JPWO2011004487A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

電力損失を生じる装置が複数存在する場合に、システム全体の電力損失を抑制しながらモーターを駆動することを可能とする。モーター（１５）に接続されたインバーター（１４）、燃料電池（１０）とインバーター（１４）との間に接続され、燃料電池（１０）の出力電圧Ｖｆｃを設定する第１コンバーター（１１）、蓄電装置（１３）とインバーター（１４）との間に接続され、インバーター（１４）の入力電圧Ｖｉｎを設定する第２コンバーター（１２）、第１コンバーター（１１）および第２コンバーター（１２）を制御する制御装置（２０）を備える。モーター（１５）に要求される動作条件（トルク、回転数）において、モーター（１５）、第１コンバーター（１１）、第２コンバーター（１２）、およびインバーター（１４）の少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定し、インバーターの必要電圧Ｖｉｎとして出力する。

Description

本発明は車両に搭載される燃料電池システムに関し、特に、車両を駆動するモーターに燃料電池とバッテリーとから電力を供給する、ハイブリッド型の燃料電池システムに関する。
燃料電池システムが搭載される車両（以下「燃料電池車」という。）では、燃料電池および蓄電装置からモーターに電力を供給するために複数の電力装置が用いられる。ＤＣ−ＤＣコンバーターは、燃料電池とインバーター間の電圧を変換する電力装置である。インバーターは、直流入力電圧を交流電圧に変換してモーターに供給する電力装置である。また蓄電装置とインバーター間に、もう一つのＤＣ−ＤＣコンバーターを設けるシステムも存在する。このような燃料電池車では、モーターを含む電力装置において電力損失が生じることから、この電力損失を抑制することが望まれている。
例えば、特開２００５−３４８５３０号公報には、燃料電池の出力電圧値を蓄電装置の回路電圧の最大値と最小値との間の範囲内に設定することで、電圧変換動作の実行頻度を低減し、もって電力損失の増大を抑制する発明が開示されていた。
特開２００５−３４８５３０号公報
しかしながら、燃料電池車ではモーターを駆動するためのインバーターおよびモーター等においても電力損失を生じる。上記特許文献１では、インバーターおよびモーター等における電力損失までは考慮されていなかった。
電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合には、それら複数の構成要素における電力損失を最低にするように燃料電池システムが制御されなければならないのである。
そこで、上記課題を解決するために、本願発明の好ましい態様では、電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合に、システム全体の電力損失を抑制しながらモーターを駆動することを可能とする燃料電池システムおよびモーター駆動方法を提供する。
上記課題を解決する燃料電池システムの一態様は、モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定し、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力することを特徴とする。
上記課題を解決する燃料電池システムの一態様は、モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定する最低損失電圧決定手段と、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力する必要電圧出力手段と、を備えたことを特徴とする。
上記課題を解決するモーター駆動方法の一態様は、モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムのためのモーター駆動方法であって、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定するステップと、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力するステップと、を備えたことを特徴とする。
燃料電池車においてモーターには要求される動作条件（例えば、実施形態ではモーターのトルクや回転数）が定まる。モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターのそれぞれについては、このモーターの動作条件に対応して電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を予め実験等により定めておくことが可能である。かかる発明によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定され、その電圧がインバーターの必要電圧とされるので、システムとしての電力損失を抑制したモーター駆動が可能となる。
なお、電力損失は総ての電力装置（モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーター）について求めておくことが好ましいが、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターはその通過電力等に応じて電力損失量が異なる場合がある。このような場合には、電力損失量が特に大きな１つまたは２つの電力装置ついて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を定めたとしても、その電力損失量の低減が大きく作用するため、システム全体として電力損失量を削減することができる。
また、燃料電池システムの一態様として、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が、モーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧より小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力することは好ましい。
同様に、燃料電池システムの一態様として、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が、モーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧より小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力する下限設定手段、をさらに備えることは好ましい。
同様に、モーター駆動方法の一態様として、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧より小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力するステップ、をさらに備えることは好ましい。
モーターには、安定した駆動を維持するために必要な最低限の必要電圧が存在する。かかる構成によれば、上記電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を下回っていた場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を代わりにインバーターの必要電圧として出力するので、トルクが必要以上に制限されることがなく、モーターの動作状態を安定に維持することができる。
本発明は、所望により以下のような要素を選択的に付加することが可能である。
（１）モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つについて、モーターの動作条件に対して変化する、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーター等の電力装置の少なくとも１つについて、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
なお、関係テーブルは、電力装置ごとに設けてもよいが、複数の電圧交換器に対して一つの関係テーブルを設けてもよい。このような関係テーブルは、対象となる電力装置の合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの動作条件に応じて記録されたものとなる。
（２）モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするようなインバーターの入力電圧が決定されるので、システム全体で最も電力損失の少ない状態でモーターを駆動することが可能である。
なお、合計した電力損失は、それぞれの電力装置の電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を求め、求められたインバーターの入力電圧に基づいて定めるようにすることが可能である。例えば、各電力装置において電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を相互に比較し、最も高い電圧、または、最も低い電圧をインバーターの必要電圧とすることができる。また、各電力装置において電圧損失を最低にするインバーターの入力電圧の平均値を求めたり、電力損失量に応じた加重平均等の演算をしたりして、インバーターの必要電圧を決定してもよい。
（３）モーターの動作条件に対して変化する、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの総てについて、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
なお、関係テーブルは、電力装置総ての合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの動作条件に応じて記録されたものとなる。
（４）モーターの動作条件に対して変化する、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、インバーターの必要電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、モーターの動作条件に応じてモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧が予め測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じたモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
（５）モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にし、かつ、モーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧以上とするインバーターの入力電圧を決定し、インバーターの必要電圧として出力するように構成してもよい。
かかる構成によれば、モーターの要求される動作条件が定められた場合に、それに対応して電力装置の電力損失を最低にし、かつ、モーターの必要電圧以上である一つのインバーターの入力電圧が決定される。よって、一回の演算または判定処理でインバーターの必要電圧を出力することが可能である。
（６）モーターの動作条件に対して変化する、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にし、かつ、モーターの必要電圧以上とするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、インバーターの必要電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、総ての電力装置について、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定されるとともに、その最低電力損失を示すインバーターの入力電圧がモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧以上となるよう下限処理されて、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて、一義的にインバーターの必要電圧を定められるようになり、判定処理が著しく容易である。
なお、関係テーブルは、モーターの動作条件に応じて、電力装置総ての合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧以上となるよう下限処理されて記録されたものとなる。
（７）第２コンバーターにインバーターと並列に接続された補機インバーターを更に備え、モーターに要求される動作条件における、補機インバーターの電力損失も加えて、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、さらに補機インバーターについても電力損失を最低にするようにインバーターの入力電圧が決定されるので、補機インバーターも含めた総合的な電力損失を抑制することが可能である。
かかる発明によれば、電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合であっても、電力損失を総合的に抑制しながらモーターを駆動することが可能とされる。
本実施形態１に係るＦＣＨＶシステムのシステム構成図。 本実施形態１に係るモーター駆動制御を行う機能ブロック図。 モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、第１コンバーター１１の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ１の関係図。 モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、第２コンバーター１２の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ２の関係図。 モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、インバーター１４の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ３の関係図。 モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）と、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計最低電力損失との関係図。 モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）とモーター必要電圧Ｖminとの関係図。 本実施形態１に係るモーター駆動制御のフローチャート。 本実施形態２に係る、モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）とモーター駆動電圧Ｖｄとの関係図。 本実施形態２に係るモーター駆動制御のフローチャート。
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な特性等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの特性が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（実施形態１）
本実施形態１は、個々の電力装置に対応させて、最低電力損失を求めるための関係テーブルを保持する態様に関する。
（システム構成）
図１は、本実施形態１に係る車両に搭載された燃料電池システム１００のブロック図である。このような車両は、ハイブリッド形燃料電池車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）である。
燃料電池システム１００は、燃料電池１０、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、バッテリー１３、インバーター１４、モーター１５、補機インバーター１８、および制御装置２０を備えて構成されている。
燃料電池１０は、複数の単位セルを直列に積層して構成される発電手段である。単位セルは、高分子電解質膜等のイオン交換膜をアノード極およびカソード極で狭み込んだ膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）をセパレータで挟み込んだ構造を有している。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。各単位セルのアノード極には、セパレータを介して、図示しない燃料ガス供給系から燃料ガス（例えば水素ガス）が供給されるようになっている。各単位セルのカソード極には、セパレータを介して、図示しない酸化ガス供給系から酸化ガス（例えば空気）が供給されるようになっている。セパレータには、冷却液の流路が形成されており、図示しない冷却液供給系から、冷却液が供給されるようになっている。燃料電池１０においては、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じ、燃料電池１０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
複数の単位セルが直列接続されることにより、燃料電池１０は出力端子に出力電圧Ｖｆｃを出力するようになっている。燃料電池１０は、所定の電流−電圧出力特性を有しており、出力電圧Ｖｆｃの変化に対応して、出力電流および出力電力が変化するようになっている。
第１コンバーター１１は、電力装置の一つであり、ＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第１コンバーター１１は、三相運転方式が用いられている場合には、例えば三相ブリッジ形コンバーター等の回路構成を備えている。三相ブリッジ形コンバーターは、リアクトル、整流用のダイオード、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなるスイッチング素子を備えている。これらの素子を組み合わせることにより、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ−類似の回路部分と、その交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する部分とが形成される。なお、第１コンバーター１１の回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
第１コンバーター１１は、一次側に燃料電池１０の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。第１コンバーター１１は、制御装置２０からのコマンドＣＶｆｃに従って、一次側の端子電圧（燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃ）を制御するように構成されている。すなわち、この第１コンバーター１１により、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが目標出力に応じた電圧（すなわち、目標出力電圧Ｖｆｃ）となるように制御される。また第１コンバーター１１は、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃとインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎとを整合させるように電圧を変換するように構成されている。
バッテリー１３は、蓄電装置であり、燃料電池１０で発電された電力のうち、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速または減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリー１３としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。バッテリー１３の出力電圧Ｖｂａｔが、第２コンバーター１２の入力電圧となる。
第２コンバーター１２は、電力装置の一つであり、第１コンバーター１１と同様のＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第２コンバーター１２は、一次側にバッテリー１３の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。第２コンバーター１２は、制御装置２０からのコマンドＣＶｉｎに従って、二次側の端子電圧（インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎ）を制御するように構成されている。例えば、モーター１５の要求電力が急激に変化した場合（以下では、増加した場合を想定）、第２コンバーター１２は、設定された目標入力電圧となるまでインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを制御する。また、第１コンバーター１１が設定された目標出力電圧となるまで、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃを制御する。なお、第２コンバーター１２の回路構成は、インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
インバーター１４は、電力の一つであり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換してモーター１５に供給するように構成されている。インバーター１４の回路構成は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭ回路を備えている。インバーター１４は、第２コンバーター１２によって制御される入力電圧Ｖｉｎに対応した三相交流の駆動電圧Ｖｄをモーター１５に供給するように構成されている。
モーター１５は、電力装置（負荷装置）の一つであり、車両走行用のトラクションモータであり、駆動電力が供給される場合には本車両に推進力を与え、減速された場合には回生電力を発生するようになっている。ディファレンシャル１６は、減速装置であり、モーター１５の高速回転を所定の比率で減速し、タイヤ１７が設けられたシャフトを回転させるように構成されている。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、車両の車速を検知可能になっている。
補機インバーター１８は、電力装置の一つであり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換して高電圧補機１９に供給するように構成されている。補機インバーター１８の回路構成は、上記インバーター１４と同じである。補機インバーター１８は、制御装置２０からのコマンドＣＶｄ２に従って、所定の駆動電圧Ｖｄ２（実効値）を有する三相交流電流を高電圧補機１９に供給するように構成されている。なお、高電圧補機１９は、負荷装置（電力装置）の一つであり、本燃料電池システム１００を機能させるための、図示しない加湿器、エアーコンプレッサー、水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等の総称である。
制御装置２０は、燃料電池システム１００を制御するコンピュータシステムであり、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。制御装置２０は、各種のセンサ群２１からの信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力し、制御に必要な各種演算を実施するようになっている。例えば、制御装置２０は、システムの要求電力を演算する。システムの要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。車両走行電力は、モーター１５に供給される電力である。補機電力には、車載補機類で消費される電力、車両走行に必要な装置で消費される電力、乗員空間内に配設される装置で消費される電力などが含まれる。車載補機類とは、例えば、加湿器、エアーコンプレッサー、水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等である。車両走行に必要な装置とは、例えば、変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等である。乗員空間内に配設される装置とは、例えば、空調装置、照明器具、及びオーディオ等である。
システムの要求電力が求められると、制御装置２０は、燃料電池１０とバッテリー１３とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、それぞれの要求電力に応じた発電指令値を演算する。そして、求められた燃料電池１０の要求電力が得られるように、第１コンバーター１１にコマンドＣＶｆｃを出力して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃを制御する。また、求められたバッテリー１３の要求電力が取り出せるように、第２コンバーター１２にコマンドＣＶｉｎを出力して、インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを制御する。そして、制御装置２０は、アクセル開度に応じた目標トルクＴおよび目標回転数Ｎが得られるように、インバーター１４にコマンドＣＶｄを出力して、所望の駆動電圧Ｖｄを出力させ、モーター１５のトルクおよび回転数を制御する。
（機能ブロック）
制御装置２０は、上記インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを演算するに際し、本発明に係るモーター駆動方法を実行可能になっている。すなわち、モーター１５に要求される動作条件（すなわち、目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を決定し、インバーターの必要電圧Ｖｉｎとして指令するよう機能する。具体的は以下の機能ブロックで実現される。
図２に、制御装置２０において、機能的に実現されるモーター駆動制御を行うための機能ブロック図を示す。図２に示すように、本発明に係るモーター駆動制御は、最低損失電圧決定手段２０１、必要電圧出力手段２０２、下限設定手段２０３、最低損失電圧関係テーブル２０４、およびモーター必要電圧関係テーブル２０５を備えている。
最低損失電圧決定手段２０１は、モーター１５に要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定する機能ブロックである。この際、最低損失電圧決定手段２０１は、モーター１５の動作条件に対して変化する、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照する。
必要電圧出力手段２０２は、決定された電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧ＶｉｎとしてコマンドＣＶｉｎの形式で出力する機能ブロックである。
下限設定手段２０３は、上記決定に際し、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーター１５に要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとして出力する機能ブロックである。この際、下限設定手段２０３は、モーター１５の動作条件に対して変化する、モーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminがマッピングされたモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。下限設定手段２０３は、モーター１５に要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）における電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、このモーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとして出力する。すなわち、最低損失電圧Ｖlossに対し、モーター１５の必要電圧Ｖminを下限とするリミッターを掛けるのである。以下、モーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧を「下限電圧」と称する場合もある。
（動作）
次に図８のフローチャートを参照しながら、上記機能ブロックで実現される本実施形態１のモーター駆動方法を説明する。
ステップＳ１０において、制御装置２０は、まず、センサ群２１から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力する。そして、システムの要求電力、および、モーター１５に要求される動作条件である目標トルクＴおよび目標回転数Ｎを演算する。
次いでステップＳ１１に移行し、制御装置２０は、上記演算の結果、モーター１５の動作点、すなわち目標トルクＴまたは目標回転数Ｎが変更されたか否かを判定する。判定の結果、モーター１５の動作点が変更されていたら（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行し、制御装置２０の最低損失電圧決定手段２０１は、最低損失電圧関係テーブル２０４を参照する。最低損失電圧関係テーブル２０４には、各電電力装置（モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４）のそれぞれについて、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーター１５の動作条件に応じてマッピングされている。
図３は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、第１コンバーター１１の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ１の関係図である。図３に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、第１コンバーター１１の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ１）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ１ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ１ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ１ｃが特定される。
図４は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、第２コンバーター１２の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ２の関係図である。図４に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、第２コンバーター１２の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ２）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ２ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ２ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ２ｃが特定される。
図５は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、インバーター１４の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ３の関係図である。図５に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター１４の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ３）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ３ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ３ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ３ｃが特定される。
最低損失電圧関係テーブル２０４には、図３〜図５に示すような関係曲線がデータテーブルとしてマッピングされて格納されている。なお、上記関係曲線を関係式で近似できるなら、関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算で電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を用いるようにしてもよい。
なお、モーター１５についての最低損失電圧関係テーブルについても上記と同様に考えられる。
次いでステップＳ１３に移行し、最低損失電圧決定手段２０１は、上記のようにして特定された複数の電力装置の最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づいて、全体の電力損失を最も低くする一つの最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定する。例えば、最低損失電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を相互に比較し、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３のなかで最も高い電圧を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定することが可能である。また、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３のなかで最も低い電圧を最低損失電圧Ｖｉｎlossとしてもよい。
さらに、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３の平均値を求めて、この平均値を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定してもよい。最低損失電圧の平均値であれば、大凡いずれの電力装置においても最低の電力損失に近い損失になることが期待できる。
さらにまた、各電力装置における電力損失量に応じて、それぞれの最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３を加重平均して、算出された加重平均値を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定してもよい。電力装置には、その電力容量に応じて電力損失の相違が存在する。このような電力損失量を加重平均して求めた電圧であれば、電力損失量の大きな電力装置における電圧が大きな比重で重み付けられるので、システム全体の電力損失を最低にする電圧が決定できる。
なお、図３〜図５に示すような関係曲線をそれぞれマッピングした関係テーブルを用いる代わりに、各電力装置の合計した電力損失を最低にする電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が決定されるようにしてもよい。
また、上記関係曲線を関係式で近似できるなら、関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算で合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を用いるようにしてもよい。
図６に、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）と、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計最低電力損失との関係図を示す。図６に示す最低損失電圧関係テーブル２０４は、モーター１５の動作状態に対応させて、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を合計した関係曲線を示している。
図６に示すように、複数の電力装置の電力損失を合計した場合でも、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖｉｎloss）が所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖｌａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖｌｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖｌｃが特定される。
次いで、ステップＳ１４に移行し、制御装置２０の下限設定手段２０３は、モーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。モーター必要電圧関係テーブル２０５には、モーター１５の動作条件に対応させて、モーター１５に最低限供給しなければならないインバーター下限電圧Ｖｉｎminがマッピングされている。このインバーター下限電圧Ｖｉｎminは、モーター１５を安定して駆動させるために必要とされる最低電圧である。モーター必要電圧関係テーブル２０５には、図７に示すような関係図がマッピングされている。
図７に、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）とインバーター下限電圧Ｖｉｎminとの関係図を示す。図７に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター下限電圧Ｖｉｎminも所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminｃが特定される。
なお、上記インバーター１４の下限電圧Ｖｉｎminの下限条件を関係式で特定できるなら、上記関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算でインバーター下限電圧Ｖｉｎminを特定するようにしてもよい。
ステップＳ１５に移行し、下限設定手段２０３は、図７に示すような関係図がマッピングされたモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。そしてステップＳ１６に移行し、ステップＳ１３で決定された最低損失電圧ＶｉｎlossとステップＳ１４で特定された下限電圧Ｖｉｎminとを比較する。
比較の結果、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回った場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に移行し、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを下限電圧Ｖｉｎminに設定する。
一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎmin以上である場合には（ＮＯ）、ステップＳ１９に移行し、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを最低損失電圧Ｖｉｎlossに設定する。モーター１５の安定動作に必要な下限電圧Ｖｉｎminは確保できているため、最低損失電圧Ｖｉｎlossを設定可能な場合である。
最後にステップＳ１８に移行し、制御装置２０の必要電圧出力手段２０２は、コマンドＣＶｉｎを出力し、第２コンバーター１２を制御して必要電圧Ｖｉｎをインバーター１４に出力させる。この処理により、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧ｉｎＶmin以上である場合には、最低損失電圧Ｖｉｎlossがインバーター１４に入力され、システム全体の電力損失が大幅に抑制される。一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回った場合には、下限電圧Ｖｉｎminがインバーター１４に入力され、モーター１５の安定性が優先的に確保される。
（本実施形態１における利点）
本実施形態１によれば、以下のような利点を有する。
（１）本実施形態１によれば、モーターに要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定するように構成した。システム全体としての電力損失を抑制したモーター１５の駆動が可能となる。
（２）本実施形態１によれば、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、下限電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎとして出力するようにしたので、モーターの動作状態を安定に維持することが可能である。
（３）本実施形態１によれば、図３〜図５に示すような、各電力装置に対応させた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照するよう構成したので、モーター１５の動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を容易に取得することが可能である。
（４）本実施形態１によれば、モーターに要求される動作条件において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を決定するので、システム全体で最も電力損失の少ない状態でモーター１５を駆動することが可能である。
（５）本実施形態１によれば、図６に示すような、各電力装置の合計した電力損失を最低にする電圧がマッピングされた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照するよう構成したので、モーター１５の動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を容易に取得することが可能である。
（６）本実施形態１によれば、図７に示すようなモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照して、モーター１５の駆動電圧Ｖｄを決定するように構成したので、モーターの動作条件に応じたモーター１５の必要電圧Ｖminを容易に取得することが可能である。
（実施形態２）
本実施形態２は、各電力装置における最低電力損失、および、モーター必要電圧を与えるインバーター入力電圧を一義的に求めることが可能な関係テーブルを保持する態様に関する。
本実施形態２において、燃料電池システム１００の構成については、上記実施形態１と同様であるため、同じ符号を使用することとし、その説明を省略する。
上記実施形態１では、図２に示すように、最低損失電圧関係テーブル２０４（図３〜図６参照）等を用いて最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定し、モーター必要電圧関係テーブル（図７参照）を用いてインバーターの必要電圧Ｖｉｎを決定する、という二段階の判断をしていた。本実施形態２では、最低損失電圧関係テーブル２０４とモーター必要電圧関係テーブル２０５とを一つの関係テーブルに集約した点で、上記実施形態１と異なる。
図９に、本実施形態２で使用する、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）と、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとの関係図を示す。図９に示す関係曲線は、モーター１５の動作状態に対応した求められた最低損失電圧Ｖｉｎlossを、さらにモーター１５の動作状態に対応して定まるモーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の下限電圧Ｖｉｎminで下限制限したことにより得られる。よって、この図９に示すような特性曲線をマッピングしたモーター駆動電圧関係テーブルを参照すれば、モーター１５の動作状態から直接的にモーター１５に適するインバーター必要電圧Ｖｉｎを特定することができるのである。
図９に示すように、上記実施形態１における２つの関係テーブルを合成した場合でも、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター必要電圧Ｖｉｎが所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、必要電圧Ｖｉｎａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、必要電圧Ｖｉｎｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、必要電圧Ｖｉｎｃが特定される。図６の最低損失電圧Ｖｉｎlossの特性曲線、図７のインバーター１４の下限電圧Ｖｉｎmin、および図９のインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎの特性曲線とを比べると明らかなように、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回っているモーター１５の動作条件の範囲では、必要電圧Ｖｉｎminが優先され、それ以外の範囲では、最低損失電圧Ｖｉｎlossが優先されて、必要電圧Ｖｉｎが決定されている。
なお、上記モーター１５の駆動条件に対応する必要電圧Ｖｉｎを関係式で特定できるなら、上記関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算でインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを特定するようにしてもよい。
次に図１０のフローチャートを参照しながら、本実施形態２におけるモーター駆動方法を説明する。
ステップＳ２０において、制御装置２０は、まず、センサ群２１から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力する。そして、システムの要求電力、および、モーター１５に要求される動作条件である目標トルクＴおよび目標回転数Ｎを演算する。
次いでステップＳ２１に移行し、制御装置２０は、上記演算の結果、モーター１５の動作点、すなわち目標トルクＴまたは目標回転数Ｎが変更されたか否かを判定する。判定の結果、モーター１５の動作点が変更されていたら（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、制御装置２０は、図９において説明したインバーター必要電圧関係テーブルを参照する。
次いで、ステップＳ２３移行し、制御装置２０は、インバーター必要電圧関係テーブルから直接的にインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを特定する。そして、ステップＳ２４に移行し、制御装置２０は、コマンドＣＶｉｎを出力し、第２コンバーター１２から必要電圧Ｖｉｎをインバーター１４に出力させる。この処理により、最低損失電圧Ｖｉｎlossがモーター必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎmin以上である範囲では最低損失電圧Ｖｉｎlossがインバーター１４に供給され、システム全体の電力損失が大幅に抑制される。一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossがモーター必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎminを下回っている範囲では、インバーター下限電圧Ｖｉｎminがインバーター１４に供給され、モーター１５の安定性が優先的に確保される。
以上、本実施形態２によれば、各電力装置（１１、１２、１４、１５）の電力損失を最低にし、かつ、モーター１５の必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎmin以上とするインバーター必要電圧Ｖｉｎがマッピングされたインバーター必要電圧関係テーブルが参照される。よって、一回の演算または判定処理で最適なインバーター必要電圧Ｖｉｎを決定することができ、判定処理が著しく容易である。
なお、本実施形態２では、上記実施形態１における作用効果を矛盾しない範囲において踏襲していることはもちろんである。
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨に反しない範囲において、適宜変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４を、電力損失を考慮する電力装置として例示したが、他の構成要素の電力損失を考慮するように構成してもよい。例えば、図１に示す補機インバーター１８についても、他の電力装置と並列に取り扱い、補機インバーター１８の電力損失を最低にする電圧をも含めて最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定するように構成してもよい。このように構成すれば、補機インバーター１８の電力損失量が相対的に無視できない場合に、補機インバーター１８も含めた適切な最低損失電圧Ｖlossが決定でき、システム全体の電力損失をさらに抑制することが可能である。
また上記実施形態では、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の総てについての電力損失を考慮したが、これら複数の電力装置からいくつかを選択して電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定してもよい。例えば、第１コンバーター１１がモーター１５、第２コンバーター１２およびインバーター１４に比べ大幅に電力損失量が大きい場合、第１コンバーター１１のみについて電力損失を最低にする電圧を全体の最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定するようにしてもよい。また、インバーター１４の電圧損失量が他の電力装置に比べて小さい場合、インバーター１４の電力損失を無視して全体の最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定してもよい。比較的電力損失量の大きな、すなわち、重みの大きい電力装置の電圧損失を優先的に低くできれば、システム全体の電力損失も抑制可能だからである。
産業上の利用の可能性
本発明の燃料電池システムおよびモーター駆動方法は、車両に限らず、他の移動体に搭載して適用可能である。そのような移動体として、列車、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。また、車両のような移動体に限らず、定置型電源システム、携帯型電源システムにも適用可能である。
１０…燃料電池、１１…第１コンバーター、１２…第２コンバーター、１３…バッテリー、１４…インバーター、１５…モーター、１６…ディファレンシャル、１７…タイヤ、１８…補機インバーター、１９…高電圧補機、２０…制御装置、２１…センサ群、１００…燃料電池システム、２０１…最低損失電圧決定手段、２０２…駆動電圧出力手段、２０３…駆動電圧下限設定手段、２０４…最低損失電圧関係テーブル、２０５…モーター必要電圧関係テーブル、ＣＶｄ、ＣＶｄ２、ＣＶｆｃ、ＣＶｉｎ…コマンド、Ｎ…目標回転数、ｆＮａ、ｆＮｂ、ｆＮｃ…関係曲線、Ｔ…モータートルク、Ｔreq…目標トルク、Ｖ１、Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃ、Ｖ２、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ３、Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ３ｃ…最低損失電圧、Ｖｂａｔ…バッテリー出力電圧、Ｖｄ、Ｖｄ２…駆動電圧、Ｖｄａ、Ｖｄｂ、Ｖｄｃ…駆動電圧、Ｖｆｃ…燃料電池出力電圧、Ｖｉｎ…インバーター入力電圧、Ｖｌａ、Ｖｌｂ、Ｖｌｃ…最低損失電圧、Ｖloss…最低損失電圧、Ｖmin、Ｖminａ、Ｖminｂ、Ｖminｃ…モーター必要電圧
【書類名】明細書
【発明の名称】燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両に搭載される燃料電池システムに関し、特に、車両を駆動するモーターに燃料電池とバッテリーとから電力を供給する、ハイブリッド型の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムが搭載される車両（以下「燃料電池車」という。）では、燃料電池および蓄電装置からモーターに電力を供給するために複数の電力装置が用いられる。ＤＣ−ＤＣコンバーターは、燃料電池とインバーター間の電圧を変換する電力装置である。インバーターは、直流入力電圧を交流電圧に変換してモーターに供給する電力装置である。また蓄電装置とインバーター間に、もう一つのＤＣ−ＤＣコンバーターを設けるシステムも存在する。このような燃料電池車では、モーターを含む電力装置において電力損失が生じることから、この電力損失を抑制することが望まれている。
【０００３】
例えば、特開２００５−３４８５３０号公報には、燃料電池の出力電圧値を蓄電装置の回路電圧の最大値と最小値との間の範囲内に設定することで、電圧変換動作の実行頻度を低減し、もって電力損失の増大を抑制する発明が開示されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００５−３４８５３０号公報
【０００４】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池車ではモーターを駆動するためのインバーターおよびモーター等においても電力損失を生じる。上記特許文献１では、インバーターおよびモーター等における電力損失までは考慮されていなかった。
【０００６】
電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合には、それら複数の構成要素における電力損失を最低にするように燃料電池システムが制御されなければならないのである。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、本願発明の好ましい態様では、電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合に、システム全体の電力損失を抑制しながらモーターを駆動することを可能とする燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する燃料電池システムの一態様は、モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定し、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力することを特徴とする。
【０００９】
燃料電池車においてモーターには要求される動作条件（例えば、実施形態ではモーターのトルクや回転数）が定まる。モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターのそれぞれについては、このモーターの動作条件に対応して電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を予め実験等により定めておくことが可能である。かかる発明によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定され、その電圧がインバーターの必要電圧とされるので、システムとしての電力損失を抑制したモーター駆動が可能となる。
【００１０】
なお、電力損失は総ての電力装置（モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーター）について求めておくことが好ましいが、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターはその通過電力等に応じて電力損失量が異なる場合がある。このような場合には、電力損失量が特に大きな１つまたは２つの電力装置ついて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を定めたとしても、その電力損失量の低減が大きく作用するため、システム全体として電力損失量を削減することができる。
【００１１】
また、燃料電池システムの一態様として、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が、モーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧より小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧として出力することは好ましい。
【００１２】
モーターには、安定した駆動を維持するために必要な最低限の必要電圧が存在する。かかる構成によれば、上記電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を下回っていた場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を代わりにインバーターの必要電圧として出力するので、トルクが必要以上に制限されることがなく、モーターの動作状態を安定に維持することができる。
【００１３】
本発明は、所望により以下のような要素を選択的に付加することが可能である。
（１）モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つについて、モーターの動作条件に対して変化する、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
【００１４】
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーター等の電力装置の少なくとも１つについて、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
なお、関係テーブルは、電力装置ごとに設けてもよいが、複数の電圧交換器に対して一つの関係テーブルを設けてもよい。このような関係テーブルは、対象となる電力装置の合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの動作条件に応じて記録されたものとなる。
【００１５】
（２）モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
【００１６】
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするようなインバーターの入力電圧が決定されるので、システム全体で最も電力損失の少ない状態でモーターを駆動することが可能である。
【００１７】
なお、合計した電力損失は、それぞれの電力装置の電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を求め、求められたインバーターの入力電圧に基づいて定めるようにすることが可能である。例えば、各電力装置において電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を相互に比較し、最も高い電圧、または、最も低い電圧をインバーターの必要電圧とすることができる。また、各電力装置において電圧損失を最低にするインバーターの入力電圧の平均値を求めたり、電力損失量に応じた加重平均等の演算をしたりして、インバーターの必要電圧を決定してもよい。
【００１８】
（３）モーターの動作条件に対して変化する、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
【００１９】
かかる構成によれば、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの総てについて、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
なお、関係テーブルは、電力装置総ての合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がモーターの動作条件に応じて記録されたものとなる。
【００２０】
（４）モーターの動作条件に対して変化する、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、インバーターの必要電圧が決定されるように構成してもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、モーターの動作条件に応じてモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧が予め測定され、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じたモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧を容易に取得することが可能である。
【００２２】
（５）モーターに接続されたインバーターと、燃料電池とインバーターとの間に接続され、燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置とインバーターとの間に接続され、インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、第１コンバーターおよび第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、モーターに要求される動作条件において、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にし、かつ、モーターに要求される動作条件におけるモーターの必要電圧以上とするインバーターの入力電圧を決定し、インバーターの必要電圧として出力するように構成してもよい。
【００２３】
かかる構成によれば、モーターの要求される動作条件が定められた場合に、それに対応して電力装置の電力損失を最低にし、かつ、モーターの必要電圧以上である一つのインバーターの入力電圧が決定される。よって、一回の演算または判定処理でインバーターの必要電圧を出力することが可能である。
【００２４】
（６）モーターの動作条件に対して変化する、モーター、第１コンバーター、第２コンバーター、およびインバーターの合計した電力損失を最低にし、かつ、モーターの必要電圧以上とするインバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、インバーターの必要電圧が決定されるように構成してもよい。
【００２５】
かかる構成によれば、総ての電力装置について、モーターの動作条件に応じて最低電力損失を示すインバーターの入力電圧が測定されるとともに、その最低電力損失を示すインバーターの入力電圧がモーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧以上となるよう下限処理されて、関係テーブルにマッピングされる。この関係テーブルを参照することで、モーターの動作条件に応じて、一義的にインバーターの必要電圧を定められるようになり、判定処理が著しく容易である。
なお、関係テーブルは、モーターの動作条件に応じて、電力装置総ての合計した電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧以上となるよう下限処理されて記録されたものとなる。
【００２６】
（７）第２コンバーターにインバーターと並列に接続された補機インバーターを更に備え、モーターに要求される動作条件における、補機インバーターの電力損失も加えて、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定されるように構成してもよい。
【００２７】
かかる構成によれば、さらに補機インバーターについても電力損失を最低にするようにインバーターの入力電圧が決定されるので、補機インバーターも含めた総合的な電力損失を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
かかる発明によれば、電力損失を生じる構成要素が複数存在する場合であっても、電力損失を総合的に抑制しながらモーターを駆動することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態１に係るＦＣＨＶシステムのシステム構成図。
【図２】本実施形態１に係るモーター駆動制御を行う機能ブロック図。
【図３】モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、第１コンバーター１１の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ１の関係図。
【図４】モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、第２コンバーター１２の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ２の関係図。
【図５】モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）に応じて変化する、インバーター１４の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖ３の関係図。
【図６】モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）と、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計最低電力損失との関係図。
【図７】モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）とモーター必要電圧Ｖminとの関係図。
【図８】本実施形態１に係るモーター駆動制御のフローチャート。
【図９】本実施形態２に係る、モーター１５の動作状態（モータートルクＴ）とモーター駆動電圧Ｖｄとの関係図。
【図１０】本実施形態２に係るモーター駆動制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な特性等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの特性が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３１】
（実施形態１）
本実施形態１は、個々の電力装置に対応させて、最低電力損失を求めるための関係テーブルを保持する態様に関する。
【００３２】
（システム構成）
図１は、本実施形態１に係る車両に搭載された燃料電池システム１００のブロック図である。このような車両は、ハイブリッド形燃料電池車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）である。
【００３３】
燃料電池システム１００は、燃料電池１０、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、バッテリー１３、インバーター１４、モーター１５、補機インバーター１８、および制御装置２０を備えて構成されている。
【００３４】
燃料電池１０は、複数の単位セルを直列に積層して構成される発電手段である。単位セルは、高分子電解質膜等のイオン交換膜をアノード極およびカソード極で狭み込んだ膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）をセパレータで挟み込んだ構造を有している。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。各単位セルのアノード極には、セパレータを介して、図示しない燃料ガス供給系から燃料ガス（例えば水素ガス）が供給されるようになっている。各単位セルのカソード極には、セパレータを介して、図示しない酸化ガス供給系から酸化ガス（例えば空気）が供給されるようになっている。セパレータには、冷却液の流路が形成されており、図示しない冷却液供給系から、冷却液が供給されるようになっている。燃料電池１０においては、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じ、燃料電池１０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００３５】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００３６】
複数の単位セルが直列接続されることにより、燃料電池１０は出力端子に出力電圧Ｖｆｃを出力するようになっている。燃料電池１０は、所定の電流−電圧出力特性を有しており、出力電圧Ｖｆｃの変化に対応して、出力電流および出力電力が変化するようになっている。
【００３７】
第１コンバーター１１は、電力装置の一つであり、ＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第１コンバーター１１は、三相運転方式が用いられている場合には、例えば三相ブリッジ形コンバーター等の回路構成を備えている。三相ブリッジ形コンバーターは、リアクトル、整流用のダイオード、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなるスイッチング素子を備えている。これらの素子を組み合わせることにより、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ−類似の回路部分と、その交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する部分とが形成される。なお、第１コンバーター１１の回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
【００３８】
第１コンバーター１１は、一次側に燃料電池１０の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。第１コンバーター１１は、制御装置２０からのコマンドＣＶｆｃに従って、一次側の端子電圧（燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃ）を制御するように構成されている。すなわち、この第１コンバーター１１により、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが目標出力に応じた電圧（すなわち、目標出力電圧Ｖｆｃ）となるように制御される。また第１コンバーター１１は、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃとインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎとを整合させるように電圧を変換するように構成されている。
【００３９】
バッテリー１３は、蓄電装置であり、燃料電池１０で発電された電力のうち、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速または減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリー１３としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。バッテリー１３の出力電圧Ｖｂａｔが、第２コンバーター１２の入力電圧となる。
【００４０】
第２コンバーター１２は、電力装置の一つであり、第１コンバーター１１と同様のＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第２コンバーター１２は、一次側にバッテリー１３の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。第２コンバーター１２は、制御装置２０からのコマンドＣＶｉｎに従って、二次側の端子電圧（インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎ）を制御するように構成されている。例えば、モーター１５の要求電力が急激に変化した場合（以下では、増加した場合を想定）、第２コンバーター１２は、設定された目標入力電圧となるまでインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを制御する。また、第１コンバーター１１が設定された目標出力電圧となるまで、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃを制御する。なお、第２コンバーター１２の回路構成は、インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
【００４１】
インバーター１４は、電力の一つであり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換してモーター１５に供給するように構成されている。インバーター１４の回路構成は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭ回路を備えている。インバーター１４は、第２コンバーター１２によって制御される入力電圧Ｖｉｎに対応した三相交流の駆動電圧Ｖｄをモーター１５に供給するように構成されている。
【００４２】
モーター１５は、電力装置（負荷装置）の一つであり、車両走行用のトラクションモータであり、駆動電力が供給される場合には本車両に推進力を与え、減速された場合には回生電力を発生するようになっている。ディファレンシャル１６は、減速装置であり、モーター１５の高速回転を所定の比率で減速し、タイヤ１７が設けられたシャフトを回転させるように構成されている。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、車両の車速を検知可能になっている。
【００４３】
補機インバーター１８は、電力装置の一つであり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換して高電圧補機１９に供給するように構成されている。補機インバーター１８の回路構成は、上記インバーター１４と同じである。補機インバーター１８は、制御装置２０からのコマンドＣＶｄ２に従って、所定の駆動電圧Ｖｄ２（実効値）を有する三相交流電流を高電圧補機１９に供給するように構成されている。なお、高電圧補機１９は、負荷装置（電力装置）の一つであり、本燃料電池システム１００を機能させるための、図示しない加湿器、エアーコンプレッサー、水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等の総称である。
【００４４】
制御装置２０は、燃料電池システム１００を制御するコンピュータシステムであり、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。制御装置２０は、各種のセンサ群２１からの信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力し、制御に必要な各種演算を実施するようになっている。例えば、制御装置２０は、システムの要求電力を演算する。システムの要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。車両走行電力は、モーター１５に供給される電力である。補機電力には、車載補機類で消費される電力、車両走行に必要な装置で消費される電力、乗員空間内に配設される装置で消費される電力などが含まれる。車載補機類とは、例えば、加湿器、エアーコンプレッサー、水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等である。車両走行に必要な装置とは、例えば、変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等である。乗員空間内に配設される装置とは、例えば、空調装置、照明器具、及びオーディオ等である。
【００４５】
システムの要求電力が求められると、制御装置２０は、燃料電池１０とバッテリー１３とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、それぞれの要求電力に応じた発電指令値を演算する。そして、求められた燃料電池１０の要求電力が得られるように、第１コンバーター１１にコマンドＣＶｆｃを出力して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃを制御する。また、求められたバッテリー１３の要求電力が取り出せるように、第２コンバーター１２にコマンドＣＶｉｎを出力して、インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを制御する。そして、制御装置２０は、アクセル開度に応じた目標トルクＴおよび目標回転数Ｎが得られるように、インバーター１４にコマンドＣＶｄを出力して、所望の駆動電圧Ｖｄを出力させ、モーター１５のトルクおよび回転数を制御する。
【００４６】
（機能ブロック）
制御装置２０は、上記インバーター１４の入力電圧Ｖｉｎを演算するに際し、本発明に係るモーター駆動方法を実行可能になっている。すなわち、モーター１５に要求される動作条件（すなわち、目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を決定し、インバーターの必要電圧Ｖｉｎとして指令するよう機能する。具体的は以下の機能ブロックで実現される。
【００４７】
図２に、制御装置２０において、機能的に実現されるモーター駆動制御を行うための機能ブロック図を示す。図２に示すように、本発明に係るモーター駆動制御は、最低損失電圧決定手段２０１、必要電圧出力手段２０２、下限設定手段２０３、最低損失電圧関係テーブル２０４、およびモーター必要電圧関係テーブル２０５を備えている。
【００４８】
最低損失電圧決定手段２０１は、モーター１５に要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定する機能ブロックである。この際、最低損失電圧決定手段２０１は、モーター１５の動作条件に対して変化する、電力損失を最低にするインバーターの入力電圧がマッピングされた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照する。
【００４９】
必要電圧出力手段２０２は、決定された電力損失を最低にするインバーターの入力電圧をインバーターの必要電圧ＶｉｎとしてコマンドＣＶｉｎの形式で出力する機能ブロックである。
【００５０】
下限設定手段２０３は、上記決定に際し、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーター１５に要求される動作条件におけるモーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、モーターの必要電圧を与えるインバーターの入力電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとして出力する機能ブロックである。この際、下限設定手段２０３は、モーター１５の動作条件に対して変化する、モーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminがマッピングされたモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。下限設定手段２０３は、モーター１５に要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）における電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、このモーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとして出力する。すなわち、最低損失電圧Ｖlossに対し、モーター１５の必要電圧Ｖminを下限とするリミッターを掛けるのである。以下、モーターの必要電圧を与えるインバーター１４の入力電圧を「下限電圧」と称する場合もある。
【００５１】
（動作）
次に図８のフローチャートを参照しながら、上記機能ブロックで実現される本実施形態１のモーター駆動方法を説明する。
【００５２】
ステップＳ１０において、制御装置２０は、まず、センサ群２１から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力する。そして、システムの要求電力、および、モーター１５に要求される動作条件である目標トルクＴおよび目標回転数Ｎを演算する。
【００５３】
次いでステップＳ１１に移行し、制御装置２０は、上記演算の結果、モーター１５の動作点、すなわち目標トルクＴまたは目標回転数Ｎが変更されたか否かを判定する。判定の結果、モーター１５の動作点が変更されていたら（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行し、制御装置２０の最低損失電圧決定手段２０１は、最低損失電圧関係テーブル２０４を参照する。最低損失電圧関係テーブル２０４には、各電電力装置（モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４）のそれぞれについて、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が、モーター１５の動作条件に応じてマッピングされている。
【００５４】
図３は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、第１コンバーター１１の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ１の関係図である。図３に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、第１コンバーター１１の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ１）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ１ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ１ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ１ｃが特定される。
【００５５】
図４は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、第２コンバーター１２の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ２の関係図である。図４に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、第２コンバーター１２の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ２）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ２ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ２ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ２ｃが特定される。
【００５６】
図５は、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）に応じて変化する、インバーター１４の電力損失を最低にする、インバーター１４の入力電圧である最低損失電圧Ｖ３の関係図である。図５に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター１４の電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖ３）が所定の関係曲線にしたがって変化する。また、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れて関係曲線がシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖ３ａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖ３ｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖ３ｃが特定される。
【００５７】
最低損失電圧関係テーブル２０４には、図３〜図５に示すような関係曲線がデータテーブルとしてマッピングされて格納されている。なお、上記関係曲線を関係式で近似できるなら、関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算で電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を用いるようにしてもよい。
【００５８】
なお、モーター１５についての最低損失電圧関係テーブルについても上記と同様に考えられる。
【００５９】
次いでステップＳ１３に移行し、最低損失電圧決定手段２０１は、上記のようにして特定された複数の電力装置の最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づいて、全体の電力損失を最も低くする一つの最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定する。例えば、最低損失電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を相互に比較し、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３のなかで最も高い電圧を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定することが可能である。また、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３のなかで最も低い電圧を最低損失電圧Ｖｉｎlossとしてもよい。
【００６０】
さらに、最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３の平均値を求めて、この平均値を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定してもよい。最低損失電圧の平均値であれば、大凡いずれの電力装置においても最低の電力損失に近い損失になることが期待できる。
【００６１】
さらにまた、各電力装置における電力損失量に応じて、それぞれの最低損失電圧Ｖ１〜Ｖ３を加重平均して、算出された加重平均値を最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定してもよい。電力装置には、その電力容量に応じて電力損失の相違が存在する。このような電力損失量を加重平均して求めた電圧であれば、電力損失量の大きな電力装置における電圧が大きな比重で重み付けられるので、システム全体の電力損失を最低にする電圧が決定できる。

【００６２】
なお、図３〜図５に示すような関係曲線をそれぞれマッピングした関係テーブルを用いる代わりに、各電力装置の合計した電力損失を最低にする電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧が決定されるようにしてもよい。
【００６３】
また、上記関係曲線を関係式で近似できるなら、関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算で合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を用いるようにしてもよい。
【００６４】
図６に、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）と、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計最低電力損失との関係図を示す。図６に示す最低損失電圧関係テーブル２０４は、モーター１５の動作状態に対応させて、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を合計した関係曲線を示している。
【００６５】
図６に示すように、複数の電力装置の電力損失を合計した場合でも、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧（最低損失電圧Ｖｉｎloss）が所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、最低損失電圧Ｖｌａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、最低損失電圧Ｖｌｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、最低損失電圧Ｖｌｃが特定される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１４に移行し、制御装置２０の下限設定手段２０３は、モーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。モーター必要電圧関係テーブル２０５には、モーター１５の動作条件に対応させて、モーター１５に最低限供給しなければならないインバーター下限電圧Ｖｉｎminがマッピングされている。このインバーター下限電圧Ｖｉｎminは、モーター１５を安定して駆動させるために必要とされる最低電圧である。モーター必要電圧関係テーブル２０５には、図７に示すような関係図がマッピングされている。
【００６７】
図７に、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）とインバーター下限電圧Ｖｉｎminとの関係図を示す。図７に示すように、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター下限電圧Ｖｉｎminも所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、インバーター下限電圧Ｖｉｎminｃが特定される。
【００６８】
なお、上記インバーター１４の下限電圧Ｖｉｎminの下限条件を関係式で特定できるなら、上記関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算でインバーター下限電圧Ｖｉｎminを特定するようにしてもよい。
【００６９】
ステップＳ１５に移行し、下限設定手段２０３は、図７に示すような関係図がマッピングされたモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照する。そしてステップＳ１６に移行し、ステップＳ１３で決定された最低損失電圧ＶｉｎlossとステップＳ１４で特定された下限電圧Ｖｉｎminとを比較する。
【００７０】
比較の結果、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回った場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に移行し、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを下限電圧Ｖｉｎminに設定する。
【００７１】
一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎmin以上である場合には（ＮＯ）、ステップＳ１９に移行し、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを最低損失電圧Ｖｉｎlossに設定する。モーター１５の安定動作に必要な下限電圧Ｖｉｎminは確保できているため、最低損失電圧Ｖｉｎlossを設定可能な場合である。
【００７２】
最後にステップＳ１８に移行し、制御装置２０の必要電圧出力手段２０２は、コマンドＣＶｉｎを出力し、第２コンバーター１２を制御して必要電圧Ｖｉｎをインバーター１４に出力させる。この処理により、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧ｉｎＶmin以上である場合には、最低損失電圧Ｖｉｎlossがインバーター１４に入力され、システム全体の電力損失が大幅に抑制される。一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回った場合には、下限電圧Ｖｉｎminがインバーター１４に入力され、モーター１５の安定性が優先的に確保される。
【００７３】
（本実施形態１における利点）
本実施形態１によれば、以下のような利点を有する。
（１）本実施形態１によれば、モーターに要求される動作条件（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の電力損失を最低にする最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定するように構成した。システム全体としての電力損失を抑制したモーター１５の駆動が可能となる。
【００７４】
（２）本実施形態１によれば、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminより小さい場合には、下限電圧Ｖｉｎminをインバーター１４の入力電圧Ｖｉｎとして出力するようにしたので、モーターの動作状態を安定に維持することが可能である。
【００７５】
（３）本実施形態１によれば、図３〜図５に示すような、各電力装置に対応させた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照するよう構成したので、モーター１５の動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を容易に取得することが可能である。
【００７６】
（４）本実施形態１によれば、モーターに要求される動作条件において、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の合計した電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を決定するので、システム全体で最も電力損失の少ない状態でモーター１５を駆動することが可能である。
【００７７】
（５）本実施形態１によれば、図６に示すような、各電力装置の合計した電力損失を最低にする電圧がマッピングされた最低損失電圧関係テーブル２０４を参照するよう構成したので、モーター１５の動作条件に応じて電力損失を最低にするインバーター１４の入力電圧を容易に取得することが可能である。
【００７８】
（６）本実施形態１によれば、図７に示すようなモーター必要電圧関係テーブル２０５を参照して、モーター１５の駆動電圧Ｖｄを決定するように構成したので、モーターの動作条件に応じたモーター１５の必要電圧Ｖminを容易に取得することが可能である。
【００７９】
（実施形態２）
本実施形態２は、各電力装置における最低電力損失、および、モーター必要電圧を与えるインバーター入力電圧を一義的に求めることが可能な関係テーブルを保持する態様に関する。
【００８０】
本実施形態２において、燃料電池システム１００の構成については、上記実施形態１と同様であるため、同じ符号を使用することとし、その説明を省略する。
【００８１】
上記実施形態１では、図２に示すように、最低損失電圧関係テーブル２０４（図３〜図６参照）等を用いて最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定し、モーター必要電圧関係テーブル（図７参照）を用いてインバーターの必要電圧Ｖｉｎを決定する、という二段階の判断をしていた。本実施形態２では、最低損失電圧関係テーブル２０４とモーター必要電圧関係テーブル２０５とを一つの関係テーブルに集約した点で、上記実施形態１と異なる。
【００８２】
図９に、本実施形態２で使用する、モーター１５の動作状態（目標トルクＴおよび目標回転数Ｎ）と、インバーター１４の必要電圧Ｖｉｎとの関係図を示す。図９に示す関係曲線は、モーター１５の動作状態に対応した求められた最低損失電圧Ｖｉｎlossを、さらにモーター１５の動作状態に対応して定まるモーター１５の必要電圧を与えるインバーター１４の下限電圧Ｖｉｎminで下限制限したことにより得られる。よって、この図９に示すような特性曲線をマッピングしたモーター駆動電圧関係テーブルを参照すれば、モーター１５の動作状態から直接的にモーター１５に適するインバーター必要電圧Ｖｉｎを特定することができるのである。
【００８３】
図９に示すように、上記実施形態１における２つの関係テーブルを合成した場合でも、モーター１５の目標トルクＴが大きくなるに連れて、インバーター必要電圧Ｖｉｎが所定の関係曲線にしたがって変化する。この関係曲線は、モーター１５の目標回転数Ｎが大きくなるに連れてシフトする。例えば、目標トルクがＴreqである場合、目標回転数がＮａであれば、関係曲線ｆＮａが参照され、必要電圧Ｖｉｎａが特定される。目標回転数がＮｂであれば、関係曲線ｆＮｂが参照され、必要電圧Ｖｉｎｂが特定される。目標回転数がＮｃであれば、関係曲線ｆＮｃが参照され、必要電圧Ｖｉｎｃが特定される。図６の最低損失電圧Ｖｉｎlossの特性曲線、図７のインバーター１４の下限電圧Ｖｉｎmin、および図９のインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎの特性曲線とを比べると明らかなように、最低損失電圧Ｖｉｎlossが下限電圧Ｖｉｎminを下回っているモーター１５の動作条件の範囲では、必要電圧Ｖｉｎminが優先され、それ以外の範囲では、最低損失電圧Ｖｉｎlossが優先されて、必要電圧Ｖｉｎが決定されている。
【００８４】
なお、上記モーター１５の駆動条件に対応する必要電圧Ｖｉｎを関係式で特定できるなら、上記関係テーブルの代わりに関係式を用いた演算でインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを特定するようにしてもよい。
【００８５】
次に図１０のフローチャートを参照しながら、本実施形態２におけるモーター駆動方法を説明する。
ステップＳ２０において、制御装置２０は、まず、センサ群２１から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１０の出力電流や出力電圧をあらわす信号等）を入力する。そして、システムの要求電力、および、モーター１５に要求される動作条件である目標トルクＴおよび目標回転数Ｎを演算する。
【００８６】
次いでステップＳ２１に移行し、制御装置２０は、上記演算の結果、モーター１５の動作点、すなわち目標トルクＴまたは目標回転数Ｎが変更されたか否かを判定する。判定の結果、モーター１５の動作点が変更されていたら（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、制御装置２０は、図９において説明したインバーター必要電圧関係テーブルを参照する。
【００８７】
次いで、ステップＳ２３移行し、制御装置２０は、インバーター必要電圧関係テーブルから直接的にインバーター１４の必要電圧Ｖｉｎを特定する。そして、ステップＳ２４に移行し、制御装置２０は、コマンドＣＶｉｎを出力し、第２コンバーター１２から必要電圧Ｖｉｎをインバーター１４に出力させる。この処理により、最低損失電圧Ｖｉｎlossがモーター必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎmin以上である範囲では最低損失電圧Ｖｉｎlossがインバーター１４に供給され、システム全体の電力損失が大幅に抑制される。一方、最低損失電圧Ｖｉｎlossがモーター必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎminを下回っている範囲では、インバーター下限電圧Ｖｉｎminがインバーター１４に供給され、モーター１５の安定性が優先的に確保される。
【００８８】
以上、本実施形態２によれば、各電力装置（１１、１２、１４、１５）の電力損失を最低にし、かつ、モーター１５の必要電圧を与えるインバーター下限電圧Ｖｉｎmin以上とするインバーター必要電圧Ｖｉｎがマッピングされたインバーター必要電圧関係テーブルが参照される。よって、一回の演算または判定処理で最適なインバーター必要電圧Ｖｉｎを決定することができ、判定処理が著しく容易である。
なお、本実施形態２では、上記実施形態１における作用効果を矛盾しない範囲において踏襲していることはもちろんである。
【００８９】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨に反しない範囲において、適宜変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４を、電力損失を考慮する電力装置として例示したが、他の構成要素の電力損失を考慮するように構成してもよい。例えば、図１に示す補機インバーター１８についても、他の電力装置と並列に取り扱い、補機インバーター１８の電力損失を最低にする電圧をも含めて最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定するように構成してもよい。このように構成すれば、補機インバーター１８の電力損失量が相対的に無視できない場合に、補機インバーター１８も含めた適切な最低損失電圧Ｖlossが決定でき、システム全体の電力損失をさらに抑制することが可能である。
【００９０】
また上記実施形態では、モーター１５、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４の総てについての電力損失を考慮したが、これら複数の電力装置からいくつかを選択して電力損失を最低にするインバーターの入力電圧を決定してもよい。例えば、第１コンバーター１１がモーター１５、第２コンバーター１２およびインバーター１４に比べ大幅に電力損失量が大きい場合、第１コンバーター１１のみについて電力損失を最低にする電圧を全体の最低損失電圧Ｖｉｎlossとして決定するようにしてもよい。また、インバーター１４の電圧損失量が他の電力装置に比べて小さい場合、インバーター１４の電力損失を無視して全体の最低損失電圧Ｖｉｎlossを決定してもよい。比較的電力損失量の大きな、すなわち、重みの大きい電力装置の電圧損失を優先的に低くできれば、システム全体の電力損失も抑制可能だからである。
【産業上の利用の可能性】
【００９１】
本発明の燃料電池システムおよびモーター駆動方法は、車両に限らず、他の移動体に搭載して適用可能である。そのような移動体として、列車、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。また、車両のような移動体に限らず、定置型電源システム、携帯型電源システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…燃料電池、１１…第１コンバーター、１２…第２コンバーター、１３…バッテリー、１４…インバーター、１５…モーター、１６…ディファレンシャル、１７…タイヤ、１８…補機インバーター、１９…高電圧補機、２０…制御装置、２１…センサ群、１００…燃料電池システム、２０１…最低損失電圧決定手段、２０２…駆動電圧出力手段、２０３…駆動電圧下限設定手段、２０４…最低損失電圧関係テーブル、２０５…モーター必要電圧関係テーブル、ＣＶｄ、ＣＶｄ２、ＣＶｆｃ、ＣＶｉｎ…コマンド、Ｎ…目標回転数、ｆＮａ、ｆＮｂ、ｆＮｃ…関係曲線、Ｔ…モータートルク、Ｔreq…目標トルク、Ｖ１、Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃ、Ｖ２、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ３、Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ３ｃ…最低損失電圧、Ｖｂａｔ…バッテリー出力電圧、Ｖｄ、Ｖｄ２…駆動電圧、Ｖｄａ、Ｖｄｂ、Ｖｄｃ…駆動電圧、Ｖｆｃ…燃料電池出力電圧、Ｖｉｎ…インバーター入力電圧、Ｖｌａ、Ｖｌｂ、Ｖｌｃ…最低損失電圧、Ｖloss…最低損失電圧、Ｖmin、Ｖminａ、Ｖminｂ、Ｖminｃ…モーター必要電圧

Claims (13)

  1. モーターに接続されたインバーターと、
    燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、
    蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、
    前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
    前記モーターに要求される動作条件において、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を決定し、前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力する、
    燃料電池システム。
  2. 前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧が、前記モーターに要求される動作条件における前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧より小さい場合には、前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力する、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの少なくとも１つについて、前記モーターの動作条件に対して変化する、電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、前記電力損失を最低にするインバーターの入力電圧が決定される、
    請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記モーターに要求される動作条件において、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの合計した電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧が決定される、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記モーターの動作条件に対して変化する、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの合計した電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧が決定される、
    請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記モーターの動作条件に対して変化する、前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、前記インバーターの必要電圧が決定される、
    請求項２に記載の燃料電池システム。
  7. モーターに接続されたインバーターと、
    燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、
    蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、
    前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
    前記モーターに要求される動作条件において、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にし、かつ、前記モーターに要求される動作条件における前記モーターの必要電圧以上とする前記インバーターの入力電圧を決定し、前記インバーターの必要電圧として出力する、
    燃料電池システム。
  8. 前記モーターの動作条件に対して変化する、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの合計した電力損失を最低にし、かつ、前記モーターの必要電圧以上とする前記インバーターの入力電圧がマッピングされた関係テーブルを参照して、前記インバーターの必要電圧が決定される、
    請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記第２コンバーターに前記インバーターと並列に接続された補機インバーターを更に備え、
    前記モーターに要求される動作条件における、前記補機インバーターの電力損失も加えて、前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧が決定される、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. モーターに接続されたインバーターと、燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
    前記モーターに要求される動作条件において、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を決定する最低損失電圧決定手段と、
    前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力する必要電圧出力手段と、を備えたこと
    を特徴とする燃料電池システム。
  11. 前記電力損失を最低にする前記インバーターの電圧が前記モーターに要求される動作条件における前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧より小さい場合には、前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力する下限設定手段、をさらに備える、
    請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. モーターに接続されたインバーターと、燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムのためのモーター駆動方法であって、
    前記モーターに要求される動作条件において、前記モーター、前記第１コンバーター、前記第２コンバーター、および前記インバーターの少なくとも１つの電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を決定するステップと、
    前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力するステップと、を備えたこと
    を特徴とするモーター駆動方法。
  13. 前記電力損失を最低にする前記インバーターの入力電圧が前記モーターに要求される動作条件における前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧より小さい場合には、前記モーターの必要電圧を与える前記インバーターの入力電圧を前記インバーターの必要電圧として出力するステップ、をさらに備える、
    請求項１２に記載のモーター駆動方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6104635B2 (ja) * 2013-02-27 2017-03-29 本田技研工業株式会社 電力システム及び燃料電池車両
JP6063298B2 (ja) * 2013-02-27 2017-01-18 本田技研工業株式会社 電力システム及び燃料電池車両
JP6143905B1 (ja) * 2016-03-08 2017-06-07 三菱電機株式会社 回転電機駆動装置の制御装置
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KR102592209B1 (ko) * 2022-02-16 2023-10-23 현대모비스 주식회사 출력 제어 시스템 및 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4218202B2 (ja) * 2000-10-04 2009-02-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を有する直流電源
JP4206630B2 (ja) * 2000-10-04 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を有する直流電源
JP3825020B2 (ja) * 2002-08-01 2006-09-20 株式会社アイ・ヒッツ研究所 分散給電システム
JP4397739B2 (ja) * 2004-06-03 2010-01-13 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電圧状態設定方法
JP2007020319A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Yamaha Motor Co Ltd 直流電源
JP4163222B2 (ja) * 2006-05-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電源システム
JP5326228B2 (ja) 2006-09-04 2013-10-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
DE102007024567A1 (de) 2007-05-25 2008-11-27 Daimler Ag Hochvolt-Bordnetzarchitektur für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug sowie integrierte Leistungselektronik für eine Hochvolt-Bordnetzarchitektur
JP4618814B2 (ja) * 2007-12-07 2011-01-26 本田技研工業株式会社 車両用電源装置

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