(57)【要約】【課題】複数相の電圧変換回路を並列接続した多相コンバータの一対を並列接続し、必要相数を両者に平準化して配分すると、大きなリプル電流が発生するケースが増大する。【解決手段】一方の多相コンバータの駆動相数をゼロまたは偶数とし、他方の多相コンバータの駆動相数を必要相数から選択相数を減じた相数とすると、大きなリプル電流が発生するケースが減少する。例えば、一対の４相コンバータを並列接続する場合、駆動相数を（１，０）（２，０）（３，０）（４，０）（４，１）（４，２）（４，３）（４，４）の組み合わせとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電圧変換回路を並列接続した多相コンバータを一対にして並列接続した電圧変換装置と、
その電圧変換装置で変換した電圧が印加される走行用モータと、
一方の多相コンバータの駆動相数をゼロまたは偶数から選択し（選択した相数を選択相数という）、他方の多相コンバータの駆動相数を必要相数から選択相数を減じた相数とする駆動相数決定装置と、
を備えている自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、一対の多相コンバータを並列に接続して走行用モータに印加する電力を得る自動車を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、直流電源の低圧をコンバータで昇圧して走行用モータに印加する高圧を得る自動車が開示されている。特許文献１のコンバータは、複数相の電圧変換回路を並列に接続した多相コンバータであり、各相のスイッチング素子の間に位相差を設けてオン・オフすることでリプル電流の発生を抑制する。
また、一対の多相コンバータを並列接続して用いる技術が提案されている。すなわち、複数相の電圧変換回路を並列接続した多相コンバータの一対を並列接続して走行用モータに印加する電力を得る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５７３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
相あたりの供給電力量が定められており、必要電力量に応じて駆動相数を決定する多相コンバータが知られている。例えば、相あたりの供給電力量が１０Ｗである場合、必要電力が１０Ｗであれば１相を駆動し、必要電力が２０Ｗであれば２相を駆動する多相コンバータが知られている。
上記の多相コンバータを対にして用いる場合、一対の多相コンバータの駆動頻度を平準化するために、図３の「従来」の欄に示す相数決定技術が用いられる。図３では並列接続されている一対の多相コンバータンの一方を第１コンバータとし、他方を第２コンバータとし、第１・第２コンバートの双方とも４相分の電圧変換回路を並列に接続している場合を例示している。全相を駆動すると８０Ｗを供給できる能力を備えている場合を例示している。
「従来」の欄に示すように、駆動する相数が１である場合（例えば１０Ｗが必要とされる場合）には、一方の多相コンバータ（これを第１コンバータとする）の駆動相数を１とし、他方の多相コンバータ（これを第２コンバータとする）の駆動相数をゼロとする。本明細書では、これを（１，０）で示す。カッコ内の先行数字が第１コンバータの駆動相数を示し、後行数字が第２コンバータの駆動相数を示す。従来の技術では、第１コンバータと第２コンバータの駆動頻度を平準化するために、必要相数に応じて、第１コンバータと第２コンバータの駆動相数を「従来」の欄に示すように決定する。
【０００５】
従来の技術の場合、図３中で米印に示すように、必要相数が１，２，３，５，６，７の６ケースにおいて、１または３の駆動相数が選択される。多相コンバータの場合、駆動相数が偶数の場合には、リプル電流を打ち消すことによって、大きなリプリ電流が発生することを防止できる。それに対して、駆動相数が奇数の場合には、リプル電流を打ち消すことができないために、大きなリプリ電流が発生してしまう。図３の従来に示す技術によると、全８ケース中の６ケースで大きなリプル電流が発生する。リプル電流は平滑化コンデンサで平滑化する。大きなリプル電流が発生するケースが多く発生すると、平滑化コンデンサの発熱量が増大し、大型の平滑化コンデンサを用いる必要が生じる。
多相コンバータの一対を並列接続して用いる従来の技術によると、大きなリプル電流が発生するケースが多く発生し、大型のコンデンサを必要とする。
本明細書では、多相コンバータの一対を並列接続して用いる際に、大きなリプル電流が発生するケースを少なくし、小型のコンデンサで対応可能となる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する自動車は、複数相の電圧変換回路を並列接続した多相コンバータの一対を並列接続した電圧変換装置と、電圧変換回路で変換した電圧が印加される走行用モータと、駆動相数決定装置を備えている。駆動相数決定装置は、一方の多相コンバータの駆動相数をゼロまたは偶数から選択し（以下では、選択した相数を選択相数という）、他方の多相コンバータの駆動相数を、必要相数から選択相数を減じた相数とする。
【０００７】
上記の駆動相数決定装置によると、大きなリプル電流が発生するケースを少なくでき、小型のコンデンサで対応可能となる。
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」と「実施例」で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一対の多相コンバータ２０Ａ，２０Ｂを並列接続してモータ６０を駆動する回路構成を示す。多相コンバータ２０の各々は複数相の電力変換回路を備えている。
【図２】駆動相数の決定手順を示す。
【図３】駆動相数の決定例を新旧対比して示す。
【図４】一対の多相コンバータ９０Ａ，９０Ｂを並列接続してモータ６０を駆動する回路構成を示す。多相コンバータ９０の各々は複数相の電力変換回路を備えている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例の特徴を列記する。以下のいずれもが、請求項が定める技術的範囲に含まれる。
特徴１：第１コンバータと第２コンバータは同一仕様であり、交換可能である。
特徴２：第１コンバータと第２コンバータの双方とも、４相数まで駆動可能である。
特徴３：必要相数が４以下の場合、第２コンバータの駆動相数をゼロとする。必要相数が４以上の場合、第１コンバータの駆動相数を４とする。
特徴４：「必要相数が４以下の場合は第２コンバータの駆動相数をゼロとし、必要相数が４以上の場合は第１コンバータの駆動相数を４とする」期間と、「必要相数が４以下の場合は第１コンバータの駆動相数をゼロとし、必要相数が４以上の場合は第２コンバータの駆動相数を４とする」期間を交互に設ける。
特徴５：コンバータは昇圧機能を有する。
特徴６：コンバータは昇圧機能と降圧機能を有する。
【実施例】
【００１０】
図１は、走行用モータ６０の駆動回路を示しており、一対のコンバータ（第１コンバータ２０Ａと第２コンバータ２０Ｂ）が並列に接続されている。図１では、第１コンバータ側の部材をＡで示し、第２コンバータ側の部材をＢで示している。本明細書では、第１コンバータ側の電力供給系統をＡ系統（または第１系統）いい、第２コンバータ側の電力供給系統をＢ系統（または第２系統）という。第１コンバータ側と第２コンバータ側に共通の事象（ないしＡ系統とＢ系統に共通の事象）については、Ａ，Ｂ等の添え字を省略して説明する。
参照番号１０は低電圧の直流電源であり、その電圧をコンバータ２０で昇圧する。直流電源１０には、燃料電池セルを用いることができる。参照番号４０は、コンバータ２０の高圧側の電圧に等しい電圧を出力する直流電源であり、バッテリで構成されている。バッテリ４０はＨＶバッテリと称する。
参照番号５０は、インバータ回路を内蔵している制御装置であり、直流を３相交流に変換して走行用モータ６０に駆動電力を供給する。
図１に示す駆動装置は、第１系統と第２系統を並列に接続しており、いずれか一方の電力供給系統がダウンしたときにも、ダウンしない側の電力供給系統を活用して走行を継続することが可能となっている。
【００１１】
コンバータ２０は、４つの電圧変換回路を並列に接続して構成されており、末尾の添え字が相数を示している。例えば、参照符号２４Ａ１は、第１コンバータ側の第１相用のリアクトル２４であることを示している。相数に依らない共通の事象については、相数を示す数字を省略して説明する。
各々の電圧変換回路は、リアクトル２４と、ダイオード２８と、トランジスタ３０で構成されている。参照番号２２は低圧側の平滑用コンデンサであり、参照番号３４は出力側の平滑用コンデンサである。トランジスタ３０をオン・オフすると、低圧側コンデンサ２２に印加されている電圧を昇圧した電圧が高圧側コンデンサ３４に印加される。モータ６０には、昇圧された電圧が印加される。なお、電圧変換回路の回路構成ならびにその動作の詳細は、特許文献１に記載されているように既知であり、重複説明を省略する。
【００１２】
参照番号７０は、トランジスタ３０のゲート電圧を制御する制御装置であり、コンバータの駆動相数を決定する。例えば、トランジスタ３０Ａ１のゲートに印加する電圧のみを交互にハイ・ローに反転させ、他のトランジスタ３０Ａ２，３０Ａ３，３０Ａ４，３０Ｂ１，３０Ｂ２，３０Ｂ３，３０Ｂ４のゲートに印加する電圧をローに維持すれば、第１コンバータ２０Ａの第１相のみが駆動され、その他の７相分の電圧変換回路は駆動されない（１，０）の状態とすることができる。制御装置７０は、図示しないコンピュータからモータ６０に供給する電力量を示す信号を入力し、その信号に基づいて第１コンバータ２０Ａの駆動相数と第２コンバータ２０Ｂの駆動相数を決定し、トランジスタ３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ａ３，３０Ａ４，３０Ｂ１，３０Ｂ２，３０Ｂ３，３０Ｂ４のゲートに印加する８種類のゲート電圧を生成する。
制御装置７０もまた、第１コンバータ側の制御装置７０Ａと、第２コンバータ側の制御装置７０Ｂに分割し、インバータ回路を内蔵している制御装置５０Ａ，５０Ｂ内に収容してもよい。
【００１３】
図２は、制御装置７０が実施する相数決定処理手順を示す。この手順において、ｉは駆動する必要がある相数を示し、ｎは第１コンバータ２０Ａの駆動可能な相数を示す。本実施例では、第１コンバータ２０Ａと第２コンバータ２０Ｂは同一仕様であり、同じコンバータを第１コンバータにも利用できれば、第２コンバータにも利用できる。コンバータ２０の量産効果が高い。図１の実施例では、ｎ＝４である。
【００１４】
ステップＳ２：必要相数ｉと最大相数ｎを比較する。前者が後者以下であれば、後記するように、いずれか一方のコンバータの駆動相数をゼロとする。当然のことながら、駆動相数がゼロのコンバータからはリプル電流が発生せず、リプル電流が生じるケースが減少する。
【００１５】
ステップＳ４：第１コンバータ側の電力供給系統Ａと第２コンバータ側の電力供給系統Ｂの駆動頻度を平準化するために、各々の過去の駆動時間を比較する。Ａ系統（第１系統）の駆動時間がＢ系統（第２系統）の駆動時間よりも短い場合には（Ｓ４がＹＥＳの場合）は、ステップＳ６を実行する。ステップＳ６では、Ａ系統の駆動相数をｉ（必要相数）とし、Ｂ系統の駆動相数をゼロとする。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも短い場合にはＡ系統を駆動してＢ系統を駆動しないことになり、Ａ系統とＢ系統の駆動時間数が平準化される。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも長い場合には（Ｓ４がＮＯの場合）は、ステップＳ８を実行する。ステップＳ８では、Ａ系統の駆動相数をゼロとし、Ｂ系統の駆動相数をｉ（必要相数）とする。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも長い場合にはＡ系統を駆動せずにＢ系統を駆動することになり、Ａ系統とＢ系統の駆動時間数が平準化される。
【００１６】
ステップＳ２でＮＯとなる場合には、いずれか一方のコンバータを駆動するだけでは必要電力量を供給できないから、両方のコンバータを駆動する必要が生じる。この場合、ステップＳ１０を実施する。ステップＳ１０はステップＳ４に等しく、第１コンバータ側の電力供給系統Ａと第２コンバータ側の電力供給系統Ｂの駆動頻度を平準化するために、各々の過去の駆動時間を比較する。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも短い場合には（Ｓ１０がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、Ａ系統の駆動相数を４（＝最大相数＝ｎ）とし、Ｂ系統の駆動相数をｉ−ｎとする。これによって、合計相数がｉとなり、必要電力量を供給することができる。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも短い場合には、Ａ系統を最大に駆動し、残余をＢ系統で賄う。Ａ系統をメインに駆動することになり、Ａ系統とＢ系統の駆動時間数が平準化される。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも長い場合には（Ｓ１０がＮＯの場合）は、ステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４では、Ｂ系統の駆動相数を４（＝最大相数＝ｎ）とし、Ａ系統の駆動相数をｉ−ｎとする。これによって、合計相数がｉとなり、必要電力量を供給することができる。Ａ系統の駆動時間がＢ系統の駆動時間よりも長い場合には、Ｂ系統を最大に駆動し、残余をＡ系統で賄う。Ｂ系統をメインに駆動することになり、Ａ系統とＢ系統の駆動時間数が平準化される。
【００１７】
ステップＳ１６では、必要相数ｉの値が所定時間以上にわたって変化しないか否かを看視する。例えば自動車が定速走行を継続している場合には、必要相数ｉの値が一定値である期間が所定時間以上にわたって継続することがある。この場合は、ステップＳ１８で、第１コンバータ側Ａの駆動相数と第２コンバータ側Ｂの駆動相数を入れ替える。いずれか一方のコンバータが過度の酷使されることを防ぎ、Ａ系統とＢ系統の駆動時間数が平準化される。
【００１８】
図３の今回（１）の欄は、図２の処理手順によって決定される相数を示す。図３は、ステップＳ６とＳ１２が実行された場合を示す。ステップＳ８とＳ１４とステップＳ１８が実行された場合には、図３中の相数を示す数字を左右反転したものとなる。
ステップＳ６を実行した場合、第２コンバータ２０Ｂの駆動相数＝ゼロとなり、第１コンバータ２０Ａの駆動相数＝必要相数となる。第２コンバータ２０Ｂの駆動相数はゼロであることから、第２コンバータ２０Ｂからリプル電流が生じることはない。第１コンバータ２０Ａの駆動相数は１〜４のうちのいずれかであるが、偶数の場合にはリプル電流が打ち消され、大きなリプル電流が発生することがない。従来の欄と今回（１）の欄を比較すると明らかに、従来の技術では必要相数ｉが２の場合にも大きなリプル電流が発生するのに対し、実施例の相数決定技術によると、必要相数ｉが２の場合には大きなリプル電流が発生しない結果を得ることができる。
ステップＳ１２を実行した場合、第１コンバータ２０Ａの駆動相数を４（＝最大相数＝ｎ）とし、第２コンバータ２０Ｂの駆動相数をｉ−４とする。合計すると、必要相数ｉとなる。第１コンバータ２０Ａの駆動相数は偶数であることから、リプル電流が打ち消され、第１コンバータ２０Ａから大きなリプル電流が生じることはない。第２コンバータ２０Ｂの駆動相数は０〜４のうちのいずれかであるが、偶数の場合にはリプル電流が打ち消され、大きなリプル電流が発生することがない。従来の欄と今回（１）の欄を比較すると明らかに、従来の技術では必要相数ｉが６の場合にも大きなリプル電流が発生するのに対し、実施例の相数決定技術によると、必要相数ｉが６の場合には大きなリプル電流が発生しない結果を得ることができる。
また、従来の欄と今回（１）の欄を比較すると明らかに、従来の技術によると第１コンバータ２０Ａと第２コンバータ２０Ｂの双方が大きなリプル電流を発生することがあるのに対し（必要相数ｉ＝２または６のケース）、今回の実施例によると、第１コンバータ２０Ａと第２コンバータ２０Ｂの双方が大きなリプル電流を生じることがない。
【００１９】
図２の処理手順は一実施例であり、上記に限定されるものでない。例えば図３の今回（２）の欄に示すように、一方のコンバータの駆動相数を０，２，４のいずれかとし（ゼロまたは偶数のなかから選択する）、他方のコンバータの駆動相数をｉから一方のコンバータの駆動相数に選択した数を減じた数に等しくすることによって、今回（１）の欄に示した場合と同様に、大きなリプル電流が発生するケース数を減らし、第１コンバータ２０Ａと第２コンバータ２０Ｂの双方が大きなリプル電流を発生するケースをなくすことができる。
【００２０】
上記実施例では、コンバータで燃料電池セルの電圧を昇圧した。これに対し、図４に示すように、２次電池８０の電圧を昇圧してモータ６０を駆動することがある。この場合は回生時にモータ６０で生じた電圧を降圧して２次電池８０を充電する。その実施例で用いるコンバータ９０は、図４に示すように、昇圧機能と降圧機能を備えている。図１と図４を比較すると明らかに、図４のコンバータは、降圧時にオン・オフするトランジスタ２６と、降圧回路の逆流を阻止するダイオード３２が付加されている。昇圧機能のみならず、降圧機能まで含むコンバータに対しても、本明細書に開示する技術を適用することができる。なお図４に示すコンバータの動作の詳細も特許文献１に開示されており、重複説明を省略する。
【００２１】
以上、本発明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】
【００２２】
１０：低圧側の直流電源（燃料電池セル）
２０：コンバータ
２２：低圧側の平滑コンデンサ
２４：リアクトル
２６：降圧時にオン・オフするトランジスタ
２８：ダイオード
３０：昇圧時にオン・オフするトランジスタ
３２：ダイオード
３４：高圧側の平滑コンデンサ
４０：ＨＶバッテリ
５０：制御装置（インバータ内蔵）
６０：走行用モータ
７０：制御装置（駆動相数決定装置を内蔵）
添え字Ａ：第１コンバータ側の系統を示す
添え字Ｂ：第２コンバータ側の系統を示す
添え字１〜４：相のナンバを示す
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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