DE102020132108A1

DE102020132108A1 - Steuerungsvorrichtung für mehrphasenwandler, mehrphasenwandlersystem und stromversorgungssystem

Info

Publication number: DE102020132108A1
Application number: DE102020132108.2A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Itou; Tomohiko Kaneko
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN113037079A; DE102020132108A9; CN113037079B; JP7367519B2; US20210194404A1; US11463038B2; JP2021103907A

Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung (4) für einen Mehrphasenwandler (20) mit Wandlerschaltungen (20a bis 20c) von m Phasen, von denen jede ein Schaltelement (36a bis 36c) umfasst, umfasst: eine Steuereinheit für die Anzahl angesteuerter Phasen, die dafür eingerichtet ist, den Mehrphasenwandler (20) in einer n-Phasen-Ansteuerung oder einer m-Phasen-Ansteuerung zu steuern; eine Speichereinheit, die dafür eingerichtet ist, ein erstes und ein zweites Muster zu speichern; eine Auswahleinheit, die dafür eingerichtet ist, das erste oder das zweite Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler (20) gestoppt wurde; eine Ein/Aus-Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, eine Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen der Anzahl angesteuerter Phasen durchzuführen; und eine Vorhersageeinheit, die dafür eingerichtet ist, einen vorhergesagten Korrelationswert vorherzusagen, der mit einem Zeitverhältnis korreliert ist, das - in einer zuvor festgelegten Zeit - ein Verhältnis einer Zeit, für welche die Durchführung einer Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu einer Zeit ist, für welche die Durchführung einer Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler, ein Mehrphasenwandlersystem und ein Stromversorgungssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Mehrphasenwandler, der Wandlerschaltungen in mehreren Phasen umfasst, ist bekannt. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2017-60303 ( JP 2017-60303 A ) ist es, wenn sich die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen ändert, möglich, einen Welligkeitsstrom in dem Mehrphasenwandler zu dämpfen und einen Verlust zu verringern, indem die Phasen so gesteuert werden, dass Phasendifferenzen des Schaltens der Wandlerschaltungen im Wesentlichen konstant sind. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2014-30285 ( JP 2014-30285 A ) werden die Phasen des Schaltens von Wandlerschaltungen im Voraus eingestellt, und das Schalten einiger Wandlerschaltungen wird gemäß einem Strombefehlswert gestoppt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In JP 2017-60303 A ist die Steuerung der Phasen von Schaltelementen kompliziert, da es notwendig ist, die Phasen von Schaltelementen so zu ändern, dass sie der Anzahl angesteuerter Phasen entsprechen, während die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen geändert wird. In JP 2014-30285 A erhöht sich, da das Schalten einiger Wandlerschaltungen gestoppt wurde, ein Welligkeitsstrom in dem Mehrphasenwandler, und der Verlust kann sich erhöhen.
Die Erfindung stellt eine Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler, ein Mehrphasenwandlersystem, und ein Stromversorgungssystem bereit, die einen Anstieg der Verluste aufgrund eines Welligkeitsstroms mit einfacher Steuerung dämpfen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler bereitgestellt, der Wandlerschaltungen mit m (wobei m eine ganze Zahl von mindestens 3 ist) Phasen umfasst, von denen jede ein Schaltelement umfasst und die miteinander parallel geschaltet sind. Die Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Steuereinheit für die Anzahl angesteuerter Phasen, die dafür eingerichtet ist, die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen zu erhöhen, indem sie die Anzahl von Schaltelementen, an denen eine Ein/Aus-Steuerung ausgeführt wird, erhöht, wenn ein in den Mehrphasenwandler eingegebener Stromwert zunimmt, und den Mehrphasenwandler in einer n-Phasen-Ansteuerung, bei der die Anzahl angesteuerter Phasen n ist (wobei n eine ganze Zahl kleiner als m und mindestens 2 ist und eine ganze Zahl ist, die kein Divisor von m ist), zu steuern, oder in einer m-Phasen-Ansteuerung zu steuern, bei der die Anzahl angesteuerter Phasen m ist; eine Speichereinheit, die dafür eingerichtet ist, ein erstes und ein zweites Muster zu speichern, die Phasenmuster sind, in denen Ein-Zeiten der Schaltelemente von m Phasen definiert sind; eine Auswahleinheit, die dafür eingerichtet ist, das erste oder das zweite Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler gestoppt wurde; eine Ein/Aus-Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen der Anzahl angesteuerter Phasen auf der Grundlage der in dem ausgewählten ersten oder zweiten Muster festgelegten Phasen unter der Bedingung auszuführen, dass eine Periode und ein Tastverhältnis im Wesentlichen gleich sind; und eine Vorhersageeinheit, die dafür eingerichtet ist, einen vorhergesagten Korrelationswert vorherzusagen, der mit einem Zeitverhältnis korreliert ist, das - in einer zuvor festgelegten Zeit - ein Verhältnis einer Zeit, für welche die Durchführung einer Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu einer Zeit ist, für welche die Durchführung einer Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird. Ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n ist kleiner als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des ersten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n. Die Auswahleinheit ist dafür eingerichtet, das erste Muster auszuwählen, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist, und das zweite Muster auszuwählen, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der maximal so groß wie der erste Schwellenwert ist. Die Ein/Aus-Steuereinheit ist dafür eingerichtet, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen von (m-n) Phasen in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters zu stoppen. Die Schaltelemente werden in mehrere Kombinationen klassifiziert, dergestalt, dass jede der Kombinationen aus drei Schaltelementen zusammengesetzt ist, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden. Wenn (m-n)=1, so ist das Schaltelement der (m-n) Phase, an dem die Ein/Aus-Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters gestoppt wurde, das Schaltelement, das zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer Kombination, die eine Phasendifferenz aufweist, die unter den mehreren Kombinationen die kleinste ist, eingeschaltet wird, wobei die Phasendifferenz eine Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ist. Wenn (m-n)≥2, so sind die Schaltelemente von (m-n) Phasen, an denen die Ein/Aus-Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters gestoppt wurde, Schaltelemente, die andere sind als eine Kombination von zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und die jeweils zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer entsprechenden von (m-n) Kombinationen aus den mehreren Kombinationen eingeschaltet werden, wobei die (m-n) Kombinationen in aufsteigender Reihenfolge der Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ausgewählt werden. Es ist zu beachten, dass in dieser Spezifikation ein Schaltelement einer einzelnen Phase für den Fall, dass (m-n)=1, und Schaltelemente von zwei oder mehr Phasen für den Fall, dass (m-n)≥2, gemeinsam als „Schaltelemente von (m-n) Phasen“ bezeichnet werden, wenn dies zweckmäßig ist.
In dem Aspekt kann der zweite Schwellenwert gleich dem ersten Schwellenwert sein.
In dem Aspekt kann der zweite Schwellenwert kleiner als der erste Schwellenwert sein, die Speichereinheit kann dafür eingerichtet sein, ein drittes Muster zu speichern, das ein Phasenmuster ist, in dem Ein-Zeiten der m Schaltelemente festgelegt sind und das nicht das erste und das zweite Muster ist, die Auswahleinheit kann dafür eingerichtet sein, das erste Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist, das zweite Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als der zweite Schwellenwert ist, und das dritte Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als der erste Schwellenwert und mindestens so groß wie der zweite Schwellenwert ist, ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Muster sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n kann größer sein als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasenansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n, und kann kleiner sein als der absolute Wert der Differenz zwischen dem Maximalwert der Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasenansteuerung auf der Grundlage des ersten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n, und die Ein/Aus-Steuereinheit kann dafür eingerichtet sein, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen von (m-n) Phasen in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Muster zu stoppen. Die Schaltelemente können in mehrere Kombinationen klassifiziert werden, dergestalt, dass jede der Kombinationen aus drei Schaltelementen zusammengesetzt ist, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters sequentiell eingeschaltet werden. Wenn (m-n)=1, so kann das Schaltelement der (m-n) Phase, an dem die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters gestoppt wird, das Schaltelement sein, das zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer Kombination, die eine Phasendifferenz aufweist, die unter den mehreren Kombinationen die kleinste ist, eingeschaltet wird, wobei die Phasendifferenz eine Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ist. Wenn (m-n)≥2, so können die Schaltelemente von (m-n) Phasen, an denen die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters gestoppt wurde, Schaltelemente sein, die andere sind als eine Kombination von zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und die jeweils zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer entsprechenden von (m-n) Kombinationen aus den mehreren Kombinationen eingeschaltet werden, wobei die (m-n) Kombinationen in aufsteigender Reihenfolge der Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ausgewählt werden.
In dem Aspekt kann aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schaltelement, die in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage mindestens eines des ersten und des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement größer als 360°/m und kleiner als 360°/n sein, und eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Schaltelement und dem dritten Schaltelement kann kleiner als (360°/m)×3 sein.
In dem Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler des Weiteren eine Routenerfassungseinheit umfassen, die dafür eingerichtet ist, Fahrtroutenplanungsinformationen über eine geplante Fahrtroute eines Fahrzeugs zu erfassen, das unter Verwendung einer Batterie, die einen Eingangsstrom in den Mehrphasenwandler einspeist, als eine Energiequelle fährt, und die Vorhersageeinheit kann dafür eingerichtet sein, einen vorhergesagten Stromwert, den die Batterie gemäß einer Prognose in den Mehrphasenwandler einspeist, auf der Grundlage den Fahrtroutenplanungsinformationen als den vorhergesagten Korrelationswert vorherzusagen.
In dem Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler des Weiteren eine Verlaufserfassungseinheit umfassen, die dafür eingerichtet ist, Verlaufsinformationen über eine Zeit, in der die Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, und eine Zeit, in der die Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, zu erfassen, und die Vorhersageeinheit kann dafür eingerichtet sein, den vorhergesagten Korrelationswert auf der Grundlage den Verlaufsinformationen vorherzusagen.
In dem Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler des Weiteren eine Fahrmoduserfassungseinheit umfassen, die dafür eingerichtet ist, Fahrmodusinformationen über einen Fahrmodus eines Fahrzeugs zu erfassen, das unter Verwendung einer Batterie, die einen Eingangsstrom in den Mehrphasenwandler einspeist, als eine Energiequelle fährt, und die Vorhersageeinheit kann dafür eingerichtet sein, den vorhergesagten Korrelationswert auf der Grundlage den Fahrmodusinformationen vorherzusagen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Mehrphasenwandlersystem bereitgestellt, das aufweist: die Steuerungsvorrichtung; und den Mehrphasenwandler.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Stromversorgungssystem bereitgestellt, das aufweist: das Mehrphasenwandlersystem; und eine Stromversorgung, die dafür eingerichtet ist, einen Eingangsstrom in den Mehrphasenwandler einzuspeisen.
In dem Aspekt kann die Stromversorgung eine Brennstoffzelle sein.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Steuerungsvorrichtung für einen Mehrphasenwandler, ein Mehrphasenwandlersystem und ein Stromversorgungssystem bereitzustellen, die einen Anstieg der Verluste aufgrund eines Welligkeitsstroms mit einfacher Steuerung dämpfen kann.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen Folgendes zu sehen ist:

1 ist ein Schaubild, das schematisch eine Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems veranschaulicht, das in einem Fahrzeug montiert ist;
2 ist ein Schaubild, das eine Schaltungsausgestaltng eines Aufwärtswandlers veranschaulicht;
3A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
3B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
4A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
4B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
5A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
5B ist ein Diagramm, das Drosselströme bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht;
6A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht;
6B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht;
7A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht;
7B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht;
8A ist eine Tabelle zum Vergleichen einer Größenordnung eines Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A und B;
8B ist ein Schaubild, das Phasen und Phasendifferenzen in Mustern A und B veranschaulicht;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung veranschaulicht;
10A ist ein Beispiel für ein Diagramm, das die Änderung eines berechneten vorhergesagten Stromwertes veranschaulicht;
10B ist ein weiteres Beispiel für ein Diagramm, das die Änderung eines berechneten vorhergesagten Stromwertes veranschaulicht;
11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den in 10A und 10B veranschaulichten vorhergesagten Stromwerten und einer Zeit, in der die Steuerung auf der Grundlage der vorhergesagten Stromwerte ausgeführt wird, veranschaulicht.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß einem ersten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
13 ist ein Schaubild, das eine Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß dem zweiten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
15A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht;
15B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht;
16A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht;
16B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht;
17A ist eine Tabelle zum Vergleichen einer Größenordnung eines Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A und C;
17B ist ein Schaubild, das Phasen und Phasendifferenzen in Muster C veranschaulicht;
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß einem dritten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
19A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht;
19B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht;
20A ist ein Diagramm, das Operationen von Schaltelementen bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht;
20B ist ein Diagramm, das Drosselströme und einen Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht;
21A ist eine Tabelle zum Vergleichen einer Größenordnung eines Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A bis D;
21B ist ein Schaubild, das Phasen und Phasendifferenzen in Muster D veranschaulicht;
22 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß einem vierten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
23 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß einem fünften abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
24 ist ein Schaubild, das eine Schaltungsausgestaltung eines Aufwärtswandlers gemäß einem sechsten abgewandelten Beispiel veranschaulicht;
25 ist ein Schaubild, das Phasen und Phasendifferenzen in Mustern E bis G veranschaulicht;
26 ist ein Schaubild, das eine Schaltungsausgestaltung eines Aufwärtswandlers gemäß einem siebten abgewandelten Beispiel veranschaulicht; und
27 ist ein Schaubild, das Phasen und Phasendifferenzen in Mustern H bis J veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Grobe Darstellung einer Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems
1 ist ein Schaubild, das schematisch eine Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems 1 veranschaulicht, das in einem Fahrzeug montiert ist. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) 4, eine Sekundärbatterie (im Folgenden als „BAT“ bezeichnet) 7, einen Batteriewandler (im Folgenden als BDC bezeichnet) 8, einen Wechselrichter (im Folgenden als INV bezeichnet) 9, einen Brennstoffzellenstapel (im Folgenden als FC bezeichnet) 10, einen Aufwärtswandler (im Folgenden als FDC bezeichnet) 20 und eine Navigationsvorrichtung 50. Obgleich in 1 nicht veranschaulicht, umfasst das Brennstoffzellensystem 1 ein Oxidansgas-Zufuhrsystem und ein Brenngas-Zufuhrsystem, die ein Oxidansgas und ein Brenngas in die FC 10 einspeisen. Das Fahrzeug umfasst einen Motor M zum Fahren, Fahrzeugräder W, einen Gaspedalbetätigungsbetragssensor 5 und einen Zündschalter 6.
Die FC 10 wird mit Brenngas und Oxidansgas beaufschlagt und generiert elektrischen Strom. In der FC 10 sind mehrere Einheitszellen eines Festpolymerelektrolyt-Typs gestapelt. Eine Einheitszelle umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung, die ein Stromerzeugerelement ist, in dem Elektroden an beiden Flächen einer Elektrolytmembran angeordnet sind, und ein Paar Separatoren, zwischen denen die Membran-Elektroden- Anordnung angeordnet ist. Die Elektrolytmembran ist eine Festpolymermembran, die aus einem Harzmaterial auf Fluorbasis oder einem Harzmaterial auf Kohlenwasserstoffbasis mit einer Sulfonatgruppe gebildet ist, und besitzt eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit in einem nassen Zustand. Die Elektroden umfassen Kohlenstoffträger und Ionomere, die Festpolymere mit einer Sulfonatgruppe sind, und besitzen eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit in einem nassen Zustand. Die Kohlenstoffträger tragen einen Katalysator (zum Beispiel eine Platin- oder eine Platin-Cobalt-Legierung) zum Unterstützen einer Stromerzeugungsreaktion. In jeder Einheitszelle ist ein Verteiler vorhanden, damit Reaktantengase oder ein Kühlmittel strömen können. Die in dem Verteiler strömenden Reaktantengase werden einer Stromerzeugungsregion jeder Einheitszelle über Gasströmungskanäle zugeführt, die in jeder Einheitszelle vorhanden sind.
Der FDC 20 ist ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, der eine Gleichspannung, die von der FC 10 ausgegeben wird, mit einem vorgegebenen Aufwärtsverhältnis hochsetzt und den von der FC 10 ausgegebenen elektrischen Strom in den INV 9 einspeist, und ist ein Beispiel für einen Leistungswandler. Der INV 9 wandelt den Eingangsgleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom um und speist den dreiphasigen Wechselstrom in den Motor M ein. Der Motor M treibt die Fahrzeugräder W an, um das Fahrzeug zum Fahren zu veranlassen. Der BDC 8 ist ein bidirektionaler Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler. Das heißt, der BDC 8 setzt eine durch den FDC 20 eingestellte Gleichspannung herab oder setzt eine Gleichspannung der BAT 7 herauf und speist eine elektrische Ausgangsleistung der BAT 7 in den INV 9 ein. Der BDC 8 muss nicht vorhanden sein. In diesem Fall dient der INV 9 als ein Leistungswandler. Die BAT 7 kann elektrischen Strom der FC 10 speichern.
Die ECU 4 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Die ECU 4 ist elektrisch mit dem Gaspedalbetätigungsbetragssensor 5, dem Zündschalter 6, einem Stromsensor 10A, einem Spannungssensor 10V, dem FDC 20, dem BDC 8 und der Navigationsvorrichtung 50 verbunden. Kartendaten, eine früherer Fahrverlauf des Fahrzeugs 1 und dergleichen werden in einer Speichervorrichtung der Navigationsvorrichtung 50 gespeichert. In die Navigationsvorrichtung 50 ist ein Global Positioning System (GPS)-Empfänger eingebaut, der Positionsinformationen des Fahrzeugs erfasst. Die ECU 4 steuert die elektrische Ausgangsleistung der FC 10 auf der Grundlage eines detektierten Wertes des Gaspedalbetätigungsbetragssensors 5 oder dergleichen. Die ECU 4 erfasst einen durch den Stromsensor 10A gemessenen Ausgangsstromwert der FC 10 und einen durch den Spannungssensor 10V gemessenen Ausgangsspannungswert der FC 10. Die ECU 4 ist ein Beispiel für eine Steuerungsvorrichtung, die den FDC 20 steuert und umfasst eine Steuereinheit für die Anzahl angesteuerter Phasen, eine Speichereinheit, eine Auswahleinheit, eine Ein/Aus-Steuereinheit und eine Vorhersageeinheit, deren Einzelheiten später noch beschrieben werden und die funktional durch die CPU, den ROM und den RAM der ECU 4 realisiert werden. Die ECU 4 und der FDC 20 bilden ein Beispiel für ein Mehrphasenwandlersystem, und die ECU 4, der FDC 20 und die FC 10 bilden ein Beispiel für ein Stromversorgungssystem.
Schaltungsausgestaltung des FDC
2 ist ein Schaubild, das eine Schaltungsausgestaltung des FDC 20 veranschaulicht. In 2 sind auch die FC 10 und der INV 9 veranschaulicht. Der FDC 20 ist ein Mehrphasenwandler mit m Phasen, wobei m in dieser Ausführungsform 3 ist. Dementsprechend umfasst der FDC 20 drei Wandlerschaltungen 20a bis 20c und einen Kondensator 24. Hier ist m eine ganze Zahl von mindestens 3. Die Wandlerschaltung 20a umfasst eine Drossel 21a, einen Stromsensor 22a und ein intelligentes Energiemodul (Intelligent Power Module, IPM) 23a. Die Wandlerschaltung 20b umfasst eine Drossel 21b, einen Stromsensor 22b und ein IPM 23b. Die Wandlerschaltung 20c umfasst eine Drossel 21c, einen Stromsensor 22c und ein IPM 23c. Das IPM 23a umfasst ein Schaltelement 36a und eine Diode 37a. Das IPM 23b umfasst ein Schaltelement 36b und eine Diode 37b. Das IPM 23c umfasst ein Schaltelement 36c und eine Diode 37c. Die Schaltelemente 36a bis 36c werden in dieser Spezifikation als SWs 36a bis 36c bezeichnet.
Die Drossel 21a, der Stromsensor 22a und die Diode 37a sind in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise sind die Drossel 21b, der Stromsensor 22b und die Diode 37b in Reihe geschaltet. Die Drossel 21c, der Stromsensor 22c und die Diode 37c sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Diese in Reihe geschalteten Komponenten sind zwischen einer positiven Elektrodenseite der FC 10 und einer positiven Elektrodenseite des INV 9 parallel geschaltet. Dementsprechend ist es möglich, die Wärmeabgabe zu verringern, indem die in den Drosseln 21a bis 21c und den IPMs 23a bis 23c fließenden Stromwerte verringert werden. Der SW 36a ist zwischen einem Abschnitt zwischen der Drossel 21a und der Diode 37a und einer negativen Elektrodenseite der FC 10 verbunden. In ähnlicher Weise ist der SW 36b zwischen einem Abschnitt zwischen der Drossel 21b und der Diode 37b und einer negativen Elektrodenseite der FC 10 verbunden. Der SW 36c ist zwischen einem Abschnitt zwischen der Drossel 21c und der Diode 37c und einer negativen Elektrodenseite der FC 10 verbunden. Die Drosseln 21a bis 21c sind zum Beispiel identische Komponenten mit gleicher Ausgestaltung und gleicher Kapazität, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Stromsensoren 22a bis 22c sind mit den Drosseln 21a bis 21c stromabwärts von diesen verbunden, sind aber nicht darauf beschränkt und können auch stromaufwärts von diesen verbunden sein. Die FC 10 und die Drosseln 21a bis 21c sind über ein leitfähiges Element, wie zum Beispiel eine Sammelschiene oder ein Kabel, elektrisch miteinander verbunden.
Die Steuerungsvorrichtung 4 schaltet die SWs 36a bis 36c zum Beispiel in derselben konstanten Periode ein und aus. Durch Schalten der SWs 36a bis 36c zwischen ein und aus werden Ströme, die in den SWs 36a bis 36c fließen, gesteuert. Ein und Aus der SWs 36a bis 36c werden auf der Grundlage von Tastverhältnissen von Impulssignalen gesteuert, die in die SWs 36a bis 36c eingespeist werden. Ein Tastverhältnis ist das Verhältnis einer Ein-Zustands-Dauer zu einer Ein/Aus-Periode. Die ECU 4 bestimmt das Tastverhältnis auf der Grundlage von Stromwerten, die durch die Stromsensoren 22a bis 22c detektiert werden, oder eines Soll-Aufwärtsverhältnisses.
Wenn der SW 36a eingeschaltet wird, so beginnt ein Strom von der FC 10 über die Drossel 21a zu dem SW 36a zu fließen, und magnetische Energie auf der Grundlage einer Gleichstromerregung wird in der Drossel 21a akkumuliert. Wenn der SW 36a ausgeschaltet wird, so wird die in der Drossel 21a in der Ein-Periode akkumulierte magnetische Energie als ein Strom über die Diode 37a an den INV 9 ausgegeben. Dementsprechend ist es durch Steuern der Tastverhältnisse der SWs 36a bis 36c möglich, eine in den Drosseln 21a bis 21c akkumulierte Energie (einen zeitlichen Durchschnitt) zu steuern und in den Drosseln 21a bis 21c im Durchschnitt fließende Ströme (Effektivströme) zu steuern.
Eine induzierte Spannung, die durch die in der Drossel 21a akkumulierte magnetische Energie generiert wird, wenn der SW 36a ausgeschaltet ist, wird über eine Ausgangsspannung der FC 10 gelegt, und eine Spannung, die höher als die Ausgangsspannung der FC 10 ist, wird an den INV 9 angelegt. Das Gleiche gilt für die SWs 36b und 36c und die Drosseln 21b und 21c. Die ECU 4 sendet ein solches Steuersignal, dass die SWs 36a bis 36c sequenziell eingeschaltet werden und die induzierten Spannungen sequenziell über die Ausgangsspannung die FC 10 gelegt werden. Dementsprechend wird die Spannung, die in den INV 9 eingegeben wird, höher gehalten als die Ausgangsspannung der FC 10. Der Kondensator 24 ist zwischen einem Abschnitt zwischen den Dioden 37a bis 37c und der positiven Elektrodenseite des INV 9 und der negativen Elektrodenseite des INV 9 verbunden und dient dazu, Spannungsschwankungen zu verringern.
Die ECU 4 wählt Muster A oder Muster B als ein Phasenmuster aus, in dem die Phasen der SWs 36a bis 36c der Wandlerschaltungen 20a bis 20c festgelegt sind. Die Phasen der SWs 36a bis 36c in Muster A sind 0°, 120° bzw. 240°. Die Phasen der SWs 36a bis 36c in Muster B sind 0°, 180° bzw. 270°. Diese Phasen definieren Ein-Zeiten der Schaltelemente. Die Muster A und B werden im Voraus im ROM der ECU 4 gespeichert. Der ROM der ECU 4 ist ein Beispiel für eine Speichereinheit. Details zu den Mustern A und B werden später noch beschrieben.
Hier steuert die ECU 4 das Ein und Aus der SWs 36a bis 36c im Wesentlichen in derselben Periode und im Wesentlichen mit dem gleichen Tastverhältnis. „Im Wesentlichen dieselbe Periode“ meint im vorliegenden Text nicht nur den Fall, dass die Perioden der SWs 36a bis 36c vollständig miteinander übereinstimmen; vielmehr können die Perioden in einem solchen Ausmaß voneinander abweichen, dass sich die Phasendifferenzen zwischen den SWs 36a bis 36c, in denen Ein und Aus wiederholt werden, in einer vorgegebenen Periode kaum ändern. Dies liegt zum Beispiel daran, dass im Fall ungleichmäßiger Übertragungsgeschwindigkeiten der Ansteuersignale zu den SWs 36a bis 36c die Perioden möglicherweise nicht vollständig miteinander übereinstimmen. Darüber hinaus bedeutet „im Wesentlichen das gleiche Tastverhältnis“ nicht nur den Fall, dass die Tastverhältnisse der SWs 36a bis 36c vollständig miteinander übereinstimmen. Wenn zum Beispiel die Durchschnittswerte von in den Drosseln 21a bis 21c fließenden Drosselströmen in einer einzelnen Periode als im Wesentlichen gleich angesehen werden können, so stimmen die Tastverhältnisse möglicherweise nicht vollständig miteinander überein. Dies liegt zum Beispiel daran, dass im Fall von Ungleichmäßigkeiten bei einem Widerstandswert der Sammelschienen, welche die Drosselspulen 21a bis 21c mit der FC 10 oder dergleichen verbinden, und wenn die Tastverhältnisse in volle Übereinstimmung miteinander gebracht werden, die Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Durchschnittswerte der Drosselströme in einem solchen Ausmaß unterschiedlich sind, dass sie nicht als im Wesentlichen gleich angesehen werden können.
Die ECU 4 führt einen Prozess des Erfassens eines durch den Stromsensor 10A gemessenen Eingangsstromwertes des FDC 20 und des Erhöhens der Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen 20a bis 20c durch, wenn der Eingangsstromwert des FDC 20 steigt. Genauer gesagt, werden eine Einphasen-Ansteuerung, bei der das Ein und Aus nur eines der SWs 36a bis 36c gesteuert wird, eine Zweiphasen-Ansteuerung, bei der das Ein und Aus von zwei der SWs 36a bis 36c gesteuert wird, und eine Dreiphasen-Ansteuerung, bei der das Ein und Aus aller SWs 36a bis 36c gesteuert wird, umgeschaltet. Dieser Prozess ist ein Beispiel für Prozesse, die durch eine Steuereinheit für die Anzahl angesteuerter Phasen und eine Ein/Aus-Steuereinheit ausgeführt werden.
Die ECU 4 kann die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen 20a bis 20c erhöhen, wenn ein Eingangsleistungswert des FDC 20 steigt oder wenn ein Eingangsspannungswert des FDC 20 sinkt. Die ECU 4 kann die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen 20a bis 20c erhöhen, wenn ein Soll-Ausgangsstromwert des FDC 20 steigt, wenn ein Soll-Ausgangsleistungswert des FDC 20 steigt, oder wenn ein Soll-Ausgangsspannungswert des FDC 20 steigt. Das liegt daran, dass jeder Fall dem Fall entspricht, dass durch die FC 10 generierter elektrischer Strom steigt und der Eingangsstromwert des FDC 20 steigt.
Muster A und B (m=3, n=2)
Der Fall, dass drei (m=3) Wandlerschaltungen 20a bis 20c angesteuert werden (im Folgenden als eine Dreiphasen-Ansteuerung bezeichnet), der Fall, dass zwei (n=2) Wandlerschaltungen 20a und 20b angesteuert werden (im Folgenden als eine Zweiphasen-Ansteuerung bezeichnet), und der Fall, dass eine einzelne Wandlerschaltung 20a angesteuert wird (im Folgenden als eine Einphasen-Ansteuerung bezeichnet), wird in den Mustern A und B im Folgenden beschrieben. Wie oben beschrieben, ist m eine ganze Zahl von mindestens 3, und n ist eine ganze Zahl kleiner als m und von mindestens 2, und ist eine ganze Zahl, die kein Teiler von m ist.
Muster A (m=3, n=2)
Im Folgenden wird zuerst Muster A beschrieben. 3A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. 3B ist ein Diagramm, das Drosselströme Ia bis Ic und einen Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. In den 3A und 3B stellt die horizontale Achse eine Phase dar. Die vertikale Achse in 3A stellt Ein/Aus-Zustände der Schaltelemente dar. Die vertikale Achse in 3B stellt einen Strom dar. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Tastverhältnisse der SWs 36a bis 36c 0,5 sind. Die Drosselströme Ia bis Ic sind Ströme, die in den Drosseln 21a bis 21c fließen. Der Ausgangsstrom IT des FDC 20 ist ein kombinierter Strom der Drosselströme Ia bis Ic.
4A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. 4B ist ein Diagramm, das Drosselströme Ia und Ib und einen Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. Bei einer Zweiphasen-Ansteuerung werden Ein und Aus der SWs 36a und 36b gesteuert, und die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c ist gestoppt. Dementsprechend fließt kein Drosselstrom Ic.
5A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. 5B ist ein Diagramm, das Drosselstrom Ia bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A veranschaulicht. Bei einer Einphasen-Ansteuerung werden Ein und Aus nur des SW 36a gesteuert, und die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36b und 36c ist gestoppt. Dementsprechend fließen keine Drosselströme Ib und Ic. Bei einer Einphasen-Ansteuerung dient der Drosselstrom Ia als der Ausgangsstrom IT des FDC 20.
In Muster A ist der Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT im Fall eines Tastverhältnisses von 0,5 bei einer Einphasen-Ansteuerung größer als der bei einer Zweiphasen-Ansteuerung und einer dreiphasigen Ansteuerung und ist bei einer Dreiphasen-Ansteuerung kleiner als der bei einer Einphasen-Ansteuerung und einer Zweiphasen-Ansteuerung, wenn angenommen wird, dass die in den Phasen fließenden Ströme gleich sind. Wenn die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT bei einer Einphasen-Ansteuerung, bei der die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT ein Maximum ist, als 1 definiert ist, so beträgt hier die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A 2/3, und die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A beträgt 1/3. Der Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT gibt eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Ausgangsstroms IT an. Wenn in der folgenden Beschreibung einfach von einem „Welligkeitsstrom“ die Rede ist, so bezieht sich das auf den Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT und nicht den der Drosselströme Ia bis Ic.
Muster B (m=3, n=2)
Im Folgenden wird Muster B beschrieben. 6A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht. 6B ist ein Diagramm, das Drosselströme Ia bis Ic und einen Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht. Die Drosselströme Ia bis Ic sind Ströme, die in den Drosseln 21a bis 21c fließen. 7A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht. 7B ist ein Diagramm, das Drosselströme Ia und Ib und einen Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B veranschaulicht. Die Operationen der SWs 36a bis 36c und die Drosselströme Ia bis Ic bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B sind die gleichen wie bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A.
Wenn angenommen wird, dass die in den Phasen fließenden Ströme gleich sind und die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Einphasen-Ansteuerung, wie oben beschrieben, als 1 definiert ist, so ist die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B gleich 0, und die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B ist 1.
Vergleich zwischen den Mustern A und B
8A ist eine Tabelle zum Vergleich der Größenordnung des Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A und B. Der Welligkeitsstrom bei einer Dreiphasen-Ansteuerung ist in Muster A geringer als in Muster B. Andererseits ist der Welligkeitsstrom bei einem Zweiphasenstrom in Muster B geringer als in Muster A. Wenn der Welligkeitsstrom geringer ist, so kann der Verlust weiter verringert werden. Dementsprechend ist Muster A für eine Dreiphasen-Ansteuerung geeignet, und Muster B ist für eine Zweiphasen-Ansteuerung geeignet.
8B ist ein Diagramm, das Phasen und Phasendifferenzen in den Mustern A und B veranschaulicht. Die Phasendifferenzen in Muster A sind folgendermaßen definiert. Eine Phasendifferenz D_A(a-b) zwischen dem SW 36a und dem SW 36b, eine Phasendifferenz D_A(b-c) zwischen dem SW 36b und dem SW 36c, und eine Phasendifferenz D_A(c-a) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a betragen 120°. In Muster B beträgt eine Phasendifferenz D_B(a-b) zwischen dem SW 36a und dem SW 36b 180°, eine Phasendifferenz D_B(b-c) zwischen dem SW 36b und dem SW 36c beträgt 90°, und eine Phasendifferenz D_B(c-a) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a beträgt 90°.
Welches der Muster A und B ein für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignetes Muster ist, kann folgendermaßen ermittelt werden. Der Maximalwert der Phasendifferenzen D_A(a-b), DA(b-c) und DA(c-a) in Muster A beträgt 120°. Der Maximalwert der Phasendifferenzen D_B(a-b), D_B(b-c) und D_B(c-a) in Muster B beträgt D_B(a-b)=180°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert in Muster A und 180° beträgt 60°. Der absolute Wert der Differenz zwischen dem Maximalwert in Muster B und 180° beträgt 0°. Hier ist 180° ein Wert, der aus 360° /n=360°/2 berechnet wird, und ist eine Phasendifferenz, bei der Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT bei einer Zweiphasen-Ansteuerung am geringsten ist. Der absolute Wert ist in Muster B geringer als in Muster A. Das Muster mit dem auf diese Weise geringeren absoluten Wert ist für eine Zweiphasen-Ansteuerung geeignet. Dementsprechend ist Muster B für eine Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster A. Mit anderen Worten ist Muster A für eine Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster B.
Ein Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B gestoppt werden soll, kann folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 8B veranschaulicht, ist eine Phasendifferenz zwischen einer Phase eines Schaltelements, das zuerst eingeschaltet werden soll, und einer Phase eines Schaltelements, das zuletzt eingeschaltet werden soll, von drei beliebigen Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B sequenziell eingeschaltet werden, folgendermaßen definiert. Die Phasendifferenz D_B(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c beträgt 270°. Die Phasendifferenz D_B(b-a) zwischen dem SW 36b und dem SW 36a beträgt 180°. Die Phasendifferenz D_B(c-b) zwischen dem SW 36c und dem SW 36b beträgt 270°. Die Phasendifferenz D_B(b-a) aus den drei Phasendifferenzen weist einen Minimumwert auf. Ein Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung gestoppt werden soll, ist der SW 36c, der zwischen dem Ein-Zeitpunkt des SW 36b und dem Ein-Zeitpunkt des SW 36a, welche die Minimum-Phasendifferenz zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung definieren, eingeschaltet wird. Die Phasendifferenz, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, ist D_B(a-b)=D_B(b-a)=180°, was mit 360°/2=180° übereinstimmt.
Zum Beispiel betragen die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36a zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, D_B(b-c)=90° und D_B(c-b)=270°, und eine Differenz zwischen den Phasendifferenzen und 180° ist größer als die, wenn der SW 36c gestoppt wird. In ähnlicher Weise betragen die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36b zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, D_B(a-c)=270° und D_B(c-a)=90°, und eine Differenz zwischen den Phasendifferenzen und 180° ist größer als die, wenn der SW 36c gestoppt wird. Dementsprechend ist es durch Stoppen der Ein/Aus-Steuerung des SW 36c unter den SWs 36a bis 36c möglich, den Welligkeitsstrom in der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster B zu dämpfen.
Da die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A gestoppt wird und D_A(a-b)=D_A(b-c)=D_A(c-a)=120°, muss nur die Ein/Aus-Steuerung eines der SWs 36a bis 36c gestoppt werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Ein/Aus-Steuerung von zwei der SWs 36a bis 36c muss nur in einem der Muster A und B zum Zeitpunkt einer Einphasen-Ansteuerung gestoppt werden.
Musterauswahlsteuerung
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung veranschaulicht. Die Musterauswahlsteuerung wird wiederholt in Intervallen einer zuvor festgelegten Zeit ausgeführt. Die ECU 4 berechnet die Änderung eines vorhergesagten Stromwertes, der ein Stromwert ist, dessen Ausgabe aus der FC 10 vorhergesagt wird (Schritt S1). Der Prozess von Schritt S1 ist ein Beispiel für einen Prozess, der durch eine Vorhersageeinheit ausgeführt wird.
Die Änderung des vorhergesagten Stromwertes wird folgendermaßen berechnet. Die ECU 4 führt einen Prozess zum Erfassen von Fahrtroutenplanungsinformationen über eine geplante Fahrtroute vom einem momentanen Standort des Fahrzeugs zu einem Zielort durch. Die geplante Fahrtroute ist eine Route, für die eine Führung von dem momentanen Standort des Fahrzeugs zu einem in der Navigationsvorrichtung 50 durch einen Benutzer eingestellten Zielort durch die Navigationsvorrichtung 50 ausgeführt wird, oder eine Route, die anhand des in der Navigationsvorrichtung 50 gespeicherten früheren Fahrtverlauf vorhergesagt wird, wenn kein Zielort eingestellt ist. Die ECU 4 erfasst Straßeninformationen (wie zum Beispiel eine Schnellstraße, eine bergauf führende Straße, eine bergab führende Straße, einen Stau und Signale) einer geplanten Fahrtroute, die aus der Navigationsvorrichtung 50 als die Fahrtroutenplanungsinformationen erfasst werden können. Dieser Prozess ist ein Beispiel für einen Prozess, der durch eine Routenerfassungseinheit ausgeführt wird, die Fahrtroutenplanungsinformationen erfasst, und der funktional durch die CPU, den ROM und den RAM der ECU 4 realisiert wird. Die ECU 4 sagt eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs an jedem Punkt entlang der geplanten Fahrtroute auf der Grundlage solcher Informationen voraus. Die ECU 4 berechnet eine vorhergesagte Leistung des Motors M an jedem Zeitpunkt unter Berücksichtigung der vorhergesagten Fahrgeschwindigkeit und eines Straßengradienten. Die ECU 4 berechnet zusammen damit eine vorhergesagte Leistung einer Hilfsmaschine des Brennstoffzellensystems 1. Die ECU 4 berechnet eine vorhergesagte Leistung einer Klimaanlage anhand von Informationen einer Außenlufttemperatur oder einer Solltemperatur der Klimaanlage. Die ECU 4 berechnet eine vorhergesagte erforderliche Ausgangsleistung aller externen Verbraucher an jedem Zeitpunkt durch Summieren der vorhergesagten Ausgangsleistungen. Dann berechnet die ECU 4 eine vorhergesagte erforderliche Leistung für die FC 10 unter Berücksichtigung eines Ladezustands der BAT 7 und berechnet einen vorhergesagten Stromwert die FC 10 an jedem Zeitpunkt unter Bezug auf Strom-Leistungs-Kennlinien der FC 10, die in der ECU 4 gespeichert sind. Da die FC 10 mit dem FDC 20 verbunden ist, stimmt hier der Ausgangsstrom der FC 10 mit dem Eingangsstrom des FDC 20 überein.
Dann bestimmt die ECU 4, ob der FDC 20 gestoppt wird (Schritt S3). Wenn zum Beispiel das Fahrzeug vorübergehend anhält und in einen intermittierenden Betriebszustand übergeht, in dem die FC 10 kontinuierlich mit Brenngas beschickt wird, aber die Erzeugung von elektrischer Energie gestoppt wird, so wird die Ein/Aus-Steuerung aller SWs 36a bis 36c gestoppt, und der FDC 20 stoppt. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S3 NEIN ist, das heißt, wenn die Ein/Aus-Steuerung von mindestens einem der SWs 36a bis 36c ausgeführt wird, so endet diese Steuerungsroutine.
Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S3 JA ist, so bestimmt die ECU 4, ob ein Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie ein Schwellenwert α ist (Schritt S5). Der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte kann zum Beispiel berechnet werden, indem der vorhergesagte Stromwert an jedem Zeitpunkt von dem momentanen Standort zu einem Zielort integriert wird und der resultierende Wert durch die Zeit von einem momentanen Zeitpunkt bis zu einem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug am Zielort ankommt, dividiert wird. Der Schwellenwert α wird zum Beispiel auf einen Eingangsstromwert des FDC 20 gesetzt, wenn von einer Zweiphasen-Ansteuerung zu einer Dreiphasen-Ansteuerung umgeschaltet wird, das heißt, einen Ausgangsstromwert der FC 10, wenn von einer Zweiphasen-Ansteuerung zu einer Dreiphasen-Ansteuerung umgeschaltet wird. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5 JA ist, so kann vorhergesagt werden, dass in einem zuvor festgelegten Zeitraum, in dem sich das Fahrzeug von dem momentanen Standort zu dem Zielort bewegt, die Zeit, in welcher der FDC 20 in der Dreiphasen-Ansteuerung gesteuert wird, länger ist als die Zeit, in der er in der Zweiphasen-Ansteuerung angesteuert wird. Dementsprechend wählt die ECU 4 in diesem Fall das Muster A, das für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet ist, als das Phasenmuster aus (Schritt S7). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5 NEIN ist, so kann vorhergesagt werden, dass die Zeit, in welcher der FDC 20 in der Zweiphasen-Ansteuerung angesteuert wird, länger ist als die Zeit, in der er in der Dreiphasen-Ansteuerung angesteuert wird, und die ECU 4 wählt Muster B als das Phasenmuster (Schritt S9). Die Prozesse der Schritte S7 und S9 sind ein Beispiel für einen Prozess, der durch eine Auswahleinheit ausgeführt wird.
10A und 10B sind ein Beispiel für ein Diagramm, das die Änderung des berechneten vorhergesagten Stromwertes veranschaulicht. 10A veranschaulicht den Fall, dass der Durchschnittswert PaA der berechneten vorhergesagten Stromwerte Pa relativ groß ist, und 10B veranschaulicht den Fall, dass der Durchschnittswert PbA der berechneten vorhergesagten Stromwerte Pb relativ klein ist. Die vorhergesagten Stromwerte Pa und Pb werden auf der Grundlage der gleichen Zeit und verschiedener geplanter Fahrtrouten von einem momentanen Standort zu einem Zielort berechnet. Wenn der Durchschnittswert PaA mindestens so groß wie ein Schwellenwert α ist, wie in 10A veranschaulicht, so wird das Muster A ausgewählt. Wenn der Durchschnittswert PbA kleiner als der Schwellenwert α ist, wie in 10B veranschaulicht, so wird Muster B ausgewählt.
11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den in den 10A und 10B veranschaulichten vorhergesagten Stromwerten und den Zeiten, in denen eine Steuerung auf der Grundlage der vorhergesagten Stromwerte ausgeführt wird, veranschaulicht. Die horizontale Achse stellt den vorhergesagten Stromwert dar, und die vertikale Achse stellt die Zeit dar. In 11 sind die Bereiche der vorhergesagten Stromwerte veranschaulicht, in denen eine Steuerung in einer Einphasen-Ansteuerung, einer Zweiphasen-Ansteuerung und einer Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird. Der vorhergesagte Stromwert Pa ist in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, größer als in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, oder in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Einphasen-Ansteuerung ausgeführt wird. Der vorhergesagte Stromwert Pb ist in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Einphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, größer als in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, oder in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, und ist in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, größer als in dem Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird. Bei einem Verhältnis einer Ansteuerungszeit einer Dreiphasen-Ansteuerung zu einer Ansteuerungszeit einer Zweiphasen-Ansteuerung ist der vorhergesagte Stromwert Pa größer als der vorhergesagte Stromwert Pb. Wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte größer ist, so ist das Zeitverhältnis, in dem eine Steuerung in einer Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, im Allgemeinen größer, als wenn der Durchschnittswert kleiner ist. Dementsprechend kann der Durchschnittswert PaA der vorhergesagten Stromwerte Pa oder der Durchschnittswert PbA der vorhergesagten Stromwerte Pb, die in den 10A und 10B veranschaulicht sind, als ein Beispiel für einen vorhergesagten Korrelationswert angesehen werden, der mit dem Zeitverhältnis korreliert ist, das - in einem zuvor festgelegten Zeitraum - ein Verhältnis der Zeit, für die das Ausführen einer Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu der Zeit ist, für die das Ausführen einer Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird.
Auf diese Weise wird, wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie der Schwellenwert α ist, die Zeit, in der eine Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, als relativ lang vorhergesagt, und Muster A, das für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet ist, wird als das Phasenmuster ausgewählt, während der FDC 20 gestoppt wird. Wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte kleiner als der Schwellenwert α ist, so wird die Zeit, in der eine Steuerung in der Einphasen-Ansteuerung oder in der Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, als relativ lang vorhergesagt, und Muster B, das für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignet ist, so wird als das Phasenmuster ausgewählt, während der FDC 20 gestoppt wird. Da das Phasenmuster ausgewählt wird, während der FDC 20 gestoppt wird, kann auf diese Weise eine Steuerung einfacher ausgeführt werden, als wenn das Phasenmuster umgeschaltet wird, während der FDC 20 angesteuert wird. Da ein optimales Muster in Abhängigkeit vom Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte ausgewählt wird, ist es möglich, den Welligkeitsstrom zu verringern und einen Anstieg der Verluste aufgrund des Welligkeitsstroms zu dämpfen.
In Schritt S 1 erfasst die ECU 4 Straßeninformationen einer geplanten Fahrtroute von der Navigationsvorrichtung 50, ist aber nicht darauf beschränkt und kann die Straßeninformationen der geplanten Fahrtroute zum Beispiel auch von einem externen Server, in dem die Straßeninformationen der geplanten Fahrtroute gespeichert sind, über ein Funkkommunikationsnetz einholen.
In Schritt S 1 berechnet die ECU 4 die Änderung des vorhergesagten Stromwertes von einer momentanen Position zu einem Zielort, das in der Navigationsvorrichtung 50 eingestellt ist, ist aber nicht darauf beschränkt und kann die Änderung des vorhergesagten Stromwertes auch von der momentanen Position des Fahrzeugs zu einem Punkt berechnen, an dem das Fahrzeug in der nächsten Zeit vorübergehend anhält und ein Stoppen des FDC 20 vorhergesagt wird. In diesem Fall kann, wenn der FDC 20 stoppt, die ECU 4 die Änderung des vorhergesagten Stromwertes von dieser Position zu einem Zielort oder einem Punkt berechnen, an dem der FDC 20 laut Vorhersage wieder stoppen wird. Da die Änderung des vorhergesagten Stromwertes für jede kurze Route berechnet wird, kann dementsprechend veranlasst werden, dass der FDC 20 in einem für diese Route geeigneten Phasenmuster angesteuert wird, und es ist möglich, einen Verlust aufgrund eines Anstiegs des Welligkeitsstroms in dem FDC 20 zu dämpfen.
In einem zuvor festgelegten Zeitraum können eine Gesamtzeit, in welcher der vorhergesagte Stromwert kleiner als ein zuvor festgelegter Wert ist, und eine Gesamtzeit, in welcher der vorhergesagte Stromwert mindestens so groß wie der zuvor festgelegte Wert ist, vorhergesagt werden. In diesem Fall kann Muster A ausgewählt werden, wenn das Zeitverhältnis der letzteren Gesamtzeit zur ersteren Gesamtzeit mindestens so groß wie ein Schwellenwert ist, und Muster B kann ausgewählt werden, wenn das Zeitverhältnis kleiner als der Schwellenwert ist. In diesem Fall ist das Zeitverhältnis selbst ein Beispiel für den vorhergesagten Korrelationswert.
Muster A ist ein Beispiel für ein erstes Muster, das ausgewählt wird, wenn das Zeitverhältnis, bei dem eine Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, relativ groß ist, und Muster B ist ein Beispiel für ein zweites Muster, das ausgewählt wird, wenn das Zeitverhältnis, bei dem eine Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, relativ klein ist.
Erstes abgewandeltes Beispiel
Im Folgenden werden mehrere abgewandelte Beispiele beschrieben. In den mehreren abgewandelten Beispielen werden dieselben Elemente oder dieselben Prozesse wie in der obigen Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß einem ersten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Die ECU 4 erfasst Verlaufsinformationen über einen Ansteuerungszustand des FDC 20 (Schritt S1a). Genauer gesagt, sind die Verlaufsinformationen über den Ansteuerungszustand des FDC 20 eine kumulative Ansteuerungszeit, in welcher der FDC 20 in der Vergangenheit in der Zweiphasen-Ansteuerung gesteuert wurde, und eine kumulative Ansteuerungszeit, in welcher der FDC 20 in der Vergangenheit in der Dreiphasen-Ansteuerung gesteuert wurde, und werden im RAM der ECU 4 gespeichert. Der Prozess von Schritt S1a ist ein Beispiel für einen Prozess, der durch eine Verlaufserfassungseinheit ausgeführt wird, die funktional durch die CPU, den ROM und den RAM der ECU 4 realisiert wird.
Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S3 JA ist, so wird bestimmt, ob ein Zeitverhältnis der kumulativen Ansteuerungszeit, in der eine Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, zu der kumulativen Ansteuerungszeit, in der eine Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, mindestens so groß wie ein Schwellenwert β ist (Schritt S5a). Der Schwellenwert β ist zum Beispiel 1, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Zeitverhältnis ist ein Beispiel für den oben erwähnten vorhergesagten Korrelationswert. Der Schwellenwert β ist ein Beispiel für einen ersten Schwellenwert. Die ECU 4 wählt Muster A aus (Schritt S7), wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5a JA ist, und die ECU 4 wählt Muster B aus, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5a NEIN ist (Schritt S9).
Auf diese Weise ist es möglich, die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern und den Aufwand für eine Steuerungsroutine zur Vorhersage zu verringern, da die Entscheidung, ob die Zeit, in der eine Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, oder die Zeit, in der eine Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, länger ist, auf der Grundlage der kumulativen Ansteuerungszeit, in der eine Steuerung tatsächlich in der Zweiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, und der kumulativen Ansteuerungszeit, in der eine Steuerung tatsächlich in der Dreiphasen-Ansteuerung ausgeführt wird, vorhergesagt wird. Als Verlaufsinformationen können zum Beispiel Informationen innerhalb der letzten Monate erfasst werden. Dementsprechend ist es möglich, den Fall zu bewältigen, dass ein Fahrer gewechselt wird oder sich der Fahrstil eines Fahrers ändert. Die Verlaufsinformationen können in Intervallen eines zuvor festgelegten Zeitraums aktualisiert werden, zum Beispiel in Intervallen von einem Monat.
Zweites abgewandeltes Beispiel
13 ist ein Schaubild, das eine Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems 1a gemäß einem zweiten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 1a umfasst einen Fahrmodusschalter 52, der zum Auswählen eines Fahrmodus verwendet wird. Ein Fahrer kann durch Betätigen des Fahrmodusschalters 52 einen von einem Normalmodus, einem Sportmodus und einem Öko-Modus als den Fahrmodus auswählen. Im Sportmodus ist das Ansprechverhalten bei der Leistungsabgabe der FC 10 im Fall der Betätigung des Gaspedals auf hoch eingestellt. Im Öko-Modus ist das Ansprechverhalten bei der Leistungsabgabe der FC 10 im Fall der Betätigung eines Gaspedals auf niedrig eingestellt. Im Normalmodus ist das Ansprechverhalten bei der Leistungsabgabe der FC 10 im Fall der Betätigung eines Gaspedals so eingestellt, dass es in der Mitte zwischen dem im Sportmodus und dem im Öko-Modus liegt. Ein Ausgangssignal des Fahrmodus, der durch den Fahrmodusschalter 52 ausgewählt wird, wird in die ECU 4 eingespeist.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß dem zweiten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Die ECU 4 erfasst Fahrmodusinformationen über den Fahrmodus, der momentan ausgewählt ist, auf der Grundlage des Ausgangssignal des Fahrmodus, der durch den Fahrmodusschalter 52 ausgewählt wurde (Schritt S1b). Der Prozess von Schritt S1b ist ein Beispiel für einen Prozess, der durch eine Fahrmoduserfassungseinheit ausgeführt wird, die funktional durch die CPU, den ROM und den RAM der ECU 4 realisiert wird.
Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S3 JA ist, so wird dann bestimmt, ob der Fahrmodus der Sportmodus ist (Schritt S5b). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5b JA ist, so kann vorhergesagt werden, dass die Zeit, in der das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit gefahren wird, relativ lang ist, und es kann vorhergesagt werden, dass die Ansteuerungszeit der Dreiphasen-Ansteuerung länger als die Ansteuerungszeit einer Zweiphasen-Ansteuerung ist. Genauer gesagt, kann vorhergesagt werden, dass in einem zuvor festgelegten Zeitraum das Zeitverhältnis, das ein Verhältnis der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, und der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, mindestens so groß wie ein Schwellenwert ist. Dementsprechend wird Muster A ausgewählt (Schritt S7). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5b NEIN ist, das heißt, wenn der Fahrmodus der Normalmodus oder der Öko-Modus ist, so kann vorhergesagt werden, dass die Zeit, in der das Fahrzeug mit einer niedrigen Geschwindigkeit gefahren wird, relativ lang ist, und es kann vorhergesagt werden, dass die Ansteuerungszeit der Zweiphasen-Ansteuerung länger als die Ansteuerungszeit der Dreiphasen-Ansteuerung ist. Genauer gesagt, kann vorhergesagt werden, dass das Zeitverhältnis kleiner als der Schwellenwert ist. Dementsprechend wird Muster B ausgewählt (Schritt S9).
Auf diese Weise kann in dem zuvor festgelegten Zeitraum das Zeitverhältnis, das ein Verhältnis der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, in Abhängigkeit vom ausgewählten Fahrmodus vorhergesagt werden. Dementsprechend ist der Fahrmodus ein Beispiel für den vorhergesagten Korrelationswert, der mit dem Zeitverhältnis korreliert ist. In diesem abgewandelten Beispiel bedeutet es, wenn der Fahrmodus der Sportmodus ist, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist. Wenn der Fahrmodus der Normalmodus oder der Öko-Modus ist, so bedeutet dies, dass das Zeitverhältnis kleiner als der erste Schwellenwert ist. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und wenn der Fahrmodus der Sportmodus oder der Normalmodus ist, so kann zum Beispiel bestimmt werden, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist, und Muster A kann ausgewählt werden. Wenn der Fahrmodus der Öko-Modus ist, so kann bestimmt werden, dass das Zeitverhältnis kleiner als der erste Schwellenwert ist, und Muster B kann ausgewählt werden.
Mindestens zwei von dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen vorhergesagten Stromwert, den in dem ersten abgewandelten Beispiel beschriebenen Verlaufsinformationen und dem in dem zweiten abgewandelten Beispiel beschriebenen Fahrmodus können in vollem Umfang berücksichtigt werden, um das Phasenmuster auszuwählen.
Drittes abgewandeltes Beispiel
Muster A bis C, m=3, n=2
In einem dritten abgewandelten Beispiel wird eines der Muster A bis C als das Phasenmuster ausgewählt. Muster C wird im Voraus im Speicher der ECU 4 gespeichert. Die Phasen der SWs 36a bis 36c in Muster C sind 0°, 140° bzw. 250°. 15A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht. 15B ist ein Diagramm, das die Drosselströme Ia bis Ic und den Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht. 16A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht. 16B ist ein Diagramm, das die Drosselströme Ia bis Ic und den Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C veranschaulicht.
17A ist eine Tabelle zum Vergleich der Größenordnung des Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A bis C. Wenn veranlasst wird, dass der gleiche Stromwert in den Phasen fließt und die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT in einer Einphasen-Ansteuerung als 1 festgelegt wird, so beträgt die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C 4/9, und die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C beträgt 5/9. Im Vergleich zwischen den Mustern A bis C ist der Welligkeitsstrom bei einer Zweiphasen-Ansteuerung in Muster C kleiner als in Muster A und größer als in Muster B. Der Welligkeitsstrom bei einer Dreiphasen-Ansteuerung ist in Muster C kleiner als in Muster B und größer als in Muster A.
17B ist ein Diagramm, das Phasen und Phasendifferenzen in Muster C veranschaulicht. Die Phasendifferenzen in Muster C sind folgendermaßen definiert. Die Phasendifferenz D_C(a-b) zwischen dem SW 36a und dem SW 36b beträgt 140°. Die Phasendifferenz D_C(b-c) zwischen dem SW 36b und dem SW 36c und die Phasendifferenz D_C(c-a) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a betragen 110°.
Welches der Muster A und C ein für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignetes Muster ist, kann folgendermaßen ermittelt werden. Der Maximalwert der Phasendifferenzen D_C(a-b), D_C(b-c) und D_C(c-a) in Muster C beträgt D_C(a-b)=140°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert in Muster C und 180° beträgt 40°. Da alle Phasendifferenzen zwischen zwei Schaltelementen, die bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster A sequenziell eingeschaltet werden, wie oben beschrieben 120° betragen, beträgt andererseits deren Maximalwert 120°, und der absolute Wert der Differenz zwischen 120° und 180° beträgt 60°. Der absolute Wert ist in Muster C kleiner als in Muster A. Dementsprechend ist Muster C für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster A. Mit anderen Worten ist Muster A für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster C.
In ähnlicher Weise kann folgendermaßen ermittelt werden, welches der Muster B und C ein für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignetes Muster ist. Wie oben beschrieben, beträgt der absolute Wert in Muster B 0°, und der absolute Wert in Muster C beträgt 40°. Da der absolute Wert in Muster B kleiner ist als in Muster C, ist Muster B für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster A. Mit anderen Worten ist Muster C für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster B. Daraus folgt, dass Muster C für die Dreiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet ist als Muster A, jedoch für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet ist als Muster B, und für die Zweiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet ist als Muster B, jedoch für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet ist als Muster A. Dementsprechend ist es mit Muster C möglich, einen großen Anstieg des Welligkeitsstroms sowohl in der Zweiphasen-Ansteuerung als auch in der Dreiphasen-Ansteuerung zu dämpfen.
In Muster C erfüllt der Maximalwert D_C(a-b) der Phasendifferenzen die folgenden Bedingungen. $120 ° (= 360 ° / m=360 ° / 3) < D_{C (a - b)} < 180 ° (= 360 ° / n=360 ° / 2)$
$D_{C (a - b)} < D_{C (a - b)} < 360 ° (= (360 ° ⁄ m) \times 3 = (360 ° / 3) \times 3)$
Da D_C(a-b)=140° und D_C(a-c)=250°, sind die obigen Bedingungen erfüllt. Andererseits ist in Muster A 120°<D_A(a-b) nicht erfüllt, da D_A(a-b)=120°. In Muster B ist D_B(a-b)<180° nicht erfüllt, da D_B(a-b)=180°. Da Muster C diese Bedingungen erfüllt, ist Muster C für die Dreiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet als Muster A, ist aber für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster B, und ist für die Zweiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet als Muster B, ist aber für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster A.
Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C gestoppt werden soll, kann folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 17B veranschaulicht, beträgt in Muster C die Phasendifferenz D_C(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c 250°, die Phasendifferenz D_C(b-a) zwischen dem SW 36b und dem SW 36a beträgt 220°, und die Phasendifferenz D_C(c-b) zwischen dem SW 36c und dem SW 36b beträgt 250°. Von diesen drei Phasendifferenzen weist die Phasendifferenz D_C(b-a) einen Minimumwert auf. Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung gestoppt werden soll, ist der SW 36c, der zwischen dem Ein-Zeitpunkt des SW 36b und dem Ein-Zeitpunkt des SW 36a, welche die Minimum-Phasendifferenz definieren, eingeschaltet wird. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen D_C(a-b)=140° und D_C(b-a)=220°.
Zum Beispiel betragen die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36a zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster C gestoppt wird, D_C(b-c)=110° und D_C(c-b)=250°. Der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(b-c) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(c-b) und 180° betragen 70°. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36b zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen D_C(a-c)=250° und D_C(c-a)=110°. Hier betragen der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(a-c) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(c-a) und 180° 70°. Andererseits betragen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(a-b) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_C(b-a) und 180° 40°. Wie oben beschrieben, sinkt der absolute Wert und ist für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignet, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird.
In der Zeit der Einphasen-Ansteuerung muss, ähnlich den Mustern A und B, nur bei Muster C die An-/Aus-Steuerung von zwei der SWs 36a bis 36c gestoppt werden.
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß dem dritten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S3 JA ist, so wird bestimmt, ob der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie ein Schwellenwert α1 ist (Schritt S5c). Muster A wird ausgewählt, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c JA ist (Schritt S7), und es wird bestimmt, ob der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie ein Schwellenwert α2 ist, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c NEIN ist (Schritt S5d). Hier ist der Schwellenwert α2 kleiner als der Schwellenwert α1. Der Schwellenwert α1 ist ein Beispiel für einen ersten Schwellenwert, und der Schwellenwert α2 ist ein Beispiel für einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert α1 ist. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d NEIN ist, so wird Muster B ausgewählt (Schritt S9). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d JA ist, so wird Muster C ausgewählt (Schritt S8).
Auf diese Weise kann, wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte kleiner als der Schwellenwert α1 und mindestens so groß wie der Schwellenwert α2 ist, vorhergesagt werden, dass ein Zeitverhältnis (in einem zuvor festgelegten Zeitraum ein Verhältnis der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Dreiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu der Zeit, in der das Ausführen einer Steuerung in der Zweiphasen-Ansteuerung vorhergesagt wird) nicht so hoch ist, wie wenn die vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie der Schwellenwert α1 sind, und das Zeitverhältnis nicht so niedrig ist, wie wenn die vorhergesagten Stromwerte kleiner als der Schwellenwert α2 sind. Dementsprechend ist es durch Auswählen des Musters C in diesem Fall möglich, eine Verringerung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT zum Zeitpunkt sowohl der Zweiphasen-Ansteuerung als auch der Dreiphasen-Ansteuerung zu erreichen.
Im dritten abgewandelten Beispiel können, ähnlich dem ersten abgewandelten Beispiel, die Verlaufsinformationen des FDC 20 erfasst werden, in Schritt S5c kann bestimmt werden, ob das Zeitverhältnis der kumulativen Ansteuerungszeit einer Dreiphasen-Ansteuerung zu der kumulativen Ansteuerungszeit einer Zweiphasen-Ansteuerung mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist, und es kann in Schritt S5d bestimmt werden, ob das Zeitverhältnis mindestens so groß wie der zweite Schwellenwert ist. Im dritten abgewandelten Beispiel kann bei einem Fahrzeug, bei dem der Fahrmodus wie oben im zweiten abgewandelten Beispiel beschrieben ausgewählt werden kann, in Schritt S5c bestimmt werden, ob der Fahrmodus der Sportmodus ist, und in Schritt S5d kann bestimmt werden, ob der Fahrmodus der Normalmodus ist. Mindestens zwei von dem vorhergesagten Stromwert, den in dem ersten abgewandelten Beispiel beschriebenen Verlaufsinformationen und dem in dem zweiten abgewandelten Beispiel beschriebenen Fahrmodus können in vollem Umfang berücksichtigt werden, um das Phasenmuster auszuwählen.
Viertes abgewandeltes Beispiel
Muster A bis D, m=3, n=2
In einem vierten abgewandelten Beispiel wird eines der Muster A bis D als das Phasenmuster ausgewählt. Muster D wird im Voraus im Speicher der ECU 4 gespeichert. Die Phasen der SWs 36a bis 36c in Muster D betragen 0°, 160° bzw. 260°. 19A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht. 19B ist ein Diagramm, das die Drosselströme Ia bis Ic und den Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht. 20A ist ein Diagramm, das Operationen der SWs 36a bis 36c bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht. 20B ist ein Diagramm, das die Drosselströme Ia bis Ic und den Ausgangsstrom IT des FDC 20 bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D veranschaulicht.
21A ist eine Tabelle zum Vergleich der Größenordnung des Welligkeitsstroms zwischen den Mustern A bis D. Wenn veranlasst wird, dass der gleiche Stromwert in den Phasen fließt und die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT in einer Einphasen-Ansteuerung als 1 festgelegt wird, so beträgt die Größenordnung des Welligkeitsstroms des Ausgangsstroms IT bei einer Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D 2/9, und die Größenordnung des Welligkeitsstroms bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D beträgt 7/9. Im Vergleich zwischen den Mustern A bis D ist der Welligkeitsstrom bei einer Zweiphasen-Ansteuerung in Muster D kleiner als in Muster C und größer als in Muster B. Der Welligkeitsstrom bei einer Dreiphasen-Ansteuerung ist in Muster D kleiner als in Muster B und größer als in Muster C.
21B ist ein Diagramm, das Phasen und Phasendifferenzen in Muster D veranschaulicht. In Muster D beträgt die Phasendifferenz D_D(a-b) zwischen dem SW 36a und dem SW 36b 160°, und die Phasendifferenz D_D(b-c) zwischen dem SW 36b und dem SW 36c sowie die Phasendifferenz D_D(c-a) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a betragen 100°.
Welches der Muster C und D ein für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignetes Muster ist, kann folgendermaßen ermittelt werden. Der Maximalwert der Phasendifferenzen DD(a-b), D_D(b-c) und D_D(c-a) in Muster D beträgt D_D(a-b)=160°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert in Muster D und 180° beträgt 20°. Andererseits beträgt der absolute Wert in Muster C, wie oben beschrieben, 40°. Der absolute Wert ist in Muster D kleiner als in Muster C. Dementsprechend ist Muster D für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster C. Mit anderen Worten ist Muster C für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster D.
In ähnlicher Weise kann folgendermaßen ermittelt werden, welches der Muster B und D ein für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignetes Muster ist. Wie oben beschrieben, beträgt der absolute Wert in Muster B 0°, und der absolute Wert in Muster D beträgt 20°. Auf diese Weise ist Muster B für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster D, da der absolute Wert in Muster B kleiner ist als in Muster D. Mit anderen Worten ist Muster D für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster B. Daraus folgt, dass Muster D für die Dreiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet ist als Muster A und C, aber für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet ist als Muster B, und für die Zweiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet ist als Muster B, aber für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet ist als Muster A und C. Dementsprechend ist es mit Muster D, ähnlich Muster C, möglich, im Vergleich zu den Mustern A und B einen großen Anstieg des Welligkeitsstroms sowohl in der Zweiphasen-Ansteuerung als auch in der Dreiphasen-Ansteuerung zu dämpfen.
In Muster D erfüllt der Maximalwert D_D(a-b) der Phasendifferenzen die folgenden Bedingungen. $120 ° (= 360 ° / m=360 ° / 3) < D_{D (a - b)} < 180 ° (= 360 ° / n=360 ° / 2)$
$D_{D (a - b)} < D_{D (a - b)} < 360 ° (= (360 ° ⁄ m) \times 3 = (360 ° / 3) \times 3)$
Da D_D(a-b)=160° und DD(a-c)=260°, sind die obigen Bedingungen erfüllt.
Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D gestoppt werden soll, kann folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 21B veranschaulicht, beträgt in Muster D die Phasendifferenz D_D(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c 260°, die Phasendifferenz D_D(b-a) zwischen dem SW 36b und dem SW 36a beträgt 200°, und die Phasendifferenz D_D(c-b) zwischen dem SW 36c und dem SW 36b beträgt 260°. Von diesen drei Phasendifferenzen weist die Phasendifferenz D_D(b-a) einen Minimumwert auf. Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung gestoppt werden soll, ist der SW 36c, der zwischen dem Ein-Zeitpunkt des SW 36b und dem Ein-Zeitpunkt des SW 36a, welche die Minimum-Phasendifferenz definieren, eingeschaltet wird. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen DD(a-b)=160° und DD(b-a)=200°.
Zum Beispiel betragen die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36a zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, D_D(b-c)=100°und D_D(c-b)=260°. Der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(b-c) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(c-b) und 180° betragen 80°. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36b zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen D_D(a-c)=260° und D_D(c-a) 100°. Hier betragen der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(a-c) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(c-a) und 180° 80°. Andererseits betragen, wenn die Ein/AusSteuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(a-b) und 180° und der absolute Wert der Differenz zwischen D_D(b-a) und 180° 20°. Wie oben beschrieben, sinkt der absolute Wert und ist für die Zweiphasen-Ansteuerung geeignet, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung gestoppt wird.
Bei einer Einphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster D müssen nur zwei der SWs 36a bis 36c gestoppt werden.
22 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Musterauswahlsteuerung gemäß dem vierten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Muster A wird ausgewählt, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c JA ist (Schritt S7), und es wird bestimmt, ob der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie ein Schwellenwert α3 ist, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c NEIN ist (Schritt S5e). Hier ist der Schwellenwert α3 ein Wert zwischen dem Schwellenwert α1 und dem Schwellenwert α2. Muster C wird ausgewählt, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5e JA ist (Schritt S8). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5e NEIN ist, so wird die Bestimmung von Schritt S5d ausgeführt. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d JA ist, so wird Muster D ausgewählt (Schritt S8a). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d NEIN ist, so wird Muster B ausgewählt (Schritt S9). Auf diese Weise ist es möglich, durch Auswählen eines geeigneteren Phasenmusters in Abhängigkeit vom Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte den Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT effektiv zu verringern.
Im vierten abgewandelten Beispiel, wenn der Fahrmodus des Fahrzeugs zum Beispiel aus einem Öko-Modus, einem Komfortmodus, einem Normalmodus und einem Sportmodus ausgewählt werden kann, kann in Schritt S5c bestimmt werden, ob der Fahrmodus der Sportmodus ist, in Schritt S5e kann bestimmt werden, ob der Fahrmodus der Normalmodus ist, und in Schritt S5d kann bestimmt werden, ob der Fahrmodus der Komfortmodus ist. Im Komfortmodus wird das Ansprechverhalten bei der Leistungsabgabe der FC 10 im Fall einer Betätigung eines Gaspedals so eingestellt, dass es in der Mitte zwischen dem Normalmodus und dem Öko-Modus liegt.
Fünftes abgewandeltes Beispiel
Muster C und D, m=3, n=2
In einem fünften abgewandelten Beispiel wird Muster C oder D ausgewählt. Die Muster C und D werden im Voraus im Speicher der ECU 4 gespeichert, jedoch werden die Muster A und B nicht gespeichert. 23 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Musterauswahlsteuerung im fünften abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Die ECU 4 wählt Muster C aus, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5 JA ist (Schritt S8), und die ECU 4 wählt Muster D aus, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5 NEIN ist (Schritt S8a). Wie oben beschrieben, ist Muster D für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster C, das heißt, Muster C ist für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster D.
Muster A ist für die Dreiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster C, jedoch ist Muster A für die Zweiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet als Muster C. Dementsprechend ist es selbst dann, wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte mindestens so groß wie der Schwellenwert α ist, möglich, eine Verringerung des Welligkeitsstroms sowohl in der Zweiphasen-Ansteuerung als auch in der Dreiphasen-Ansteuerung durch Auswählen von Muster C anstelle von Muster A zu erreichen. Muster B ist für die Zweiphasen-Ansteuerung besser geeignet als Muster D, jedoch ist Muster B für die Dreiphasen-Ansteuerung nicht besser geeignet als Muster D. Dementsprechend ist es möglich, eine Verringerung des Welligkeitsstroms sowohl in der Zweiphasen-Ansteuerung als auch in der Dreiphasen-Ansteuerung zu erreichen, indem Muster D anstelle von Muster B ausgewählt wird, selbst wenn der Durchschnittswert der vorhergesagten Stromwerte kleiner als der Schwellenwert α ist.
Eine Kombination von Phasenmustern, die ausgewählt werden können, ist nicht auf die beschränkt, die oben in der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen beschrieben wurden. Zum Beispiel kann die Kombination von Phasenmustern, die ausgewählt werden können, eine von einer Kombination der Muster A und C, einer Kombination der Muster A und D, einer Kombination der Muster B und C, einer Kombination der Muster A, B und D, einer Kombination der Muster A, C und D und einer Kombination der Muster B, C und D sein.
Sechstes abgewandeltes Beispiel
Muster E bis G, m=4, n=3
24 ist ein Diagramm, das eine Schaltungsausgestaltung eines FDC 20A gemäß einem sechsten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Der FDC 20A umfasst Wandlerschaltungen 20a bis 20d mit vier Phasen. Die Wandlerschaltung 20d umfasst eine Drossel 21d, einen Stromsensor 22d und ein IPM 23d. Das IPM 23d umfasst einen SW 36d und eine Diode 37d. Im sechsten abgewandelten Beispiel wird die Einphasen-Ansteuerung sequenziell zu einer Vierphasen-Ansteuerung mit einer Erhöhung des Eingangsstroms des FDC 20A umgeschaltet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und zum Beispiel kann die Ansteuerung in der Reihenfolge Einphasen-Ansteuerung, Dreiphasen-Ansteuerung und Vierphasen-Ansteuerung umgeschaltet werden, kann in der Reihenfolge Zweiphasen-Ansteuerung, Dreiphasen-Ansteuerung und Vierphasen-Ansteuerung umgeschaltet werden oder kann in der Reihenfolge Dreiphasen-Ansteuerung und Vierphasen-Ansteuerung umgeschaltet werden.
25 ist ein Diagramm, das Phasen und Phasendifferenzen der Muster E bis G veranschaulicht. Die Phasen der SWs 36a bis 36d in Muster E betragen 0°, 90°, 180° bzw. 270°. Die Phasen der SWs 36a bis 36d in Muster F betragen 0°, 120°, 240° bzw. 300°. Die Phasen der SWs 36a bis 36d in Muster G betragen 0°, 100°, 180° bzw. 260°. Die Phasendifferenzen in Muster E betragen D_E(a-b)=D_E(b-c)=D_E(c-d)=D_E(d-a)=90°. Die Phasendifferenzen in Muster F betragen D_F(a-b)=D_F(b-c)=120° und D_F(c-d)=D_F(d-a)=60°. Die Phasendifferenzen in Muster G betragen D_G(a-b)=D_G(d-a)=100° und D_G(b-c)=D_G(c-d)=830°.
Welches der Muster E bis G für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet ist, kann folgendermaßen ermittelt werden. Alle Phasendifferenzen in Muster E betragen 90°, und ihr Maximalwert beträgt 90°. Der Maximalwert der Phasendifferenzen in Muster F beträgt 120°. Der Maximalwert der Phasendifferenzen in Muster G beträgt 100°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 120° in Muster E beträgt 30°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 120° in Muster F beträgt 0°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 120° in Muster G beträgt 20°. Hier ist 120° ein Wert, der durch 360°/n=360°/3 berechnet wird, und ist eine Phasendifferenz, bei welcher der Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung minimiert wird. Der absolute Wert ist in Muster F am geringsten und in Muster E am größten. Dementsprechend ist Muster E am besten für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, Muster F ist am besten für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet, und Muster G ist nicht besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet als Muster E und ist nicht besser für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet, aber ist besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet als Muster F.
In Muster G erfüllt der Maximalwert D_G(a-b) der Phasendifferenzen die folgenden Bedingungen. $' ″ ° (= 360 ° / m=360 ° / 4) < D_{G (a - b)} < 120 ° (= 360 ° / n=360 ° / 3)$
$D_{G (a - b)} < D_{G (a - b)} < 270 ° (= (360 ° ⁄ m) \times 3 = (360 ° / 4) \times 3)$
Da D_G(a-b)=100° und D_G(a-c)=180°, sind die obigen Bedingungen erfüllt. Andererseits ist in den Mustern E und F D_E(a-b).=90°, 90°<D_E(a-b) ist nicht erfüllt, D_F(a-b)=120°, und D_F(a-b)<120° ist nicht erfüllt. Da diese Bedingungen erfüllt sind, ist Muster G nicht besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet als Muster E, und ist nicht besser für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet als Muster F.
Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster F gestoppt werden soll, kann folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 25 veranschaulicht, beträgt in Muster F die Phasendifferenz D_F(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c 240°, die Phasendifferenz D_F(b-d) zwischen dem SW 36b und dem SW 36d beträgt 180°, die Phasendifferenz D_F(c-a) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a beträgt 120°, und die Phasendifferenz D_F(d-b) zwischen dem SW 36d und dem SW 36b beträgt 180°. Von diesen vier Phasendifferenzen weist die Phasendifferenz D_F(c-a) einen Minimumwert auf. Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung gestoppt werden soll, ist der SW 36d, der zwischen dem SW 36c und dem SW 36a, welche die Minimumphasendifferenz definieren, eingeschaltet wird. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36d zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen D_F(a-b)=D_F(b-c)=D_F(c-a)=120°, und es ist möglich, den Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT bei einer Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster F zu drosseln.
Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster G gestoppt werden soll, kann folgendermaßen ermittelt werden. Die Phasendifferenz D_G(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c beträgt 180°, die Phasendifferenz D_G(b-d) zwischen dem SW 36b und dem SW 36d beträgt 160°, die Phasendifferenz D_G(a-c) zwischen dem SW 36c und dem SW 36a beträgt 180°, und die Phasendifferenz D_G(d-b) zwischen dem SW 36d und dem SW 36b beträgt 200°. Von diesen Phasendifferenzen weist die Phasendifferenz DG(b-d) einen Minimumwert auf. Das Schaltelement, dessen Ein/Aus-Steuerung gestoppt werden soll, ist der SW 36c, der zwischen dem SW 36b und dem SW 36d, welche die Minimumphasendifferenz definieren, eingeschaltet wird. Die Phasendifferenzen, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, betragen D_G(a-b)=D_G(d-a)=100°und D_G(b-d)=160°.
Wenn zum Beispiel die Ein/Aus-Steuerung des SW 36a zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster G gestoppt wird, so beträgt der Maximalwert der Phasendifferenzen zwischen zwei Schaltelementen, die sequenziell eingeschaltet werden, D_G(d-b)=200°. Wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36b zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster G gestoppt wird, so beträgt der Maximalwert der Phasendifferenzen zwischen zwei Schaltelementen, die sequenziell eingeschaltet werden, D_G(a-c)=180°. Wenn die Ein/AusSteuerung des SW 36d zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster G gestoppt wird, so beträgt der Maximalwert der Phasendifferenzen zwischen zwei Schaltelementen, die sequenziell eingeschaltet werden, D_G(c-a)=180°. Der absolute Wert der Differenz zwischen D_G(d-b) und 120° beträgt 80°. Der absolute Wert der Differenz zwischen D_G(a-c) und 120° beträgt 60°. Der absolute Wert der Differenz zwischen D_G(c-a) und 120° beträgt 60°. Andererseits beträgt, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, der Maximalwert der Phasendifferenzen D_G(b-d)=160°, und der absolute Wert der Differenz zwischen D_G(b-d) und 120° beträgt 40°. Wie oben beschrieben, sinkt, wenn die Ein/Aus-Steuerung des SW 36c zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung gestoppt wird, der absolute Wert und ist für die Dreiphasen-Ansteuerung geeignet.
Zum Beispiel kann in dem sechsten abgewandelten Beispiel, wie in 18 veranschaulicht, Muster E als das Phasenmuster ausgewählt werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c JA ist, das Phasenmuster kann zu Muster G umgeschaltet werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d JA ist, und Muster F kann ausgewählt werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d NEIN ist.
Siebentes abgewandeltes Beispiel
Muster H bis J, m=6, n=4
26 ist ein Diagramm, das eine Schaltungsausgestaltung eines FDC 20B gemäß einem siebten abgewandelten Beispiel veranschaulicht. Der FDC 20B umfasst Wandlerschaltungen 20a bis 20f mit sechs Phasen. Die Wandlerschaltung 20e umfasst eine Drossel 21e, einen Stromsensor 22e und ein IPM 23e. Das IPM 23e umfasst einen SW 36e und eine Diode 37e. Die Wandlerschaltung 20f umfasst eine Drossel 21f, einen Stromsensor 22f und ein IPM 23f. Das IPM 23f umfasst einen SW 36f und eine Diode 37f. Im siebten abgewandelten Beispiel wird die Einphasen-Ansteuerung sequenziell zur Sechsphasen-Ansteuerung mit einer Erhöhung des Eingangsstroms des FDC 20B umgeschaltet, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und zum Beispiel kann die Ansteuerung in der Reihenfolge Zweiphasen-Ansteuerung, Vierphasen-Ansteuerung und Sechsphasen-Ansteuerung umgeschaltet werden oder kann in der Reihenfolge von mindestens Vierphasen-Ansteuerung und Sechsphasen-Ansteuerung umgeschaltet werden.
27 ist ein Diagramm, das Phasen und Phasendifferenzen der Muster H bis J veranschaulicht. Die Phasen der SWs 36a bis 36f in Muster H betragen 0°, 60°, 120°, 180°, 240° bzw. 300°. Die Phasen der SWs 36a bis 36f in Muster I betragen 0°, 45°, 90°, 180°, 270° bzw. 315°. Die Phasen der SWs 36a bis 36f in Muster J betragen 0°, 80°, 130°, 180°, 260° bzw. 310°. Die Phasendifferenzen in Muster H betragen D_H(a-b)=D_H(b-c)=D_H(c-d)=D_H(d-e)=D_H(e-f)=D_H(f-a)=60°. Die Phasendifferenzen in Muster I betragen D_I(a-b)=D_I(b-c)=D_I(e-f)=D_I(f-a)=45° und D_I(c-d)=D_I(d-e)=90°. Die Phasendifferenzen in Muster J betragen D_J(a-b)=D_J(d-e)=80° und D_J(b-c)=D_J(c-d)=D_J(e-f)=D_J(f-a)=50°.
Welches der Muster H bis J für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet ist, kann folgendermaßen ermittelt werden. Alle Phasendifferenzen in Muster H betragen 60°, und ihr Maximalwert beträgt 60°. Der Maximalwert der Phasendifferenzen in Muster I beträgt 90°. Der Maximalwert der Phasendifferenzen in Muster J beträgt 80°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 90° in Muster H beträgt 30°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 90° in Muster I beträgt 0°. Der absolute Wert einer Differenz zwischen dem Maximalwert und 90° in Muster J beträgt 10°. Hier ist 90° ein Wert, der aus 360°/n=360°/4 berechnet wird, und ist eine Phasendifferenz, bei welcher der Welligkeitsstrom zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung minimiert wird. Der absolute Wert ist in Muster I am geringsten und in Muster H am größten. Dementsprechend ist Muster H am besten für die Sechsphasen-Ansteuerung geeignet, Muster I am besten für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, und Muster J ist nicht besser für die Sechsphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet als Muster H, und ist nicht besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Sechsphasen-Ansteuerung geeignet als Muster I.
In Muster J erfüllt der Maximalwert D_J(a-b) der Phasendifferenzen die folgenden Bedingungen. $60 ° (= 360 ° / m = 360 ° ⁄ 6) < D_{J (a - b)} < 90 ° (= 360 ° / n = 360 ° / 4)$
$D_{J (a - b)} < D_{J (a - b)} < 180 ° (= (360 ° / m) \times 3 = (360 ° / 6) \times 3)$
Da D_J(a-b)=80° und D_J(a-c).=130°, sind die obigen Bedingungen erfüllt. Andererseits ist in den Mustern H und I D_H(a-b)=60°, 60°<D_H(a-b) ist nicht erfüllt, D_I(c-d)=90°, und D_I(c-d)<90° ist nicht erfüllt. Da diese Bedingungen erfüllt sind, ist Muster J nicht besser für die Sechsphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet als Muster H, und ist nicht besser für die Vierphasen-Ansteuerung geeignet, ist aber besser für die Sechsphasen-Ansteuerung geeignet als Muster I.
Die Schaltelemente, deren Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster I gestoppt werden sollen, können folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 27 veranschaulicht, beträgt in Muster I die Phasendifferenz D_I(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c 90°, die Phasendifferenz D_I(b-d) zwischen dem SW 36b und dem SW 36d beträgt 135°, die Phasendifferenz D_I(c-e) zwischen dem SW 36c und dem SW 36e beträgt 180°, die Phasendifferenz D_I(d-f) zwischen dem SW 36d und dem SW 36f beträgt 135°, die Phasendifferenz D_I(e-a) zwischen dem SW 36e und dem SW 36a beträgt 90°, und die Phasendifferenz D_I(f-b) zwischen dem SW 36f und dem SW 36b beträgt 90°. Von diesen Phasendifferenzen weisen drei Phasendifferenzen D_I(a-c), D_I(e-a) und D_I(f-b) den gleichen Minimumwert auf.
Gemäß dem obigen Verfahren sind die Schaltelemente, deren Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster I gestoppt werden soll, in der Sechsphasen-Ansteuerung drei Schaltelemente, einschließlich des SW 36b, der zwischen dem SW 36a und dem SW 36c eingeschaltet wird, des SW 36f, der zwischen dem SW 36e und dem SW 36a eingeschaltet wird, und des SW 36a, der zwischen dem SW 36f und dem SW 36b eingeschaltet wird. Hier sind die SWs 36a und 36b oder die SWs 36f und 36a eine Kombination, in der sie zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden. Dementsprechend erhöht sich die Phasendifferenz zwischen dem SW 36f und dem SW 36c, der anschließend eingeschaltet wird, wenn die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36a und 36b zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung gestoppt wird. In ähnlicher Weise erhöht sich die Phasendifferenz zwischen dem SW 36e und dem SW 36b, der anschließend eingeschaltet wird, wenn die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36f und 36a gestoppt wird. Dementsprechend wird, da die Schaltelemente, deren Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung gestoppt werden soll, die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36b und 36f, die nicht die Kombination zweier Schaltelemente sind, die zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden, gestoppt. Durch Stoppen der Ein/Aus-Steuerung der SWs 36b und 36f zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung betragen die Phasendifferenzen bei einer Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster I alle 90°, und es ist möglich, den Welligkeitsstrom des Ausgangsstroms IT zu dämpfen.
Die Schaltelemente, deren Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster J gestoppt werden sollen, können folgendermaßen ermittelt werden. Wie in 27 veranschaulicht, beträgt in Muster J die Phasendifferenz D_J(a-c) zwischen dem SW 36a und dem SW 36c 130°, die Phasendifferenz D_J(b-d) zwischen dem SW 36b und dem SW 36d beträgt 100°, die Phasendifferenz D_J(c-e) zwischen dem SW 36c und dem SW 36e beträgt 130°, die Phasendifferenz D_J(d-f) zwischen dem SW 36d und dem SW 36f beträgt 130°, die Phasendifferenz D_J(e-a) zwischen dem SW 36e und dem SW 36a beträgt 100°, und die Phasendifferenz D_J(f-b) zwischen dem SW 36f und dem SW 36b beträgt 130°. Von diesen Phasendifferenzen weisen zwei Phasendifferenzen D_J(b-d) und D_J(e-a) den gleichen Minimumwert auf. Dementsprechend sind die Schaltelemente, deren Ein/AusSteuerung gestoppt werden soll, der SW 36c, der zwischen dem SW 36b und dem SW 36d, welche die Minimumphasendifferenz definieren, eingeschaltet wird, und der SW 36f, der zwischen dem SW 36e und dem SW 36a eingeschaltet wird. Hier sind in Muster J, im Gegensatz zu Muster I, der SW 36c und der SW 36f nicht zwei Schaltelemente, die zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden. Dementsprechend ist es möglich, durch Stoppen der Ein/Aus-Steuerung des SW 36c und des SW 36f zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster J den Welligkeitsstrom bei einer Vierphasen-Ansteuerung zu dämpfen. Dementsprechend betragen die Phasendifferenzen zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster J D_J(a-b)=D_J(d-e)=80° und D_J(b-d)=D_J(e-a)=100°. In diesem Fall ist es möglich, den Welligkeitsstrom im Vergleich zu dem Fall, dass eine Kombination zweier anderer Schaltelemente als die Kombination aus SWs 36c und 36f gestoppt wird, weiter zu verringern.
Zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster H müssen nur zwei beliebige andere Schaltelemente als zwei Schaltelemente, die zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden, aus den SWs 36a bis 36f gestoppt werden. Das liegt daran, dass alle Phasendifferenzen in Muster H gleich sind.
Zum Beispiel kann in dem siebten abgewandelten Beispiel, wie in 18 veranschaulicht, Muster H ausgewählt werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5c JA ist, Muster J kann ausgewählt werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d JA ist, und Muster I kann ausgewählt werden, wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S5d NEIN ist.
Im siebten abgewandelten Beispiel werden Schaltelemente, die nicht die Kombination zweier Schaltelemente sind, die zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden, als die Schaltelemente identifiziert, deren Ein/Aus-Steuerung zum Zeitpunkt der Vierphasen-Ansteuerung auf der Grundlage von Muster I gestoppt werden soll. Da jedoch die Ein/Aus-Steuerung nur eines einzigen Schaltelements zum Zeitpunkt der Zweiphasen-Ansteuerung im FDC 20, der wie in der obigen Ausführungsform von einem Dreiphasen-Typ ist, gestoppt werden kann, muss die obige Überlegung nicht angestellt werden. Da die Ein/AusSteuerung nur eines einzigen Schaltelements zum Zeitpunkt der Dreiphasen-Ansteuerung im FDC 20A, der wie in dem sechsten abgewandelten Beispiel von einem Vierphasen-Typ ist, gestoppt werden kann, muss die obige Überlegung nicht angestellt werden. Das heißt, wenn (m-n)=1, so muss die obige Überlegung nicht angestellt werden.
In Muster I des siebten abgewandelten Beispiels weisen drei Phasendifferenzen D_I(a-c), D_I(e-a) und D_I(fb) aus D_I(a-c), D_I(b-d), D_I(c-e), D_I(d-f), Di(e-a) und D_I(f-b) den gleichen Minimumwert auf, sind aber nicht auf den gleichen Wert beschränkt. Wenn zum Beispiel die Phasendifferenz D_I(a-c) von diesen Phasendifferenzen das Minimum ist, die Phasendifferenz D_I(f-b) das zweite Minimum ist und die Phasendifferenz D_I(e-a) das dritte Minimum ist, so wird davon ausgegangen, dass die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36a und 36b gestoppt wird, da D_I(a-c) das Minimum ist und D_I(f-b) das zweite Minimum ist. Da diese beiden Schaltelemente jedoch zwei Schaltelementen entsprechen, die zum Zeitpunkt der Sechsphasen-Ansteuerung sequenziell eingeschaltet werden, wird die Ein/Aus-Steuerung der SWs 36b und 36f auf der Grundlage der kleineren Phasendifferenz D_I(e-a), die keine der Minimumphasendifferenzen D_I(a-c) und D_I(f-b) ist, gestoppt.
In Muster J weisen zwei Phasendifferenzen D_J(b-d) und D_J(e-a) den gleichen Minimumwert auf, sind aber nicht auf den gleichen Wert beschränkt.
In der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen wurden der Fall, dass die Wandlerschaltungen 20a bis 20c mit drei Phasen bereitgestellt werden, der Fall, dass die Wandlerschaltungen 20a bis 20d mit vier Phasen bereitgestellt werden, und der Fall, dass die Wandlerschaltungen 20a bis 20f mit sechs Phasen bereitgestellt werden, beschrieben, jedoch ist die Anzahl der Phasen der Wandlerschaltungen darauf nicht beschränkt.
In der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen wurde ein Aufwärtswandler beispielhaft beschrieben; es kann aber auch ein Abwärtswandler, ein Aufwärts-/Abwärtswandler oder ein bidirektionaler Wandler verwendet werden. In der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Schaltelement für jede Einphasen-Wandlerschaltung bereitgestellt ist, jedoch die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können auch mehrere Schaltelemente für jede Einphasen-Wandlerschaltung bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann, wie bei einem bidirektionalen Wandler, in dem zwei Schaltelemente für jede Phase bereitgestellt sind, eine Ausgestaltung verwendet werden, bei der eine Ein/AusSteuerung eines Schaltelements ausgeführt wird und das andere Schaltelement in einem Aufwärtsmodus normalerweise ein oder normalerweise aus gehalten wird und ein Schaltelement normalerweise aus oder normalerweise ein gehalten wird und eine Ein/Aus-Steuerung des anderen Schaltelements in einem Abwärtsmodus ausgeführt wird. Wenn der Betrieb einer Wandlerschaltung, in der mehrere Schaltelemente auf diese Weise bereitgestellt sind, gestoppt wird, so wird die Ein/Aus-Steuerung aller ihrer Schaltelemente gestoppt und ausgeschaltet gehalten. Wenn die Wandlerschaltung angesteuert wird, so wird die Ein/Aus-Steuerung mindestens eines Schaltelements ausgeführt.
In der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen wurde die ECU 4, die das in dem Fahrzeug montierte Brennstoffzellensystem 1 umfassend als Ganzes steuert, als ein Beispiel für eine Steuerungsvorrichtung, die den FDC 20 steuert, beschrieben; aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es kann zum Beispiel ein Computer verwendet werden, der separat von der ECU 4, die den FDC 20 steuert, bereitgestellt ist und der eine CPU, einen ROM und einen RAM umfasst.
In der Ausführungsform und den abgewandelten Beispielen wurde das in dem Fahrzeug montierte Brennstoffzellensystem 1 als ein Beispiel für ein Stromversorgungssystem beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch ein stationäres Brennstoffzellensystem verwendet werden. Zum Beispiel kann in einem stationären Brennstoffzellensystem ein vorhergesagter Stromwert in Abhängigkeit von Jahreszeiten vorhergesagt werden, in denen ein Betrag an erzeugtem elektrischem Strom oder eine Stromerzeugungszeit einer Brennstoffzelle variiert. In Brennstoffzellensystemen für gewerbliche Einrichtungen wird zum Beispiel in Betracht gezogen, dass die in der Brennstoffzelle generierte Strommenge tagsüber aufgrund von Kühlung oder dergleichen zunimmt und der vorhergesagte Stromwert des FDC im Sommer ansteigt und die in der Brennstoffzelle generierte Strommenge nachts aufgrund eines Heizmechanismus oder dergleichen zunimmt und der vorhergesagte Stromwert des FDC im Winter ansteigt. In einem Brennstoffzellensystem für Privathaushalte kann ein Muster auf der Grundlage von Verlaufsinformationen über eine Zeit, in der eine Steuerung in einer n-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, und eine Zeit, in der eine Steuerung in einer m-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, ausgewählt werden. In einem solchen Brennstoffzellensystem für Privathaushalte kann der Ansteuerungsmodus zu einem normalen Ansteuerungsmodus oder einen leisen Modus umgeschaltet werden, in dem die Menge des generierten elektrischen Stroms im Vergleich zum normalen Ansteuerungsmodus gedrosselt ist, um nachts die Geräuschentwicklung manuell durch einen Benutzer oder automatisch zu dämpfen. Zum Beispiel kann in diesem Fall, wie in 14 veranschaulicht, Muster A ausgewählt werden, während der FDC gestoppt wird, wenn der Normalmodus ausgewählt ist, und Muster B kann ausgewählt werden, während der FDC gestoppt wird, wenn der leise Modus ausgewählt ist.
In der obigen Ausführungsform wird die FC 10, die eine Festpolymer-Brennstoffzelle ist, als die Stromversorgung verwendet, jedoch kann auch eine andere Brennstoffzelle als eine Festpolymer-Brennstoffzelle verwendet werden, oder es kann eine Sekundärbatterie wie zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Hydrid-Batterie verwendet werden.
Obgleich oben eine Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf eine solche konkrete Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen abgewandelt werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, wie es in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017060303 [0002]
JP 2017060303 A [0002, 0003]
JP 2014030285 [0002]
JP 2014030285 A [0002, 0003]

Claims

Steuerungsvorrichtung (4) für einen Mehrphasenwandler (20) mit Wandlerschaltungen (20a bis 20c) aus m (wobei m eine ganze Zahl von mindestens 3 ist) Phasen, von denen jede ein Schaltelement (36a bis 36c) umfasst und die parallel zueinander geschaltet sind, wobei die Steuerungsvorrichtung (4) umfasst: eine Steuereinheit für die Anzahl angesteuerter Phasen, die dafür eingerichtet ist, die Anzahl angesteuerter Phasen der Wandlerschaltungen (20a bis 20c) zu erhöhen, indem sie die Anzahl von Schaltelementen (36a bis 36c), an denen eine Ein/AusSteuerung ausgeführt wird, erhöht, wenn ein in den Mehrphasenwandler (20) eingegebener Stromwert zunimmt, und den Mehrphasenwandler (20) in einer n-Phasen-Ansteuerung, bei der die Anzahl angesteuerter Phasen n ist (wobei n eine ganze Zahl kleiner als m und mindestens 2 ist und eine ganze Zahl ist, die kein Divisor von m ist), zu steuern, oder in einer m-Phasen-Ansteuerung zu steuern, bei der die Anzahl angesteuerter Phasen m ist; eine Speichereinheit, die dafür eingerichtet ist, ein erstes und ein zweites Muster zu speichern, die Phasenmuster sind, in denen Ein-Zeiten der Schaltelemente von m Phasen definiert sind; eine Auswahleinheit, die dafür eingerichtet ist, das erste oder das zweite Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler (20) gestoppt wurde; eine Ein/Aus-Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen der Anzahl angesteuerter Phasen auf der Grundlage der in dem ausgewählten ersten oder zweiten Muster festgelegten Phasen unter einer Bedingung auszuführen, dass eine Periode und ein Tastverhältnis im Wesentlichen gleich sind; und eine Vorhersageeinheit, die dafür eingerichtet ist, einen vorhergesagten Korrelationswert vorherzusagen, der mit einem Zeitverhältnis korreliert ist, das - in einer zuvor festgelegten Zeit - ein Verhältnis einer Zeit, für welche die Durchführung einer Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, zu einer Zeit ist, für welche die Durchführung einer Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung vorhergesagt wird, wobei ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n kleiner ist als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des ersten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n, wobei die Auswahleinheit dafür eingerichtet ist, das erste Muster auszuwählen, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist, und das zweite Muster auszuwählen, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der maximal so groß wie der erste Schwellenwert ist, wobei die Ein/Aus-Steuereinheit dafür eingerichtet ist, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen von (m-n) Phasen in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters zu stoppen, wobei die Schaltelemente in mehrere Kombinationen klassifiziert werden, dergestalt, dass jede der Kombinationen aus drei Schaltelementen zusammengesetzt ist, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, wobei, wenn (m-n)=1, das Schaltelement der (m-n) Phase, an dem die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters gestoppt wurde, das Schaltelement ist, das zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer Kombination, die eine Phasendifferenz aufweist, die unter den mehreren Kombinationen die kleinste ist, eingeschaltet wird, wobei die Phasendifferenz eine Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ist, und wobei, wenn (m-n)≥2, die Schaltelemente von (m-n) Phasen, an denen die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters gestoppt wurde, Schaltelemente sind, die andere sind als eine Kombination von zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und die jeweils zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer entsprechenden von (m-n) Kombinationen aus den mehreren Kombinationen eingeschaltet werden, wobei die (m-n) Kombinationen in aufsteigender Reihenfolge der Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ausgewählt werden.
Steuerungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei der zweite Schwellenwert gleich dem ersten Schwellenwert ist.
Steuerungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei der zweite Schwellenwert kleiner als der erste Schwellenwert ist, wobei die Speichereinheit dafür eingerichtet ist, ein drittes Muster zu speichern, das ein Phasenmuster ist, in dem Ein-Zeiten der m Schaltelemente festgelegt sind und das nicht das erste und das zweite Muster ist, wobei die Auswahleinheit dafür eingerichtet ist, das erste Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler (20) gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist, das zweite Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler (20) gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als der zweite Schwellenwert ist, und das dritte Muster auszuwählen, während der Mehrphasenwandler (20) gestoppt wurde, wenn der vorhergesagte Korrelationswert anzeigt, dass das Zeitverhältnis kleiner als der erste Schwellenwert und mindestens so groß wie der zweite Schwellenwert ist, wobei ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n größer ist als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem Maximalwert einer Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n, und kleiner ist als der absolute Wert der Differenz zwischen dem Maximalwert der Phasendifferenz zwischen zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des ersten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und 360°/n, wobei die Ein/Aus-Steuereinheit dafür eingerichtet ist, die Ein/Aus-Steuerung an den Schaltelementen von (m-n) Phasen in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters zu stoppen, wobei die Schaltelemente in mehrere Kombinationen klassifiziert werden, dergestalt, dass jede der Kombinationen aus drei Schaltelementen zusammengesetzt ist, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters sequenziell eingeschaltet werden, wobei, wenn (m-n)=1, das Schaltelement der (m-n) Phase, an dem die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters gestoppt wurde, das Schaltelement ist, das zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer Kombination, die eine Phasendifferenz aufweist, die unter den mehreren Kombinationen die kleinste ist, eingeschaltet wird, wobei die Phasendifferenz eine Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ist, und wobei, wenn (m-n)≥2, die Schaltelemente von (m-n) Phasen, an denen die Ein/AusSteuerung in der n-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters gestoppt wurde, Schaltelemente sind, die andere sind als eine Kombination von zwei Schaltelementen, für die festgelegt wurde, dass sie in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage des dritten Musters sequenziell eingeschaltet werden, und die jeweils zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, aus den drei Schaltelementen in einer entsprechenden von (m-n) Kombinationen aus den mehreren Kombinationen eingeschaltet werden, wobei die (m-n) Kombinationen in aufsteigender Reihenfolge der Phasendifferenz zwischen dem Schaltelement, das zuerst eingeschaltet wird, und dem Schaltelement, das zuletzt eingeschaltet wird, ausgewählt werden.
Steuerungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schaltelement, die in der m-Phasen-Ansteuerung auf der Grundlage mindestens eines des ersten und des zweiten Musters sequenziell eingeschaltet werden, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement größer als 360°/m und kleiner als 360°/n ist, und eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Schaltelement und dem dritten Schaltelement kleiner als (360°/m)×3 ist.
Steuerungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren umfassend eine Routenerfassungseinheit, die dafür eingerichtet ist, Fahrtroutenplanungsinformationen über eine geplante Fahrtroute eines Fahrzeugs zu erfassen, das unter Verwendung einer Batterie, die einen Eingangsstrom in den Mehrphasenwandler (20) einspeist, als eine Energiequelle fährt, wobei die Vorhersageeinheit dafür eingerichtet ist, einen vorhergesagten Stromwert, den die Batterie gemäß einer Prognose in den Mehrphasenwandler (20) einspeist, als den vorhergesagten Korrelationswert auf der Grundlage der Fahrtroutenplanungsinformationen vorhersagt.
Steuerungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren umfassend eine Verlaufserfassungseinheit, die dafür eingerichtet ist, Verlaufsinformationen über eine Zeit, in der eine Steuerung in der n-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, und eine Zeit, in der eine Steuerung in der m-Phasen-Ansteuerung ausgeführt wird, zu erfassen, wobei die Vorhersageeinheit dafür eingerichtet ist, den vorhergesagten Korrelationswert auf der Grundlage der Verlaufsinformationen vorherzusagen.
Steuerungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren umfassend eine Fahrmoduserfassungseinheit, die dafür eingerichtet ist, Fahrmodusinformationen über einen Fahrmodus eines Fahrzeugs zu detektieren, das unter Verwendung einer Batterie, die einen Eingangsstrom an den Mehrphasenwandler (20) einspeist, als eine Energiequelle fährt, wobei die Vorhersageeinheit dafür eingerichtet ist, den vorhergesagten Korrelationswert auf der Grundlage der Fahrmodusinformationen vorherzusagen.
Mehrphasenwandlersystem, umfassend: die Steuerungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und den Mehrphasenwandler (20).
Stromversorgungssystem, umfassend: das Mehrphasenwandlersystem nach Anspruch 8; und eine Stromversorgung, die dafür eingerichtet ist, einen Eingangsstrom in den Mehrphasenwandler (20) einzuspeisen.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei die Stromversorgung eine Brennstoffzelle (10) ist.