(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力装置と第２電力装置との間に接続され、複数のスイッチング素子を備える多相のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を目標値に制御するための駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置と、
を有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置であって、
前記制御装置は、
前記駆動信号の生成に用いるデューティを算出するデューティ算出処理を実施するデューティ算出機能と、
前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス周波数変調（ＰＦＭ）により生成するＰＦＭ駆動信号生成処理を実施するＰＦＭ駆動信号生成機能と、
を有し、
前記デューティ算出処理は、あるスイッチング周期のｎ倍の時間の周期（ｎは２以上の整数）で繰り返され、
さらに、前記デューティ算出処理は、スイッチング周期が長くなると、前記あるスイッチング周期のｎ−１倍以下の時間の周期で繰り返される
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御装置は、
前記ＰＦＭ駆動信号生成機能に加え、前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）により生成するＰＷＭ駆動信号生成処理を実施するＰＷＭ駆動信号生成機能を有し、
前記デューティ算出処理で算出されたデューティが、各スイッチング素子をオンさせるのに必要な最小オン時間を確保できるときは前記ＰＷＭ駆動信号生成処理を用い、前記最小オン時間を確保できないときは前記ＰＦＭ駆動信号生成処理を用いる
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記制御装置は、
あるデューティ算出処理の開始から次のデューティ算出処理の開始までの時間であるデューティ算出処理周期の最大値を記憶した記憶部を備え、
前記ＰＦＭ駆動信号生成処理を用いるとき、算出されたデューティに対応するスイッチング周期と、前記デューティ算出処理周期の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて各デューティ算出処理に対応させるスイッチング周期の数を決定する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項２に従属する請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記ＰＷＭ駆動信号生成処理を実施しているときは、複数のスイッチング周期について前記デューティをまとめて算出し、
前記ＰＦＭ駆動信号生成処理を実施しているときは、前記ＰＷＭ駆動信号生成処理を実施しているときよりも少ないスイッチング周期について前記デューティを算出する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記第１電力装置は蓄電装置であり、前記第２電力装置は燃料電池であり、
前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで、前記燃料電池から引き出される電力を制御する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項６】
請求項５記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、前記燃料電池及び前記蓄電装置の電力が駆動モータへと供給される燃料電池車両。
【請求項７】
第１電力装置と第２電力装置との間に接続され、複数のスイッチング素子を備えた多相のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を目標値に制御するための駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置と、を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法であって、
前記駆動信号の生成に用いるデューティを算出するデューティ算出工程と、
前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス周波数変調（ＰＦＭ）により生成し、前記駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子をスイッチングさせるＰＦＭスイッチング工程と、
を備え、
前記デューティ算出工程は、あるスイッチング周期のｎ倍の時間の周期（ｎは２以上の整数）で繰り返され、
さらに、前記デューティ算出工程は、スイッチング周期を長くすると、前記あるスイッチング周期のｎ−１倍以下の時間の周期で繰り返される
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの電力装置の間に接続され、複数のスイッチング素子を備える多相のＤＣ／ＤＣコンバータと、駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置と、を有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置、これを備える燃料電池車両及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法に関する。より詳細には、パルス周波数変調（ＰＦＭ）を用いたスイッチング制御において、デューティを算出する周期を制御可能なＤＣ／ＤＣコンバータ装置、これを備える燃料電池車両及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）とパルス周波数変調（ＰＦＭ：Pulse Frequency Modulation）の２つの変調方法を切り替えて用いることができるＤＣ／ＤＣコンバータが知られている（特許文献１、２）。また、ＰＦＭのみを用いるＤＣ／ＤＣコンバータも存在する（特許文献３）。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータの中には、複数の相のスイッチング素子を用いて電圧変換を行う多相ＤＣ／ＤＣコンバータと呼ばれるものがある（特許文献４）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−３１１７３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９６３７号公報
【特許文献３】特開２００４−１９４４８４号公報
【特許文献４】特開２００４−３５７３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３では、単相のスイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータについて説明がなされており、多相ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるＰＦＭの使用については検討されていない。また、特許文献４では、ＰＷＭの使用しか開示されていない。
【０００５】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、複数のスイッチング素子を有する多相のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、ＰＦＭを好適に用いることができるＤＣ／ＤＣコンバータ装置、これを備える燃料電池車両及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法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】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、第１電力装置と第２電力装置との間に接続され、複数のスイッチング素子を備える多相のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を目標値に制御するための駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置と、を有するものであって、前記制御装置は、前記駆動信号の生成に用いるデューティを算出するデューティ算出処理を実施するデューティ算出機能と、前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス周波数変調（ＰＦＭ）により生成するＰＦＭ駆動信号生成処理を実施するＰＦＭ駆動信号生成機能と、を有し、前記デューティ算出処理は、あるスイッチング周期のｎ倍の時間の周期（ｎは２以上の整数）で繰り返され、さらに、前記デューティ算出処理は、スイッチング周期が長くなると、前記あるスイッチング周期のｎ−１倍以下の時間の周期で繰り返されることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、ＰＦＭを用いたスイッチング制御において、スイッチング周期が長くなるに連れて、より少ない数のスイッチング周期に対応してデューティ算出処理が実施される。このため、スイッチング周期が長くなった場合でも、スイッチング周期が短い場合と同様の周期（時間）でスイッチング素子の動作を制御することが可能となり、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータを制御することができる。
【０００８】
すなわち、デューティは駆動信号の生成に用いられるものであるから、デューティを算出する周期（デューティ算出周期）は、駆動信号を生成する周期を示すスイッチング周期に対応させることが好ましい。また、複数のスイッチング素子のデューティをまとめて算出する構成では、スイッチング周期が最小値であるとき、制御装置の処理能力の制約上、１回のデューティ算出処理を２以上のスイッチング周期に対応させる場合がある。しかし、ＰＦＭではスイッチング周期を変化させるため、デューティ算出処理を常に同じ数のスイッチング周期に対応させてしまうと、デューティの算出から駆動信号の出力までの時間は、スイッチング周期が長くなるに連れて長くなってしまう。例えば、連続する３スイッチング周期分のデューティをまとめて算出する場合、デューティの算出時から３番目のスイッチング周期のデューティに対応する駆動信号の出力までにかかる時間は、１番目及び２番目のスイッチング周期のデューティに対応するスイッチング周期が長くなるに連れて長くなる。この発明では、スイッチング周期が長くなるに連れて、より少ない数のスイッチング周期に対応させてデューティ算出処理が実施される。このため、スイッチング周期が長くなった場合でも、デューティ算出周期（時間）を短く保持することができる。その結果、スイッチング周期が長くなっても、より直近の状態を反映したデューティを算出することが可能となり、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータを制御することができる。
【０００９】
前記制御装置は、前記ＰＦＭ駆動信号生成機能に加え、前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）により生成するＰＷＭ駆動信号生成処理を実施するＰＷＭ駆動信号生成機能を有し、前記デューティ算出処理で算出されたデューティが、各スイッチング素子をオンさせるのに必要な最小オン時間を確保できるときは前記ＰＷＭ駆動信号生成処理を用い、前記最小オン時間を確保できないときは前記ＰＦＭ駆動信号生成処理を用いることが好ましい。
【００１０】
前記制御装置は、あるデューティ算出処理の開始から次のデューティ算出処理の開始までの時間であるデューティ算出処理周期の最大値を記憶した記憶部を備え、前記ＰＦＭ駆動信号生成処理を用いるとき、算出されたデューティに対応するスイッチング周期と、前記デューティ算出処理周期の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて各デューティ算出処理に対応させるスイッチング周期の数を決定することが好ましい。
【００１１】
前記第１電力装置を蓄電装置とし、前記第２電力装置を燃料電池とし、前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで、前記燃料電池から引き出される電力を制御することが可能である。
【００１２】
この発明に係る燃料電池車両は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を備え、燃料電池及び蓄電装置の電力が駆動モータへと供給されることを特徴とする。これにより、燃料電池が効率よく稼動されるため、燃費効率の良い車両を実現することができる。
【００１３】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法は、第１電力装置と第２電力装置との間に接続され、複数のスイッチング素子を備えた多相のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を目標値に制御するための駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置と、を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ装置の制御方法であって、前記駆動信号の生成に用いるデューティを算出するデューティ算出工程と、前記デューティに基づいて前記駆動信号をパルス周波数変調（ＰＦＭ）により生成し、前記駆動信号を用いて前記複数のスイッチング素子をスイッチングさせるＰＦＭスイッチング工程と、を備え、前記デューティ算出工程は、あるスイッチング周期のｎ倍の時間の周期（ｎは２以上の整数）で繰り返され、さらに、前記デューティ算出工程は、スイッチング周期を長くすると、前記あるスイッチング周期のｎ−１倍以下の時間の周期で繰り返されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ＰＦＭを用いたスイッチング制御において、スイッチング周期が長くなるに連れて、より少ない数のスイッチング周期に対応してデューティ算出処理が実施される。このため、スイッチング周期が長くなった場合でも、スイッチング周期が短い場合と同様の周期（時間）でスイッチング素子の動作を制御することが可能となり、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータを制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ａ．一実施形態
以下、この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置の一実施形態を搭載した燃料電池車両について図面を参照して説明する。
【００１６】
１．燃料電池車両２０の構成
（１）全体構成
図１は、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３を搭載した燃料電池車両２０の回路図である。燃料電池車両２０は、基本的には、燃料電池２２とエネルギストレージである蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電力装置と、このハイブリッド型の電力装置から電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される走行用のモータ２６と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと、燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛以下、「ＶＣＵ」（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達される。
【００１７】
（２）燃料電池２２
燃料電池２２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。水素タンク２８内の加圧水素は、燃料電池２２のアノードに供給される。また、エアコンプレッサ３０により空気が燃料電池２２のカソードに供給される。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により発電電流Ｉｆが生成される。発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６に供給される。
【００１８】
（３）バッテリ２４
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えばリチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２４は、ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給する。
【００１９】
（４）インバータ３４
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。この場合、回生電圧又は燃料電池２２の発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、バッテリ電流Ｉｂａｔとしてバッテリ２４を充電する。
【００２０】
（５）ＶＣＵ２３
ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを駆動制御するコンバータ制御部５４とから構成される。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリ２４（第１電力装置）と第２電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に、それぞれＩＧＢＴ等のスイッチング素子からなる上アーム素子８１｛８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ（８１ｕ〜８１ｗ）｝と、下アーム素子８２｛８２ｕ、８２ｖ、８２ｗ（８２ｕ〜８２ｗ）｝とからなる３つの相アーム｛Ｕ相アームＵＡ（８１ｕ、８２ｕ）、Ｖ相アームＶＡ（８１ｖ、８２ｖ）、Ｗ相アームＷＡ（８１ｗ、８２ｗ）｝が並列的に接続された３相アームとして構成されている。
【００２２】
各アーム素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ、逆方向にダイオード８３ｕ、８３ｖ、８３ｗ、８４ｕ、８４ｖ、８４ｗが接続されている。
【００２３】
理解の便宜等を考慮し、この発明においては、上アーム素子８１及び下アーム素子８２には逆並列ダイオード８３、８４が含まれないものとする。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する１個のリアクトル９０が、３相アームの各相のアーム（Ｕ相アームＵＡ、Ｖ相アームＶＡ、Ｗ相アームＷＡ）の中点の共通接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。
【００２５】
上アーム素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）は、コンバータ制御部５４から出力されるゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ（のハイレベル）によりそれぞれ駆動され、下アーム素子８２（８２ｕ〜８２ｗ）は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ（のハイレベル）によりそれぞれ駆動される。
【００２６】
コンバータ制御部５４は、マイクロコンピュータ７２と、メモリ７４と、タイマ７６とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の動作を制御する。制御の方法については後述する。
【００２７】
（６）コンデンサ３８、３９
１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。
【００２８】
（７）各種制御部（ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、コンバータ制御部５４、統括制御部５６）
燃料電池２２、水素タンク２８及びエアコンプレッサ３０を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御される。インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部（図示せず）を含むモータ制御部５２により制御される。上述の通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ制御部５４により制御される。
【００２９】
そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、上位の制御部であり燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等の値を決定する統括制御部５６により制御される。
【００３０】
統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、及びモータ２６の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。
【００３１】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。
【００３２】
統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
【００３３】
（８）各種スイッチ、各種センサ
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（基本的にバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ６５、アクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、及び車速センサ６８等がある。
【００３４】
２．各種制御／処理
（１）ＶＣＵ２３における基本的な電圧制御
図２には、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作のフローチャートが示されている。
【００３５】
上述したように、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、及びモータ２６の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。統括制御部５６からコンバータ制御部５４に送出される指令は、通常、２次電圧Ｖ２の指令値（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）の形を取る。
【００３６】
ステップＳ１において、統括制御部５６により、それぞれが負荷要求であるモータ２６の電力要求とエアコンプレッサ３０の電力要求と図示しない補機の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定する。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率η（図３）が考慮される。
【００３７】
次いで、ステップＳ３において、コンバータ制御部５４により、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍに応じて燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ、ここでは、２次電圧Ｖ２の目標値（２次電圧目標値Ｖ２ｔａｒ）が決定される。
【００３８】
２次電圧目標値Ｖ２ｔａｒが決定されると、ステップＳ４において、コンバータ制御部５４は、決定した２次電圧目標値Ｖ２ｔａｒとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、昇圧動作、降圧動作等を行う（詳細は後述する。）。
【００３９】
２次電圧Ｖ２及び１次電圧Ｖ１は、コンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ制御により制御される。
【００４０】
（２）燃料電池２２の出力制御
次に、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。
【００４１】
水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図３に示した特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。
【００４２】
このように燃料電池２２は２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）を決定することにより発電電流Ｉｆが決定されるので、燃料電池車両２０を駆動制御する際には、２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が目標電圧（目標値）に設定される。
【００４３】
燃料電池車両２０等燃料電池２２を含むシステムでは、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２が目標電圧となるようにＶＣＵ２３が制御され、このＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される。
【００４４】
（３）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング制御
（ａ）概要
本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３６のスイッチング制御としては、（ｉ）各スイッチング周期Ｔｓｗ［μｓ］の一部において上アーム素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗのいずれかをオンさせる降圧チョッパ制御と、（ｉｉ）各スイッチング周期Ｔｓｗの一部において下アーム素子８２ｕ、８２ｖ、８２ｗのいずれかをオンさせる昇圧チョッパ制御と、（ｉｉｉ）降圧チョッパ制御及び昇圧チョッパ制御のいずれも行わずにＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電流を流す直結制御と、（ｉｖ）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電流を流さない停止制御とがある。
【００４５】
（ｂ）同期スイッチング処理
図４及び図５に示すように、上述した降圧チョッパ制御と昇圧チョッパ制御は、各スイッチング周期Ｔｓｗにおいて組み合わせて用いられる。すなわち、各スイッチング周期Ｔｓｗでは、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗの駆動時間（以下、「上アーム素子駆動時間Ｔ１」とも称する。）と、下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの駆動時間（以下、「下アーム素子駆動時間Ｔ２」とも称する。）の両方が現れ、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗと下アーム素子８２ｕ〜８２ｗとを交互に駆動する。このように、スイッチング周期Ｔｓｗ毎に上アーム素子８１ｕ〜８１ｗと下アーム素子８２ｕ〜８２ｗとを交互に駆動する処理を「同期スイッチング処理」と称する。
【００４６】
また、上アーム素子駆動時間Ｔ１と下アーム素子駆動時間Ｔ２との間には、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗと下アーム素子８２ｕ〜８２ｗとを同時に駆動して２次電圧Ｖ２が短絡することを防止するためのデッドタイムｄｔが配置されている。以下では、デッドタイムｄｔのうち、前回の下アーム素子駆動時間Ｔ２の後、今回の上アーム素子駆動時間Ｔ１の前に配置されるものと第１デッドタイムｄｔ１と呼び、今回の上アーム素子駆動時間Ｔ１の後、今回の下アーム素子駆動時間Ｔ２の前に配置されるものと第２デッドタイムｄｔ２と呼ぶ。
【００４７】
同期スイッチング処理では、スイッチング周期Ｔｓｗ毎に上アーム素子８１ｕ〜８１ｗと下アーム素子８２ｕ〜８２ｗとを交互に駆動するものの、１次側１Ｓと２次側２Ｓの間の電位差の関係上、通常は、その一方のみしかオンしない（通流しない）。
【００４８】
（ｃ）降圧チョッパ制御
図４には、降圧チョッパ制御により、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗがオンし、下アーム素子８２ｕ〜８２ｗがオンしない状態が示されている。図４において、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの波形中、ハッチングを付けた期間は、駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが供給されているアーム素子（例えば、駆動信号ＵＨに対応するアーム素子は上アーム素子８１ｕ）がオンしている期間（実際に電流が流れている期間）を示している。
【００４９】
上アーム素子８１ｕ〜８１ｗがオンする場合、２次側２Ｓから１次側１Ｓへと２次電流が供給され｛シンク（sink）するという。｝、いわゆる降圧チョッパ制御により降圧動作が実行される。例えば、図４の時点ｔ１〜ｔ２の間で上アーム素子８１ｕがオンすると、リアクトル９０にコンデンサ３９から出力される２次電流Ｉ２によりエネルギを蓄積するとともにコンデンサ３８からバッテリ２４に１次電流Ｉ１が供給される。次いで、ダイオード８４ｕ〜８４ｗがフライホイールダイオードとして導通し、リアクトル９０からエネルギが放出され、コンデンサ３８にエネルギを蓄積するとともにバッテリ２４に１次電流Ｉ１が供給される。次に、時点ｔ５〜ｔ６の間では、上アーム素子８１ｖがオンし、上記と同様に２次電流Ｉ２をバッテリ２４側にシンクする。このように、本実施形態では、３つの上アーム素子８１ｕ〜８１ｗがローテーションしながらオンされる（このような動作を「ローテーションスイッチング」とも称する。）。
【００５０】
回生電圧が存在する場合、この降圧動作時に回生電源分担負荷量Ｌｒが、シンクされる２次電流Ｉ２に加算される。この降圧動作における上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの駆動時間も、２次電圧Ｖ２が保持されるように決定される。
【００５１】
図４の下側には、ＶＣＵ２３の降圧制御時の１次電流Ｉ１のタイミングチャートが示されている。
【００５２】
図４中、リアクトル９０に流れる１次電流Ｉ１の符号は、１次側１Ｓから２次側２Ｓへ流れる昇圧時電流（ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の２次側２Ｓからインバータ３４へ流れ出すソース電流）を正（＋）、２次側２Ｓから１次側１Ｓへ流れる降圧時電流（燃料電池２２又はインバータ３４から２次側２Ｓへ流れ込むシンク電流）を負（−）に取っている。このことは、図５でも同様である。
【００５３】
（ｄ）昇圧チョッパ制御
図５には、昇圧チョッパ制御により、下アーム素子８２ｕ〜８２ｗがオンし、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗがオンしない状態が示されている。ハッチングを付けた期間の意味は、図４と同様であり、オンしている期間を示している。
【００５４】
下アーム素子８２ｕ〜８２ｗがオンする場合、１次側１Ｓから２次側２Ｓへと電流が流れ、いわゆる昇圧チョッパ制御により昇圧動作が実行される。例えば、図５の時点ｔ１３〜ｔ１４の間で下アーム素子８２ｕがオンすると、リアクトル９０にバッテリ電流Ｉｂａｔとしての１次電流Ｉ１によりエネルギを蓄積すると同時に、コンデンサ３９から２次電流Ｉ２をインバータ３４側に供給する｛ソース（source）するという。｝。次いで、整流ダイオードとして機能するダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通し、リアクトル９０からエネルギが放出され、コンデンサ３９にエネルギを蓄積するとともに、２次電流Ｉ２としてインバータ３４へソースする。次に、時点ｔ１７〜ｔ１８の間では、下アーム素子８２ｖがオンし、上記と同様に２次電流Ｉ２をインバータ３４側にソースする。３つの上アーム素子８１ｕ〜８１ｗと同様、３つの下アーム素子８２ｕ〜８２ｗもローテーションスイッチングを行う。
【００５５】
なお、上アーム素子駆動時間Ｔ１（上アーム素子８１ｕ〜８１ｗを駆動する時間）及び下アーム素子駆動時間Ｔ２（下アーム素子８２ｕ〜８２ｗを駆動する時間）は、２次電圧Ｖ２が保持されるように決定される。
【００５６】
（ｅ）変調方式
本実施形態では、コンバータ制御部５４が生成する各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの変調方式として、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）とパルス周波数変調（ＰＦＭ：Pulse Frequency Modulation）を選択的に用いることができる。
【００５７】
ＰＷＭは、スイッチング周波数Ｆｓｗ［Ｈｚ］（１／スイッチング周期Ｔｓｗ［μｓ］）を固定し、上アーム素子駆動時間Ｔ１、下アーム素子駆動時間Ｔ２、並びに必要に応じて第１デッドタイムｄｔ１及び第２デッドタイムｄｔ２の長さを変化させて上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの駆動を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の昇降圧動作を制御する。
【００５８】
ＰＦＭは、上アーム素子駆動時間Ｔ１又は下アーム素子駆動時間Ｔ２のいずれか一方の長さを固定し、スイッチング周期Ｔｓｗを変化させて上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗのオン／オフ動作を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の昇降圧動作を制御する。
【００５９】
（ｆ）駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの生成
図６及び図７には、コンバータ制御部５４において駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する処理が簡略的に示されている。コンバータ制御部５４では、各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの波形を決定する（各駆動信号をハイレベルにするタイマ設定値ＴＭＲを算出する）タイマ設定値算出処理と、算出されたタイマ設定値ＴＭＲをタイマ７６に設定し、タイマ設定値ＴＭＲに応じた駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する駆動信号出力処理とを行う。タイマ設定値算出処理及び駆動信号出力処理は、１つのマイクロコンピュータ７２により制御される。
【００６０】
本実施形態において、１回のタイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌは、例えば、１２０μｓであり、１回の駆動信号出力処理にかかる時間Ｐｏｕｔは、例えば、１５μｓである。ＰＷＭを用いているとき、制御周期Ｔｃ（マイクロコンピュータ７２における演算周期の１つ）は、例えば、６０μｓであり、ＰＦＭを用いているとき、制御周期Ｔｃは、可変である。制御周期Ｔｃは、駆動信号出力処理の周期（ある駆動信号出力処理の開始から次の駆動信号出力処理の開始までの間隔）を示す。また、制御周期Ｔｃは、対応するスイッチング周期Ｔｓｗと同じ長さであり（Ｔｃ＝Ｔｓｗ）、対応するスイッチング周期Ｔｓｗよりも駆動信号出力処理に係る時間Ｐｏｕｔ分早く開始する。
【００６１】
図６及び図７に示すように、駆動信号出力処理は、制御周期Ｔｃ［μｓ］の開始から時間Ｐｏｕｔの間行われる。また、本実施形態では、タイマ設定値算出処理は、制御周期Ｔｃから駆動信号出力処理の時間Ｐｏｕｔを差し引いた残り時間Ｐｒで行われる（Ｐｒ＝Ｔｃ−Ｐｏｕｔ）。このため、ＰＷＭを用いているとき、残り時間Ｐｒは、例えば、４５μｓであり（４５＝６０−１５）、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌ（例えば、１２０μｓ）よりも短い（Ｐｒ＜Ｐｃａｌ）。このため、１回のタイマ設定値算出処理は、複数の制御周期Ｔｃ（具体的には、３回の制御周期Ｔｃ）の間に行われる。
【００６２】
一方、ＰＦＭを用いているとき、残り時間Ｐｒは、制御周期Ｔｃの長さに応じて変化する（Ｐｒ∝Ｔｃ）。その結果、１回のタイマ設定値算出処理を、ＰＷＭのときよりも少ない制御周期Ｔｃで行うことが可能となる。例えば、残り時間Ｐｒが６０μｓ以上であれば、２回の制御周期Ｔｃ毎に１回のタイマ設定値算出処理を行うことができる。また、残り時間Ｐｒが１２０μｓ以上であれば、１回の制御周期Ｔｃ毎に１回のタイマ設定値算出処理を行うことができる。本実施形態では、この点に着目し、図６及び図７に示すように、ＰＦＭを用いることでスイッチング周期Ｔｓｗが長くなり、これに伴って制御周期Ｔｃも長くなるに連れて、より少ない数のスイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）に対応して１回のタイマ設定値算出処理を実施する。
【００６３】
ＰＷＭとＰＦＭの切替えは、デューティＤＵＴに応じて行われる。デューティＤＵＴは、スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、上アーム素子駆動時間Ｔ１及び第１デッドタイムｄｔ１の和が占める割合を示している｛ＤＵＴ＝（Ｔ１＋ｄｔ１）／Ｔｓｗ｝。従って、下アーム素子駆動時間Ｔ２と第２デッドタイムｄｔ２の和がスイッチング周期Ｔｓｗに占める割合は、１−ＤＵＴで求められる｛（Ｔ２＋ｄｔ２）／Ｔｓｗ＝１−ＤＵＴ｝。また、第１デッドタイムｄｔ１と第２デッドタイムｄｔ２には、通常、固定値（例えば、５μｓ）が用いられる。このため、デューティＤＵＴと、上アーム素子駆動時間Ｔ１及び下アーム素子駆動時間Ｔ２との対応関係を予めマップ化しておくことにより、デューティＤＵＴに基づいて、上アーム素子駆動時間Ｔ１及び下アーム素子駆動時間Ｔ２が選択可能である。
【００６４】
本実施形態では、通常、変調方式としてＰＷＭを用い、デューティＤＵＴが１（１００％）又は０（０％）に近づくと、ＰＦＭを用いる。具体的には、デューティＤＵＴが１００％に近づき、下アーム素子駆動時間Ｔ２が下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの最小オン時間Ｔ２ｏｎ＿ｍｉｎを下回るとき、ＰＦＭを用いる。また、デューティが０％に近づき、上アーム素子駆動時間Ｔ１が上アーム素子８１ｕ〜８１ｗの最小オン時間Ｔ１ｏｎ＿ｍｉｎを下回るとき、ＰＦＭを用いる。なお、本実施形態では、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗの最小オン時間Ｔ１ｏｎ＿ｍｉｎと、下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの最小オン時間Ｔ２ｏｎ＿ｍｉｎとは同一の長さである。
【００６５】
図８及び図９には、図６及び図７の比較例として、ＰＷＭ及びＰＦＭいずれを用いる場合も、１回のタイマ設定値算出処理に対応させるスイッチング周期Ｔｓｗの数を同じにした場合が示されている。本実施形態と比較例を比較すると、比較例（図８及び図９）では、ＰＦＭを用いている際、スイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）が長くなるに連れて、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌ（１回のタイマ設定値算出処理の開始から次のタイマ設定値算出処理の開始までの間隔）が長くなる。
【００６６】
一方、本実施形態（図６及び図７）では、ＰＦＭを用いている際、スイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）が長くなっても、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌが長くならない（むしろ短くなる場合もある。）。このため、タイマ設定値算出処理の回数を増やすことが可能となり、その結果、より直近の状況に応じたタイマ設定値ＴＭＲを算出することが可能となる。従って、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御することができる。
【００６７】
図１０は、本実施形態のタイマ設定算出処理と駆動信号出力処理を実行するフローチャートであり、図１１は、図１０におけるデータや信号の流れを簡略的に示す説明図である。
【００６８】
図１０のステップＳ１１において、コンバータ制御部５４のマイクロコンピュータ７２は、１回のタイマ設定値算出処理を実施する。続くステップＳ１２において、マイクロコンピュータ７２は、１回の駆動信号出力処理を実施する。タイマ設定値算出処理及び駆動信号出力処理の詳細は後述する。
【００６９】
ステップＳ１３において、マイクロコンピュータ７２は、次のタイマ設定値算出処理を開始する。続くステップＳ１４において、駆動信号出力処理を実施するための割込要求Ｒｉｎｔがあるかどうかを判定する。割込要求Ｒｉｎｔの詳細は後述する。割込要求Ｒｉｎｔがある場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５において、マイクロコンピュータ７２は、ステップＳ１２と同様に１回の駆動信号出力処理を実施し、ステップＳ１４に戻る。割込要求がなかった場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１６において、マイクロコンピュータ７２は、タイマ設定値算出処理の続きを行う。続くステップＳ１７において、マイクロコンピュータ７２は、タイマ設定値算出処理が完了したかどうかを判定する。タイマ設定値算出処理が完了していない場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻る。タイマ設定値算出処理が完了している場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１８において、マイクロコンピュータ７２は、所定回数の駆動信号出力処理が終了したかどうかを判定する（詳細は後述する。）。所定回数の駆動信号出力処理が終了していない場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１８を繰り返す。所定回数の駆動信号出力処理が終了した場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３に戻り、マイクロコンピュータ７２は、次のタイマ設定値算出処理を開始する。
【００７０】
図１２には、タイマ設定値算出処理のフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、コンバータ制御部５４のマイクロコンピュータ７２は、デューティＤＵＴを算出する。デューティＤＵＴの算出は下記のように行われる。すなわち、電圧センサ６１が検出した１次電圧Ｖ１を、統括制御部５６から受信した２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍで除算して基準デューティＤＵＴｓを算出する（ＤＵＴｓ＝Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍ）。これと並行して、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍと、電圧センサ６３が検出した２次電圧Ｖ２との差である補正デューティΔＤＵＴを算出する（ΔＤＵＴ＝Ｖ２ｃｏｍ−Ｖ２）。そして、基準デューティＤＵＴｓと補正デューティΔＤＵＴの和としてデューティＤＵＴを算出する（ＤＵＴ＝ＤＵＴｓ＋ΔＤＵＴ）。
【００７１】
続くステップＳ２２において、マイクロコンピュータ７２は、算出したデューティＤＵＴに基づいて、タイマ設定値ＴＭＲ（上アーム素子駆動時間Ｔ１、下アーム素子駆動時間Ｔ２、第１デッドタイムｄｔ１及び第２デッドタイムｄｔ２）を算出する。算出されたタイマ設定値ＴＭＲは、メモリ７４に一時的に記憶される。
【００７２】
また、本実施形態では、ステップＳ２２で算出したタイマ設定値ＴＭＲが、各相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡのいずれにも用いられる。すなわち、３相のタイマ設定値ＴＭＲは同じである。代わりに、上記ステップＳ２１、Ｓ２２を繰り返して３つのタイマ設定値ＴＭＲを求める等、その他の方法により各相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡのタイマ設定値ＴＭＲを取得することもできる。
【００７３】
ステップＳ２３において、マイクロコンピュータ７２は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の制御周期Ｔｃ（実質的にスイッチング周期Ｔｓｗと等しい。）の合計Ｔｔｏｔａｌに基づいて、次回のタイマ設定値算出処理までの制御周期Ｔｃの数を示す次回算出処理呼出制御周期数Ｎｔｃ［Ｔｃ］（以下、「制御周期数ＮＴｃ」とも称する。）を選択する。例えば、制御周期数Ｎｔが「０」のとき、次回のタイマ設定値算出処理は、次の制御周期Ｔｃにおいて行われることを示す。制御周期数Ｎｔｃが「１」のとき、次回のタイマ設定値算出処理は、今回のタイマ設定値算出処理を行った制御周期Ｔｃの２つ後の制御周期Ｔｃにおいて行われる、すなわち、２つの制御周期Ｔｃ毎に１回のタイマ設定値算出処理が実施される。制御周期数Ｎｔｃが「２」のとき、３つの制御周期Ｔｃ毎に１回のタイマ設定値算出処理が実施される。算出した制御周期数Ｎｔｃは、メモリ７４に一時的に記憶される。
【００７４】
図１３には、制御周期数Ｎｔｃを算出するフローチャートが示されている。ステップＳ２３１において、マイクロコンピュータ７２は、各相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡに対応する３つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｔｏｔａｌを算出する。続くステップＳ２３２において、マイクロコンピュータ７２は、合計Ｔｔｏｔａｌが周期閾値ＴＨｃｙｃ未満であるかどうかを判定する。周期閾値ＴＨｃｙｃは、例えば、制御周期Ｔｃ（実質的にスイッチング周期Ｔｓｗと等しい長さである。）から駆動信号出力処理にかかる時間Ｐｏｕｔを差し引いた残り時間Ｐｒを２倍した値が、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌよりも長くなる値以上に設定される（ＴＨｃｙｃ≧２×（Ｔｃ−Ｐｏｕｔ）＝２×Ｐｒ＞Ｐｃａｌ）。例えば、駆動信号出力処理にかかる時間Ｐｏｕｔを１５μｓ、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌを１２０μｓとすると、周期閾値ＴＨｃｙｃは、７５μｓ以上とすることができる。
【００７５】
３つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｔｏｔａｌが周期閾値ＴＨｃｙｃ未満である場合（Ｓ２３２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３３において、マイクロコンピュータ７２は、スイッチング周期数Ｎｔｃを「２」に設定する。３つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｔｏｔａｌが周期閾値ＴＨｃｙｃ以上である場合（Ｓ２３２：Ｎｏ）、ステップＳ２３４に進む。
【００７６】
ステップＳ２３４において、マイクロコンピュータ７２は、２つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｓｕｂを算出する。合計Ｔｓｕｂは、例えば、Ｕ相アームＵＡ及びＷ相アームＷＡに対応する制御周期Ｔｃの和を用いることができる。続くステップＳ２３５において、マイクロコンピュータ７２は、合計Ｔｓｕｂが周期閾値ＴＨｃｙｃ未満であるかどうかを判定する。周期閾値ＴＨｃｙｃは、ステップＳ２３２で用いたものと同じである。
【００７７】
２つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｓｕｂが周期閾値ＴＨｃｙｃ未満である場合（Ｓ２３５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３６において、マイクロコンピュータ７２は、制御周期数Ｎｔｃを「１」に設定する。２つの制御周期Ｔｃの合計Ｔｓｕｂが周期閾値ＴＨｃｙｃ以上である場合（Ｓ２３５：Ｎｏ）、ステップＳ２３７において、マイクロコンピュータ７２は、制御周期数Ｎｔｃを「０」に設定する。
【００７８】
図１４は、制御周期数Ｎｔｃの決定方法の一例を簡略的に示す特性図である。図１４では、スイッチング周波数Ｆｓｗ［ｋＨｚ］（制御周期Ｔｃと実質的に等しいスイッチング周期Ｔｓｗと反比例する。）が約６ｋＨｚを超えるとき、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌ［μｓ］は、タイマ設定値算出処理を３つの制御周期Ｔｃに対応させても、周期閾値ＴＨｃｙｃを下回る。換言すると、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌは、制御周期Ｔｃが３つなければ確保できない。そこで、制御周期数Ｎｔｃは「２」に設定される。
【００７９】
スイッチング周波数Ｆｓｗが約４ｋＨｚを超え、約６ｋＨｚ以下になると、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌは、タイマ設定値算出処理を３つの制御周期Ｔｃに対応させると、周期閾値ＴＨｃｙｃを上回り、タイマ設定値算出処理を２つの制御周期Ｔｃに対応させると、周期閾値ＴＨｃｙｃを下回る。換言すると、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌは、制御周期Ｔｃが２つあれば確保できる。そこで、制御周期数Ｎｔｃは「１」に設定される。
【００８０】
スイッチング周波数Ｆｓｗが約４ｋＨｚ以下になると、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌは、タイマ設定値算出処理を２つ又は３つの制御周期Ｔｃに対応させると、周期閾値ＴＨｃｙｃを上回り、タイマ設定値算出処理を１つの制御周期Ｔｃに対応させると、周期閾値ＴＨｃｙｃを下回る。換言すると、タイマ設定値算出処理にかかる時間Ｐｃａｌは、制御周期Ｔｃが１つあれば確保できる。そこで、制御周期数Ｎｔｃは「０」に設定される。
【００８１】
図１２に戻り、ステップＳ２４において、マイクロコンピュータ７２は、今回が初めてのタイマ設定値算出処理であるかどうかを判定する。この判定は、例えば、メモリ７４に記憶されている算出処理判定フラグＦＬＧｃａｌにより行う。算出処理判定フラグＦＬＧｃａｌは、「０」のとき、それまでにタイマ設定値算出処理が行われていないことを示し、「１」のとき、それまでにタイマ設定値算出処理が行われていることを示す。算出処理判定フラグＦＬＧｃａｌの初期値は「０」であり、タイマ設定値算出処理が１回行われると算出処理判定フラグＦＬＧｃａｌは、「１」に変更される。今回が初めてのタイマ設定値算出処理である場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に戻る。今回が初めてのタイマ設定値算出処理でない場合（Ｓ２４：Ｎｏ）、ステップＳ２５において、マイクロコンピュータ７２は、ステップＳ２２で算出した新たなタイマ設定値ＴＭＲ及びステップＳ２３で決定した新たな制御周期数Ｎｔｃを要求する送信要求ＲＥＱがあるかどうかを判定する。この送信要求ＲＥＱは、駆動信号出力処理におけるステップＳ３５により行われる（詳細は後述する。）。送信要求ＲＥＱがない場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２５を繰り返す。送信要求ＲＥＱがあった場合（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に戻る。
【００８２】
図１５には、駆動信号出力処理のフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、コンバータ制御部５４のマイクロコンピュータ７２は、タイマ７６にタイマ設定値ＴＭＲを設定する相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡを選択する。この選択は、メモリ７４に記憶されている相選択フラグＦＬＧｐｈにより行う。相選択フラグＦＬＧｐｈは、「０」のとき、次の対象が相アームＵＡであることを示し、「１」のとき、次の対象が相アームＶＡであることを示し、「２」のとき、次の対象が相アームＷＡであることを示す。
【００８３】
ステップＳ３２において、マイクロコンピュータ７２は、タイマ７６にタイマ設定値ＴＭＲを入力する。例えば、ステップＳ３１で相アームＵＡが選択された場合、タイマ７６は、タイマ設定値ＴＭＲ（上アーム素子駆動時間Ｔ１、下アーム素子駆動時間Ｔ２、第１デッドタイムｄｔ１、第２デッドタイムｄｔ２）に応じて駆動信号ＵＨ、ＵＬを出力するように設定される。
【００８４】
ステップＳ３３において、マイクロコンピュータ７２は、現在の相選択フラグＦＬＧｐｈの値に１を加えた値を新たな相選択フラグＦＬＧｐｈとしてメモリ７４に記憶する。なお、現在の相選択フラグＦＬＧｐｈが「２」の場合、新たな相選択フラグＦＬＧｐｈは「０」に設定される。
【００８５】
ステップＳ３４において、マイクロコンピュータ７２は、メモリ７４に記憶されている次回算出処理呼出制御周期数Ｎｔｃが「０」であるかどうかを判定する。呼出制御周期数Ｎｔｃが「０」である場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、ステップＳ３５において、新たなタイマ設定値ＴＭＲと新たな次回算出処理呼出制御周期数Ｎｔｃを要求する要求信号ＲＥＱを送信する。この要求信号ＲＥＱにより、次のタイマ設定値算出処理の実施が許可される。呼出スイッチング周期数Ｎｔｓｗが「１」又は「２」である場合（Ｓ３４：Ｎｏ）、ステップＳ３６において、マイクロコンピュータ７２は、現在の呼出スイッチング周期数Ｎｔｓｗから「１」を引いた数を新たな呼出スイッチング周期数Ｎｔｓｗとして設定し、メモリ７４に記憶する。
【００８６】
続くステップＳ３７において、マイクロコンピュータ７２は、次の駆動信号出力処理を実施するための割込要求Ｒｉｎｔを行うべきかどうかを判定する。この判定は、例えば、タイマ７６を用いることにより行うことができる。具体的には、今回の駆動信号出力処理を開始する際に、次の駆動信号出力処理を実施するまでの時間をカウント値としてタイマ７６に入力しておき、カウント値がゼロになったとき、割込要求Ｒｉｎｔが必要であると判定する。割込要求Ｒｉｎｔが必要でない場合（Ｓ３７：Ｎｏ）、ステップＳ３７を繰り返す。割込要求Ｒｉｎｔが必要である場合（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ７２は、割込要求Ｒｉｎｔを行い、タイマ設定値算出処理を実施中であっても、駆動信号出力処理を優先して実施する。また、割込要求Ｒｉｎｔを行った後は、ステップＳ３１に戻る。
【００８７】
３．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態では、ＰＦＭを用いたスイッチング制御において、制御周期Ｔｃ（実質的にスイッチング周期Ｔｓｗと同じ長さである。）が長くなるに連れて、より少ない数の制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）に対応して、タイマ設定値算出処理（デューティＤＵＴの算出等）が実施される。このため、制御周期Ｔｃが長くなった場合でも、制御周期Ｔｃが短い場合と同様の周期（時間）で上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗの動作を制御することが可能となり、制御周期Ｔｃが長くなっても２次電圧目標値Ｖ２ｔａｒと２次電圧Ｖ２との偏差が大きくなることを防止することができる。従って、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御することができる。
【００８８】
すなわち、タイマ設定値算出処理は駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの生成に用いられるものであるから、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌは、各駆動信号を生成する周期（駆動信号出力処理の周期）を示す制御周期Ｆｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）に対応させることが好ましい。また、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗのデューティＤＵＴをまとめて算出する構成では、制御周期Ｔｃが最小値であるとき、マイクロコンピュータ７２の処理能力の制約上、１回のタイマ設定値算出処理を２以上の制御周期Ｔｃに対応させる場合がある。しかし、ＰＦＭではスイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）を変化させるため、タイマ設定値算出処理を常に同じ数のスイッチング周期Ｔｓｗに対応させてしまうと、デューティＤＵＴの算出から駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの出力までの時間は、スイッチング周期Ｔｓｗが長くなるに連れて長くなってしまう。例えば、連続する３スイッチング周期Ｔｓｗ分のデューティＤＵＴをまとめて算出する場合、デューティＤＵＴの算出時から３番目のスイッチング周期ＴｓｗのデューティＤＵＴに対応する駆動信号の出力までにかかる時間は、１番目及び２番目のスイッチング周期ＴｓｗのデューティＤＵＴに対応するスイッチング周期Ｔｓｗが長くなるに連れて長くなる。本実施形態では、制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）が長くなるに連れて、より少ない数の制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）に対応させてタイマ設定値算出処理が実施される。このため、制御周期Ｔｃが長くなった場合でも、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌ（時間）を短く保持することができる。その結果、制御周期Ｔｃが長くなっても、より直近の状態を反映したデューティＤＵＴを算出することが可能となり、より好適にＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御することができる。
【００８９】
本実施形態では、ＰＷＭとＰＦＭとを切り替えて用いることが可能であり、さらに、ＰＦＭを用いる際、１回のタイマ設定値算出処理に対応させる制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の数を各制御周期Ｔｃ（時間）の増減に応じて調整することができる。ＰＷＭではスイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）が固定されているため、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌが変化しない一方、ＰＦＭではスイッチング周期Ｔｓｗ（制御周期Ｔｃ）が可変であるため、タイマ設定値算出処理の周期Ｔｃａｌ（時間）を固定することが困難である。本実施形態によれば、ＰＦＭを用いている際に、１回のタイマ設定値算出処理に対応させる制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の数を制御周期Ｔｃの長さに応じて変更するため、ＰＷＭからＰＦＭに切り替えることに伴う制御周期Ｔｃの変化にも対応可能となる。従って、ＰＷＭで用いるタイマ設定値算出処理をＰＦＭでも利用し易くなる。
【００９０】
本実施形態では、実際に用いられる３つの制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の合計Ｔｔｏｔａｌ及び２つの制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の合計Ｔｓｕｂと、メモリ７４に予め記憶されている周期閾値ＴＨｃｙｃとを比較し、その比較結果に基づいて各タイマ設定値算出処理に対応させる制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の数が決定される。このため、各タイマ設定値算出処理に対応させる制御周期Ｔｃの数を、比較的簡易な演算により決定することができる。
【００９１】
本実施形態において、コンバータ制御部５４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御することで、燃料電池２２から引き出される電力を制御することが可能である。本実施形態によれば、各制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の長さに応じて、タイマ設定値算出処理に対応させる制御周期Ｔｃ（スイッチング周期Ｔｓｗ）の数が決定されるため、燃料電池２２から引き出される電力をきめ細かに且つ精度よく制御できるため、燃料電池２２を効率よく稼動することができる。
【００９２】
本実施形態では、燃料電池２２及びバッテリ２４の電力がモータ２６へと供給される。これにより、燃料電池が効率よく稼動されるため、燃費効率の良い燃料電池車両２０を実現することができる。
【００９３】
Ｂ．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の（１）〜（５）の構成を採用することができる。
【００９４】
（１）ＶＣＵ２３の搭載対象
上記実施形態では、ＶＣＵ２３を燃料電池車両２０に搭載したが、これに限られない。例えば、バッテリ駆動車両（電気自動車）に搭載することもできる。もちろん、エンジンとバッテリとモータを搭載した、いわゆるパラレル方式又はシリーズパラレル方式のハイブリッド自動車にも搭載することもできる。
【００９５】
（２）相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡ
上記実施形態では、３相の相アームＵＡ、ＶＡ、ＷＡを用いたが、２相又は４相以上であってもよい。
【００９６】
（３）スイッチング制御
上記実施形態では、各スイッチング周期Ｔｓｗに、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗのスイッチング（降圧チョッパ制御）と下アーム素子８２ｕ〜８２ｗのスイッチング（昇圧チョッパ制御）の両方を含ませる同期スイッチングを用いたが、これに限られず、降圧チョッパ制御又は昇圧チョッパ制御の一方のみに本発明を適用することもできる。
【００９７】
上記実施形態では、Ｕ相アームＵＡ→Ｖ相アームＶＡ→Ｗ相アームＷＡの順にローテーションスイッチングを行ったが、この順番に限られない。また、１つの制御周期Ｆｃに複数の相アームの上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗを駆動することも可能である。
【００９８】
（４）変調方式
上記実施形態では、ＰＷＭとＰＦＭを切り替えて用いたがＰＦＭのみを用いることも可能である。また、ＰＦＭをＰＷＭ以外の変調方式と組み合わせて用いることもできる。
【００９９】
上記実施形態では、デューティＤＵＴが、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗをオンさせるのに必要な最小オン時間を確保できるときはＰＷＭを用い、最小オン時間を確保できないときはＰＦＭを用いたが、それ以外の基準でＰＷＭとＰＦＭを切り替えることもできる。
【０１００】
（５）その他
上記実施形態では、図１３のフローチャートを用いて次回算出処理呼出制御周期数Ｎｔｃを選択したが、その他の方法を用いることもできる。例えば、１回のタイマ設定値算出処理で算出されるタイマ設定値ＴＭＲが各相で同じ場合、制御周期数ＮｔｃをデューティＤＵＴから直接選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載した燃料電池車両の回路図である。
【図２】燃料電池車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータの基本制御のフローチャートである。
【図３】燃料電池の電流電圧特性の説明図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧動作の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【図６】前記実施形態において、変調方式をＰＷＭからＰＦＭに切り替える際の動作説明に供されるタイミングチャートの一部である。
【図７】前記実施形態において、変調方式をＰＷＭからＰＦＭに切り替える際の動作説明に供されるタイミングチャートの残りの部分である。
【図８】比較例において、変調方式をＰＷＭからＰＦＭに切り替える際の動作説明に供されるタイミングチャートの一部である。
【図９】比較例において、変調方式をＰＷＭからＰＦＭに切り替える際の動作説明に供されるタイミングチャートの残りの部分である。
【図１０】前記実施形態において、タイマ設定値算出処理と駆動信号出力処理を切り替えるフローチャートである。
【図１１】図１０におけるデータや信号の流れを簡略的に示す説明図である。
【図１２】タイマ設定値算出処理のフローチャートである。
【図１３】今回のタイマ設定値算出処理の後、次回のタイマ設定値算出処理までの制御周期の数を選択するフローチャートである。
【図１４】図１３の制御周期の数を決定する方法の一例を簡略的に示す特性図である。
【図１５】駆動信号出力処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０２】
２０…燃料電池車両                    ２２…燃料電池（第２電力装置）
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（ＶＣＵ）
２４…バッテリ（第１電力装置）        ２６…モータ（第２電力装置）
３４…インバータ                      ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４…コンバータ制御部
８１（８１ｕ〜８１ｗ）…上アーム素子
８２（８２ｕ〜８２ｗ）…下アーム素子
８３ｕ、８３ｖ、８３ｗ、８４ｕ、８４ｖ、８４ｗ…ダイオード
９０…リアクトル
９１…燃料電池出力特性（電流電圧特性）
ＤＵＴ…デューティ
Ｎｔｃ…次回算出処理呼出制御周期数
Ｔ１…上アーム素子駆動時間            Ｔ２…下アーム素子駆動時間
Ｔｃ…制御周期
Ｔｃａｌ…タイマ設定値算出処理の周期
Ｔｏｕｔ…駆動信号算出処理の周期      Ｔｓｗ…スイッチング周期
ＵＡ…Ｕ相アーム        ＶＡ…Ｖ相アーム        ＷＡ…Ｗ相アーム
ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ…駆動信号
【図１】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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