(57)【要約】【課題】キャリア周波数切替に伴うパワー変動を抑制する。【解決手段】燃料電池２０の生成した直流出力電力をＦＣ昇圧コンバーター７０にてパルス幅変調処理を行って昇圧し、その電流をインバーター５０にて交流変換してモーター４０に供給する際に、モーターに供給される電流の状況に応じてパルス幅変調のキャリア周波数の高低切り替えに制限を掛ける。【選択図】図１
2011200018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力生成装置の直流出力電力を、パルス幅変調処理を介した昇圧と交流変換とを経てモーターに供給するモーター制御方法であって、
電圧の昇圧状況をパルスのデューティーと共に定める前記パルス幅変調のキャリア周波数を高低切り替えるに当たり、前記モーターに供給される電流の状況が前記パルス幅変調処理での処理に起因して不連続な場合には前記キャリア周波数の高低切り替えに制限を掛ける
モーター制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力生成装置の出力電力を、パルス幅変調処理を介した昇圧と交流変換とを経て三相交流モーターに供給するモーター制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年になり、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池が電力生成装置として注目され、例えば車両への搭載が図られている。燃料電池の生成した直流出力電力は、例えば車両における車輪駆動モーター（三相交流モーター）への供給電力として用いられ、こうした供給の際には、昇圧コンバーターによるパルス幅変調処理を介した直流電圧の昇圧と、昇圧後の交流変換とがなされる。三相交流モーターへの上記したような電力供給は、燃料電池搭載車両に限らず行われており、キャリア周波数の切り替えに伴う電流波形の乱れ抑制等、種々の試みがなされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、三相交流モーター（以下、適宜、モーターと称する）を所望されるパワーで運転する定常の運転状態では、昇圧に際してのパルス幅変調のキャリア周波数を小さくした上でそのパルスデューティー（以下、パルスＤと称する）を所望パワーに合わせて制御しつつモーターへの電力供給がなされる。その一方、昇圧コンバーターでの昇圧当初や昇圧停止時の昇圧過渡状況といった駆動状態に応じて、パルス幅変調のキャリア周波数を切り替えて昇圧することが一般的である。
【０００５】
それぞれのキャリア周波数においてパルスＤを増大させると、その増大に伴って昇圧が進んで電流値が上昇し、低パルスＤの領域での昇圧状況では、低パルスＤ故にパルス発生のない期間が相対的に長くなって電流推移に不連続性が見られ、高パルスＤでの昇圧期間では電流推移に連続性が見られる。従って、上記したようにキャリア周波数を切り替える際、切替前のキャリア周波数での昇圧が不連続な電流推移であると、或いは切替後のキャリア周波数での昇圧が不連続な電流推移であると、キャリア周波数の切替に伴い電流の落ち込みや飛び出し、即ち燃料電池パワーの落ち込みや飛び出しが起き得る。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、キャリア周波数切替に伴うパワー変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
電力生成装置の直流出力電力を、パルス幅変調処理を介した昇圧と交流変換とを経てモーターに供給するモーター制御方法であって、
電圧の昇圧状況をパルスのデューティーと共に定める前記パルス幅変調のキャリア周波数を高低切り替えるに当たり、前記モーターに供給される電流の状況が前記パルス幅変調処理での処理に起因して不連続な場合には前記キャリア周波数の高低切り替えに制限を掛ける
ことをその要旨とする。
【０００９】
上記構成のモーター制御方法では、モーターに供給される電流の状況がパルス幅変調処理での処理に起因して不連続であれば、パルス幅変調のキャリア周波数の高低切替を制限するので、キャリア周波数を切り替えることなく高キャリア周波数或いは低キャリア周波数のままとできる。このため、キャリア周波数の切替に伴う燃料電池パワーの落ち込みや飛び出しを抑制できる。
【００１０】
なお、上記のようなモーター制御を図るに当たり、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーターにてパルス幅変調処理を行い、ＤＣ／ＡＣインバーターにて交流変換を行うことが簡便である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のモーター制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】キャリア周波数切替処理を示すフローチャートである。
【図３】キャリア周波数ごとのパルスのデューティーと電流との関係を示すグラフである。
【図４】パワー変動の抑制の様子を模式的に示す説明図である。
【図５】キャリア周波数切替とその閾値の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は実施例のモーター制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、このモーター制御装置１０は、燃料電池２０と、バッテリー３０と、三相交流モーター（以下、単にモーター）４０と、インバーター５０と、バッテリー昇圧コンバーター６０と、ＦＣ昇圧コンバーター７０とを備える。
【００１３】
燃料電池２０は、図示しないガス供給系から水素ガスと空気の供給を受け、その供給状態に即した直流電圧を生成する。バッテリー３０は、外部から供給された電力を充電するほか、燃料電池２０の発電電力を充電する。
【００１４】
ＦＣ昇圧コンバーター７０は、ＰＷＭ方式（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation；パルス幅変調）のＤＣ／ＤＣコンバーターとして構成され、キャリア周波数の変更（切替）とそれぞれのキャリア周波数におけるパスルＤを変更することで、燃料電池２０の出力電圧を種々の電圧に昇圧する。バッテリー昇圧コンバーター６０は、ＤＣ／ＤＣコンバーターとして構成され、バッテリー３０の電圧を所定の電圧に昇圧する。インバーター５０は、後述する制御装置８０からの制御信号を受けて、バッテリー昇圧コンバーター６０とＦＣ昇圧コンバーター７０のいずれかの直流電流を交流電流に変換して、モーター４０に供給する。
【００１５】
制御装置８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＦＣ昇圧コンバーター７０におけるキャリア周波数切替制御の他、インバーター５０での変換対象の直流電流の選択制御を含むモーター４０の種々の制御を司る。
【００１６】
図２はキャリア周波数切替処理を示すフローチャートである。この処理は、制御装置８０が備えるＣＰＵにて、繰り返し実行される。
【００１７】
制御装置８０は、ＦＣ昇圧コンバーター７０でのＰＷＭ制御を経た昇圧に際してのキャリア周波数を当該コンバーターから読み取り、その読み取ったキャリア周波数が所定の周波数ＦＨＫＨｚであるか否かの判定を行う（ステップＳ１００）。この周波数ＦＨＫＨｚは、ＦＣ昇圧コンバーター７０を構成するコンデンサ、スイッチング素子等の電子デバイスの特性に応じて定まるキャリア周波数であり、パルス変調のキャリア周波数の昇降切替の際の高周波数域に属する周波数である。このステップＳ１００にてキャリア周波数がＦＨＫＨｚと肯定判定すると、当該周波数を維持するかそれともＦＨＫＨｚより低い低周波数（ＦＬＫＨｚ）に切り替えるか否かの判定として、その際の燃料電池２０の出力パワーが所定の出力ＰＨｋｗを超えているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。つまり、あるキャリア周波数でＦＣ昇圧コンバーター７０が昇圧している場合、パルスＤが大きければその昇圧期間での電流推移には連続性が見られるので、出力パワーにて電流推移の連続性の状況を予測判定できる。この関係を図でもって簡単に説明する。図３はキャリア周波数ごとのパルスのデューティーと電流との関係を示すグラフである。なお、上記した燃料電池２０の出力パワーは、燃料電池２０に要求されている要求パワーとして読み取ることができる。また、上記した低周波数ＦＬＨｚにあっては、周波数ＦＨＫＨｚと同様に電子デバイスの特性を考慮して定めることができ、出力ＰＨｋｗにあっては、モーター能力や上記した電子デバイスの特性を考慮して定めることができる。
【００１８】
図示するようにＦＨＫＨｚとＦＬＫＨｚの両キャリア周波数であっても、パルスＤが大きくなると、あるパルスＤを境にＦＣ昇圧コンバーター７０での昇圧に伴う出力（電流）は大きくなり、電流推移は連続となる。これに対し、上記の境となったパルスＤより小さいパルスＤでは、出力が下がると共に、低パルスＤに対応して電流推移は不連続となる。こうした関係にあることから、ステップＳ１１０では、燃料電池２０の出力パワーの状況（ＰＨｋｗ超え：肯定判定）により電流推移は連続状態と言えることから、制御装置８０は、ステップＳ１１０での肯定判定に続いてキャリア周波数を低周波数（ＦＬＫＨｚ）に切り替え（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。こうしたキャリア周波数切替に伴い、ＦＣ昇圧コンバーター７０では、低周波数ＦＬＫＨｚのキャリア周波数によるＰＷＭ制御を経た昇圧がなされ、制御装置８０は、ＰＷＭ制御が低キャリア周波数であるが故にパワーの大きな定常運転に対処すべく、それ以降の制御を低周波数ＦＬＫＨｚのキャリア周波数によるＰＷＭ制御とする。ステップＳ１１０で否定判定すれば、その状況では図３より電流推移が不連続状態にある可能性が高いことから、低周波数へのキャリア周波数切り替えを行わず、キャリア周波数を高周波数ＦＨＫＨｚのまま維持して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。こうしたキャリア周波数維持に伴い、ＦＣ昇圧コンバーター７０では、それ以前と同じ高周波数ＦＨＫＨｚのキャリア周波数によるＰＷＭ制御を経た昇圧がなされる。
【００１９】
その一方、ステップＳ１００で否定判定した場合には、現状のキャリア周波数が低周波数ＦＬＫＨｚであることになるので、当該周波数を維持するかそれとも高周波数ＦＨＫＨｚに切り替えるか否かの判定として、ステップＳ１１０と同様に燃料電池２０の出力パワーを読み取り、出力パワーが上記した出力ＰＨｋｗより低い出力ＰＬｋｗを下回るか否かを判定する（ステップＳ１３０）。このステップＳ１３０で否定判定した状況（パワー：ＰＬｋｗ以上）では、低パワーとなる高周波数へのキャリア切替は不要だとして、ステップＳ１２０に移行してキャリア周波数を低周波数ＦＬＫＨｚに維持し、本ルーチンを終了する。ステップＳ１３０で肯定判定した状況では、パワー低下は見られるものの図３より高周波数ＦＨＫＨｚのキャリア周波数によるＰＷＭ制御では電流推移が連続状態にある可能性が高いことから、ステップＳ１４０に移行してキャリア周波数を高周波数ＦＨＫＨｚに切り替え、本ルーチンを終了する。
【００２０】
以上説明したように、本実施例のモーター制御装置１０では、キャリア周波数を高周波数ＦＨＫＨｚから低周波数ＦＬＫＨｚに切り替えるに当たり、その際の燃料電池出力が増大して閾値（ＰＨｋｗ）を超えれば（ステップＳ１１０：肯定判定）電流推移が連続状況にあると予想されるので、高周波数から低周波数へのキャリア周波数切替を実行し（ステップＳ１２０）、燃料電池出力が小さく（ステップＳ１１０：否定判定）電流推移が非連続状況にあると予想される場合には、高周波数から低周波数へのキャリア周波数切替を行わずキャリア周波数を高周波数ＦＨＫＨｚのまま維持する（ステップＳ１４０）。その一方、キャリア周波数を低周波数ＦＬＫＨｚから高周波数ＦＨＫＨｚに切り替えるに当たっては、その際の燃料電池出力が低下して閾値（ＰＬｋｗ）を下回ると（ステップＳ１３０：否定判定）、高いキャリア周波数によるＰＷＭ制御では電流推移が連続状況にあると予想されるので、低周波数から高周波数へのキャリア周波数切替を実行し（ステップＳ１４０）、モーター出力が以前大きなままでは（ステップＳ１１０：否定判定）低周波数から高周波数へのキャリア周波数切替は不要であるとして、キャリア周波数を低周波数ＦＬＫＨｚのまま維持する（ステップＳ１２０）。
【００２１】
この結果、低周波数から高周波数へのキャリア周波数切替、或いはこの逆のキャリア周波数切替は、その切替前後において電流推移が連続している状況下でのものとなる。図４はパワー変動の抑制の様子を模式的に示す説明図である。この図４に示すように、電流推移の連続状況下でのキャリア周波数切替により燃料電池２０のパワーの落ち込みや飛び出しを抑制できる。なお、図における１相、２相、３相の表記は、本実施例のＦＣ昇圧コンバーター７０が３相構造を備え、各相毎にＰＷＭ制御による昇圧を行っていることから、パワーとそのパワーを得るためにＰＷＭ制御を行っているコンバーターの相との関係を示すことになる。
【００２２】
また、キャリア周波数切替に際して、本実施例では、高周波数ＦＨＫＨｚから低周波数ＦＬＫＨｚへの切替の閾値と低周波数ＦＬＫＨｚから高周波数ＦＨＫＨｚへの切替の閾値とに差を持たせ、前者の閾値を大きくした。図５はキャリア周波数切替とその閾値の関係を示す説明図である。この図５に示すように、燃料電池２０のパワーの増大状況でのキャリア周波数切替（ＦＨＫＨｚ→ＦＬＫＨｚ）と、燃料電池２０のパワーの低減状況でのキャリア周波数切替（ＦＬＫＨｚ→ＦＨＫＨｚ）とにヒステリシスを持たしたので、パワー増大・低減が繰り返される場合であっても周波数切替にハンチングを起こさないようにできる。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、ＦＣ昇圧コンバーター７０での昇圧対象となる直流出力電圧を生成する装置として燃料電池２０を例に挙げたが、この他の直流電力生成装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００２４】
１０…モーター制御装置
２０…燃料電池
３０…バッテリー
４０…モーター
５０…インバーター
６０…バッテリー昇圧コンバーター
７０…ＦＣ昇圧コンバーター
８０…制御装置
【図１】
2011200018.tif 000003
【図２】
2011200018.tif 000004
【図３】
2011200018.tif 000005
【図４】
2011200018.tif 000006
【図５】
2011200018.tif 000007