JP5333007B2

JP5333007B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5333007B2
Application number: JP2009174543A
Authority: JP
Inventors: 啓之今西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP2011029032A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

自動車等に搭載される燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電能力を超える急な負荷の変化等に対応するため、動力源として燃料電池とバッテリとを備えたハイブリッド型の燃料電池システムが種々提案されている。

ハイブリッド型の燃料電池システムにおいては、燃料電池の出力電圧やバッテリの出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで制御している。このような制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータとしては、パワートランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のスイッチング素子をＰＷＭ動作させて電圧の変換を行う形式のものが広く利用されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電子機器の省電力化、小型化及び高性能化に伴い、一層の低損失、高効率及び低ノイズ化が望まれており、特に、ＰＷＭ動作に伴うスイッチング損失やスイッチングサージの低減が望まれている。

このようなスイッチング損失、スイッチングサージを低減させる技術のひとつにソフトスイッチング技術がある。ここで、ソフトスイッチングは、ＺＶＳ(Zero Voltage Switching)又はＺＣＳ(Zero Current Switching)を実現するためのスイッチング方式であり、パワー半導体デバイスのスイッチング損失やそれに与えるストレスが低い。これに対してパワー半導体デバイスの持つスイッチング機能により電圧・電流を直接ターンオン・オフするスイッチング方式はハードスイッチングと称されている。以下の記述においてはＺＶＳ／ＺＣＳの双方もしくはその一方が実現されている方式をソフトスイッチング、それ以外をハードスイッチングという。

ソフトスイッチングは、例えばインダクタ、スイッチング素子、ダイオードを備えた一般的な昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにスイッチング損失を低減するための補助回路を付加したもの（いわゆるソフトスイッチングコンバータ）によって実現される（例えば特許文献１参照）。

ソフトスイッチングコンバータを利用することで、ハードスイッチングのみが可能な従来型のコンバータに比べて高速化等が可能となるものの、コンバータが大型化してしまうという問題がある。
かかる問題に鑑み、ソフトスイッチングコンバータを構成する部品の一部（具体的には、ソフトスイッチングコンバータの入力側に設けられた平滑化コンデンサ）を廃止することが考えられる。

特開２００５−１０２４３８号公報

しかしながら、ソフトスイッチングコンバータの入力側の平滑化コンデンサ（以下、入力側コンデンサと略称）を廃止してしまうと、燃料電池からは変動の大きな出力電流（リップル成分の大きな電流）が出力され、ソフトスイッチングコンバータでの電力損失が大きくなる、という新たな問題が発生する。

図１８及び図１９、入力側コンデンサの廃止前後における燃料電池の出力電流波形を例示した図である。図１８に示すように、入力側コンデンサが設けられている場合には、リップル成分の小さな出力電流波形が得られるのに対し、入力側コンデンサが廃止されている場合には、出力電流のリップル成分は大きくなる（図１９参照）。

このように、ＦＣ電流のリップル成分が大きくなると、電流実効値が増えて燃料電池に異常過熱が生ずるという新たな問題が生ずる。

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、燃料電池の電流実効値によらず、該燃料電池の異常過熱を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却機構と、前記燃料電池の出力電圧を制御する主スイッチを備え、平滑化コンデンサを入力側に有しないＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、たＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた燃料電池システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータについて、前記主スイッチを常時オフとする非スイッチング制御モードと、負荷の要求に応じて前記主スイッチをオン、オフするハードスイッチング制御モードとの間で切換を行う切換制御手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記冷却機構の冷却性能を高めた状態で前記燃料電池を冷却する冷却制御手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合よりも、冷却機構の冷却性能を高めた状態で燃料電池を冷却する。ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合のＦＣ電流のリップル成分（図４Ｂ参照）は、ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合のＦＣ電流のリップル成分（図４Ａ参照）よりも大きく、燃料電池１１０が過熱しやすいため、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの移行に応じて冷却機構２００の冷却性能を上げることで、燃料電池の異常過熱を未然に防止することが可能となる。

ここで、上記構成にあっては、前記冷却機構は、前記冷媒を冷却するためのラジエータと、前記燃料電池から前記ラジエータを介して前記冷媒を循環させるための循環流路と、前記燃料電池から前記ラジエータをバイパスするためのバイパス流路と、前記循環路と前記バイパス流路の接続点に設けられ、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量と、前記バイパス流路側に送る前記冷媒の流量とを制御する弁とを備え、前記冷却制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する態様が好ましい。

また、本発明に係る別の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却機構と、前記燃料電池の出力電圧を制御する、主昇圧回路と補助回路とを有し、平滑化コンデンサを入力側に有しないソフトスイッチングコンバータとを備えた燃料電池システムであって、前記ソフトスイッチングコンバータについて、前記主昇圧回路を構成する主スイッチおよび前記補助回路を構成する補助スイッチを常時オフとする非スイッチング制御モードと、前記補助スイッチを常時オフとする一方、負荷の要求に応じて前記主スイッチをオン、オフするハードスイッチング制御モードと、前記負荷の要求に応じて前記補助スイッチおよび前記主スイッチをオン、オフするソフトスイッチング制御モードとの間で切換を行う切換制御手段と、前記ソフトスイッチングコンバータがソフトスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ソフトスイッチングコンバータが非スイッチング制御モード、またはハードスイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記冷却機構の冷却性能を高めた状態で、前記燃料電池を冷却する冷却制御手段とを具備することを特徴とする。

ここで、上記構成にあっては、前記冷却制御手段は、前記非スイッチング制御モード、前記ハードスイッチング制御モード、前記ソフトスイッチング制御モードの順番で、前記冷却機構の冷却性能を高く設定する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記冷却機構は、前記冷媒を冷却するためのラジエータと、前記燃料電池から前記ラジエータを介して前記冷媒を循環させるための循環流路と、前記燃料電池から前記ラジエータをバイパスするためのバイパス流路と、前記循環路と前記バイパス流路の接続点に設けられ、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量と、前記バイパス流路側に送る前記冷媒の流量とを制御する弁とを備え、前記冷却制御手段は、前記ソフトスイッチングコンバータがソフトスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ソフトスイッチングコンバータが非スイッチング制御モード、またはハードスイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する態様も好ましい。

さらにまた、上記構成にあっては、前記冷却制御手段は、前記非スイッチング制御モード、前記ハードスイッチング制御モード、前記ソフトスイッチング制御モードの順番で、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する態様も好ましい。

さらにまた、前記主昇圧回路は、一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、スイッチングを行う主スイッチと、カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードとを有し、前記補助回路は、前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記主コイルの他端と前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、第二ダイオードとスナバコンデンサとを含む第一直列接続体と、前記第二ダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と前記主コイルの一端との間に接続された、第三ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとを含む第二直列接続体とを有する態様も好ましい。

本発明によれば、燃料電池の電流実効値によらず、該燃料電池の異常過熱を抑制することが可能となる。

本実施形態に係るＦＣＨＶシステムのシステム構成図である。同実施形態に係る多相のＦＣソフトスイッチングコンバータの回路構成を示す図である。従来における多相のＦＣソフトスイッチングコンバータの回路構成を示す図である。ＦＣソフトスイッチングコンバータの１相分の回路構成を示す図である。ソフトスイッチング制御モード時のＦＣ電流の変動を示す図である。ハードスイッチング制御モード時のＦＣ電流の変動を示す図である。非スイッチング制御モード時のＦＣ電流の変動を示す図である。冷却制御テーブルを例示した図である。ソフトスイッチング処理を示すフローチャートである。モード１の動作を示す図である。モード２の動作を示す図である。モード３の動作を示す図である。モード４の動作を示す図である。モード５の動作を示す図である。モード６の動作を示す図である。モード５のスナバコンデンサ電圧Ｖｃ、素子電圧Ｖｅ、素子電流Ｉｅの関係を例示した図である。モード２からモード３への遷移過程における電圧・電流挙動を示す図である。冷却制御処理を示すフローチャートである。変形例に係る冷却制御テーブルを例示した図である。変形例に係る冷却制御処理を示すフローチャートである。入力側コンデンサの廃止前における燃料電池の出力電流波形を例示した図である。入力側コンデンサの廃止後における燃料電池の出力電流波形を例示した図である。

Ａ．本実施形態
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る車両に搭載されたＦＣＨＶシステムの構成を示す。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）を想定するが、電気自動車などにも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。

Ａ−１．システムの全体構成
ＦＣＨＶシステム１００は、燃料電池１１０とインバータ１４０の間にＦＣコンバータ２５００が設けられるとともに、バッテリ１２０とインバータ１４０の間にＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、バッテリコンバータ）１８０が設けられている。

燃料電池１１０は、複数の単位セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池１１０には、燃料電池１１０の出力電圧Ｖｆｃｍｅｓを検出するための電圧センサＶ０、及び出力電流Ｉｆｃｍｅｓを検出するための電流センサＩ０が取り付けられている。燃料電池１１０においては、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じ、燃料電池１１０全体としては（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- ・・・（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ・・・（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ・・・（３）

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挟み込んだＭＥＡ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有している。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１１０には、燃料ガスをアノード極に供給する系統、酸化ガスをカソード極に供給する系統、及び冷却液を提供する系統（いずれも図示略）が設けられており、コントローラ１６０からの制御信号に応じて、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、所望の電力を発電することが可能となっている。

ＦＣコンバータ２５００は、燃料電池１１０の出力電圧Ｖｆｃｍｅｓを制御する役割を担っており、一次側（入力側：燃料電池１１０側）に入力された出力電圧Ｖｆｃｍｅｓ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：インバータ１４０側）に出力し、また逆に、二次側に入力された電圧を、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。このＦＣコンバータ２５００により、燃料電池１１０の出力電圧Ｖｆｃｍｅｓが目標出力に応じた電圧となるように制御する。

バッテリ１２０は、負荷１３０に対して燃料電池１１０と並列に接続されており、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ１２０としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。

バッテリコンバータ１８０は、インバータ１４０の入力電圧を制御する役割を担っており、例えばＦＣコンバータ２５００と同様の回路構成を有している。なお、バッテリコンバータ１８０として昇圧型のコンバータを採用しても良いが、これに代えて昇圧動作および降圧動作が可能な昇降圧型のコンバータを採用しても良く、インバータ１４０の入力電圧の制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。

インバータ１４０は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ１６０からの制御指令に従って、燃料電池１１０またはバッテリ１２０から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、トラクションモータ１３１の回転トルクを制御する。

トラクションモータ１３１は、本車両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１３２は減速装置であり、トラクションモータ１３１の高速回転を所定の回転数に減速し、タイヤ１３３が設けられたシャフトを回転させる。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、これにより当該車両の車速等が検知される。なお、本実施形態では、燃料電池１１０から供給される電力を受けて動作可能な全ての機器（トラクションモータ１３１、ディファレンシャル１３２を含む）を負荷１３０と総称している。

コントローラ１６０は、ＦＣＨＶシステム１００の制御用のコンピュータシステムであり、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。コントローラ１６０は、センサ群１７０から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１１０の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など）を入力して、負荷１３０の要求電力（すなわち、システム全体の要求電力）を求める。

負荷１３０の要求電力は、例えば車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。

そして、コントローラ１６０は、燃料電池１１０とバッテリ１２０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算する。コントローラ１６０は、燃料電池１１０及びバッテリ１２０に対する要求電力を求めると、これらの要求電力が得られるようにＦＣコンバータ２５００及びバッテリコンバータ１８０の動作を制御する。

ＦＣ冷却機構２００は、冷却流路に冷却媒体（例えば冷却水）を循環させることよって燃料電池１１０を冷却する機構である。ＦＣ冷却機構２００は、燃料電池１１０に接続された冷媒流路２３０と、冷媒流路２３０に設けられた冷却ポンプ２１０と、燃料電池１１０から排出された冷媒を冷却するラジエータ２６０と、ラジエータ２６０をバイパスするためのバイパス流路２４０と、ラジエータ２６０側に送る冷媒の流量と、バイパス流路２４０側に送る冷媒の流量を制御するための三方弁２５０とを備えている。冷却ポンプ２１０は、モータＭの駆動により、燃料電池１１０の冷媒流路内の冷媒を燃料電池１１０に循環し、冷媒流路２３０には、冷媒の温度（ＦＣ温度を反映）を検出する温度センサ２７０が設けられている。

Ａ−２．ＦＣコンバータの構成
図１に示すように、ＦＣコンバータ２５００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相によって構成された三相の共振型コンバータとしての回路構成を備えている。三相共振型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。本実施形態では、ＦＣコンバータ２５００としてフリーホイール回路（詳細は後述）を備えた多相のソフトスイッチングコンバータ（以下、多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ）を採用している。

Ａ−２−１．多相のＦＣソフトスイッチングコンバータの説明
図２Ａは、本実施形態に係るＦＣＨＶシステム１００に搭載される多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００の回路構成を示す図であり、図２Ｂは、従来の多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００’の回路構成を示す図である。

図２Ａと図２Ｂとを比較して明らかなように、本実施形態に係る多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００は、従来の多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００’から入力側コンデンサＣ１を除いた構成を有している。

解決しようとする課題の項において説明したように、多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００の入力側の平滑化コンデンサを除いてしまうと、ＦＣ電流のリップル成分が大きくなり（図Ｂ参照）、電流実効値が増えて燃料電池１１０に異常過熱が生ずるという問題が生ずる。

そこで、本実施形態では、ＦＣ電流のリップル成分が大きくなり、電流実効値が増える場合には、燃料電池１１０を冷却する冷却機構２００の冷却性能を上げることで、燃料電池１１０の異常過熱を未然に防止する。

本実施形態では、後述するように、負荷１４０の要求電力などに応じて、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の制御モードを、ソフトスイッチング制御モード、ハードスイッチング制御モード、非スイッチング制御モードの間で切り換える。
ここで、各制御モードに応じてＦＣ電流のリップル成分は大きく異なるため（すなわち、電流実効値は大きく異なるため）、本実施形態では、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の制御モードの切り換えに応じて（例えば「非スイッチング制御モード」→「ハードスイッチング制御モード」）、冷却機構２００の冷却性能を変更する制御を行い、これにより、燃料電池１１０の異常過熱を未然に防止する。

以下、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の制御モードの詳細を説明する前に、まず、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の基本的な構成について説明する。

Ａ−２−２．ＦＣソフトスイッチングコンバータの基本構成図３は、多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００の１相分の回路構成を示す図である。
以下の説明では、多相のＦＣソフトスイッチングコンバータ２５００を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のＦＣソフトスイッチングコンバータを、それぞれＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０ａ、２５ｂ、２５０ｃと呼び、特に区別する必要がない場合には、単にＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０と呼ぶ。また、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０に入力される昇圧前の電圧をコンバータ入力電圧Ｖｉｎと呼び、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０から出力される昇圧後の電圧をコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔと呼ぶ。

図３に示すように、各ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０は、昇圧動作を行うための主昇圧回路２２ａと、ソフトスイッチング動作を行うための補助回路２２ｂと、フリーホイール回路２２ｃを備えて構成されている。
主昇圧回路２２ａは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などからなる第１スイッチング素子Ｓ１とダイオードＤ４で構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルＬ１に蓄えられたエネルギを負荷１３０にダイオードＤ５を介して解放することで燃料電池１１０の出力電圧を昇圧する。

詳述すると、コイルＬ１の一端が燃料電池１１０の高電位側の端子に接続され、第１スイッチング素子Ｓ１の一端の極がコイルＬ１の他端に接続され、第１のスイッチング素子Ｓ１の他端の極が燃料電池１１０の低電位側の端子に接続されている。また、ダイオードＤ５のカソード端子がコイルＬ１の他端に接続され、さらに、平滑コンデンサとして機能するコンデンサＣ３は、ダイオードＤ５のアノード端子と第１スイッチング素子Ｓ１の他端との間に接続されている。

ここで、コンデンサＣ３にかかる電圧ＶＨは、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０のコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔとなり、燃料電池１１０の出力電圧ＶＬは、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０のコンバータ入力電圧Ｖｉｎとなる。

補助回路２２ｂには、第１スイッチング素子Ｓ１に並列に接続された、クランプダイオードＤ３とこのクランプダイオードＤ３に直列に接続されたスナバコンデンサＣ２とを含む第１直列接続体が含まれている。第１直列接続体は、クランプダイオードＤ３のカソード端子がコイルＬ１の他端に接続され、クランプダイオードＤ３のアノード端子がスナバコンデンサＣ２の一端に接続されている。さらに、スナバコンデンサＣ２の他端は、燃料電池１１０の低電位側の端子に接続されている。なお、スナバコンデンサＣ２の両端電圧を検知する電圧センサＳｖ２が設けられている。

さらに、補助回路２２ｂには、ダイオードＤ２と第２スイッチング素子Ｓ２及びダイオードＤ１と、各相に共通の補助コイルＬ２によって構成された第２直列接続体が含まれる。
第２直列接続体は、ダイオードＤ２のアノード端子が第１直列接続体のダイオードＤ３とスナバコンデンサＣ２との接続部位に接続されている。さらに、ダイオードＤ２のカソード端子が第２スイッチング素子（補助スイッチ）Ｓ２の一端の極に接続されている。また、第２スイッチング素子Ｓ２の他端の極は、補助コイルＬ２とフリーホイール回路２２ｃの接続部位に接続されている。フリーホイールダイオードＤ６のアノード端子は、燃料電池１１０の低電位側に接続される一方、フリーホイールダイオードＤ６のカソード端子は補助コイルＬ２に接続されている。このフリーホイール回路２２ｃは、各相に共通のフリーホイールダイオードＤ６を備えており、補助コイルＬ２が通電中に第２スイッチング素子Ｓ２がオープン故障などした場合であっても、第２スイッチング素子Ｓ２を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐために設けられたフェールセーフ機能を実現するための回路である。なお、フリーホイール回路２２ｃを備えていない構成にも本発明を適用可能である。
以上がＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の基本構成である。以下、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の各制御モードの詳細について説明する。

Ａ−２−３−１．ソフトスイッチング制御の概略
ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０においては、コントローラ１６０が各相の第１スイッチング素子Ｓ１のスイッチングデューティー比を調整することで、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０による昇圧比、すなわちコンバータ入力電圧Ｖｉｎに対するコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔの比が制御される。また、第１スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作において補助回路１２ｂの第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチング動作を介在させることで、ソフトスイッチング制御が実現される。

Ａ−２−３−２．ハードスイッチング制御の概略
一方、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０において、補助回路２２ｂを機能させなければ（すなわち補助回路２２ｂの第２スイッチング素子Ｓ２を常時オフとしておくことで）、ハードスイッチング制御が実現される。周知のとおり、ハードスイッチングは、ソフトスイッチングに比べてスイッチング損失が大きいため、通常は、あえてハードスイッチングを行うことはしない。
しかしながら、発明が解決しようとする課題の項において説明したように、低温始動時など、素子温度が低い場合には耐圧が低くなるため、動作性能を下げた状態でＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０を利用しなければならない、という問題がある。

そこで、本実施形態では、低温対策制御として、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０の制御をソフトスイッチング制御からハードスイッチング制御に切り換えることで、スイッチング損失を増大させ、これにより素子温度の急速暖機を実現する。

Ａ−２−３−３．非スイッチング制御の概略
さらに、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０において、補助回路２２ｂだけでなく主昇圧回路補助回路２２ａを機能させなければ（すなわち補助回路２２ｂの第２スイッチング素子Ｓ２および主昇圧回路２２ａの第１スイッチング素子Ｓ１を常時オフとしておくことで）、コンバータの動作を行わない非スイッチング制御が実現される。後述するように、低負荷領域においては、ハードスイッチング制御やソフトスイッチング制御によるコンバータ損失（スイッチングによる電力損失）の影響が大きいため、負荷１３０の要求電力（例えば、トラクションモータ１３１の回転数が低いときなど）の場合には、ＦＣスイッチングコンバータ２５０の動作を停止して、コンバータ損失の低減を実現する。

Ａ−２−３−４．各制御モードにおけるＦＣ電流の変動
図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれソフトスイッチング制御モード、ハードスイッチング制御モード、非スイッチング制御モードにおけるＦＣ電流の変動を例示した図である。

図４Ａ〜図４Ｃを比較して明らかなように、電流センサ２９０（図３参照）によって検知されるＦＣ電流の変動は、非スイッチング制御モード→ハードスイッチング制御モード→ソフトスイッチング制御モードの順で大きくなる。この理由は、非スイッチング制御モードでは燃料電池１１０の出力電流にリップル成分はほとんど含まれないのに対し、ハードスイッチング制御モードでは、コイルＬ１によるリップル成分ＲＣ１が含まれ、ソフトスイッチング制御モードでは、コイルＬ１によるリップル成分ＲＣ１及びコイルＬ２によるリップル成分ＲＣ２が含まれるためである。前述したように、ＦＣ電流のリップル成分が大きくなり、電流実効値が増えると、燃料電池１１０は過熱するおそれがあるため、スイッチング制御モードの切り換えに応じて冷却機構２００の冷却性能を上げることで、燃料電池１１０の異常過熱を未然に防止する。

具体的には、スイッチング制御モードの切り換えに応じて冷却機構２００の三方弁２５０弁開度を制御し、ラジエータ２６０側に送る冷媒の流量（逆に言えば、ラジエータ２６０をバイパスする冷媒の流量）を調整する。

図５は、スイッチング制御モードの切換タイミングと、三方弁２５０の弁開度と、ラジエータ２６０側に送る冷媒の流量（以下、冷媒の冷却流量）の関係を示した冷却制御テーブルＴＡ１を例示した図である。なお、図５では、便宜上、非スイッチング制御モード（＝Non-Switch）、ハードスイッチング制御モード（＝Hard-Switch）、ソフトスイッチング制御モード（＝Soft-Switch）と略記している。

上述したように、燃料電池１１０は非スイッチング制御モード→ハードスイッチング制御モード→ソフトスイッチング制御モードの順で電流実効値が増えるため（すなわち過熱されやすいため）、本実施形態では、この順で冷却機構２００の冷却性能が高まるように、弁開度を調整する。

具体的には、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードに切り換える場合には、弁開度Ｏ０１＝現開度（非スイッチング制御モードにおける現時点の弁開度）＋５％に設定することで、冷媒の冷却流量をＦ０からＦ１（＞Ｆ０）に増やす。また、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードに切り換える場合には、弁開度Ｏ０２＝現開度（非スイッチング制御モードにおける現時点の弁開度）＋１０％に設定することで、冷媒の冷却流量をＦ０からＦ２（＞Ｆ１）に増やす。このように、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードに切り換える場合の冷媒の冷却流量Ｆ２が、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードに切り換える場合の冷媒の冷却流量Ｆ１よりも大きいのは、ソフトスイッチング制御モード時のリップル成分が、ハードスイッチング制御モード時のリップル成分よりも大きく、より過熱されやすいからである。さらに、ハードスイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードに切り換える場合には、弁開度Ｏ０３＝現開度（ハードスイッチング制御モードにおける現時点での弁開度）＋５％に設定することで、冷媒の冷却流量をＦ１からＦ２に増やす。本実施形態では、以上説明した冷却制御テーブルＴＡ１を用いて冷媒の冷却流量を調整することで（別言すれば、冷却機構２００の冷却性能を制御することで）、燃料電池１１０の異常過熱を未然に防止することを可能とする。なお、冷却制御テーブルＴＡ１は、コントローラ１６０のメモリに格納されている。この冷却制御テーブルＴＡ１に登録されている値は固定値としても良いが、適宜設定・変更としても良い。
次に、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０によるソフトスイッチング動作について、図６等を参照しながら説明する。

Ａ−３．ＦＣソフトスイッチングコンバータのソフトスイッチング動作
図６は、ソフトスイッチング動作を介したＦＣソフトスイッチングコンバータ２５の一サイクルの処理（以下、ソフトスイッチング処理）を示すフローチャートであり、コントローラ１６０が図６に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０６を順次実行することによって一サイクルを形成する。なお、以下の説明では、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５の電流、電圧の状態をあらわすモードをそれぞれモード１〜モード６として表現し、その状態を図７〜図１２に示す。また、図７〜図１２では回路を流れる電流を矢印で示す。

まず、図６に示すソフトスイッチング処理が行われる初期状態は、燃料電池１１０から負荷１３０に要求される電力が供給されている状態、すなわち第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２がともにターンオフされることで、コイルＬ１、ダイオードＤ５を介して電流が負荷１３０に供給される状態にある。

（モード１；図７参照）
ステップＳ１０１においては、第１スイッチング素子Ｓ１のターンオフを保持する一方、第２スイッチング素子Ｓ２をターンオンする。かかるスイッチング動作を行うと、ＦＣソフトスイッチングコンバータ１５０の出力電圧ＶＨと入力電圧ＶＬの電位差により、負荷１３０側に流れていた電流がコイルＬ１、ダイオードＤ３、第２スイッチング素子Ｓ２、補助コイルＬ２を介して補助回路１２ｂ側に徐々に移行してゆく。なお、図７中では、負荷１３０側から補助回路１２ｂ側への電流の移行の様子を白抜き矢印で示している。

また、第２スイッチング素子Ｓ２をターンオンすることにより、図７に示す矢印Ｄｍ１１の向きに電流の循環が発生する。ここで、第２スイッチング素子Ｓ２の電流変化速度は、補助コイルＬ２の両端電圧（ＶＨ−ＶＬ）と補助コイルＬ２のインダクタンスに従い増加していくが、第２スイッチング素子Ｓ２に流れる電流は補助コイルＬ２により抑制されるため、結果としてダイオードＤ５を介して負荷１３０側に流れる電流（図７に示す矢印Ｄｍ１２参照）のソフトターンオフが実現される。
ここで、モード１からモード２への遷移完了時間ｔｍｏｄｅ１は下記式（４）によって表される。

Ｉｐ；相電流
Ｌ２ｉｄ；補助コイルＬ２のインダクタンス

（モード２；図８参照）
上記遷移完了時間が経過し、ステップＳ１０２に移行すると、ダイオードＤ５を流れる電流はゼロとなり、コイルＬ１及びダイオードＤ５を介して補助回路１２ｂ側に電流が流れ込むとともに（図８に示す矢印Ｄｍ２１参照）、代わってスナバコンデンサＣ２と燃料電池１１０の電圧ＶＬとの電位差により、スナバコンデンサＣ２にチャージされていた電荷が補助回路１２ｂ側に流れてゆく（図８に示す矢印Ｄｍ２２参照）。このスナバコンデンサＣ２の容量に応じて、第１スイッチング素子Ｓ１にかかる電圧が決定される。

ここで、図１４はモード２からモード３への遷移過程における電圧・電流挙動を示す図であり、燃料電池１１０の電圧を太実線、スナバコンデンサＣ２の電圧を細実線、スナバコンデンサＣ２の電流を破線で示している。
図８に示すＤｍ２１の経路の通電が開始された後（図１４に示す（Ａ）参照）、スナバコンデンサＣ２の電圧ＶＨと燃料電池１１０の電圧ＶＬとの電位差により、図８に示すＤｍ２２の経路の通電、すなわち補助コイルＬ２への通電が開始される（図１４に示す（Ｂ）参照）。ここで、図１４に示すように、スナバコンデンサＣ２の電流は、スナバコンデンサＣ２の電圧が料電池１１０の電圧ＶＬに到達するまで上昇し続ける。

詳述すると、スナバコンデンサＣ２の電圧ＶＨと燃料電池１１０の電圧ＶＬの電位差によってスナバコンデンサＣ２に蓄積された電荷が電源側に回生され始めるが（図８に示す矢印Ｄｍ２２）、もともとの電位差は（ＶＨ−ＶＬ）であるため、スナバコンデンサＣ２に蓄積された電荷の流れ（放電）は電源電圧（すなわち燃料電池１１０の電圧ＶＬ）に到達したところ（図１４に示すタイミングＴｔ１）でとまってしまうところ、補助コイルＬ２の特性（すなわち、電流を流し続けようとする特性）により、スナバコンデンサＣ２の電圧がＶＬ以下になっても電荷を流し続けようとする（図１４に示す（Ｃ）参照）。このとき、下記式（４）’が成立すれば、スナバコンデンサＣ２の電荷はすべて流れる（放電）ことになる。

左辺；補助コイルＬ２に蓄積されたエネルギ
右辺；スナバコンデンサＣ２に残存するエネルギ

スナバコンデンサＣ２に蓄積された電荷がなくなると、図８に示すＤｍ２３の経路でフリーホイール動作を行い、通電を継続する（図１４に示す（Ｄ）参照）。これにより、補助コイルＬ２に蓄積されたエネルギが全て放出される。なお、補助コイルＬ２の一端にはダイオードＤ２のアノードが接続されているため、ＬＣ共振は半波で止まる。このため、スナバコンデンサＣ２は、放電後に０Ｖを保持することになる。

ここで、モード２からモード３への遷移完了時間ｔｍｏｄｅ２は下記式（５）によって表される。

Ｃ２ｄ；コンデンサＣ２の容量

（モード３；図９参照）
図８に示すＤｍ２２の経路で電流が流れる動作が終了し、スナバコンデンサＣ２の電荷が抜けきる、あるいは最小電圧（ＭＩＮ電圧）となると、第１スイッチング素子Ｓ１がターンオンされ、ステップＳ１０３に移行する。スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなった状態では、第１スイッチング素子Ｓ１にかかる電圧もゼロとなるため、ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）が実現される。かかる状態では、コイルＬ１に流れる電流Ｉｌ１は、矢印Ｄｍ３１に示す補助回路１２ｂ側に流れる電流Ｉｄｍ３１と矢印Ｄｍ３２に示す第１スイッチング素子Ｓ１を介して流れる電流Ｉｄｍ３２の和となる（下記式（６）参照）。

ここで、第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流Ｉｄｍ３１は、補助回路１２ｂ側に流れる電流Ｉｄｍ３１の減少速度に応じて決定される。補助回路１２ｂ側に流れる電流Ｉｄｍ３１の電流変化速度は下記式（７）によって表わされる、すなわち補助回路１２ｂ側に流れる電流Ｉｄｍ３１は下記式（７）の変化速度で減少していくため、第１スイッチング素子Ｓ１をターンオンしたとしても第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流が急に立ち上がることはなく、ＺＣＳ（Zero Current Switching）が実現される。

（モード４；図１０参照）
そして、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３の状態が継続することで、コイルＬ１に流れ込んでいく電流量を増加させてコイルＬ１に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく（図１０に矢印Ｄｍ４２参照）。ここで、補助回路１２ｂにはダイオードＤ２が存在するため、補助コイルＬ２に逆電流は流れず、第２スイッチング素子Ｓ２を介してスナバコンデンサＣ２に充電が行われることはない。また、この時点で第１スイッチング素子Ｓ１はターンオンしているため、ダイオードＤ３を経由してスナバコンデンサＣ２に充電が行われることもない。従って、コイルＬ１の電流＝第１スイッチング素子Ｓ１の電流となり、コイルＬ１に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく。ここで、第１スイッチング素子Ｓ１のターンオン時間Ｔｓ１は、下記式（８）によって近似的に表される。

Ｔｃｏｎ；制御周期
なお、制御周期とは、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６までの一連の処理を一周期（一サイクル）としたときのソフトスイッチング処理の時間周期を意味する。

（モード５；図１１参照）
ステップＳ１０４においてコイルＬ１に所望のエネルギが蓄えられると、第１スイッチング素子Ｓ１２がターンオフされ、図１１に矢印Ｄｍ５１で示す経路に電流が流れる。ここで、図１３は、モード５におけるスナバコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ、第１スイッチング素子Ｓ１にかかる電圧Ｖｅ、第１スイッチング素子Ｓ１を流れる電流Ｉｅの関係を例示した図である。上記スイッチング動作が行われると、モード２において電荷が抜かれて低電圧状態となっているスナバコンデンサＣ２に電荷がチャージされ、これにより、スナバコンデンサＣ２の電圧ＶｃはＦＣソフトスイッチングコンバータ１５０のコンバータ出力電圧ＶＨに向かって上昇する。このとき、第１スイッチング素子Ｓ１にかかる電圧Ｖｅの上昇速度は、スナバコンデンサＣ２への充電により抑制され（すなわち、電圧の立ち上がりが鈍化され）、ターンオフ時（図１３に示すα参照）のスイッチング損失を低減するＺＶＳ動作をすることが可能となる。

（モード６；図１２参照）
スナバコンデンサＣ２が電圧ＶＨまで充電されると、コイルＬ１に蓄えられたエネルギが負荷１３０側に解放される（図１２に示す矢印Ｄｍ６１参照）。ここで、第１スイッチング素子Ｓ１のターンオフ時間Ｔｓ２は、下記式（９）によって近似的に表される。

以上説明したソフトスイッチング処理を行うことでＦＣソフトスイッチングコンバータ１５０のスイッチング損失を可及的に抑制した上で、燃料電池１１０の出力電圧を所望の電圧に上昇し、負荷１３０に供給することが可能となる。

Ａ−３．燃料電池の冷却制御動作
図１５は、コントローラ１６０によって実行される冷却制御処理を示すフローチャートである。
コンローラ１６０は、まず、負荷１３０の要求電力、各種センサ（アクセル開度センサなど）から受信したセンサ信号に基づき、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０のスイッチング制御モードの切換タイミングが到来したか否かを判断する（ステップＳ１）。コントローラ１６０は、スイッチング制御モードの切換タイミングが到来していないと判断すると（ステップＳ１；ＮＯ）、以下に示すステップを実行することなく、処理を終了する。

一方、コントローラ１６０は、スイッチング制御モードの切換タイミングが到来したと判断すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、冷却制御テーブルＴＡ１を参照し、該テーブルＴＡ１に登録されているいずれかの切換タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、コントローラ１６０は、非スイッチング制御モード（Non-Switch）からハードスイッチング制御モード（Hard-Switch）への切り換え、非スイッチング制御モード（Non-Switch）からソフトスイッチング制御モード（Soft-Switch）への切り換え、ハードスイッチング制御モード（Hard-Switch）からソフトスイッチング制御モード（Soft-Switch）への切り換えであるか否かを判断する。コントローラ１６０は、冷却制御テーブルＴＡ１に登録されているいずれの切換タイミングでもない（例えばソフトスイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの切換タイミングなど）と判断すると（ステップＳ２；ＮＯ）、以下に示す処理を実行することなく処理を終了する。

一方、コントローラ１６０は、冷却制御テーブルＴＡ１に登録されているいずれかの切換タイミングであると判断すると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの切換タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ３）。コントローラ１６０は、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの切換タイミングであると判断すると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ０１＝現開度（非スイッチング制御モードにおける現時点の弁開度）＋５％に設定し（ステップＳ４）、冷媒の冷却流量をＦ０からＦ１（＞Ｆ０）に増やすことで冷却機構２００の冷却性能を高めた後、処理を終了する。

一方、コントローラ１６０は、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの切換タイミングでないと判断すると（ステップＳ３；ＮＯ）、ステップＳ５に進み、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードへの切換タイミングであるか否かを判断する。コントローラ１６０は、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードへの切換タイミングであると判断すると（ステップＳ５；ＹＥＳ）、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ０２＝現開度（非スイッチング制御モードにおける現時点の弁開度）＋１０％に設定することで（ステップＳ６）、冷媒の冷却流量をＦ０からＦ２（＞Ｆ１）に増やし、処理を終了する。前述したように、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードに切り換える場合の冷媒の冷却流量Ｆ２が、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードに切り換える場合の冷媒の冷却流量Ｆ１よりも大きいのは、ソフトスイッチング制御モード時のリップル成分が、ハードスイッチング制御モード時のリップル成分よりも大きく、より過熱されやすいからである。

一方、コントローラ１６０は、非スイッチング制御モードからハードスイッチング制御モードへの切換タイミングでなく（ステップＳ３；ＮＯ）、非スイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードへの切換タイミングでもない場合には（ステップＳ５；ＮＯ）、ハードスイッチング制御モードからソフトスイッチング制御モードへの切換タイミングであると判断し、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ０３＝現開度（ハードスイッチング制御モードにおける現時点での弁開度）＋５％に設定し（ステップＳ７）、冷媒の冷却流量をＦ１からＦ２に増やすことで冷却機構２００の冷却性能を高めた後、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣスイッチングコンバータのスイッチング制御モードの切り換えに応じて冷却機構２００の冷却性能を上げることで、燃料電池の異常過熱の発生を未然に抑制することが可能となる。

Ｂ．変形例
＜変形例１＞
図１６は、変形例１に係る冷却制御テーブルＴＡ２であり、スイッチング制御モードと、三方弁２５０の弁開度と、ラジエータ２６０側に送る冷媒の流量（すなわち、冷媒の冷却流量）の関係を例示した図である。
図１６に示すように、燃料電池１１０の電流実行値（別言すれば、ＦＣ電流のリップル成分）が増大するにつれ、冷媒の冷却流量が増大するように三方弁２５０の弁開度が設定される。具体的には、ＦＣ電流のリップル成分が一番ちいさな非スイッチング制御モード（Non-Switch）に設定された場合には、三方弁２５０の弁開度は弁開度Ｏ１１に設定され、これにより冷媒の冷却流量はＦ１１となる。一方、非スイッチング制御モードよりもＦＣ電流のリップル成分が大きなハードスイッチング制御モード（Hard-Switch）に設定された場合には、三方弁２５０の弁開度は弁開度Ｏ１２（＞Ｏ１２）に設定され、これにより冷媒の冷却流量はＦ１２（＞Ｆ１１）となる。さらに、ハードスイッチング制御モードよりもＦＣ電流のリップル成分が大きなソフトスイッチング制御モード（Soft-Switch）に設定された場合には、三方弁２５０の弁開度は弁開度Ｏ１３（＞Ｏ１２）に設定され、これにより冷媒の冷却流量はＦ１３（＞Ｆ１２）となる。

かかる冷却制御テーブルＴＡ２を用いる場合には、図１７に示す冷却制御処理が行われる。なお、図１７に示すステップのうち、図１５に対応するステップには同一符号を付し、説明を割愛する。
コンローラ１６０は、まず、負荷１３０の要求電力、各種センサ（アクセル開度センサなど）から受信したセンサ信号に基づき、ＦＣソフトスイッチングコンバータ２５０のスイッチング制御モードの切換タイミングが到来したか否かを判断する（ステップＳ１）。コントローラ１６０は、スイッチング制御モードの切換タイミングが到来していないと判断すると（ステップＳ１；ＮＯ）、以下に示すステップを実行することなく、処理を終了する。

一方、コントローラ１６０は、スイッチング制御モードの切換タイミングが到来したと判断すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、上記要求電力や各センサ信号に基づいて、いずれのスイッチング制御モードに切り換えるべきかを判断する。コントローラ１６０は、非スイッチング制御モードへ切り換えるべきと判断すると（例えばハードスイッチング制御モード→非スイッチング制御モード）、冷却制御テーブルＴＡ２を参照し、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ１１に設定することで、冷媒の冷却流量はＦ１１に調整し（ステップＳ２ａ）、処理を終了する。

また、コントローラ１６０は、ハードスイッチング制御モードへ切り換えるべきと判断すると（例えばソフトスイッチング制御モード→ハードスイッチング制御モード）、冷却制御テーブルＴＡ２を参照し、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ１２に設定することで、冷媒の冷却流量はＦ１２に調整し（ステップＳ３ａ）、処理を終了する。

さらに、コントローラ１６０は、ソフトスイッチング非スイッチング制御モードへ切り換えるべきと判断すると（例えばハードスイッチング制御モード→ソフトスイッチング制御モード）、冷却制御テーブルＴＡ２を参照し、三方弁２５０の弁開度を弁開度Ｏ１３に設定することで、冷媒の冷却流量はＦ１３に調整し（ステップＳ４ａ）、処理を終了する。

以上説明したように、冷却制御テーブルＴＡ１の代わりに冷却制御テーブルＴＡ２を用いて冷却機構２００の冷却性能をコントロールし、燃料電池の異常過熱の発生を未然に抑制しても良い。

＜変形例２＞
上述した本実施形態および変形例１では、ソフトスイッチコンバータが搭載されたＦＣＨＶシステムを想定して説明を行ったが、これに限られる趣旨ではない。具体的には、ソフトスイッチング機能を備えていない一般的なコンバータ（すなわちハードスイッチング型のコンバータ）にも適用可能である。ハードスイッチング型のコンバータに適用する場合には、非スイッチング制御モードとハードスイッチング制御モードの間で、スイッチング制御モードの切り換えを行う場合に適用することができる。かかる場合であっても、冷却機構２００の冷却性能をコントロールすることで燃料電池１１０の異常過熱の発生等を未然に防止することが可能となる。なお、具体的なスイッチング制御の切換動作については、本実施形態やおよび変形例１にて説明したため、これ以上の説明は割愛する。

１００，３００…ＦＣＨＶシステム、１１０…燃料電池、１２０…バッテリ、１３０…負荷、１４０…インバータ、２５００…ＦＣコンバータ、１６０…コントローラ、１７０…センサ群、１８０…バッテリコンバータ、２５０…ＦＣソフトスイッチングコンバータ、４００…ゲート電圧制御回路、４１０…電源、４２０…ターンオン制御部、４３０…ターンオフ制御部、４４０…ドライブ回路、２２ａ…主昇圧回路、２２ｂ…補助回路、２２ｃ…フリーホイール回路、Ｓ１,Ｓ２…スイッチング素子、Ｃ３…平滑コンデンサ、Ｃ２…スナバコンデンサ、Ｌ１,Ｌ２,…コイル、Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３,Ｄ４,Ｄ５…ダイオード、Ｄ６…フリーホイールダイオード、ＴＡ１,ＴＡ２…冷却制御テーブル。

Claims

燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却機構と、
前記燃料電池の出力電圧を制御する主スイッチを備え、平滑化コンデンサを入力側に有しないＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた燃料電池システムであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータについて、前記主スイッチを常時オフとする非スイッチング制御モードと、負荷の要求に応じて前記主スイッチをオン、オフするハードスイッチング制御モードとの間で切換を行う切換制御手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記冷却機構の冷却性能を高めた状態で前記燃料電池を冷却する冷却制御手段と
を具備する燃料電池システム。
前記冷却機構は、
前記冷媒を冷却するためのラジエータと、
前記燃料電池から前記ラジエータを介して前記冷媒を循環させるための循環流路と、
前記燃料電池から前記ラジエータをバイパスするためのバイパス流路と、
前記循環路と前記バイパス流路の接続点に設けられ、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量と、前記バイパス流路側に送る前記冷媒の流量とを制御する弁とを備え、
前記冷却制御手段は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータがハードスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ＤＣ／ＤＣコンバータが非スイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する、請求項１に記載の燃料電池システム。
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却機構と、
前記燃料電池の出力電圧を制御する、主昇圧回路と補助回路とを有し、平滑化コンデンサを入力側に有しないソフトスイッチングコンバータとを備えた燃料電池システムであって、
前記ソフトスイッチングコンバータについて、前記主昇圧回路を構成する主スイッチおよび前記補助回路を構成する補助スイッチを常時オフとする非スイッチング制御モードと、前記補助スイッチを常時オフとする一方、負荷の要求に応じて前記主スイッチをオン、オフするハードスイッチング制御モードと、前記負荷の要求に応じて前記補助スイッチおよび前記主スイッチをオン、オフするソフトスイッチング制御モードとの間で切換を行う切換制御手段と、
前記ソフトスイッチングコンバータがソフトスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ソフトスイッチングコンバータが非スイッチング制御モード、またはハードスイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記冷却機構の冷却性能を高めた状態で、前記燃料電池を冷却する冷却制御手段と
を具備する燃料電池システム。
前記冷却制御手段は、
前記非スイッチング制御モード、前記ハードスイッチング制御モード、前記ソフトスイッチング制御モードの順番で、前記冷却機構の冷却性能を高く設定する、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記冷却機構は、
前記冷媒を冷却するためのラジエータと、
前記燃料電池から前記ラジエータを介して前記冷媒を循環させるための循環流路と、
前記燃料電池から前記ラジエータをバイパスするためのバイパス流路と、
前記循環路と前記バイパス流路の接続点に設けられ、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量と、前記バイパス流路側に送る前記冷媒の流量とを制御する弁とを備え、
前記冷却制御手段は、
前記ソフトスイッチングコンバータがソフトスイッチング制御モードに設定されている場合には、該ソフトスイッチングコンバータが非スイッチング制御モード、またはハードスイッチング制御モードに設定されている場合よりも、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記冷却制御手段は、
前記非スイッチング制御モード、前記ハードスイッチング制御モード、前記ソフトスイッチング制御モードの順番で、前記ラジエータ側に送る前記冷媒の流量が大きくなるように前記弁の開度を調整する、請求項５に記載の燃料電池システム。
前記主昇圧回路は、
一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、
一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、スイッチングを行う主スイッチと、
カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードとを有し、
前記補助回路は、
前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記主コイルの他端と前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、第二ダイオードとスナバコンデンサとを含む第一直列接続体と、
前記第二ダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と前記主コイルの一端との間に接続された、第三ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとを含む第二直列接続体とを有する、請求項３〜６のいずれか１の請求項に記載の燃料電池システム。