电力供给系统.pdf

一种电力供给系统，该电力供给系统被搭载在移动体上，向作为该移动体的驱动源发挥作用的驱动装置4供给电力，包括：进行发电，向驱动装置4供给电力的第一电源装置40；与第一电源装置40分别设置，向驱动装置4供给电力的第二电源装置50；和设置在包含第一电源装置40和第二电源装置50中至少任意一方的电力供给部PS与包含驱动装置4的移动体驱动部VD之间的、从该电力供给部PS向该移动体驱动部VD进行电力的传输并且确保两者间的绝缘的系统用绝缘型转换器30。由此，在向驱动装置供给电力时，能够兼顾其供给电压的高压化和确保绝缘性。

1.  一种电力供给系统，该电力供给系统被搭载在移动体上，向作为该移动体的驱动源发挥作用的驱动装置供给电力，具备：
第一电源装置，其进行发电，向所述驱动装置供给电力；
第二电源装置，其与所述第一电源装置分别设置，向所述驱动装置供给电力；和
系统用绝缘型转换器，其被设置在包括所述第一电源装置和所述第二电源装置中至少任意一方的电力供给部与包括所述驱动装置的移动体驱动部之间，进行从该电力供给部向该移动体驱动部的电力的传输并且确保两者间的绝缘。

2.  根据权利要求1所述的电力供给系统，其中，
所述移动体驱动部的供给电压，比所述电力供给部的供给电压高。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的电力供给系统，其中，
所述电力供给部，包括所述第一电源装置；
所述第一电源装置与该第一电源装置的周围的绝缘状态比预定状态低。

4.  根据权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的电力供给系统，其中，
所述第一电源装置，是通过氢气和氧化气体的电化学反应进行发电，将由其发电产生的电力向所述驱动装置供给的燃料电池；
所述第二电源装置，是具有蓄电单元并将由该蓄电单元储存的电力向所述驱动装置供给的蓄电装置。

5.  根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的电力供给系统，其中，
所述电力供给部，包括所述第一电源装置和所述第二电源装置；
所述第一电源装置和所述第二电源装置，经由所述系统用绝缘型转换器对所述驱动装置并列地供给电力。

6.  根据权利要求5所述的电力供给系统，其中，
所述第一电源装置与所述第二电源装置经由DC-DC转换器相互电连接，所述DC-DC转换器能够按照来自所述驱动装置的要求电力调整向所述系统用绝缘型转换器的初级侧供给的电力；
所述DC-DC转换器，以全桥式或者半桥式形成。

7.  根据权利要求6所述的电力供给系统，其中，
所述系统用绝缘型转换器，具有被设置在所述电力供给部侧的初级线圈和被设置在所述移动体驱动部侧的次级线圈；
所述初级线圈，相对于所述DC-DC转换器被设置在所述第一电源装置侧和所述第二电源装置侧中的任意一侧。

8.  根据权利要求5所述的电力供给系统，其中，
该电力供给系统还具备电源用绝缘型转换器，所述电源用绝缘型转换器被设置在所述第一电源装置与所述第二电源装置之间，进行两者之间的电力的传输并且确保两者间的绝缘。

9.  根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的电力供给系统，其中，
所述电力供给部包括所述第一电源装置；
所述移动体驱动部包括所述第二电源装置；
所述第一电源装置，经由所述系统用绝缘型转换器对所述驱动装置供给电力；
所述第二电源装置，不经由所述系统用绝缘型转换器地与所述第一电源装置并列地对所述驱动装置供给电力。

10.  根据权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的电力供给系统，其中，
所述系统用绝缘型转换器，具有被设置在所述电力供给部侧的初级线圈和被设置在所述移动体驱动部侧的次级线圈；
该电力供给系统还具备转换器控制单元，所述转换器控制单元根据来自所述驱动装置的要求电力，改变所述初级线圈与所述次级线圈的有效圈数比率。

11.  根据权利要求10所述的电力供给系统，其中，
所述转换器控制单元，为了使所述系统用绝缘型转换器的电压变换效率维持在预定的适当状态，基于来自所述驱动装置的要求电力与由所述第一电源装置产生的发电电力的相对比率，进行所述有效圈数比率的变更。

电力供给系统
技术领域
本发明涉及一种向驱动装置供给电力的电力供给系统，例如将来自利用电化学反应进行发电的燃料电池的电力向驱动装置供给的系统。
背景技术
近年来，燃料电池作为在运行效率和环境性方面优良的电源备受瞩目。燃料电池控制燃料气体的供给量而输出与要求相应的电力，然而有时会出现因气体供给量的响应延迟引起的输出电力的响应性降低的情况。于是，公开了将燃料电池和蓄电池(蓄电装置)并联连接而构成电源的技术，其中，通过将燃料电池的输出电压由DC-DC转换器转换，谋求蓄电池与燃料电池的并用(例如，参照日本国特许公开公报2002-118981号，日本国特许公开公报2000-12059号)。
另外，公开了在以燃料电池驱动驱动装置的情况下，在燃料电池与驱动装置的变换器之间配置绝缘型DC-DC转换器，该转换器以全桥式的开关电路构成并且通过移相控制进行零伏开关动作，以此谋求开关噪声的降低等的技术(例如，参照日本国特许公开公报2005-229783号)。
除上述文献外，在日本国特许公开公报2005-73443号，日本国特许公开公报2006-246617号中也公开了与电力供给系统相关的技术。
发明内容
在对驱动装置供给电力的情况下，通过提高其供给电压可以降低相同输出时的供给电流量，其结果使驱动装置中因电流引起的损耗、即所谓的铜损降低。并且，因流经的电流减少，驱动装置的布线设计变得容易，能够实现驱动装置的小型化。因此，驱动装置的供给电压的高压化的要求较高。
另一方面，在向驱动装置供给电力的电力供给系统中，由于供给电压的高压化，必须确保该电力供给系统的高绝缘性，即能够进行供给电压的高压化程度的系统与其周围(地面等)之间的高绝缘性，然而有时会发生很难稳定地维持该高绝缘性的情况。作为其原因，可以列举在电力供给系统侧不得不包含使其绝缘性降低的要因(但是，从构成电力供给系统方面来看是技术上必要的要因)的情况、来自外部的对电力供给系统的外在要因等，由于这些要因，不能充分满足上述供给电压的高压化的要求。
例如，在电力供给系统是利用燃料电池的发电电力的燃料电池系统的情况下，为了冷却其发电时的发热通常使用冷却装置，但是因为该冷却装置的存在不得不使燃料电池系统与周围的绝缘性些许降低。
本发明是鉴于上述问题而作成的，目的在于提供一种向驱动装置供给电力时能够兼顾其供给电压的高压化与确保绝缘性的电力供给系统。
在本发明中，为了解决上述课题，使所谓的绝缘型转换器介于驱动装置侧与其电力供给侧之间。由于该绝缘型转换器，其驱动装置侧与电力供给侧各自的绝缘性变成独立状态，即使在电力供给侧存在影响驱动装置的绝缘性的要因，驱动装置也不会受此影响，其结果使向驱动装置供给高电压变得可能。
于是，比较具体的讲，本发明是一种电力供给系统，该电力供给系统被搭载在移动体上，向作为该移动体的驱动源发挥作用的驱动装置供给电力，具备：进行发电，向所述驱动装置供给电力的第一电源装置；与所述第一电源装置分别设置，向所述驱动装置供给电力的第二电源装置；系统用绝缘型转换器，其被设置在包括所述第一电源装置和所述第二电源装置中至少任意一方的电力供给部与包括所述驱动装置的移动体驱动部之间，进行从该电力供给部向该移动体驱动部的电力的传输并且确保两者间的绝缘。
如上所述，本发明的电力供给系统被搭载在移动体上，向进行该移动体的移动的驱动装置供给电力。移动体根据场所不同，因为其移动性，有时会处于与周围(地面等)的电连接较弱的状态，因此必须充分确保驱动装置与移动体本体之间的绝缘性。另外，不只是汽车、铁路、船舶等运输工具，移动体也包含进行机器人等的移动的所有物体。
并且，从分别设置于第一电源装置及第二电源装置的各电源装置进行向该移动体的驱动装置的电力供给。可以设为：第一电源装置是进行发电并供给其发电电力的电源装置，而第二电源装置是不一定需要进行发电的蓄电型的电源装置。
这里，在第一电源装置及第二电源装置与驱动装置之间直接电连接的状态下将来自第一电源装置以及第二电源装置的电力向驱动装置供给的情况下，此时，若因某要因使第一电源装置或者第二电源装置的绝缘状态处于较低状态，则在高电压状态下向驱动装置供给电力变得困难。于是，将由本发明相关的电力供给系统及驱动装置构成的电力系统全体，区分为包含难以保持高绝缘状态的所述第一电源装置以及/或者所述第二电源装置的电力供给部和容易保持高绝缘状态的移动体驱动部，通过由系统用绝缘型转换器在两者之间进行电连接，由此可以使电力供给部的绝缘性低下要因不影响移动体驱动部的绝缘性。
因此，能够使所述电力供给部的供给电压为相对较低的状态，并且使所述移动体驱动部的供给电压高于所述电力供给部的供给电压，以此能够实现兼顾向驱动装置的供给电压的高电压化和确保该驱动装置与电力供给系统的绝缘性。
另外，在上述电力供给系统中，可以设为：在所述第一电源装置与其周围的绝缘状态低于预定状态的情况下，使该第一电源装置包含于电力供给部。在进行发电的第一电源装置中，通常具备用于除去发电时产生的热的冷却装置，因此多少存在第一电源装置的绝缘性降低的可能性。在这样的情况下，通过使第一电源装置归属于上述电力供给部，能够维持向驱动装置的供给电压的高电压化与确保绝缘性。
并且，在上述电力供给系统中，可以设为：例如，所述第一电源装置是通过氢气与氧化气体的电化学反应进行发电，向所述驱动装置供给其发电产生的电力的燃料电池，所述第二电源装置是具有蓄电单元并向所述驱动装置供给由该蓄电单元储存的电力的蓄电装置。燃料电池，因为其发电时产生热量，所以为了除去其发热而使用冷却装置(例如，散热器等)，这可能成为妨碍燃料电池的高绝缘性化的要因。于是，优选，在使用燃料电池驱动驱动装置的情况下，将该燃料电池配置于上述电力供给部。此外，作为蓄电装置，可以列举蓄电池、电容器等。
在上述电力供给系统中，可以设为：所述电力供给部包括所述第一电源装置和所述第二电源装置，所述第一电源装置和所述第二电源装置，经由所述系统用绝缘型转换器向所述驱动装置并列地供给电力。即，通过将向驱动装置供给电力的第一及第二电源装置集中在电力供给部，能够将各电源装置引起的绝缘性低下的要因尽可能地从驱动装置排除。并且，基于来自驱动装置的要求电力、各电源装置的电力供给状态等，适当的并行进行从各电源装置向驱动装置的电力供给。
进而，在上述电力供给系统中，可以设为：所述第一电源装置和所述第二电源装置经由DC-DC转换器相互电连接，所述DC-DC转换器能够根据来自所述驱动装置的要求电力调整向所述系统用绝缘型转换器的初级侧供给的电力，所述DC-DC转换器以全桥式或者半桥式形成。
通过这样的经由DC-DC转换器并联构成第一电源装置和第二电源装置，能够在适合于各电源装置的输出特性的状态下，可靠地向驱动装置供给必要的电力。进行发电的第一电源装置，从其结构方面来看，有时难以快速响应来自驱动装置的电力要求，在如此情况下，由DC-DC转换器适当地进行来自第二电源装置的电力供给。
进而，在上述电力供给系统中，可以设为：所述系统用绝缘型转换器，具有设置在所述电力供给部侧的初级线圈和设置在所述移动体驱动部侧的次级线圈，所述初级线圈，相对于所述DC-DC转换器设置在所述第一电源装置侧和第二电源装置侧中的任意一侧。
第一，若初级线圈相对于DC-DC转换器被设置在第一电源装置侧，则来自第一电源装置的电力不经由DC-DC转换器，而经由系统用绝缘型转换器被供给至驱动装置。因此，此时能够回避由DC-DC转换器产生的损耗。这在第一电源装置作为对驱动装置的主要电源装置的情况下尤其有用。另一方面，若初级线圈相对于DC-DC转换器被设置在第二电源装置侧，同样地可以回避在从第二电源装置向驱动装置供给电力时由DC-DC转换器产生的损耗。
另外，在上述电力供给系统中，可以设为：该电力供给系统还具备电源用绝缘型转换器，该电源用绝缘型转换器被设置在所述第一电源装置与所述第二电源装置之间，进行两者之间的电力的传输并且确保两者间的绝缘。通过这样的构成，两电源装置间的绝缘性变得独立，并且形成不利用上述DC-DC转换器的对驱动装置的供给电力方式。而且，以全桥式或者半桥式构成的DC-DC转换器，以拥有多个开关元件为基础，所以通过采用上述电源用绝缘型转换器，能够抑制由开关元件引起的噪声等问题。
这里，可以设为：将上述第二电源装置不设置在电力供给部而设置在移动体驱动部侧。即，所述电力供给部包括所述第一电源装置，所述移动体驱动部包括所述第二电源装置，所述第一电源装置经由所述系统用绝缘型转换器对所述驱动装置供给电力，所述第二电源装置不经由所述系统用绝缘型转换器地与第一电源装置并列地对所述驱动装置供给电力。采用如此的结构时，优选在第二电源装置中不含有降低驱动装置的绝缘性的要因。在如此的结构中，配置于离驱动装置较近的位置的第二电源装置，根据由第一电源装置产生的发电电力不同，被动地进行向驱动装置的电力供给。另一方面，因为没有必要直接连接输出特性不同的第一电源装置与第二电源装置，所以无需使用上述那样的DC-DC转换器、电源用绝缘型转换器，能够使得电力供给系统整体小型化。
在以上所述的电力供给系统中，可以设为：所述系统用绝缘型转换器，具有设置在所述电力供给部侧的初级线圈和设置在所述移动体驱动部侧的次级线圈，该电力供给系统还具备转换器控制单元，该转换器控制单元基于来自所述驱动装置的要求电力，改变所述初级线圈和所述次级线圈的有效圈数比率。系统用绝缘型转换器，在构成它的初级线圈和次级线圈之间，通过改变上述有效圈数比率进行供给电压的升压。即，该有效圈数比率，是与系统用绝缘型转换器的电压的升压相关的、初级线圈与次级线圈的绕组的圈数的比率。于是，在本发明的电力供给系统中，为了将电力供给部的供给电压进行升压而供给与对驱动装置的要求负荷相适的电力，利用上述转换器控制单元进行该有效圈数比率的调整。
比较具体的讲，作为其中一例，可以设为：所述转换器控制单元，为了将所述系统用绝缘型转换器的电压变换效率维持在预定的适当状态，基于来自所述驱动装置的要求电力与由所述第一电源装置产生的发电电力之间的相对比率，进行所述有效圈数比率的变更。系统用绝缘型转换器的电压变换效率(转换器效率)，由初级线圈与次级线圈的圈数比率左右。因此，转换器控制单元，为了达到变换效率变得比较适当的上述适当状态，基于上述相对比率调整有效圈数比率，实现系统用绝缘型转换器的损耗抑制。
附图说明
图1是表示搭载了本发明的电力供给系统(燃料电池系统)的车辆的概略结构的图。
图2是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第一图。
图3是表示在图2所示电力系统中用于从以燃料电池构成的电力供给部向驱动马达供给电力的电力供给控制的流程图。
图4A是图1所示的车辆的驱动马达的转矩曲线图。
图4B是表示图1所示的车辆的驱动马达的转速及要求输出与该驱动马达所需要的电压之间相关关系的曲线图。
图5是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第二图。
图6是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第三图。
图7是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第四图。
图8是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第五图。
图9是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第六图。
图10是表示在图9所示的电力系统中电力供给部与车辆驱动部间的升压比与系统用绝缘型转换器的转换器效率之间关系的图。
图11是表示在图9所示的电力系统中用于从以燃料电池构成的电力供给部向驱动马达供给电力的电力供给控制的流程图。
图12是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第七图。
图13是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第八图。
图14是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第九图。
图15是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第十图。
图16是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第十一图。
图17是表示在图16所示的电力系统中电力供给部与车辆驱动部间的升压比与系统用绝缘型转换器的转换器效率之间关系的图。
图18是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第十二图。
图19是表示搭载在图1所示车辆上的电力系统、并且是包含本发明的燃料电池系统而构成的电力系统的概略结构的第十三图。
具体实施方式
基于附图对本发明相关的电力供给系统的实施方式进行详细说明。本实施方式的电力供给系统，是向作为移动体的汽车的驱动装置即驱动马达供给电力的、以燃料电池构成的燃料电池系统。
实施例1
图1概略地表示搭载本发明的电力供给系统即燃料电池系统1、将由其供给的电力作为驱动源的移动体的车辆10。车辆10通过由驱动马达(以下，简称为“马达”。)4驱动驱动轮5而行驶，从而能够移动。该马达4即所谓的三相交流马达，接受来自变换器3(inverter)的交流电力的供给。此外，向该变换器3供给来自电源单元2的直流电力，该直流由变换器3变换为交流。
车辆10还具备电子控制单元(以下，称为“ECU”)20，通过电连接上述电源单元2以及变换器3，控制来自电源单元2的供给电力以及由变换器3进行的交流变换。另外，在车辆10上设置了接收来自用户的加速要求的加速踏板，其开度电传送给ECU20。另外，检测驱动马达的转速的编码器9电连接于ECU20，由ECU20检测马达4的转速。
在如此构成的车辆10中，负责对马达4的电力供给的燃料电池系统1，主要包括电源单元2以及ECU20。而且，在电源单元2中，搭载有利用氢气和氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池40(参照后述的图2等)，其发电电力等被供给至马达4。该燃料电池40，为了除去发电时产生的发热，利用未图示的散热器进行冷却。因此，要相对地保持燃料电池40自身与周围的绝缘性，伴有技术上的困难。因此，包含燃料电池40的电源单元2，供给电压值相对较低的低电压电力，例如其供给电压为300V左右。另一方面，以抑制铜损等高效驱动为目的，马达4是能够使用高电压化的电力来驱动的所谓的高电压型的马达，例如其驱动电压为600V左右。
于是，本发明中的车辆10，从供给电压的观点来看，区分成供给电压是低电压的电力供给部PS与供给电压是高电压的车辆驱动部VD，两者之间以后述的系统用绝缘型转换器连接。而且，电力供给部PS与车辆驱动部VD之间不直接电连接，而通过系统用绝缘型转换器分别独立地保持两者的绝缘性。通过这样地构成车辆10的电力系统，能够较高地维持对马达4的供给电压而提高其驱动效率，并且可以稳定地维持燃料系统1与马达4的绝缘状态而能够回避接地等故障。
下面，基于图2对车辆10的电力系统进行详细说明。图2是表示车辆10的电力系统的概要的图。首先，电力供给部PS主要由燃料电池(FC)40，蓄电池50，DC-DC转换器60构成，燃料电池40与蓄电池50隔着DC-DC转换器60而配置。这里，在燃料电池40中，按照来自ECU20的指令，供给与加速踏板6的开度相应的、即与马达4所要求的输出相应的氢气，然后进行发电。另外，蓄电池50是具有蓄电功能的电源装置，能够储存燃料电池40的发电电力、作为再生能量从马达4返回的电力。另外，DC-DC转换器60是由4个开关元件以桥状组成的全桥式的转换器。
通过如此以DC-DC转换器60连接燃料电池40和蓄电池50，能够并用输出特性不同的两个电源装置而向马达供给电力。例如，燃料电池40的发电响应的延迟由蓄电池50补充完善，以此能够向马达4适当地供给所要求的电力。
另外，车辆驱动部VD主要由三相交流马达即马达4、对其供给三相交流的变换器3、用于保护变换器电路的阻塞二极管8、和用于除去纹波的电容器7组成。
如上所述，基于要确保燃料电池40的绝缘性的理由，所以电力供给部PS的供给电压低于车辆驱动部VD的供给电压。于是，利用系统用绝缘型转换器30，将电力供给部PS与车辆驱动部VD在能够确保两者间各自的绝缘状态的独立性的状态下进行电连接。该系统用绝缘型转换器30由配置在电力供给来源方的初级线圈30a(圈数N1)、配置在电力供给接受方的次级线圈30b(圈数N2)、和进行流向初级线圈30a的电流的开关的开关元件30c构成。并且，初级线圈30a与开关元件30c在串联状态下相对于燃料电池40并联并且相对于DC-DC转换器60连接在燃料电池40侧。另一方面，次级线圈30b被串联连接在车辆驱动部VD的阻塞二极管8和变换器3之间。
如此构成的系统用绝缘型转换器30，通过初级线圈30a和次级线圈30b的作用，能够分别独立地保持电力供给部PS和车辆驱动部VD的绝缘状态，并且，通过在初级线圈30a和次级线圈30b之间进行供给电压的升压，能够将来自燃料电池40或者蓄电池50的供给电压进行高压化而向马达4供给。另外，通过从燃料电池40侧引出系统用绝缘型转换器30的初级侧，因为从燃料电池40向马达4供给电力时不经由DC-DC转换器60，所以能够使该转换器不发生能量损耗，将来自燃料电池40的电力向马达4供给。
下面，基于图3，对图2所示的车辆10的电力系统的电力供给控制进行说明。另外，本实施例中的电力供给控制是由ECU20执行的程序。首先，S101中，计算与由编码器9检测出的马达4的实际转速对应的马达4最大能够输出的最大转矩。具体来说，ECU20具有如图4A所示的表示马达4的转速和与此对应的最大转矩之间的关联性的最大马达转矩图，通过比较该图与来自编码器9的检测值即马达转速，计算该转速下的马达4的最大转矩。例如，如图4A所示，马达的转速为rpm1时，计算出最大马达转矩为TQ1。若S101的处理结束，则进入S102。
S102中，基于加速踏板6的开度，计算对马达4所要求输出的要求转矩。若定义为加速踏板的全开要求马达4当前的转速下的最大转矩，则设全开时的系数为100％，全闭时的系数为0％，按照下式计算要求转矩。若S102的处理结束，则进入S103。
(要求转矩)＝(上述最大转矩)×(对应于加速踏板的开度的系数)
S103中，基于S101与S102的计算结果，按照下式计算对马达4所要求的输出即要求输出。若S103的处理结束，则进入S104。
(要求输出)＝(要求转矩)×(马达的转速)
S104中，基于S103中计算出的要求输出与马达4的转速，计算应当向马达4供给的要求电压值。具体来说，ECU20具有如图4B所示的表示由马达4的转速(rpm)和上述要求输出(P)形成的函数F与要求电压值Esys_req之间的关联性的要求电压值图，通过将马达4的转速和要求输出与该图比较，计算要求电压值。随着马达4的转速变高，其反电动势变高，所以要求电压值应当变高，若要求输出变高，则为了用较小的电流达到其输出，应当使要求电压值变高，所以这一点反映在函数F与要求电压的相关关系上。若S104的处理结束，则进入S105。
S105中，基于S104计算出的要求电压值Esys_req与按照加速踏板6的开度进行的燃料电池40的发电所产生的燃料电池供给电压Efc，计算系统用绝缘型转换器30中的开关元件30c的开关周期Ton/Toff(Ton为开关元件30c导通的时间，Toff为开关元件30c截止的时间)。该开关周期，决定系统用绝缘型转换器30的供给电压的升压比，即从电力供给部PS的低电压侧向车辆驱动部VD的高电压侧进行升压的比率。因此，开关周期按照下式计算。若S105的处理结束，则进入S106。
Ton/Toff＝(Esys_req/Efc)×(N1/N2)
S106中，依照S105计算出的开关周期Ton/Toff，执行系统用绝缘型转换器30的开关元件30c的导通/截止控制，本控制结束。
根据本控制，能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。其结果，能够在车辆10的电力系统中回避接地等故障，并且高效地驱动马达。
实施例2
基于图5，对本发明的电力供给系统的燃料电池系统即第二实施例进行说明。图5是表示车辆10的电力系统的概要的图。对在图5所示电力系统的结构中与图2所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。图5所示电力系统中与图2所示电力系统的不同点在于，电力供给部PS中连接燃料电池40与蓄电池50的DC-DC转换器的部分。
在本实施例中，作为DC-DC转换器采用所谓的半桥式的DC-DC转换器60b。虽然由该转换器调整的电压输出与全桥式的情况不同，但是在对燃料电池40和蓄电池50的电压特性的调整无障碍的范围内，也可以采用这样的半桥式的DC-DC转换器60b。并且，在这种情况下，也与实施例1同样能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。
实施例3
基于图6和图7，对本发明相关的电力供给系统即燃料电池系统的第三实施例进行说明。图6与图7是分别表示车辆10电力系统的概要的图。对两图所示的电力系统的结构中与图2所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。
首先，图6所示的电力系统中与图2所示电力系统的不同点在于，电力供给部PS中连接系统用绝缘型转换器30的部位。本实施例中，构成系统用绝缘型转换器30的初级线圈30a和开关元件30c在串联状态下相对于蓄电池50并联并且相对于DC-DC转换器60连接在蓄电池50侧。如此，通过从蓄电池50侧引出系统用绝缘型转换器30的初级侧，因为从蓄电池50向马达4供给电力时不经由DC-DC转换器60，所以能够使该转换器不发生能量损耗而将来自蓄电池50的电力向马达4供给。
其次，图7所示的电力系统，与实施例2同样地将图6所示电力系统中连接燃料电池40和蓄电池50的DC-DC转换器置换成半桥式的DC-DC转换器60b。
在以上所示图6和图7相关的电力系统中，也与实施例1同样地能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。
实施例4
基于图8，对本发明相关的电力供给系统即燃料电池系统的第四实施例进行说明。图8是表示车辆10的电力系统的概要的图。对图8所示电力系统的结构中与图2、图6所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。图8所示电力系统中与图6所示电力系统的不同点在于，电力供给部PS中连接燃料电池40与蓄电池50的部分。
在本实施例中，燃料电池40与蓄电池50之间，通过作为与上述系统用绝缘型转换器30同样的绝缘型转换器的电源用绝缘型转换器70相连接。通过这样的利用电源用绝缘型转换器70，以仅进行该电源用绝缘型转换器70的开关元件的导通/截止的简单结构，能够将从燃料电池40供给的电力向马达4供给。并且，能够分别独立地保持燃料电池40和蓄电池50的绝缘状态，也能够回避由燃料电池40的绝缘性低下的要因(上述散热器的存在等)对蓄电池50的影响。
在本实施例的电力系统中，也与实施例1同样能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。
实施例5
基于图9～11，对本发明相关的电力供给系统即燃料电池系统的第五实施例进行说明。图9是表示车辆10的电力系统的概要的图。对图9所示电力系统的结构中与图2所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。图9所示电力系统中与图2所示电力系统的不同点在于，系统用绝缘型转换器的部分。
在本实施例中，电力供给部PS与车辆驱动部VD由系统用绝缘型转换器80相连接。从电力供给部PS与车辆驱动部VD在绝缘状态下相互电连接的观点来看，该系统用绝缘型转换器80是与以上所述的系统用绝缘型转换器30性质相同的转换器。该系统用绝缘型转换器80，其初级侧由初级线圈80a(与上述初级线圈30a相当)与开关元件80d(与上述开关元件30c相当)构成，与系统用绝缘型转换器30的情况相同。另一方面，在系统用绝缘型转换器80的次级侧，第一次级线圈80b与第二次级线圈80c在串联状态下设置在阻塞二极管8与变换器3之间。并且，开关元件80e被串联设置在第二次级线圈80c与变换器3之间，开关元件80f，以与第二次级线圈80c和开关元件80e的串联配置并联的方式，被设置在第一次级线圈80b和变换器3之间。
在如此构成的系统用绝缘型转换器80中，通过切换开关元件80e和80f的导通/截止状态，能够阶段性地切换构成该转换器的次级侧的有效线圈(和初级线圈80a作为一对双绕组电抗器有效地作用的线圈)。例如，若开关元件80e设为截止并且开关元件80f设为导通，则次级侧的有效线圈为第一次级线圈80b(以下，此状态称为“第一选择状态”)。另一方面，若开关元件80e设为导通并且开关元件80f设为截止，则次级侧的有效线圈为第一次级线圈80b以及第二次级线圈80c(以下，此状态称为“第二选择状态”)。
这里，图10表示次级侧的有效线圈与系统用绝缘型转换器80的转换器效率之间的相关性。图10的横轴为该转换器的初级侧与次级侧之间的电压的升压比ε，纵轴表示该转换器的转换器效率。随着该转换器的次级侧的有效线圈的电感变大，有效线圈的、相对于升压比的转换器效率的峰值向高升压比侧移动。其结果，第二选择状态与第一选择状态相比，如图10所示，转换器效率的峰值处于高升压比侧。而且，在第一选择状态与第二选择状态之间，相对于升压比的转换器效率的优劣交换时的升压比的阈值为ε0。
于是，按照系统用绝缘型转换器80的升压比，通过使用开关元件80e，80f切换有效线圈，可以将转换器效率维持在较好的状态，并且进行从初级侧向次级侧的供给电压的升压。接着，基于图11，对将该转换器效率维持在较好的状态并向马达4供给电力的电力供给控制进行说明。并且，本实施例中的电力供给控制是由ECU20执行的程序。另外，对于进行的与图3所示的电力供给控制同样的处理的步骤，附以同样的参照标号，省略其详细说明。
在本实施例的电力供给控制中，若S104处理结束，则进入S201。S201中，判定定义为燃料电池40的燃料电池供给电压Efc(根据加速踏板40的开度进行的燃料电池40的发电产生的发电电压)相对于上述S104中计算出的要求电压值Esys_req的比率的升压比ε，是否低于预定的阈值ε0。该ε0与图10所示的ε0同义。换言之，S201中，以系统用绝缘型转换器80的转换器效率为基础，判定应该选择第一选择状态还是选择第二选择状态。
若S201中判定为升压比ε比预定的阈值ε0小，即判定为应当选择第一选择状态的有效线圈，则进入S202，开关元件80e设为截止并且开关元件80f设为导通。另一方面，若S201中判定为升压比ε不比预定的阈值ε0小，即判定为应当选择第二选择状态的有效线圈，则进入S204，开关元件80e设为导通并且开关元件80f设为截止。
这里，若S202结束，则进入S203。S203中，基于上述要求电压值Esys_req与燃料电池供给电压Efc，计算系统用绝缘型转换器80的开关元件80d的开关周期Ton/Toff。该开关周期，与实施例1中的开关周期同义。此时，因为系统用绝缘型转换器80的次级侧的有效线圈只是第一次级线圈80b，所以开关周期按下式计算。若S203处理结束，则进入S206。
Ton/Toff＝(Esys_req/Efc)×(N1/N2)
另外，若S204的处理结束，则进入S205。S205中，基于上述要求电压值Esys_req与燃料电池供给电压Efc，计算系统用绝缘型转换器80的开关元件80d的开关周期Ton/Toff。此时，因为系统用绝缘型转换器80的次级侧的有效线圈为第一次级线圈80b与第二次级线圈80c，所以开关周期按下式计算。若S205处理结束，则进入S206。
Ton/Toff＝(Esys_req/Efc)×(N1/(N2+N3))
S206中，根据S203或者S205中计算出的开关周期Ton/Toff，执行系统用绝缘型转换器80的开关元件80d的导通/截止控制，本控制结束。
根据本控制，能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。其结果，在车辆10的电力系统中能够回避接地等故障，并且能够高效地驱动马达。并且，通过基于升压比调整系统用绝缘型转换器80中的开关元件，能够将其转换器效率尽可能地保持在良好的状态。
实施例6
基于图12～15，对本发明的电力供给系统即燃料电池系统的第六实施例进行说明。这些图是表示车辆10的电力系统的概要的图，是表示上述实施例5的变形例的图。因此，对各图所示电力系统的结构中与图9所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。首先，图12所示电力系统，连接燃料电池40与蓄电池50的DC-DC转换器的部分，与上述实施例2同样采用半桥式的DC-DC转换器60b。其他结构，与上述实施例5相同。
其次，图13所示电力系统，与上述实施例3的图6同样，从蓄电池50侧引出系统用绝缘型转换器80的初级侧。其他结构，与上述实施例5相同。另外，图14所示电力系统，与上述实施例3的图7同样，图13所示电力系统中连接燃料电池40与蓄电池50的DC-DC转换器设置为半桥式的DC-DC转换器60b。其他结构，与上述实施例5相同。另外，图15所示电力系统，连接燃料电池40与蓄电池50的部分与上述实施例4同样地设置为电源用绝缘型转换器70。其他结构，与上述实施例5相同。
如此构成的车辆10的电力系统，也跟实施例5一样，能够分别独立地保持包括燃料电池40和蓄电池50的电力供给部PS与车辆驱动部VD的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。并且，可以将系统用绝缘型转换器80的转换器效率尽可能地保持在良好的状态。
实施例7
基于图16和图17，对本发明的电力供给系统即燃料电池系统的第七实施例进行说明。图16是表示车辆10的电力系统的概要的图，是表示上述实施例5的变形例的图。因此，对图5中所示电力系统的结构中与图9所示电力系统的结构同样的部件附以同样的参照标号，省略其详细说明。
图16所示的电力系统，其电力供给部PS和车辆驱动部VD，与上述系统用绝缘型转换器80同样地通过绝缘型转换器即系统用绝缘型转换器90相连接。该系统用绝缘型转换器90与上述系统用绝缘型转换器80同样，能够通过切换配置在该转换器次级侧的开关元件的导通/截止状态，选择其有效线圈。在系统用绝缘型转换器90中，如图16所示设置有三段次级线圈，与此对应地在次级侧设置有三个开关元件。
因此，如图17所示，切换开关元件的导通/截止状态，可以将相对于升压比的转换器效率的推移切换成三种模式。其结果，升压比ε1，ε2作为阈值，通过(1)在升压比小于ε1的情况下选择一段有效线圈、(2)升压比大于等于ε1并且小于ε2的情况下选择两段有效线圈、(3)升压比大于等于ε2的情况下选择三段有效线圈，可以将系统用绝缘型转换器90的转换器效率尽可能地维持在良好的状态。另外，系统用绝缘型转换器90初级侧的开关元件的开关周期Ton/Toff，根据初级线圈和次级侧的有效线圈的圈数比率进行适当的设定。
在本发明相关的燃料电池系统中，系统用绝缘型转换器的次级线圈，并不限于如实施例5、实施例7所示的两段、三段的类型，也可以是四段以上的多段。此外对于开关元件的排列并不限于如实施例5～7那样的排列，也可以是考虑转换器效率能够适当选择次级侧的有效线圈的开关元件的排列。
实施例8
基于图18，对本发明的电力供给系统即燃料电池系统的第八实施例进行说明。图18是表示车辆10的电力系统的概要的图。对图18所示电力系统的结构中与图2所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。图18所示电力系统中与图2所示电力系统的不同点在于，蓄电池50不设置在电力供给部PS侧，而设置在车辆驱动部VD侧，因此，本实施例中，其构成为不经由连接燃料电池40与蓄电池50两者的上述DC-DC转换器、电源用绝缘型转换器。
本实施例中，蓄电池50被设置在车辆驱动部VD侧，其前提是必须将蓄电池50的绝缘状态维持在较高的状态。如此构成的车辆10的电力系统，因为燃料电池40和蓄电池50不由DC-DC转换器等进行连接，所以变得很难细致地控制其输出分配。即，若燃料电池40的输出为主输出，则蓄电池50的输出变得被动，两者的输出分配任其自然。但是，因为没有必要设置DC-DC转换器等，所以能够实现燃料电池系统整体的小型化，而且当然能够分别独立地保持电力供给部PS和车辆驱动部VD之间的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。
此外，对于图18所示的电力系统，也能够适用图3所示的电力供给控制。
实施例9
基于图19，对本发明的电力供给系统即燃料电池系统的第九实施例进行说明。图19是表示车辆10的电力系统的概要的图，是表示上述实施例8的变形例的图。因此，对图19所示电力系统的结构中与图18所示电力系统的结构同样的结构附以同样的参照标号，省略其详细说明。
图19所示的电力系统，其电力供给部PS和车辆驱动部VD之间，如上述实施例5所示，通过能够切换次级侧的有效线圈的系统用绝缘型转换器80相连接的这一点与上述实施例8的图18所示电力系统不同，其他结构相同。因此，对该电力系统，也可以适用图11所示的电力供给控制。
据此，能够分别独立地保持电力供给部PS和车辆驱动部VD之间的绝缘状态，并且可以向马达4供给高电压的电力。并且，通过基于升压比调整系统用绝缘型转换器80中的开关元件的状态，能够将其转换器效率尽可能地保持在良好的状态。
如上所述，根据本发明的电力供给系统，在向驱动装置供给电力时，能够兼顾其供给电压的高压化和确保驱动装置与该系统之间的绝缘性。