JP6717187B2

JP6717187B2 - 車載装置

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Publication number: JP6717187B2
Application number: JP2016244462A
Authority: JP
Inventors: 雅西川原; 賢典清水; 利成深津
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018098994A

Description

本発明は、三相インバータを備えた車載装置に関する。

例えば、電気自動車のように動力源として大型のバッテリを搭載した車両においては、バッテリの充電量が所定量以下になると、バッテリの充電を行う必要がある。この際、効率よくバッテリを充電するためには、力率を改善する必要があり、力率を改善するためには、入力電流と入力電圧との位相差を小さくする必要がある。そこで、入力電流と入力電圧の位相差を算出し、この位相差が小さくなるようにインバータを制御する車載装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された車載装置は、目標電流と入力電流の差に基づいて算出された出力補正項と、入力電流と入力電圧の位相差との相関関係から位相差を算出している。

特開２０１５−６１３８６号公報

ところで、効率よくバッテリを充電するために、更なる力率の改善が望まれている。
本発明の目的は、力率を改善することができる車載装置を提供することにある。

上記課題を解決する車載装置は、三相モータとバッテリとの間に設けられた三相インバータと、前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子の中点と前記バッテリの負極との間に接続された中点電圧測定用の抵抗と、前記三相インバータにおけるいずれか一相に流れる入力電流を測定する電流センサと、前記中点電圧測定用の抵抗によって測定される中点電圧及び前記電流センサによって検出される前記入力電流に基づいて前記三相インバータにおけるいずれか一相の入力電圧と前記入力電流の位相差を小さくしつつ、前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子をＰＷＭ制御して、外部の交流電源から入力される電力により前記バッテリを充電する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記中点電圧と、前記三相インバータにおけるいずれか一相に流す目標電流とに基づいて目標電圧を算出する目標電圧算出手段と、前記目標電流と前記入力電流の差に基づいて前記目標電圧を補正する出力補正項を算出する出力補正項算出手段と、前記目標電圧を前記出力補正項によって補正して補正後目標電圧を算出する補正後目標電圧算出手段と、前記補正後目標電圧から前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子のデューティ比を算出して、このデューティ比に沿って前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子をオン・オフ制御するオン・オフ制御手段と、有した車載装置であって、前記制御装置は、前記出力補正項に基づいて、前記入力電流と前記入力電圧の位相差を算出する位相差算出手段をさらに備え、前記位相差算出手段は、前記出力補正項算出手段が前記出力補正項を算出するために用いた入力電流のうち、前記入力電流のゼロクロス点よりも前記入力電流が遅れた位相の範囲で第１出力補正項を取得するとともに、前記入力電流の前記ゼロクロス点よりも前記入力電流が進んだ位相の範囲で第２出力補正項を取得し、前記第１出力補正項と前記第２出力補正項とに基づいて前記入力電流と前記入力電圧の位相差を算出し、前記目標電圧算出手段は、前記位相差と、前記三相インバータにおけるいずれか一相に流す目標電流とに基づいて前記位相差が小さくなるように前記目標電圧を更新することを要旨とする。

ゼロクロス点よりも入力電流が遅れた位相で算出された出力補正項である第１出力補正項については、位相差との相関関係があるが、目標電流の値によっては相関の度合いが小さくなることを本発明者らは見出した。そこで、ゼロクロス点よりも入力電流が進んだ位相で算出された出力補正項である第２出力補正項については、目標電流の値に関わらず、入力電流が入力電圧に対して遅れている場合に値が大きく変化することに着目して、第１出力補正項と第２出力補正項に基づいて位相差を算出するようにした。これにより、第１出力補正項のみに基づいて位相差を求めた場合に比べて、位相差の誤差を少なくすることができる。制御装置は、算出された位相差が小さくなるようにスイッチング素子をＰＷＭ制御する。これにより、力率を改善することができる。

上記車載装置について、前記位相差算出手段は、前記第１出力補正項に前記第２出力補正項を加算することで得られた加算補正項に基づいて前記位相差を算出してもよい。
第１出力補正項と第２出力補正項とを加算した加算補正項は、位相差と線形の相関関係を有する。この相関関係により位相差を算出することができる。

上記車載装置について、前記位相差算出手段は、前記第２出力補正項が負の値の場合にのみ前記第１出力補正項に前記第２出力補正項を加算してもよい。
これによれば、加算補正項と位相差との線形性が維持されやすい。

上記車載装置について、前記位相差算出手段は、前記ゼロクロス点から当該ゼロクロス点よりも入力電流が１２度遅れた位相までの範囲内で前記第１出力補正項を取得し、前記ゼロクロス点から当該ゼロクロス点よりも３６度進んだ位相までの範囲内で前記第２出力補正項を取得してもよい。

第１出力補正項と第２出力補正項とを上記のように取得することで、位相差の算出を行いやすい。

本発明によれば、容易に力率を改善することができる。

車載装置を示す回路図。制御装置が行う制御を示すデータフロー図。スイッチング素子動作前における三相インバータの一相における入力電圧と中点電圧測定用抵抗により測定される中点電圧との関係を示す図。スイッチング素子動作中における三相インバータの一相における入力電流を示す図。出力補正項と位相差との関係を示す図。

以下、車載装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、バッテリフォークリフトは、車載装置１０を備える。車載装置１０は、バッテリ１１を電源とする三相モータとしての走行用モータ２１及び荷役用モータ３１を備える。車載装置１０は、走行用モータ２１とバッテリ１１との間に、三相インバータとしての走行用インバータ２２を備える。車載装置１０は、荷役用モータ３１とバッテリ１１との間に三相インバータとしての荷役用インバータ３２を備える。

車載装置１０は、商用電源である外部の交流電源としての三相交流電源１２に接続されるスコットトランス１３と、二つの整流回路１４，１５とを備える。スコットトランス１３の一方の二次出力１３ａには整流回路１４を介して走行用インバータ２２が接続されている。走行用インバータ２２には、走行用モータ２１が接続されている。走行用モータ２１は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１を備える。走行用モータ２１は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１がデルタ結線されてなる三相交流モータである。スコットトランス１３の他方の二次出力１３ｂには整流回路１５を介して荷役用インバータ３２が接続されている。荷役用インバータ３２には、荷役用モータ３１が接続されている。荷役用モータ３１は、コイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２を備える。荷役用モータ３１は、コイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２がデルタ結線されてなる三相交流モータである。

整流回路１４は、２個のダイオードＤ１，Ｄ２を備える。ダイオードＤ１，Ｄ２同士は、直列接続されている。両ダイオードＤ１，Ｄ２の間には、スコットトランス１３の一方の二次出力１３ａの端子１６ａが接続されている。また、整流回路１４のプラス側はバッテリ１１の正極に接続され、整流回路１４のマイナス側はバッテリ１１の負極に接続されている。

走行用インバータ２２は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える三相インバータである。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、三相の上アーム用スイッチング素子としての第１のスイッチング素子Ｑ１、第３のスイッチング素子Ｑ３、及び、第５のスイッチング素子Ｑ５を含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、三相の下アーム用スイッチング素子としての第２のスイッチング素子Ｑ２、第４のスイッチング素子Ｑ４、及び、第６のスイッチング素子Ｑ６を含む。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ＭＯＳＦＥＴが使用されている。第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３及び第４のスイッチング素子Ｑ４、第５のスイッチング素子Ｑ５及び第６のスイッチング素子Ｑ６はそれぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のドレインはそれぞれバッテリ１１の正極に接続されるとともに、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のソースはそれぞれバッテリ１１の負極に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレインとソース間には、それぞれ寄生ダイオードＤが逆並列に、すなわちカソードがドレインにアノードがソースに対応する状態に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の中点（第１のスイッチング素子Ｑ１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続点）は走行用モータ２１のコイルＵ１とコイルＶ１の接続点に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４の中点（第３のスイッチング素子Ｑ３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインとの接続点）は、電流センサ４１を介して走行用モータ２１のコイルＶ１とコイルＷ１との接続点に接続されている。電流センサ４１は、走行用インバータ２２に内蔵されている。第５のスイッチング素子Ｑ５と第６のスイッチング素子Ｑ６の中点（第５のスイッチング素子Ｑ５のソースと第６のスイッチング素子Ｑ６のドレインとの接続点）は、走行用モータ２１のコイルＵ１とコイルＷ１との接続点に接続されている。また、第１のスイッチング素子Ｑ１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続点は、スコットトランス１３の一方の二次出力１３ａの整流回路１４が接続された端子１６ａと反対側の端子１６ｂに接続されている。さらに、第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４の中点（第３のスイッチング素子Ｑ３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインとの接続点）とバッテリ１１の負極との間には、中点電圧測定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている。

整流回路１５は、２個のダイオードＤ３，Ｄ４を備える。ダイオードＤ３，Ｄ４同士は、直列接続されている。両ダイオードＤ３，Ｄ４の間にはスコットトランス１３の他方の二次出力１３ｂの端子１７ａが接続されている。また、整流回路１５のプラス側はバッテリ１１の正極に接続され、整流回路１５のマイナス側はバッテリ１１の負極に接続されている。

荷役用インバータ３２は、６つのスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６を備える三相インバータである。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１６は、三相の上アーム用スイッチング素子としての第１のスイッチング素子Ｑ１１、第３のスイッチング素子Ｑ１３、及び、第５のスイッチング素子Ｑ１５を含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１６は、三相の下アーム用スイッチング素子としての第２のスイッチング素子Ｑ１２、第４のスイッチング素子Ｑ１４、及び、第６のスイッチング素子Ｑ１６を含む。各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６には、ＭＯＳＦＥＴが使用されている。第１のスイッチング素子Ｑ１１及び第２のスイッチング素子Ｑ１２、第３のスイッチング素子Ｑ１３及び第４のスイッチング素子Ｑ１４、第５のスイッチング素子Ｑ１５及び第６のスイッチング素子Ｑ１６はそれぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３，Ｑ１５のドレインはそれぞれバッテリ１１の正極に接続されるとともに、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ１６のソースはそれぞれバッテリ１１の負極に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のドレインとソース間には、それぞれ寄生ダイオードＤが逆並列に、すなわちカソードがドレインにアノードがソースに対応する状態に接続されている。

第１のスイッチング素子Ｑ１１と第２のスイッチング素子Ｑ１２の中点（第１のスイッチング素子Ｑ１１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ１２のドレインとの接続点）は荷役用モータ３１のコイルＵ２とコイルＶ２の接続点に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ１４の中点（第３のスイッチング素子Ｑ１３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ１４のドレインとの接続点）は、電流センサ４２を介して荷役用モータ３１のコイルＶ２とコイルＷ２との接続点に接続されている。電流センサ４２は、荷役用インバータ３２に内蔵されている。第５のスイッチング素子Ｑ１５と第６のスイッチング素子Ｑ１６の中点（第５のスイッチング素子Ｑ１５のソースと第６のスイッチング素子Ｑ１６のドレインとの接続点）は、荷役用モータ３１のコイルＵ２とコイルＷ２との接続点に接続されている。また、第１のスイッチング素子Ｑ１１のソースと第２のスイッチング素子Ｑ１２のドレインとの接続点は、スコットトランス１３の他方の二次出力１３ｂの整流回路１５が接続された端子１７ａと反対側の端子１７ｂに接続されている。さらに、第３のスイッチング素子Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ１４の中点（第３のスイッチング素子Ｑ１３のソースと第４のスイッチング素子Ｑ１４のドレインとの接続点）とバッテリ１１の負極との間には、中点電圧測定用の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が直列に接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６のゲートは、制御装置５０に接続されている。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点及び抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の接続点は、制御装置５０に接続されている。制御装置５０は、走行用モータ２１に流れる電流を検出する電流センサ４１および荷役用モータ３１に流れる電流を検出する電流センサ４２に接続されている。制御装置５０は、図示しないＣＰＵ及びメモリを備え、メモリには走行用モータ２１及び荷役用モータ３１を駆動するのに必要な制御プログラムが記憶されている。また、メモリにはスコットトランス１３を三相交流電源１２に接続した状態でバッテリ１１を充電する際に、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６を制御するのに必要な制御プログラムが記憶されている。さらに、制御装置５０は、電流センサ４１，４２からの信号により入力電流を検知できるようになっている。

バッテリフォークリフトは、バッテリ１１の充電時以外には、三相交流電源１２から切り離された状態に保持される。バッテリ１１を充電する際は、スコットトランス１３に三相交流電源１２から交流電力が供給される状態に保持される。具体的には、フォークリフトに設けられた電源コンセントに、三相交流電源１２の充電ケーブルのプラグが接続される。そして、制御装置５０は、走行用インバータ２２及び荷役用インバータ３２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１５，Ｑ１６をオフ状態に保持し、第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３及び第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４をオン・オフ制御する。したがって、制御装置５０によるバッテリ１１の充電時にＰＷＭ制御される充電用の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子は第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３及び第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４となる。

制御装置５０は、走行用インバータ２２及び荷役用インバータ３２における第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３及び第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４をスイッチングすることで、走行用モータ２１のコイルＶ１及び荷役用モータ３１のコイルＶ２を充電用インダクタとして用いてバッテリ１１を充電する。

次に、バッテリ１１を充電する際に制御装置５０が行う制御について図２を用いて説明する。図２において、測定データとして中点電圧［Ｖ］と入力電流［Ａ］が制御装置５０に入力されるとともに、目標電流［Ａ］が制御装置５０で算出される。更に、制御装置５０において、Ｍ１〜Ｍ７で示す処理が実行される。

まず、制御装置５０がバッテリ１１の充電を行う前に行う制御について説明する。
図２に示すように、処理Ｍ１において、制御装置５０は、第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４の動作前に、中点電圧測定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２により測定される中点電圧から走行用インバータ２２及び荷役用インバータ３２の一相における電圧位相を算出する。詳しくは、図３に示すように、第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４の中点とバッテリ１１の負極との間に中点電圧測定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２を接続すると、第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４の中点電圧の波形は、各インバータ２２，３２の一相における入力電圧［Ｖ］の波形（スコットトランス１３の入力電圧の波形）の半波整流波形となる。このため、中点電圧の波形が０に立ち下がるタイミングｔｚ１から、次回の０に立ち下がるタイミングｔｚ２までの時間ｔ１を入力電圧の電圧位相（入力電圧の周期）とみなすことができる。なお、中点電圧が０から立ち上がるタイミングｔｚ３から０に立ち下がるタイミングｔｚ１までの時間を２倍して電圧位相を求めてもよいし、中点電圧が０から立ち上がるタイミングｔｚ３から、次回の０から立ち上がるタイミングｔｚ４までの時間から電圧位相を検出してもよい。

図２に示すように、処理Ｍ２において、制御装置５０は、上述した処理によって得た電圧位相及び目標電流から、目標電圧（目標出力）［Ｖ］を算出する（目標電圧算出手段）。目標電流は、各インバータ２２，３２における一相を流れる電流の目標値であり、バッテリ１１を充電するために要する電流値である。目標電流は、制御装置５０によって算出される。目標電圧は、インバータ２２，３２における一相の入力電流を、目標電流とし、電流と電圧が同相となるようにするためのものである。制御装置５０は、この目標電圧からスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３，Ｑ４，Ｑ１４のデューティ比を算出して、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３，Ｑ４，Ｑ１４をオン・オフ制御し、バッテリ１１の充電を行う。

次に、制御装置５０がバッテリ１１の充電中に行う制御について説明する。
上記したように、制御装置５０は、インバータ２２，３２における一相の電流が目標電流となるように制御を行うが、目標電流と、インバータ２２，３２における一相の入力電流（実測値）に差（振幅差）がでる場合がある。

この差を補正すべく、処理Ｍ３において、制御装置５０は電流センサ４１，４２によって測定されたインバータ２２，３２における一相の入力電流と、目標電流との差に基づいて出力補正項を算出する（出力補正項算出手段）。この出力補正項は、入力電流と目標電流との差が少なくなるように目標電圧を補正するための補正項である。

より具体的には、目標電圧の算出には目標電流のピークの値を使用し、出力補正項を算出するための入力電流との比較には、目標電流の振幅に電圧位相情報を掛け合わせた目標電流の瞬時値を使用する。そして、目標電流の瞬時値と入力電流を比較して、出力補正項を算出している。

処理Ｍ４において、制御装置５０は、目標電圧に出力補正項を加算（又は減算）することで、出力補正項によって補正された補正後目標電圧を算出する。そして、制御装置５０は、補正後目標電圧からスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３，Ｑ４，Ｑ１４のデューティ比を算出して、このデューティ比に従ってスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３，Ｑ４，Ｑ１４をオン・オフ制御し、入力電流と目標電流との差が少なくなるように制御を行っている。

ところで、バッテリ１１の充電中には、入力電流と入力電圧に位相差が生じることがあり、位相差が大きいと力率が悪化する。入力電流と入力電圧の位相差（以下、単に位相差という）を小さくするためには、位相差を算出する必要がある。位相差を算出すべく、処理Ｍ５〜処理Ｍ７において、制御装置５０は、出力補正項に基づいて位相差を算出している。

以下、位相差を算出する際に制御装置５０が行う制御について、車載装置１０の作用とともに説明する。
図４に示すように、入力電流の正負が切り替わるゼロクロス点ｔｚ５，ｔｚ６のうち、負が正に転じるゼロクロス点をｔｚ５とし、正が負に転じるゼロクロス点をｔｚ６とする。以下、ゼロクロス点ｔｚ５を基準として位相差を求める場合について説明するが、ゼロクロス点ｔｚ６を基準としても同様に位相差を求めることができる。

処理Ｍ３で算出された出力補正項のうち、入力電流のゼロクロス点ｔｚ５の負側（ゼロクロス点ｔｚ５より入力電流が遅れた位相）で算出された出力補正項を第１出力補正項とし、ゼロクロス点ｔｚ５の正側（ゼロクロス点ｔｚ５よりも入力電流が進んだ位相）で算出された出力補正項を第２出力補正項とする。

図２に示すように、処理Ｍ５において、制御装置５０は、第１出力補正項を取得する。図４に示すように、第１出力補正項は、ゼロクロス点ｔｚ５から、ゼロクロス点ｔｚ５よりも入力電流が１２度遅れた位相までの範囲Ａ１内で取得されることが好ましい。これは、ゼロクロス点付近では、電流の値が小さく、入力電流と目標電流との差（ずれ幅）が過剰に大きくなりにくいからである。

図２に示すように、処理Ｍ６において、制御装置５０は、第２出力補正項を取得する。図４に示すように、第２出力補正項は、ゼロクロス点ｔｚ５から、ゼロクロス点ｔｚ５よりも入力電流が３６度進んだ位相までの範囲Ａ２内で取得されることが好ましい。

図５には、目標電流が大きい場合の第１出力補正項と位相差との関係を線Ｌ１で示しており、線Ｌ１に比べて目標電流が小さい場合の第１出力補正項と位相差との関係を線Ｌ２で示している。以下の説明において、入力電流が入力電圧に対して位相が遅れている場合を位相の遅れ、入力電流が入力電圧に対して位相が進んでいる場合を位相の進みとし、位相が遅れている場合の位相差を−、位相が進んでいる場合の位相差を＋とする。

線Ｌ１及び線Ｌ２から把握できるように、第１出力補正項と位相差との関係をプロットすると、第１出力補正項と位相差には、相関関係が存在する。図５では、第１出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して遅れているほど小さく、入力電流が入力電圧に対して進んでいるほど大きくなっている。目標電流が小さい場合の第１出力補正項（線Ｌ２）は、目標電流が大きい場合の第１出力補正項（線Ｌ１）に比べて、大きな値となる。

線Ｌ１に示すように、目標電流が大きい場合、第１出力補正項と位相差には線形の相関関係が存在する。これに対し、線Ｌ２に示すように、目標電流が小さい場合には、線形の相関から外れてしまい、第１出力補正項と位相差との相関の度合いが小さくなることを本発明者らは見出した。具体的にいえば、目標電流が小さい場合であり、かつ、入力電流が入力電圧に対して遅れている場合、位相差の変化量に対する第１出力補正項の変化量が、入力電流が入力電圧に対して進んでいる場合に比べて小さくなる。すなわち、目標電流が小さい場合、入力電圧に対する入力電流の遅れに対して第１出力補正項が低下しにくい。

上記したように、目標電流の値によって、第１出力補正項と位相差との相関関係は変化する。このため、線Ｌ１に示す線形の相関関係から位相差を求めた場合、目標電流の値によっては、位相差に誤差が生じる場合がある。

図５には、第２出力補正項と位相差との関係を線Ｌ３で示している。また、第２出力補正項が０になるときの位相差を示す縦軸を線Ｌ１０で示している。線Ｌ３で示すように、図５では、第２出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して遅れているほど小さく、入力電流が入力電圧に対して進んでいるほど大きくなる。第２出力補正項は、第１出力補正項よりも小さい値である。第２出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して遅れている場合、常に負の値となる。第２出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して進んでいる場合、所定の位相差で正に転じる。第２出力補正項には、目標電流の値に関わらず、入力電流が入力電圧に対して遅れた場合に値が大きく変化する特徴がある。具体的にいえば、第２出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して遅れた場合には値が著しく小さくなる。本発明者らは、この特徴に着目し、第１出力補正項及び第２出力補正項に基づいて位相差を算出するようにした。

制御装置５０は、第１出力補正項に第２出力補正項を加算した加算補正項に基づいて位相差を求めている。本実施形態において、制御装置５０は、第２出力補正項が負の値の場合にのみ、第１出力補正項に第２出力補正項を加算する。すなわち、第２出力補正項が正の値の場合、加算補正項は、第１出力補正項と同一値となる。線Ｌ１０よりも低い位相差においては、第１出力補正項に第２出力補正項を加算した加算補正項に基づいて位相差が求められ、線Ｌ１０以上の位相差においては第１出力補正項に基づいて位相差が求められることになる。

図５には、目標電流が小さい場合の第１出力補正項に第２出力補正項を加算した加算補正項と位相差との関係を線Ｌ４で示している。前述したように、第１出力補正項と位相差の線形の相関関係が維持されないのは、目標電流が小さい場合であり、かつ、入力電流が入力電圧に対して遅れている場合に、第１出力補正項が低下しにくくなるからである。第１出力補正項に第２出力補正項を加算すると、負の値の分だけ第１出力補正項が低下した値となる。第２出力補正項は、入力電流が入力電圧に対して遅れている場合に著しく小さい値となるため、入力電流が入力電圧に対して遅れた場合には、加算補正項の値が小さくなる。これにより、加算補正項と位相差との線形の相関関係は、第１出力補正項と位相差との線形の相関関係に近付く。加算補正項は、目標電流の値に関わらず、位相差との相関性が改善された値となる。

なお、加算補正項は、第１出力補正項と第２出力補正項の中央値と捉えることもできるし、第１出力補正項の絶対値から第２出力補正項の絶対値を減算した値であると捉えることもできる。

図２に示すように、処理Ｍ７において、制御装置５０は、第１出力補正項に、第２出力補正項を加算した加算補正項を算出し、この加算補正項と位相差との相関関係から位相差を算出する。加算補正項と位相差とは、線形の相関関係を有しているため、この相関関係を予め制御装置５０のメモリにマップや計算式として保存しておくことで、加算補正項から位相差を算出することができる（位相差算出手段）。そして、算出された位相差が小さくなるように第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３と第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４をＰＷＭ制御することで、力率を改善することができる。具体的にいえば、加算補正項から算出された位相差から電圧位相を求め、入力電流と入力電圧の位相差が小さくなるように目標電圧（デューティ比）を算出することで、位相差を小さくすることができる。

したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）制御装置５０は、第１出力補正項と、第２出力補正項とに基づいて位相差を算出している。第２出力補正項は、目標電流の値に関わらず、位相が遅れた場合に値が大きく変化する特徴がある。この特徴を利用して、第１出力補正項と第２出力補正項の両方に基づいて位相差を算出することで、第１出力補正項のみに基づいて位相差を求めた場合に比べて、位相差の誤差を小さくすることができる。制御装置５０は、算出された位相差が小さくなるようにスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３，Ｑ４，Ｑ１４をＰＷＭ制御する。これにより、力率を改善することができる。

（２）第１出力補正項に第２出力補正項を加算することで得られた加算補正項と、位相差との相関関係から位相差を算出している。加算補正項は、目標電流の値に関わらず、位相差と線形の相関関係を有する。このため、位相差を算出しやすい。

（３）制御装置５０は、第２出力補正項の値が負の値の場合にのみ第１出力補正項に第２出力補正項を加算している。第２出力補正項が、正の値となる場合、位相は進んでいることになる。図５からも把握できるように、位相が進んでいる場合には、目標電流の値に関わらず、第１出力補正項と位相差との線形性が維持されている。第２出力補正項が正の値の場合にも、第２出力補正項を第１出力補正項に加算した場合、線形性が損なわれるおそれがある。第２出力補正項の値が負の値の場合にのみ加算を行うことで、加算補正項と位相差との線形の相関関係を維持しやすい。

（４）第２出力補正項は、ゼロクロス点ｔｚ５から、ゼロクロス点ｔｚ５よりも入力電流が３６度進んだ位相までの範囲Ａ２内で取得された出力補正項である。この範囲は、本発明者らが実験を行った結果、加算補正項と位相差との線形の相関関係が最も明確に現れた範囲である。したがって、第２出力補正項を上記した範囲内で取得することで、加算補正項と位相差との線形性を確保することができる。これにより、線形の相関関係から位相差を算出しやすい。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○制御装置５０は、第１出力補正項に係数を乗算した値と、第２出力補正項に係数を乗算した値とを加算した値に基づいて位相差を求めてもよい。上記した係数は、目標電流や、目標電圧に応じて変動する値である。例えば、目標電流が所定の閾値より大きい場合には、第１出力補正項の係数を１．２にし、第２出力補正項の係数を０．８にするなど、加算した値に占める第１出力補正項の割合が多くなるようにしてもよい。また、目標電流が所定の閾値以下の場合には、第１出力補正項の係数を０．８にし、第２出力補正項の係数を１．２にするなど、加算した値に占める第２出力補正項の割合が多くなるようにしてもよい。

なお、第１出力補正項及び第２出力補正項のうち、いずれか一方にのみ係数が乗算されるようにしてもよい。
○第１出力補正項と第２出力補正項とを加算した加算補正項を若干変動させた値に基づいて、位相差を求めてもよい。例えば、目標電流に応じて、加算補正項を補正し、補正後の加算補正項と位相差との相関関係から位相差を求めるようにしてもよい。

○制御装置５０は、第２出力補正項が正の値であっても、第１出力補正項に第２出力補正項を加算してもよい。この場合、正の値を加算することを加味した相関関係が制御装置５０のメモリに記憶される。

○中点電圧測定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２は、第１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ１１と第２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ１２の中点とバッテリ１１の負極との間に設けられていてもよい。また、中点電圧測定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２は、第５のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ１５の中点と第６のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ１６の中点とバッテリ１１の負極との間に設けられていてもよい。

○走行用インバータ２２又は荷役用インバータ３２のいずれか一方を用いてバッテリ１１を充電してもよい。
○バッテリフォークリフトのように２個の三相モータ（走行用モータ２１及び荷役用モータ３１）を備えた車両に限らず、１個の三相モータ（例えば、走行用モータ）を備えた一般の電気自動車の車載装置１０に適用してもよい。

○各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）やパワーバイポーラトランジスタを使用してもよい。
○走行用モータ２１のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１及び荷役用モータ３１のコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２の結線はデルタ結線に限らず、スター結線であってもよい。

○スコットトランス１３以外のトランスを用いても良い。
○トランスを介さず、各インバータ２２，３２に直接単相交流電力を入力してもよい。
○充電時にＰＷＭ制御される充電用の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子として、第３のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ１３及び第４のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ１４だけでなく、同時に第５のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ１５及び第６のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ１６をオン・オフ制御してもよい。

Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６…スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗、１０…車載装置、１１…バッテリ、２２…走行用インバータ（三相インバータ）、３２…荷役用インバータ（三相インバータ）、４１，４２…電流センサ、５０…制御装置。

Claims

三相モータとバッテリとの間に設けられた三相インバータと、
前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子の中点と前記バッテリの負極との間に接続された中点電圧測定用の抵抗と、
前記三相インバータにおけるいずれか一相に流れる入力電流を測定する電流センサと、
前記中点電圧測定用の抵抗によって測定される中点電圧及び前記電流センサによって検出される前記入力電流に基づいて前記三相インバータにおけるいずれか一相の入力電圧と前記入力電流の位相差を小さくしつつ、前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子をＰＷＭ制御して、外部の交流電源から入力される電力により前記バッテリを充電する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記中点電圧と、前記三相インバータにおけるいずれか一相に流す目標電流とに基づいて目標電圧を算出する目標電圧算出手段と、
前記目標電流と前記入力電流の差に基づいて前記目標電圧を補正する出力補正項を算出する出力補正項算出手段と、
前記目標電圧を前記出力補正項によって補正して補正後目標電圧を算出する補正後目標電圧算出手段と、
前記補正後目標電圧から前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子のデューティ比を算出して、このデューティ比に沿って前記三相インバータにおけるいずれか一相の上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子をオン・オフ制御するオン・オフ制御手段と、を有した車載装置であって、
前記制御装置は、
前記出力補正項に基づいて、前記入力電流と前記入力電圧の位相差を算出する位相差算出手段をさらに備え、
前記位相差算出手段は、前記出力補正項算出手段が前記出力補正項を算出するために用いた入力電流のうち、前記入力電流のゼロクロス点よりも前記入力電流が遅れた位相の範囲で第１出力補正項を取得するとともに、前記入力電流の前記ゼロクロス点よりも前記入力電流が進んだ位相の範囲で第２出力補正項を取得し、前記第１出力補正項と前記第２出力補正項とに基づいて前記入力電流と前記入力電圧の位相差を算出し、
前記目標電圧算出手段は、前記位相差と、前記三相インバータにおけるいずれか一相に流す目標電流とに基づいて前記位相差が小さくなるように前記目標電圧を更新することを特徴とする車載装置。
前記位相差算出手段は、前記第１出力補正項に前記第２出力補正項を加算することで得られた加算補正項に基づいて前記位相差を算出することを特徴とする請求項１に記載の車載装置。
前記位相差算出手段は、前記第２出力補正項が負の値の場合にのみ前記第１出力補正項に前記第２出力補正項を加算することを特徴とする請求項２に記載の車載装置。
前記位相差算出手段は、前記ゼロクロス点から当該ゼロクロス点よりも入力電流が１２度遅れた位相までの範囲内で前記第１出力補正項を取得し、前記ゼロクロス点から当該ゼロクロス点よりも３６度進んだ位相までの範囲内で前記第２出力補正項を取得することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の車載装置。