(57)【要約】【課題】  本発明は、電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニット（１２）と、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリ（１４）と、巻線（２１，２２，２３）を有する電気機械（２０）と、電気機械（２０）を制御するための逆変換装置（３０）とを含む、特に車両のための駆動システム（１０）に関する。【解決手段】  このとき逆変換装置（３０）は３レベルインバータとして構成されており、複数の電子スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）とダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）、ならびに正極（３７）、負極（３５）、および中性極（３６）を有しており、燃料電池ユニット（１２）と二次バッテリ（１４）は直列に配線されるとともに、逆変換装置（３０）の極（３５，３６，３７）と接続される。本発明は、本発明による駆動システム（１０）を加熱する方法にも関し、逆変換装置（３０）のスイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、燃料電池ユニット（１２）が接続されている逆変換装置（３０）の極（３５，３６，３７）の間で短絡状の電流経路が生じるように制御される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニット（１２）と、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリ（１４）と、巻線（２１，２２，２３）を有する電気機械（２０）と、前記電気機械（２０）を制御するための逆変換装置（３０）とを含む、特に車両のための駆動システム（１０）において、
前記逆変換装置（３０）は３レベルインバータとして構成されており、複数の電子スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）とダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）、ならびに
正極（３７）、負極（３５）、および中性極（３６）を有しており、
前記燃料電池ユニット（１２）と前記二次バッテリ（１４）は直列に配線されるとともに、前記逆変換装置（３０）の前記極（３５，３６，３７）と接続されることを特徴とする駆動システム（１０）。
【請求項２】
前記燃料電池ユニット（１２）と前記二次バッテリ（１４）は、正極（３７）で中性極（３６）よりも高い電位が印加され、負極（３５）で中性極（３６）よりも低い電位が印加されるように、前記逆変換装置（３０）の前記極（３５，３６，３７）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動システム（１０）。
【請求項３】
前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）と並列にそれぞれフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）がつながれ、
前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）と中性極（３６）との間にクランピングダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６）が設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動システム（１０）。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動システム（１０）を加熱する方法において、前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、前記燃料電池ユニット（１２）が接続されている前記逆変換装置（３０）の極（３５，３６，３７）の間で短絡状の電流経路が生じるように制御されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路に前記逆変換装置（３０）のダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）とスイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）だけが位置するように制御されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路に前記電気機械（２０）の少なくとも１つの巻線（２１，２２，２３）が位置するように制御されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各々の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２）と並列にそれぞれフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）がつながれて、
前記短絡状の電流経路の解消によって前記電気機械（２０）の巻線（２１，２２，２３）で発生する誘導電圧が、
少なくとも１つのフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１２）を介して前記二次バッテリ（１４）へと流れる電流を生成するようになっていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動システム（１０）および／または請求項４から９までのいずれか１項に記載の方法の利用法において、燃料電池車両（ＦＣＶ）での利用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニットと、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリと、巻線を有する電気機械と、電気機械を制御するための逆変換装置とを含む、特に車両のための駆動システムに関する。さらに本発明は、本発明による駆動システムを加熱する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来的に、特にハイブリッド車両や電気車両などの車両では、新たなエネルギー蓄積テクノロジーを電気駆動技術と組み合わせる電子システムがますます多く採用されると見通される。電気機械へ三相電流を供給するために、インバータとも呼ばれる逆変換装置を介して、バッテリからの直流電圧を三相の交流電圧へと変換することができる。
【０００３】
車両の電気駆動システムのための電気エネルギーを生成するための１つの選択肢をなすのが燃料電池である。その場合、燃料電池車両は電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリをしばしば追加的に装備しており、それは、たとえば駆動のための一時的な出力上昇を行うためや、制動エネルギーの回生を可能にするためである。
【０００４】
特許文献１より、当分野に属する車両のための駆動システムが公知である。この駆動システムは、電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニットと、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリと、電気機械と、電気機械を制御するための逆変換装置とを含んでいる。
【０００５】
特に自動車での用途における燃料電池が、使用開始時に特に凝固点を明らかに下回る、温度が低い環境のもとにある場合がある。燃料電池の障害を回避するために、燃料電池の通常動作に先立って加熱段階を設けることが知られている。このような加熱段階では、通常、燃料電池の排熱生産を増やすために燃料電池構造の効率を低下させる。
【０００６】
特許文献２より、燃料電池構造ならびに燃料電池構造を加熱する方法が明らかとなる。その場合、燃料電池構造の各接点の間に接続可能な電気抵抗が設けられる。この抵抗が接続されると、燃料電池構造を加熱するための熱が生成される。
【０００７】
特許文献３より、燃料電池システムならびに燃料電池システムのコールドスタートをする方法が公知である。燃料電池システムのコールドスタートのときに電気的な負荷が接続され、それと同時に反応出発物質の供給の補償が行われる。
【０００８】
通常の動作温度よりも下で固体高分子電解質型燃料電池をスタートさせる方法が、特許文献４から公知である。その場合、反応出発物質の供給がスタート時間中に縮小される。
【０００９】
特許文献５には、加熱のために追加の手段を有する流動通路を有する燃料電池構造が開示されている。加熱のためのこの手段は、たとえば赤外加熱装置や加熱部材である。
【００１０】
直流電圧から三相交流電圧を生成するための逆変換装置は当業者に周知である。たとえば非特許文献１および非特許文献２より、複数の電子スイッチとダイオード、ならびに正極、負極、および中性極を有する３レベルインバータが明らかとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２０１２２２２３４３Ａ１号明細書
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０２０１２２１８５８４Ａ１号明細書
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第１０２００７０２６００３Ａ１号明細書
【特許文献４】ドイツ特許出願公表第６０００５８３６Ｔ２号明細書
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第１０２００８０２９１５５Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】２０１４  ＩＥＥＥ，Ｐｒｉｎｔ  ＩＳＢＮ：９７８−３−８００７−３６０３−４
【非特許文献２】ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＷＯ−ＬＥＶＥＬ  ＡＮＤ  ＴＨＲＥＥ−ＬＥＶＥＬ  ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ  ＢＹ  ＭＡＴＬＡＢ  ＡＮＤ  ＲＴ−ＬＡＢ，Ｏｈｉｏ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ２０１１
【発明の概要】
【００１３】
特に車両のための駆動システムが提案される。この駆動システムは、電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニットと、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリと、巻線を有する電気機械と、電気機械を制御するための逆変換装置とを含んでいる。逆変換装置は特に３つの位相出力部を有しており、電気機械は３つの巻線を有している。位相出力部は電気機械の巻線と接続される。
【００１４】
本発明によると、逆変換装置は３レベルインバータとして構成されており、複数の電子スイッチとダイオード、ならびに正極、負極、および中性極を有する。このとき燃料電池ユニットと二次バッテリは直列に配線されるとともに、逆変換装置の極と接続される。たとえば燃料電池ユニットは負極および中性極と接続され、二次バッテリは中性極および正極と接続される。別案として、二次バッテリが負極および中性極と接続され、燃料電池ユニットが中性極および正極と接続される。
【００１５】
燃料電池ユニットと二次バッテリは、正極で中性極よりも高い電位が印加され、負極で中性極よりも低い電位が印加されるように、逆変換装置の極と接続されるのが好ましい。たとえば燃料電池ユニットまたは二次バッテリの負端子が負極と接続され、燃料電池ユニットまたは二次バッテリの正端子が中性極と接続される。同様に、燃料電池ユニットまたは二次バッテリの負端子が中性極と接続され、燃料電池ユニットまたは二次バッテリの正端子が正極と接続される。
【００１６】
逆変換装置のスイッチと並列に、それぞれフリーホイーリングダイオードがつながれるのが好ましい。逆変換装置のスイッチと逆変換装置の中性極との間に、クランピングダイオードが設けられるのが好ましい。
【００１７】
本発明による電気駆動システムを加熱する方法も提案される。本発明によると逆変換装置のスイッチは、燃料電池ユニットが接続されている逆変換装置の極の間で短絡状の電流経路が生じるように制御される。すなわち、燃料電池ユニットの正端子と負端子との間で短絡状の電流経路が生成される。それにより、燃料電池ユニットと逆変換装置を通って比較的高い電流が流れる。それにより熱が生成され、駆動システムが、特に燃料電池ユニットが加熱される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、逆変換装置のスイッチは、短絡状の電流経路に逆変換装置のダイオードとスイッチだけが位置するように制御される。
【００１９】
本発明の好ましい発展例では、このとき逆変換装置のスイッチは、短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御される。パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、平均の電流強さを制御することができる。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、逆変換装置のスイッチは、短絡状の電流経路に電気機械の少なくとも１つの巻線が位置するように制御される。電気機械の巻線のインピーダンスによって電流強さが制限される。
【００２１】
本発明の好ましい発展例では、このとき逆変換装置のスイッチは、短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御される。パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、一方では平均の電流強さを制御することができる。これに加えて、短絡状の電流経路が解消されたときに電気機械のコイルで誘導電圧が発生する。
【００２２】
各々のスイッチと並列にそれぞれフリーホイーリングダイオードがつながれて、短絡状の電流経路の解消によって電気機械の巻線で発生する誘導電圧が、少なくとも１つのフリーホイーリングダイオードを介して二次バッテリへと流れる電流を生成するようになっているのが特別に好ましい。前述の電流によって二次バッテリが充電される。
【００２３】
本発明による駆動システムならびに本発明による方法は、燃料電池車両（Fuel Cell Vehicle, FCV）で好ましく適用される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による駆動システムならびに本発明による方法は、駆動システムの、特に燃料電池ユニットの加熱の比較的正確な制御を可能にするという利点がある。このとき平均の電流強さをパルス幅変調によって的確に調整することができる。追加の切換部材、たとえば負荷抵抗なども必要ない。駆動システムの加熱に必要なすべての切換部材が、駆動システム自体に存在する。
【００２５】
本発明の実施形態について図面と以下の記述を用いて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】駆動システムを示す模式的な図である。
【図２】二次バッテリの充電に関わる図１に示す駆動システムの等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態についての以下の記述では、同一または類似の部材には同じ符号が付されており、これらの部材について個別事例で繰り返して説明することはしない。各図面は本発明の対象物を模式的に示すにすぎない。
【００２８】
図１には駆動システム１０が模式的に示されている。駆動システム１０は、電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニット１２と、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリ１４とを含んでいる。燃料電池ユニット１２ならびに二次バッテリ１４は、直列に配線された複数のセルをそれぞれ有している。燃料電池ユニット１２と並列に、第１のコンデンサ１６がつながれている。二次バッテリ１４と並列に、第２のコンデンサ１８がつながれている。
【００２９】
さらに駆動システム１０は、第１の巻線２１と、第２の巻線２２と、第３の巻線２３とを有する電気機械２０を含んでいる。巻線２１，２２，２３は本例では星形結線として配線されており、中性点２５と接続されている。巻線２１，２２，２３は三角結線として配線されていてもよい。
【００３０】
駆動システム１０は、電気機械２０を制御するための逆変換装置３０も含んでいる。逆変換装置３０は、本例では、第１の巻線２１と接続された第１の位相出力部３１と、第２の巻線２２と接続された第２の位相出力部３２と、第３の巻線２３と接続された第３の位相出力部３３とを有している。
【００３１】
さらに逆変換装置３０は、負極３５と、中性極３６と、正極３７とを有している。本例では、燃料電池ユニット１２の負端子が負極３５と接続され、燃料電池ユニット１２の正端子が中性極３６と接続される。さらに、二次バッテリ１４の負端子が中性極３６と接続され、二次バッテリ１４の正端子が正極３７と接続されている。このように、燃料電池ユニット１２と二次バッテリ１４は直列に配線されている。
【００３２】
第１のクランピングダイオードＤ１が、中性極３６と第１の結節点４１との間に設けられている。第２のクランピングダイオードＤ２が、中性極３６と第２の結節点４２との間に設けられている。第３のクランピングダイオードＤ３が、中性極３６と第３の結節点４３との間に設けられている。第４のクランピングダイオードＤ４が、中性極３６と第４の結節点４４との間に設けられている。第５のクランピングダイオードＤ５が、中性極３６と第５の結節点４５との間に設けられている。第６のクランピングダイオードＤ６が、中性極３６と第６の結節点４６との間に設けられている。
【００３３】
正極３７と第１の結節点４１の間に、第１のスイッチＳ１が配置されている。第１の位相出力部３１と第１の結節点４１の間に、第２のスイッチＳ２が配置されている。第１の位相出力部３１と第２の結節点４２の間に、第３のスイッチＳ３が配置されている。負極３５と第２の結節点４２の間に、第４のスイッチＳ４が配置されている。
【００３４】
正極３７と第３の結節点４３の間に、第５のスイッチＳ５が配置されている。第２の位相出力部３２と第３の結節点４３の間に、第６のスイッチＳ６が配置されている。第２の位相出力部３２と第４の結節点４４の間に、第７のスイッチＳ７が配置されている。負極３５と第４の結節点４４の間に、第８のスイッチＳ８が配置されている。
【００３５】
正極３７と第５の結節点４５の間に、第９のスイッチＳ９が配置されている。第３の位相出力部３３と第５の結節点４５の間に、第１０のスイッチＳ１０が配置されている。第３の位相出力部３３と第６の結節点４６の間に、第１１のスイッチＳ１１が配置されている。負極３５と第６の結節点４６の間に、第１２のスイッチＳ１２が配置されている。
【００３６】
逆変換装置のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２は、図示しない制御ユニットによって制御可能な電子スイッチである。前掲のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２はバイポーラトランジスタとして、または、絶縁されたゲート電極を有するバイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor, IGBT）として施工されるのが好ましい。
【００３７】
第１のスイッチＳ１と並列に、第１のフリーホイーリングダイオードＸ１がつながれている。第２のスイッチＳ１と並列に、第２のフリーホイーリングダイオードＸ２がつながれている。第３のスイッチＳ３と並列に、第３のフリーホイーリングダイオードＸ３がつながれている。第４のスイッチＳ４と並列に、第４のフリーホイーリングダイオードＸ４がつながれている。第５のスイッチＳ５と並列に、第５のフリーホイーリングダイオードＸ５がつながれている。第６のスイッチＳ６と並列に、第６のフリーホイーリングダイオードＸ６がつながれている。第７のスイッチＳ７と並列に、第７のフリーホイーリングダイオードＸ７がつながれている。第８のスイッチＳ８と並列に、第８のフリーホイーリングダイオードＸ８がつながれている。第９のスイッチＳ９と並列に、第９のフリーホイーリングダイオードＸ９がつながれている。第１０のスイッチＳ１０と並列に、第１０のフリーホイーリングダイオードＸ１０がつながれている。第１１のスイッチＳ１１と並列に、第１１のフリーホイーリングダイオードＸ１１がつながれている。第１２のスイッチＳ１２と並列に、第１２のフリーホイーリングダイオードＸ１２がつながれている。
【００３８】
駆動システム１０を加熱するために、たとえば第２のスイッチＳ２、第３のスイッチＳ３、および第４のスイッチＳ４を閉じることができる。それにより、中性極３６から第１のクランピングダイオードＤ１、第２のスイッチＳ２、第３のスイッチＳ３、および第４のスイッチＳ４を介して負極３５までの短絡状の電流経路が生じる。このとき燃料電池ユニット１２は、生じた短絡状の電流経路によって電流を供給する。
【００３９】
このとき第２のスイッチＳ２、第３のスイッチＳ３、および第４のスイッチＳ４は、たとえば１０ｋＨｚの周波数で周期的に開閉することができ、それにより、短絡状の電流経路が周期的に発生し、解消される。パルス幅変調（ＰＷＭ）により、燃料電池ユニット１２に由来する電流の平均の電流強さを制御することができる。
【００４０】
たとえば第６のスイッチＳ６、第７のスイッチＳ７、および第８のスイッチＳ８が閉じられたときにも、これに類似する短絡状の電流経路が生じる。第１０のスイッチＳ１０、第１１のスイッチＳ１１、および第１２のスイッチＳ１２が閉じられたときにも、これに類似する短絡状の電流経路が生じる。
【００４１】
さらに、第２のスイッチＳ２、第３のスイッチＳ３、第４のスイッチＳ４、第６のスイッチＳ６、第７のスイッチＳ７、第８のスイッチＳ８、第１０のスイッチＳ１０、第１１のスイッチＳ１１、および第１２のスイッチＳ１２が同時に閉じられることが考えられる。それにより、並列に延びる３つの短絡状の電流経路が中性極３６から負極３５まで生じる。このとき燃料電池ユニット１２は、生じた短絡状の電流経路によって電流を供給する。
【００４２】
駆動システム１０を加熱するために、たとえば第２のスイッチＳ２、第７のスイッチＳ７、および第８のスイッチＳ８を閉じることもできる。それにより、中性極３６から第１のクランピングダイオードＤ１、第２のスイッチＳ２、第１の巻線２１、第２の巻線２２、第７のスイッチＳ７、および第８のスイッチＳ８を介して負極３５までの短絡状の電流経路が生じる。このケースでは、第１の巻線２１と第２の巻線２２のインピーダンスが、生じた短絡状の電流経路によって燃料電池ユニット１２が供給する電流の電流強さを制限する。
【００４３】
たとえば第２のスイッチＳ２に代えて第６のスイッチＳ６または第１０のスイッチＳ１０が閉じられ、第７のスイッチＳ７および第８のスイッチＳ８に代えて第１１のスイッチＳ１１と第１２のスイッチＳ１２、または第３のスイッチＳ３と第４のスイッチＳ４が閉じられたときにも、これに類似する短絡状の電流経路が生じる。閉じられるべきスイッチを適宜選択することで、電気機械２０の巻線２１，２２，２３のうちの２つが位置する、中性極３６から負極３５への短絡状の電流経路がそのつど生成される。巻線２１，２２，２３が三角結線として配線されているときは、巻線２１，２２，２３のうちそのつど１つだけが短絡状の電流経路に位置する。
【００４４】
駆動システム１０を加熱するために、たとえば第２のスイッチＳ２が常時閉じられたままに保たれ、第７のスイッチＳ７と第８のスイッチＳ８が周期的に開閉される。それにより、中性極３６から第１のクランピングダイオードＤ１、第２のスイッチＳ２、第１の巻線２１、第２の巻線２２、第７のスイッチＳ７、および第８のスイッチＳ８を介して負極３５への短絡状の電流経路が周期的に生じ、前述した電流経路が再び周期的に解消される。
【００４５】
前述した短絡状の電流経路が解消されると、第１の巻線２１ならびに第２の巻線２２で誘導電圧が生じる。前述の誘導電圧が電流を生成し、これが第６のフリーホイーリングダイオードＸ６および第５のフリーホイーリングダイオードＸ５を介して二次バッテリ１４へと流れる。前述した電流によって二次バッテリ１４が充電される。
【００４６】
第２のスイッチＳ２に代えて、第６のスイッチＳ６または第１０のスイッチＳ１０を閉じたままに保つこともできる。閉じられるべきスイッチを適宜選択することで、電気機械２０の巻線２１，２２，２３のうちの２つが位置する、中性極３６から負極３５への短絡状の電流経路がそのつど生成される。
【００４７】
第７のスイッチＳ７および第８のスイッチＳ８に代えて、たとえば第１１のスイッチＳ１１および第１２のスイッチＳ１２を周期的に開閉することができる。このケースでは、誘導電圧によって生成される電流は第１０のフリーホイーリングダイオードＸ１０と第９のフリーホイーリングダイオードＸ９を介して二次バッテリ１４へと流れる。
【００４８】
第７のスイッチＳ７および第８のスイッチＳ８に代えて、たとえば第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４を周期的に開閉することができる。このケースでは、誘導電圧によって生成される電流は第２のフリーホイーリングダイオードＸ２と第１のフリーホイーリングダイオードＸ１を介して二次バッテリ１４へと流れる。
【００４９】
二次バッテリ１４の充電に関して図１の駆動システム１０の簡略化された等価回路が、図２に示されている。ここでは、二次バッテリ１４の充電の機能のために重要でない切換部材は図示していない。相応の制御によって、駆動システム１０は二次バッテリ１４の充電時に昇圧コンバータまたは逓昇変圧器のように作用する。
【００５０】
燃料電池ユニット１２と二次バッテリ１４は、図１にすでに示したとおり、直列に配線されている。燃料電池ユニット１２の負端子は負極３５と接続され、燃料電池ユニット１２の正端子は中性極３６と接続されている。二次バッテリ１４の負端子は中性極３６と接続され、二次バッテリ１４の正端子は正極３７と接続されている。
【００５１】
中性極３６と等価位相出力部３４の間に、等価インダクタンスＬＸが配置されている。このとき等価インダクタンスＬＸは、選択されるスイッチに応じて、第１の巻線２１と第２の巻線２２のインダクタンスの合計、または第２の巻線２２と第３の巻線２３のインダクタンスの合計、または第３の巻線２３と第１の巻線２１のインダクタンスの合計を形成する。等価位相出力部３４は、選択されるスイッチに応じて、第１の位相出力部３１、第２の位相出力部３２、または第３の位相出力部３３に相当する。
【００５２】
等価位相出力部３４と負極３５の間に等価スイッチＳＸが設けられている。等価スイッチＳＸは、選択されるスイッチに応じて、第７のスイッチＳ７と第８のスイッチＳ８、または第１１のスイッチＳ１１と第１２のスイッチＳ１２，または第３のスイッチＳ３と第４のスイッチＳ４を反映する。
【００５３】
等価位相出力部３４と正極３７の間に等価フリーホイーリングダイオードＸＸが設けられている。等価フリーホイーリングダイオードＸＸは、選択されるスイッチに応じて、第６のフリーホイーリングダイオードＸ６と第５のフリーホイーリングダイオードＸ５、または第１０のフリーホイーリングダイオードＸ１０と第９のフリーホイーリングダイオードＸ９、または第１２のフリーホイーリングダイオードＸ１２と第１のフリーホイーリングダイオードＸ１を反映する。
【００５４】
本発明は、ここに説明した実施例およびそこで強調されている態様だけに限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲によって記載される範囲の内部で、当業者の行為の枠内にある数多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  駆動システム
１２  燃料電池ユニット
１４  二次バッテリ
２０  電気機械
２１，２２，２３  巻線
３０  逆変換装置
３５  負極
３６  中性極
３７  正極
【図１】
2019532606.tif 000003
【図２】
2019532606.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月8日(2019.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを生成するための燃料電池ユニット（１２）と、電気エネルギーを蓄積するための二次バッテリ（１４）と、巻線（２１，２２，２３）を有する電気機械（２０）と、前記電気機械（２０）を制御するための逆変換装置（３０）とを含む、駆動システム（１０）において、
前記逆変換装置（３０）は３レベルインバータとして構成されており、複数の電子スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）とダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２）、ならびに
正極（３７）、負極（３５）、および中性極（３６）を有しており、
前記燃料電池ユニット（１２）と前記二次バッテリ（１４）は直列に配線されるとともに、前記逆変換装置（３０）の前記極（３５，３６，３７）と接続されることを特徴とする駆動システム（１０）。
【請求項２】
前記燃料電池ユニット（１２）と前記二次バッテリ（１４）は、正極（３７）で中性極（３６）よりも高い電位が印加され、負極（３５）で中性極（３６）よりも低い電位が印加されるように、前記逆変換装置（３０）の前記極（３５，３６，３７）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動システム（１０）。
【請求項３】
前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）と並列にそれぞれフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２）がつながれ、
前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）と中性極（３６）との間にクランピングダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６）が設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動システム（１０）。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動システム（１０）を加熱する方法において、前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）は、前記燃料電池ユニット（１２）が接続されている前記逆変換装置（３０）の極（３５，３６，３７）の間で短絡状の電流経路が生じるように制御されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路に前記逆変換装置（３０）のダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２）とスイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）だけが位置するように制御されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路に前記電気機械（２０）の少なくとも１つの巻線（２１，２２，２３）が位置するように制御されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記逆変換装置（３０）の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）は、前記短絡状の電流経路が周期的に発生して解消されるように制御されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各々の前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）と並列にそれぞれフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２）がつながれて、
前記短絡状の電流経路の解消によって前記電気機械（２０）の巻線（２１，２２，２３）で発生する誘導電圧が、
少なくとも１つのフリーホイーリングダイオード（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２）を介して前記二次バッテリ（１４）へと流れる電流を生成するようになっていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動システム（１０）および／または請求項４から９までのいずれか１項に記載の方法の利用法において、燃料電池車両（ＦＣＶ）での利用法。
【国際調査報告】
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