JP7035546B2 - 走行用のモータを有する自動車 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、走行用のモータを有する自動車に関する。本明細書の技術が対象とする自動車は、走行用のモータの他にエンジンなどの他の駆動源を備えていてもよい。また、本明細書の技術が対象とする自動車は、走行用のモータの電源として、バッテリ、燃料電池、キャパシタなど、いかなる電源を有していても良い。走行用のモータを駆動するための電力は、車外から供給されるものであってもよい。本明細書では、走行用モータを有する自動車を、説明の便宜上、電気自動車と総称することにする。

減速の直後に力強い加速を得るため、アクセルとブレーキを同時に操作する手法が知られている。エンジン車の場合、アクセルとブレーキを同時に操作すると、エンジントルクをブレーキで抑え込みながら減速する。ブレーキを解放すると、エンジントルクが一気に車輪に伝達されて力強い加速を素早く得ることができる。典型的には、サーキットにおけるコーナリングのときにそのような手法が使われる。

電気自動車でも、アクセルとブレーキを同時操作し、ブレーキを解放した直後に力強い加速が得られるとよい。特許文献１には、エンジンとモータを有するハイブリッド車において、アクセルブレーキ同時操作からブレーキを解放したときに力強い加速を得る技術が開示されている。特許文献１の技術は、アクセルとブレーキの同時操作時にハイブリッドシステムの出力を絞るＢＯＳ（Brake Override System）と呼ばれる制御において、モータの出力を低下させ、エンジンの回転数の目標値を維持する。

特開２０１３－１２１７５３号公報

特許文献１の技術は、アクセルブレーキ同時操作時にエンジンの回転数の目標値を維持するものであり、ブレーキが解放されたときにエンジンから素早く大きなトルクを得る技術である。走行用のモータについても、アクセルブレーキ同時操作後のブレーキ解放時に大きな出力トルクを良好に素早く得られる技術が望まれている。

本明細書が開示する技術は、電源の電力をモータの駆動電圧まで昇圧するコンバータを備える自動車（電気自動車）に着目する。特に、複数の昇圧コンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータを備える自動車に着目する。本明細書が開示する自動車は、多相コンバータと、コントローラを備えている。多相コンバータは、電源の電圧をモータの駆動電圧まで昇圧する複数の昇圧コンバータ回路を含んでおり、それら昇圧コンバータ回路は並列に接続されている。コントローラは、複数の昇圧コンバータ回路を制御する。コントローラは、ｎ個の昇圧コンバータ回路をデューティ比Ｄで１相ずつ順次駆動しているときにアクセルとブレーキが同時に操作されたことを検知すると、少なくとも２個の昇圧コンバータ回路を同時駆動する。さらに、コントローラは、駆動する昇圧コンバータ回路を切り換える間隔をアクセルとブレーキの同時操作前よりも長くするとともに、ｎ個の昇圧コンバータ回路へ供給する駆動信号のデューティ比を前記Ｄ（アクセルブレーキ同時操作前のデューティ比）よりも大きくする。

アクセルブレーキ同時操作からブレーキを解放したときにモータの出力トルクを素早く高めるには、多相コンバータの各昇圧コンバータ回路に供給する駆動信号のデューティ比を大きくすればよい。デューティ比を大きくすることで、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放されてモータの回転数が上昇していくとき、出力電圧を低下させずに大電流をモータに供給し続けることが可能となる。すなわち、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放されたときに大トルクを出力し続けることができるようになる。すなわち、力強い加速を与えることができるようになる。

一方、多相コンバータでは、並列に接続されているｎ個の昇圧コンバータ回路を、１制御周期の間に位相を３６０／ｎ度ずつずらして駆動する。すなわち、ｎ個の昇圧コンバータ回路を一定間隔で１相ずつ順番に駆動する。ｎ個の昇圧コンバータ回路を１相ずつ順次に駆動することで、電流リプルを抑え、効率を高めることができる。ｎ個の昇圧コンバータ回路を順次駆動する場合、駆動タイミングの間隔は、Ｔｓ／ｎとなる。ここで、記号Ｔｓは制御周期を表す。昇圧コンバータ回路に供給する駆動信号のデューティ比におけるオン時間がこの駆動間隔Ｔｓ／ｎに近づくと、特定の昇圧コンバータ回路のスイッチング素子のオフタイミングと、次に駆動する昇圧コンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングが重なるおそれが生じる。昇圧コンバータ回路のオンタイミングと別の昇圧コンバータ回路のオフタイミングが重なると、電流リプルや電圧サージが増えたり発熱量が増えたりして好ましくない。本明細書が開示する自動車では、アクセルブレーキ同時操作時に各昇圧コンバータ回路に供給する駆動信号のデュ―ティ比を高くする。デューティ比を高くすることで、ブレーキが解放されてモータの回転数が上昇するときに出力電圧の低下を抑え、モータに大電流を供給し続けることができる。即ち、ブレーキ解放後に大トルクを出力し続けることができるようになる。

同時に、本明細書が開示する自動車では、ｎ個の昇圧コンバータ回路のうち、少なくとも２個を同時駆動にして順次駆動の回数を減らし、１制御周期における順次駆動における駆動タイミングの間隔（別言すれば、駆動する昇圧コンバータ回路を切り換える間隔）を長くする。このことにより、デューティ比を大きくしても、一の昇圧コンバータ回路のスイッチング素子のオフタイミングと次に駆動される昇圧コンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングが重なることを防止する。スイッチング素子のオフタイミングと別のスイッチング素子のオンタイミングが重なることを防止しつつ、デューティ比を高めることで、アクセルブレーキ同時操作後のブレーキ解放時に大きな出力トルクを良好に素早く得られる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車の電力系のブロック図である。 多相コンバータの駆動モードの遷移図である。

図面を参照して実施例の電気自動車１００を説明する。図１に、電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車１００は、走行用のモータ３２を有している。

電気自動車１００は、モータ３２のほか、直流電源としての燃料電池２１及びバッテリ３４と、多相コンバータ２と、インバータ３１と、電力変換器３５を備えている。多相コンバータ２は、燃料電池２１の出力電圧を、モータ３２の駆動電圧まで昇圧してインバータ３１に供給する。電力変換器３５は、バッテリ３４の出力電力をモータ３２の駆動電圧まで昇圧してインバータ３１に供給する。インバータ３１は、多相コンバータ２及び電力変換器３５が出力した直流電力を交流電力に変換してモータ３２に供給する。

インバータ３１は、モータ３２が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電力変換器３５は、インバータ３１によって変換された直流電力を降圧してバッテリ３４へ供給する機能も有している。電力変換器３５は、いわゆる双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。電力変換器３５によって降圧された電力はバッテリ３４に蓄えられる。電力変換器３５は、燃料電池２１が出力する電力のうち、モータ３２の駆動に使われなかった余剰電力を降圧してバッテリ３４に蓄える場合もある。

多相コンバータ２は、４個の昇圧コンバータ回路１０ａ－１０ｄと、コンデンサ２２、２４と、電流センサ２３と、電圧センサ２５と、コントローラ１７を備えている。以下では、説明の便宜上、昇圧コンバータ回路１０ａ－１０ｄを、単純に、コンバータ回路１０ａ－１０ｄと称する。

４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄは、共通の入力端１２ａ、１２ｂと、共通の出力端１３ａ、１３ｂの間に並列に接続されている。４個のコンバータ回路１０ａ―１０ｄは、全て、入力される電力の電圧を昇圧して出力する機能を有している。すなわち、コンバータ回路１０ａ－１０ｄは、それぞれ、燃料電池２１の出力電圧を、モータ３２の駆動電圧まで昇圧する。コンバータ回路１０ａ－１０ｄは、全て、同じ構造を有している。

共通の入力端１２ａ、１２ｂの間にはコンデンサ２２が接続されており、共通の出力端１３ａ、１３ｂの間にはコンデンサ２４が接続されている。コンデンサ２２は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄに入力される電流を平滑化し、コンデンサ２４は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄから出力される電流を平滑化する。

コンバータ回路１０ａについて説明する。コンバータ回路１０ａは、スイッチング素子３ａと、ダイオード４ａ、６ａと、リアクトル５ａを備えている。リアクトル５ａの一端が入力端正極１２ａに接続されており、他端はダイオード６ａのアノードに接続されている。ダイオード６ａのカソードは出力端正極１３ａに接続されている。

コンバータ回路１０ａの入力端負極１２ｂと出力端負極１３ｂは直接に接続されている。リアクトル５ａとダイオード６ａの中間点と入力端負極１２ｂ（出力端負極１３ｂ）の間に、スイッチング素子３ａが接続されている。ダイオード４ａは、スイッチング素子３ａに対して逆並列に接続されている。

コンバータ回路１０ｂは、スイッチング素子３ｂと、ダイオード４ｂ、６ｂと、リアクトル５ｂを備えている。コンバータ回路１０ｃは、スイッチング素子３ｃと、ダイオード４ｃ、６ｃと、リアクトル５ｃを備えている。コンバータ回路１０ｄは、スイッチング素子３ｄと、ダイオード４ｄ、６ｄと、リアクトル５ｄを備えている。コンバータ回路１０ｂ－１０ｄの構造は、コンバータ回路１０ａの構造と同一である。

コンバータ回路１０ａ－１０ｄのスイッチング素子３ａ－３ｄは、トランジスタであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子３ａ－３ｄは、コントローラ１７によって制御される。コントローラ１７は、所定のデューティ比の駆動信号をスイッチング素子３ａ－３ｄに供給する。スイッチング素子３ａ－３ｄの夫々が駆動信号のデューティ比でオンオフすると、入力端１２ａ、１２ｂに印加されている燃料電池２１の電力の電圧が昇圧されて、出力端１３ａ、１３ｂから出力される。別言すれば、コンバータ回路１０ａ（１０ｂ－１０ｄ）は、デューティ比で制御される電力変換用のスイッチング素子３ａ（３ｂ－３ｄ）によって入力電圧を昇圧する。

コンバータ回路１０ａ－１０ｄは、同じ構造を有している。コントローラ１７は、同じデューティ比の駆動信号をスイッチング素子３ａ－３ｄの夫々に供給する。ただし、コントローラ１７は、タイミングを異ならせて、スイッチング素子３ａ－３ｄの夫々に駆動信号を供給する。コンバータ回路１０ａ－１０ｄは、タイミングは異なるが同じ動作をする。４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄが同じ動作をすることで、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄは、あたかもひとつのコンバータ回路のように動作する。多相コンバータ２は、燃料電池２１から供給される電流（多相コンバータ２への入力電流Ｉｆｄｃ）を計測する電流センサ２３と、昇圧後の電圧（多相コンバータ２の出力電圧ＶＨ）を計測する電圧センサ２５を備えており、夫々のセンサの計測値はコントローラ１７へ送られる。コントローラ１７は、センサからのデータなど、後述する上位コントローラ４０から送られる情報に基づいて、コンバータ回路１０ａ－１０ｄを制御する。

多相コンバータ２のコントローラ１７は、上位コントローラ４０から送られる情報に基づいて４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを制御する。上位コントローラ４０には、モード選択スイッチ４１、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４３が接続されており、それらのデバイスからの信号に基づいて多相コンバータ２のコントローラ１７に各種の情報を送る。上位コントローラ４０には、上記したデバイスのほか、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）なども接続されている。また、上位コントローラ４０は、多相コンバータ２だけでなく、燃料電池２１や電力変換器３５も制御する。上位コントローラ４０は、燃料電池２１の出力を制御することができる。

モード選択スイッチ４１は、運転席に備えられている。モード選択スイッチ４１は、車両の運動性能をスポーツモードと非スポーツモードに切り換えるスイッチである。スポーツモードは、きびきびした運動性能を実現するモードであり、非スポーツモードは、静粛性や電力消費量抑制を優先したモードである。実施例の電気自動車１００は、スポーツモードにおいて、運転者がアクセルペダル４２とブレーキペダル４３を同時操作してからブレーキペダル４３を解放したときに大きいトルクが出力できるようになっている。そのような運動特性は、多相コンバータ２の制御に起因する。以下では、スポーツモードと非スポーツモードの夫々における多相コンバータ２の制御について説明する。

なお、アクセルペダルとブレーキペダルが同時に操作される状況は、典型的には、サーキットのコーナリング時に起こり得る。コーナの入り口では、運転者は減速のためにブレーキペダルを操作する。一方、コーナの出口では、運転者は、ブレーキペダルを解放した瞬間に力強い加速を要求する。エンジン車では、アクセルペダルとブレーキペダルを同時に操作すると、エンジントルクをブレーキで抑えつつ減速する。ブレーキペダルを解放した瞬間にエンジントルクが一気に解き放たれて力強い加速が得られる。実施例の電気自動車１００は、多相コンバータ２の制御により、アクセルブレーキ同時操作からのブレーキ解放のときに大きなモータトルクが得られるようになっている。

図２を参照して、多相コンバータ２の制御について説明する。図２は、多相コンバータ２の駆動モードの遷移図である。以下では、コンバータ回路１０ａ－１０ｄを、「相」と表現する場合がある。また、コンバータ回路１０ａ－１０ｄの夫々を、第１コンバータ回路１０ａ、第２コンバータ回路１０ｂ、第３コンバータ回路１０ｃ、第４コンバータ回路１０ｄと称する場合がある。

非スポーツモードにおける多相コンバータ２の駆動モードは３種類ある。車両のメインスイッチ（ＩＧ：イグニッションスイッチとも呼ばれる）が入れられると、コントローラ１７は、まず、非スポーツモードの第１モード（Ｍ１）を選択する。第１モードは、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのうち、２相を駆動する駆動モードである。第１モードでは、コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄの中から２相を選択し、それらを１８０度の位相で順次に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、半制御周期（位相１８０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。第１コンバータ回路１０ａと第２コンバータ回路１０ｂには、同じデューティ比の駆動信号が供給される。

先に述べたように、燃料電池２１は、上位コントローラ４０によって制御される。多相コンバータ２のコントローラ１７は、電流センサ２３によって燃料電池２１の出力電流（多相コンバータ２への入力電流Ｉｆｄｃ）をモニタしている。非スポーツモードでは、コントローラ１７は、入力電流Ｉｆｄｃの大きさに応じて、駆動する相数を調整する。

入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えると、コントローラ１７は、多相コンバータ２の駆動モードを第１モード（Ｍ１）から第２モード（Ｍ２）に切り換える。第２モードでは、コントローラ１７は、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのうち、３相を駆動する。コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄの中から３相を選択し、それらを１２０度の位相で順次に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、１／３制御周期（位相１２０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。さらに、２／３制御周期（位相２４０度）のタイミングで第３コンバータ回路１０ｃに駆動信号を供給する。第１コンバータ回路１０ａと第２コンバータ回路１０ｂと第３コンバータ回路１０ｃには、同じデューティ比の駆動信号が供給される。１制御周期が経過したら、再び、第１コンバータ回路１０ａから順番に駆動する。

燃料電池２１の出力電流Ｉｆｄｃが第２電流閾値Ｉ２を超えると、コントローラ１７は、多相コンバータ２の駆動モードを第２モード（Ｍ２）から第３モード（Ｍ３）に切り換える。第３モード（Ｍ３）では、コントローラ１７は、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄの全てを駆動する。コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄを、９０度の位相で順次に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、１／４制御周期（位相９０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。さらに、１／２制御周期（位相１８０度）のタイミングで第３コンバータ回路１０ｃに駆動信号を供給し、３／４制御周期（位相２７０度）のタイミングで第４コンバータ回路１０ｄに駆動信号を供給する。コンバータ回路１０ａ－１０ｄには、同じデューティ比の駆動信号が供給される。１制御周期が経過したら、コントローラ１７は、再び、第１コンバータ回路１０ａから順番に駆動する。

コンバータ回路１０ａ－１０ｄの夫々は、入力電流が小さすぎるときよりも、入力電流が適切な範囲で効率がよい。コントローラ１７は、多相コンバータ２への入力電流Ｉｆｄｃが大きくなるにつれて駆動する相数を増やす。そうすることで、コンバータ回路１０ａ－１０ｄをなるべく効率の良い範囲で利用するとともに、コンバータ回路１０ａ－１０ｄの負荷が過大とならないようにする。

また、複数の相を、位相をずらして順次駆動するのは、第１コンバータ回路１０ａのスイッチング素子３ａのオフタイミングと、次に駆動する第２コンバータ回路１０ｂのスイッチング素子３ｂのオンタイミングが重ならないようにするためである。スイッチング素子３ａのオフタイミングとスイッチング素子３ｂのオンタイミングが重なると、電流リプルが重畳し、損失が大きくなる。

順次に駆動されるコンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングとオフタイミングが重ならないようにするために、コントローラ１７は、各コンバータ回路のスイッチング素子に与える駆動信号のデューティ比を制限する。コントローラ１７は、ｍ個のコンバータ回路を駆動するときの各相のスイッチング素子に与える駆動信号のデューティ比Ｄを、１００／ｍ［％］未満に制限する。これは、次の理由による。

今、コントローラ１７の１制御周期をＴｓ［ｓｅｃ］で表す。ｍ個のコンバータ回路を等間隔で順次に駆動するとき、駆動間隔はＴｓ／ｍ［ｓｅｃ］となる。一方、デューティ比１００［％］とは、１制御周期Ｔｓ［ｓｅｃ］を全てオンに割り当てることを意味する。１制御周期Ｔｓ［ｓｅｃ］を１００［％］としたとき、駆動間隔Ｔｓ／ｍ［ｓｅｃ］は、１００／ｍ［％］に相当する。従って、ｍ個のコンバータ回路を順次駆動する際のデューティ比を１００／ｍ［％］未満に制限することによって、一のコンバータ回路のスイッチング素子のオフタイミングと次に駆動するコンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングが重なることを回避できる。

なお、コントローラ１７は、第３モードで３相駆動しているときに、入力電流Ｉｆｄｃが第３電流閾値Ｉ３を下回ったら駆動モードを第３モードから第２モードに変更する。コントローラ１７は、第２モードで２相駆動しているときに、入力電流Ｉｆｄｃが第４電流閾値Ｉ４を下回ったら駆動モードを第２モードから第１モードに変更する。第１モードから第２モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第１電流閾値Ｉ１）と、第２モードから第１モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第４電流閾値Ｉ４）が相違するのは、モード切り換えのハンチングを防止するためである。第２モードから第３モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第２電流閾値Ｉ２）と、第３モードから第２モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第３電流閾値）が相違するのも、モード切り換えのハンチングを防止するためである。

先に述べたように、非スポーツモードとスポーツモードの切り替えは、運転者のモード選択スイッチ４１の操作による。モード選択スイッチ４１の操作結果は、上位コントローラ４０を介してコントローラ１７に伝達される。モード選択スイッチ４１においてスポーツモードが選択されると、コントローラ１７は、多相コンバータ２の駆動モードが第１－第３モードのいずれにあっても、第４モード（Ｍ４）に切り換える。

第４モード（Ｍ４）は、入力電流Ｉｆｄｃの大きさに関わらずに、常に４相を位相９０度で順次に駆動するモードである。入力電流Ｉｆｄｃの大きさに関わらずに、常に４相を駆動しているので、運転者がアクセルペダル４２を急に踏み込んでも多相コンバータ２は素早く大電流を供給することが可能になる。即ち、スポーツモードでは、運転者のアクセルワークに対する出力トルクのレスポンスが良くなる。

なお、運転者がモード選択スイッチ４１をスポーツモードから非スポーツモードに切り替えると、コントローラ１７は、そのときの入力電流Ｉｆｄｃの大きさに応じて、第１モード（Ｍ１）から第３モード（Ｍ３）のいずれかを選択して実行する。

第４モードにおいては、コントローラ１７は、各相に与える駆動信号のデューティ比Ｄを、２５［％］未満に制限する。第４モードでは４相駆動なので、デューティ比Ｄが１００／４＝２５［％］未満であると、特定のコンバータ回路のスイッチング素子のオフタイミングと次に駆動するコンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングが重ならない。

図２の「スポーツモード」を示す破線内の英字「Ａ」はアクセルを意味しており、英字「Ｂ」はブレーキを意味している。また、「ＡＢ操作」は、アクセルペダル４２とブレーキペダル４３が同時に操作されたことを意味している。

コントローラ１７は、上位コントローラ４０からアクセルペダル４２とブレーキペダル４３の操作情報を取得し、アクセルペダル４２とブレーキペダル４３が同時に操作されると第４モード（Ｍ４）から第５モード（Ｍ５）又は第６モード（Ｍ６）に移行する。

アクセルペダル４２とブレーキペダル４３が同時に操作されたとき、入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えていたら、コントローラ１７は、駆動モードを第５モード（Ｍ５）に切り換える。一方、入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１以下であったら、コントローラ１７は、駆動モードを第６モード（Ｍ６）に切り換える。以下では、説明の便宜上、アクセルペダル４２とブレーキペダル４３が同時に操作されることを、「アクセルブレーキ同時操作」と表現する。

第５モード（Ｍ５）について説明する。第５モードでは、コントローラ１７は、第１コンバータ回路１０ａと第２コンバータ回路１０ｂを同時に駆動し、第３コンバータ回路１０ｃと第４コンバータ回路１０ｄを同時に駆動する。ただし、コントローラ１７は、第１／第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂの駆動タイミングに対して、第３／第４コンバータ回路１０ｃ、１０ｄの駆動タイミングの位相を１８０度ずらす。さらに、コントローラ１７は、各相に供給する駆動信号のデューティ比を、第４モードのときのデューティ比（２５％未満）よりも高く、かつ、５０［％］未満に設定する。さらに、コントローラ１７は、多相コンバータ２の出力電圧ＶＨを、アクセルペダル４２の操作量に関わらずに、上限値に保持する（ＶＨ固定）。また、コントローラ１７は、スイッチング素子への駆動信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆｃをｆ１［ｋＨｚ］に固定する。

まず、デューティ比を第４モードのときよりも高めるとともに、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを、２相ずつ、１８０度の位相差で駆動する処理について述べる。先に述べたように、第４モードでは、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを、９０度の位相差で１相ずつ順次に駆動する。このときのデューティ比Ｄの上限は２５［％］である。これは、一のコンバータ回路のスイッチング素子のオフタイミングと次のコンバータ回路のスイッチング素子のオンタイミングが重ならないための条件であった。第５モードでは、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを２相ずつ、１８０度の位相差で駆動するので、スイッチング素子のタイミングが重ならないためのデューティ比の上限値は５０［％］となる。第５モードでは、４相のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを２相ずつ、１８０度の位相差で駆動することによって、デューティ比を２５［％］よりも高めても、リプルが大きくならず、損失が大きくならない。そして、アクセルブレーキ同時操作時はデューティ比を第４モード時のデューティ比よりも高めているので、ブレーキが解放されたときに素早く大トルクを出力することができる。デューティ比は、第４モードのときよりも高くするが、スイッチング素子のオフタイミングと別のスイッチング素子のオンタイミングが重ならないように、５０［％］未満に制限する。

コンバータ回路１０ａと１０ｂ（１０ｃと１０ｄ）は同時にスイッチング素子がオンオフするのでリプルが大きくなる。ただし、１個のスイッチング素子のオフタイミングと別のスイッチング素子のオンタイミングが重なるときのリプルの増大よりも、２個のスイッチング素子が同時にオン（オフ）するときのリプルの増大の方が小さい。

なお、図２に示すように、アクセルブレーキ同時操作の間は、多相コンバータ２は第５モードで駆動されるがブレーキが解放されると第４モードに遷移する。図２では示されていないが、第５モードから第４モードに遷移する場合には、第４モードに切り替える前に所定時間の待ち時間が設けてある。それゆえ、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放された後しばらくは第５モードが維持され（即ち、２５［％］以上のデューティ比が維持され）、素早く大きなモータトルクが出力され得る。

次に、第５モードにおいて、多相コンバータ２の出力電圧ＶＨを、アクセルペダル４２の操作量に関わらずに、上限値に保持することの利点を述べる。アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放されるとモータ３２の回転数が急激に上昇する。そうすると、モータ３２に流れる電流が急増する。すなわち、多相コンバータ２からインバータ３１へ流れる電流が急増する。多相コンバータ２からの出力電流が急増するので、多相コンバータ２の出力電圧が低下し易くなる。そこで、多相コンバータ２のコントローラ１７は、多相コンバータ２の出力電圧ＶＨを上限値に保持するようにデューティ比を調整する。コントローラ１７は、出力電圧ＶＨが低下し始めたらデューティ比を高め、出力電圧ＶＨの低下を抑える。出力電圧ＶＨを上限値に保持するようにデューティ比を調整することによって、アクセルブレーキ同時操作からブレーキ解放後に出力電流が増えても出力電圧ＶＨの低下が抑えられる。その結果、モータ３２の出力トルクが低下せず、大きい出力トルクが継続する。

第５モードにおいて、コントローラ１７は、スイッチング素子への駆動信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆｃをｆ１［ｋＨｚ］に固定する。なお、後述するように、アクセルブレーキ同時操作が検知されたときに入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１以下の場合は、キャリア周波数ｆｃはｆ２［ｋＨｚ］に設定される。ここで、周波数ｆ１は、周波数ｆ２よりも大きい値に設定されている。即ち、コントローラ１７は、アクセルブレーキ同時操作が検知されたとき、入力電流Ｉｆｄｃが高い場合（第５モード）のキャリア周波数（ｆｃ＝ｆ１［ｋＨｚ］）を、低い場合（第６モード）のキャリア周波数（ｆｃ＝ｆ２［ｋＨｚ］）よりも高くする。入力電流Ｉｆｄｃが大きいときにキャリア周波数を高めることによって、次の３点の利点が得られる。

第一に、キャリア周波数を高くすることで、コンデンサ２２、２４の発熱が抑えられる。第二に、キャリア周波数を高くすることで、制御の応答性が高まる。第三に、キャリア周波数を高くすることで、リアクトル５ａ－５ｄの損失（鉄損）を抑制できる。

次に、第６モード（Ｍ６）について説明する。第６モードでは、コントローラ１７は、２相のコンバータ回路（例えば、第１、第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂ）を、１８０度の位相差で交互に駆動する。各相に供給するデューティ比は、５０［％］未満に制限する。さらに、コントローラ１７は、多相コンバータ２の出力電圧ＶＨを、アクセルペダル４２の操作量に関わらずに、上限値に保持する（ＶＨ固定）。また、コントローラ１７は、スイッチング素子への駆動信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆｃをｆ２［ｋＨｚ］に固定する（ｆ２＜ｆ１）。

出力電流Ｉｆｄｃが低い場合には、多相コンバータ２の損失は、スイッチング損失よりも、リアクトル５ａ－５ｄの鉄損の影響が大きくなる。そこで、入力電流Ｉｆｄｃが低い場合には、コントローラ１７は、アクセルブレーキ同時操作においても、駆動相数を４相から２相に減らし、リアクトル５ａ－５ｄの鉄損を抑制する。一方、コントローラ１７は、アクセルペダル４２の操作量に関わらずに、多相コンバータ２の出力電圧ＶＨを上限値に保持する。そうすることで、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放されてモータ３２の回転数が上昇したときに、所定のトルクが継続して出力されるようにする。

なお、図２に示すように、アクセルブレーキ同時操作の間は、多相コンバータ２は第６モードで駆動されるがブレーキが解放されると第４モードに遷移する。図２では示されていないが、第６モードから第４モードに遷移する場合には、第４モードに切り替える前に所定時間の待ち時間が設けてある。それゆえ、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放された後しばらくは第４モードが維持され、所定のトルクが継続して出力され得る。

アクセルブレーキ同時操作中であって駆動モードが第５モード（Ｍ５）の間に入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１以下となった場合は、コントローラ１７は、駆動モードを第６モード（Ｍ６）に変更する。また、アクセルブレーキ同時操作中であって駆動モードが第６モード（Ｍ６）の間に入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えた場合は、コントローラ１７は、駆動モードを第６モード（Ｍ６）に変更する。

以上の通り、実施例の電気自動車１００は、多相コンバータ２への入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えており多相コンバータ２の駆動モードが第４モードのときにアクセルブレーキ同時操作が検知されると、コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄを２相ずつ、１８０度の位相差で駆動する第５モードに遷移する。コントローラ１７は、第４モードではデューティ比が２５［％］未満に制限するが、第５モードに遷移したら、コントローラ１７はデューティ比を２５［％］を超える値に変更する。第５モードで多相コンバータ２を駆動することで、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放されたときに大きいモータトルクを出力することができる。

上記で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、４個のコンバータ回路を有する多相コンバータに限定されない。例えば、２個のコンバータ回路を有する多相コンバータの場合を説明する。多相コンバータのコントローラは、スポーツモードが選択されると、２個のコンバータ回路を１８０度の位相差で交互に駆動する。コントローラは、それぞれのコンバータ回路に供給する駆動信号のデューティ比を５０［％］未満に制限する。その状態でアクセルブレーキ同時操作が検知されると、コントローラは、２相を同時に制御する。コントローラは、コンバータ回路に供給する駆動信号のデューティ比を、アクセルブレーキ同時操作を検知する前のデューティ比よりも高くする。また、コントローラは、アクセルの操作量に関わらずに、多相コンバータの出力電圧を上限値に固定する。そうすることで、アクセルブレーキ同時操作からブレーキが解放された後、大きいトルクを継続して出力することができる。

多相コンバータがｎ個のコンバータ回路を有している場合について述べる。なお、ｎ個のコンバータ回路は、同じ構造を有しており、所定のデューティ比の駆動信号でオンオフするスイッチング素子の動作で入力電圧を昇圧する回路である。多相コンバータのコントローラは、ｎ個のコンバータ回路をデューティ比Ｄで１相ずつ順次駆動しているときにアクセルとブレーキが同時に操作されたことを検知すると、少なくとも２個の昇圧コンバータ回路を同時駆動し、コンバータ回路の駆動タイミングの間隔をアクセルとブレーキの同時操作前よりも長くする。さらに、コントローラは、コンバータ回路へ供給する駆動信号のデューティ比を上記Ｄ（即ち、アクセルブレーキ同時操作の検知前）よりも大きくする。

ｎ個のコンバータ回路を有する多相コンバータのコントローラの制御を別言すると次の通りである。コントローラは、ｎ個のコンバータ回路に対して、デューティ比Ｄ１の駆動信号を、位相を３６０度／ｎずつずらして供給しているときにアクセルとブレーキが同時に操作されたことを検知すると、ｎ個のコンバータ回路に対してＤ１よりも大きいデューティ比の駆動信号を供給するとともに、少なくとも２個のコンバータ回路を同時駆動する。コントローラは、残りのコンバータ回路を、位相を３６０度／ｎよりも大きくずらして駆動する。

特に、数値ｎが偶数の場合、コントローラは、次の処理を行うとよい。コントローラは、偶数のｎ個のコンバータ回路に対して、位相を３６０度／ｎずつずらしてデューティ比Ｄ１の駆動信号を供給しているときにアクセルとブレーキが同時に操作されたことを検知すると、２個ずつのｎ／２組の昇圧コンバータ回路に対して、位相を１８０度／ｎずつずらしてＤ１よりも大きいデューティ比の駆動信号を供給する。

その他の留意点を述べる。コントローラは、アクセルブレーキが同時に操作されている間、直流電源（燃料電池２１）の出力電流が所定の閾値よりも高い場合は低い場合よりもキャリア周波数を高くするとよい。

コントローラは、スポーツモードが選択されている間は、バッテリ３４の残充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を５０［％］以下に抑える。スポーツモードでは、運転者のアクセルブレーキワークが頻繁になる傾向がある。このことは、スポーツモードでは、回生電力が非スポーツモードのときよりも多く発生する可能性があることを意味する。バッテリ３４の残充電量を５０［％］以下に保つことで、頻繁に発生する回生電力を常に充電できるようにしておくことができる。

本明細書が開示する技術は、走行用のモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車に適用することもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：多相コンバータ
３ａ－３ｄ：スイッチング素子
４ａ－４ｄ、６ａ－６ｄ：ダイオード
５ａ－５ｄ：リアクトル
１０ａ－１０ｄ：昇圧コンバータ回路（コンバータ回路）
１７：コントローラ
２１：燃料電池
２２、２４：コンデンサ
２３：電流センサ
２５：電圧センサ
３１：インバータ
３２：モータ
３４：バッテリ
３５：電力変換器
４０：上位コントローラ
４１：モード選択スイッチ
４２：アクセルペダル
４３：ブレーキペダル
１００：電気自動車

Claims (1)

1. 走行用のモータを有する自動車であり、
   電源の電圧を前記モータの駆動電圧まで昇圧する複数の昇圧コンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータと、
   複数の前記昇圧コンバータ回路を制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、ｎ個の前記昇圧コンバータ回路をデューティ比Ｄで１相ずつ順次駆動しているときにアクセルとブレーキが同時に操作されたことを検知すると、少なくとも２個の前記昇圧コンバータ回路を同時駆動し、駆動する前記昇圧コンバータ回路を切り換える間隔をアクセルとブレーキの同時操作前よりも長くするとともに、前記昇圧コンバータ回路へ供給する駆動信号のデューティ比を前記Ｄよりも大きくする、自動車。

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