特許 7339932 ＤＣＤＣコンバータの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-29

(45)【発行日】2023-09-06

(54)【発明の名称】ＤＣＤＣコンバータの制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230830BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020150759

(22)【出願日】2020-09-08

(65)【公開番号】P2022045199

(43)【公開日】2022-03-18

【審査請求日】2022-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】鷲尾 翔

(72)【発明者】

【氏名】林 祐一

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２３４８４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０９９０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８３０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６２９５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上アーム側に入力側スイッチ（Ｑ１）を有する第１ハーフブリッジ回路（３２）と、
下アーム側に出力側スイッチ（Ｑ４）を有する第２ハーフブリッジ回路（３３）と、
前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路を接続するリアクトル（３１）と、を備えるＤＣＤＣコンバータ（１０）に適用され、前記入力側スイッチ及び前記出力側スイッチをスイッチング制御することにより、電源（１１）から入力される入力電圧を変圧して給電対象（１２）に出力するＤＣＤＣコンバータの制御装置（５０）において、
前記電源から前記ＤＣＤＣコンバータへの入力電圧に基づいて、前記入力側スイッチの前記スイッチング制御を行う第１制御部（６０）と、
前記電源から前記給電対象に供給する電力を目標電力に制御するための前記出力側スイッチのオン時間を算出し、算出した前記オン時間に基づいて、前記出力側スイッチの前記スイッチング制御を行う第２制御部（７０）と、
前記オン時間が取り得る範囲の最小値に基づいて定められる所定電力よりも前記目標電力が小さい場合、前記オン時間の短縮によらず前記電源の出力電力の低減処理を行う低減部（６２，６３）と、を備えるＤＣＤＣコンバータの制御装置。

【請求項2】

前記オン時間は第２オン時間であり、
前記第１制御部は、前記電源から入力される電圧を降圧して前記リアクトルに供給するための前記入力側スイッチの第１オン時間を前記入力電圧に基づいて算出し、算出した前記第１オン時間に基づいて、前記入力側スイッチの前記スイッチング制御を行い、
前記低減部は、前記低減処理として、前記目標電力が前記所定電力以上の場合よりも前記第１オン時間を短縮する処理を行う請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータの制御装置。

【請求項3】

前記第１制御部は、前記入力電圧及び前記ＤＣＤＣコンバータから前記給電対象に供給される出力電圧に基づいて、前記第１オン時間を算出し、
前記低減部は、前記入力電圧、前記出力電圧及び前記目標電力のうち少なくとも１つに基づいて、前記第１オン時間を短縮する請求項２に記載のＤＣＤＣコンバータの制御装置。

【請求項4】

前記低減部は、前記目標電力が前記所定電力以上の状態から、前記目標電力が前記所定電力よりも小さい状態に移行した場合、前記電源から前記給電対象に供給する電力が前記目標電力になるまで前記第１オン時間を漸減させることにより、前記第１オン時間を短縮する請求項２に記載のＤＣＤＣコンバータの制御装置。

【請求項5】

前記電源は燃料電池であり、
前記低減部は、低減処理として、前記燃料電池へ酸素を供給する酸素供給部（８０）の酸素供給量を、前記目標電力が前記所定電力以上の場合よりも低減する処理を行う請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＣＤＣコンバータの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されているように、電源から入力される電圧を変圧して給電対象に出力するＤＣＤＣコンバータが知られている。ＤＣＤＣコンバータは、上アーム側に入力側スイッチを有する第１ハーフブリッジ回路と、下アーム側に出力側スイッチを有する第２ハーフブリッジ回路と、第１ハーフブリッジ回路及び第２ハーフブリッジ回路を接続するリアクトルとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－９８９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＤＣＤＣコンバータは、電源からＤＣＤＣコンバータへの入力電圧に基づいて、入力側スイッチのスイッチング制御を行う。また、ＤＣＤＣコンバータは、電源から給電対象に供給する電力を目標電力に制御するための出力側スイッチのオン時間を算出し、算出したオン時間に基づいて、出力側スイッチのスイッチング制御を行う。

【0005】

本願発明者は、上述した制御において、以下の問題が生じることを見出した。

【0006】

出力側スイッチがオン時間が取り得る範囲の最小値によって駆動される場合、電源の出力電力が所定電力とされる。そのため、目標電力が所定電力未満とされる状態では、オン時間による制御だけでは電源の出力電力を目標電力まで低減することができないという問題が生じる。

【0007】

この問題に対処すべく、間欠動作を実施することが考えられる、間欠動作では、ＤＣＤＣコンバータは、複数のスイッチング周期のうち１スイッチング周期のみ入力側スイッチ及び出力側スイッチをオンオフし、電源から給電対象に供給する電力を所定電力とする。一方、ＤＣＤＣコンバータは、残りのスイッチング周期において入力側スイッチ及び出力側スイッチをオフし、電力の出力を一時停止する。これにより、電源から給電対象に供給する電力が目標電力まで低減される。しかしながら、この場合、電源の出力電力の変動が大きくなる懸念がある。変動が大きくなると、例えば、電力の供給が一時停止されている期間において、電源が高電位状態となり、電源の劣化が促進される可能性がある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、電源の出力電力の変動を抑制することができるＤＣＤＣコンバータの制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上アーム側に入力側スイッチを有する第１ハーフブリッジ回路と、下アーム側に出力側スイッチを有する第２ハーフブリッジ回路と、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路を接続するリアクトルと、を備えるＤＣＤＣコンバータに適用され、前記入力側スイッチ及び前記出力側スイッチをスイッチング制御することにより、電源から入力される入力電圧を変圧して給電対象に出力するＤＣＤＣコンバータの制御装置において、前記電源から前記ＤＣＤＣコンバータへの入力電圧に基づいて、前記入力側スイッチの前記スイッチング制御を行う第１制御部と、前記電源から前記給電対象に供給する電力を目標電力に制御するための前記出力側スイッチのオン時間を算出し、算出した前記オン時間に基づいて、前記出力側スイッチの前記スイッチング制御を行う第２制御部と、前記オン時間が取り得る範囲の最小値に基づいて定められる所定電力よりも前記目標電力が小さい場合、前記オン時間の短縮によらず前記電源の出力電力の低減処理を行う低減部と、を備える。

【0010】

本発明によれば、オン時間がとり得る範囲の最小値に基づいて定められる所定電力よりも目標電力が小さい場合、オン時間の短縮によらない低減処理が行われる構成とした。これにより、電源から給電対象に供給する電力を目標電力まで低減しつつ、間欠動作の実施が抑制される。その結果、電源の出力電力の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る電源システムの全体構成図。

【図2】通常モードのスイッチング制御を示す機能ブロック図。

【図3】通常モードにおけるスイッチング制御の一例を示すタイムチャート。

【図4】比較例１のスイッチング制御を示すタイムチャート。

【図5】比較例２のスイッチング制御を示すタイムチャート。

【図6】低出力モードのスイッチング制御を示す機能ブロック図。

【図7】低減係数と各パラメータとの関係を示す対応表。

【図8】低出力モードにおけるスイッチング制御の一例を示すタイムチャート。

【図9】制御装置が実施する処理の手順を示すフローチャート。

【図10】第２実施形態に係る低出力モードの処理手順を示すフローチャート。

【図11】第３実施形態に係る電源システムの全体構成図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るＤＣＤＣコンバータの制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0013】

図１に示すように、電源システム１００は、ＤＣＤＣコンバータ１０と、電源１１と、「給電対象」としての電気負荷１２とを備えている。ＤＣＤＣコンバータ１０は、電源１１から入力される電圧を変圧して電気負荷１２に供給する。本実施形態において、電源１１は燃料電池である。なお、給電対象は、電気負荷１２に限らず、例えば蓄電池であってもよい。

【0014】

ＤＣＤＣコンバータ１０は、昇降圧チョッパ回路であり、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４と、リアクトル３１とを備えている。本実施形態において、各スイッチＱ１～Ｑ４は、ＩＧＢＴである。各スイッチＱ１～Ｑ４には、フリーホイールダイオード（以下、単にダイオード）が逆並列に接続されている。

【0015】

第１スイッチＱ１の低電位側端子であるエミッタには、第２スイッチＱ２の高電位側端子であるコレクタと、リアクトル３１の第１端とが接続されている。リアクトル３１の第２端には、第３スイッチＱ３のエミッタと、第４スイッチＱ４のコレクタとが接続されている。第４スイッチＱ４のエミッタには、第２スイッチＱ２のエミッタが接続されている。ＤＣＤＣコンバータ１０において、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２が第１ハーフブリッジ回路３２を構成し、第１スイッチＱ１が「入力側スイッチ」に相当する。また、第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４が第２ハーフブリッジ回路３３を構成し、第４スイッチＱ４が「出力側スイッチ」に相当する。

【0016】

電源１１の正極端子と第１スイッチＱ１のコレクタとは、第１高電位側経路２１Ｈにより接続され、電源１１の負極端子と第２スイッチＱ２のエミッタとは、第１低電位側経路２１Ｌにより接続されている。また、電気負荷１２の正極端子と第３スイッチＱ３のコレクタとは、第２高電位側経路２２Ｈにより接続され、電気負荷１２の負極端子と第４スイッチＱ４のエミッタとは、第２低電位側経路２２Ｌにより接続されている。

【0017】

電源システム１００は、入力電圧センサ４１、出力電圧センサ４２及び電流センサ４３を備えている。入力電圧センサ４１は、第１高電位側経路２１Ｈと第１低電位側経路２１Ｌとの間の電位差（具体的には、電源１１からの入力電圧）を検出する。出力電圧センサ４２は、第２高電位側経路２２Ｈと第２低電位側経路２２Ｌとの間の電位差（具体的には、電気負荷１２への出力電圧）を検出する。電流センサ４３は、リアクトル３１の通電電流を検出する。各センサ４１～４３の検出値は、電源システム１００が備える制御装置５０に入力される。

【0018】

制御装置５０は、各センサ４１～４３の検出値に基づいて各スイッチＱ１～Ｑ４のスイッチング制御を行い、これにより電源１１の入力電圧を変圧して電気負荷１２に出力する。スイッチング制御では、第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２の一方がオンされ、他方がオフされる。また、第３，第４スイッチＱ３，Ｑ４の一方がオンされ、他方がオフされる。本実施形態では、各スイッチＱ１～Ｑ４のスイッチング周期が互いに同一のスイッチング周期に設定されている。

【0019】

制御装置５０には、上位のＥＣＵ５１から、ＤＣＤＣコンバータ１０の目標入力電圧Ｖｉｎ＊、ＤＣＤＣコンバータ１０の目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊、及び電源１１から電気負荷１２に対する供給電力の目標値である目標電力Ｐ＊が入力される。

【0020】

制御装置５０は、電源１１の目標電力Ｐ＊に基づいて、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊を設定する。制御装置５０は、目標電流ＩＬ＊の値に応じて、通常モードのスイッチング制御又は電源１１の出力電力Ｐが通常モードよりも低い低出力モードのスイッチング制御を実施する。

【0021】

なお、制御装置５０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実施するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

【0022】

図２は、通常モードのスイッチング制御を示す機能ブロック図である。制御装置５０は、第１制御部６０及び第２制御部７０を備えている。通常モードにおいて、第１制御部６０は、目標入力電圧Ｖｉｎ＊及び出力電圧センサ４２の検出電圧Ｖｏｕｔｒに基づいて、第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２を制御する電圧制御を実施する。一方、第２制御部７０は、電源１１から電気負荷１２に供給する電力Ｐを目標電力Ｐ＊に制御するために、第３，第４スイッチＱ３，Ｑ４を制御する電力制御を実施する。以下では、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力電圧を第１ハーフブリッジ回路３２により降圧し、降圧された電圧を第２ハーフブリッジ回路３３により昇圧して電気負荷１２に出力する動作について説明する。

【0023】

第１制御部６０は、電圧比算出部６１及び第１オン時間算出部６２を備えている。電圧比算出部６１は、出力電圧センサ４２の検出電圧Ｖｏｕｔｒを目標入力電圧Ｖｉｎ＊で除算した電圧比（降圧比）を、第１オン時間算出部６２に出力する。第１オン時間算出部６２は、電圧比算出部６１において算出された電圧比に所定の係数Ｋを乗算することにより、第１デューティ比Ｄｕｔｙ１を算出する。ここで、係数Ｋは、０～１の実数であり、本実施形態では、０．５よりも大きくてかつ１未満の値（例えば０．９５）に設定されている。第１デューティ比Ｄｕｔｙ１は、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち、第１スイッチＱ１のオン時間の比率及び第２スイッチＱ２のオフ時間の比率を定める値である。

【0024】

第２制御部７０は、偏差算出部７１及びフィードバック制御部７２を備えている。偏差算出部７１には、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊が入力される。ここで、目標電流ＩＬ＊は、目標電力Ｐ＊をリアクトル３１に印加される電圧（例えば、Ｖｉｎ＊×Ｄｕｔｙ１）で除算することにより算出される。偏差算出部７１は、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊から、電流センサ４３の検出電流ＩＬｒを減算することにより、電流偏差ΔＩＬを算出する。フィードバック制御部７２は、偏差算出部７１において算出された電流偏差ΔＩＬを０にフィードバックするための操作量として、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２を算出する。ここで、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２は、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち、第４スイッチＱ４のオン時間の比率及び第３スイッチＱ３のオフ時間の比率を定める値である。

【0025】

図３に、通常モードにおけるスイッチング制御の一例を示す。図３において、（ａ）は第１スイッチＱ１の操作状態を示し、（ｂ）は第４スイッチＱ４の操作状態を示し、（ｃ）は電流センサ４３の検出電流ＩＬｒの推移を示す。第１スイッチＱ１の操作状態が反転された状態が、第２スイッチＱ２の操作状態となる。第４スイッチＱ４の操作状態が反転された状態が、第３スイッチＱ３の操作状態となる。

【0026】

通常モードでは、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち第１デューティ比Ｄｕｔｙ１によって定まる期間に亘り、第１スイッチＱ１がオンされ、第２スイッチＱ２がオフされる。また、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち第２デューティ比Ｄｕｔｙ２によって定まる期間に亘り、第４スイッチＱ４がオンされ、第３スイッチＱ３がオフされる。これにより、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、第１期間Ｔ１～第３期間Ｔ３が出現する。

【0027】

第１期間Ｔ１では、第１，第４スイッチＱ１，Ｑ４がオンされ、第２，第３スイッチＱ２，Ｑ３がオフされる。これにより、電源１１の正極端子、第１高電位側経路２１Ｈ、第１スイッチＱ１、リアクトル３１、第４スイッチＱ４、第２低電位側経路２２Ｌ及び電気負荷１２の負極端子を含む経路に電流が流れる。この場合、電流センサ４３の検出電流ＩＬｒが漸増する。

【0028】

第２期間Ｔ２では、第１，第３スイッチＱ１，Ｑ３がオンされ、第２，第４スイッチＱ２，Ｑ４がオフされる。これにより、電源１１の正極端子、第１高電位側経路２１Ｈ、第１スイッチＱ１、リアクトル３１、第３スイッチＱ３のダイオード、第２高電位側経路２２Ｈ及び電気負荷１２の正極端子を含む経路に電流が流れる。この場合、電流センサ４３の検出電流ＩＬｒが漸増する。

【0029】

ここで、第２期間Ｔ２における電流センサ４３の検出電流ＩＬｒの増加速度は、第１期間Ｔ１における電流センサ４３の検出電流ＩＬｒの増加速度よりも小さい。これは、第２期間Ｔ２におけるリアクトル３１の両端における電圧差が、第１期間Ｔ１におけるリアクトル３１の両端における電圧差よりも小さいためである。なお、本実施形態において、第１，第２期間Ｔ１，Ｔ２が「第１オン時間」に相当し、第２期間Ｔ２が「第２オン時間」に相当する。

【0030】

第３期間Ｔ３では、第２，第３スイッチＱ２，Ｑ３がオンされ、第１，第４スイッチＱ１，Ｑ４がオフされる。これにより、電源１１の負極端子、第１低電位側経路２１Ｌ、第２スイッチＱ２、リアクトル３１、第３スイッチＱ３、第２高電位側経路２２Ｈ及び電気負荷１２の正極端子を含む経路に電流が流れる。この場合、電流センサ４３の検出電流ＩＬｒが漸減する。

【0031】

第２制御部７０の第２デューティ比Ｄｕｔｙ２が調節されることにより、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいてリアクトル３１に流れる平均電流Ｉａｖｅが目標電流ＩＬ＊に制御される。これにより、電源１１から電気負荷１２に供給される電力Ｐも目標電力Ｐ＊に制御される。

【0032】

ここで、図２に示す処理のみでは、以下に説明する問題が発生する。この問題について図４及び図５を用いて説明する。

【0033】

図４に、目標電流ＩＬ＊が所定電流値Ｉｍｉｎ未満に設定される軽負荷状態におけるスイッチング制御の比較例１を示す。比較例１では、通常モードにおける制御が実施される。図４（ａ）～（ｃ）は、先の図３（ａ）～（ｃ）に対応している。

【0034】

第２デューティ比Ｄｕｔｙ２が取り得る範囲の下限値Ｄｕｔｙ２ｍｉｎとされた場合、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅは所定電流値Ｉｍｉｎとされる。軽負荷状態では、所定電流値Ｉｍｉｎよりも小さい目標電流ＩＬ＊が設定される。なお、本実施形態において、所定電流値ＩｍｉｎにＶｉｎ＊×Ｄｕｔｙ１を乗算した値が「所定電力」に相当する。

【0035】

第２制御部７０は、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅを目標電流ＩＬ＊まで低減すべく、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２をその下限値Ｄｕｔｙ２ｍｉｎまで低減する。しかしながら、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅは、所定電流値Ｉｍｉｎまでしか低減されないため、所定電流値Ｉｍｉｎよりも小さい目標電流ＩＬ＊まで低減することができないという問題が生じる。

【0036】

図５に、軽負荷状態におけるスイッチング制御の比較例２を示す。比較例２では、上述した問題に対処すべく、間欠動作が実施される。図５（ａ）～（ｃ）は、先の図３（ａ）～（ｃ）に対応している。

【0037】

比較例２の間欠動作では、３スイッチング周期３Ｔｓｗのうち１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、第１スイッチＱ１をオンしつつ第２スイッチＱ２をオフする期間と、第４スイッチＱ４をオンしつつ第３スイッチＱ３をオフする期間とを設ける。この期間では、電源１１からは所定電力が供給される。一方、残りのスイッチング周期では、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４をオフする。この期間では、電源１１からの電力の供給は一時停止される。これにより、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅが、所定電流値Ｉｍｉｎよりも小さい目標電流ＩＬ＊まで低減される。しかしながら、この場合、電源１１の出力電力Ｐの変動が大きくなる懸念がある。電源１１の出力電力Ｐの変動が大きくなると、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４がオフされる期間において、電源１１が高電位状態とされることがある。これにより、電源１１の劣化が促進される可能性がある。

【0038】

そこで、本実施形態では、軽負荷状態において、図２に示す制御に代えて、図６に示す低出力モードのスイッチング制御が実施される。低出力モードでは、第２制御部７０により実施される電力制御に加えて、第１制御部６０においても電力制御が実施される。

【0039】

図６は、低出力モードにおけるスイッチング制御を示す機能ブロック図である。図６において、先の図２に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0040】

低出力モードにおいて、第２制御部７０が実施する制御は、通常モードの第２制御部７０が実施する制御と同様である。このため、軽負荷状態では、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２が下限値Ｄｕｔｙ２ｍｉｎに設定される。

【0041】

第１制御部６０は、低減係数算出部６３を備えている。低減係数算出部６３は、電源１１の目標電力Ｐ＊、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊及び目標入力電圧Ｖｉｎ＊に基づいて、低減係数ｆを算出する。ここで、低減係数ｆは、０～１の実数であり、図２に示した係数Ｋよりも小さく算出される。低減係数ｆは、電源１１の目標電力Ｐ＊、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊及び目標入力電圧Ｖｉｎ＊のうち少なくとも１つと関係付けられることにより、低減係数ｆが規定されたマップ情報又は数式情報に基づいて算出されればよい。本実施形態において、低減係数ｆは、電源１１の目標電力Ｐ＊、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊及び目標入力電圧Ｖｉｎ＊に基づいて算出される。

【0042】

詳しくは、低減係数ｆは、所定電流値Ｉｍｉｎから目標電流ＩＬ＊までリアクトル３１の通電電流を低減するべく算出される値であり、図７に示すように、電源１１の目標電力Ｐ＊、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊及び目標入力電圧Ｖｉｎ＊との対応関係を有する。電源１１の目標電力Ｐ＊が大きいほど、低減係数ｆが大きく算出される。これは、目標電力Ｐ＊が大きいほど、目標電流ＩＬ＊も大きく設定されるためである。目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊が大きいほど、低減係数ｆが大きく算出される。これは、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊が大きいほど、所定電流値Ｉｍｉｎが小さくされるためである。目標入力電圧Ｖｉｎ＊が大きいほど、低減係数ｆが小さく算出される。これは、目標入力電圧Ｖｉｎ＊が大きいほど、所定電流値Ｉｍｉｎが大きくされるためである。

【0043】

第１オン時間算出部６２は、電圧比算出部６１において算出された電圧比に低減係数ｆを乗算することにより、第３デューティ比Ｄｕｔｙ３を算出する。第３デューティ比Ｄｕｔｙ３は、第１デューティ比Ｄｕｔｙ１と同様に、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち、第１スイッチＱ１のオン時間の比率及び第２スイッチＱ２のオフ時間の比率を定める値である。本実施形態において、第１オン時間算出部６２及び低減係数算出部６３が「低減部」に相当し、電圧比に低減係数ｆを乗算することが「低減処理」に相当する。

【0044】

図８に、低出力モードにおけるスイッチング制御の一例を示す。図８（ａ）～（ｃ）は、先の図３（ａ）～（ｃ）に対応する。図８において、先の図３に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0045】

低出力モードでは、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち第３デューティ比Ｄｕｔｙ３によって定まる期間に亘り、第１スイッチＱ１がオンされ、第２スイッチＱ２がオフされる。低減係数ｆは係数Ｋよりも小さいため、１スイッチング周期Ｔｓｗのうち第３デューティ比Ｄｕｔｙ３によって定まる期間は、第１デューティ比Ｄｕｔｙ１によって定まる期間よりも短い。そのため、リアクトル３１の通電電流が漸増する期間である第１，第２期間Ｔ１，Ｔ２が通常モードよりも低減される。これにより、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅを、所定電流値Ｉｍｉｎよりも小さい目標電流ＩＬ＊まで低減することができる。そのため、電源１１の出力電力Ｐも目標電力Ｐ＊まで低減される。

【0046】

図９に、制御装置５０が実施する処理の手順を示す。この処理は所定周期で繰り返し実行される。

【0047】

ステップＳ１０では、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊が所定電流値Ｉｍｉｎ未満であるか否かを判定する。

【0048】

ステップＳ１０において否定判定した場合、軽負荷状態ではないと判定し、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、通常モードのスイッチング制御を実施する。通常モードでは、第１制御部６０による電圧制御及び第２制御部７０による電力制御が実施される。

【0049】

一方、ステップＳ１０において肯定判定した場合、軽負荷状態であると判定し、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、低出力モードに設定する。低出力モードでは、第２制御部７０により実施される電力制御に加えて、第１制御部６０でも、第３デューティ比Ｄｕｔｙ３の制御による電力制御が実施される。

【0050】

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

【0051】

軽負荷状態であると判定された場合、低出力モードのスイッチング制御が実施される構成とした。これにより、間欠動作が実施されずに、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅを目標電流ＩＬ＊まで低減することができる。そのため、電源１１の出力電力Ｐを低減しつつ、電源１１の出力電力Ｐの変動を抑制することができ、ひいては電源１１の劣化を抑制することができる。

【0052】

低出力モードでは、通常モードにおける係数Ｋよりも小さい低減係数ｆが算出される。これにより、リアクトル３１の通電電流が漸増する期間が通常モードよりも低減される。そのため、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅを、所定電流値Ｉｍｉｎ未満の目標電流ＩＬ＊まで的確に低減することができる。その結果、電源１１の出力電力Ｐを的確に低減することができる。

【0053】

低出力モードでは、低減係数ｆが目標電力Ｐ＊、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊及び目標入力電圧Ｖｉｎ＊に基づいて算出される構成とした。これにより、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２がその下限値Ｄｕｔｙ２ｍｉｎに制御された状態において、リアクトル３１の平均電流Ｉａｖｅを目標電流ＩＬ＊まで低減するのに必要な第３デューティ比Ｄｕｔｙ３を的確に算出することができる。

【0054】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。第１実施形態では、低出力モードにおいて低減係数ｆを低減係数算出部６３によって算出したが、本実施形態では、低出力モードにおいて低減係数ｆを図１０に示す処理によって算出する。

【0055】

図１０に、先の図９のステップＳ１２に相当する低出力モードの処理手順を示す。ステップＳ２０では、電源１１の出力電力Ｐが目標電力Ｐ＊より大きいか否かを判定する。ステップＳ２０において肯定判定した場合、ステップＳ２１に進む。

【0056】

ステップＳ２１では、低減係数ｆを所定値だけ低減する。続くステップＳ２２では、低減された低減係数ｆを用いて、第３デューティ比Ｄｕｔｙ３を算出する。第１ハーフブリッジ回路３２では、低減された第３デューティ比Ｄｕｔｙ３によりスイッチング制御が実施される。その後再びステップＳ２０に戻る。そのため、ステップＳ２０において電源１１の出力電力Ｐが目標電力Ｐ＊以下とされるまでの間、ステップＳ２１において低減係数ｆが漸減される。本実施形態において、ステップＳ２１及び第１オン時間算出部６２が「低減部」に相当し、ステップＳ２２が「低減処理」に相当する。

【0057】

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0058】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。第３実施形態では、図１１に示すように、電源システム１００は酸素供給部８０を備え、低減処理として、先の図６における電圧比に低減係数ｆを乗算する処理に代えて、酸素供給量Ｍを低減する処理が行われる。

【0059】

酸素供給部８０は、燃料電池である電源１１に酸素を供給する。電源１１は、酸素供給部８０から供給された酸素と、水素ガス等の燃料とを反応させて発電を行う。このため、酸素供給部８０から供給される酸素が多いほど、電源１１の出力電力Ｐは大きくなる。

【0060】

制御装置５０は、酸素供給部８０と接続されており、酸素供給部８０が電源１１へと供給する酸素供給量Ｍを制御する。

【0061】

本実施形態では、通常モード及び低出力モードそれぞれにおいて図２に示す処理が実行され、図６に示す処理は実行されない。制御装置５０が実行する先の図９に示す処理のうち、ステップＳ１２の処理が変更されている。詳しくは、ステップＳ１２において、低出力モードの処理として、酸素供給量Ｍを通常モードにおける酸素供給量Ｍよりも低減する処理を行う。これにより、間欠動作が実施されずに、電源１１の出力電力Ｐを的確に低減することができる。そのため、電源１１の出力電力Ｐの変動を抑制することができ、ひいては電源１１の劣化を抑制することができる。本実施形態において、ステップＳ１２が「低減部」及び「低減処理」に相当する。

【0062】

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

【0063】

・電源１１としては、燃料電池に限らず、例えば蓄電池（具体的には２次電池）であってもよい。

【0064】

・ＤＣＤＣコンバータ１０を構成するスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばボディダイオードを有するＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

【0065】

・第１～第３実施形態において、第１ハーフブリッジ回路３２の上下アームにスイッチを備える構成に代えて、上アーム側にスイッチ及び下アーム側に整流素子を備える構成であってもよい。ここで、整流素子は、第１低電位側経路２１Ｌからリアクトル３１の第１端へと向かう方向の電流の流通を許容するものであればよく、例えば、ダイオードである。

【0066】

・第１～第３実施形態において、第２ハーフブリッジ回路３３の上下アームにスイッチを備える構成に代えて、上アーム側に整流素子及び下アーム側にスイッチを備える構成であってもよい。

【0067】

第１～第３実施形態において、軽負荷状態であると判定された場合、低減処理に加えて、間欠動作が実施されてもよい。この場合であっても、数スイッチング周期の間において、低減処理が実施されることにより、間欠動作が実施される回数を低減することができる。そのため、電源１１の出力電力Ｐの変動を抑制することができ、ひいては電源１１の劣化を抑制することができる。

【0068】

・第１実施形態のステップＳ１０では、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊が所定電流値Ｉｍｉｎ未満であるか否かを判定したが、軽負荷状態であるか否かの判定はこれに限られない。例えば、目標電力Ｐ＊が所定電力Ｐｍｉｎ未満であるか否かを判定してもよい。ここで、所定電力Ｐｍｉｎは、例えば、所定電流値ＩｍｉｎにＶｉｎ＊×Ｄｕｔｙ１を乗算した値である。

【0069】

・第２実施形態のステップＳ２０において、電源１１の出力電力Ｐが目標電力Ｐ＊より大きいか否かの判定に代えて、電源１１の出力電力Ｐと目標電力Ｐ＊との差が所定値より大きいか否かを判定してもよい。電源１１の出力電力Ｐと目標電力Ｐ＊との差が所定値より大きい場合、ステップＳ２１に進む。一方、電源１１の出力電力Ｐと目標電力Ｐ＊との差が所定値以下の場合、本処理を終了する。これにより、電源１１の出力電力Ｐと目標電力Ｐ＊との差が所定値以下となるまで、低減係数ｆが漸減される。

【0070】

・先の図２及び図６において、偏差算出部７１には、リアクトル３１の目標電流ＩＬ＊に代えて、目標電力Ｐ＊が入力されてもよい。偏差算出部７１は、目標電力Ｐ＊から、電源１１から電気負荷１２に供給する電力Ｐを減算することにより、電力偏差ΔＰを算出する。フィードバック制御部７２は、偏差算出部７１において算出された電力偏差ΔＰを０にフィードバックするための操作量として、第２デューティ比Ｄｕｔｙ２を算出する。

【0071】

・先の図２及び図６において、電圧比算出部６１には、目標入力電圧Ｖｉｎ＊に代えて、入力電圧センサ４１の検出電圧Ｖｉｎｒが入力されてもよい。

【0072】

・先の図２及び図６において、電圧比算出部６１には、出力電圧センサ４２の検出電圧Ｖｏｕｔｒに代えて、目標出力電圧Ｖｏｕｔ＊が入力されてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０…ＤＣＤＣコンバータ、３２，３３…第１，第２ハーフブリッジ回路、５０…制御装置、６０，７０…第１，第２制御部、６３…低減係数算出部、Ｑ１，Ｑ４…第１，第４スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】