JP4457319B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特にハイブリッド型の燃料電池システムにおいて電圧変換装置（高圧コンバータ）を通過する電力を検出する電力検出手段の異常判定結果に応じて適切に電圧変換装置の制御を行うことを可能にした燃料電池システムに関する。

電気自動車等に搭載される燃料電池システムでは、燃料電池の発電能力を超える急な負荷量の変化に対応するため、負荷駆動回路とバッテリとを備え、電圧変換装置を介してバッテリの出力電圧を昇圧または降圧してから燃料電池の出力端子に接続するとともにバッテリの出力を負荷装置に供給できるようにしている構成、いわゆるハイブリッド型の燃料電池システムが開発されている。

このようなハイブリッド型の燃料電池システムでは、特に、電圧変換装置を主体として、電圧値、電流値、または電力量を計測するための各種センサが設けられており、システムの制御にそれらの計測値が使用されているが、センサの計測値に異常値が含まれている場合には、システムの制御に支障を来たし、場合によっては望ましくない運転状態に陥る可能性がある。

そこで、例えば特開２００４―３６４４０４号公報には、電圧変換装置の入力側電圧センサ、出力側電圧センサ、バッテリ電圧センサの各検出電圧値間の偏差を演算し、それらを相互に比較して検証することでセンサ異常の検出と異常なセンサの特定とを行う提案が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４―３６４４０４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、センサ異常を検出したり異常な電圧センサを特定したりすることは出来ていたが、その判定結果に基づいて電圧変換装置に対してどのような対処をすべきか迄は検討されていなかった。電圧変換装置に対しては各種補正が行われる場合があるが、このような補正に対してセンサの異常判定の結果をどのように反映させるべきかについては開示されていないのである。

そこで本発明は、電圧変換装置を通過する電力を検出する電力検出手段の異常判定結果に応じて適切に電圧変換装置の制御を実施することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、電圧変換装置を備える燃料電池システムにおいて、前記電圧変換装置を通過する電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定された場合には前記電圧変換装置の制御に用いるパラメータの補正を禁止する補正禁止手段と、を備え、前記補正禁止手段は、前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置のリアクトル電流の方向によって変化するデットタイムを補正するデットタイム補正を禁止する。前記電力検出手段は、複数備えられており、前記複数の電力検出手段の各々により検出された電力を相互に比較して、前記いずれかの電力検出手段に異常が生じているか否かを判定する。そして前記複数の電力検出手段により検出される電力は、前記電圧変換装置の一次側に設けられた電力検出センサにより検出される一次側通過電力、前記電圧変換装置の二次側に設けられた電力検出センサにより検出される二次側通過電力、および前記電圧変換装置のリアクトルに直列接続された電流検出センサにより検出されるリアクトル電流に基づき推定されるリアクトル通過電力である。

このように構成することにより、電力検出手段に異常が生じていると判定された場合のパラメータ補正が禁止されるので、システム（特に電圧変換装置）を制御する制御パラメータの信頼性を高めることが可能となる。また、このように構成することにより、電力検出手段に異常が生じている場合に誤差を含みうるリアクトル電流に基づく誤ったデットタイム補正が禁止されるので、デットタイム補正動作の信頼性を向上させることができる。
特に上記構成によれば、複数の電力検出手段による電力検出結果が互いに照合されるので、異常が生じている電力検出手段を高い信頼性の下に割り出すことが可能となる。また、技術的に簡単な方法で、かつコスト負担の少ない方法で、複数の電力検出手段を設けることができる。
なお、本発明において「電力検出手段」とは、電力のみならず電流を検出する手段または機能を含む広い概念であり、「電力検出手段」の「異常」とは、検出される電流が異常値となるような場合を含む。

ここで、上記補正禁止手段は、前記リアクトル電流が特定の極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、所定のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止することは好ましい。

具体的に、上記補正禁止手段は、前記リアクトル電流が正極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、正極性のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止するよう制御することが可能である。
また、前記補正禁止手段は、前記リアクトル電流が負極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、負極性のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止するよう制御することが可能である。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記電圧変換装置は複数相運転が可能に構成されており、前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置の相間電流値の補正を禁止することは好ましい。

このように構成することにより、電力検出手段に異常が生じている場合には相間電流値の補正が禁止されるので、相間電流値の補正に対する信頼性を向上させることができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記電圧変換装置は複数相運転が可能に構成されており、前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置の駆動相数切替を禁止することは好ましい。

このように構成することにより、電力検出手段に異常が生じている場合は電圧変換装置の駆動相を切り替える制御が禁止されるので、電力変換装置を通過する電力の精度を保つことができ、より安定した複数相運転を継続させることができる。

また、前記燃料電池システムは、前記複数の電力検出手段の各々により検出された電力を相互に比較して、前記いずれかの電力検出手段に誤差が生じていると判定された電力検出手段により検出された電力に対しては該誤差の補正を行うことは好ましい。

このように構成することにより、誤差が生じていると判定された電力検出手段に対しては誤差の補正がされるので、電力検出手段の誤差が補正可能な範囲である限り、その検出手段を利用してパラメータの補正ができるため、全体として堅牢なフェールセーフ機能を有する燃料電池システムを実現することができる。

本発明によれば、複数の電力検出手段による電力検出結果が互いに照合されるので、異常が生じている電力検出手段を高い信頼性の下に割り出すことが可能となる。また、技術的に簡単な方法で、かつコスト負担の少ない方法で、複数の電力検出手段を設けることができる。

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施形態は、電気自動車等の移動体に搭載するハイブリッド燃料電池システムに本発明を適用したものである。

（システム構成）
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムのシステム全体図である。
本実施形態に係るハイブリッド型燃料電池システム（ハイブリッド燃料電池システム１）は、本発明の電圧変換装置に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２０、蓄電装置に相当する高圧バッテリ２１、燃料電池２２、逆流防止用ダイオード２３、インバータ２４、トラクションモータ２５、ディファレンシャル２６、シャフト２７、車輪２９、電源制御部１０を備えている。

高圧バッテリ２１は、充放電自在なニッケル−水素電池等のバッテリーユニットを複数積層し直列接続することによって所定の電圧を出力するようになっている。高圧バッテリ２１の出力端子には電源制御部１０と通信可能なバッテリコンピュータ１４が設けられており、高圧バッテリ２１の充電状態を過充電や過放電に至らない適正な値に維持するとともに、万が一高圧バッテリに異常が生じた場合に安全を保つように動作するようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、一次側（入力側：バッテリ２１側）に入力された電力を、一次側と異なる電圧値に変換（昇圧または降圧）して二次側（出力側：燃料電池２２側）出力し、また逆に、二次側に入力された電力を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力する双方向の電圧変換装置である。当該実施形態では、高圧バッテリ２１の直流出力電圧（例えば約２００Ｖ）をさらに高い直流電圧（例えば約５００Ｖ）に昇圧することによって、トラクションモータ２５を小電流・高電圧で駆動することを可能とし、電力供給による電力損失を抑制し、トラクションモータ２５の高出力化を可能としている。当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、三相運転方式を取っており、具体的な回路方式としては三相ブリッジ形コンバータとしての回路構成を備えている。当該三相ブリッジ形コンバータの回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ類似の回路部分とその交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する部分とが組み合わされている。図１に示すように、当該コンバータは一次側入力端子間及び二次側出力端子間のそれぞれに、スイッチング素子Ｔｒ及び整流器Ｄの並列接続構造を二段重ねしたものを三相（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）並列接続して構成されている。そして一次側と二次側とのそれぞれの二段重ね構造の中間点同士をリアクトルＬで連結した構造をしている。スイッチング素子Ｔｒとしては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を利用可能であり、整流器Ｄとしてはダイオードを利用可能である。当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は相間の位相差が１２０度（２π／３）ごとになるように調整されたタイミングでスイッチングされるようになっている。
なお、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のリアクトルＬは、電流センサ１９を直列に接続している。

ここで、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０においていずれの相を稼働させるかについては、電源制御部１０からの相切換制御信号Ｃphに基づいて任意に変更可能に構成されている。本実施形態では、実測された負荷または負荷予測に基づき、三相運転と単相運転とを切り換えるようになっている。

また当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０では、三相ブリッジ形回路構成で直流電流を一旦交流電流に変換するが、その交流電流のデューティー比を、電源制御部１０からのデューティー比制御信号Ｃｄに対応させてこの交流電流のデューティー比を変化させることが可能になっている。この交流電流のデューティー比は、当該コンバータを通過する電力の実効値を変化させることになるため、コンバータの出力電力や出力電圧を変化させることになる。デューティー比の変更によって瞬時の出力調整が可能になっているのである。このようなデューティー比の一時的な変更は、特に当該コンバータが恒常的に行う制御動作の過渡期において有効である。

なお、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力電流は電流センサ１５により、また入力電圧Ｖｉは電圧センサ１６により実測可能になっている。また、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電流は電流センサ１７により、出力電圧Ｖｏは電圧センサ１８により実測可能になっている。さらに各相のリアクトルＬには、リアクトルを流れる電流を検出可能に構成された電流センサ１９（１９−１、１９−２、１９−３）が設けられている。

また、このＤＣ−ＤＣコンバータ２０は軽負荷運転時やブレーキ動作時には、トラクションモータ２５を逆にジェネレータとして発電を行い、コンバータの二次側から一次側へ直流電圧を変換して、高圧バッテリ２１に充電を行う回生動作が可能なようになっている。

燃料電池スタック２２は、複数の単位セルをスタックし、直列接続して構成されている。単位セルは、高分子電解質膜等を燃料極及び空気極の二つの電極で狭み込んだＭＥＡという構造物を燃料ガスと酸化ガスとを供給するためのセパレータで挟み込んだ構造をしている。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。

燃料電池スタック２２には、図示しない、燃料ガスを供給する系統、酸化ガスを提供する系統、及び冷却液を提供する系統が設けられており、電源制御部１０からの制御信号Ｃｆｃに応じて、燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量を制御することにより、任意の発電量で発電可能になっている。

インバータ２４は、走行モータ用インバータであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０によって昇圧された高圧直流を互いの位相差が１２０度の三相交流に変換するようになっている。当該インバータ２４は、コンバータ２０と同様に電源制御部１０からのインバータ制御信号Ｃｉによって電流制御がされるようになっている。

トラクションモータ２５は、本電気自動車の主動力となるものであり、減速時には回生電力を発生するようにもなっている。ディファレンシャル２６は減速装置であり、トラクションモータ２５の高速回転を所定の回転数に減速し、タイヤ２９が設けられたシャフト２７を回転させる。シャフト２７には車輪速センサ２８が設けてあり、車輪速パルスＳｒを電源制御部１０に出力可能になっている。

電源制御部１０は、電源制御用のコンピュータシステムであり、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３等を備えている。当該電源制御部１０は、アクセル位置信号Ｓａやシフト位置信号Ｓｓ、車輪速センサ２８からの車輪速信号Ｓｒその他の各種センサからの信号を入力して、運転状態に応じた燃料電池スタック２２の発電量及びトラクションモータ２５におけるトルクを求めて、燃料電池スタック２２、トラクションモータ２５、及び高圧バッテリ２１の電力収支を計算し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０やインバータ２４における損失を加算した電源の全体制御を行うようにプログラムされている。また、電力制御部１０は、電流センサ１５の検出する入力電流および電圧センサ１６の検出する入力電圧によりＤＣ−ＤＣコンバータ２０の一次側に流通する電力を認識し、電流センサ１７の検出する出力電流および電圧センサ１８の検出する出力電圧によりＤＣ−ＤＣコンバータ２０の二次側に流通する電力を認識することが可能になっている。さらに電力制御部１０は、電流センサ１９の検出する通過電流によりＤＣ−ＤＣコンバータ２０の各相別の通過電流を認識することが可能になっている。

図２は、理解を簡単にするため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の１相分の回路を抜き出した負荷駆動回路の構成図である。
図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０（１相分）は、スイッチング素子Ｔｒ１〜４、ダイオードＤ１〜４、およびリアクトルＬを有し、燃料電池２２の出力側（二次側）では、スイッチング素子Ｔｒ１とダイオードＤ１の並列接続回路と、スイッチング素子Ｔｒ２とダイオードＤ２との並列接続回路とが直列接続（２段重ね）された構成となっている。また、高圧バッテリ２１の出力側（一次側）では、スイッチング素子Ｔｒ３とダイオードＤ３の並列接続回路と、スイッチング素子Ｔｒ４とダイオードＤ４との並列接続回路とが直列接続（２段重ね）された構成となっている。

このＤＣ−ＤＣコンバータ２０の回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ機能を有する回路部分と、得られた交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する回路部分とが組み合わされたものである。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０において、前記直列接続の接点は燃料電池２１の出力側に１箇所、バッテリ２１の出力側に１箇所存在し、この２箇所の接点はリアクトルＬを介して電気的に接続されており、この電流センサ１９によって、リアクトルＬを通過する電流を計測することが可能になっている。

本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０の入力側に高圧補機用インバータ８４（図１には図示せず）が接続されており、出力側には走行モータ用トラクションモータ２５のためのインバータ２４が接続されている。

図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を主体とする回路の主要経路における電流、電圧、および電力の流れを説明するための回路ブロック図である。
図３に示すのは電力の流れの一例であり、トラクションモータ２５に対し、バッテリ２１と燃料電池２２とから電力が供給される場合を示している。図３に示すように、高圧バッテリ２１からの出力電力が、インバータ８４への駆動電力とＤＣ−ＤＣコンバータ２０への入力電力へ分岐し、インバータ８４からは高圧補機８５へ駆動電力（補機損失）が供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電力Ｐｉは走行モータ用インバータ２４経由でトランクションモータ２５に出力される。

間欠運転モードなど、燃料電池２２が発電動作を中止する期間中は、バッテリ２１からの電力のみがＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して走行モータ用インバータ２４に供給される。

一方、燃料電池２２の発電余力がある場合には、燃料電池の出力電力が走行モータ用インバータ２４に供給されるとともに、図３の白抜き矢印とは逆の方向にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の二次側から一次側に電力が供給され、高圧補機用インバータ８４への高圧補機損失を除いた電力がバッテリ２１に充電されるようになっている。

また制動動作中にはトラクションモータ２５で生成された回生電力が、インバータ２４経由で、上記と同様にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の二次側から一次側へ供給され、高圧補機用インバータ８４への高圧補機損失を除いた電力がバッテリ２１に充電されるようになっている。

さてＤＣ−ＤＣコンバータ２０には内部損失が生じるものの、実質的にＤＣ−ＤＣコンバータ２０への入力電力Ｐｉ、通過電力Ｐｔ、出力電圧Ｐｏは互いに等しいはずである。これらの電力のいずれかに誤差が生じていれば、その電力を検出したセンサに不具合が生じていることが推定され、そのセンサで検出される電力値に対して補正をすることが求められる。

さらに検出された電力のいずれかが許容できる範囲を超える値を示していれば、その電力を検出したセンサは異常な状態であると推定できるので、それに対応した措置をする必要がある。
以下、本実施形態における電力検出手段の誤差検出および異常検出の動作を説明する。

（動作）
図３を参照しながら、本実施形態に係る燃料電池システム１の特徴的な動作を説明する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力電力Ｐｉは、電流センサ１５の検出するバッテリ電流Ｉｂおよび電圧センサ１６の検出するバッテリ電圧Ｖｂにより検出されるバッテリ出力電力Ｐｂから高圧補機用インバータ８４への高圧補機損失Ｌｉを除いた電力として推定可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電力Ｐｏは、走行モータ負荷電力Ｌｏから電流センサ１７の検出する燃料電池電圧Ｉｆｃおよび電圧センサ１８の検出する燃料電池電圧Ｖｆｃにより検出される燃料電池出力電力Ｐｆｃを除いた電力として推定可能である。また通過電力Ｐｔは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力電圧、電流センサ１９の検出する通過電流Ｉｔ、リアクトル、制御同期インダクタロス等に基づいて、特定の演算式によって演算することにより、または、特定の関係テーブル（二次元マップテーブル）を参照することにより推定することが可能である。それぞれの電力計測値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を制御するためのロジック機能（電源制御部１０における機能であり、より具体的には相切替、デットタイム補正、および相間電流補正の各ロジック機能）で使用される。

これらのセンサによる電力計測値に誤差が発生し、所定の誤差範囲を定めるしきい値の範囲内であれば計測値の補正を行うことなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の制御が行われる。また、しきい値の範囲を超えた場合は、異常判定（Diagnosis：診断）がされたものとして、異常判定時の処理（システム動作停止等）がなされる。しかしながら、当該しきい値を超えない程度の誤差であっても、前記の各ロジック機能で使用された場合にＤＣ−ＤＣコンバータ２０を誤動作させるような影響を与えてしまうことがある。そこで、本実施形態に係る燃料電池システム１では、当該異常判定のしきい値を超えない誤差であっても、前記各ロジックで使用された場合にＤＣ−ＤＣコンバータ２０を誤動作させるような影響を与えてしまうようなセンサの異常を検出した場合は、電源制御部１０は、フェールセーフ機能として、パラメータの補正を禁止する。すなわち、各ロジック機能で算出される演算値に対する補正禁止等の処置を実施する。

次に、図４のフローチャートを参照しながら、前記第１、第２、第３の電力検出手段のうち複数を組み合わせた異常検出処理について説明する。
まず、ステップＳ１００に示すように、第１、第２、第３の電力検出手段のそれぞれにおいて電力計測値を算出する。
第１の電力検出手段では、コンバータ入力電力Ｐｉ、すなわちコンバータ通過有効パワー（電力）を推定する。コンバータ入力電力Ｐｉは、バッテリ出力電力Ｐｂから高圧補機用インバータ８４の高圧補機損失Ｌｉを除いた電力であり、バッテリ出力電力Ｐｂは、電流センサ１５の検出するバッテリ電流Ｉｂおよび電圧センサ１６の検出するバッテリ電圧Ｖｂから求められる。よって、コンバータ入力電力Ｐｉ（＝コンバータ通過有効パワー推定値）の推定値は、（バッテリ電圧Ｖｉ×バッテリ電流値Ｉｂ−高圧補機損失Ｌｉ）にコンバータ効率を乗じた値（（バッテリ電圧Ｖｂ×バッテリ電流Ｉｂ−高圧補機損失Ｌｉ）×コンバータ効率）として求められる。

第２の電力検出手段では、コンバータ内を通過するパワー（すなわち、コンバータ通過電力Ｐｔ）を推定する。コンバータ通過電力Ｐｔは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力電圧、電流センサ１９の検出する通過電流Ｉｔ、リアクトル、制御同期インダクタロス等に基づいて、特定の演算式によって演算することにより、または、特定の関係テーブル（二次元マップテーブル）を参照することにより推定することができる。

第３の電力検出手段では、コンバータから出力されるパワー（すなわち、コンバータ出力電力Ｐｏ）を推定する。コンバータ出力電力Ｐｏは、コンバータ出力電力Ｐｏ＝走行モータ負荷電力Ｌｏ−燃料電池電圧Ｖｏ×燃料電池電流Ｉｏ、として求めることができる。

上記第１、第２、第３の電力検出手段のいずれかを単独で使用する場合は、電源制御部１０は、検出された電力計測値に対する誤差の大きさを、電力計測値の異常範囲を示す所定の異常判定しきい値（誤差判定に使用する誤差判定しきい値とは別のもの）と比較して、電力検出手段に異常が生じているか否かを判定する。そして、異常が生じていると判定された場合にはコンバータの制御に用いるパラメータの補正を禁止する。例えば、電力検出手段に異常が生じていると判定した場合には、コンバータのリアクトル電流の方向の変化によって変化するデットタイムを補正するデットタイム補正を禁止する。また、コンバータが複数相運転が可能に構成されている場合、電力検出手段に異常が生じていると判定した場合には、コンバータの相間電流値の補正を禁止する。さらに、この場合、コンバータの駆動相切替を禁止することも可能である。

次にステップＳ１０１に移行し、算出された第１、第２、第３の電力検出手段の電力計測値のうち複数を組み合わせた、異常検出処理により、誤動作をしている電力検出手段を特定する。

第１の異常検出処理として、電源制御部１０は、第１の電力検出手段により検出されたバッテリ側のコンバータ入力電力Ｐｉ（すなわち、前述のコンバータ通過有効パワー）と、第３の電力検出手段により検出されたコンバータ出力電力Ｐｏとを比較する。これにより、誤作動しているセンサの候補を推定する。

第２の異常検出処理として、電源制御部１０は、第２の電力検出手段により検出されたリアクトル電流Ｉｔから算出されるコンバータ流通電力Ｐｔと、第３の電力検出手段により検出されたコンバータ出力電力Ｐｏとを比較する。これにより、誤作動しているセンサの候補を推定する。

第３の異常検出処理として、電源制御部１０は、第２の電力検出手段により検出されたリアクトル電流から算出されるコンバータ通電パワーと、第１の電力検出手段により検出されたバッテリ側のコンバータ通電パワーとを比較する。これにより、誤作動しているセンサの候補を推定する。

最後に、電源制御部１０は、上記の第１、第２、および第３の異常検出処理のうちいずれか２つを組み合わせた結果、または上記の第１、第２、および第３の異常検出処理の総てを組み合わせた結果から、誤作動しているセンサを特定する。より具体的には、電源制御部１０は、上記の第１、第２、第３の異常検出処理のうち、いずれか２つ以上を適用する場合は、複数の電力検出手段の各々により検出された電力を相互に比較して、前記いずれかの電力検出手段に異常が生じているか否かを判定する。

その結果、いずれかの電力検出手段（センサ）に異常が生じていると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に移行し、電源制御部１０は、異常検出後の処理を実施する。例えば、その電力検出手段の使用を禁止したり異常を告知したりするフェールセーフ動作をとる。

一方、いずれの電力検出手段にも異常が生じているとは判定されないと判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ１０４に移行し、さらに電源制御部１０は、電力計測値間の偏差を所定の誤差判定しきい値と比較する。そして誤差判定しきい値以上の誤差が生じていると判定されていた場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０５に移行し、電源制御部１０は誤差が生じていると推測された電力検出手段により検出された電力に対して誤差補正処理を行う。また、電力計測値間の偏差が誤差判定しきい値より小さい場合（ＮＯ）には、電力検出手段の計測値は正常なものであるとして処理を終了する。

以上により、各電力検出手段により計測された電力値が異常値であれば所定の異常処理が可能であるが、異常であるとまでは検出されなくても、コンバータにおいて実施される各種ロジック機能における所定のパラメータ補正を実施するには適さない場合がある。そこでステップＳ１０６において、電源制御部１０は検出された電力計測値に基づいて演算される各種パラメータが所定のしきい値以内にあるか否かを判定する。そして、各種パラメータが当該しきい値を超えると判断された場合には（ＹＥＳ），ステップＳ１０７に移行し、電源制御部１０はこのパラメータを利用した補正をそれ以降禁止させる措置を採る。一方、各種パラメータが当該しきい値以内に収まっている場合には（ＮＯ）、問題なしとして、そのまま処理を終了する。

以上、複数の電力検出手段により計測された電力値を相互に比較することにより、誤差を生じている電力検出手段（センサ）を特定し、電力値が異常な値を示す場合には所定の異常処理を実行し、異常な値ではないが誤差のしきい値を超える場合には誤差補正をすることができる。また、電力検出手段により計測された電力値そのものが異常とは判定されなくても、所定のパラメータ補正には不適な状態である場合には、パラメータ補正が禁止される。よって、電力検出手段の誤差に影響されたコンバータの制御機能の誤動作を防止することができる。

次に、パラメータ補正の禁止処理に係る具体的な実施例を説明する。
ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の制御（ロジック）機能として、「コンバータ駆動相切替」、「相間電流補正」、および「デットタイム補正」を例示する。本実施例では、電力検出手段の誤差の程度に応じてこれら制御機能におけるパラメータ補正が禁止される。

「コンバータ駆動相切替」は、通過電力量に応じてコンバータ変換効率等の観点から、複数相を切り替えるための制御である。この駆動相切替には、例えば複数相運転から単相運転に切り替える場合が含まれる。単相運転ではコンバータの通過電流が総て一つの相回路（図２参照）を通過するため、単相駆動時の運転余裕であるマージンが相対的に小さく通過する電流値に誤差を生じた場合に素子を破壊させる等の不都合な状態を素子に与える恐れがある。単相運転をする場合には正確に計測された電力に基づいて制御されることが望ましく、誤差を含んだ電力に基づく運転により過剰な電力が通過することを避けなければならない。そのため、本実施例では、補機損失誤差補正値、コンバータの相間電流の偏差、コンバータ通過パワー推定値の偏差が許容値以内であるか否かに応じて、センサにおける誤差の多少を判定し、相切替制御の適否を判断する。相切替処理の適否判定に使用する計測値は、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ、高圧補機損失（実測値）Ｌｉ、燃料電池出力電圧Ｖｆｃ、燃料電池出力電流Ｉｆｃ、およびインバータ２４の電流Ｉｏである。

「相間電流補正」は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の各相間の電流偏差を生じている場合にその偏差を解消するためにコンバータ各相のデューティー比の補正量を求める補正処理である。相間電流補正の適否判定に使用する計測値は、Ｕ相−Ｖ相間の相間電流ＩＡ、Ｖ相−Ｗ相間の相間電流ＩＢ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｖｉ、高圧補機損失（実測値）Ｌｉ、燃料電池出力電圧Ｖｆｃ、燃料電池出力電流Ｉｆｃ、およびインバータ２４の電流Ｉｏである。

「デットタイム補正」は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を通過する電流の向きの変化によって変化するデットタイムを補正する処理である。
ここで「デットタイム」とは、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ２０のように、スイッチング素子がブリッジ構成になっている場合に、ブリッジを構成する二段重ねのスイッチング素子の双方が同時にオン状態となる期間である。例えば、図２では、スイッチング素子Ｔｒ１およびＴｒ２やＴｒ３およびＴｒ４が共にオンになることである。
具体的に「デットタイム補正」とは、コンバータのリアクトル電流の方向に応じてデットタイム生成に関与するスイッチング素子が変わることから、関与するスイッチング素子に応じてデューティー比制御（ＰＩＤフィードバック制御）の定常値に対応する積分項を変更する補正のことをいう。デットタイム補正の適否判定に使用する計測値は、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｖｉ、高圧補機損失（実測）Ｌｉ、燃料電池出力電圧Ｖｆｃ、燃料電池出力電流Ｉｆｃおよびインバータ２４の電流Ｉｏである。

図５および図６は、本実施例の処理概要を説明するフローチャート図である。
まず図５のステップＳ１において、電源制御部１０は、第１、第２、および第３の電力検出手段で電力計測値を推定する。電力計測値の推定の具体的方法は、上記したとおりである。すなわち、第１、第２、および第３の電力検出手段によってそれぞれ電力計測値を演算する。

次いで、ステップＳ２に移行し、電源制御部１０は、補正電力量を、異常範囲を示す所定の異常判定しきい値と比較する。その結果、補正電力量が異常判定しきい値を超えると判断された場合には（ＮＯ）、電力制御部１０は、ステップＳ３に移行し、センサ異常が発生した場合の異常処理を実行する。一方、補正電力量が異常判定しきい値以内であると判定された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４において、電源制御部１０は、電力計測値のうちいずれか２つを組み合わせて照合し、また上記第１、第２、および第３の異常検出処理の総てを組み合わせて照合した結果から、誤作動している電力検出手段を特定する。そして誤動作を生じていると判定された電力検出手段の電力計測値の正常値からの偏差が所定の誤差判定しきい値以上であるか否かを判定する。その結果、誤差判定しきい値を超えると判定された場合には（ＮＯ）、ステップＳ５に移行し、電源制御部１０はその誤差を含む電力計測値を補正する。例えば、他の電力検出手段の電力計測値が正しいという前提で、この正しい電力計測値に対する係数値を決定し、その係数を以降、その電力検出手段の電力計測値に乗ずるように処理する。一方、上記偏差が誤差判定しきい値以内であると判定された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６において、電源制御部１０は補機損失誤差補正値を演算する。補機損失誤差補正値の演算のために、まずコンバータ通過パワー推定値Ｐｉを求める。ここで、記号にｆｌｔが付された値は「フィルタ値」であることを意味する。「フィルタ値」とはノイズ成分の混入する可能性のある測定値に対して、高域成分を除去する低域濾過または特定の帯域成分のみを通過させる帯域濾過処理を行った値のことである。コンバータ通過パワー推定値Ｐｉは、バッテリ電圧Ｖｂのフィルタ値Ｖｂｆｌｔ、バッテリ電流Ｉｂのフィルタ値Ｉｂｆｌｔ、高圧補機損失（実測値）Ｌｉ、コンバータ効率ηにより、
Ｐｉｆｌｔ＝（Ｖｂｆｌｔ×Ｉｂｆｌｔ−Ｌｉ）×η、
によって求められる。

補機損失誤差補正値Ｌｄは、このコンバータ通過パワー推定値Ｐｉのフィルタ値Ｐｉｆｌｔ、インバータ電流（実測値）Ｉｏ、燃料電池出力電流（実測値）Ｉｆｃ、燃料電池出力電圧Ｖｆｃのフィルタ値Ｖｆｃｆｌｔにより、
Ｌｄ＝Ｐｉｆｌｔ−（（Ｉｏ−Ｉｆｃ）×Ｖｆｃｆｌｔ）ｆｌｔ、
によって求められる。

ステップＳ７において、電源制御部１０は演算で求められた補機損失誤差補正値Ｌｄを補機損失誤差補正値の異常判定しきい値Ｖｔｈ１と比較する。すなわち、
補機損失誤差補正値Ｌｄ≧異常判定しきい値上限値Ｖｔｈ１Ｈ、または、
補機損失誤差補正値Ｌｄ≦異常判定しきい値下限値Ｖｔｈ１Ｌ、
を満たすか否かが判定される。その結果、補機損失誤差補正値Ｌｄが異常判定しきい値の範囲を超えると判断された場合には（ＮＯ）、燃料電池出力電圧・出力電流および／またはインバータ電流を検出するセンサに誤差を生じている可能性が高い。よって、ステップＳ８において、電力制御部１０は、補機損失誤差補正値異常フラグｆ１をオンに設定する。一方、補機損失誤差補正値Ｌｄが異常判定しきい値の範囲内であると判定された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９において、コンバータの単相駆動時において、電源制御部１０は単相駆動時のコンバータ電流に対応する各相の電流センサにおいて検出された各相間の電流偏差を演算する。単相駆動時でない場合はこの処理をスキップする。各相間の電流偏差は、Ｕ相−Ｖ相間の相間電流ＩＡおよびＶ相−Ｗ相間の相間電流ＩＢに基づいて相間電流ＩＡと相間電流ＩＢとの和の絶対値（＝｜ＩＡ＋ＩＢ｜）として演算される。電源制御部１０はステップＳ１０に移行し、この各相間の電流偏差を異常判定しきい値Ｖｔｈ２と比較する。すなわち、
相間電流偏差｜ＩＡ＋ＩＢ｜≧相間電流偏差しきい値上限値Ｖｔｈ２Ｈ、または、
相間電流偏差｜ＩＡ＋ＩＢ｜≦相間電流偏差しきい値下限値Ｖｔｈ２Ｌ、
を満たすか否かが判定される。その結果、各相間の電流偏差が異常判定しきい値の範囲を超えると判断された場合には（ＮＯ）、コンバータ内のＡ相またはＢ相の電流を計測するセンサに誤差を生じている可能性が高い。よって、ステップＳ１１において、電力制御部１０は、各相間の電流偏差異常フラグｆ２をオン状態にする。一方、各相間の電流偏差が当該異常判定しきい値の範囲内である場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、電源制御部１０は、コンバータ通過パワー推定値偏差ΔＰを演算する。コンバータ通過パワー推定値偏差ΔＰは、コンバータ電流センサ誤差が発生していない場合の、上記ステップＳ６で求めたコンバータ通過パワーＰｉと、単相駆動時のコンバータ入力パワーＰ１との差分である。単相駆動時コンバータ入力パワーＰ１は、コンバータ相間電流ＩＡおよびＩＢの最大値、デューティー比目標値Ｄｕｔｙ、バッテリ電圧（実測値）Ｖｂにより、
Ｐ１＝ＩＡおよびＩＢの最大値×Ｄｕｔｙ×Ｖｂ、
として求められる。電源制御部１０はステップＳ１３に移行し、このコンバータ通過パワー推定値偏差ΔＰ（＝｜Ｐｉ−Ｐ１｜）をコンバータ通過パワー推定値偏差の異常判定しきい値Ｖｔｈ３と比較する。すなわち、
｜Ｐｉ−Ｐ１｜≧コンバータ通過パワー推定値偏差しきい値Ｖｔｈ３について所定の条件が満たされるか否かが判定される。この所定の条件とは、例えば、コンバータ通過パワー推定値偏差がしきい値以上である状態が一定時間継続したとか一定回数検出されたとかいう場合である。このような条件は他のしきい値判定にも当てはまる。その結果、コンバータ通過パワー推定値偏差ΔＰが異常判定しきい値を所定時間超えると判断された場合には（ＮＯ）、バッテリ電圧、バッテリ電流、高圧補機損失を計測するセンサに誤差を生じている可能性が高い。よって、ステップＳ１４において、電力制御部１０は、コンバータ通過パワー推定値偏差異常フラグｆ３をオン状態にする。一方、コンバータ通過パワー推定値偏差ΔＰが当該異常判定しきい値の範囲内であるか所定時間以上は超えない場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に移行する。

上記の異常判定において、補機損失誤差補正値誤差演算異常、各相間電流偏差異常、またはコンバータ通過パワー推定値偏差異常が生じている場合は、コンバータの入力パワー異常が生じており、この状態では単相駆動をすると、誤差により不都合を生じる可能性がある。そこで、ステップＳ１５において、電源制御部１０は、補機損失誤差補正異常フラグｆ１、相間電流偏差異常フラグｆ２、またはコンバータ通過パワー推定値偏差異常フラグｆ３のいずれかひとつでもオン状態となっているか否かを判定する。その結果、一つでもオン状態となっている異常フラグがあれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に移行し、電源制御部１０は、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４をオン状態とするとともに、それ以降の単相駆動を禁止する。一方、一つの異常フラグもオン状態なっていなければ、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４をオフ状態にリセットし、ステップＳ２０に移行する。

図６のステップＳ２０以降において、デットタイム補正の適否判断が行われる。すなわち、リアクトル電流Ｉｔの電流状態がプラス状態（一次側から二次側に流れる方向）またはマイナス状態（二次側から一次側に流れる方向）となって一定時間経過しており、デットタイム補正のための積分項が所定のデットタイム補正値に対して所定の積分項偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４の範囲以上の偏差を有している場合、デットタイム補正の安定値が変動しているものと判断されるので、デットタイム補正を禁止する。

ここで、リアクトル電流状態は、リアクトル電流の方向で表現される。その前提として、まずリアクトル電流平均値が求められる。リアクトル電流平均値＝コンバータ入力パワーＰｉ／（バッテリ電圧（実測値）Ｖｂ×デューティー比目標値Ｄｕｔｙ）、として求められる。リアクトル電流平均値をキーとして予め記憶されたインダクタンス二次元マッピングテーブルを検索することで、インダクタンスが求められる。リアクトル電流変化量は、このインダクタンスを利用して、リアクトル電流変化量＝バッテリ電圧（実測値）Ｖｂ×キャリア周期時間／インダクタンス、によって求められる。また、デットタイム補正のための積分項は、Σ（燃料電池出力電圧指令値のフィルタ値−燃料電池出力電圧（実測値）Ｖｆｃ）、として求められる。

具体的には、ステップＳ２０においてリアクトル電流状態が正（プラス）状態で一定時間維持されていると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２１に移行し、電源制御部１０は、積分項の値と、プラス側のデットタイム補正値（＋）と所定の積分偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４との和とを比較する。そして、
積分項≧デットタイム補正値（＋）＋積分項偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４、または、
積分項≦デットタイム補正値（＋）−積分項偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４
である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、電源制御部１０は積分項偏差異常フラグｆ５をオン状態にする。一方、この条件が満たされない場合（ＮＯ）には、積分項偏差異常フラグｆ５をオフ状態に保ったまま、ステップＳ２４に移行する。

またステップＳ２０においてリアクトル電流状態が負（マイナス）状態で一定時間維持されていると判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ２３に移行し、電源制御部１０は、積分項の値と、マイナス側のデットタイム補正値（−）と所定の積分偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４との和とを比較する。そして、
積分項≦デットタイム補正値（−）＋積分項偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４、または、
積分項≦デットタイム補正値（−）−積分項偏差異常判定しきい値Ｖｔｈ４
である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、電源制御部１０は積分項偏差異常フラグｆ５をオン状態にする。一方、この条件が満たされない場合（ＮＯ）には、積分項偏差異常フラグｆ５をオフ状態に保ったまま、ステップＳ２４に移行する。

さて、上記判定のうち、コンバータ入力パワーが異常である場合には、リアクトル電流状態を誤って推定する可能性があるので、デットタイム補正をすべきではない。また、リアクトル電流状態が安定して一定時間継続している間に積分項がデットタイム補正値に対してしきい値以上の偏差を一定時間継続している場合にも、デットタイム補正の安定値が変動している可能性があるので、デットタイム補正に適していない。

よって、ステップＳ２４において、電源制御部１０は、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４または積分項偏差異常フラグｆ５のいずれかがオン状態であるかを判定する。その結果、いずれか一方の異常フラグでもオン状態となっていれば（ＹＥＳ）、デットタイム補正に適さない状態であると判定し、ステップＳ２５に移行し、電源制御部１０はデットタイム補正を禁止する。一方、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４も積分項偏差異常フラグｆ５もオフ状態である場合には、デットタイム補正禁止を解除する。

図７に、上記のデットタイム補正における積分項偏差異常判定しきい値の範囲と積分項の値との関係を示す。上記制御により、正常判定範囲に積分項が含まれる場合にデットタイム補正が行われるようになる。

また上記判定のうち、コンバータ入力パワーに誤差が発生している場合には、コンバータ内部のインダクタンス値を誤って推定する可能性があり、相間電流補正をすべき状態ではない。また、単相駆動時の各相間の電流偏差（｜ＩＡ＋ＩＢ｜）がしきい値異常となっている場合にも、各相の電流を検出するセンサに誤差が生じており、相間電流補正をすべき状態ではない。

よって、ステップＳ２６において、電源制御部１０は、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４または相間電流偏差異常フラグｆ２のいずれかがオン状態であるかを判定する。その結果、いずれか一方の異常フラグでもオン状態となっていれば（ＹＥＳ）、相間電流補正に適さない状態であると判定し、ステップＳ２７に移行し、電源制御部１０は相間電流補正を禁止する。一方、コンバータ入力パワー異常フラグｆ４も相間電流偏差異常フラグｆ２もオフ状態である場合には、相間電流補正禁止を解除する。

（その他の変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、パラメータ補正を禁止する対象として、駆動相切替、相間電流補正、デットタイム補正を例示したが、これに限定されない。センサに誤差が含まれることで補正後の制御が不安定になるようなパラメータの補正であれば、本発明の異常判定処理を適用してパラメータ補正を禁止することが適当である。

例えば、図８にＤＣ−ＤＣコンバータのパラメータ補正に利用されるセンサと制御機能の補正パラメータとの対応表を示す。この表に示すように、制御機能に応じて補正すべきパラメータが各種定められ、パラメータを決定する演算に用いられるセンサが対応している。センサに計測値に誤差が生じると対応するパラメータに誤差が生じるため、このパラメータの補正を禁止することが好ましくなり、その場合、対応する制御機能が中断されることになる。コンバータに応じて図８の対応表とは異なるパラメータやセンサが設けられることになるため、それぞれの環境に応じて影響を受けるセンサとそれに対応して制限すべきパラメータの補正とを定めればよい。

また、上記実施形態では、三相ブリッジ形コンバータを例示したが、当該回路構成に限定されるわけではなく、複数相によって駆動され、独立して相を切り換え可能な電圧変換器であれば本発明を適用可能であり、本発明の作用効果を奏するように運転可能である。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムのシステム全体図。 ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の１相分の単相回路を主体とする負荷駆動回路の構成図。 ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を主体とする回路の主要経路における電流、電圧、および電力の流れを説明するための回路ブロック図。 本発明の異常検出時の基本動作を説明するためのフローチャート。 実施例の異常検出動作を説明するためのフローチャート（前半）。 実施例の異常検出動作を説明するためのフローチャート（後半）。 リアクトル電流状態の積分項の値と異常判定しきい値範囲を示す説明図。 ＤＣ−ＤＣコンバータのパラメータ補正に利用されるセンサと制御機能の補正パラメータとの対応表。

符号の説明

Ｓａ…アクセル位置信号、Ｓｓ…シフト位置信号、Ｓｒ…車輪速信号、Ｃｉ…インバータ制御信号、Ｃｄ…デューティー比制御信号、Ｃｐｈ…相数切換制御信号、Ｖｉ…入力電圧、Ｖｏ…出力電圧、１…ハイブリッド燃料電池システム、１０…電源制御部、１４…バッテリコンピュータ、１５、１７、１９…電流センサ、１６、１８…電圧センサ、２０…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換器）、２２…燃料電池スタック、２３…逆流防止用ダイオード、２４…インバータ、２５…トラクションモータ、２６…減速機、２７…シャフト、２８…車輪速センサ、２９…車輪、Ｌ…リアクトル

Claims (7)

1. 電圧変換装置を備える燃料電池システムにおいて、
   前記電圧変換装置を通過する電力を検出する電力検出手段と、
   前記電力検出手段に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定された場合には前記電圧変換装置の制御に用いるパラメータの補正を禁止する補正禁止手段と、を備え、
   前記補正禁止手段は、前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置のリアクトル電流の方向によって変化するデットタイムを補正するデットタイム補正を禁止し、
   前記電力検出手段は、複数備えられており、
   前記複数の電力検出手段の各々により検出された電力を相互に比較して、前記いずれかの電力検出手段に異常が生じているか否かを判定し、
   前記複数の電力検出手段により検出される電力は、前記電圧変換装置の一次側に設けられた電力検出センサにより検出される一次側通過電力、前記電圧変換装置の二次側に設けられた電力検出センサにより検出される二次側通過電力、および前記電圧変換装置のリアクトルに直列接続された電流検出センサにより検出されるリアクトル電流に基づき推定されるリアクトル通過電力である、燃料電池システム。
2. 前記補正禁止手段は、
   前記リアクトル電流が特定の極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、所定のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止する、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記補正禁止手段は、
   前記リアクトル電流が正極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、正極性のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記補正禁止手段は、
   前記リアクトル電流が負極性になってから一定時間経過しており、かつ、所定のデットタイム補正値演算のための積分項が、負極性のデットタイム補正値から積分項偏差異常判定しきい値の範囲以上の偏差を有している場合に、前記デットタイム補正を禁止する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
5. 前記電圧変換装置は複数相運転が可能に構成されており、
   前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置の相間電流値の補正を禁止する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
6. 前記電圧変換装置は複数相運転が可能に構成されており、
   前記電力検出手段に異常が生じていると判定された場合には、前記電圧変換装置の駆動相切替を禁止する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記複数の電力検出手段の各々により検出された電力を相互に比較して、前記いずれかの電力検出手段に誤差が生じていると判定された電力検出手段により検出された電力に対しては該誤差の補正を行う、請求項１に記載の燃料電池システム。

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