(57)【要約】【課題】ドライバに選択させることなく、電力変換器の熱制御と車両静粛性の両立を図る。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、電力変換器と、冷却器と、制御器を備えている。電力変換器は、スイッチング素子を用いて電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。冷却器は、電力変換器へ冷媒を圧送するポンプを備えている。制御器は、電力変換器と冷却器を制御する。また、制御器は、アクセル開度がゼロの状態で車両の速度をゼロから所定上限値の間で制御する車速制御を実行可能である。制御器は、車速制御の実行中は、車速制御非実行中と比較して、（１）車速制御の実行中かつ走行中はスイッチング素子に対する駆動信号を生成する際に用いるキャリア信号の周波数を高くし、（２）車速制御の実行中かつ停車中はポンプの出力を小さくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を用いて電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器へ冷媒を圧送するポンプを備えている冷却器と、
前記電力変換器と前記冷却器を制御する制御器と、
を備えており、
前記制御器は、アクセル開度がゼロの状態で車両の速度をゼロから所定上限値の間で制御する車速制御を実行可能であり、前記車速制御非実行中と比較して、（１）前記車速制御の実行中かつ走行中は前記スイッチング素子に対する駆動信号を生成する際に用いるキャリア信号の周波数を高くし、（２）前記車速制御の実行中かつ停車中は前記ポンプの出力を小さくする、電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備えた電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、スイッチング素子を用いて電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を備えている。スイッチング素子が発生するノイズ（スイッチングノイズ）によって静粛性が低下するおそれがある。
【０００３】
スイッチングノイズはスイッチング素子の動作周波数（スイッチング周波数）に依存し、スイッチング周波数は、スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する際に利用されるキャリア信号の周波数（キャリア周波数）に依存する。キャリア周波数を高くすることでスイッチングノイズが小さくなることが知られている（例えば特許文献１）。一方、キャリア周波数（すなわちスイッチング周波数）を高くすることはスイッチング回数を増加させることにつながる。スイッチング回数の増加はスイッチング損失の増加をまねく。すなわち、キャリア周波数の決定は、スイッチング損失の抑制と静粛性の確保との間のトレードオフとなる。
【０００４】
特許文献１に開示されている電気自動車では、静粛性を重視した運転モード（キャリア周波数が高く設定されている運転モード）と、低損失を重視した運転モード（キャリア周波数が低く設定されている運転モード）が用意されている。運転モードの切り替えスイッチは運転席に設けられており、運転モードはドライバによって選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０２２６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スイッチング素子の損失が大きいということは、スイッチング素子に大電力が流れるときの発熱量が大きいということである。従ってキャリア周波数の決定は、別言すれば、電力変換器の熱制御と静粛性のトレードオフということになる。電力変換器の熱制御と静粛性のトレードオフとなるデバイスがほかにもある。電力変換器を冷却する冷却器のポンプである。しかし、冷却器のポンプの運転モードをドライバに選択させるのは好ましくない。本明細書は、ドライバに選択させることなく、電力変換器の熱制御と車両静粛性の両立を図る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する電気自動車は、電力変換器と、冷却器と、制御器を備えている。電力変換器は、スイッチング素子を用いて電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。冷却器は、電力変換器へ冷媒を圧送するポンプを備えている。制御器は、電力変換器と冷却器を制御する。また、制御器は、アクセル開度がゼロの状態で車両の速度をゼロから所定上限値の間で制御する車速制御を実行可能である。制御器は、車速制御の実行中は、前記車速制御非実行中と比較して、（１）車速制御の実行中かつ走行中はスイッチング素子に対する駆動信号を生成する際に用いるキャリア信号の周波数を高くし、（２）車速制御の実行中かつ停車中はポンプの出力を小さくする。
【０００８】
本明細書が開示する技術は、アクセル開度ゼロの状態で車両の制御器が自動的に車速を制御する車速制御に着目する。車速制御の実行中かつ走行中は、モータの出力が突然大きくなることはない。それゆえ、電力変換器は熱的に安定する。そのような状態のときには、キャリア信号の周波数を車速制御非実行中と比較して高く設定しても、電力変換器の温度上昇を抑えられる。また、車速制御の実行中かつ停車中は、その後の発進時もスムーズな発進が予定されているので、電力変換器は熱的に安定する。そのような状態のときには、車速制御非実行時と比較してポンプの出力を小さくしても発進時の電力変換器の温度上昇を抑えられる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電気自動車の制御系のブロック図である。
【図２】車速制御のフローチャートである。
【図３】車速制御のフローチャートである（図２の続き）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１は、実施例の電気自動車２に備わる制御系のブロック図である。電気自動車２は、電源３と、モータ４と、電力変換器１０と、冷却器２０と、上位コントローラ３０を備えている。電源３は電力変換器１０に接続されている。モータ４は電気自動車２の走行用である三相交流モータである。モータ４は、電力変換器１０に接続されている。すなわち、電源３とモータ４は、電力変換器１０を介して接続されている。電力変換器１０は、電源３が出力する直流電力を、モータ４の駆動電力（三相交流）に変換する。冷却器２０は、電力変換器１０とともに、モータ４を冷却する。上位コントローラ３０は、電力変換器１０及び冷却器２０を制御する。また、上位コントローラ３０は、アクセル開度がゼロの状態で電気自動車２の速度をゼロから所定上限値の間で制御する車速制御を実行可能である。車速制御については後述する。上位コントローラ３０が制御器の一例である。
【００１２】
電力変換器１０は、スイッチング素子１１と、モータコントローラ１２を備えている。図１では、電力変換器１０の詳しい回路構成の図示は省略し、スイッチング素子１１とモータコントローラ１２を備えていることのみを模式的に示してある。電力変換器１０は、複数のスイッチング素子１１を備えていてもよい。電力変換器１０は、スイッチング素子１１の駆動により、電源３が出力する直流電力を、モータ４の駆動電力に変換する。電力変換器１０は、例えば入力された電力を三相交流に変換するインバータ回路を備えている。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を選択的に駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換する。モータコントローラ１２は、スイッチング素子１１の駆動を制御する。モータコントローラ１２は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によって、スイッチング素子１１の駆動を制御する。スイッチング素子１１を駆動するための駆動信号を生成する際にはキャリア信号が用いられる。このキャリア信号の周波数はキャリア周波数と呼ばれる。
【００１３】
スイッチング素子１１は、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。ここでいうスイッチング素子は、電力変換に用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。パワー半導体素子は発熱量が大きい。すなわち、電力変換器１０の発熱量は大きい。
【００１４】
一般にスイッチング素子１１のスイッチング回数が多いほど、スイッチング素子１１に大電力が流れたときの発熱量は大きくなる。スイッチング素子１１のスイッチング回数は、スイッチング素子１１の動作周波数（スイッチング周波数）に依存する。さらに、スイッチング周波数は、キャリア周波数に依存する。キャリア周波数を高くするほど、スイッチング素子１１のスイッチング回数は多くなる。すなわち、キャリア周波数を高くするほど、スイッチング素子１１に大電力が流れたときの発熱量は大きくなる。一方で、キャリア周波数を高くするほど、スイッチング素子１１が動作するときに発生するノイズ（スイッチングノイズ）が小さくなることが知られている。つまり、キャリア周波数を高くするほど、スイッチングノイズが小さくなる。従ってキャリア周波数の決定は、電力変換器１０の熱制御と静粛性のトレードオフということになる。
【００１５】
電力変換器１０に備わるスイッチング素子１１が駆動することにより、スイッチング素子１１は発熱する。それにより、電力変換器１０の温度が上昇する。さらに、モータ４が駆動することによりモータ４は発熱し、モータ４の温度が上昇する。
【００１６】
冷却器２０について説明する。冷却器２０は、電力変換器１０及びモータ４を冷却し、電力変換器１０及びモータ４の温度上昇を抑制する。冷却器２０は、冷却管２１と、リザーブタンク２２と、ポンプ２３と、ラジエータ２４を備えている。冷却管２１は、電力変換器１０とモータ４を通っている。ポンプ２３が冷媒を圧送することにより、冷媒は冷却管２１を循環する。冷媒が冷却管２１を流れることにより、電力変換器１０及びモータ４を冷却する。
【００１７】
冷媒は、リザーブタンク２２に貯められる。リザーブタンク２２に貯められた冷媒は、ポンプ２３によって、ラジエータ２４、電力変換器１０、モータ４を通り、リザーブタンク２２へと戻る。図１において冷却管２１に沿って描かれている太線矢印が冷媒の流れの方向を示している。冷媒がラジエータ２４を通る際に熱を大気に放出する。すなわち、ラジエータ２４は冷媒を冷却する役割を担う。冷媒が冷却されることにより、冷却管２１を通る冷媒は再び電力変換器１０及びモータ４を冷却することができる。
【００１８】
電力変換器１０及びモータ４を冷却する冷媒の流量が多いほど、冷却器２０の冷却性能は上昇する。すなわち、ポンプ２３の出力が高いほど、冷却器２０の冷却性能は上昇する。しかし、ポンプ２３の出力が高いほど、ポンプ２３から発生する騒音も大きくなる。すなわち、ポンプ２３は、電力変換器１０の熱制御と静粛性のトレードオフとなるデバイスである。
【００１９】
上位コントローラ３０は、電気自動車２の走行状態に応じて、スイッチング素子１１のキャリア周波数、及び、ポンプ２３の出力を決定する。上位コントローラ３０は、電力変換器１０に備わるモータコントローラ１２に接続されている。上位コントローラ３０が電気自動車２の走行状態に応じて、キャリア周波数の変更をモータコントローラ１２に指令する。モータコントローラ１２は、上位コントローラ３０からの指令に基づいてキャリア周波数を変更する。また、上位コントローラ３０は、冷却器２０に備わるポンプ２３に接続されている。上位コントローラ３０は、電気自動車２の走行状態に応じて、冷却器２０に備わるポンプ２３の出力を変更する。ポンプ２３の出力の変更は、例えばポンプ２３の駆動デューティ比を変更することによって行う。
【００２０】
電気自動車２はさらに、車速センサ３１と、車間距離センサ３２と、アクセル開度センサ３３と、クルーズコントロールスイッチ３４を備えている。車速センサ３１は、電気自動車２の車速を測定する。車速センサ３１は、上位コントローラ３０に接続されている。車速センサ３１の測定値は、上位コントローラ３０に伝達される。車間距離センサ３２は、電気自動車２と前方障害物（例えば、前方を走行する車両）との距離を測定する。車間距離センサ３２は、車両の前部に取り付けられているレーザセンサ、ミリ波センサ、ステレオ立体視による距離センサなどである。車間距離センサ３２は上位コントローラ３０に接続されている。車間距離センサ３２の測定値は、上位コントローラ３０に伝達される。アクセル開度センサ３３は、電気自動車２のアクセル開度を測定する。アクセル開度センサ３３は、上位コントローラ３０に接続されている。アクセル開度センサ３３の測定値は、上位コントローラ３０に伝達される。
【００２１】
クルーズコントロールスイッチ３４は、運転席に備えられており、運転者によって操作される。クルーズコントロールスイッチ３４は、運転者の操作に応じてオン信号とオフ信号を出力する。クルーズコントロールスイッチ３４は、上位コントローラ３０に接続されている。クルーズコントロールスイッチ３４が出力する信号は、上位コントローラ３０に伝達される。
【００２２】
クルーズコントロールスイッチ３４の出力信号がオフ信号からオン信号に切り替わると、上位コントローラ３０は、車速制御を開始する。車速制御は、アクセル開度センサ３３の測定値がゼロであっても車速を所定の上限値に維持する制御である。車速の上限値は、クルーズコントロールスイッチ３４の信号がオフからオンに切り替わったときの車速に設定される。クルーズコントロールスイッチ３４に付随して、速度調整用のスイッチが運転席に設けられており、運転者による速度調整用スイッチの操作によって車速の上限値は変更可能である。
【００２３】
上位コントローラ３０は、車速制御中は車間距離センサ３２の計測値をモニタしており、前方の車両との車間距離が短くなってきたら、車速を下げる。上位コントローラ３０は、ゼロまで車速を落とすことができる。すなわち、上位コントローラ３０が実行する車速制御は、ゼロから上記した上限値の間で車速を制御する。
【００２４】
先に述べたように、スイッチング素子１１のキャリア周波数の決定、及び、ポンプ２３の出力の決定は、電力変換器１０の熱制御と静粛性のトレードオフとなる。アクセル開度が大きいとき、スイッチング素子１１の発熱量、すなわち、電力変換器１０の発熱量は大きくなる。従って、アクセル開度の変化の予測が困難なときには、キャリア周波数を高くすること、及び、ポンプ２３の出力を下げることは望ましくない。一方、上記した車速制御中は、アクセルワークによらずに上位コントローラ３０が車間距離に応じて車速を調整する。アクセルワークによらない車速制御においては、乗員に違和感を与えないように、上位コントローラ３０は円滑な加減速を行う。すなわち、車速制御中は、電力変換器１０は熱的に安定する。電気自動車２は、電力変換器１０が熱的に安定する車速制御中は、静粛性が向上するように、キャリア周波数あるいはポンプ２３の出力を決定する。
【００２５】
図２、図３を参照して、車速制御を説明する。図２と図３は、上位コントローラ３０が実行する車速制御のフローチャートである。図２、図３の処理は、クルーズコントロールスイッチ３４の信号がオフからオンに切り替わると起動される。なお、車速制御は、アクセル開度がゼロのときにクルーズコントロールスイッチ３４の信号がオフからオンに切り替わったときに開始される。アクセル開度がゼロ以外のとき、及び、不図示のブレーキペダルが踏まれているときには、クルーズコントロールスイッチ３４の信号がオフからオンに切り替わっても車速制御は実行されない。車速制御中にアクセルペダルが踏まれたとき（アクセル開度がゼロ以外になったとき）、あるいは、ブレーキペダルが踏まれたときには、車速制御は解除される。当然ながら、運転者の操作によりクルーズコントロールスイッチ３４がオンからオフに操作された場合にも、車速制御は解除される。
【００２６】
車速制御が開始されると、上位コントローラ３０は、モータ４の出力上限値を車速制御非実行時よりも下げる（ステップＳ２）。先に述べたように、車速制御中は、上位コントローラ３０は、円滑な加減速を行うので、モータ４の出力が急上昇することはない。車速制御の実行中、上位コントローラ３０は、ステップＳ２で下げられた出力上限値の制限内で、車両を加減速させ、車速を調整する。また、ステップＳ２は、他の制御ルーチンからの要請によってモータ４の出力が過度に上昇することを防止する処理でもある。
【００２７】
続いて、上位コントローラ３０は、キャリア周波数を車速制御非実行時よりも上げる（ステップＳ３）。例えば、車速制御非実行時のキャリア周波数が５−１０［ｋＨｚ］であり、車速制御中は、キャリア周波数が１５［ｋＨｚ］に引き上げられる。キャリア周波数を上げることで、スイッチングノイズが小さくなる。一方、キャリア周波数を上げると単位時間当たりのスイッチング回数が増えて損失が高くなる。しかしながら、車速制御中はモータ４の出力が大きくならないので、損失の増加も僅かである。逆に、モータ４の出力が大きくないのでモータ４の回転騒音に対してスイッチングノイズが静粛性に与える影響が大きくなる。車速制御中はモータ４の回転騒音が小さいので、キャリア周波数を高くしてスイッチングノイズを小さくすることで、車内の静粛性が高まる。車速制御中はモータ４の出力が急激に大きくなることがないので、キャリア周波数を高くしても損失の増加は僅かである。
【００２８】
先に述べたように、車速制御中、上位コントローラ３０は、前方車両との車間距離に応じて車速を制御する（ステップＳ４）。具体的には、車間距離が所定距離以上の場合、上位コントローラ３０は、車速の上限値を維持するようにモータ４を制御する。車速の上限値は、先に述べたように、クルーズコントロールスイッチ３４の信号がオフからオンに切り替わったときの車速である。
【００２９】
上位コントローラ３０は、車間距離が所定距離よりも短くなると、車間距離に応じて車速を下げる。上位コントローラ３０は、車速が下がるほどに、保持すべき車間距離を短くする。車間距離が最低車間距離よりも短くなりそうな場合は、上位コントローラ３０は、車速をゼロまで下げる。典型的には、前方の車両が停止した場合、上位コントローラ３０は、最低車間距離を保持して車両を停止させる。このように、車速制御において上位コントローラ３０は、車速をゼロから所定の上限値との間で制御する。
【００３０】
車速がゼロとなった場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）の処理は、後に図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３１】
車速制御が解除されるまで、上位コントローラ３０は車速制御を継続する（ステップＳ６：ＮＯ、Ｓ４）。車速制御が解除されると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、上位コントローラ３０は、キャリア周波数を元に戻し（ステップＳ７）、出力上限値を元に戻し（ステップＳ８）、車速制御を終了する。先に述べたように、車速制御が解除されるのは、アクセルペダルが踏まれたとき、ブレーキペダルが踏まれたとき、あるいは、クルーズコントロールスイッチ３４がオンからオフに操作されたとき、のいずれかである。
【００３２】
図３に移り、車速がゼロのときの制御を説明する。車速制御中に車速がゼロになると、上位コントローラ３０は、ポンプ２３の出力を下げる（図３、ステップＳ１２）。例えば、車速制御非実行中のポンプ２３の最低駆動デューティ比は６０％であり、ステップＳ１２では、駆動デューティ比を５０％へ下げる。ポンプ２３の出力を下げることで、ポンプ２３の騒音が下がる。停車中はモータ４の回転騒音がないので、ポンプ２３の騒音が静粛性に与える影響が大きくなる。停止中にポンプ２３の出力を下げることで、車内の静粛性が高まる。停車中はモータ４が動作しないので電力変換器１０の発熱がなく、ポンプ２３の出力を下げても冷却能力不足になることはない。
【００３３】
前方車との車間距離が拡大したら（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、上位コントローラ３０は、ポンプ２３の出力を元に戻し（ステップＳ１５）、ステップＳ４の車速制御に戻る。また、車速ゼロの間に車速制御が解除された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、上位コントローラ３０は、ポンプ２３の出力を元に戻し（ステップＳ１６）、キャリア周波数も元に戻し（ステップＳ１７）、出力上限値も元に戻し（ステップＳ１８）、車速制御を終了する。車速制御が解除される条件は、先に述べたように、アクセルペダルが踏まれたとき、ブレーキペダルが踏まれたとき、あるいは、クルーズコントロールスイッチ３４がオンからオフに切り替えられたときのいずれかである。
【００３４】
以上のとおり、上位コントローラ３０は、車速制御の実行中、かつ、車速が非ゼロの場合、スイッチング素子１１を駆動するキャリア周波数を、車速制御非実行中のキャリア周波数と比較して高く設定する。これにより、スイッチング素子１１から発生する騒音を低減することができる。上位コントローラ３０が車速制御の実行中においては、モータ４の出力が突然大きくなることはない。すなわち、車速制御中はキャリア周波数を高くしても、電力変換器１０の温度上昇を抑制することができる。上位コントローラ３０が車速制御の実行中、かつ、電気自動車２が走行中において、電力変換器１０の熱制御と車両静粛性を両立し得る。
【００３５】
また、車速制御の実行中、かつ、電気自動車２が停車中の場合、上位コントローラ３０は、ポンプ２３の出力を、車速制御非実行中比較して低く設定する。これにより、ポンプ２３から発生する騒音を低減することができる。停車中にはモータ４は回転しないので、電力変換器１０の発熱量が抑えられ、ポンプの出力を下げても電力変換器１０の温度上昇を抑えることができる。車速制御の実行中の発進時は、スムーズな発進が予定されている。従って、発進直後に電力変換器１０の発熱量が過大となることがないので、発進前にポンプの出力を下げていても、発進後に電力変換器１０の急激な温度上昇は避けられる。つまり、上位コントローラ３０が車速制御の実行中、かつ、電気自動車２が停車中において、電力変換器１０の熱制御と車両静粛性を両立し得る。
【００３６】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電気自動車２では、アクセルペダルが踏まれたこと、あるいは、ブレーキペダルが踏まれたことが、車速制御を解除する条件であった。アクセルペダルが踏まれても車速制御を解除せず、アクセルペダルの踏み込み量に応じて車速上限値を上昇させるようにしてもよい。その場合、アクセルペダルが踏まれても、ステップＳ２の処理によりモータ４の出力上限値が抑えられる。モータ４の上限値が通常走行時よりも低く設定されているので、電力変換器１０の発熱量が急激に大きくなることは、電力制御器１０を適切に熱制御することができる。また、この場合、アクセル開度の変化量が閾値を超えた場合に車速制御を解除するように構成してもよい。
【００３７】
実施例の電気自動車における車速制御では、図２のステップＳ２において、モータ４の出力上限値を下げる。出力上限値は、モータ４の出力トルク、あるいは、出力電力である。出力上限値を下げることに代えて、電力変換器１０の入力電力の上限値を下げてもよい。
【００３８】
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２：電気自動車
３：電源
４：モータ
１０：電力変換器
１１：スイッチング素子
１２：モータコントローラ
２０：冷却器
２１：冷却管
２２：リザーブタンク
２３：ポンプ
２４：ラジエータ
３０：上位コントローラ
３１：車速センサ
３２：車間距離センサ
３３：アクセル開度センサ
３４：クルーズコントロールスイッチ
【図１】
2020120559.tif 000003
【図２】
2020120559.tif 000004
【図３】
2020120559.tif 000005