JP2000324618A - 燃料電池車両の駆動うなり低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池車両の駆動モータのうなり音を低減
する。 【解決手段】 コンプレッサ運転制御手段２，４が、負
荷状態監視手段２の監視する駆動モータ１の負荷状態を
出力優先状態、緩加速巡航状態及び低速間欠走行状態に
分類し、これらの各負荷状態に応じてコンプレッサ５の
運転を出力優先モードＭ１、駆動モータ１のうなりを低
減する逆位相のうなりを発する速度で連続的に運転する
うなり低減連続運転モードＭ２、駆動モータの間欠運転
に起動／停止を同期させ、かつ駆動モータの運転時には
駆動モータのうなりを低減させる逆位相のうなりを発す
る速度で間欠運転するうなり低減間欠運転モードＭ３そ
れぞれで運転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池車両の駆
動うなり低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池車両では一般に、燃料電池を電
源とする駆動モータの出力を駆動源としているが、低
速、高負荷条件での走行時に駆動モータに固有の低周波
のうなりが出て乗員にとって耳障りなものとなる。その
ため、駆動モータのうなりによる騒音を低減させること
が必要になっている。

【０００３】一般的な自動車の車室内のこもり音を小さ
くするための装置として、特開平７−１９９９６４号公
報に記載されているような、適応フィルタを用いたアク
ティブノイズキャンセラー（ＡＮＣ）が知られている。
このＡＮＣは、車室内の制御点での信号が最小となるよ
うに適応フィルタを用いて車室内騒音に対して振幅が等
しく、位相が逆になる音を２次音源から出力することに
より車室内の騒音を打ち消そうとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の自動車の車室内騒音低減装置では、車室内の制御
点のみ制御可能であり、しかも、それを実現するため
に、マイクのような制御点の騒音検出手段、ＤＳＰ（Di
gital Signal Processor）、数値演算プロセッサ、そし
て２次音源からの音を出力するためのスピーカなどの特
殊装置を必要とするために、装置が高価なものになって
しまう問題点があった。

【０００５】一方、燃料電池車両では、走行状況に応じ
て燃料電池を電源とする駆動モータを高負荷、低負荷、
間欠運転というように運転モードを切替える制御を行な
うが、これと共に、燃料電池の発電反応に必要な酸素源
としての空気を燃料電池に供給する必要があり、この空
気の供給量は燃料電池の運転モードに応じてコンプレッ
サの運転モードを独自に切替えることによって制御する
ようにしている。

【０００６】そこで、駆動モータのうなり騒音を低減す
るために、これとは独立に制御することのできるコンプ
レッサを駆動モータのうなりと逆位相のうなりを発生す
る速度（回転数）で駆動すれば、駆動モータのうなりを
コンプレッサの発するうなり音によって打ち消すことが
可能となる。

【０００７】本発明はこのような技術的課題に鑑みてな
されたもので、駆動モータの発するうなりをコンプレッ
サの発する音によって打ち消すことにより、車室内の騒
音を低減することができ、かつ構造的に単純で、コスト
的に低廉に構成できる燃料電池車両の駆動うなり低減装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の燃料電
池車両の駆動うなり低減装置は、燃料電池を電源とする
駆動モータと、前記燃料電池に対して酸素源としての空
気を供給するためのコンプレッサと、前記駆動モータの
うなりを低減する逆位相のうなりを発する速度で前記コ
ンプレッサを運転するコンプレッサ運転制御手段とを備
えたものである。

【０００９】請求項１の発明の燃料電池車両の駆動うな
り低減装置では、駆動モータが発するうなりに対して、
コンプレッサ運転制御手段が駆動モータのうなりを低減
する逆位相のうなりを発する速度でコンプレッサを運転
することによって駆動モータのうなりをコンプレッサの
出す音で打ち消し、うなりを低減する。

【００１０】請求項２の発明の燃料電池車両の駆動うな
り低減装置は、請求項１において、さらに、前記駆動モ
ータの負荷状態を監視する負荷状態監視手段を備え、前
記コンプレッサ運転制御手段が、前記負荷状態監視手段
の監視する前記駆動モータの負荷状態を出力優先状態、
緩加速巡航状態及び低速間欠走行状態に分類し、各負荷
状態に応じて前記コンプレッサの運転を出力優先モー
ド、前記駆動モータのうなりを低減する逆位相のうなり
を発する速度で連続的に運転するうなり低減連続運転モ
ード、前記駆動モータの間欠運転に起動／停止を同期さ
せ、かつ駆動モータの運転時には前記駆動モータのうな
りを低減させる逆位相のうなりを発する速度で間欠運転
するうなり低減間欠運転モードそれぞれで運転するよう
にしたものである。

【００１１】請求項２の発明の燃料電池車両の駆動うな
り低減装置では、コンプレッサ運転制御手段が、負荷状
態監視手段の監視する駆動モータの負荷状態を（１）出
力優先状態、（２）緩加速巡航状態及び（３）低速間欠
走行状態に分類し、これらの（１），（２），（３）の
各負荷状態に応じてコンプレッサの運転を出力優先モー
ド（Ｍ１）、駆動モータのうなりを低減する逆位相のう
なりを発する速度で連続的に運転するうなり低減連続運
転モード（Ｍ２）、前記駆動モータの間欠運転に起動／
停止を同期させ、かつ駆動モータの運転時には前記駆動
モータのうなりを低減させる逆位相のうなりを発する速
度で間欠運転するうなり低減間欠運転モード（Ｍ３）そ
れぞれで運転する。

【００１２】これにより、特に駆動モータに大出力が必
要な出力優先運転状態（１）では、燃料電池から駆動モ
ータに供給する電源系統に設けられているＤＣ−ＡＣ変
換回路中のスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子からの
高周波ノイズの音圧レベルが高くなり、うなりの音圧レ
ベルは相対的に低下すること、また、出力要求に答える
ことが最重要であることからコンプレッサも大量の空気
を供給させる必要があり、可能な限り大出力にする必要
があるので、出力優先モード（Ｍ１）によってコンプレ
ッサを運転する。

【００１３】車両の緩加速、巡航運転状態（２）では駆
動モータの負荷が小さく、相対的にうなりの影響が大き
くなるが、電力消費が抑えられるのでコンプレッサの稼
動可能範囲は広くなり、その駆動周波数を制御許容範囲
も広くなる。そこで、うなり低減連続運転モード（Ｍ
２）でコンプレッサを運転することにより、駆動モータ
のうなりを低減する逆位相のうなりを出させて駆動モー
タのうなり音を打ち消し、騒音を低減する。

【００１４】さらに、渋滞道路を走行しているような運
転状況、つまり、低速間欠走行状態（３）では、駆動モ
ータのうなり音が最も顕著になるが、電力消費が小さい
のでコンプレッサの駆動頻度が下がる。そこで、駆動モ
ータの動作に合わせ、うなり音が出る回転速度領域を通
過する時にコンプレッサをそれとは逆位相のうなりを発
する速度で運転するといううなり低減間欠運転モード
（Ｍ３）にしてコンプレッサを運転する。これにより、
駆動モータのうなり音を打ち消し、騒音を低減する。

【００１５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
駆動モータが発するうなりに対して、コンプレッサ運転
制御手段が駆動モータのうなりを低減する逆位相のうな
りを発する速度でコンプレッサを運転することによって
駆動モータのうなりをコンプレッサの出す音で打ち消
し、うなりを低減することができる。

【００１６】請求項２の発明によれば、駆動モータに大
出力が必要な走行条件下でも、低速走行条件下でも、さ
らには渋滞道路のような低速、間欠走行条件下でも乗員
に聞こえる駆動モータのうなり音を効果的に低減するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
システム構成を示している。駆動モータ１は燃料電池
（図示せず）から発電電力を受けて回転し、車両を走行
させる。駆動モータ制御装置２は、電池状態ＳＯＣ、電
池変化状態、車速、回転数指令を入力して、駆動モータ
１の回転速度制御を行なう。駆動モータ制御装置２はま
た、駆動モータ−コンプレッサ回転数マップ３を内蔵し
ていて、駆動モータ１の回転数に対応して、うなり低減
が可能なコンプレッサ回転数を読み出してコンプレッサ
制御装置４に回転数指令として出力する。

【００１８】コンプレッサ５はそれを駆動するコンプレ
ッサモータ６を備え、コンプレッサ制御装置４によって
回転速度が制御される。このコンプレッサ５は燃料電池
の燃料原料である酸素源としての空気を改質器（図示せ
ず）に供給し、また燃料電池（図示せず）の空気極に供
給するためのものである。

【００１９】次に、上記の構成の燃料電池車両のうなり
低減装置の動作を説明する。いま、燃料電池車両の駆動
モータ１は、図２のモータ回転数−うなり周波数のグラ
フに示すように、回転数bf1〜bfnでうなりを発生するも
のとする（これらのうなりを発生させる回転数は車両の
車種、重量その他の諸元によって大きく異なるものであ
り、適用する車両ごとに実験的に決定される）。例え
ば、登坂、急加速のような走行状態は高負荷時使用域
（Ｉ）に属し、この領域（Ｉ）では回転数bf4〜bfnでう
なりが発生する。また、緩加速、巡航時使用域（II）で
は、回転数bf2，bf3でうなりが発生する。さらに、渋滞
道路を走行するような状態は渋滞時使用域（III）に属
し、この領域では回転数bf1，bf2でうなりが発生する。

【００２０】この発明では、これらのうなりを発生させ
る回転数bf1〜bfnのうち、高負荷時使用域（Ｉ）の回転
数bf4〜bfnでのうなりについては低減制御の対象とはせ
ず、特に緩加速、巡航時使用域（II）で発生するうなり
と渋滞時使用域（III）で発生するうなりとを低減させ
ることを目的とする。

【００２１】その理由は、高負荷時使用域（Ｉ）は、駆
動モータ１に大出力が必要な出力優先運転状態であり、
燃料電池から駆動モータ１に供給する電源系統に設けら
れているＤＣ−ＡＣ変換回路中のスイッチング素子であ
るＩＧＢＴ素子からの高周波ノイズの音圧レベルが高く
なり、うなりの音圧レベルは相対的に低下すること、ま
た、出力要求に答えることが最重要であることからコン
プレッサ５も大量の空気を供給させる必要があり、出力
優先モード（Ｍ１）によってコンプレッサ５を可能な限
り大出力で運転する必要がある。したがって、この領域
（Ｉ）ではうなり低減制御は行なわない。

【００２２】車両の緩加速、巡航時使用域（II）は、駆
動モータ１の負荷が小さく、相対的にうなりの影響が大
きくなるが、電力消費が抑えられるのでコンプレッサ５
の稼動可能範囲は広くなる。そこで、うなり低減連続運
転モード（Ｍ２）でコンプレッサ５を運転する。

【００２３】渋滞時使用域（III）では、駆動モータ１
のうなり音が最も顕著になるが、電力消費が小さいので
コンプレッサ５の駆動頻度が下がる。そこで、駆動モー
タ１の動作に合わせ、うなり音が出る回転数領域を通過
する時にコンプレッサ５をそれとは逆位相のうなりを発
する速度で間欠運転するといううなり低減間欠運転モー
ド（Ｍ３）にしてコンプレッサを運転する。

【００２４】このような駆動モータ１の回転数の領域に
応じてコンプレッサ５のモータ６の回転数制御を行なう
ために、駆動モータ制御装置２のマップ３には、駆動モ
ータ回転数指令に応じて、その回転によって発生するう
なりで駆動モータのうなりを打ち消すことができるよう
な回転数の組合わせが登録されている。駆動モータ制御
装置２はこのマップ３を参照してコンプレッサ５の回転
数を決定し、回転数指令としてコンプレッサ制御装置４
に出力する。

【００２５】コンプレッサ制御装置４は駆動モータ制御
装置２からの回転数指令を受けて、これに一致する回転
数でコンプレッサモータ６の回転数制御を行なう。これ
により、駆動モータ１の回転で発生するうなりがコンプ
レッサ５の回転によって発生する逆位相のうなりによっ
て打ち消されて低減され、車室内の騒音を低減すること
ができるようになる。

【００２６】上記のうなり低減制御を図３〜図５の説明
図、図６及び図７のフローチャートに基づいて、さらに
詳しく説明する。

【００２７】＜出力優先モードＭ１＞駆動モータ制御装
置２は、車両走行条件、電池状態（ＳＯＣ）、駆動モー
タ回転数、負荷条件を入力し（ステップＳ１）、電池状
態（ＳＯＣ）の変化量が大きい場合には出力優先モード
Ｍ１に移行し、駆動モータ１を要求される回転数で回転
させ、また、コンプレッサ５を駆動モータ回転数指令に
対応した高回転数で回転するように制御する（ステップ
Ｓ５，Ｓ１０，Ｓ１５）。このような運転状態では、図
３に示したように、燃料電池から駆動モータ１に供給す
る電源系統に設けられているＤＣ−ＡＣ変換回路中のス
イッチング素子として用いられているＩＧＢＴ素子から
の高周波ノイズ１０の音圧レベルが高くなり、うなりの
音圧レベル１１は相対的に低下すること、また、出力要
求に答えることが最重要であることからコンプレッサ５
も大量の空気を供給させる必要があり、コンプレッサ５
を可能な限り大出力で運転する必要があるためである。

【００２８】＜うなり低減連続運転モードＭ２＞ステッ
プＳ５の判定で、電池状態の変化量が小さい場合には、
急加速、高負荷ではない見なし、続いて、緩加速、巡航
走行状態であるかどうかを、電池状態（ＳＯＣ）が中〜
小で、かつ電池状態の変化量が小であれば、うなり低減
連続運転モードＭ２に入る（ステップＳ２０）。

【００２９】このモードＭ２では緩加速、巡航状態であ
るとみなし（ステップＳ２５）、コンプレッサ５を連続
運転する（ステップＳ３０）。そして、この連続運転時
の回転数制御は、次のようにして行なう。

【００３０】図４に示したように、駆動モータ１の回転
数に対応するうなり１１の周波数を算出し（ステップＳ
３５）、このうなり周波数のてい倍かつ逆位相の周波数
を演算し（ステップＳ４０）、算出した周波数のうなり
１２を発生させるコンプレッサ５の回転数をマップ３か
ら算出して、コンプレッサ制御装置４に回転数指令とし
て与えてコンプレッサモータ６の回転制御を行なう（ス
テップＳ４５）。これにより、コンプレッサ５は駆動モ
ータ１の発するうなり音と同等の低周波数、かつ逆位相
のうなりを発生して駆動モータ１のうなり音を打ち消し
て低減する（ステップＳ５０）。

【００３１】＜うなり低減間欠運転モードＭ３＞ステッ
プＳ２０の判定で、電池状態が大で、かつ電池状態の変
化量が小さい場合には、渋滞走行状態であるとみなして
うなり低減間欠運転モードＭ３に入る（ステップＳ５
５，Ｓ６０，Ｓ６５）。

【００３２】渋滞走行時には車速が低いためにうなりが
最も顕著に出る。また、駆動モータ１が始動、停止を繰
り返すので、最低回転数でのうなり領域（III）を頻繁
に通過する。一方、駆動負荷からは電力をあまり消費し
ない運転領域であるので、電池状態（ＳＯＣ）は大き
く、コンプレッサ５を連続運転にするとその回転数を極
端に低くしなければならない。

【００３３】そこで図５に示したように、このような走
行状態では、コンプレッサ５を間欠運転で駆動し、駆動
モータ１の運転期間に合わせてコンプレッサ５も運転
し、その際のコンプレッサ５の回転数を駆動モータ１が
発生するうなり１１の周波数に対しててい倍、かつ逆位
相の周波数のうなり１２を発生させる回転数指令をマッ
プ３から読み出してコンプレッサ制御装置４に与え、コ
ンプレッサ４をうなり低減優先でコンプレッサ５を間欠
運転する（ステップＳ７０〜Ｓ９０）。

【００３４】これにより、本発明の実施の形態では、大
出力が必要な場合にはそれに即応することができ、しか
も、駆動モータ１のうなり音が耳障りになるような運転
状態ではコンプレッサ５の回転数制御によって駆動モー
タ１のうなり音を効果的に低減して、車室空間を静粛に
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図２】一般的に駆動モータの回転数とうなりとの関係
を示すグラフ。

【図３】上記の実施の形態における出力優先モードＭ１
での運転制御を示すブロック図。

【図４】上記の実施の形態におけるうなり低減連続運転
モードＭ２での運転制御を示すブロック図。

【図５】上記の実施の形態におけるうなり低減間欠運転
モードＭ３での運転制御を示すブロック図。

【図６】上記の実施の形態におけるうなり低減制御のフ
ローチャートの前半部。

【図７】上記の実施の形態におけるうなり低減制御のフ
ローチャートの後半部。

【符号の説明】

１ 駆動モータ ２ 駆動モータ制御装置 ３ マップ ４ コンプレッサ制御装置 ５ コンプレッサ ６ コンプレッサモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池を電源とする駆動モータと、 前記燃料電池に対して酸素源としての空気を供給するた
   めのコンプレッサと、 前記駆動モータのうなりを低減する逆位相のうなりを発
   する速度で前記コンプレッサを運転するコンプレッサ運
   転制御手段とを備えて成る燃料電池車両の駆動うなり低
   減装置。
2. 【請求項２】 前記駆動モータの負荷状態を監視する負
   荷状態監視手段を備え、 前記コンプレッサ運転制御手段は、前記負荷状態監視手
   段の監視する前記駆動モータの負荷状態を出力優先状
   態、緩加速巡航状態及び低速間欠走行状態に分類し、各
   負荷状態に応じて前記コンプレッサの運転を出力優先モ
   ード、前記駆動モータのうなりを低減する逆位相のうな
   りを発する速度で連続的に運転するうなり低減連続運転
   モード、前記駆動モータの間欠運転に起動／停止を同期
   させ、かつ駆動モータの運転時には前記駆動モータのう
   なりを低減させる逆位相のうなりを発する速度で間欠運
   転するうなり低減間欠運転モードそれぞれで運転するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の駆動う
   なり低減装置。