(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて外部入出力部が駆動輪と連動して回転するモータと接続され、該モータの力行運転時に該モータに駆動用電力を供給すると共に、該モータの回生運転時に該モータの回生電力を回収する車両用電源装置であって、
第１の入出力部が前記外部入出力部と接続されて、前記モータの力行運転時は、第２の入出力部に入力される直流電圧から前記モータの駆動電圧を生成して該第１の入出力部から出力し、前記モータの回生運転時には、該第１の入出力部に入力される前記モータの回生電圧を直流電圧に変換して該第２の入出力部から出力するインバータと、
燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、
第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記燃料電池及び前記キャパシタと接続された双方向性の第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
二次電池と、
第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記二次電池と接続された双方向性の第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記モータの力行運転時と回生運転時の少なくともいずれか一方において、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とし、該直結状態としたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、他方のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記キャパシタの端子間電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記二次電池の端子間電圧を検出する二次電池電圧検出手段とを備え、
前記電圧制御手段は、
前記モータの回生運転時に、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高くなるように前記インバータを制御して、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とし、
前記直結状態としたときに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高くなるように、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記二次電池の出力電圧が前記燃料電池の出力電圧範囲よりも高く設定され、
前記電圧制御手段は、前記モータの力行運転時に、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とすると共に、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させて、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との差を減少させることを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
車両に搭載されて外部入出力部が駆動輪と連動して回転するモータと接続され、該モータの力行運転時に該モータに駆動用電力を供給すると共に、該モータの回生運転時に該モータの回生電力を回収する車両用電源装置であって、
第１の入出力部が前記外部入出力部と接続されて、前記モータの力行運転時は、第２の入出力部に入力される直流電圧から前記モータの駆動電圧を生成して該第１の入出力部から出力し、前記モータの回生運転時には、該第１の入出力部に入力される前記モータの回生電圧を直流電圧に変換して該第２の入出力部から出力するインバータと、
燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、
第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記燃料電池及び前記キャパシタと接続された双方向性の第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
二次電池と、
第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記二次電池と接続された双方向性の第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記モータの力行運転時と回生運転時の少なくともいずれか一方において、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とし、該直結状態としたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、他方のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記二次電池の端子間電圧を検出する二次電池電圧検出手段と、
前記キャパシタの端子間電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段とを備え、
前記電圧制御手段は、
前記モータの回生運転時に、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高くなるように前記インバータを制御して、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とし、
前記直結状態したときに、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高くなるように、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されて出力部が駆動輪と連動して回転するモータと接続され、該モータの力行運転時に該モータに駆動用電力を供給すると共に、該モータの回生運転時に該モータの回生電力を回収する車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば燃料電池車両の動力源として、図１１（ａ）に示したように、燃料電池１００をコンタクタ１０１及びインバータ１０２を介して走行用モータ１０３に接続すると共に、バッテリ１０５をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して燃料電池１００と並列に接続した車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる車両用電源装置においては、モータ１０３の力行運転時は、コンタクタ１０１をオン（閉成状態）として燃料電池１００からインバータ１０２に電力供給すると共に、バッテリ１０５の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により昇圧若しくは降圧して、インバータ１０２に供給する。そして、これにより、燃料電池１００の出力電力が不足するときに、バッテリ１０５からの出力電力によってアシストしている。
【０００４】
一方、モータ１０３の回生運転時には、コンタクタ１０１をオフして燃料電池１００とインバータ１０２間を遮断した状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を直結することにより、モータ１０３の回生電力をインバータ１０２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して、バッテリ１０５に回収する。
【０００５】
図１１（ａ）に示した車両用電源装置の構成は、燃料電池１００の出力電圧の使用範囲がバッテリ１０５の出力電圧が高く、バッテリ１０５の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４で降圧して使用する場合に有利である。そして、この場合は、燃料電池１００のスタック数を増やして出力電圧を高める必要があるため、燃料電池１００のコストが高くなるという不都合があった。
【０００６】
また、図１１（ｂ）に示したように、図１１（ａ）のコンタクタ１０１に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を備え、バッテリ１０５をＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに該ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６及びインバータ１０２と直結した車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
図１１（ｂ）に示した車両用電源装置の構成では、バッテリ１０５の電圧調整手段がないため、バッテリ１０５から電圧を出力するときには、常にＤＣ／ＤＣコンバータ１０６により燃料電池１００の出力電圧をバッテリ１０５の出力電圧に合わせる制御を行う必要がある。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６において電圧変換に伴なう電力損失が大きくなるという不都合があった。
【０００８】
また、図１１（ｂ）に示した構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を用いることで、燃料電池１００の出力電圧を下げることができるため、燃料電池１００の積層数を減少させて小型化を図ることができる。しかし、このように燃料電池１００の積層数を減少させたときには、燃料電池１００の出力電流を急増させるときの応答性が低くなるという不都合がある。
【特許文献１】特開２００６−７３５０６号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】特開２０００−１２０５９号公報（第５−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の不都合を回避するために、図１２に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を介して燃料電池１００をインバータ１０２に接続し、また、燃料電池１００の出力端子間にキャパシタ１１１を接続した構成とすることが考えられる。
【００１０】
図１２の構成によれば、モータ１０３の力行運転時には、キャパシタ１１１から出力される電力により燃料電池１００の過渡的な応答性の低さを補うと共に、バッテリ１０５から出力される電力により、燃料電池１００及びキャパシタ１１１からの出力電力の不足分をアシストすることによって、燃料電池１００の小型化を図ることができる。
【００１１】
一方、モータ１０３の回生運転時には、インバータ１０２の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１１０により昇圧若しくは降圧して、キャパシタ１１１を充電することができる。また、インバータ１０２の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により昇圧若しくは降圧して、バッテリ１０５を充電することができる。
【００１２】
しかし、図１２の構成においては、モータ１０３が回生運転をし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０が昇圧又は降圧動作してインバータ１０２からキャパシタ１１１及びバッテリ１０５に通電した状態から、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０の通電方向を逆転させて、インバータ１０２からモータ１０３への通電を可能としてモータ１０３を力行運転に切り替えるときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０の通電方向の切り替えの制御応答性の相違により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０からインバータ１０２への出力電圧がハンチングする場合がある。
【００１３】
そして、この場合には、例えば加速指令に応じたモータ１０３の要求電力に対して、インバータ１０２からモータ１０３への電力供給が遅れ、車両の加速応答性が低下してドライバビィティ及び回生効率が悪化する。
【００１４】
また、モータ１０３が力行運転をし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０が昇圧又は降圧動作してインバータ１０２からモータ１０３に通電した状態から、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０の通電方向を逆転させて、インバータ１０２からキャパシタ１１１，バッテリ１０５への通電を可能としてモータ１０３を回生運転に切り換えるときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４，１１０における通電方向の切り替えが遅れると、回生電力の回収が不十分になる。
【００１５】
そこで、本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して、燃料電池、キャパシタ、及び二次電池とインバータ間を接続して、モータの力行運転と回生運転を切り替えるときに、回生運転から力行運転への切り替え時にモータに対する電力供給が不足すること、及び力行運転から回生運転への切り替え時にモータの回生電力の回収が不十分となることを抑制することができる車両用電源装置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】
【００１６】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、車両に搭載されて外部入出力部が駆動輪と連動して回転するモータと接続され、該モータの力行運転時に該モータに駆動用電力を供給すると共に、該モータの回生運転時に該モータの回生電力を回収する車両用電源装置に関する。
【００１７】
そして、本発明の第１の態様は、第１の入出力部が前記外部入出力部と接続されて、前記モータの力行運転時は、第２の入出力部に入力される直流電圧から前記モータの駆動電圧を生成して該第１の入出力部から出力し、前記モータの回生運転時には、該第１の入出力部に入力される前記モータの回生電圧を直流電圧に変換して該第２の入出力部から出力するインバータと、燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記燃料電池及び前記キャパシタと接続された双方向性の第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池と、第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記二次電池と接続された双方向性の第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記モータの力行運転時と回生運転時の少なくともいずれか一方において、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とし、該直結状態としたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、他方のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記キャパシタの端子間電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、前記二次電池の端子間電圧を検出する二次電池電圧検出手段とを備え、前記電圧制御手段は、前記モータの回生運転時に、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高くなるように前記インバータを制御して、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とし、前記直結状態としたときに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高くなるように、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする。
【００１８】
かかる本発明によれば、前記燃料電池及び前記キャパシタが前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記インバータと接続されると共に、前記二次電池が前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記インバータと接続されている。そして、前記電圧制御手段は、前記モータの力行運転時と回生運転時の少なくともいずれか一方において、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とする。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とするとは、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチング動作を停止して、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の入出力端子と第２の入出力端子間を双方向に導通状態とすることをいう。
【００１９】
このように、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とすることにより、前記モータを回生運転から力行運転に切り替えるときに、前記第１のＤＣ／ＤＣのコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、直結状態とされているＤＣ／ＤＣコンバータについては、通電方向の切り替えを不要とすることができる。この場合、通電方向の切り替えに伴う待ち時間が生じないため、前記インバータへの電力供給を速やかに開始することができる。そして、直結状態とされていないＤＣ／ＤＣコンバータについては、前記電圧制御手段により、直結状態とされているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、その出力電圧を制御することにより、前記インバータに入力される電圧のハンチングを抑制しつつ、前記インバータから前記モータへの供給電圧を上昇させることができる。そのため、前記モータを回生運転から力行運転に切り替えるときに、前記インバータから前記モータへの電力供給が不足することを抑制することができる。
【００２０】
また、前記モータを力行運転から回生運転に切り替えるときに、前記第１のＤＣ／ＤＣのコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、直結状態とされているＤＣ／ＤＣコンバータについては、通電方向の切り替えを要しないため、前記インバータからの電力の回収を速やかに開始することができる。そして、直結状態とされていないＤＣ／ＤＣコンバータについては、前記電圧制御手段により、直結状態とされているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じてその出力電圧を制御することによって、該直結状態とされていないＤＣ／ＤＣコンバータを介して回収される電力の電圧を、回収先（直結状態とされていないＤＣ／ＤＣコンバータと接続された前記キャパシタ又は前記バッテリ）の状態に合わせて調節することができる。そのため、前記モータを力行運転から回生運転に切り替えるときに、前記インバータから前記キャパシタ及び前記二次電池への回収電力が不十分となることを抑制することができる。
また、本発明によれば、前記電圧制御手段は、前記モータの回生運転時に、前記インバータを制御して、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高い状態とする。そして、この状態で前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とすることで、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチング損失を生じることなく、前記モータの回生電力によって前記キャパシタを充電することができる。また、前記モータを回生運転から力行運転に切り替えるときに、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して直ちに前記燃料電池及び前記キャパシタから前記インバータに電力を供給することができるため、回生運転から力行運転への切り替えの応答性を高めることができる。
さらに、本発明によれば、前記電圧制御手段により、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態として前記キャパシタを充電しているときに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高くなるように制御することによって、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記二次電池を充電することができる。
【００２１】
また、前記二次電池の出力電圧が前記燃料電池の出力電圧範囲よりも高く設定され、前記電圧制御手段は、前記モータの力行運転時に、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とすると共に、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させて、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との差を減少させることを特徴とする。
【００２２】
かかる本発明において、一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧動作をさせたときの電力損失は、昇圧動作させたときの電力損失よりも少なくなる。そのため、前記モータの力行運転時に、前記電圧制御手段により、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とすると共に、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させることで、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電力損失を抑制して、前記二次電池から前記インバータに電力供給をすることができる。
【００２７】
次に、本発明の第２の態様は、第１の入出力部が前記外部入出力部と接続されて、前記モータの力行運転時は、第２の入出力部に入力される直流電圧から前記モータの駆動電圧を生成して該第１の入出力部から出力し、前記モータの回生運転時には、該第１の入出力部に入力される前記モータの回生電圧を直流電圧に変換して該第２の入出力部から出力するインバータと、燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記燃料電池及び前記キャパシタと接続された双方向性の第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池と、第１の入出力部が前記インバータの第２の入出力部と接続されると共に、第２の入出力部が前記二次電池と接続された双方向性の第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記モータの力行運転時と回生運転時の少なくともいずれか一方において、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれか一方を直結状態とし、該直結状態としたＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、他方のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記二次電池の端子間電圧を検出する二次電池電圧検出手段と、前記キャパシタの端子間電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段とを備え、前記電圧制御手段は、前記モータの回生運転時に、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高くなるように前記インバータを制御して、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とし、前記直結状態したときに、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高くなるように、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする。
【００２８】
かかる本発明によれば、前記電圧制御手段は、前記モータの回生運転時に、前記インバータを制御して、前記インバータの第２の入出力部からの出力電圧が、前記二次電池の端子間電圧よりも所定レベル高い状態とする。そして、前記電圧制御手段は、この状態で前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とする。このように、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態とすることにより、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチング損失を生じることなく、前記モータの回生電力によって前記二次電池を充電することができる。また、前記モータを回生運転から力行運転に切り替えるときに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して直ちに前記二次電池から前記インバータに電力を供給することができるため、回生運転から力行運転への切り替えの応答性を高めることができる。
【００３０】
さらに本発明によれば、前記電圧制御手段により、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを直結状態として前記二次電池を充電しているときに、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の入出力部の出力電圧が、前記キャパシタの端子間電圧よりも所定レベル高くなるように制御することによって、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記キャパシタを充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照して説明する。図１は本実施の形態における車両用電源装置の全体構成図、図２は図１に示した車両用電源装置における出力制御の実行手順を示したフローチャート、図３は図２に示したフローチャートによる出力制御時のＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図、図４は図１に示した車両用電源装置における出力制御の実行手順を示したフローチャート、図５は図４に示したフローチャートによる出力制御時のＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図、図６〜図７は図１に示した車両用電源装置における回生制御の実行手順を示したフローチャート、図８〜図１０は回生制御時のＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図である。
【００３２】
図１を参照して、本実施の形態の車両用電源装置は、燃料電池車両（本発明の車両に相当する）に搭載されるものである。そして、該車両用電源装置は、燃料電池１、燃料電池１と並列に接続された電気二重層キャパシタ２（以下、単にキャパシタ２という）、第１の入出力部４ａ，４ｂ，４ｃが外部入出力部１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介してモータ５と接続されたＰＤＵ（Power Drive Unit、本発明のインバータの機能を含む）、第１の入出力部３ａ，３ｂがＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅと接続されると共に、第２の入出力部３ｃ，３ｄが燃料電池１及びキャパシタ２と接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３、第１の入出力部２０ａ，２０ｂがＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅと接続されると共に、第２の入出力部２０ｃ，２０ｄがリチウムイオンバッテリ２１（本発明の二次電池に相当する。以下、単にバッテリ２１という）に接続された第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０、及び燃料電池１への反応ガス（水素及び酸素）の供給量等を制御して燃料電池１の発電量を調節するＦＣ（Fuel Cell）補機２２を備えている。
【００３３】
また、車両用電源装置は、マイクロコンピュータ（図示しない）等により構成された電子ユニットであって車両用電源装置の全体的な作動を制御するコントローラ３０を備えている。そして、該マイクロコンピュータが車両用電源装置の制御用プログラムを実行することにより、コントローラ３０は、モータ５の力行運転時に、燃料電池１とキャパシタ２とバッテリ２１とによる電力供給のマネージメントを行う出力制御と、モータ５の回生運転時に、キャパシタ２とバッテリ電池２１とによる電力回収のマネージメントを行う回生制御とを実行する電圧制御手段３１として機能する。
【００３４】
さらに、コントローラ３０は、電圧制御手段３１が電力回収のマネージメントを行って、キャパシタ２とバッテリ２１を充電する際に使用される各種のデータ等を保持したメモリ３３を有している。
【００３５】
ここで、コントローラ３０には、燃料電池１に備えられた各種センサによる検出信号（燃料電池１の温度、端子間電圧、出力電流、反応ガスの供給圧力等の検出信号）Ｆc_s、キャパシタ２に備えられた各種センサによる検出信号（キャパシタ２の温度、端子間電圧、入出力電流等の検出信号）Ｕc_s、バッテリ２１に備えられた各種センサによる検出信号（バッテリ２１の温度、端子間電圧、入出力電流等の検出信号）Ｌi_s、ＰＤＵ４に備えられた各種センサによる検出信号（モータ５への供給電流・電圧、モータ５の回生電流・電圧等の検出信号）Ｐd_sが入力される。
【００３６】
また、コントローラ３０から出力される制御信号Ｆc_cにより、ＦＣ補機２２による反応ガスの供給量が調節されて、燃料電池１の発電量が制御される。また、制御信号Ｐs_cにより第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の通電方向と出力電圧が制御され、制御信号Ｂi_cにより第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の通電方向と出力電圧が制御される。さらに、制御信号Ｐd_cにより、ＰＤＵ４とモータ５間の通電量が調節されてモータ５の力行トルク及び回生トルクが制御される。
【００３７】
電圧制御手段３１は、各種センサによる検出信号Ｆc_s，Ｕc_s，Ｌi_sから燃料電池１とキャパシタ２とバッテリ２１の状態を検知し、出力可能なトータルの最大電力Ｗmaxを決定する。また、電圧制御手段３１は、車両の走行状況（車速、加減速等）や運転者による操作状況（アクセルべダルの操作量等）に応じて決定されるモータ５の目標トルクＴr_c、ＦＣ補機２２の消費電力、図示しない他の電装補機（空調機器、オーディオ機器等）の消費電力等に基づいて、車両用電源装置から出力する電圧及び目標電力Ｗcを最大電力Ｗmaxを超えない範囲で決定する。
【００３８】
そして、電圧制御手段３１は、モータ５の目標トルクＴr_cが正（Ｔr_c＞０）であるときに、目標電力Ｗcが得られ、且つ、燃料電池１とキャパシタ２とバッテリ２１のトータルの効率が最良となる（燃料電池１の発電効率と燃料電池１の加湿状態から判断した内部抵抗損失、さらにキャパシタ２とリチイムイオン電池２１の温度状態を考慮した内部抵抗損失を考量して、トータルの内部抵抗損失が最小となる）ように、燃料電池１とキャパシタ２とバッテリ２１の出力電力を分配する割合を決定して、モータ５の力行運転を行なう出力制御を実行する。
【００３９】
また、電圧制御手段３１は、モータ５の目標トルクＴr_cが負であるときに、モータ５の回生運転を実行して、モータ５から出力される回生電力をキャパシタ２とバッテリ２１に回収し、キャパシタ２とバッテリ２１を充電する回生制御を実行する。
【００４０】
［出力制御］先ず、図２，図４に示したフローチャートに従って、出力制御について説明する。
【００４１】
図２に示したフローチャートは、バッテリ２１側の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態に制御して、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０におけるスイッチングによる電力損失を回避するようにしたものである。電圧制御手段３１は、図２のＳＴＥＰ５０でモータ５の目標トルクＴr_cが０以上（０≦Ｔr_c）となったときにＳＴＥＰ５１に進み、要求負荷（モータ５や燃料電池補機２２等の電気負荷の動作に必要となる総電力）が基準値ＰL以下であるときはＳＴＥＰ６０に進む。
【００４２】
ここで、基準値ＰLは、バッテリ２１からの出力のみによって燃料電池車両を走行させることで、総合的な燃費効率を向上させることができる範囲の上限値に設定されている。そして、電圧制御手段３１は、ＳＴＥＰ６０で燃料電池１の発電を停止若しくはアイドル発電（発電量を微小とした状態）として、バッテリ２１からの出力のみによって走行するバッテリ走行ルーチンを実行する。
【００４３】
また、ＳＴＥＰ５１で、要求負荷が基準値ＰLよりも大きいときにはＳＴＥＰ５２に進み、電圧制御手段３１は、要求負荷が基準値ＰLよりも大きく基準値ＰMよりも小さい範囲（ＰL＜要求負荷＜ＰM）にあるか否かを判断する。
【００４４】
ここで、基準値ＰMは、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを昇圧してＰＤＵ４に供給し、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatを変圧せずにＰＤＵ４に供給して燃料電池１の出力をアシストすることによって、総合的な燃費効率を向上させることができる範囲の下限値に設定されている。そして、ＳＴＥＰ５２で、要求負荷が基準値ＰLよりも大きく基準値ＰMよりも小さい範囲（ＰL＜要求負荷＜ＰM）にあるときはＳＴＥＰ７０に分岐する。
【００４５】
この場合は、要求負荷が小さく燃料電池１及びキャパシタ２の出力電力で対応可能であるため、電圧制御手段３１は、バッテリ２１によるアシストを行なわずに、燃料電池１及びキャパシタ２の出力のみによって走行する燃料電池走行ルーチンを実行する。
【００４６】
一方、ＳＴＥＰ５２で要求負荷が基準値ＰM以上であるときにはＳＴＥＰ５３に進み、電圧制御手段３１は、要求負荷が基準値ＰMから基準値ＰHまでの範囲（ＰM≦要求負荷≦ＰH）にあるか否かを判断する。ここで、基準値ＰHは、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを昇圧してＰＤＵ４に供給し、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatを変圧せずにＰＤＵ４に供給して燃料電池１の出力をアシストすることによって、総合的な燃費効率を向上させることができる範囲の上限値に設定されている。
【００４７】
そこで、ＳＴＥＰ５３で要求負荷が基準値ＰMから基準値ＰHまでの範囲にあるときは、ＳＴＥＰ８０に分岐し、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により、燃料電池１の出力電圧Ｖfcをバッテリ２１の出力電圧Ｖbatまで昇圧する。そして、続くＳＴＥＰ８１で、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態（第１の入出力部２０ａ，２０ｂと第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間が双方向に導通した状態）とする。これにより、バッテリ２１からＰＤＵ４に電力供給されて、燃料電池１及びキャパシタ２からの出力電力の不足分がアシストされる。
【００４８】
一方、ＳＴＥＰ５３で要求負荷が基準値ＰHよりも大きいときにはＳＴＥＰ５４に進み、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により燃料電池１の出力電圧Ｖfc（＝キャパシタ２の出力電圧Ｖcap）を昇圧する。また、続くＳＴＥＰ５５で、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０によりバッテリ２１の出力電圧Ｖbatを昇圧する。
【００４９】
これにより、燃料電池１及びキャパシタ２から第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介してＰＤＵ４に供給される電圧Ｖx1と、バッテリ２１から第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してＰＤＵ４に供給される電圧Ｖy1を上昇させて、ＰＤＵ４からモータ５に印加する駆動電圧を高めてモータ５の出力を増大させることができる。
【００５０】
ここで、図３は、以上説明した図２のフローチャートによる出力制御を行ったときの、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧Ｖy1の推移の例を示したものである。図３の上段は、縦軸を電圧（Ｖ）に設定して横軸を時間（ｔ）に設定したものである。また、図３の下段は、縦軸を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０におけるスイッチングによる電力損失に設定し、横軸を時間（ｔ）に設定したものである。
【００５１】
図３のｔ50は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３による燃料電池１の出力電圧Ｖfcの昇圧を開始する時点を示している。そして、ｔ51で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1がバッテリ２１の出力電圧Ｖbatまで上昇している。ｔ50〜ｔ52の間は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０は直結状態とされているため、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、スイッチングによる電力損失は発生せず、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の電力損失Ａ50のみが発生している。
【００５２】
ｔ52は要求負荷が基準値ＰHよりも大きくなった時点を示しており、燃料電池１の出力電圧Ｖfcが第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧されると共に、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatが第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０により昇圧されている。そして、ｔ53で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧Ｖy1が、要求負荷に応じたＶpduに達している。
【００５３】
ｔ52〜ｔ54の間は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０が共にスイッチングによる昇圧動作をしているため、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３における電力損失Ａ50と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０における電力損失Ａ51が発生している。
【００５４】
次に、図４に示したフローチャートは、燃料電池１側の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態に制御するものである。電圧制御手段３１は、図４のＳＴＥＰ１００でモータ５の目標トルクＴr_cが０以上（０≦Ｔr_c）となったときにＳＴＥＰ１０１に進み、要求負荷が基準値ＰL以下であるときはＳＴＥＰ１１０に進む。
【００５５】
ここで、基準値ＰLは、上述した図２の場合と同様に、バッテリ２１からの出力のみによって燃料電池車両を走行させることで、総合的な燃費効率が向上する範囲の上限値に設定されている。そして、電圧制御手段３１は、ＳＴＥＰ１１０で燃料電池１の発電を停止若しくはアイドル発電として、バッテリ２１からの出力のみによって走行するバッテリ走行ルーチンを実行する。
【００５６】
また、ＳＴＥＰ１０１で、要求負荷が基準値ＰLよりも大きいときにはＳＴＥＰ１０２に進み、電圧制御手段３１は、要求負荷が基準値ＰLよりも大きく基準値ＰMよりも小さい範囲（ＰL＜要求負荷＜ＰM）にあるか否かを判断する。
【００５７】
ここで、基準値ＰMは、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを昇圧せずに、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatを降圧してＰＤＵ４への出力電力をアシストすることにより、総合的な燃費効率が向上する範囲の下限値に設定されている。そして、ＳＴＥＰ１０２で、要求負荷が基準値ＰLよりも大きく基準値ＰMよりも小さい範囲（ＰL＜要求負荷＜ＰM）にあるときはＳＴＥＰ１２０に分岐する。この場合は、要求負荷が小さく燃料電池１及びキャパシタ２の出力電力で対応可能であるため、電圧制御手段３１は、バッテリ２１によるアシストは行なわずに、燃料電池１及びキャパシタ２の出力のみによって走行する燃料電池走行ルーチンを実行する。
【００５８】
一方、ＳＴＥＰ１０３で要求負荷が基準値ＰMを超えていたときにはＳＴＥＰ１０３に進み、電圧制御手段３１は、要求負荷が基準値ＰMから基準値ＰHまでの範囲（ＰM≦要求負荷≦ＰH）にあるか否かを判断する。ここで、基準値ＰHは、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを昇圧せずに、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatを降圧してＰＤＵ４への出力電力をアシストすることにより、総合的な燃費効率が向上する範囲の上限値に設定されている。
【００５９】
そこで、ＳＴＥＰ１０３で要求負荷が基準値ＰMから基準値ＰHまでの範囲にあるときは、ＳＴＥＰ１３０に分岐し、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０により、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatを燃料電池１の出力電圧Ｖfcまで降圧する。そして、続くＳＴＥＰ１３１で、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態（第１の入出力部３ａ，３ｂと第２の入出力部３ｃ，３ｄ間が双方向に導通した状態）とする。これにより、バッテリ２１からＰＤＵ４に電力供給されて、燃料電池１及びキャパシタ２からの出力電力の不足分をアシストする。
【００６０】
一方、ＳＴＥＰ１０３で要求負荷が基準値ＰHよりも大きいときにはＳＴＥＰ１０４に進み、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により燃料電池１の出力電圧Ｖfcを、バッテリ２１の出力電圧Ｖbatまで昇圧する。また、続くＳＴＥＰ１０５で、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２１を直結状態とする。
【００６１】
これにより、燃料電池１及びキャパシタ２から第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介してＰＤＵ４に供給される電圧Ｖx1と、バッテリ２１から第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してＰＤＵ４に供給される電圧Ｖy1を上昇させて、ＰＤＵ４からモータ５に印加する駆動電圧を高めてモータ５の出力を増大させることができる。
【００６２】
ここで、図５は、以上説明した図３のフローチャートによる出力制御を行ったときの、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧Ｖy1の推移の例を示したものである。図５の上段は、縦軸を電圧（Ｖ）に設定して横軸を時間（ｔ）に設定したものである。また、図５の下段は、縦軸を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０におけるスイッチング損失に設定し、横軸を時間（ｔ）に設定したものである。
【００６３】
図５のｔ60は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０によるバッテリ２１の出力電圧Ｖbatの降圧を開始する時点を示している。そして、ｔ61で第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧Ｖy1が燃料電池１の出力電圧Ｖfcまで低下している。ｔ60〜ｔ62の間は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３は直結状態とされているため、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３では、スイッチングによる電力損失は発生せず、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電力損失Ａ60のみが発生している。
【００６４】
ｔ62は要求負荷が基準値ＰHよりも大きくなった時点を示しており、ｔ62から燃料電池１の出力電圧Ｖfcが第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧され、ｔ65で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1がバッテリ２１の出力電圧Ｖbatに達している。また、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1に合わせて、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧Ｖy1が調節されている。ｔ62〜ｔ65の間は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の電力損失Ａ61と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電力損失Ａ60が共に発生している。
【００６５】
そして、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖx1がバッテリ２１の出力電圧Ｖbatに達したｔ65で、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０が直結状態とされている。これにより、ｔ65以降は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の電力損失Ａ61のみが発生し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の電力損失は発生していない。
【００６６】
［回生制御］次に、図６〜図７に示したフローチャートに従って、回生制御について説明する。
【００６７】
電圧制御手段３１は、図６のＳＴＥＰ１でモータ５の目標トルクＴr_cが負（Ｔr_c＜０）となったときにＳＴＥＰ２に進み、モータ５の回生電流（ＰＤＵ４からの検出信号Ｐd_sにより検知される）が分配基準値（分配基準値のデータは予めメモリ３３に保持されている）よりも小さいか否かを判断する。そして、モータ５の回生電流が分配基準値よりも小さいときはＳＴＥＰ２に進み、モータ５の回生電流が分配基準値以上であるときには図７のＳＴＥＰ２０に分岐する。
【００６８】
ＳＴＥＰ３で、電圧制御手段３１は、モータ５の回生電流がバッテリー基準値（バッテリ基準値のデータは予めメモリ３３に保持されている）よりも大きいか否かを判断する。そして、モータ５の回生電流がバッテリ基準値よりも大きいときはＳＴＥＰ４に進み、モータ５の回生電流がバッテリ基準値以下であるときにはＳＴＥＰ７に分岐する。
【００６９】
ＳＴＥＰ４で、電圧制御手段３１は、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduが、燃料電池１の端子間電圧Ｖfc（＝キャパシタ２の端子間電圧Ｖcap）よりも高く、且つ、キャパシタ２の上限電圧Ｖcap_lmtよりも低くなるように、ＰＤＵ４を制御する。具体的には、ＰＤＵ４に備えられたインバータを構成するトランジスタのスイッチングにより、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の出力ＶpduがＶcapよりも高く且つＶcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖpdu＜Ｖcap_lmt）に制御される。
【００７０】
そして、続くＳＴＥＰ５で、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態とする。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング動作が停止して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂと第２の入出力部３ｃ，３ｄ間が常時導通した状態となる。
【００７１】
ここで、図８は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態とする場合のキャパシタ２の端子間電圧Ｖcap（＝燃料電池１の端子間電圧Ｖfc）と、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1の推移の例を示したものである。図８の上段は、縦軸を電圧（Ｖ）に設定して横軸を時間（ｔ）に設定したものである。また、図８の下段は、縦軸の上側を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失に設定し、縦軸の下側をキャパシタ２に充電される回生電力に設定し、横軸を時間（ｔ）に設定したものである。
【００７２】
図８のｔ10は、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧してＰＤＵ４に供給すると共に、バッテリ２１から直結状態とされた第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してＰＤＵ４に供給することにより、モータ５を力行運転させた状態から、バッテリ２１によるアシスト出力が減少し始める時点を示している。
【００７３】
電圧制御手段３１は、ｔ11で第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０をオフ状態（第１の入出力部２０ａ，２０ｂと第２の入出力部２０ｃ，２０ｄの間を遮断した状態）とし、ｔ11からｔ12に向かって、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1を次第に減少させて、ｔ12で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態（Ｖx2＝Ｖx1）としている。
【００７４】
これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ10が、ｔ11からｔ21にかけて次第に減少し、ｔ12で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ10がゼロとなっている。
【００７５】
そして、燃料電池１の出力電流の減少に伴なって、ｔ12からｔ13にかけて第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1が次第に上昇する。電圧制御手段３１は、ｔ13でＰＤＵ４によるモータ５の回生電力の出力を開始し、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduを、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapよりも高く且つキャパシタ２の上限電圧Ｖcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖpdu＜Ｖcap_lmt）に制御する。
【００７６】
これにより、キャパシタ２がモータ５の回生電力Ｂ10により充電されて、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapが次第に上昇する。なお、この場合のＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduは、本発明におけるキャパシタ２の端子間電圧よりも所定レベル高い電圧に相当する。
【００７７】
次に、電圧制御手段３１は、ＳＴＥＰ６で、キャパシタ２の充電状態（キャパシタ２の端子間電圧Ｖcap、キャパシタ２への充電電流等により判断する）からキャパシタ２の充電を継続するか否かを判断する。そして、キャパシタ２の充電を終了するときはＳＴＥＰ７に進み、キャパシタ２の充電を継続するときにはＳＴＥＰ１に分岐する。
【００７８】
ＳＴＥＰ７で、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３をオフ状態（第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂと第２の入出力部３ｃ，３ｄ間を遮断した状態）として、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態とする。これにより、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング動作が停止して、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第１の入出力部２０ａ，２０ｂと第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間が常時導通した状態となる。
【００７９】
そして、続くＳＴＥＰ８で、充電制御手段３２は、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduがバッテリ２１の端子間電圧Ｖbatよりも所定レベル高くなるように、ＰＤＵ４を制御してバッテリ２１を充電する。このように、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態とすることにより、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０におけるスイッチング損失の発生を回避して、バッテリ２１を充電することができる。
【００８０】
次のＳＴＥＰ９で、電圧制御手段３１は、バッテリ２１の充電状態（バッテリ２１の端子間電圧Ｖbat、バッテリ２１はの充電電流等により判断する）から、モータ５の回生運転を終了するか否かを判断する。回生運転を終了するときはＳＴＥＰ１０に進み、回生運転を継続するときにはＳＴＥＰ１に分岐する。
【００８１】
次に、図７のＳＴＥＰ２０以降は、モータ５の回生電力により、キャパシタ２とバッテリ２１の充電を同時に行う処理である。電圧制御手段３１は、ＳＴＥＰ２０で、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduが、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態としてキャパシタ２を充電可能な状態、又は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態としてバッテリ２１を充電可能な状態であるか否かを判断する。
【００８２】
そして、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態としてキャパシタ２を充電可能な状態、又は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態としてバッテリ２１を充電可能な状態であるときはＳＴＥＰ２１に進み、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０のいずれも直結状態とすることができないときにはＳＴＥＰ２０に分岐すする。
【００８３】
ＳＴＥＰ２１で、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態とするときには、上述した図６のＳＴＥＰ４，ＳＴＥＰ５と同様にして、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduを制御して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態とする。そして、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第２の入出力部２０ｄ，２０ｅ間の電圧が、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatよりも所定レベル高くなるように第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の作動を制御する。
【００８４】
これにより、ＳＴＥＰ２２で、ＰＤＵ４から直結状態の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給される電力によって、キャパシタ２が充電されると共に、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給される電力によって、バッテリ２１が充電される。
【００８５】
また、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態とするときには、電圧制御手段３１は、ＳＴＥＰ２１で、上述した図６のＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８と同様にして、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduを制御して第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態とする。そして、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第２の入出力部３ｃ，３ｄ間の電圧Ｖx2を、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapよりも高く且つキャパシタ２の上限電圧Ｖcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖx2＜Ｖcap_lmt）に制御する。
【００８６】
これにより、ＳＴＥＰ２２で、ＰＤＵ４から直結状態の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給される電力によって、バッテリ２１が充電されると共に、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給される電力によって、キャパシタ２が充電される。
【００８７】
ここで、図９は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態として、バッテリ２１とキャパシタ２を充電する場合のキャパシタ２の端子間電圧Ｖcap（＝燃料電池１の端子間電圧Ｖfc）と、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1及び第２の入出力部３ｃ，３ｄ間の電圧Ｖx2と、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduの推移の例を示したものである。
【００８８】
図９の上段は、縦軸を電圧（Ｖ）に設定して横軸を時間（ｔ）に設定したものである。また、図９の下段は、縦軸の上側を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失に設定し、縦軸の下側をバッテリ２１に充電される回生電力に設定し、横軸を時間（ｔ）に設定したものである。
【００８９】
図９のｔ20は、燃料電池１の出力Ｖfc（＝キャパシタ２の端子間電圧Ｖcap）を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧してＰＤＵ４に供給すると共に、バッテリ２１から直結状態とされた第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してＰＤＵ４に供給することにより、モータ５を力行運転させた状態から、バッテリ２１によるアシスト出力が減少し始める時点を示している。
【００９０】
電圧制御手段３１は、ｔ21で第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０をオフ状態（第１の入出力部２０ａ，２０ｂと第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間を遮断した状態）とし、ｔ21からｔ22に向かって、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1を次第に減少させて、ｔ22で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態としている。
【００９１】
これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ20が、ｔ21からｔ22にかけて次第に減少し、ｔ22で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ20がゼロになっている。
【００９２】
そして、燃料電池１の出力電流の減少に伴なって、ｔ22からｔ23にかけて第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧が次第に上昇する。電圧制御手段３１は、ｔ23以降、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第２の入出力部３ｃ，３ｄ間の電圧Ｖx2を、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapよりも高く、且つキャパシタ２の上限電圧Ｖcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖpdu＜Ｖcap_lmt）に制御する。
【００９３】
電圧制御手段３１は、ｔ24でＰＤＵ４による回生電力の出力を開始し、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧が、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatよりも所定レベル高くなるようにＰＤＵ４を制御する。これにより、バッテリ２１が、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給されるモータ５の回生電力Ｂ20により充電される。
【００９４】
また、キャパシタ２が、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給されるモータ５の回生電力Ｂ20により充電される。この場合、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３においてはスイッチング損失Ａ21が生じるが、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０は直結状態とされているため、スイッチング損失は生じない。
【００９５】
次に、ＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３２は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０のいずれも、直結状態とすることができない場合の処理である。ＳＴＥＰ３０で、電圧制御手段３１は、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧を制御して、キャパシタ２及びバッテリ２１を同時に充電可能な電圧とする。
【００９６】
そして、続くＳＴＥＰ３１で、電圧制御手段３１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の作動を制御して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第２の入出力部３ｃ，３ｄ間の電圧Ｖx2が、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapよりも高く、且つキャパシタ２の上限端子間電圧Ｖcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖx2＜Ｖcap_lmt）とする。
【００９７】
また、電圧制御手段３１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の作動を制御して、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間の電圧Ｖy2が、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatよりも所定レベル高くなるようにする。
【００９８】
これにより、ＳＴＥＰ３２で、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給されるモータ５の回生電力によって、キャパシタ２が充電される。また、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給されるモータ５の回生電力によって、バッテリ２１が充電される。
【００９９】
ここで、図１０は上述したＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３２の処理により、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を、共にスイッチングによる変圧動作状態として、キャパシタ２及びバッテリ２１を充電する場合のキャパシタ２の端子間電圧Ｖcap（＝燃料電池１の端子間電圧Ｖfc）と、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第１の入出力部２０ｃ，２０ｄ間の電圧Ｖy1と、ＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduの推移を示したものである。
【０１００】
図１０の上段は、縦軸を電圧（Ｖ）に設定して横軸を時間（ｔ）に設定したものである。また、図１０の下段は、縦軸の上側を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０におけるスイッチング損失に設定し、縦軸の下側をキャパシタ２及びバッテリ２１に充電される回生電力に設定し、横軸を時間（ｔ）に設定したものである。
【０１０１】
図１０のｔ30は、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３により昇圧してＰＤＵ４に供給すると共に、バッテリ２１から直結状態とされた第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してＰＤＵ４に供給することにより、モータ５を力行運転させた状態から、バッテリ２１によるアシストが減少し始める時点を示している。
【０１０２】
電圧制御手段３１は、ｔ31で第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０をオフ状態（第１の入出力部２０ａ，２０ｂと第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間を遮断した状態）とし、ｔ31からｔ32に向かって、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1を次第に減少させて、ｔ32で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態としている。
【０１０３】
これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ30が、ｔ31からｔ32にかけて次第に減少し、ｔ32で第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３におけるスイッチング損失Ａ30がゼロになっている。
【０１０４】
そして、燃料電池１の出力電流の低下に伴なって、ｔ32からｔ33にかけて第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1（＝Ｖfc，Ｖcap）が次第に上昇する。電圧制御手段３１は、ｔ33からｔ34にかけてＰＤＵ４の第２の入出力部４ｄ，４ｅ間の電圧Ｖpduを上昇させ、これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第１の入出力部３ａ，３ｂ間の電圧Ｖx1と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第１の入出力部２０ａ，２０ｂ間の電圧Ｖy1が、Ｖpduに向かって上昇している。
【０１０５】
そし、電圧制御手段３１は、ｔ34以降は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第２の入出力部３ｃ，３ｄ間の電圧Ｖx2を、キャパシタ２の端子間電圧Ｖcapよりも高く且つキャパシタ２の上限端子間電圧Ｖcap_lmtよりも低い範囲（Ｖcap＜Ｖx2＜Ｖcap_lmt）に制御する。また、電圧制御手段３１は、ｔ34以降は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第２の入出力部２０ｃ，２０ｄ間の電圧を、バッテリ２１の端子間電圧Ｖbatよりも所定レベル高い電圧に制御する。
【０１０６】
これにより、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給されるモータ５の回生電力（Ｂ30の一部）によって、キャパシタ２が充電される。また、ＰＤＵ４から変圧動作状態の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給されるモータ５の回生電力（Ｂ30の一部）によって、バッテリ２１が充電される。この場合は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３においてスイッチング損失Ａ31が生じると共に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０においてスイッチング損失Ａ32が生じる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では本発明の二次電池としてリチウムイオン電池を示し、また、本発明のキャパシタとして電気二重層キャパシタを示したが、本発明の二次電池及びキャパシタの仕様はこれらに限定されず、他の仕様の二次電池及びキャパシタを用いてもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態では、ＰＤＵ４とキャパシタ２間の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を直結状態として、ＰＤＵ４とバッテリ２１間の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を変圧動作させる制御態様と、ＰＤＵ４とバッテリ２１間の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を直結状態として、ＰＤＵ４とキャパシタ２間の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３を変圧動作させる制御態様との双方を行う構成を示したが、いずれか一方の制御態様のみを行う場合であっても本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本実施の形態における車両用電源装置の全体構成図。
【図２】図１に示した車両用電源装置における出力制御の実行手順を示したフローチャート。
【図３】出力制御の実行時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図。
【図４】図１に示した車両用電源装置における出力制御の実行手順を示したフローチャート。
【図５】出力制御の実行時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図。
【図６】図１に示した車両用電源装置における回生制御の実行手順を示したフローチャート。
【図７】図１に示した車両用電源装置における回生制御の実行手順を示したフローチャート。
【図８】回生制御の実行時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図。
【図９】回生制御の実行時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図。
【図１０】回生制御の実行時におけるＤＣ／ＤＣコンバータの作動態様を示した説明図。
【図１１】従来の車両用電源装置の構成図。
【図１２】想定した車両用電源装置の構成図。
【符号の説明】
【０１１０】
１…燃料電池、２…キャパシタ、３…第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、４…ＰＤＵ（インバータ）、５…モータ、２０…第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、２１…リチウムイオンバッテリ（二次電池）、２２…燃料電池補機、３０…コントローラ、３１…電圧制御手段、３３…メモリ
【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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