(57)【要約】【課題】出力電圧リプルを抑制した多相電圧変換装置を提供する。【解決手段】多相電圧変換装置１０は、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう電圧変換部３１〜３３と、電圧変換部３１〜３３に対して制御周期を指示する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で電圧変換器３１〜３３に対して制御周期の更新を行なう。更新周期は、複数の制御周期の最小公倍数である。複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、制御装置３０は、複数の電圧変換部に対して、更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次制御周期の更新を行なう。【選択図】図１
2008182815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のノードと第２のノードとの間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換部と、
前記複数の電圧変換部に対して前記制御周期を指示する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で前記複数の電圧変換器に対して前記制御周期の更新を行なう、多相電圧変換装置。
【請求項２】
前記更新周期は、前記複数の制御周期の最小公倍数であり、
前記複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、
前記制御装置は、前記複数の電圧変換部に対して、前記更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次前記制御周期の更新を行なう、請求項１に記載の多相電圧変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
制御周期を決定する主制御部と、
前記複数の電圧変換部にそれぞれ対応して設けられる複数の副制御部を含み、
前記複数の副制御部の各々は、対応する電圧変換器が従う制御周期についての情報を記憶する設定情報記憶部を含み、
前記主制御部は、前記制御周期の更新を行なうために前記設定情報記憶部の内容を書き換える、請求項１に記載の多相電圧変換装置。
【請求項４】
前記複数の電圧変換部の各々は、
リアクトルと、
前記リアクトルの一方端と第１の電源ノードとの間に設けられ、第１の活性化信号に応じて導通する第１のスイッチング素子を含む第１の電流制御部と、
前記第１の電源ノードとは電位の異なる第２の電源ノードと前記リアクトルの前記一方端との間に設けられ、第２の活性化信号に応じて導通する第２のスイッチング素子を含む第２の電流制御部とを含み、
前記第１の電源ノードは前記第１のノードであり、
前記制御装置は、前記第１、第２の活性化信号の活性化期間を定めるため、前記制御周期におけるデューティー比を、各前記電圧変換部に指示する、請求項１に記載の多相電圧変換装置。
【請求項５】
前記第１の電流制御部は、
前記第１のスイッチング素子と並列に前記リアクトルの前記一方端と前記第１の電源ノードとの間に設けられる第１の整流素子をさらに含み、
前記第２の電流制御部は、
前記第２のスイッチング素子と並列に前記リアクトルの前記一方端と前記第２の電源ノードとの間に設けられる第２の整流素子をさらに含む、請求項４に記載の多相電圧変換装置。
【請求項６】
前記複数の電圧変換部の各々は、
前記リアクトルの他方端と第３の電源ノードとの間に設けられる第３の電流制御部と、
前記第２の電源ノードと前記リアクトルの前記他方端との間に設けられる第４の電流制御部とをさらに含み、
前記電圧変換装置は、前記第１の電源ノードと前記第３の電源ノードとの間で電圧変換を行ない、
前記第３の電源ノードは前記第２のノードである、請求項４に記載の多相電圧変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の多相電圧変換装置を含む車両。
【請求項８】
第１のノードと第２のノードとの間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換部を備える多相電圧変換装置の制御方法であって、
車両状態に基づいて前記複数の制御周期のうちから第１の制御周期を決定するステップと、
前記複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で前記複数の電圧変換器に対して前記制御周期の更新を行なうステップとを備える、多相電圧変換装置の制御方法。
【請求項９】
前記更新周期は、前記複数の制御周期の最小公倍数であり、
前記複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、
前記更新を行なうステップは、前記複数の電圧変換部に対して、前記更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次前記制御周期の更新を行なうステップを含む、請求項８に記載の多相電圧変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多相電圧変換装置、それを備える車両、および多相電圧変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−３５７３８８号公報（特許文献１）には、昇圧および降圧の機能を合わせ持つ多相多重型の昇降圧コンバータが開示されている。この昇降圧コンバータは、各相に位相をずらして電流が流れるように制御されている。
【０００３】
図７は、多相（三相）コンバータについて説明するための波形図である。
図７を参照して、単相ならば制御周期１００μｓで平滑前のバッテリ電流の振幅が大きくそれを平滑しても大きなリプル電流が流れる。それに比べ三相のコンバータであれば、制御周期が等しくても、各相のＰＷＭ信号に１２０°の位相差を設けることによって、平滑後のバッテリ電流には３３．３μｓの周期の振幅が低減されたリプル電流が流れることになる。
【０００４】
すなわち、単相コンバータよりも三相コンバータの方がリプル電流の振幅が小さくなる。
【特許文献１】特開２００４−３５７３８８号公報
【特許文献２】特開平９−２１５３２２号公報
【特許文献３】特開平１０−１２７０５０号公報
【特許文献４】特開平１１−２８９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような昇降圧コンバータは、一般に、リアクトルとスイッチング素子とを含むチョッパ回路で構成される。
【０００６】
昇降圧コンバータは、通過電力に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周期を切換える制御を行なうものがある。なお、スイッチング周期の逆数は、キャリヤ周波数とも呼ばれる。たとえば、通過電力が多い場合には、スイッチング損失を少なくするために、スイッチング周期を長く（キャリヤ周波数を低く）するような制御を行なう場合がある。
【０００７】
図８は、キャリヤ周波数の切換えについて説明するための検討例を示す図である。
図８を参照して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相コンバータに対して、「△」のポート出力タイミングで示されるように、キャリヤ周波数およびデューティー比を含む制御情報が、中央の制御部から各相の制御部に対して出力される。「△」が表示されている時刻ｔ０、ｔ９、ｔ１８、ｔ２７、ｔ３６において、各相の制御部は保持していた設定を一斉に書換える。そして各相制御部は、保持している設定に基づいて、各相のスイッチング制御を実行する。
【０００８】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流波形において、波形の下向きピーク点から上向きピーク点まではスイッチング素子の導通期間Ｔｏｎであり、波形の上向きピーク点から下向きピーク点までは、スイッチング素子の非導通期間Ｔｏｆｆである。そして、Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆが制御周期である。
【０００９】
時刻ｔ０〜ｔ１８までは、Ｕ相からＶ相にはＴｙの時間差（位相差）が設けられ、Ｖ相からＷ相にもＴｙの時間差（位相差）が設けられている。
【００１０】
ここで、時刻ｔ１８において、デューティー比が５０％のまま制御周期を２倍に変更する指示が各相制御部に対して一斉に出力されたとする。しかし、各相制御部は、制御周期の中途では制御周期を切換えることができない。
【００１１】
そこで、Ｕ相の電流波形では時刻ｔ１８から直ちに制御周期が２倍に切り替わっているが、Ｖ相については、時刻ｔ２０から制御周期が２倍に切り替わっている。Ｗ相については、時刻ｔ１９から制御周期が２倍に切り替わっている。
【００１２】
すなわち、各相で指令を受けてから最初の制御周期の完了時点（つまり下向きピーク点）まで待ってから制御周期が切り替わる。
【００１３】
図８の例ではＷ相の方がＶ相よりも早く制御周期が切り替わった結果、時刻ｔ２０以降の電流波形において、Ｕ相電流波形とＶ相電流波形とのズレは時間差Ｔｙのまま保持されているが、Ｕ相電流波形とＷ相電流波形とのズレは時間差ＴｙＡとなって時刻ｔ１８以前とは異なってしまっている。すなわち、キャリヤ切換え時に各相間の位相差が保存されないという結果が生じる。その結果、多相電圧変換装置の出力電圧リプルが大きくなる可能性がある。
【００１４】
この発明の目的は、出力電圧リプルを抑制した多相電圧変換装置、それを備える車両、および多相電圧変換装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、要約すると、多相電圧変換装置であって、第１のノードと第２のノードとの間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換部と、複数の電圧変換部に対して制御周期を指示する制御装置とを備える。制御装置は、複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で複数の電圧変換器に対して制御周期の更新を行なう。
【００１６】
好ましくは、更新周期は、複数の制御周期の最小公倍数である。複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、制御装置は、複数の電圧変換部に対して、更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次制御周期の更新を行なう。
【００１７】
好ましくは、制御装置は、制御周期を決定する主制御部と、複数の電圧変換部にそれぞれ対応して設けられる複数の副制御部を含む。複数の副制御部の各々は、対応する電圧変換器が従う制御周期についての情報を記憶する設定情報記憶部を含む。主制御部は、制御周期の更新を行なうために設定情報記憶部の内容を書き換える。
【００１８】
好ましくは、複数の電圧変換部の各々は、リアクトルと、リアクトルの一方端と第１の電源ノードとの間に設けられ、第１の活性化信号に応じて導通する第１のスイッチング素子を含む第１の電流制御部と、第１の電源ノードとは電位の異なる第２の電源ノードとリアクトルの一方端との間に設けられ、第２の活性化信号に応じて導通する第２のスイッチング素子を含む第２の電流制御部とを含む。第１の電源ノードは第１のノードである。制御装置は、第１、第２の活性化信号の活性化期間を定めるため、制御周期におけるデューティー比を、各電圧変換部に指示する。
【００１９】
より好ましくは、第１の電流制御部は、第１のスイッチング素子と並列にリアクトルの一方端と第１の電源ノードとの間に設けられる第１の整流素子をさらに含む。第２の電流制御部は、第２のスイッチング素子と並列にリアクトルの一方端と第２の電源ノードとの間に設けられる第２の整流素子をさらに含む。
【００２０】
より好ましくは、複数の電圧変換部の各々は、リアクトルの他方端と第３の電源ノードとの間に設けられる第３の電流制御部と、第２の電源ノードとリアクトルの他方端との間に設けられる第４の電流制御部とをさらに含む。電圧変換装置は、第１の電源ノードと第３の電源ノードとの間で電圧変換を行ない、第３の電源ノードは第２のノードである。
【００２１】
この発明は、他の局面においては、上記いずれかの多相電圧変換装置を含む車両である。
【００２２】
この発明は、さらに他の局面においては、第１のノードと第２のノードとの間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換部を備える多相電圧変換装置の制御方法であって、車両状態に基づいて複数の制御周期のうちから第１の制御周期を決定するステップと、複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で複数の電圧変換器に対して制御周期の更新を行なうステップとを備える。
【００２３】
好ましくは、更新周期は、複数の制御周期の最小公倍数である。複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、更新を行なうステップは、複数の電圧変換部に対して、更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次制御周期の更新を行なうステップを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、キャリヤの切換えが発生しても電圧変換装置の出力電圧リプルを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る車両１００の構成を示した回路図である。車両１００は、モータを搭載する自動車の一例として示される燃料電池自動車である。
【００２７】
図１を参照して、車両１００は、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続されるバッテリ２と、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続される平滑用コンデンサ８と、ノードＮ２とノードＮ１との間に接続されバッテリの電圧ＶＢとインバータの電圧ＶＩＮＶとの間で相互に電圧変換を行なう多相電圧変換装置１０とを含む。
【００２８】
車両１００は、さらに、ノードＮ１とノードＮ３との間に接続される平滑用コンデンサ１４と、ノードＮ１とノードＮ３との間に接続されるインバータ２０と、インバータ２０によって駆動されるモータ２２と、燃料電池システム４０とを含む。燃料電池システム４０は、ノードＮ１とノードＮ３との間に直列に接続されるダイオード１６および燃料電池１８と、水素ポンプ４２と、冷却水ポンプ４４とエア・コンプレッサ４６とを含む。
【００２９】
ダイオード１６は、燃料電池１８に電流が流入するのを防止するための保護素子であり、燃料電池からノードＮ１に向かう向きを順方向として接続される。燃料電池１８は、水素と空気中の酸素の化学反応で電気と水を作る電源装置である。水素ポンプ４２は、図示しない高圧タンクから水素を燃料電池１８に送出する。エア・コンプレッサ４６は、空気を圧縮して燃料電池１８に供給する。冷却水ポンプ４４は、燃料電池１８を冷却するための冷却水を循環させる。
【００３０】
水素ポンプ４２と、冷却水ポンプ４４とエア・コンプレッサ４６とは、ノードＮ２、Ｎ３に接続され電力の供給を受ける。このため、多相電圧変換装置１０を停止させていても燃料電池１８で発電を行なうことが可能である。
【００３１】
車両１００は、さらに、バッテリの電圧ＶＢを検出する電圧センサ６と、インバータ電圧ＶＩＮＶを検出する電圧センサ１２と、制御装置３０とを含む。
【００３２】
多相電圧変換装置１０は、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列接続される電圧変換器３１〜３３を含む。電圧変換器３１〜３３にはともに電圧ＶＢおよびＶＩＮＶの基準電位を与えるノードＮ３が接続されている。
【００３３】
電圧変換器３１は、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続される第１のアームＡ１と、ノードＮ１とノードＮ３との間に接続される第２のアームＡ２と、アームＡ１，Ａ２間に接続されるリアクトルＬ１とを含む。
【００３４】
第１のアームＡ１は、ノードＮ２とノードＮ３との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子ＧＡ，ＧＢと、ＩＧＢＴ素子ＧＡと並列に接続されるダイオードＤＡと、ＩＧＢＴ素子ＧＢと並列に接続されるダイオードＤＢとを含む。
【００３５】
ＩＧＢＴ素子ＧＡのコレクタはノードＮ２に接続され、エミッタはノードＮ４に接続される。ダイオードＤＡはノードＮ４からノードＮ２に向かう向きを順方向として接続される。
【００３６】
ＩＧＢＴ素子ＧＢのコレクタはノードＮ４に接続され、エミッタはノードＮ３に接続される。ダイオードＤＢはノードＮ３からノードＮ４に向かう向きを順方向として接続される。
【００３７】
第２のアームＡ２は、ノードＮ１とノードＮ３との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子ＧＣ，ＧＤと、ＩＧＢＴ素子ＧＣと並列に接続されるダイオードＤＣと、ＩＧＢＴ素子ＧＤと並列に接続されるダイオードＤＤとを含む。
【００３８】
ＩＧＢＴ素子ＧＣのコレクタはノードＮ１に接続され、エミッタはノードＮ５に接続される。ダイオードＤＣはノードＮ４からノードＮ１に向かう向きを順方向として接続される。
【００３９】
ＩＧＢＴ素子ＧＤのコレクタはノードＮ５に接続され、エミッタはノードＮ３に接続される。ダイオードＤＤはノードＮ３からノードＮ５に向かう向きを順方向として接続される。
【００４０】
リアクトルＬ１は、ノードＮ４とノードＮ５との間に接続される。
なお、電圧変換器３２，３３の内部の構成については、電圧変換器３１と同様であるので、説明は繰返さない。
【００４１】
また、図１では、ＩＧＢＴ素子ＧＢのエミッタとＩＧＢＴ素子ＧＤのエミッタとが電圧変換器３１内部で接続されている構成、つまり複数の電圧変換器の各々の内部でノードＮ３と燃料電池１８の負極とを接続する構成を示した。しかし、図１の構成に代えて、各電圧変換器内部ではＩＧＢＴ素子ＧＢのエミッタとＩＧＢＴ素子ＧＤのエミッタとは接続せずに、電圧変換器外部にノードＮ３と燃料電池の負極とを接続する配線を電圧変換器３１〜３３共通に１本設けても良い。
【００４２】
バッテリの電圧ＶＢと燃料電池１８の出力電圧とはとり得る範囲が一部重なっている。たとえばバッテリはニッケル水素バッテリなどが使用され、その電源電圧はたとえば２００Ｖから３００Ｖの範囲で変動するとする。一方燃料電池１８の出力電圧はたとえば２４０Ｖ〜４００Ｖの範囲で変動する。
【００４３】
したがってバッテリ２の電圧が燃料電池１８の出力電圧よりも高い場合と低い場合とがあるので、電圧変換器３１〜３３は先に説明したように第１、第２のアームを有するような構成となっている。この構成により、バッテリ２側からインバータ２０側に昇圧および降圧が可能となり、かつインバータ２０側からバッテリ２側に昇圧および降圧が可能となる。
【００４４】
次に、制御装置３０の動作について説明していく。
多相電圧変換装置１０は、第１のノードＮ１と第２のノードＮ２との間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換器３１〜３３と、複数の電圧変換器３１〜３３に対して制御周期を指示する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で複数の電圧変換器３１〜３３に対して制御周期の更新を行なう。
【００４５】
好ましくは、複数の電圧変換器３１〜３３の各々は、リアクトルＬ１と、リアクトルＬ１の一方端（Ｎ４）と第１の電源ノード（Ｎ１）との間に設けられ、第１の活性化信号に応じて導通する第１のスイッチング素子ＧＡを含む第１の電流制御部と、第１の電源ノードとは電位の異なる第２の電源ノード（Ｎ３）とリアクトルＬ１の一方端（Ｎ４）との間に設けられ、第２の活性化信号に応じて導通する第２のスイッチング素子ＧＢを含む第２の電流制御部とを含む。ここで第１の電源ノードは前出の第１のノードである。制御装置３０は、第１、第２の活性化信号の活性化期間を定めるため、制御周期におけるデューティー比を、各電圧変換器３１〜３３に指示する。
【００４６】
より好ましくは、第１の電流制御部は、第１のスイッチング素子ＧＡと並列にリアクトルの一方端（Ｎ４）と第１の電源ノード（Ｎ２）との間に設けられる第１の整流素子（ＤＡ）をさらに含む。第２の電流制御部は、第２のスイッチング素子ＧＢと並列にリアクトルの一方端（Ｎ４）と第２の電源ノード（Ｎ３）との間に設けられる第２の整流素子（ＤＡ）をさらに含む。
【００４７】
より好ましくは、複数の電圧変換器３１〜３３の各々は、リアクトルＬ１の他方端（Ｎ５）と第３の電源ノード（Ｎ１）との間に設けられる第３の電流制御部（ＧＣ，ＤＣ）と、第２の電源ノード（Ｎ３）とリアクトルＬ１の他方端（Ｎ５）との間に設けられる第４の電流制御部（ＧＤ，ＤＤ）とをさらに含む。電圧変換装置は、第１の電源ノード（Ｎ２）と第３の電源ノード（Ｎ１）との間で電圧変換を行なう。ここで、第３の電源ノードは前出の第２のノードである。
【００４８】
図２は、図１の制御装置３０と電圧変換器３１〜３３の構成を示す機能ブロック図である。なお、この制御装置３０は、ソフトウエアでもハードウエアでも実現が可能である。
【００４９】
図２を参照して、制御装置３０は、アクセルポジションセンサ４８から与えられるアクセル開度Ａｃｃに基づいて電圧指令値Ｖｆｃｒを出力する車両制御部１０２と、電圧指令値Ｖｆｃｒに基づいて、Ｕ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｕ）、Ｖ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｖ）、Ｗ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｗ）を出力する電圧変換器制御用ＤＣ−ＣＰＵ１０４とを含む。
【００５０】
Ｕ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｕ）、Ｖ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｖ）、Ｗ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｗ）には、それぞれ、制御周期（またはキャリヤ周波数）、デューティー比等の情報が含まれる。制御周期およびデューティー比に代えて、スイッチング素子の導通期間Ｔｏｎと非導通期間Ｔｏｆｆを含んでも良い。
【００５１】
制御装置３０は、さらに、Ｕ相制御部１１２と、Ｖ相制御部１１４と、Ｗ相制御部１１６とを含む。
【００５２】
Ｕ相制御部１１２は、Ｕ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｕ）によって伝達される情報を記憶する設定記憶部１２２を含む。Ｖ相制御部１１４は、Ｖ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｖ）によって伝達される情報を記憶する設定記憶部１２４を含む。Ｗ相制御部１１６は、Ｖ相指令信号ＤＵＴＹ（Ｖ）によって伝達される情報を記憶する設定記憶部１２６を含む。
【００５３】
Ｕ相制御部１１２は、設定記憶部１２２の記憶している情報に基づいて、対応するＩＧＢＴ素子ＧＡ，ＧＢのゲートを制御する制御信号ＧＡ（Ｕ），ＧＢ（Ｕ）と、対応するＩＧＢＴ素子ＧＣ，ＧＤのゲートを制御する制御信号ＧＣ（Ｕ），ＧＤ（Ｕ）とを出力する。
【００５４】
Ｖ相制御部１１４は、設定記憶部１２４の記憶している情報に基づいて、対応するＩＧＢＴ素子ＧＡ，ＧＢのゲートを制御する制御信号ＧＡ（Ｖ），ＧＢ（Ｖ）と、対応するＩＧＢＴ素子ＧＣ，ＧＤのゲートを制御する制御信号ＧＣ（Ｖ），ＧＤ（Ｖ）とを出力する。
【００５５】
Ｗ相制御部１１６は、設定記憶部１２６の記憶している情報に基づいて、対応するＩＧＢＴ素子ＧＡ，ＧＢのゲートを制御する制御信号ＧＡ（Ｗ），ＧＢ（Ｗ）と、対応するＩＧＢＴ素子ＧＣ，ＧＤのゲートを制御する制御信号ＧＣ（Ｗ），ＧＤ（Ｗ）とを出力する。
【００５６】
設定記憶部１２２，１２４，１２６の記憶内容は、後に図５で説明するようにタイミングをずらして更新される。
【００５７】
ここで、好ましくは、各相制御部における制御周期（キャリヤ周波数）の更新周期は、予め定められている複数の制御周期の最小公倍数である。複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、制御装置３０は、複数の電圧変換部に対して、更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次制御周期の更新を行なう。
【００５８】
具体的には、電圧変換器３１〜３３であるから、ｎ＝３であり、複数の制御周期が１００μｓ（キャリヤ周波数ｆｃ＝１０ｋＨｚ）と２００μｓ（キャリヤ周波数ｆｃ＝５ｋＨｚ）の２つであるとき、更新周期は１００μｓと２００μｓの最小公倍数の２００μｓであり、第１相の制御周期の更新時点から第２相の更新時点までの時間差は、２００×１／３＝６６．６μｓとなる。なお、キャリヤ周波数は予め定められた３種類以上の周波数でも良い。
【００５９】
好ましくは、制御装置３０は、制御周期を決定する主制御部ＤＣ−ＣＰＵ１０４と、複数の電圧変換部にそれぞれ対応して設けられる複数の副制御部であるＵ相制御部１１２，Ｖ相制御部１１４，Ｗ相制御部１１６を含む。Ｕ相制御部１１２，Ｖ相制御部１１４，Ｗ相制御部１１６の各々は、対応する電圧変換器が従う制御周期についての情報を記憶する設定情報記憶部１２２，１２４，１２６を含む。主制御部ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、制御周期の更新を行なうために設定情報記憶部１２２，１２４，１２６の内容を書き換える。
【００６０】
この内容の書き換えのタイミングは、各相に対して同時ではなく、上記の時間差を設けてずらしたタイミングで書換が行なわれる。
【００６１】
以上図２で説明した制御装置３０は、コンピュータを用いてソフトウエアで実現することも可能である。
【００６２】
図３は、制御装置３０としてコンピュータを用いた場合の一般的な構成を示した図である。
【００６３】
図３を参照して、制御装置３０は、ＣＰＵ１８０と、Ａ／Ｄ変換器１８１と、ＲＯＭ１８２と、ＲＡＭ１８３と、インターフェース部１８４とを含む。
【００６４】
Ａ／Ｄ変換器１８１は、各種センサの出力等のアナログ信号ＡＩＮをディジタル信号に変換してＣＰＵ１８０に出力する。またＣＰＵ１８０はデータバスやアドレスバス等のバス１８６でＲＯＭ１８２と、ＲＡＭ１８３と、インターフェース部１８４に接続されデータ授受を行なう。
【００６５】
ＲＯＭ１８２は、たとえばＣＰＵ１８０で実行されるプログラムや参照されるマップ等のデータが格納されている。ＲＡＭ１８３は、たとえばＣＰＵ１８０がデータ処理を行なう場合の作業領域であり、各種変数を一時的に記憶する。
【００６６】
インターフェース部１８４は、たとえば他のＥＣＵとの通信を行なったり、ＲＯＭ１８２として電気的に書換可能なフラッシュメモリ等を使用した場合の書換データの入力などを行なったり、メモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体からのデータ信号ＳＩＧの読込みを行なったりする。
【００６７】
なお、ＣＰＵ１８０は、入出力ポートからデータ入力信号ＤＩＮやデータ出力信号ＤＯＵＴを授受する。
【００６８】
制御装置３０は、このような構成に限られるものでなく、複数のＣＰＵを含んで実現されるものであっても良い。
【００６９】
図４は、制御装置３０で実行される各相制御部に対する指令値の更新に関する制御の処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間毎または所定の条件が成立する毎に呼び出されて実行される。
【００７０】
図２、図４を参照して、制御装置３０の一部であるＤＣ−ＣＰＵ１０４の動作を説明する。
【００７１】
まずステップＳ１において、ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、車両制御部１０２から与えられる電圧指令値Ｖｆｃｒから各相電圧変換器のスイッチング素子のオン時間の制御周期に対する比率を示すデューティー比ＤＵＴＹを決定する。
【００７２】
続いて、ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、使用パワーやモータ状態からキャリヤ周波数（または制御周期）を決定する。
【００７３】
図５は、キャリヤ周波数の切換えについて説明するための図である。
たとえば、電圧変換器を通過させる使用パワー（または回生パワー）が大きいときは、電流を多く流する必要がある。このとき、デューティー比ＤＵＴＹによって平均電流値は変化させることができる。
【００７４】
図５の波形Ａに示すように、デューティー比が８０％位で大きい場合、電流平均値Ｉａｖｅはピーク値に近くなる。しかし、制御周期が短い（キャリヤ周波数が高い）とスイッチング素子のスイッチング回数が多くなり、損失が増える。したがって、波形Ｂに示すように制御周期を長くしてスイッチング回数を減らすことにより、同じ平均電流値Ｉａｖｅを流しつつスイッチング損失分を低減させることができる。
【００７５】
具体的には、波形Ａでは、時刻ｔ０〜ｔ２の間に２回スイッチング素子のオン・オフが発生しているが、波形Ｂでは、同じ期間中に１回のオン・オフしか発生していない。
【００７６】
なお、デューティー比が例えば１０％で電流平均値Ｉａｖｅが小さいと、制御周期を長くする（キャリヤ周波数を低くする）とリプル電流が大きくなるので好ましくない。
【００７７】
このように使用パワーに基づいてキャリヤ周波数ｆｃが決定される。なお、使用パワーは、例えば車両が減速する場合や下り坂で加速し過ぎないように制動する場合などにモータで回生パワーが生じることにより変動するため、モータ状態にも基づいてキャリヤ周波数ｆｃが決定される。
【００７８】
再び図４を参照して、ステップＳ２でキャリヤ周波数ｆｃが決定されると続いてステップＳ３において、スイッチング素子の導通時間Ｔｏｎおよび非導通時間Ｔｏｆｆが決定される。具体的には、制御周期Ｔがキャリヤ周波数ｆｃの逆数であるので、以下の式が成立する。
【００７９】
Ｔｏｎ＝（１／ｆｃ）×ＤＵＴＹ  …  （１）
Ｔｏｆｆ＝（１／ｆｃ）−Ｔｏｎ  …  （２）
続いて、ステップＳ４において、ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、Ｕ相制御部１１２の設定記憶部１２２に対して導通時間Ｔｏｎおよび非導通時間Ｔｏｆｆの情報を含む指令値ＤＵＴＹ（Ｕ）を書き込み、制御周期の更新を行なう。以降、Ｕ相制御部１１２は更新された設定記憶部１２２の内容に基づいてゲート信号ＧＡ（Ｕ），ＧＢ（Ｕ），ＧＣ（Ｕ），ＧＤ（Ｕ）を出力する。
【００８０】
その後ステップＳ５において、位相差Ｔｘだけ時間待ちが行なわれる。位相差Ｔｘは、予め定められている複数のキャリヤ周波数の１／３周期の最小公倍数である。たとえば、キャリヤ１：１０ｋＨｚ、キャリヤ２が５ｋＨｚの２つのキャリヤ周波数が予め定められており、この２つのキャリヤ周波数が切換えて使用される場合について説明する。キャリヤ１の周期Ｔは１００μｓ、１／３×Ｔは３３．３μｓである。キャリヤ２の周期Ｔは２００μｓ、１／３×Ｔは６６．６μｓである。したがって、１／３周期の最小公倍数は、結局６６．６μｓとなり、これが位相差Ｔｘとなる。
【００８１】
なお、三相の電圧変換装置がｎ相に変形された場合、位相差Ｔｘは予め定められている複数のキャリヤ周波数の１／ｎ周期の最小公倍数とすると良い。
【００８２】
位相差Ｔｘに相当する時間が経過すると、ステップＳ６に処理が進み、ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、Ｖ相制御部１１４の設定記憶部１２４に対して導通時間Ｔｏｎおよび非導通時間Ｔｏｆｆの情報を含む指令値ＤＵＴＹ（Ｖ）を書き込み、制御周期の更新を行なう。以降、Ｖ相制御部１１４は更新された設定記憶部１２４の内容に基づいてゲート信号ＧＡ（Ｖ），ＧＢ（Ｖ），ＧＣ（Ｖ），ＧＤ（Ｖ）を出力する。
【００８３】
さらに、ステップＳ７において、同様に位相差Ｔｘだけ時間待ちが行なわれ、その後、ステップＳ８に処理が進み、ＤＣ−ＣＰＵ１０４は、Ｗ相制御部１１６の設定記憶部１２６に対して導通時間Ｔｏｎおよび非導通時間Ｔｏｆｆの情報を含む指令値ＤＵＴＹ（Ｗ）を書き込み、制御周期の更新を行なう。以降、Ｗ相制御部１１６は更新された設定記憶部１２６の内容に基づいてゲート信号ＧＡ（Ｗ），ＧＢ（Ｗ），ＧＣ（Ｗ），ＧＤ（Ｗ）を出力する。
【００８４】
そして、制御はステップＳ９においてメインルーチンに移される。
図１、図４を参照して、本実施の形態の他の局面について説明すると、この発明は、第１のノード（Ｎ２）と第２のノード（Ｎ１）との間に並列的に接続され、各々が予め定められた複数の制御周期のうちから選択された制御周期に基づいて電圧変換を行なう複数の電圧変換器３１〜３３を備える多相電圧変換装置１０の制御方法である。制御方法は、車両状態（たとえばアクセルポジションセンサ４８の位置やモータ回生状態）に基づいて複数の制御周期のうちから第１の制御周期を決定するステップＳ２と、複数の制御周期に共通して関連する所定の更新周期で複数の電圧変換器３１〜３３に対して制御周期の更新を行なうステップＳ４〜Ｓ８とを備える。
【００８５】
好ましくは、更新周期は、複数の制御周期の最小公倍数である。複数の電圧変換部の個数はｎ個であり、更新を行なうステップは、複数の電圧変換部に対して、更新周期のｎ分の１の時間差を設けて順次制御周期の更新を行なうステップＳ５〜Ｓ８を含む。
【００８６】
この時間差について波形図を用いて具体的に説明をしておく。
図６は、図４に示す制御が適用された場合の各相のリアクトル電流を示した波形図である。
【００８７】
図６を参照して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相コンバータに対して、「△」のポート出力タイミングで示されるように、キャリヤ周波数およびデューティー比を含む制御情報が、図２のＤＣ−ＣＰＵ１０４からＵ相制御部１１２、Ｖ相制御部１１４、Ｗ相制御部１１６に対して出力される。
【００８８】
「△」が表示されている時刻ｔ０、ｔ６、ｔ１２、ｔ１８、ｔ２４、ｔ３０、ｔ３６において、Ｕ相制御部１１２の設定記憶部１２２に保持されていた設定が書換えられる。そしてＵ相制御部１１２は設定記憶部１２２が保持している設定に基づいて、Ｕ相のスイッチング制御を実行する。
【００８９】
Ｕ相の更新タイミングから位相差Ｔｘだけずれた「△」が表示されている時刻ｔ２、ｔ８、ｔ１４、ｔ２０、ｔ２６、ｔ３２、ｔ３８において、Ｖ相制御部１１４の設定記憶部１２４に保持されていた設定が書換えられる。そしてＶ相制御部１１４は設定記憶部１２４が保持している設定に基づいて、Ｖ相のスイッチング制御を実行する。
【００９０】
Ｖ相の更新タイミングからさらに位相差Ｔｘだけずれた「△」が表示されている時刻ｔ４、ｔ１０、ｔ１６、ｔ２２、ｔ２８、ｔ３４、ｔ４０において、Ｗ相制御部１１６の設定記憶部１２６に保持されていた設定が書換えられる。そしてＷ相制御部１１６は設定記憶部１２６が保持している設定に基づいて、Ｗ相のスイッチング制御を実行する。
【００９１】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流波形において、波形の下向きピーク点から上向きピーク点まではスイッチング素子の導通期間Ｔｏｎであり、波形の上向きピーク点から下向きピーク点までは、スイッチング素子の非導通期間Ｔｏｆｆである。そして、Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆが制御周期である。
【００９２】
時刻ｔ０〜ｔ１８までは、Ｕ相からＶ相にはＴｘの時間差（位相差）が設けられ、Ｖ相からＷ相にもＴｘの時間差（位相差）が設けられている。
【００９３】
ここで、時刻ｔ１８において、デューティー比５０％を維持したまま制御周期を２倍に変更する指示がＵ相制御部１１２に対して出力される。ｔ１８は、Ｕ相リアクトル電流波形の下向きピーク点の位置であるので、Ｕ相の電流波形では時刻ｔ１８から直ちに制御周期が２倍に切り替わっている。
【００９４】
次に、時刻ｔ１８から位相差Ｔｘだけずれた時刻ｔ２０において、デューティー比５０％を維持したまま制御周期を２倍に変更する指示がＶ相制御部１１４に対して出力される。ｔ２０は、Ｖ相リアクトル電流波形の下向きピーク点の位置であるので制御周期を直ちに切換えることができる。その結果、Ｖ相の電流波形では時刻ｔ２０から直ちに制御周期が２倍に切り替わっている。
【００９５】
時刻ｔ２０からさらに位相差Ｔｘだけずれた時刻ｔ２２において、デューティー比５０％を維持したまま制御周期を２倍に変更する指示がＷ相制御部１１６に対して出力される。ｔ２２は、Ｗ相リアクトル電流波形の下向きピークの位置であるので制御周期を直ちに切換えることができる。その結果、Ｗ相の電流波形では時刻ｔ２２から直ちに制御周期が２倍に切り替わっている。
【００９６】
つまり、制御装置３０は、複数の電圧変換器３１〜３３に対して、更新周期のｎ分の１の時間差（位相差）を設けて順次制御周期の更新を行なう。
【００９７】
具体的な例を示すと、電圧変換器３１〜３３であるから、ｎ＝３である。また、複数の制御周期が１００μｓ（キャリヤ周波数ｆｃ＝１０ｋＨｚ）と２００μｓ（キャリヤ周波数ｆｃ＝５ｋＨｚ）の２つであるとする。図６では、前半が制御周期１００μｓであったのが後半では制御周期２００μｓに切換えられている。更新周期、つまりある相における「△」と「△」の間隔は１００μｓと２００μｓの最小公倍数の２００μｓであり、Ｕ相の制御周期の更新時点からＶ相の更新時点までの時間差すなわち位相差Ｔｘは、２００×１／３＝６６．６μｓとすることができる。
【００９８】
このように、キャリヤ周波数（または制御周期）を各相制御部に対して位相差分ずらして切換え指示を送ることで、時刻ｔ２２以降もＵ相電流に対するＶ相の位相差Ｔｘ、Ｖ相電流に対するＷ相電流の位相差Ｔｘが保存された状態を保つことができる。したがって、キャリヤ周波数の切換えを行なってもリップル電流を最適状態に抑制しておくことが可能である。
【００９９】
なお、切換え指示送信時点に位相差を設けておけば、必ずしも切換え指示時点が電流波形の下向きピーク位置と一致しなくてもよい。各相に位相差を設けておくことによって、切換え指示後受信後から現実に切換えが発生する点（下向きピーク点）までは、各相とも同様に遅れが生じるので、結局リアクトル電流波形相互の位相差は保持され、図８に示したようにＶ相よりＷ相の方が先にキャリヤの切換えが発生することは無い。
【０１００】
キャリヤ周波数に対して、更新周期と相間の位相差とを上記のように設定するように設計しておくことで、キャリヤ周波数切換え時に特別な修正をしなくても位相差が保持される。
【０１０１】
また、以上の実施の形態で開示された制御方法は、コンピュータを用いてソフトウエアで実行可能である。この制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体（ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）から車両の制御装置中のコンピュータに読み込ませたり、また通信回線を通じて提供したりしても良い。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施の形態に係る車両１００の構成を示した回路図である。
【図２】図１の制御装置３０と電圧変換器３１〜３３の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】制御装置３０としてコンピュータを用いた場合の一般的な構成を示した図である。
【図４】制御装置３０で実行される各相制御部に対する指令値の更新に関する制御の処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】キャリヤ周波数の切換えについて説明するための図である。
【図６】図４に示す制御が適用された場合の各相のリアクトル電流を示した波形図である。
【図７】多相（三相）コンバータについて説明するための波形図である。
【図８】キャリヤ周波数の切換えについて説明するための検討例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
２  バッテリ、６，１２  電圧センサ、８，１４  平滑用コンデンサ、１０  多相電圧変換装置、１６，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＤＤ  ダイオード、１８  燃料電池、２０  インバータ、２２  モータ、３０  制御装置、３１〜３３  電圧変換器、４０  燃料電池システム、４２  水素ポンプ、４４  冷却水ポンプ、４６  エア・コンプレッサ、４８  アクセルポジションセンサ、１００  車両、１０２  車両制御部、１１２  Ｕ相制御部、１１４  Ｖ相制御部、１１６  Ｗ相制御部、１２２，１２４，１２６  設定情報記憶部、１８１  Ａ／Ｄ変換器、１８４  インターフェース部、１８６  バス、Ａ１，Ａ２  アーム、ＧＡ，ＧＢ，ＧＣ，ＧＤ  ＩＧＢＴ素子、Ｌ１  リアクトル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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