する。電圧センサ１０７２が検出した電圧Ｖ２を示す信号は、ＥＣＵ１１３に送られる。
【００５７】
温度センサ１０９１〜１０９４は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の特に各相（各変換部）のスイッチング素子近辺の温度を検出する。温度センサ１０９１〜１０９４が検出した温度Ｔ１〜Ｔ４を示す信号はＥＣＵ１１３に送られる。
【００５８】
パワースイッチ１１１は、電源装置１００を搭載する電動車両を起動又は停止する際に運転者によって操作されるスイッチである。電動車両が停止した状態のときにパワースイッチ１１１が操作（オン操作）されると、ＥＣＵ１１３には起動を示すパワースイッチ信号が入力される。一方、電動車両が作動した状態のときにパワースイッチ１１１が操作（オフ操作）されると、ＥＣＵ１１３には停止を示すパワースイッチ信号が入力される。
【００５９】
ＥＣＵ１１３は、燃料電池１０１の制御、ＦＣ−ＶＣＵ１０３を構成する４つの相のうち駆動する相の選択、及び選択した相のスイッチング素子に供給するスイッチング信号によるオンオフ切換制御、並びに、ＰＤＵ１３及びＶＣＵ１５の制御を行う。また、ＥＣＵ１１３は、特性の異なる燃料電池１０１とバッテリ１７の各々の特性を活かすよう、ＶＣＵ１５を用いた電力分配制御を行う。この電力分配制御を行えば、燃料電池１０１は、電動車両の加速走行時に一定の電力をモータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられ、バッテリ１７は、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられる。また、電動車両の減速走行時には、ＥＣＵ１１３は、モータジェネレータ１１が発電した回生電力によってバッテリ１７を充電する。
【００６０】
さらに、ＥＣＵ１１３は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３に対して以下説明する制御を行う。以下、当該制御について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６１】
ＥＣＵ１１３は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３を制御する当該ＥＣＵ１１３におけるフィードバック制御のループ（以下「フィードバックループ」という。）の外部で、フィードバックループから出力されたＦＣ−ＶＣＵ１０３のスイッチング素子をオンオフ切換制御するための制御信号（以下、単に「制御信号」という。）に交流信号を重畳する。さらに、ＥＣＵ１１３は、交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をＦＣ−ＶＣＵ１０３の各スイッチング素子に出力する。なお、スイッチング信号に含まれる交流成分は、燃料電池１０１のインピーダンスを測定するために重畳される。また、フィードバックループの制御周期は、上記交流成分の周波数に応じた周期よりも十分に短い。
【００６２】
図９は、ＥＣＵ１１３を有する電源装置１００を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図９に示すように、ＥＣＵ１１３は、フィードバック制御部１２１を含むフィードバックループと、フィードバック制御部１３５を含む交流信号発生部１２３と、スイッチング信号生成部１２５とを有する。なお、本実施形態のＦＣ−ＶＣＵ１０３は電流制御モードで制御されるため、ＥＣＵ１１３には、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力電流ＩＦＣの目標値（以下「ＩＦＣ電流目標値」という。）を入力としてフィードバック制御部１２１が出力した結果、つまり電流センサ１０５の検出値（入力電流ＩＦＣ）を帰還するフィードバックループが形成されている。
【００６３】
フィードバック制御部１２１は、ＩＦＣ電流目標値と電流センサ１０５が検出した入力電流ＩＦＣの値の差分に基づく制御信号を出力する。交流信号発生部１２３は、燃料電池１０１のインピーダンスを測定するために制御信号に重畳する交流信号を発生する。交流信号発生部１２３の詳細については後述する。交流信号発生部１２３が発生した交流信号は、フィードバックループの外部で、フィードバック制御部１２１が出力した制御信号に重畳される。スイッチング信号生成部１２５は、交流信号が重畳された制御信号に基づきパルス状のスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をＦＣ−ＶＣＵ１０３の各スイッチング素子に出力する。
【００６４】
以下、交流信号発生部１２３について詳細に説明する。図９に示すように、交流信号発生部１２３は、基本交流設定部１３１と、交流振幅値計測部１３３と、フィードバック制御部１３５とを有する。
【００６５】
基本交流設定部１３１は、燃料電池１０１の状態や電流センサ１０５の検出値（入力電流ＩＦＣ）などの種々のパラメータに基づいて、振幅ACripFFの基本交流信号を設定する。
【００６６】
交流振幅値計測部１３３は、電流センサ１０５及び電圧センサ１０７１の検出値に基づき、入力電流ＩＦＣに含まれる交流成分の振幅値ACrip_senを計測する。
【００６７】
フィードバック制御部１３５は、交流振幅目標値ACrip_tarと、交流振幅値計測部１３３が計測した交流成分の振幅値ACrip_senとの差分（ACrip_tar - ACrip_sen）に基づき、フィードバック制御量ACripFBを算出する。なお、電流不連続モードやゼロクロスを効率的に防止するため、入力電流ＩＦＣに基づきフィードバック制御量AcripFBを修正しても良い。なお、交流振幅目標値ACrip_tarは、振幅ACripFFと同様に、燃料電池１０１の状態や電流センサ１０５の検出値（入力電流ＩＦＣ）などの種々のパラメータから設定されるものであり、振幅ACripFFと同じ値でも違う値でも良い。
【００６８】
交流信号発生部１２３は、フィードフォワード項の算出値である基本交流信号の振幅値ACripFFに、フィードバック項の算出値であるフィードバック制御量ACripFBを加算した、振幅ACripの交流信号を発生する。
【００６９】
なお、上述のフィードバック制御部１２１が含まれるフィードバックループでの制御周期と、当該フィードバックループの外部で制御信号に交流信号を重畳する段での制御周期とは、互いの制御が干渉しないようそれぞれ異なる。本実施形態では、フィードバックループでの制御周期に比べて、交流信号発生部１２３を含む交流信号を重畳する段での制御周期の方が遅い。これはＦＣ−ＶＣＵ１０３が後述する電圧制御モードにおいては目標電圧を、後述する電流制御モードにおいては目標電流を出力できるように、フィードバックループにおいては比較的が早い制御周期が求められるためである。一方、交流信号発生部１２３を含む交流信号を重畳する段での制御周期には、そこまでの早い制御周期に対する要請がなく、正確に燃料電池１０１のインピーダンスを測定できるように比較的遅いほうが好ましい。このように２つのフィードバックループの制御周期が異なるため、互いの制御に対する干渉が抑制される。好ましくは、それぞれの制御周期を異なる素数とする。さらに、それぞれの役割を考慮して適切なフィードバックループの制御周期を設定しているため、ＥＣＵ１１３の計算負荷の過剰な増大を回避できる。
【００７０】
なお、ＥＣＵ１１３は、電圧Ｖ２がモータジェネレータ１１の駆動効率がしきい値以上となる最適電圧となるよう駆動する電圧制御モードでＦＣ−ＶＣＵ１０３を制御する場合、フィードバック制御部１２１を含むフィードバックループにはＶ２電圧目標値を入力し、電圧Ｖ２を帰還させる。また、ＥＣＵ１１３は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の制御が安定する電流制御モードでＦＣ−ＶＣＵ１０３を制御する場合、フィードバック制御部１２１を含むフィードバックループには、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電流の目標値が入力され、当該出力電流の検出値が帰還されても良い。この場合においても、交流信号発生部１２３が発生した交流信号は、フィードバックループの外部で、フィードバック制御部１２１が出力した制御信号に重畳される。なお、電流制御モードにおいてＦＣ−ＶＣＵ１０３の出力電流に代えて、入力電流ＩＦＣを制御しても良い。また、電圧制御モードにおいて出力電圧Ｖ２に代えて、入力電圧Ｖ１を制御しても良い。
【００７１】
ＥＣＵ１１３は、交流成分を含むスイッチング信号に応じてオンオフ切換制御されたＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力電流ＩＦＣ及び入力電圧Ｖ１でもある燃料電池１０１の出力電圧に基づいて、交流インピーダンス法により燃料電池１０１のインピーダンスを測定し、間接的に燃料電池１０１内部の含水状態を把握する。なお、交流インピーダンス法によれば、ＥＣＵ１１３は、電流センサ１０５及び電圧センサ１０７１の各検出値を所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理（ＦＦＴ演算処理やＤＦＴ演算処理）などを施した後、フーリエ変換処理後の電圧値をフーリエ変換処理後の電流値で除するなどして燃料電池１０１のインピーダンスを求める。燃料電池１０１内部の含水状態は、燃料電池１０１内部の電解質におけるイオン伝導に影響を与えるため、燃料電池１０１のインピーダンスとの間に相関関係を有する。従って、前述した交流インピーダンス法により燃料電池１０１のインピーダンスを測定することで、間接的に燃料電池１０１内部の含水状態を把握できる。ＥＣＵ１１３は、把握した含水状態に応じた量の加湿を燃料電池１０１に対して行う。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ−ＶＣＵ１０３のスイッチング素子をオンオフ切換制御するスイッチング信号に含まれる交流成分を重畳するタイミングは、ＥＣＵ１１３におけるフィードバックループの外部である。仮にフィードバックループ内で交流信号を重畳すると、特に交流信号が高周波の場合には帰還成分であるＦＣ−ＶＣＵ１０３の入力電流ＩＦＣの揺れが大きくなり、この揺れに追従されるためフィードバックループにおけるゲインを高くする必要があり、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の制御安定性が低下する可能性がある。
【００７３】
加えて原理上、重畳させる交流信号よりフィードバックループにおける制御周期を充分に早くしないと、ＥＣＵ１１３が交流信号を認識できないため、交流重畳が行えない。従って、特に交流信号が高周波の場合にはフィードバックループにおける制御周期が超高速となり、ＥＣＵ１１３の計算負荷が膨大なものとなってしまう。
【００７４】
しかし、フィードバックループの外部での制御周期はフィードバックループにおける制御周期よりも遅いため、本実施形態のようにフィードバックの外部で交流信号を重畳することによって、上述した問題は発生せず、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の制御安定性とＥＣＵ１１３の計算負荷の抑制を担保しつつ、燃料電池１０１のインピーダンスを測定することができる。当該測定した燃料電池１０１のインピーダンスに基づいて、燃料電池１０１に供給する燃料ガスの加湿量を調整することで、燃料電池１０１の含水状態を適切な状態に常に保持することができ、燃料電池１０１の劣化や効率低下を抑制できる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、ＦＣ−ＶＣＵ１０３を制御するための制御信号に重畳される交流信号の振幅ACripは、入力電流ＩＦＣに基づくフィードフォワード項と、入力電流ＩＦＣに含まれる交流成分の振幅を帰還成分としたフィードバック項とに基づき設定される。したがって、交流信号の振幅は、フィードフォワード項によって決定された値に一義的に固定されず、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の個体誤差等に応じたフィードバック項による修正が反映される。言い換えれば、交流信号の振幅は、フィードフォワード制御だけでなく、フィードバック制御によっても設定される。その結果、交流信号の振幅は、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の個体誤差等も考慮して設定されるため、燃料電池１０１が出力しＦＣ−ＶＣＵ１０３に入力される電力及びＦＣ−ＶＣＵ１０３が出力する電力の少なくとも一方の波形が安定し、ＦＣ−ＶＣＵ１０３に対する制御安定性が向上する。
【００７６】
仮に、フィードフォワード項に基づき交流信号の振幅が設定される構成では、特に入力電流ＩＦＣが低いときには、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の個体誤差などにより交流信号の振幅が目標値となるまでに時間を要する、または目標値に収束しない。従って、図１０に示すように、交流信号が適正な値だけ重畳されないため、入力電流ＩＦＣは値が０となる期間を間欠的に含む（ゼロクロスする）不連続な波形になる場合がある。こういった不連続な波形の入力電流ＩＦＣはＦＣ−ＶＣＵ１０３の制御安定性を低下させるため好ましくない。しかし、本実施形態では、交流信号の振幅がフィードフォワード項とフィードバック項に基づくため、交流信号の振幅が適正な値に迅速に設定される。その結果、変換部に対する制御安定性の維持が向上する。なお、交流信号の振幅の設定に与える影響は、フィードバック項よりもフィードフォワード項の方が大きい。このため、交流信号の振幅は、フィードフォワード項によって大部分が決定され、フィードバック項はあくまでフィードフォワード項の補正量として機能するため、ＦＣ−ＶＣＵ１０３に対する制御安定性が向上する。
【００７７】
なお、入力電流ＩＦＣが低い場合及びＦＣ−ＶＣＵ１０３の各相（各変換部）を流れる相電流が低い場合は、交流信号によるゼロクロスや不連続モードの発生が懸念されるために、フィードフォワード項とフィードバック項の双方によって交流信号の振幅を設定する効果があるが、入力電流ＩＦＣ又は相電流が高い場合は交流信号によるゼロクロスや不連続モードは発生しにくい。このため、入力電流ＩＦＣが低いときと、入力電流ＩＦＣが高くＦＣ−ＶＣＵ１０３が多相で駆動されるため相電流が低いときに限って、フィードバック項が交流信号の振幅に影響し、それ以外は影響しないよう又は影響が小さくなるよう、フィードバック制御部１３５が算出するフィードバック制御量ACripFBに、図１１に示す係数κ(IFC)を乗算しても良い。係数κ(IFC)を小さくすることによって、交流信号発生部１２３がフィードバック項を実行するための負荷を軽減できる。
【００７８】
また、ＦＣ−ＶＣＵ１０３の代わりに単相のＶＣＵが用いられる場合には、入力電流ＩＦＣが低いときに限って、フィードバック項が交流信号の振幅に影響し、それ以外は影響しないよう又は影響が小さくなるよう、フィードバック制御部１３５が算出するフィードバック制御量ACripFBに、図１２に示す係数κ(IFC)を乗算しても良い。
【００７９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上述の第１〜第１１実施例はそれぞれ独立に説明したが、２つ以上の実施例を組み合わせた電源装置としても良い。また、上記説明した電動車両は、エネルギー源として燃料電池１０１及びバッテリ１７を備えるが、燃料電池１０１の代わりに、バッテリ１７よりもエネルギー重量密度が高いリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を用いても良い。この場合、図１３に示すように、ＦＣ−ＶＣＵ１０３が有する各変換部には、リアクトルに直列接続されたダイオードと並列にスイッチング素子が設けられ、換言すればダイオードがスイッチング素子の寄生ダイオードとなり、ＥＣＵ１１３がハイサイドとローサイドから成る２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、燃料電池１０１の代わりに設けられた二次電池の電圧を昇圧して出力する。
【００８０】
また、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Electrical Vehicle）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）又はＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても良い。また、本実施形態では、電源装置１００が電動車両に搭載されているが、輸送を目的としない電気機器に電源装置１００が設けられても良い。電源装置１００は大電流が出力可能な電源に対して好適であり、近年大電流化が著しいコンピュータへの適用が特に好ましい。
【００８１】
本実施形態のＶＣＵ１５は、バッテリ１７の電圧を昇圧するが、燃料電池１０１の電圧がバッテリ１７の電圧よりも低い場合、バッテリ１７の電圧を降圧するＶＣＵが用いられる。また、双方向に昇降圧が可能なＶＣＵを用いても良い。また、ＦＣ−ＶＣＵ１０３は、昇圧型に限らず、降圧型又は昇降圧型であっても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１１  モータジェネレータ（MG）
１３  ＰＤＵ
１５  ＶＣＵ
１７  バッテリ
１００  電源装置
１０１  燃料電池（FC）
１０３  ＦＣ−ＶＣＵ
１０５  電流センサ
１０５１〜１０５４  相電流センサ
１０７１，１０７２  電圧センサ
１０９１〜１０９４  温度センサ
１１１  パワースイッチ
１１３  ＥＣＵ
１２１  フィードバック制御部
１２３  交流信号発生部
１２５  スイッチング信号生成部
１３１  基本交流設定部
１３３  交流振幅値計測部
１３５  フィードバック制御部
Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ４  リアクトル
Ｃｏａ，Ｃｏｂ  鉄芯
【図１】
0006608054.tif 000004
【図２】
0006608054.tif 000005
【図３】
0006608054.tif 000006
【図４】
0006608054.tif 000007
【図５】
0006608054.tif 000008
【図６】
0006608054.tif 000009
【図７】
0006608054.tif 000010
【図８】
0006608054.tif 000011
【図９】
0006608054.tif 000012
【図１０】
0006608054.tif 000013
【図１１】
0006608054.tif 000014
【図１２】
0006608054.tif 000015
【図１３】
0006608054.tif 000016