CN102804575B - 转换器控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够检测构成软开关转换器的辅助电路的辅助开关的接通故障从而提前防范元件损坏等的转换器控制装置。在燃料电池(110)与线圈(L1)之间设有用于检测流过线圈(L1)的电流(L1电流)的电流传感器(Si1)。控制器由电流传感器(Si1)依次检测L1电流，判断所检测到的L1电流是否超过存储在存储器(省略图示)中的过电流阈值(Ith)。控制器在判断为L1电流超过了过电流阈值(Ith)时判断为第2开关元件(S2)发生接通故障，停止具备该第2开关元件(S2)的辅助电路(22b)的转换器250(例如U相转换器等)的驱动，由此进行故障保护动作。

Description

转换器控制装置

技术领域

本发明涉及对燃料电池的输出电压进行控制的转换器控制装置。

背景技术

在搭载于机动车等的燃料电池系统中，为了应对超过燃料电池的发电能力的急剧的负荷变化等，提出了各种具备燃料电池和蓄电池作为动力源的混合动力型的燃料电池系统。

在混合动力型的燃料电池系统中，由DC/DC转换器控制燃料电池的输出电压或蓄电池的输出电压。作为进行这样的控制的DC/DC转换器，广为利用使功率晶体管、IGBT、FET等开关元件执行PWM动作来进行电压转换的形式的转换器。随着电子设备的省电化、小型化以及高性能化，期望DC/DC转换器进一步的低损失、高效率以及低噪音化，特别期望伴随于PWM动作的开关损失或开关电涌的降低。

作为使这样的开关损失、开关电涌降低的技术之一有软开关技术。在此，软开关是用于实现ZVS(Zero Voltage Switching)或者ZCS(Zero Current Switching)的开关方式，动力半导体装置的开关损失或施加于其上的应力低。相对于此，由动力半导体装置所具有的开关功能直接接通(ON)/断开(OFF)电压、电流的开关方式被称为硬开关。在以下叙述中，将实现了ZVS/ZCS的双方或者其一方的方式称为软开关，将此外的开关称为硬开关。

软开关是通过例如在具备主线圈、主开关、二极管的普通升降压型DC/DC转换器上附加了具备用于降低开关损失的辅助开关的辅助电路的部件(所谓的软开关转换器)来实现的(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-102438号公报

发明内容

在这样的软开关转换器中，当在构成辅助电路的辅助开关中发生接通故障时，变得无法控制辅助电路。其结果，不仅无法实现软开关，而且还存在在主线圈中产生过电流、导致辅助电路元件的过热的危险。

本发明是鉴于以上所说明的情况而做出的，其目的在于提供一种能够检测构成软开关转换器的辅助电路的辅助开关的接通故障、提前防范辅助电路元件过热的转换器控制装置。

为了解决上述课题，本发明所涉及的转换器控制装置是设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路的软开关转换器的控制装置，其具备：电流传感器，检测在构成主升压电路的主线圈中流过的电流；判断机构，在由上述电流传感器检测到的电流超过设定的过电流阈值的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障；和故障保护机构，在判断为上述辅助开关发生接通故障的情况下，使上述主升压电路停止动作。

根据该构成，由于当在主线圈中流过的电流超过过电流阈值时，判断为接通故障，向停止主升压电路的动作的故障保护动作转移，所以能够提前防范元件损坏等问题。

另外，在上述构成中，优选的方式是，上述软开关转换器是对应各相分别设有上述主升压电路和辅助电路的多相软开关转换器，上述电流传感器对应各相分别检测在上述主线圈中流过的电流，上述判断机构对应各相分别判断上述辅助开关是否发生接通故障，上述故障保护机构停止被判断为上述辅助开关发生接通故障的相的驱动，利用剩余的相进行驱动。

另外，在上述构成中，优选的方式是，上述过电流阈值是基于被提供给上述主线圈的占空比指令、上述燃料电池的输出电流以及输出电压而设定的。

另外，在上述构成中，优选的方式是，上述主升压电路具有：一端与上述燃料电池的高电位侧的端子连接的上述主线圈；进行切换的主开关，一端与上述主线圈的另一端连接，且另一端与上述燃料电池的低电位侧的端子连接；第1二极管，阴极与上述主线圈的另一端连接；和平滑电容器，设置在上述第1二极管的阳极与上述主开关的另一端之间；上述辅助电路具有：第1串联连接体，与上述主开关并联连接，且与上述主线圈的另一端及上述燃料电池的低电位侧的端子连接，包括第2二极管和缓冲电容器；和第2串联连接体，连接在上述第2二极管和上述缓冲电容器相连的连接部位与上述主线圈的一端之间，包括第3二极管、辅助线圈和上述辅助开关。

另外，本发明所涉及的另一转换器控制装置是设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路的软开关转换器的控制装置，其具备：温度传感器，检测构成上述主升压电路的主线圈、构成上述辅助电路的辅助线圈及辅助开关中的至少任一元件的温度；和判断机构，在由上述温度传感器检测到的温度超过设定的阈值温度的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障。

另外，本发明所涉及的另一转换器控制装置是设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路的软开关转换器的控制装置，其具备：电流传感器，检测上述软开关转换器的输出电流；和判断机构，在由上述电流传感器检测到的电流未超过设定的正常电流阈值的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障。

发明效果

根据本发明，能够检测构成软开关转换器的辅助电路的辅助开关的接通故障，提前防范元件损坏等。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的FCHV系统的系统构成图。

图2是表示该实施方式所涉及的多相的FC软开关转换器的电路构成的图。

图3是表示该实施方式所涉及的FC软开关转换器的一个相的电路构成的图。

图4是表示该实施方式所涉及的软开关处理的流程图。

图5是表示模式1的动作的图。

图6是表示模式2的动作的图。

图7是表示模式3的动作的图。

图8是表示模式4的动作的图。

图9是表示模式5的动作的图。

图10是表示模式6的动作的图。

图11是例示出模式5的缓冲电容器C2的电压Vc、施加于第一开关元件S1的电压Ve、流过第一开关元件S1的电流Ie的关系的图。

图12是表示从模式2向模式3的转变过程中的电压、电流举动的图。

图13是表示发生第2开关元件的接通故障的情况的电流的流动的图。

图14是表示发生第2开关元件的接通故障的情况的电流的流动的图。

图15是表示发生第2开关元件的接通故障的情况的针对第一开关元件S1的占空比指令、FC电压、FC电流、在线圈L1流过的电流的发生的图。

图16是表示本实施方式所涉及的接通故障判定处理的流程图。

图17是表示变形例1所涉及的接通故障判定处理的流程图。

图18是表示变形例2所涉及的接通故障判定处理的流程图。

图19是例示了辅助电路的其他构成的图。

具体实施方式

A.本实施方式

以下，参照各图对本发明所涉及的实施方式进行说明。图1表示本实施方式所涉及的车辆上所搭载的FCHV系统的构成。另外，在以下的说明中，作为车辆的一例假设燃料电池汽车(FCHV：Fuel Cell Hybrid Vehicle)，但也可以适用于电动汽车等。另外，不仅适用于车辆，还可以适用于各种移动体(例如船舶或飞机、机器人等)或固定型电源、便携式燃料电池系统。

A-1.系统的整体构成

FCHV系统100在燃料电池110与逆变器140之间设有FC转换器2500，而且，在蓄电池120与逆变器140之间设有DC/DC转换器(以下为蓄电池转换器)180。

燃料电池110是串联地层压多个单电池而成的固体高分子电解质型电池组。在燃料电池110中，安装有用于检测燃料电池110的输出电压Vfcmes的电压传感器V0、以及用于检测输出电流Ifcmes的电流传感器I0。在燃料电池110中，在阳极发生(1)式的氧化反应，在阴极发生(2)式的还原反应，作为燃料电池110整体发生(3)式的起电反应。

H₂→2H⁺+2e^-…(1)

(1/2)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O…(2)

H₂+(1/2)O₂→H₂O…(3)

单电池具有以下构造，即，将由燃料极以及空气极这两个电极夹入高分子电解质膜等的MEA以用于供给燃料气体和氧化气体的隔板夹入。阳极将阳极用催化剂层设在多孔质支承层上，阴极将阴极用催化剂层设在多孔质支承层上。

在燃料电池110中，设有对阳极供给燃料气体的系统、对阴极供给氧化气体的系统以及提供冷却液的系统(均省略图示)，根据来自控制器160的控制信号，对燃料气体的供给量或氧化气体的供给量进行控制，从而能够产生所希望的电力。

FC转换器2500为双向的电压转换装置，发挥对燃料电池110的输出电压Vfcmes进行控制的作用，将被输入到一次侧(输入侧：燃料电池110侧)的输出电压Vfcmes转换为与一次侧不同的电压值(升压或者降压)而输出到二次侧(输出侧：逆变器140侧)，另外，相反地，将被输入到二次侧的电压转换为与二次侧不同的电压而输出到一次侧。通过该FC转换器2500进行控制，使得燃料电池110的输出电压Vfcmes成为与目标输出对应的电压。

蓄电池120相对于负荷130与燃料电池110并联连接，作为剩余电力的贮藏源、再生制动时的再生能量贮藏源、伴随于燃料电池车辆的加速或者减速的负荷变动时的能量缓冲器发挥功能。作为蓄电池120，例如利用镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂二次蓄电池等的二次蓄电池。

蓄电池转换器180发挥对逆变器140的输入电压进行控制的作用，例如具有与FC转换器2500相同的电路构成。另外，作为蓄电池转换器180也可以采用升压型的转换器，但也可替代地采用能够进行升压动作以及降压动作的升降压型的转换器，可采用能够控制逆变器140的输入电压的所有构成。

逆变器140是例如以脉宽调制方式被驱动的PWM逆变器，根据来自控制器160的控制指令，将从燃料电池110或者蓄电池120输出的直流电转换为三相交流电，控制牵引电动机131的旋转转矩。

牵引电动机131成为本车辆的主动力，使得在减速时产生再生电力。差动齿轮132为减速装置，将牵引电动机131的高速旋转减速成为规定的转速，使设有车轮133的轴旋转。在轴设有未图示的车轮速度传感器等，由此检测该车辆的车速等。另外，在本实施方式中，将接受从燃料电池110供给的电力而能进行动作的所有设备(包括牵引电动机131、差动齿轮132)统称为负荷130。

控制器160是FCHV系统100的控制用的计算机系统，例如具备CPU、RAM、ROM等。控制器160输入从传感器组170供给的各种信号(例如，表示油门开度的信号或表示车速的信号、表示燃料电池110的输出电流或输出端子电压的信号等)，求算负荷130的要求电力(即，系统整体的要求电力)。

负荷130的要求电力例如是车辆行驶电力与辅机电力的总值。在辅机电力中，包括车载辅机类(加湿器、空调压缩机、氢气泵以及冷却水循环泵等)所消耗的电力、车辆行驶所需的装置(变速器、车轮控制装置、转向装置以及悬挂装置等)所消耗的电力、配设在乘员空间内的装置(空调装置、照明器具以及音响等)所消耗的电力等。

并且，控制器(转换器控制装置)160确定燃料电池110和蓄电池120各自的输出电力的分配，计算发电指令值。控制器160当求得针对燃料电池110以及蓄电池120的要求电力时，以获得它们的要求电力的方式控制FC转换器2500以及蓄电池转换器180的动作。

A-2.FC转换器的构成

如图1所示那样，FC转换器2500具备由U相、V相、W相构成的三相共振型转换器的电路构成。三相共振型转换器的电路构成组合有将输入的直流电压暂时转换成为交流的逆变器类似的电路部分、和将该交流再次整流转换成为不同的直流电压的部分。在本实施方式中，采用作为FC转换器2500具备续流电路(详细内容在后叙述)的多相的软开关转换器(以下为多相的FC软开关转换器)。

A-2-1.多相的FC软开关转换器的说明

图2是表示搭载于FCHV系统100的多相的FC软开关转换器2500的电路构成的图，图3是表示多相的FC软开关转换器2500的一个相的电路构成的图。

在以下的说明中，将构成多相的FC软开关转换器2500的U相、V相、W相的FC软开关转换器分别称为FC软开关转换器250a、250b、250c，在无需特别区分的情况下，简称为FC软开关转换器250。另外，将被输入到FC软开关转换器250的升压前的电压称为转换器输入电压Vin，将从FC软开关转换器250输出的升压后的电压称为转换器输出电压Vout。

如图3所示那样，各FC软开关转换器250构成为具备：用于进行升压动作的主升压电路22a、用于进行软开关动作的辅助电路22b和续流电路22c。

主升压电路22a通过由包括IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等的第一开关元件S1和二极管D4构成的开关电路的开关动作，将蓄积于线圈L1的能量经由二极管D5释放到负荷130，使燃料电池110的输出电压升压。

若进行详细叙述，则线圈L1的一端与燃料电池110的高电位侧的端子连接，第一开关元件S1的一端的电极与线圈L1的另一端连接，第一的开关元件S1的另一端的电极与燃料电池110的低电位侧的端子连接。另外，二极管D5的阴极端子与线圈L1的另一端连接，进而，作为平滑电容器发挥功能的电容器C3连接在二极管D5的阳极端子和第一开关元件S1的另一端之间。在主升压电路22a中，在燃料电池110侧设有平滑电容器C1，由此能够降低燃料电池110的输出电流的波动。另外，在燃料电池110和线圈L1之间，设有用于检测在线圈L1中流过的电流的电流传感器Si1。

在此，施加于电容器C3的电压VH成为FC软开关转换器150的转换器输出电压Vout，施加于平滑电容器C1的电压VL为燃料电池110的输出电压成为FC软开关转换器150的转换器输入电压Vin。

在辅助电路22b中，包括具有与第一开关元件S1并联连接的钳位二极管D3和与该钳位二极管D3串联连接的缓冲电容器C2的第一串联连接体。第一串联连接体的钳位二极管D3的阴极端子与线圈L 1的另一端连接，钳位二极管D3的阳极端子与缓冲电容器C2的一端连接。进而，缓冲电容器C2的另一端与燃料电池110的低电位侧的端子连接。另外，设有检测缓冲电容器C2的两端电压的电压传感器Sv2。

进而，在辅助电路22b中，包括由二极管D2和第2开关元件S2以及二极管D1、对各相共通的辅助线圈L2构成的第2串联连接体。

第2串联连接体的二极管D2的阳极端子连接在第一串联连接体的二极管D3与缓冲电容器C2的连接部位。进而，二极管D2的阴极端子与第2开关元件(辅助开关)S2的一端的电极连接。另外，第2开关元件S2的另一端电极连接在辅助线圈L2与续流电路22c的连接部位。续流二极管D6的阳极端子与燃料电池110的低电位侧连接，另一方面，续流二极管D6的阴极端子与辅助线圈L2连接。该续流电路22c具备对各相共通的续流二极管D6，是用于实现自动保险功能的电路，设置成即使在辅助线圈L2通电过程中第2开关元件S2出现接通故障等的情况下，也可提前防范产生导致第2开关元件S2损坏那样的电涌电压。另外，对于不具备续流电路22c的构成也可适用本发明。

在这样构成的FC软开关转换器250中，控制器160通过调整各相的第一开关元件S1的开关工作比，控制FC软开关转换器250所形成的升压比、即转换器输出电压Vout相对于转换器输入电压Vin的比。另外，在第一开关元件S1的开关动作中夹设辅助电路12b的第2开关元件S2的开关动作，从而实现软开关。

接着，参照图4等就由FC软开关转换器250进行的软开关动作进行说明。图4是表示经由了软开关动作的FC软开关转换器250的一个循环的处理(以下为软开关处理)的流程图，通过由控制器160依次执行图4所示的步骤S101～S106而形成一个循环。另外，在以下的说明中，将表示FC软开关转换器250的电流、电压的状态的模式分别表现作为模式1～模式6，将其状态示于图5～图10。另外，在图5～图10中以箭头表示在电路流过的电流。

<软开关动作>

首先，进行图4所示的软开关处理的初始状态，处于从燃料电池110供给负荷130所要求的电力的状态，即，通过一起断开第一开关元件S1、第2开关元件S2来经由线圈L1、二极管D5对负荷130供给电流的状态。

(模式1；参照图5)

在步骤S101中，保持第一开关元件S1的断开，另一方面，开启第2开关元件S2。当进行该开关动作时，由于FC软开关转换器150的输出电压VH和输入电压VL的电位差，流入到负荷130侧的电流经由线圈L1、二极管D3、第2开关元件S2、辅助线圈L2而逐渐地转移到辅助电路12b侧。另外，在图5中，以空白箭头表示电流从负荷130侧向辅助电路12b侧的转移的方式。

另外，通过开启第2开关元件S2，在图5所示的箭头Dm11的朝向产生电流的循环。在此，第2开关元件S2的电流变化速度随着辅助线圈L2的两端电压(VH-VL)和辅助线圈L2的感应系数而增加，但在第2开关元件S2中流过的电流由辅助线圈L2抑制，因而作为结果，实现了经由二极管D5在负荷130侧流过的电流(参照图5所示的箭头Dm12)的软断开。

在此，从模式1向模式2的转变结束时间tmode1由下述式(4)表达。

$t\mathrm{mod}\mathrm{el}=\max (\mathrm{Ip}-\frac{\mathrm{\&Delta;I}}{2},0)\&times;\frac{L2\mathrm{id}}{(\mathrm{VH}-\mathrm{VL})}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

Ip；相电流

L2id；辅助线圈L2的感应系数

(模式2；参照图6)

当经过上述转变结束时间而转移到步骤S102时，流过二极管D5的电流成为零，电流经由线圈L1以及二极管D5流到辅助电路12b侧(参照图6所示的箭头Dm21)，而且，替代地由于缓冲电容器C2与燃料电池110的电压VL的电位差，对缓冲电容器C2充填的电荷流向辅助电路12b侧(参照图6所示的箭头Dm22)。根据该缓冲电容器C2的电容，确定施加于第一开关元件S1的电压。

在此，图12是表示从模式2向模式3的转变过程中的电压/电流举动的图，以粗实线表示燃料电池110的电压，以细实线表示缓冲电容器C2的电压，以虚线表示缓冲电容器C2的电流。

在开始了图6所示的Dm21的路径的通电之后(参照图12所示的(A))，由于缓冲电容器C2的电压VH与燃料电池110的电压VL的电位差，开始图6所示的Dm22的路径的通电、即向辅助线圈L2的通电(参照图12所示的(B))。在此，如图12所示那样，缓冲电容器C2的电流持续上升，直到缓冲电容器C2的电压到达料蓄电池110的电压VL。

若进行详述，则由于缓冲电容器C2的电压VH与燃料电池110的电压VL的电位差，蓄积于缓冲电容器C2的电荷开始向电源侧再生(图6所示的箭头Dm22)，而原本的电位差为(VH-VL)，所以，蓄积于缓冲电容器C2的电荷的流动(放电)在到达电源电压(即燃料电池110的电压VL)时(图12所示的时刻Tt1)停止，根据辅助线圈L2的特性(即，使电流持续流动的特性)，缓冲电容器C2的电压即使变成VL以下，也持续流出电荷(参照图12所示的(C))。此时，若下述式(4)’成立的话，则缓冲电容器C2的电荷全部流出(放电)。

$\frac{1}{2}L\&CenterDot;I^2>\frac{1}{2}C\&CenterDot;V^2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right),$

左边；蓄积于辅助线圈L2的能量

右边；残存于缓冲电容器C2的能量

当蓄积于缓冲电容器C2的电荷消失时，以图6所示的Dm23的路径进行续流动作，持续通电(参照图12所示的(D))。由此，蓄积于辅助线圈L2的能量全部被释放。另外，由于在辅助线圈L2的一端连接二极管D2的阳极，所以，LC共振以半波停止。为此，缓冲电容器C2在放电后保持0V。

在此，从模式2向模式3的转变结束时间tmode2由下述式(5)表达。

tmode2＝tmode2′…(5)

$t\mathrm{mod}e{2}^{\&prime;}=\mathrm{\&pi;}\sqrt{L2\mathrm{id}*C2d}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right),$

C2d；电容器C2的电容

(模式3；参照图7)

当在图6所示的Dm22的路径中流过电流的动作结束、缓冲电容器C2的电荷被去除或是成为最小电压(MIN电压)时，第一开关元件S1被开启，转移到步骤S103。在缓冲电容器C2的电压成为零的状态下，由于施加于第一开关元件S1的电压也成为零，所以，实现了ZVS(Zero Voltage Switching)。在该状态下，在线圈L1中流过的电流Il1成为如箭头Dm31所示的在辅助电路12b侧流过的电流Idm31与如箭头Dm32所示的经由第一开关元件流动的电流Idm32之和(参照下述式(6))。

$\mathrm{II}1=\mathrm{Idm}31+\mathrm{Idm}32$ …(6)

在此，第一开关元件S1中流过的电流Idm31根据在辅助电路12b侧流过的电流Idm31的减小速度来确定。在辅助电路12b侧流过的电流Idm31的电流变化速度由下述式(7)表达，即，在辅助电路12b侧流过的电流Idm31按下述式(7)的变化速度减小，因而，即使将第一开关元件S1开启，在第一开关元件S1中流过的电流也不会急剧上升，实现了ZCS(ZeroCurrent Switching)。

$\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}=\frac{-\mathrm{VL}}{L2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(7\right)$

(模式4；参照图8)

并且，在步骤S104中，通过持续保持步骤S103的状态，使向线圈L1中流入的电流量增加，使得蓄积于线圈L1的能量逐渐增加(参照图8中的箭头Dm42)。在此，由于在辅助电路12b中存在二极管D2，所以，在辅助线圈L2不流过逆电流，不会经由第2开关元件S2对缓冲电容器C2进行充电。另外，由于此时第一开关元件S1开启，所以，也不会经由二极管D3对缓冲电容器C2进行充电。因此，成为线圈L1的电流＝第一开关元件S1的电流，使得蓄积于线圈L1的能量逐渐增加。在此，第一开关元件S1的开启时间Ts1近似地由下述式(8)表达。

Tsl＝(1-VL/VH)*Tcon …(8)

Tcon；控制周期

另外，所说的控制周期，是指将步骤S101～步骤S106的一系列处理作为一隔周期(一个循环)时的软开关处理的时间周期。

(模式5；图9参照)

当在步骤S104中在线圈L1蓄积所希望的能量时，第一开关元件S12被断开，在图9中以箭头Dm51所示的路径中流过电流。在此，图11是例示出模式5中的缓冲电容器C2的电压Vc、施加于第一开关元件S1的电压Ve、在第一开关元件S1流过的电流Ie的关系的图。当进行上述开关动作时，对在模式2中去除电荷而成为低电压状态的缓冲电容器C2充填电荷，由此，缓冲电容器C2的电压Vc朝向FC软开关转换器150的转换器输出电压VH上升。此时，施加于第一开关元件S1的电压Ve的上升速度由向缓冲电容器C2的充电抑制(即，电压的上升被钝化)，能够进行使在流过第一开关元件S1的电流Ie中存在尾电流的区域(参照图11所示的α)内的开关损失降低的ZVS动作。

(模式6；参照图10)

当缓冲电容器C2被充电到电压VH时，蓄积于线圈L1的能量被释放到负荷130侧(参照图10所示的箭头Dm61)。在此，第一开关元件S 1的断开时间Ts2近似地由下述式(9)表达。

Ts2＝(VL/VH)*Tcon …(9)

通过进行以上说明的软开关处理，尽可能地抑制了FC软开关转换器150的开关损失，此外，能够使燃料电池110的输出电压上升到所希望的电压，向负荷130供给。

<第2开关元件S2的接通故障判定>

在此，图13、图14是用于说明在发生接通故障的情况下产生回流电流Ire的机构的图。

首先，当第一开关元件S1接通时，产生线圈L1→开关元件S1这样的电流路径(参照图13的箭头Dm100)，在线圈L1中流过的电流增加。并且，当该第一开关元件S1断开时，在图14的箭头Dm101所示的路径中流过电流，对缓冲电容器C2充填电荷，从而缓冲电容器C2的电压Vc上升。此时，由于第2开关元件S2为接通状态，所以，线圈L1的两端短路，在图14的箭头Dm102所示的短路路径产生回流电流Ire。

第一开关元件S1根据从控制器160提供的占空比指令(例如工作50％)而反复进行接通、断开动作，通过该第一开关元件S1的接通/断开动作，在线圈L1中流过的电流持续增加。

图15是表示在发生接通故障的情况下的针对第一开关元件S1的占空比指令、FC电压、FC电流、在线圈L1中流过的电流的产生的图。

控制器160当开始对第一开关元件S1输出占空比指令时(参照图15所示的Tds)，FC电压减小，而且FC电流增加。

另一方面，在线圈L1中流过的电流通过交替地反复进行图13和图14所示的电流的流动而持续增加。

控制器160由电流传感器Si1依次检测在线圈L1中流过的电流(以下为L1电流)，判断所检测的L1电流是否超过存储于存储器(省略图示)的过电流阈值Ith。控制器160当判断为L1电流超过过电流阈值Ith时，判断为第2开关元件S2发生接通故障，停止具备该第2开关元件S2的辅助电路22b的转换器250(例如U相转换器等)的驱动，由此进行故障保护动作。另外，过电流阈值Ith只要为超过可相对于提供线圈L1的占空比指令、FC电流、FC电压所取得的范围(也包括公差或偏差)的值即可，该过电流阈值Ith能够预先通过实验等求得。以下，对于第2开关元件S2的接通故障判定处理，参照图16的同时进行说明。

图16是表示由控制器160执行的辅助电路22b中的第2开关元件S2的接通故障判定处理的流程图。

控制器160当对开关元件S1开始输出占空比指令时(步骤S1)，利用电流传感器Si1开始检测L1电流，比较L1电流和过电流阈值Ith(步骤S2)。控制器160在所检测的L1电流不足过电流阈值Ith的情况下，判断为第2开关元件S2正常动作，结束处理。

另一方面，控制器(判断机构)160在被检测的L1电流为过电流阈值Ith以上的情况下，判断为在第2开关元件S2发生接通故障，停止具备该第2开关元件S2的辅助电路22b的转换器250(例如U相转换器等)的驱动，由此进行故障保护动作(步骤S3)，结束处理。另外，在发生接通故障而停止特定相(例如U相转换器)的驱动的情况下，只要利用并驱动剩余的相(例如V相转换器或W相转换器的任意一方或双方)即可。

如众所周知那样，当在线圈L1产生过电流时，会发生在最差情况下因异常过热导致周边元件损坏等的问题。于是，在本实施方式中，对于如上述那样被判断为在辅助电路22b的第2开关元件S2发生接通故障的相的转换器，停止驱动，由此能够提前防范辅助电路元件的过热等问题。

B.变形例

<变形例1>

在上述的本实施方式中，通过检测在线圈L1产生过电流的状况(换言之，通过检测L1电流超过过电流阈值Ith的状况)，判断在第2开关元件S2发生接通故障，但并不限于此。例如，也可以设置检测线圈L1或线圈L2、开关元件S2等图14所示的回流电流所流过的任意一个(或者多个)元件的温度的温度传感器，判断由该温度传感器所检测的元件温度是否超过存储器(省略图示)所容纳的异常过热阈值(阈值温度)Tth，从而判断是否在第2开关元件S2发生接通故障。

在此，图17是表示变形例1所涉及的由控制器160执行的辅助电路22b中的第2开关元件S2的接通故障判定处理的流程图。另外，对与图16所示的步骤对应的部分标注相通的附图标记，省略说明。

控制器160当开始对开关元件S1输出占空比指令时(步骤S1)，利用温度传感器开始检测线圈L1、线圈L2、第2开关元件S2的至少任意一个以上的元件温度，比较所检测到的元件温度和异常过热阈值Tth(步骤Sa2)。控制器160在由温度传感器检测的元件温度不足存储器(省略图示)所存储的异常过热阈值Tth的情况下，判断为第2开关元件S2正常，结束处理。另一方面，控制器(判断机构)160在检测出所检测的元件温度超过异常过热阈值Tth的情况下，判断为在第2开关元件S2发生接通故障，停止具备该第2开关元件S2的辅助电路22b的转换器250(例如U相转换器等)的驱动，从而进行故障保护动作(步骤S3)，结束处理。

<变形例2>

另外，也可以基于转换器的输出侧的电流来判断是否在第2开关元件S2发生接通故障。如图13以及图14所示那样，当在第2开关元件S2发生接通故障时，电流不从该转换器流向负荷130。于是，在变形例2中，例如在二极管D5和负荷130之间设置电流传感器(省略图示；以下为输出电流传感器)，由该输出电流传感器检测转换器的输出侧的电流(以下为转换器输出电流)。在由输出电流传感器检测的转换器输出电流未超过存储器所储存的正常电流下限值(正常电流阈值)Inth的情况下，能够判断为在第2开关元件S2发生接通故障。另外，对于正常电流下限值Inth能够另外通过实验等求得。

在此，图18是表示变形例2所涉及的由控制器160执行的辅助电路22b中的第2开关元件S2的接通故障判定处理的流程图。另外，对与图16所示的步骤对应的部分标记相通的附图标记，省略说明。

控制器160当开始对开关元件S1输出占空比指令时(步骤S1)，利用输出电流传感器开始检测转换器输出电流，比较转换器输出电流与正常电流下限值Inth(步骤Sb2)。控制器160在规定时间内由输出电流传感器检测的转换器输出电流超过了存储器(省略图示)所存储的正常电流下限值Inth的情况下，判断为第2开关元件S2正常，结束处理。另一方面，控制器(判断机构)160在规定时间内被检测的转换器输出电流未超过正常电流下限值Inth的情况下，判断为在第2开关元件S2发生接通故障，停止具备该第2开关元件S2的辅助电路22b的转换器250(例如U相转换器等)的驱动，从而进行故障保护动作(步骤S3)，结束处理。

<变形例3>

另外，在上述的本实施方式中，作为辅助电路22b所包含的第2串联连接体，说明了二极管D2的阳极端子与第一串联连接体的二极管D3和缓冲电容器C2的连接部位相连接、二极管D2的阴极端子与第2开关元件(辅助开关)S2的一端的电极相连接的例子(参照图3)，但是，对于该第2串联连接体的电路布局技术，也可以采用适当调换由线圈L2、二极管D2、第2开关元件S2等形成的开关电路的串联顺序的形态。具体来讲，如图19所示那样，可以除去续流电路22c，同时调换由线圈L2和第2开关元件S2等形成的开关电路的顺序。

附图标记说明

100...FCHV系统，110...燃料电池，120...蓄电池，130...负荷，140...逆变器，2500...FC转换器，160...控制器，170...传感器组，180...蓄电池转换器，250...FC软开关转换器，22a...主升压电路，22b...辅助电路，22c...续流电路，S1、S2...开关元件，C1、C3...平滑电容器，C2...缓冲电容器，L1、L2，...线圈，D1、D2、D3、D4、D5...二极管，D6...续流二极管。

Claims (5)

1.一种转换器控制装置，是软开关转换器的控制装置，该软开关转换器设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路，其具备：

电流传感器，检测在构成主升压电路的主线圈中流过的电流；

判断机构，在由上述电流传感器检测到的电流超过设定的过电流阈值的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障；和

故障保护机构，在判断为上述辅助开关发生接通故障的情况下，使上述主升压电路停止动作，

上述主升压电路具有：

一端与上述燃料电池的高电位侧的端子连接的上述主线圈；

进行切换的主开关，一端与上述主线圈的另一端连接，且另一端与上述燃料电池的低电位侧的端子连接；

第1二极管，阳极与上述主线圈的另一端连接；和

平滑电容器，设置在上述第1二极管的阴极与上述主开关的另一端之间；

上述辅助电路具有：

第1串联连接体，与上述主开关并联连接，且与上述主线圈的另一端及上述燃料电池的低电位侧的端子连接，包括第2二极管和缓冲电容器；和

第2串联连接体，连接在上述第2二极管和上述缓冲电容器相连的连接部位与上述主线圈的一端之间，包括第3二极管、辅助线圈和上述辅助开关。

2.如权利要求1所述的转换器控制装置，其中，

上述软开关转换器是对应各相分别设有上述主升压电路和辅助电路的多相软开关转换器，

上述电流传感器对应各相分别检测在上述主线圈中流过的电流，

上述判断机构对应各相分别判断上述辅助开关是否发生接通故障，

上述故障保护机构停止被判断为上述辅助开关发生接通故障的相的驱动，利用剩余的相进行驱动。

3.如权利要求1所述的转换器控制装置，其中，上述过电流阈值是基于被提供给上述主线圈的占空比指令、上述燃料电池的输出电流以及输出电压而设定的。

4.一种转换器控制装置，是软开关转换器的控制装置，该软开关转换器设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路，其具备：

温度传感器，检测构成上述主升压电路的主线圈、构成上述辅助电路的辅助线圈及辅助开关中的至少任一元件的温度；和

判断机构，在由上述温度传感器检测到的温度超过设定的阈值温度的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障，

上述主升压电路具有：

一端与上述燃料电池的高电位侧的端子连接的上述主线圈；

进行切换的主开关，一端与上述主线圈的另一端连接，且另一端与上述燃料电池的低电位侧的端子连接；

第1二极管，阳极与上述主线圈的另一端连接；和

平滑电容器，设置在上述第1二极管的阴极与上述主开关的另一端之间；

上述辅助电路具有：

第1串联连接体，与上述主开关并联连接，且与上述主线圈的另一端及上述燃料电池的低电位侧的端子连接，包括第2二极管和缓冲电容器；和

第2串联连接体，连接在上述第2二极管和上述缓冲电容器相连的连接部位与上述主线圈的一端之间，包括第3二极管、辅助线圈和上述辅助开关。

5.一种转换器控制装置，是软开关转换器的控制装置，该软开关转换器设有控制燃料电池的输出电压的主升压电路和辅助电路，其具备：

电流传感器，检测上述软开关转换器的输出电流；和

判断机构，在由上述电流传感器检测到的电流未超过设定的正常电流阈值的情况下，判断为构成上述辅助电路的辅助开关发生接通故障，

上述主升压电路具有：

一端与上述燃料电池的高电位侧的端子连接的主线圈；

进行切换的主开关，一端与上述主线圈的另一端连接，且另一端与上述燃料电池的低电位侧的端子连接；

第1二极管，阳极与上述主线圈的另一端连接；和

平滑电容器，设置在上述第1二极管的阴极与上述主开关的另一端之间；

上述辅助电路具有：

第1串联连接体，与上述主开关并联连接，且与上述主线圈的另一端及上述燃料电池的低电位侧的端子连接，包括第2二极管和缓冲电容器；和

第2串联连接体，连接在上述第2二极管和上述缓冲电容器相连的连接部位与上述主线圈的一端之间，包括第3二极管、辅助线圈和上述辅助开关。