(57)【要約】【課題】車両接近を歩行者に気付かせることのできる電気自動車用の制御装置を提案する。【解決手段】複数の電力変換器（３０，４０，５０）は、それぞれのキャリア周波数に基づいてスイッチング素子を駆動制御することにより所望の電力変換動作を行う。電気自動車用の制御装置（６０）は、車速が所定値未満の場合に、複数の電力変換器（３０，４０，５０）のキャリア周波数を同期させ、作動音の音圧を上げる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア周波数に基づいてスイッチング素子をスイッチング制御することにより電力変換動作を行う複数の電力変換器を制御するための電気自動車用の制御装置であって、
車速が所定値未満の場合に前記複数の電力変換器のキャリア周波数を同期させる同期手段を備える、電気自動車用の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気自動車用の制御装置であって、
前記同期手段は、前記複数の電力変換器のキャリア周波数を可聴帯域で同期させる、電気自動車用の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電気自動車用の制御装置であって、
前記複数の電力変換器は、燃料電池の出力電圧を所定の直流電圧に昇圧するための燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリに入出力される直流電圧を所定の直流電圧に昇降圧するためのバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記燃料電池又は前記バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換するためのトラクションインバータのうち何れか二つ以上を含む、電気自動車用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の電力変換器を制御するための電気自動車用の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出される化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電装置である。燃料電池を車載電源として搭載する電気自動車に関する特許文献として、例えば、特開２００８−９８１３４号が知られている。この種の電気自動車においては、燃料電池又はバッテリから供給される電力でトラクションモータを駆動し、走行推進力を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９８１３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電気自動車は、作動音（騒音）が小さいため、特に低速走行において、歩行者に気付かれ難い点が安全上の観点から指摘されている。
【０００５】
そこで、本発明は、車両接近を歩行者に気付かせることのできる電気自動車用の制御装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる電気自動車用の制御装置は、キャリア周波数に基づいてスイッチング素子をスイッチング制御することにより電力変換動作を行う複数の電力変換器を制御するための電気自動車用の制御装置であって、車速が所定値未満の場合に複数の電力変換器のキャリア周波数を同期させる同期手段を備える。複数の電力変換器のキャリア周波数を同期させることにより、電気自動車の作動音の音圧が上がるため、低速走行時における車両の接近を歩行者に気付かせることができる。
【０００７】
車両接近を歩行者に気付かせるためには、複数の電力変換器のキャリア周波数を可聴帯域で同期させるのが好ましい。
【０００８】
複数の電力変換器は、例えば、燃料電池の出力電圧を所定の直流電圧に昇圧するための燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリに入出力される直流電圧を所定の直流電圧に昇降圧するためのバッテリ用ＤＣ／ＤＣコンバータ、燃料電池又はバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換するためのトラクションインバータのうち何れか二つ以上を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低速走行時において電気自動車の作動音の音圧を上げることができるため、車両の接近を歩行者に気付かせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係わる電気自動車の電力系の機能ブロック図である。
【図２】本実施形態に係わるＦＣコンバータの回路図である。
【図３】本実施形態に係わるＦＣコンバータのスイッチング制御信号の説明図である。
【図４】本実施形態に係わる電気自動車が発生する作動音の音圧レベルを上げるための処理を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係わるキャリア周波数の同期の例を示す説明図である。
【図６】本実施形態に係わるキャリア周波数の同期の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係わる電気自動車１０の電力系の機能ブロックを示す。電気自動車１０は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池２０を主電源とし、充放電可能なバッテリ７０を補助電源として、トラクションインバータ５０に電力を供給し、トラクションモータ８０を駆動する。燃料電池２０は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルを積層してなるスタック構造を有している。単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面に形成された空気極と、電解質膜の他方の面に形成された燃料極と、空気極及び燃料極を両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。バッテリ７０は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、電気自動車１０の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する蓄電装置であり、例えば、二次電池（ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等）が好適である。
【００１２】
燃料電池２０の出力電圧は、燃料電池用の直流電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ３０（以下、ＦＣコンバータ３０と称する）によって所定の直流電圧に昇圧され、トラクションインバータ５０に供給される。一方、バッテリ７０の出力電圧は、バッテリ用の直流電圧変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ４０（以下、バッテリコンバータ４０と称する）によって所定の直流電圧に昇圧され、トラクションインバータ５０に供給される。トラクションインバータ５０は、燃料電池２０とバッテリ７０との両方又は何れか一方から供給される直流電力を交流電力（例えば、三相交流）に変換し、トラクションモータ８０の回転トルクを制御する。トラクションモータ８０は、例えば、三相交流モータであり、車両走行時には走行推進力を生成する一方、車両制動時には、モータジェネレータとして機能し、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を回収する。バッテリコンバータ４０は、燃料電池２０の余剰電力又はトラクションモータ８０が回収した回生電力を降圧してバッテリ７０に充電する。
【００１３】
コントロールユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インタフェースを備える制御装置であり、燃料電池２０の運転制御及び車載電力変換器（ＦＣコンバータ３０、バッテリコンバータ４０、及びトラクションインバータ５０）のスイッチング制御等を行う。例えば、コントロールユニット６０は、イグニッションスイッチからの起動信号を受信すると、電気自動車１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号や、車速センサ９０から出力される車速信号などを基に要求電力を求める。この要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。コントロールユニット６０は、燃料電池２０とバッテリ７０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池２０の発電電力が目標電力に一致するように燃料電池２０への燃料ガス及び酸化ガスの供給量を制御するとともに、ＦＣコンバータ３０を制御して、燃料電池２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、コントロールユニット６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５０に出力し、トラクションモータ８０の出力トルク及び回転数を制御する。
【００１４】
図２はＦＣコンバータ３０の回路構成を示す。ここでは、ＦＣコンバータ３０の一例として、公知の直流チョッパを示す。ＦＣコンバータ３０は、キャリア周波数に応じて周期的にオン／オフを繰り返すスイッチング素子としてのトランジスタＴｒと、平滑用リアクトルＬと、平滑用コンデンサＣと、整流素子としてのダイオードＤとを備える。トランジスタＴｒがオンになると、燃料電池２０から供給されるエネルギーが平滑用リアクトルＬに蓄積され、その蓄積されたエネルギーは、トランジスタＴｒがオフになると、ダイオードＤを介して平滑用コンデンサＣに転送される。この過程が繰り返されることで、平滑用コンデンサＣに蓄積されるエネルギーが増大し、入力電圧Ｅ１に比較して出力電圧Ｅ２を高めることができる。ここで、入力電圧Ｅ１は、燃料電池２０の出力電圧に相当し、出力電圧Ｅ２は、トラクションインバータ５０に供給される。このような直流チョッパでは、トランジスタＴｒのスイッチング動作の１周期内に占めるオン期間とオフ期間との比率（デューティ比）に応じて昇圧の程度が定まる。デューティ比を調整するためには、例えば図３に示すように、キャリア波１００とデューティ指令値１１０とを比較し、デューティ指令値１１０がキャリア波１００を超えるときにトランジスタＴｒのオンを指令する一方、デューティ指令値１１０がキャリア波１００以下のときにトランジスタＴｒのオフを指令するスイッチング制御信号１２０を生成し、スイッチング制御信号１２０に基づいてトランジスタＴｒをスイッチング制御すればよい。スイッチング周期をＴとすれば、キャリア波１００のキャリア周波数ｆは、ｆ＝１／Ｔの関係を満たす。
【００１５】
なお、バッテリコンバータ４０は、公知の直流チョッパ等で構成され、トラクションインバータ５０は、公知のＰＷＭインバータ等で構成される。何れも、キャリア周波数に同期してスイッチング素子を駆動制御することにより、所望の電力変換を行う。
【００１６】
図４は電気自動車１０が発生する作動音の音圧レベルを上げるための処理ルーチンを示すフローチャートである。本処理ルーチンは、一定のインターバルで繰り返し実行される。コントロールユニット６０は、車速センサ９０から出力される車速信号に基づいて、車速が所定値（例えば、２０ｋｍ／ｈ）未満であるか否かを判定する（ステップ４０１）。車速が所定値以上の場合には（ステップ４０１；ＮＯ）、本処理ルーチンは終了する。車速が所定値未満の場合には（ステップ４０１；ＹＥＳ）、コントロールユニット６０は、電気自動車１０に搭載されている複数の電力変換器（ＦＣコンバータ３０、バッテリコンバータ４０、及びトラクションインバータ５０）のそれぞれのキャリア周波数を取得し（ステップ４０２）、キャリア周波数変更に伴う熱損失等を加味して、それらのキャリア周波数を同期させるか否かを判定する（ステップ４０３）。キャリア周波数を同期させない場合には（ステップ４０３；ＮＯ）、本処理ルーチンは終了する。キャリア周波数を同期させる場合には（ステップ４０３；ＹＥＳ）、コントロールユニット６０は全ての電力変換器のうち少なくとも二つ以上の電力変換器のキャリア周波数を同期させる（ステップ４０４）。例えば、図５に示すように、ＦＣコンバータ３０のキャリア周波数をｆ１、バッテリコンバータ４０のキャリア周波数をｆ２、トラクションインバータ５０のキャリア周波数をｆ３としたとき、図６に示すように、ｆ１及びｆ２を共に可聴帯域範囲内のキャリア周波数ｆ４に変更する。ここで、ｆ４はｆ１又はｆ２の何れか一方と同じキャリア周波数でもよく、或いはｆ１及びｆ２の何れとも異なるキャリア周波数でもよい。コントロールユニット６０は、車速が所定値未満の場合に複数の電力変換器のキャリア周波数を同期させる同期手段として機能する。ＦＣコンバータ３０及びバッテリコンバータ４０のキャリア周波数を同期させることにより、これらの作動音の音圧を上げることが可能となり、低速走行時における車両接近を歩行者に気付かせることができる。
【００１７】
なお、キャリア周波数を同期させる電力変換器の組み合わせは、上述の例に限られるものではなく、ＦＣコンバータ３０、バッテリコンバータ４０、及びトラクションインバータ５０の何れか二つ以上であればよい。また、電力変換器の例は、上述の例に限られるものではなく、キャリア周波数に基づいてスイッチング素子を駆動制御することにより電力変換動作を行うものであればよい。また、電気自動車１０の主電源として、燃料電池２０を例示したが、燃料電池以外の公知の車載用発電機を主電源としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、キャリア周波数に基づいてスイッチング素子を駆動制御することにより電力変換動作を行う複数の電力変換器を備える電気自動車に有用である。
【符号の説明】
【００１９】
１０…電気自動車
３０…ＦＣコンバータ
４０…バッテリコンバータ
５０…トラクションインバータ
６０…コントロールユニット
７０…バッテリ
８０…トラクションモータ
９０…車速センサ
１００…キャリア波
１１０…デューティ指令値
１２０…スイッチング制御信号
【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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