特許 5831029 電動機を搭載した車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5831029

(24)【登録日】2015年11月6日

(45)【発行日】2015年12月9日

(54)【発明の名称】電動機を搭載した車両

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20060101AFI20151119BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20151119BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20151119BHJP

   H01M 8/04 20060101ALI20151119BHJP

【ＦＩ】

   B60L3/00 J

   H02M3/155 F

   H02M3/155 C

   H02M3/155 Q

   H02M3/155 H

   B60L11/18 G

   H01M8/04 G

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-173281(P2011-173281)

(22)【出願日】2011年8月8日

(65)【公開番号】特開2013-38927(P2013-38927A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2014年6月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100110755

【弁理士】

【氏名又は名称】田辺 政一

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 晃太

(72)【発明者】

【氏名】梅原 孝宏

【審査官】 武市 匡紘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３１２２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１９３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２３４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３３９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２４６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８２３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００−３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００−１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００−１５／４２

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪を駆動するための電動機を搭載した車両において、
前記電動機を駆動するための電力を発生する電池と、この電池の端子電圧を昇圧して出力するための電力用半導体素子を有する電圧変換器と、を少なくとも備えた、電力供給部と、
前記電力供給部を冷却するために、液体状の冷却媒体を前記電力供給部に循環供給するように設けられた、冷却部と、
前記冷却媒体又は前記電圧変換器の温度をＴ、当該車両の速度をＶＣ、当該車両の運転者の加速要求度合いを示すアクセル操作量をＡｃｃｐ、とし、所定温度をＴ０、所定速度をＶＣ０、所定アクセル操作量をＡｃｃｐ０、とすると、
Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０及びＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０の少なくとも一方が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、
Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０及びＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０の少なくとも一方が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、
前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とするように、前記電圧変換器の動作を制御する、制御部と、
を備えたことを特徴とする車両。

【請求項2】

車輪を駆動するための電動機を搭載した車両において、
前記電動機を駆動するための電力を発生する電池と、この電池の端子電圧を昇圧して出力するための電力用半導体素子を有する電圧変換器と、を少なくとも備えた、電力供給部と、
前記電力供給部を冷却するために、液体状の冷却媒体を前記電力供給部に循環供給するように設けられた、冷却部と、
前記冷却媒体又は前記電圧変換器の温度をＴ、当該車両の運転者の加速要求度合いを示すアクセル操作量をＡｃｃｐ、とし、所定温度をＴ０、所定アクセル操作量をＡｃｃｐ０、とすると、
Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、
Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、
前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とするように、前記電圧変換器の動作を制御する、制御部と、
を備えたことを特徴とする車両。

【請求項3】

車輪を駆動するための電動機を搭載した車両において、
前記電動機を駆動するための電力を発生する電池と、この電池の端子電圧を昇圧して出力するための電力用半導体素子を有する電圧変換器と、を少なくとも備えた、電力供給部と、
前記電力供給部を冷却するために、液体状の冷却媒体を前記電力供給部に循環供給するように設けられた、冷却部と、
前記冷却媒体又は前記電圧変換器の温度をＴ、当該車両の速度をＶＣ、とし、所定温度をＴ０、所定速度をＶＣ０、とすると、
Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、
Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、
前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とするように、前記電圧変換器の動作を制御する、制御部と、
を備えたことを特徴とする車両。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の車両であって、
前記温度Ｔは、前記電力用半導体素子の温度あるいは当該電力用半導体素子の冷却系における前記冷却媒体の温度であることを特徴とする車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車輪を駆動するための電動機を搭載した車両に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の車両として、燃料電池等の電源電池と、この電源電池の端子電圧を昇圧するコンバータと、を備えたものが、広く知られている（例えば、特開２００４−２３６３８４号公報、特開２００６−３１２４２２号公報、等参照。）。ここで、上述のコンバータには、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電力用半導体スイッチング素子（「パワー素子」とも称される）と、リアクトルと、が設けられている。

【発明の概要】

【0003】

周知の通り、この種の車両に適用される上述の電力用半導体スイッチング素子は、動作周波数（スイッチング周波数あるいはキャリア周波数とも称される）が１０ｋＨｚ程度の可聴域において、損失が最も少ない。但し、この種の車両において、電力用半導体スイッチング素子の動作周波数が可聴域である場合に、リアクトルに起因するノイズ（リアクトルそのものから発生するノイズの他、リアクトルの振動に伴って他の隣接する部材から生じるノイズをも含む。）が問題となることがある。

【0004】

この点、動作周波数を可聴域よりも高い周波数（例えば２０ｋＨｚ超）にシフトすることで、ノイズの問題は一見解決可能であるようにも思われる。しかしながら、動作周波数を超音波域にシフトした場合、素子の損失が大きくなり、これにより燃費の悪化を招いたり素子が過熱したりしてしまうおそれがある。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。

【0005】

［構成］
本発明の車両は、車輪を駆動するための電動機に電力を供給するための電力供給部と、前記電力供給部を冷却するための冷却部と、前記電力供給部等の各部の動作を制御するための制御部と、を備えている。前記電力供給部は、前記電動機を駆動するための電力を発生する電池（例えば燃料電池）と、この電池の端子電圧を昇圧して出力するための電力用半導体素子を有する一方向昇圧型の電圧変換器（昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、を少なくとも備えている。前記冷却部は、液体状の冷却媒体を前記電力供給部（前記電池及び／又は前記電圧変換器）に循環供給するように設けられている。

【0006】

本発明の一側面における特徴は、前記制御部が、前記電圧変換器の動作を以下のように制御することにある：前記冷却媒体又は前記電圧変換器の温度をＴ、当該車両の速度をＶＣ、当該車両の運転者の加速要求度合いを示すアクセル操作量をＡｃｃｐ、とし、所定温度をＴ０、所定速度をＶＣ０、所定アクセル操作量をＡｃｃｐ０、とすると、Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０及びＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０の少なくとも一方が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０及びＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０の少なくとも一方が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とする。

【0008】

本発明のさらに他の一側面における特徴は、前記制御部が、前記電圧変換器の動作を以下のように制御することにある：Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とする。

【0010】

本発明のさらに他の一側面における特徴は、前記制御部が、前記電圧変換器の動作を以下のように制御することにある：Ｔ≦Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０が成立するときに成立する第１条件が成立する場合には前記電力用半導体素子の動作周波数を可聴域よりも高く設定し、Ｔ＞Ｔ０が成立し、且つ、ＶＣ≦ＶＣ０が成立するときに成立する第２条件が成立する場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記電圧変換器の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比を前記第１条件が成立する場合よりも増加させ、前記第１条件及び前記第２条件のいずれも成立しない場合には前記動作周波数を可聴域に設定するとともに前記昇圧比を前記第１条件が成立する場合と同一とする。

【0012】

なお、前記温度Ｔは、前記電力用半導体素子の温度あるいは当該電力用半導体素子の冷却系における前記冷却媒体の温度であってもよい。あるいは、かかる冷却系と、前記燃料電池（「燃料電池スタック」と称されることもある）の冷却系と、が共通化されている場合、前記温度Ｔは、前記燃料電池の冷却系における前記冷却媒体の温度であってもよい。

【0014】

［作用・効果］
低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）及び／又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）の場合には、リアクトルに起因するノイズが特に問題となる。そこで、このような場合であって、前記電池あるいは前記電力用半導体素子の温度が低温である（Ｔ≦Ｔ０が成立している）ときには、前記電力用半導体素子の前記動作周波数が、可聴域よりも高く設定される。これにより、前記ノイズの発生が、可及的に抑制される。

【0015】

但し、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）及び／又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）の場合であっても、前記電池あるいは前記電力用半導体素子の温度が高温である（Ｔ≦Ｔ０が成立していない）ときには、前記電力用半導体素子の前記動作周波数を可聴域よりも高く設定することは、素子過熱の観点から困難である。そこで、このときには、前記動作周波数が可聴域に設定されるとともに、リアクトル電流を抑制して当該電流を不連続モードとすべく、前記電圧変換器における昇圧比が高く設定されたり駆動相数が多く設定されたりする。これにより、前記動作周波数を可聴域に設定することで燃費の悪化や前記電力用半導体素子の過熱を効果的に防止しつつ、リアクトル電流を不連続モードとすることで前記ノイズの発生を可及的に抑制することが可能になる。

【0016】

また、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）及び／又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）の場合であって、前記電池あるいは前記電力用半導体素子の温度が低温である（Ｔ≦Ｔ０が成立している）ときに、リアクトル電流を抑制して当該電流を不連続モードとすべく、前記電圧変換器における昇圧比が高く設定されたり駆動相数が多く設定されたりすることで、前記ノイズの発生を可及的に抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示されているＦＣ昇圧コンバータの電気回路構成を示す図である。

【図3】図３は、図１及び図２に示されているＦＣ昇圧コンバータを構成する１相分（例えばＵ相コンバータ）の電気回路構成を示す図である。

【図4】図４は、図１に示されている制御部内のＣＰＵによって実行される、ＦＣ昇圧コンバータのスイッチング周波数設定処理の一具体例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、図１に示されている制御部内のＣＰＵによって実行される、ＦＣ昇圧コンバータのスイッチング周波数設定処理の他の一具体例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、図１に示されている制御部内のＣＰＵによって実行される、ＦＣ昇圧コンバータのスイッチング周波数設定処理のさらに他の一具体例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、図１に示されている制御部内のＣＰＵによって実行される、ＦＣ昇圧コンバータのスイッチング周波数設定処理のさらに他の一具体例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

【0019】

［構成］
図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車１０の概略構成を示す図である。本実施形態の燃料電池車１０は、燃料電池１１と、ＦＣ昇圧コンバータ１２と、バッテリ１３と、バッテリ昇圧コンバータ１４と、インバータ１５と、モータ１６と、ＦＣ冷却機構１７と、ＥＶ冷却機構１８と、制御部１９と、を備えている。この燃料電池車１０は、燃料電池１１及び／又はバッテリ１３から出力された電力を、インバータ１５を介してモータ１６に供給することで、駆動輪Ｗを駆動するようになっている。

【0020】

燃料電池１１及びバッテリ１３は、インバータ１５及びモータ１６と並列に接続されている。すなわち、燃料電池１１は、ＦＣ昇圧コンバータ１２を介して、インバータ１５と電気的に接続されている。また、バッテリ１３は、バッテリ昇圧コンバータ１４を介して、インバータ１５と電気的に接続されている。そして、インバータ１５は、ＦＣ昇圧コンバータ１２及びバッテリ昇圧コンバータ１４と、モータ１６と、の間に設けられている。換言すれば、インバータ１５の入力端子側において、ＦＣ昇圧コンバータ１２及びバッテリ昇圧コンバータ１４の出力が合流するように、ＦＣ昇圧コンバータ１２、バッテリ昇圧コンバータ１４、及びインバータ１５が接続されている。

【0021】

本発明の電圧変換器に相当するＦＣ昇圧コンバータ１２は、一方向昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであって、入力された燃料電池１１の端子電圧（以下、「燃料電池電圧」と称する。）Ｖｆｃｍｅｓを昇圧してインバータ１５側に出力可能に構成されている。バッテリ昇圧コンバータ１４は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、入力されたバッテリ１３の端子電圧を昇圧してインバータ１５側に出力可能に構成されている。

【0022】

ＦＣ昇圧コンバータ１２は、Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗを並列に接続した構成を有しており、負荷（モータ１６等）の要求出力等に応じて、Ｕ相のみを使用した一相駆動、Ｕ相とＶ相とを使用した二相駆動、及び、Ｕ相とＶ相とＷ相とを使用した三相駆動の間で、駆動相数を切り換え可能に構成されている（特開２０１１−１９３３８号公報等参照）。また、Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗは、後述するように、昇圧比を変更可能に構成されている。

【0023】

図２は、図１に示されているＦＣ昇圧コンバータ１２の電気回路構成を示す図である。図３は、図１及び図２に示されているＦＣ昇圧コンバータ１２を構成する１相分（例えばＵ相コンバータ１２０ｕ）の電気回路構成を示す図である。なお、図２及び図３においては、図示の簡略化のため、バッテリ１３及びバッテリ昇圧コンバータ１４については図示が省略されているものとする。また、図中、負荷回路ＬＣは、インバータ１５、及び、燃料電池１１からインバータ１５を介して供給される電力によって動作可能なすべての機器（モータ１６等）を総称したものである。

【0024】

以下の説明において、ＦＣ昇圧コンバータ１２を構成する１相分のコンバータ（Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗ）の各々を特に区別する必要がない場合には、単に「単相昇圧コンバータ１２０」と称する。また、単相昇圧コンバータ１２０に入力される昇圧前の電圧を「コンバータ入力電圧Ｖｉｎ」と称し、ＦＣ昇圧コンバータ１２から出力される昇圧後の電圧を「コンバータ出力電圧Ｖｏｕｔ」と称するものとする。さらに、図２及び図３中、“Ｃ”はコンデンサを示し、“Ｄ”はダイオードを示し、“Ｌ”はコイル（リアクトル）を示し、“Ｓ”はスイッチング素子を示す。

【0025】

図２に示されているように、ＦＣ昇圧コンバータ１２を構成する各単相昇圧コンバータ１２０は、コンデンサＣ１〜Ｃ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２と、コイル（リアクトル）Ｌ１及びＬ２と、を備えている。これらのうち、コンデンサＣ１、ダイオードＤ６、及びコイルＬ２は、各相に共通のものとして設けられている。すなわち、コンデンサＣ２及びＣ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ５と、コイルＬ１は、Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗに、それぞれ１つずつ設けられている。一方、コンデンサＣ１、ダイオードＤ６、及びコイルＬ２は、Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗに共通のものとして、ＦＣ昇圧コンバータ１２内にそれぞれ１つずつ設けられている。

【0026】

ＦＣ昇圧コンバータ１２は、Ｕ相コンバータ１２０ｕ、Ｖ相コンバータ１２０ｖ、及びＷ相コンバータ１２０ｗの他に、フリーホイール回路１２１を備えている。このフリーホイール回路１２１は、各相に共通のフリーホイールダイオードである、上述のダイオードＤ６であって、コイルＬ２の通電中にスイッチング素子Ｓ２を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐフェールセーフ機能を実現するために設けられている。

【0027】

図３を参照すると、単相昇圧コンバータ１２０は、昇圧動作を行うための主昇圧回路１２２と、ソフトスイッチング動作を行うための補助回路１２３と、を備えている。主昇圧回路１２２は、ＩＧＢＴからなるスイッチング素子（メインスイッチ）Ｓ１とダイオードＤ４とによって構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーを、ダイオードＤ５を介して負荷回路ＬＣに向けて解放することで、燃料電池１１の出力電圧を昇圧するようになっている。

【0028】

また、単相昇圧コンバータ１２０は、昇圧動作時にはスイッチング素子Ｓ１におけるスイッチングデューティー比を調整することで昇圧比を変更可能であるとともに、昇圧動作の停止時にはコイルＬ１及びダイオードＤ５を介して燃料電池電圧を直接的に負荷回路ＬＣに伝達可能に構成されている。なお、図２及び図３に示されている電気回路構成を見れば、当業者であればＦＣ昇圧コンバータ１２が具体的にどのように製造されどのように動作するものであるかは容易に理解可能であるが、必要であれば、本出願人の先願公開公報（例えば、特開２００９−１６５２４４号公報、特開２０１１−１９３３７号公報、特開２０１１−１９３３８号公報、等参照。）を参照のこと。

【0029】

再び図１を参照すると、ＦＣ冷却機構１７は、冷却媒体流路に冷却媒体（冷却水）を循環させることよって燃料電池１１を冷却するための機構であり、冷却水ポンプ、ラジエータ、切換弁、等を備えている。同様に、ＥＶ冷却機構１８は、冷却媒体流路に冷却媒体（冷却水）を循環させることによってＦＣ昇圧コンバータ１２やバッテリ昇圧コンバータ１４等の機器（ＥＶ機器）を冷却するための機構であり、冷却水ポンプ、ラジエータ、切換弁、等を備えている。

【0030】

制御部１９は、燃料電池車１０における各部の動作を制御するための、いわゆるマイクロコンピュータであって、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、バックアップＲＡＭと、インターフェースと、これらを接続する双方向バスと、を備えている。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するルーチン（プログラム）、及びこのルーチンの実行時に参照されるテーブル（ルックアップテーブル、マップ）、等が、予め格納されている。

【0031】

制御部１９は、上述のインターフェースを介して、センサ群１９０（このセンサ群１９０には、燃料電池車１０の走行速度に対応する出力を生じる車速センサ１９１、運転者のアクセル操作量に対応する出力を生じるアクセル操作量センサ１９２、Ｕ相コンバータ１２０ｕ〜Ｗ相コンバータ１２０ｗにおけるスイッチング素子Ｓ１の温度に対応する出力を生じる素子温度センサ１９３ｕ〜１９３ｗ、ＦＣ冷却機構１７における冷却媒体の温度に対応する出力を生じるＦＣ温度センサ１９４、及びＥＶ冷却機構１８における冷却媒体の温度に対応する出力を生じるＥＶ温度センサ１９５の他に、図示しない電流センサや電圧センサ等が含まれる。）と電気的に接続されている。

【0032】

また、制御部１９は、ＦＣ昇圧コンバータ１２、バッテリ昇圧コンバータ１４、インバータ１５、モータ１６、ＦＣ冷却機構１７、及びＥＶ冷却機構１８と、上述のインターフェースを介して電気的に接続されていて、これらの動作を制御するようになっている。特に、本実施形態においては、制御部１９は、Ｕ相コンバータ１２０ｕ〜Ｗ相コンバータ１２０ｗにおける各スイッチング素子Ｓ１（図２及び３参照）のスイッチング周波数を変更可能に構成されている（特開２００５−３１２２７９号公報参照）。

【0033】

［動作の概要］
制御部１９は、アクセル操作量センサ１９２によって検知されたアクセル操作量Ａｃｃｐ等に基づいて、燃料電池車１０全体の要求電力（車両走行電力と補機電力との合計値）を算出するとともに、燃料電池１１とバッテリ１３とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。また、制御部１９は、燃料電池１１の発電量が目標電力に一致するように、燃料電池１１を駆動するための燃料ガス供給系や酸化ガス供給系を制御する。

【0034】

さらに、制御部１９は、ＦＣ昇圧コンバータ１２やバッテリ昇圧コンバータ１４の動作制御を介して、インバータ電圧、及び、燃料電池１１の運転ポイント（動作点：燃料電池電圧Ｖｆｃｍｅｓ及び出力電流Ｉｆｃｍｅｓ）を制御する。具体的には、制御部１９は、バッテリ昇圧コンバータ１４における昇圧動作によってインバータ電圧を制御するとともに、ＦＣ昇圧コンバータ１２によって燃料電池１１の運転ポイントを制御する。加えて、制御部１９は、アクセル操作量Ａｃｃｐ等に応じた目標トルクが得られるように、インバータ１５を介して、モータ１６の出力トルク及び回転数を制御する。

【0035】

本実施形態の燃料電池車１０においては、燃料電池１１とインバータ１５との間に介在するＦＣ昇圧コンバータ１２における電力損失を低減することが、燃料電池車１０全体の効率向上に大きく寄与すると考えられる。そこで、本実施形態の燃料電池車１０においては、ＦＣ昇圧コンバータ１２の間欠運転制御を行うことで、ＦＣ昇圧コンバータ１２におけるスイッチング損失が可及的に抑制される。これにより、システム効率が向上する。

【0036】

ここで、上述の構成を有する本実施形態のＦＣ昇圧コンバータ１２においては、制御部１９が各相のスイッチング素子Ｓ１におけるスイッチングデューティー比を調整することで、昇圧比（すなわちコンバータ入力電圧Ｖｉｎに対するコンバータ出力電圧Ｖｏｕｔの比）が制御される。また、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作において補助回路１２３におけるスイッチング素子Ｓ２のスイッチング動作を介在させることで、ソフトスイッチングが実現される。一方、補助回路１２３を機能させなければ（すなわち補助回路１２３のスイッチング素子Ｓ２を常時オフとしておくことで）、ＦＣ昇圧コンバータ１２においてハードスイッチングが実現される。

【0037】

また、本実施形態においては、スイッチング素子Ｓ１の温度（素子温度センサ１９３ｕ〜１９３ｗの出力に基づく検出値）をＴｃ、燃料電池車１０の速度（車速センサ１９１の出力に基づく検出値）である車速をＶＣ、アクセル操作量（アクセル操作量センサ１９２の出力に基づく検出値）をＡｃｃｐ、とすると、制御部１９は、以下のように動作する：（１）Ｔｃ≦Ｔｃ０が成立し且つＶＣ≦ＶＣ０又はＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立する場合には、Ｕ相コンバータ１２０ｕ〜Ｗ相コンバータ１２０ｗにおける各スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を可聴域（２０〜２０ｋＨｚ）よりも高く設定し、（２）Ｔｃ≦Ｔｃ０、ＶＣ≦ＶＣ０、及びＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立しない場合には、各スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を可聴域に設定し、（３）Ｔｃ≦Ｔｃ０が成立せず且つＶＣ≦ＶＣ０又はＡｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０が成立する場合には、各スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を可聴域に設定するとともに、ＦＣ昇圧コンバータ１２におけるリアクトル電流（コイルＬ１を流れる電流）を低減して当該リアクトル電流を不連続モードとすべく、前記（２）の場合よりもＦＣ昇圧コンバータ１２における昇圧比を上昇させたり駆動相数を前記（２）の場合よりも増加させたりする。

【0038】

具体的には、スイッチング素子Ｓ１の温度が低い（Ｔｃ≦Ｔｃ０）場合、動作周波数を可聴域よりも高い周波数に設定しても、素子過熱の問題は生じない。そこで、燃料電池車１０の内外が静粛であってノイズが乗員に感知されやすい運転条件である、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）においては、制御部１９は、スイッチング素子Ｓ１の温度が低い場合に動作周波数を可聴域よりも高い周波数に設定する。これにより、リアクトルに起因するＦＣ昇圧コンバータ１２におけるノイズの発生が、可及的に抑制される。

【0039】

なお、スイッチング素子Ｓ１の温度が低い場合であっても、高車速（ＶＣ＞ＶＣ０）且つ高加速要求（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０）のときには、ノイズは燃料電池車１０の乗員（運転者を含む）には感知され難い。よって、このときには、制御部１９は、システム効率を優先して、スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を、可聴域内の周波数（損失が最も少ない周波数：例えば１０ｋＨｚ程度）に設定する。

【0040】

一方、スイッチング素子Ｓ１の温度が高い（Ｔｃ＞Ｔｃ０）場合であって、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）及び／又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）のときは、素子過熱及びノイズの双方が問題となる。そこで、本実施形態においては、制御部１９は、スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を可聴域（損失が最も少ない周波数：例えば１０ｋＨｚ程度）に設定するとともに、リアクトル電流を不連続モードとすることでノイズの発生を可及的に抑制すべく、ＦＣ昇圧コンバータ１２における昇圧比を上昇させたり駆動相数を増加させたりする。

【0041】

スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を可聴域に設定することにより、素子過熱が効果的に防止される。また、一方向昇圧型のＦＣ昇圧コンバータ１２における昇圧比を上昇させたり、駆動相数を増加させたりすることで、リアクトル電流が抑制され、その結果、リアクトル電流が不連続モードとなる。これにより、リアクトルに起因するＦＣ昇圧コンバータ１２におけるノイズの発生が抑制される。

【0042】

このように、本実施形態によれば、素子過熱が効果的に防止されつつ、リアクトルに起因するＦＣ昇圧コンバータ１２におけるノイズの発生が可及的に抑制される。

【0043】

［動作の具体例］
図４は、図１に示されている制御部１９内のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称する。）によって実行される、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング周波数設定処理の一具体例を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートにおいて、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている。

【0044】

ＣＰＵは、図４に示されているスイッチング周波数設定ルーチン４００を、所定時間毎に実行する。かかるルーチン４００の実行が開始されると、ＣＰＵは、後述する各ステップにおいて必要なパラメータ（スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃ、アクセル操作量Ａｃｃｐ、車速ＶＣ、等）を取得した後、ステップ４１０において、スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ０よりも高いか否かを判定する。

【0045】

まず、スイッチング素子Ｓ１が高温である場合（Ｔｃ＞Ｔｃ０：ステップ４１０＝Ｙｅｓ）について説明すると、この場合、処理がステップ４１５に進行して、ＦＣ昇圧コンバータ１２（スイッチング素子Ｓ１）のスイッチング周波数が可聴域の通常の周波数Ｆnormに設定された後、処理がステップ４２０に進行する。

【0046】

ステップ４２０においては、ＣＰＵは、アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きいか否かを判定する。アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きい場合（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０：ステップ４２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４３０に進行する。ステップ４３０においては、ＣＰＵは、車速ＶＣが所定値ＶＣ０よりも大きいか否かを判定する。アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きく（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０：ステップ４２０＝Ｙｅｓ）且つ車速ＶＣが所定値ＶＣ０よりも大きい（ＶＣ＞ＶＣ０：ステップ４３０＝Ｙｅｓ）場合、本ルーチンが一旦終了する。

【0047】

スイッチング素子Ｓ１が高温であって（ＶＣ＞ＶＣ０：ステップ４１０＝Ｙｅｓ）、アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０以下（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０：ステップ４２０＝Ｎｏ）あるいは車速ＶＣが所定値ＶＣ０以下（ＶＣ≦ＶＣ０：ステップ４３０＝Ｎｏ）である場合、処理がステップ４４０に進行する。ステップ４４０においては、ＣＰＵは、現在のＦＣ昇圧コンバータ１２の駆動相数が三相であるか否かを判定する。

【0048】

現在のＦＣ昇圧コンバータ１２の駆動相数が三相である場合（ステップ４４０＝Ｙｅｓ）、これ以上駆動相数を増加させることができない。そこで、この場合、処理がステップ４５０に進行して、ＣＰＵは、リアクトル電流を低減して不連続モードとするために、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を上昇させる。一方、現在のＦＣ昇圧コンバータ１２の駆動相数が一相あるいは二相である場合（ステップ４４０＝Ｎｏ）、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を上昇させることなく、駆動相数を増加させることで、リアクトル電流を低減して不連続モードとすることが可能である。そこで、この場合、処理がステップ４５５に進行して、ＣＰＵは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の駆動相数を増加させる。ステップ４５０やステップ４５５の処理の後、本ルーチンが一旦終了する。

【0049】

このように、本具体例においては、スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ０よりも高い場合にスイッチング周波数が可聴域の通常の周波数Ｆnormに設定されるとともに、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）のときには高車速（ＶＣ≦ＶＣ０）且つ高加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）よりもＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比が上昇されたり駆動相数を増加されたりする。これにより、スイッチング素子Ｓ１の過熱を抑制しつつ、ノイズの発生を可及的に抑制することが可能になる。

【0050】

次に、スイッチング素子Ｓ１が低温である場合（Ｔｃ≦Ｔｃ０：ステップ４１０＝Ｎｏ）について説明すると、この場合、処理がステップ４６０に進行して、ＣＰＵは、ステップ４２０と同様に、アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きいか否かを判定する。アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きい場合（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０：ステップ４６０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４７０に進行する。ステップ４７０においては、ＣＰＵは、ステップ４３０と同様に、車速ＶＣが所定値ＶＣ０よりも大きいか否かを判定する。

【0051】

スイッチング素子Ｓ１が低温であって（Ｔｃ≦Ｔｃ０：ステップ４１０＝Ｎｏ）、アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０よりも大きく（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０：ステップ４６０＝Ｙｅｓ）且つ車速ＶＣが所定値ＶＣ０よりも大きい（ＶＣ＞ＶＣ０：ステップ４７０＝Ｙｅｓ）場合、処理がステップ４８０に進行する。ステップ４８０においては、ＣＰＵは、ステップ４１５と同様に、ＦＣ昇圧コンバータ１２（スイッチング素子Ｓ１）のスイッチング周波数を可聴域の通常の周波数Ｆnormに設定する。ステップ４８０の処理の後、本ルーチンが一旦終了する。

【0052】

スイッチング素子Ｓ１が低温であって（Ｔｃ≦Ｔｃ０：ステップ４１０＝Ｎｏ）、アクセル操作量Ａｃｃｐが所定値Ａｃｃｐ０以下（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０：ステップ４６０＝Ｎｏ）あるいは車速ＶＣが所定値ＶＣ０以下（ＶＣ≦ＶＣ０：ステップ４７０＝Ｎｏ）である場合、処理がステップ４９０に進行する。ステップ４９０においては、ＣＰＵは、ＦＣ昇圧コンバータ１２（スイッチング素子Ｓ１）のスイッチング周波数を、可聴域よりも高い周波数Ｆhighに設定する。ステップ４９０の処理の後、本ルーチンが一旦終了する。

【0053】

このように、本具体例においては、スイッチング素子Ｓ１の温度が低い（Ｔｃ≦Ｔｃ０）場合であって、低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）又は低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）のときには、スイッチング周波数が可聴域よりも高い周波数Ｆhighに設定される。これにより、特に燃料電池車１０の内外が静粛であってノイズが乗員に感知されやすい運転条件における、リアクトルに起因するＦＣ昇圧コンバータ１２におけるノイズの発生が、可及的に抑制される。一方、スイッチング素子Ｓ１の温度が低い（Ｔｃ≦Ｔｃ０）場合であっても、高車速（ＶＣ＞ＶＣ０）且つ高加速要求（Ａｃｃｐ＞Ａｃｃｐ０）のときには、スイッチング素子Ｓ１の動作周波数が可聴域内の周波数に設定される。これにより、高車速且つ高加速要求時における良好なシステム効率が達成される。

【0054】

［変形例の例示列挙］
なお、上述の実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

【0055】

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

【0056】

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

【0057】

本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、バッテリ１３は、通常の自動車用の鉛蓄電池の他、リチウム系二次電池であってもよい。あるいは、バッテリ１３に代えて、キャパシタ等が利用可能である。さらに、複数の燃料電池スタックや複数の蓄電装置が設けられた構成に対しても、本発明は好適に適用可能である。

【0058】

ＦＣ昇圧コンバータ１２の回路構成（相数を含む）も、上述の具体例に何ら限定されない。

【0059】

本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な処理に限定されない。例えば、上述の具体例においては、スイッチング素子Ｓ１が低温であって低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）と低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）とのうちの一方のみが成立する場合、ノイズ対策を優先して、スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を高くした。これに対し、システム効率を優先する立場からは、スイッチング素子Ｓ１が低温であって低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）と低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）との双方が成立する場合に、スイッチング素子Ｓ１の動作周波数を高くしてもよい。

【0060】

また、スイッチング素子Ｓ１が高温であって低車速（ＶＣ≦ＶＣ０）と低加速要求（Ａｃｃｐ≦Ａｃｃｐ０）との双方が成立する場合にのみ、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を上昇させたり駆動相数を増加したりするようにしてもよい。

【0061】

スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃとしては、素子温度センサ１９３ｕの出力に基づく検出値と、素子温度センサ１９３ｖの出力に基づく検出値と、素子温度センサ１９３ｗの出力に基づく検出値と、を適宜処理したもの（平均、加重平均、あるいは最大値）を用いることが可能である。あるいは、素子温度センサ１９３ｕ〜１９３ｗのうちのいずれか２つを省略することで、素子温度センサを１つのみとしてもよい。

【0062】

スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃ（素子温度センサ１９３ｕ〜１９３ｗの出力に基づく検出値）に代えて、あるいは、これとともに、ＥＶ冷却機構１８における冷却媒体の温度Ｔw_ev（冷却水温：ＥＶ温度センサ１９５の出力に基づく検出値）又はＦＣ冷却機構１７における冷却媒体の温度Ｔw_fc（冷却水温：ＦＣ温度センサ１９４の出力に基づく検出値）が用いられてもよい。但し、ＦＣ冷却機構１７における冷却媒体の温度Ｔw_fcが用いられるのは、ＦＣ冷却機構１７とＥＶ冷却機構１８とが共通化（冷却媒体経路の連続化を含む）されている場合である。

【0063】

ＥＶ冷却機構１８における冷却媒体の温度Ｔw_ev又はＦＣ冷却機構１７における冷却媒体の温度Ｔw_fcがスイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃに代えて用いられる場合の変形例を、図５に示す（図５においては、Ｔw_ev又はＴw_fcを総称した温度Ｔｗが示されているものとする。）。かかる変形例においては、素子温度センサ１９３ｕ〜１９３ｗは省略され得る。

【0064】

さらには、ＦＣ昇圧コンバータ１２側の温度（スイッチング素子Ｓ１の温度ＴｃやＥＶ冷却機構１８における冷却媒体の温度Ｔw_ev）と、燃料電池１１側の温度（ＦＣ冷却機構１７における冷却媒体の温度Ｔw_fc）とが、併用されてもよい。２つ以上の温度が併用される場合、いずれか１つが所定温度を超えた場合に、ステップ４１０の判定がＹｅｓとなるように、上述の具体例が適宜変容され得る。具体的には、例えば、スイッチング素子Ｓ１の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ０より高く、且つ、ＥＶ冷却機構１８における冷却媒体の温度Ｔw_evが所定温度Ｔw_ev０より高い場合に、ステップ４１０の判定が「Ｙｅｓ」とされることで、素子温度センサ１９３ｕ等とＥＶ温度センサ１９５とのうちの一方が故障した際にも、良好な制御が行われる。

【0065】

図４のフローチャートにおけるステップ４３０及びステップ４７０が省略されることで、温度と加速要求とに応じたスイッチング周波数設定が行われ得る。あるいは、図４のフローチャートにおけるステップ４２０及びステップ４６０が省略されることで、温度と車速とに応じたスイッチング周波数設定が行われ得る。

【0066】

ステップ４４０における判定内容は、単に「駆動相数を増加可能か否か」の判定に変更され得る。具体的には、例えば、一相駆動あるいは二相駆動時においても、Ｕ相コンバータ１２０ｕ〜Ｗ相コンバータ１２０ｗのうちのいずれか１つの故障により、駆動相数を増加させることができない場合があり得る。このような場合においては、リアクトル電流を低減すべく、昇圧比の上昇処理が行われる（ステップ４５０）。

【0067】

また、スイッチング周波数を可聴域よりも高い周波数Ｆhighに設定することに代えて、あるいはこれとともに、昇圧比の上昇処理や相数増加処理が行われてもよい。図６は、かかる変形例（スイッチング周波数を可聴域よりも高い周波数Ｆhighに設定することとともに、昇圧比の上昇処理や相数増加処理が行われる例）に対応するフローチャートである。図６に示されているように、ステップ４９０の処理が終了した後、処理がステップ４４０に進行することで、かかる変形例の処理が実現される。

【0068】

なお、図６のフローチャートにおいて、ステップ４１５、４８０及び４９０は省略可能である（図７参照）。この場合（スイッチング周波数を可聴域よりも高い周波数Ｆhighに設定することに代えて、昇圧比の上昇処理や相数増加処理が行われる例）、スイッチング周波数は可聴域の通常の周波数Ｆnormとされ、ルーチン名は「スイッチング素子駆動制御」と変更される。

【0069】

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。

【符号の説明】

【0070】

１０…燃料電池車 １１…燃料電池 １２…ＦＣ昇圧コンバータ
１２０…単相昇圧コンバータ
１２０ｕ…Ｕ相コンバータ １２０ｖ…Ｖ相コンバータ １２０ｗ…Ｗ相コンバータ
１２１…フリーホイール回路 １２２…主昇圧回路 １２３…補助回路
１３…バッテリ １４…バッテリ昇圧コンバータ
１５…インバータ １６…モータ １７…ＦＣ冷却機構
１８…ＥＶ冷却機構 １９…制御部
１９０…センサ群 １９１…車速センサ
１９２…アクセル操作量センサ １９３ｕ…素子温度センサ １９３ｖ…素子温度センサ
１９３ｗ…素子温度センサ １９４…ＦＣ温度センサ １９５…ＥＶ温度センサ
ＬＣ…負荷回路 Ｓ１…スイッチング素子 Ｗ…駆動輪

【先行技術文献】

【特許文献】

【0071】

【特許文献1】特開２００４−２３６３８４号公報

【特許文献2】特開２００５−３１２２７９号公報

【特許文献3】特開２００６−３１２４２２号公報

【特許文献4】特開２００９−１６５２４４号公報

【特許文献5】特開２０１１−１９３３７号公報

【特許文献6】特開２０１１−１９３３８号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】