專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搭載在車輛上的燃料電池系統(tǒng)，特別涉及從燃料電池和蓄電池向驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)供給電力的混合動(dòng)力型的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在搭載了燃料電池系統(tǒng)的車輛(以下稱作“燃料電池車”。)中，為了從燃料電池及蓄電裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)供給電力而使用了多個(gè)電力裝置。DC-DC轉(zhuǎn)換器是對(duì)燃料電池和變換器之間的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電力裝置。變換器是將直流輸入電壓變換為交流電壓而供給至電動(dòng)機(jī)的電力裝置。另外，在蓄電裝置和變換器之間，還存在有一個(gè)設(shè)有DC-DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。在這樣的燃料電池車中，在包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的電力裝置中會(huì)產(chǎn)生電力損失，因此希望抑制該電力損失。例如，在日本特開(kāi)2005-348530號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了如下的發(fā)明通過(guò)將燃料電池的輸出電壓值設(shè)定在蓄電裝置的電路電壓的最大值和最小值之間的范圍內(nèi)，減少電壓變換動(dòng)作的執(zhí)行頻率，因而抑制電力損失的增大。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2005-348530號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在燃料電池車中，在用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變換器及電動(dòng)機(jī)等中也產(chǎn)生電力損失。在上述專利文獻(xiàn)1中，并沒(méi)有考慮到變換器及電動(dòng)機(jī)等中的電力損失。在產(chǎn)生電力損失的結(jié)構(gòu)要素存在有多個(gè)的情況下，必須要將燃料電池系統(tǒng)控制成使得這些多個(gè)結(jié)構(gòu)要素中的電力損失為最低。因此，為了解決上述課題，在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，提供一種在產(chǎn)生電力損失的結(jié)構(gòu)要素存在有多個(gè)的情況下能夠一邊抑制系統(tǒng)整體的電力損失一邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的一方式的特征在于，具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和變換器之間，用于設(shè)定燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和變換器之間，用于設(shè)定變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制第一轉(zhuǎn)換器及第二轉(zhuǎn)換器；在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓，并將使電力損失為最低的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出。解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的一方式具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和變換器之間，用于設(shè)定燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和變換器之間，用于設(shè)定變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制第一轉(zhuǎn)換器及第二轉(zhuǎn)換器，所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，具備最低損失電壓決定單元，在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓；以及必要電壓輸出單元，將使電力損失為最低的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出。解決上述課題的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的一方式用于燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和變換器之間，用于設(shè)定燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和變換器之間，用于設(shè)定變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制第一轉(zhuǎn)換器及第二轉(zhuǎn)換器，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的特征在于， 包括在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓的步驟；和將使電力損失為最低的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出的步驟。在燃料電池車中，電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件(例如實(shí)施方式中的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、 轉(zhuǎn)速)是確定的。對(duì)于電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器的每一個(gè)，能夠預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)等與該電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地確定使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。根據(jù)該發(fā)明，決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓，該電壓被作為變換器的必要電壓，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制了系統(tǒng)的電力損失的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選對(duì)所有的電力裝置(電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器)預(yù)先求出電力損失，但是存在電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器因其通過(guò)電力等而電力損失量不同的情況。在該情況下，即使只是對(duì)電力損失量特別大的一個(gè)或兩個(gè)電力裝置確定使電力損失為最低的變換器的輸入電壓，由于該電力損失量的降低發(fā)生較大的作用，因此作為系統(tǒng)整體能夠削減電力損失量。此外，作為燃料電池系統(tǒng)的一方式，優(yōu)選的是，在使電力損失為最低的變換器的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓的情況下，將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出。同樣，作為燃料電池系統(tǒng)的一方式，優(yōu)選還具備下限設(shè)定單元，在使電力損失為最低的變換器的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓的情況下，所述下限設(shè)定單元將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出。同樣，作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的一方式，優(yōu)選還包括如下步驟在使電力損失為最低的變換器的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓的情況下，將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出。電動(dòng)機(jī)存在有用于維持穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)所需的最低限度的必要電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在使上述電力損失為最低的變換器的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓的情況下，代替地將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓輸出，因此，不會(huì)超出需要地限制轉(zhuǎn)矩，能夠穩(wěn)定地維持電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)。本發(fā)明能夠根據(jù)希望選擇性地追加下述的要素。(1)也可以構(gòu)成為，對(duì)于電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中的至少一個(gè)， 參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使電力損失為最低的變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，針對(duì)電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器等電力裝置中的至少一個(gè)，與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地測(cè)定表示最低電力損失的變換器的輸入電壓，并映射為關(guān)系表。參照該關(guān)系表，由此能夠與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地容易地取得使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。關(guān)系表也可以按照電力裝置設(shè)置，但是也可以對(duì)多個(gè)電壓交換器設(shè)定一個(gè)關(guān)系表。這樣的關(guān)系表是與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地對(duì)使作為對(duì)象的電力裝置的總計(jì)電力損失為最低的變換器的輸入電壓進(jìn)行記錄的表。(2)也可以構(gòu)成為，在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器的總計(jì)電力損失為最低的變換器的輸入電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器的總計(jì)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓，因此，能夠以在系統(tǒng)整體中電力損失最少的狀態(tài)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？傆?jì)的電力損失能夠通過(guò)求出使各個(gè)電力裝置的電力損失為最低的變換器的輸入電壓并基于所求出的變換器的輸入電壓來(lái)確定。例如，在各電力裝置中互相比較使電力損失為最低的變換器的輸入電壓，能夠?qū)⒆罡叩碾妷夯蜃畹偷碾妷鹤鳛樽儞Q器的必要電壓。另外，也可以是，在各電力裝置中，求出使電壓損失為最低的變換器的輸入電壓的平均值，或者進(jìn)行與電力損失量相對(duì)應(yīng)的加權(quán)平均等的運(yùn)算，來(lái)決定變換器的必要電壓。(3)也可以構(gòu)成為，參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、 第二轉(zhuǎn)換器及變換器的總計(jì)電力損失為最低的變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，針對(duì)電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器的全部，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作條件測(cè)定表示最低電力損失的變換器的輸入電壓，并映射為關(guān)系表。通過(guò)參照該關(guān)系表，能夠容易地取得與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)而使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。關(guān)系表是與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地對(duì)使全部電力裝置的總計(jì)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓進(jìn)行記錄的表。(4)也可以構(gòu)成為，參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定變換器的必要電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地預(yù)先測(cè)定提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓，并映射為關(guān)系表。通過(guò)參照該關(guān)系表，能夠容易地取得提供與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓。(5)也可以構(gòu)成為，具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和變換器之間，用于設(shè)定燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和變換器之間， 用于設(shè)定變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制第一轉(zhuǎn)換器及第二轉(zhuǎn)換器，在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下，決定使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器及變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低且為電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的電動(dòng)機(jī)的必要電壓以上的變換器的輸入電壓，并作為變換器的必要電壓輸出。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在確定了電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件的情況下，與該條件相對(duì)應(yīng)地決定使電力裝置的電力損失為最低且為電動(dòng)機(jī)的必要電壓以上的一個(gè)變換器的輸入電壓。因此，能夠通過(guò)一次的運(yùn)算或判斷處理來(lái)輸出變換器的必要電壓。
(6)也可以構(gòu)成為，參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使電動(dòng)機(jī)、第一轉(zhuǎn)換器、 第二轉(zhuǎn)換器及變換器的總計(jì)電力損失為最低且為電動(dòng)機(jī)的必要電壓以上的變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定變換器的必要電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對(duì)于全部的電力裝置，與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地測(cè)定表示最低電力損失的變換器的輸入電壓，并且進(jìn)行下限處理以使表示該最低電力損失的變換器的輸入電壓為提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓以上，并映射為關(guān)系表。通過(guò)參照該關(guān)系表，能夠與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)地唯一地確定變換器的必要電壓，判斷處理非常
各易ο關(guān)系表是與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)，將使電力裝置全部的總計(jì)電力損失為最低的變換器的輸入電壓下限處理成提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓以上，并進(jìn)行記錄的表。(7)也可以構(gòu)成為，還具備與變換器并聯(lián)地連接于第二轉(zhuǎn)換器的輔機(jī)變換器，決定使電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的包括輔機(jī)變換器的電力損失在內(nèi)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，以進(jìn)而使輔機(jī)變換器的電力損失也為最低的方式來(lái)決定變換器的輸入電壓，因此，能夠抑制還包括輔機(jī)變換器在內(nèi)的綜合的電力損失。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，即使在產(chǎn)生電力損失的結(jié)構(gòu)要素存在有多個(gè)的情況下也能夠一邊綜合地抑制電力損失一邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。


圖1是本實(shí)施方式一所涉及的FCHV系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是進(jìn)行本實(shí)施方式一所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的功能框圖。圖3是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)變化的使第一轉(zhuǎn)換器11的電力損失為最低的最低損失電壓Vl的關(guān)系圖。圖4是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)變化的使第二轉(zhuǎn)換器12的電力損失為最低的最低損失電壓V2的關(guān)系圖。圖5是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)變化的使變換器14的電力損失為最低的最低損失電壓V3的關(guān)系圖。圖6是電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)與第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的總計(jì)最低電力損失的關(guān)系圖。圖7是電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)與電動(dòng)機(jī)必要電壓Vmin的關(guān)系圖。圖8是本實(shí)施方式一所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的流程圖。圖9是本實(shí)施方式二所涉及的、電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓Vd的關(guān)系圖。圖10是本實(shí)施方式二所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的流程圖。
具體實(shí)施例方式接著，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。
在以下的附圖的記載中，對(duì)于相同或類似的部分使用相同或類似的標(biāo)號(hào)進(jìn)行表示。其中，附圖是示意圖。因此，具體的特征等應(yīng)該參照以下的說(shuō)明進(jìn)行判斷。另外，當(dāng)然在附圖相互之間也包括相互的特性不同的部分。(實(shí)施方式一)本實(shí)施方式一是關(guān)于與各個(gè)電力裝置相對(duì)應(yīng)地保持用于求出最低電力損失的關(guān)系表的方式。(系統(tǒng)結(jié)構(gòu))圖1是本實(shí)施方式一所涉及的搭載在車輛上的燃料電池系統(tǒng)100的框圖。這樣的車輛是混合動(dòng)力型燃料電池車(FCHV:Euel Cell Hybrid Vehicle) 燃料電池系統(tǒng)100具備燃料電池10、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12、蓄電池13、變換器14、電動(dòng)機(jī)15、輔機(jī)變換器18及控制裝置20而構(gòu)成。燃料電池10是串聯(lián)地層疊多個(gè)單元電池而構(gòu)成的發(fā)電單元。單元電池具有用隔板夾著膜/電極接合體(MEA=Membrane Electrode Assembly)而成的構(gòu)造，所述膜/電極接合體是在陽(yáng)極和陰極夾入高分子電解質(zhì)膜等的離子交換膜而成的。陽(yáng)極是將陽(yáng)極用催化劑層設(shè)在多孔質(zhì)支撐層上，陰極是將陰極用催化劑層設(shè)在多孔質(zhì)支撐層上。對(duì)各單元電池的陽(yáng)極，經(jīng)由隔板從未圖示的燃料氣體供給系統(tǒng)供給燃料氣體(例如氫氣)。對(duì)各單元電池的陰極，經(jīng)由隔板從未圖示的氧氣供給系統(tǒng)供給氧化氣體(例如空氣)。在隔板上形成有冷卻液的流路，從未圖示的冷卻液供給系統(tǒng)供給冷卻液。在燃料電池10中，在陽(yáng)極發(fā)生(1) 式的氧化反應(yīng)，在陰極發(fā)生(2)式的還原反應(yīng)，燃料電池10整體發(fā)生(3)式的起電反應(yīng)。H2 — 2H++2e-…(1)(1/2) 02+2H++2e" — H2O... (2)H2+(1/2) O2 — H2O... (3)通過(guò)將多個(gè)單元電池串聯(lián)連接，燃料電池10向輸出端子輸出輸出電壓Vfc。燃料電池10具有規(guī)定的電流-電壓輸出特性，對(duì)應(yīng)于輸出電壓VfC的變化，輸出電流及輸出電力發(fā)生變化。第一轉(zhuǎn)換器11是電力裝置之一，具備作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)換器11 在使用三相運(yùn)轉(zhuǎn)方式的情況下，例如具備三相橋式轉(zhuǎn)換器等的電路結(jié)構(gòu)。三相橋式轉(zhuǎn)換器具備由電抗器、整流用二極管、IGBTansulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管)等構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件。通過(guò)組合這些元件，形成將輸入的直流電壓暫時(shí)變換成交流的類似變換器的電路部分、和再次對(duì)該交流進(jìn)行整流而變換為不同的直流電壓的部分。第一轉(zhuǎn)換器11的電路結(jié)構(gòu)不限于上述情況，能夠采用可進(jìn)行燃料電池10的輸出電壓Vfc的控制的所有結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)換器11的一次側(cè)與燃料電池10的輸出端子連接，第一轉(zhuǎn)換器11的二次側(cè)與變換器14的輸入端子連接。第一轉(zhuǎn)換器11構(gòu)成為按照來(lái)自控制裝置20的命令CVfc來(lái)控制一次側(cè)的端子電壓(燃料電池10的輸出電壓Vfc)。即，通過(guò)該第一轉(zhuǎn)換器11，將燃料電池10的輸出電壓Vfc控制成與目標(biāo)輸出相對(duì)應(yīng)的電壓(即目標(biāo)輸出電壓Vfc)。此外，第一轉(zhuǎn)換器11構(gòu)成為以對(duì)燃料電池10的輸出電壓Vfc和變換器14的輸入電壓Vin進(jìn)行匹配的方式來(lái)轉(zhuǎn)換電壓。蓄電池13是蓄電裝置，作為在燃料電池10所發(fā)電的電力之中剩余電力的儲(chǔ)藏源、再生制動(dòng)時(shí)的再生能量?jī)?chǔ)藏源、伴隨燃料電池車輛的加速或減速的負(fù)載變動(dòng)時(shí)的能量緩沖器來(lái)發(fā)揮功能。作為蓄電池13，例如使用鎳/鎘蓄電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等的二次電池。蓄電池13的輸出電壓Vbat成為第二轉(zhuǎn)換器12的輸入電壓。第二轉(zhuǎn)換器12是電力裝置之一，具備與第一轉(zhuǎn)換器11 一樣的作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。第二轉(zhuǎn)換器12的一次側(cè)與蓄電池13的輸出端子連接，第二轉(zhuǎn)換器12的二次側(cè)與變換器14的輸入端子連接。第二轉(zhuǎn)換器12構(gòu)成為，按照來(lái)自控制裝置20的命令CVin來(lái)控制二次側(cè)的端子電壓(變換器14的輸入電壓Vin)。例如，在電動(dòng)機(jī)15的要求電力急劇變化時(shí)(以下假定為增加的情況)，第二轉(zhuǎn)換器12控制變換器14的輸入電壓Vin直到成為所設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓為止。另外，第一轉(zhuǎn)換器11控制燃料電池10的輸出電壓Vfc直到達(dá)到所設(shè)定的目標(biāo)輸出電壓為止。第二轉(zhuǎn)換器12的電路結(jié)構(gòu)能夠采用可實(shí)現(xiàn)變換器14的輸入電壓Vin的控制的所有結(jié)構(gòu)。變換器14是電力之一，構(gòu)成為將供給至輸入端子的直流電流變換為交流電流而供給至電動(dòng)機(jī)15。變換器14的電路結(jié)構(gòu)例如具備以脈沖寬度調(diào)制方式被驅(qū)動(dòng)的PWM電路。 變換器14構(gòu)成為將與被第二轉(zhuǎn)換器12控制的輸入電壓Vin對(duì)應(yīng)的三相交流的驅(qū)動(dòng)電壓Vd 供給至電動(dòng)機(jī)15。電動(dòng)機(jī)15是電力裝置(負(fù)載裝置)之一，是車輛行駛用的牽引電動(dòng)機(jī)，在被供給驅(qū)動(dòng)電力的情況下對(duì)本車輛施加推進(jìn)力，在被減速的情況下產(chǎn)生再生電力。差動(dòng)器16是減速裝置，構(gòu)成為以規(guī)定的比率對(duì)電動(dòng)機(jī)15的高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行減速，使設(shè)有輪胎17的軸旋轉(zhuǎn)。 在軸上設(shè)有未圖示的車輪速度傳感器等，能夠檢測(cè)車輛的車速。輔機(jī)變換器18是電力裝置之一，構(gòu)成為將被供給至輸入端子的直流電流變換為交流電流而供給至高電壓輔機(jī)19。輔機(jī)變換器18的電路結(jié)構(gòu)與上述變換器14相同。輔機(jī)變換器18構(gòu)成為按照來(lái)自控制裝置20的命令CVd2將具有規(guī)定的驅(qū)動(dòng)電壓Vd2 (有效值) 的三相交流電流供給至高電壓輔機(jī)19。高電壓輔機(jī)19是負(fù)載裝置(電力裝置)之一，是用于使本燃料電池系統(tǒng)100發(fā)揮功能的、未圖示的加濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵及冷卻液泵等的總稱?？刂蒲b置20是控制燃料電池系統(tǒng)100的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如具備CPU、RAM、ROM等。 控制裝置20輸入來(lái)自各種傳感器組21的信號(hào)(例如表示油門開(kāi)度的信號(hào)、表示車速的信號(hào)、表示燃料電池10的輸出電流、輸出電壓的信號(hào)等)，實(shí)施進(jìn)行控制所需的各種運(yùn)算。例如，控制裝置20對(duì)系統(tǒng)的要求電力進(jìn)行運(yùn)算。系統(tǒng)的要求電力是車輛行駛電力和輔機(jī)電力的總計(jì)值。車輛行駛電力是被供給至電動(dòng)機(jī)15的電力。輔機(jī)電力中包括有車載輔機(jī)類所消耗的電力、車輛行駛所需要的裝置所消耗的電力、設(shè)置在乘員空間內(nèi)的裝置所消耗的電力等。車載輔機(jī)類是指，例如加濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵及冷卻液泵等。車輛行駛所需要的裝置是指，例如變速器、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置及懸架裝置等。設(shè)置在乘員空間內(nèi)的裝置是指，例如空調(diào)裝置、照明設(shè)備及音響等。求出系統(tǒng)的要求電力后，控制裝置20決定燃料電池10和蓄電池13的各自的輸出電力的分配，運(yùn)算與各自的要求電力相對(duì)應(yīng)的發(fā)電指令值。然后，為了獲得所求出的燃料電池10的要求電力，對(duì)第一轉(zhuǎn)換器11輸出命令CVfc，控制燃料電池10的輸出電壓Vfc。另夕卜，為了取得所求出的蓄電池13的要求電力，對(duì)第二轉(zhuǎn)換器12輸出命令CVin，控制變換器 14的輸入電壓Vin。然后，控制裝置20為了獲得與油門開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N，對(duì)變換器14輸出命令CVd，而輸出希望的驅(qū)動(dòng)電壓Vd，控制電動(dòng)機(jī)15的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。(功能塊)控制裝置20在運(yùn)算上述變換器14的輸入電壓Vin時(shí)，能夠執(zhí)行本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。即，發(fā)揮功能，使得在電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件(即目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)下決定使得電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓，并將該輸入電壓作為變換器的必要電壓Vin進(jìn)行指令。具體地通過(guò)以下的功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2示出了在控制裝置20中用于進(jìn)行功能性地實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的功能框圖。如圖2所示，本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制具備最低損失電壓決定單元201、必要電壓輸出單元202、下限設(shè)定單元203、最低損失電壓關(guān)系表204及電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表 205。最低損失電壓決定單元201是在電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)下決定使電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的電力損失為最低的變換器的輸入電壓的功能塊。此時(shí)，最低損失電壓決定單元201參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī)15 的工作條件變化的使電力損失為最低的變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的最低損失電壓關(guān)系表204。必要電壓輸出單元202是將所決定的使電力損失為最低的變換器的輸入電壓作為變換器的必要電壓Vin以命令CVin的形式進(jìn)行輸出的功能塊。下限設(shè)定單元203是如下所述功能塊在進(jìn)行上述決定時(shí)，在使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件下的電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器14的輸入電壓Vinmin的情況下，將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器的輸入電壓 Vinmin作為變換器14的必要電壓Vin來(lái)輸出。此時(shí)，下限設(shè)定單元203參照相對(duì)于電動(dòng)機(jī) 15的工作條件變化的提供電動(dòng)機(jī)15的必要電壓的變換器14的輸入電壓Vinmin進(jìn)行映射而得到的電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205。下限設(shè)定單元203在使電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件 (目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)下的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓小于提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器14的輸入電壓Vinmin的情況下，將提供該電動(dòng)機(jī)15的必要電壓的變換器14的輸入電壓Vinmin作為變換器14的必要電壓Vin來(lái)輸出。即，相對(duì)于最低損失電壓Vloss，設(shè)定將電動(dòng)機(jī)15的必要電壓Vmin作為下限的極限。以下，有時(shí)將提供電動(dòng)機(jī)的必要電壓的變換器14的輸入電壓稱為“下限電壓”。(動(dòng)作)接著，參照?qǐng)D8的流程圖來(lái)說(shuō)明利用上述功能塊實(shí)現(xiàn)的本實(shí)施方式一的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。在步驟SlO中，首先，控制裝置20輸入從傳感器組21供給的各種信號(hào)(例如表示油門開(kāi)度的信號(hào)、表示車速的信號(hào)、表示燃料電池10的輸出電流、輸出電壓的信號(hào)等)。然后，對(duì)系統(tǒng)的要求電力及作為電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N進(jìn)行運(yùn)算。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S11，控制裝置20判斷上述運(yùn)算的結(jié)果、電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作點(diǎn)即目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T或目標(biāo)轉(zhuǎn)速N是否發(fā)生了變更。如果判斷的結(jié)果為電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作點(diǎn)發(fā)生了變更(是)，則轉(zhuǎn)移至步驟S12，控制裝置20的最低損失電壓決定單元201參照最低損失電壓關(guān)系表204。最低損失電壓關(guān)系表204中，針對(duì)各電力裝置(電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14)的每一個(gè)，使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓與電動(dòng)機(jī) 15的工作條件相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行映射。圖3是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)變化的使第一轉(zhuǎn)換器11的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓即最低損失電壓Vl的關(guān)系圖。如圖3所示，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，使第一轉(zhuǎn)換器11的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓(最低損失電壓VI)按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。另外，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大，關(guān)系曲線移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定最低損失電壓Via。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線fNb特定最低損失電壓Vlb。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定最低損失電壓Vic。圖4是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)變化的使第二轉(zhuǎn)換器12的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓即最低損失電壓V2的關(guān)系圖。如圖4所示，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，使第二轉(zhuǎn)換器12的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓(最低損失電壓V2)按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。另外，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大，關(guān)系曲線移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定最低損失電壓V2a。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線fNb特定最低損失電壓V2b。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定最低損失電壓V2c。圖5是根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)變化的使變換器 14的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓即最低損失電壓V3的關(guān)系圖。如圖5所示， 隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，使變換器14的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓 (最低損失電壓V3)按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。另外，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大，關(guān)系曲線移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定最低損失電壓V3a。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線fNb特定最低損失電壓V3b。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定最低損失電壓V3c。最低損失電壓關(guān)系表204中，圖3 圖5所示的關(guān)系曲線作為數(shù)據(jù)表進(jìn)行映射而存儲(chǔ)。如果能夠以關(guān)系式對(duì)上述關(guān)系曲線進(jìn)行近似，則也可以通過(guò)代替利用關(guān)系表而利用關(guān)系式的運(yùn)算來(lái)使用使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓。關(guān)于電動(dòng)機(jī)15的最低損失電壓關(guān)系表也可以如上述一樣考慮。接著，轉(zhuǎn)移至步驟S13，最低損失電壓決定單元201基于如上述那樣特定的多個(gè)電力裝置的最低損失電壓Vl V3，決定使整體的電力損失為最低的一個(gè)最低損失電壓 Vinloss0例如，能夠相互比較最低損失電壓V1、V2及V3，將最低損失電壓Vl V3中最高的電壓決定為最低損失電壓Vinloss。另外，也可以將最低損失電壓Vl V3中最低的電壓作為最低損失電壓Vinloss。進(jìn)而，也可以求出最低損失電壓Vl V3的平均值并將該平均值決定為最低損失電壓Vinloss。如果是最低損失電壓的平均值，則能夠期待基本上在哪個(gè)電力裝置中都成為接近于最低的電力損失的損失。此外，也可以是，根據(jù)各電力裝置中的電力損失量，對(duì)各最低損失電壓Vl V3進(jìn)行加權(quán)平均，將計(jì)算出的加權(quán)平均值決定為最低損失電壓Vinloss。在電力裝置中，對(duì)應(yīng)于電力裝置的電力容量而存在電力損失的差異。若為對(duì)這樣的電力損失量進(jìn)行加權(quán)平均而求出的電壓，則由于對(duì)電力損失量較大的電力裝置的電壓施加較大比重的權(quán)重，因此能夠決定使系統(tǒng)整體的電力損失為最低的電壓。也可以是，代替使用將圖3 圖5所示的關(guān)系曲線分別進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表， 而參照使各電力裝置的總計(jì)的電力損失為最低的電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓。另外，如果能夠以關(guān)系式對(duì)上述關(guān)系曲線進(jìn)行近似，則也可以通過(guò)代替利用關(guān)系表而利用關(guān)系式的運(yùn)算來(lái)使用使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓。圖6示出了電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)與第一轉(zhuǎn)換器11、 第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的總計(jì)最低電力損失之間的關(guān)系圖。圖6所示的最低損失電壓關(guān)系表204與電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)、表示將第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器 14的電力損失總計(jì)而得到的關(guān)系曲線。如圖6所示，在對(duì)多個(gè)電力裝置的電力損失進(jìn)行了總計(jì)的情況下也是隨著電動(dòng)機(jī) 15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，使總計(jì)后的電力損失為最低的變換器14的輸入電壓(最低損失電壓 Vinloss)按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。該關(guān)系曲線隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大而移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定最低損失電壓Via。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線fNb特定最低損失電壓Vlb。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定最低損失電壓Vic。 接著，轉(zhuǎn)移至步驟S14，控制裝置20的下限設(shè)定單元203參照電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205。電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205中，與電動(dòng)機(jī)15的工作條件相對(duì)應(yīng)地將必須對(duì)電動(dòng)機(jī) 15進(jìn)行最低限度供給的變換器下限電壓Vinmin進(jìn)行映射。該變換器下限電壓Vinmin是穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)15所需的最低電壓。電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205中對(duì)圖7所示的關(guān)系圖進(jìn)行映射。圖7示出了電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)與變換器下限電壓Vinmin之間的關(guān)系圖。如圖7所示，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，變換器下限電壓 Vinmin也按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。該關(guān)系曲線隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大而移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定變換器下限電壓Vinmina。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線fNb特定變換器下限電壓 Vinminb0如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定變換器下限電壓Vinminc。如果能夠通過(guò)關(guān)系式來(lái)特定上述變換器14的下限電壓Vinmin的下限條件，則也可以是，通過(guò)代替利用上述關(guān)系表而利用關(guān)系式的運(yùn)算來(lái)特定變換器下限電壓Vinmin。轉(zhuǎn)移至步驟S15，下限設(shè)定單元203參照對(duì)圖7所示的關(guān)系圖進(jìn)行映射而得到的電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205。并且，轉(zhuǎn)移至步驟S16，比較步驟S13中決定的最低損失電壓 Vinloss和步驟S14中特定的下限電壓Vinmin。在比較的結(jié)果為最低損失電壓Vinloss小于下限電壓Vinmin的情況下(是)，轉(zhuǎn)移至步驟S17，將變換器14的必要電壓Vin設(shè)定為下限電壓Vinmin。另一方面，在最低損失電壓Vinloss為下限電壓Vinmin以上的情況下(否)，轉(zhuǎn)移至步驟S19，將變換器14的必要電壓Vin設(shè)定為最低損失電壓Vinloss。由于能夠確保電動(dòng)機(jī)15的穩(wěn)定動(dòng)作所需的下限電壓Vinmin，因此為能夠設(shè)定最低損失電壓Vinloss的情況。
最后，轉(zhuǎn)移至步驟S 18，控制裝置20的必要電壓輸出單元202輸出命令CVin，控制第二轉(zhuǎn)換器12，將必要電壓Vin輸出至變換器14。通過(guò)該處理，在最低損失電壓Vinloss 為下限電壓inVmin以上的情況下，最低損失電壓Vinloss被輸入至變換器14，系統(tǒng)整體的電力損失大幅度地得以抑制。另一方面，在最低損失電壓Vinloss小于下限電壓Vinmin的情況下，下限電壓Vinmin被輸入至變換器14，電動(dòng)機(jī)15的穩(wěn)定性優(yōu)先地得以確保。(本實(shí)施方式一的優(yōu)點(diǎn))根據(jù)本實(shí)施方式一，具有下述優(yōu)點(diǎn)。(1)根據(jù)本實(shí)施方式一，構(gòu)成為在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)下，決定使電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的電力損失為最低的最低損失電壓Vinloss。能夠?qū)崿F(xiàn)限制系統(tǒng)整體的電力損失的電動(dòng)機(jī)15的驅(qū)動(dòng)。(2)根據(jù)本實(shí)施方式一，在最低損失電壓Vinloss小于下限電壓Vinmin的情況下， 將下限電壓Vinmin作為變換器14的輸入電壓Vin輸出，因此，能夠穩(wěn)定地維持電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)。(3)根據(jù)本實(shí)施方式一，構(gòu)成為參照?qǐng)D3 圖5所示的與各電力裝置相對(duì)應(yīng)的最低損失電壓關(guān)系表204，因此，能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的工作條件容易地取得使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓。(4)根據(jù)本實(shí)施方式一，在電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的總計(jì)電力損失為最低的變換器14的輸入電壓20，因此，能夠以系統(tǒng)整體中電力損失最少的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)15。(5)根據(jù)本實(shí)施方式一，構(gòu)成為參照?qǐng)D6所示的使各電力裝置的總計(jì)電力損失為最低的電壓進(jìn)行映射而得到的最低損失電壓關(guān)系表204，因此，能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的工作條件容易地取得使電力損失為最低的變換器14的輸入電壓。(6)根據(jù)本實(shí)施方式一，構(gòu)成為參照?qǐng)D7所示的電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205來(lái)決定電動(dòng)機(jī)15的驅(qū)動(dòng)電壓Vd,因此，能夠容易地取得與電動(dòng)機(jī)的工作條件相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)15 的必要電壓Vmin。(實(shí)施方式二)本實(shí)施方式二是關(guān)于保持有能夠唯一地求出各電力裝置中的最低電力損失及提供電動(dòng)機(jī)必要電壓的變換器輸入電壓的關(guān)系表的方式。在本實(shí)施方式二中，對(duì)于燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)，由于與上述實(shí)施方式一相同， 因此使用相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。在上述實(shí)施方式一中，如圖2所示，進(jìn)行了如下所述兩個(gè)階段的判斷，S卩利用最低損失電壓關(guān)系表204 (參照?qǐng)D3 圖6)等來(lái)決定最低損失電壓Vinloss的階段和利用電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表(參照?qǐng)D7)來(lái)決定變換器的必要電壓Vin的階段。在本實(shí)施方式二中， 將最低損失電壓關(guān)系表204和電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表205總括在一個(gè)關(guān)系表中，這一點(diǎn)不同于上述實(shí)施方式一。圖9示出了本實(shí)施方式二中使用的電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)(目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N)與變換器14的必要電壓Vin之間的關(guān)系圖。圖9所示的關(guān)系曲線是通過(guò)對(duì)與電動(dòng)機(jī) 15的動(dòng)作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)地求出的最低損失電壓Vinloss進(jìn)行下限制限，進(jìn)一步利用與電動(dòng)機(jī) 15的動(dòng)作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)地確定的提供電動(dòng)機(jī)15的必要電壓的變換器14的下限電壓Vinmin來(lái)進(jìn)行下限制限而得到的。因此，如果參照對(duì)該圖9所示的特性曲線進(jìn)行映射而得到的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓關(guān)系表，則能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作狀態(tài)直接地特定與電動(dòng)機(jī)15相適的變換器必要電壓Vin。如圖9所示，即使在將上述實(shí)施方式一中的2個(gè)關(guān)系表合成的情況下也是，隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T變大，變換器必要電壓Vin按照規(guī)定的關(guān)系曲線進(jìn)行變化。該關(guān)系曲線隨著電動(dòng)機(jī)15的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N變大而移動(dòng)。例如，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為Treq的情況下，如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Na，則參照關(guān)系曲線fNa特定必要電壓Vina。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Nb，則參照關(guān)系曲線 fNb特定必要電壓Vinb。如果目標(biāo)轉(zhuǎn)速為Ne，則參照關(guān)系曲線fNc特定必要電壓Vine。如果比較圖6的最低損失電壓Vinloss的特性曲線、圖7的變換器14的下限電壓Vinmin及圖9的變換器14的必要電壓Vin的特性曲線，則顯然可知，在最低損失電壓Vinloss小于下限電壓Vinmin的電動(dòng)機(jī)15的工作條件的范圍內(nèi)優(yōu)先必要電壓Vinmin，在除此之外的范圍內(nèi)優(yōu)先最低損失電壓Vinloss，從而來(lái)決定必要電壓Vin。如果能夠通過(guò)關(guān)系式來(lái)特定與上述電動(dòng)機(jī)15的驅(qū)動(dòng)條件相對(duì)應(yīng)的必要電壓Vin， 那么也可以通過(guò)代替利用上述關(guān)系表而利用關(guān)系式的運(yùn)算來(lái)特定變換器14的必要電壓 Vin。接著，參照?qǐng)D10的流程圖來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式二中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。在步驟S20中，控制裝置20首先輸入從傳感器組21供給的各種信號(hào)(例如表示油門開(kāi)度的信號(hào)、表示車速的信號(hào)、表示燃料電池10的輸出電流、輸出電壓的信號(hào)等)。并且，對(duì)系統(tǒng)的要求電力及作為電動(dòng)機(jī)15所要求的工作條件的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T及目標(biāo)轉(zhuǎn)速N進(jìn)行運(yùn)算。接著，轉(zhuǎn)移至步驟S21，控制裝置20判斷上述運(yùn)算的結(jié)果、電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作點(diǎn)即目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T或目標(biāo)轉(zhuǎn)速N是否發(fā)生了變更。如果判斷的結(jié)果為電動(dòng)機(jī)15的動(dòng)作點(diǎn)發(fā)生了變更(是)，則轉(zhuǎn)移至步驟S22，控制裝置20參照?qǐng)D9中說(shuō)明的變換器必要電壓關(guān)系表。接著，轉(zhuǎn)移至步驟S23，控制裝置20根據(jù)變換器必要電壓關(guān)系表直接地特定變換器14的必要電壓Vin。并且，轉(zhuǎn)移至步驟S24，控制裝置20輸出命令CVin，從第二轉(zhuǎn)換器12 向變換器14輸出必要電壓Vin。通過(guò)該處理，在最低損失電壓Vinloss為提供電動(dòng)機(jī)必要電壓的變換器下限電壓Vinmin以上的范圍內(nèi)，最低損失電壓Vinloss被供給至變換器14， 系統(tǒng)整體的電力損失大幅度地得以抑制。另一方面，在最低損失電壓Vinloss低于提供電動(dòng)機(jī)必要電壓的變換器下限電壓Vinmin的范圍內(nèi)，變換器下限電壓Vinmin被供給至變換器14，優(yōu)先地確保電動(dòng)機(jī)15的穩(wěn)定性。以上，根據(jù)本實(shí)施方式二，參照使各電力裝置(11、12、14、15)的電力損失為最低且為提供電動(dòng)機(jī)15的必要電壓的變換器下限電壓Vinmin以上的變換器必要電壓Vin進(jìn)行映射而得到的變換器必要電壓關(guān)系表。因此，通過(guò)一次的運(yùn)算或判斷處理就能夠決定最合適的變換器必要電壓Vin，判斷處理極其容易。在本實(shí)施方式二中，在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)沿襲了上述實(shí)施方式一中的作用效果，這是顯而易見(jiàn)的。(變形例)本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)?shù)刈冃蝸?lái)適用。
例如，在上述實(shí)施方式中，將電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器 14作為考慮電力損失的電力裝置進(jìn)行了示例，但是，也可以構(gòu)成為考慮其他結(jié)構(gòu)要素的電力損失。例如，也可以構(gòu)成為，對(duì)于圖1所示的輔機(jī)變換器18也與其他電力裝置并列地進(jìn)行處理，將使輔機(jī)變換器18的電力損失為最低的電壓也包括在內(nèi)來(lái)決定最低損失電壓 Vinloss0如果這樣構(gòu)成，則在相對(duì)而言不能夠忽視輔機(jī)變換器18的電力損失量的情況下， 能夠?qū)⑤o機(jī)變換器18也考慮在內(nèi)地決定適當(dāng)?shù)淖畹蛽p失電壓Vloss，能夠進(jìn)一步抑制系統(tǒng)整體的電力損失。另外，在上述實(shí)施方式中，針對(duì)電動(dòng)機(jī)15、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14的全部考慮了電力損失，但是也可以是，從這些多個(gè)電力裝置中選擇幾個(gè)來(lái)決定使電力損失為最低的變換器的輸入電壓。例如，也可以在第一轉(zhuǎn)換器11與電動(dòng)機(jī)15、第二轉(zhuǎn)換器12及變換器14相比電力損失量大幅增大的情況下，將僅針對(duì)第一轉(zhuǎn)換器11使電力損失為最低的電壓決定為整體的最低損失電壓Vinloss。另外，在變換器14的電壓損失量比其他的電力裝置小的情況下，也可以忽略變換器14的電力損失來(lái)決定整體的最低損失電壓 Vinloss。這是因?yàn)?，如果能夠?yōu)先地降低電力損失量相對(duì)大的即權(quán)重大的電力裝置的電壓損失，就也能夠抑制系統(tǒng)整體的電力損失。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法不限于車輛，能夠搭載在其他移動(dòng)體上進(jìn)行適用。作為這樣的移動(dòng)體，能夠適用于火車、船舶、飛機(jī)、潛水艇等。此外，不限于車輛這樣的移動(dòng)體，也能夠適用于固定式電源系統(tǒng)、便攜式電源系統(tǒng)。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10…燃料電池、11···第一轉(zhuǎn)換器、12…第二轉(zhuǎn)換器、13…蓄電池、14…變換器、15··· 電動(dòng)機(jī)、16···差動(dòng)器、17···輪胎、18···輔機(jī)變換器、19···高電壓輔機(jī)、20···控制裝置、21··· 傳感器組、100…燃料電池系統(tǒng)、201…最低損失電壓決定單元、202…驅(qū)動(dòng)電壓輸出單元、 203…驅(qū)動(dòng)電壓下限設(shè)定單元、204…最低損失電壓關(guān)系表、205…電動(dòng)機(jī)必要電壓關(guān)系表、 CVcU CVd2、CVfc, CVin…命令、N…目標(biāo)轉(zhuǎn)速、fNa、fNb、fNc…關(guān)系曲線、T…電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、 Treq-目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、VI、Via、Vlb, Vic、V2、V2a、V2b、V2c、V3、V3a、V3b、V3c…最低損失電壓、 Vbat…蓄電池輸出電壓、VcUVd2···驅(qū)動(dòng)電壓、Vda、Vdb、Vdc…驅(qū)動(dòng)電壓、Vfc…燃料電池輸出電壓、Vin…變換器輸入電壓、Via、Vlb、Vic···最低損失電壓、Vloss…最低損失電壓、Vmin, Vmina> Vminb>Vminc—
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其中，具備 變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和所述變換器之間，用于設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和所述變換器之間，用于設(shè)定所述變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器；在所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓，并將使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓小于提供所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓的情況下，將提供所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，對(duì)于所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器中的至少一個(gè)，參照相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定使所述電力損失為最低的變換器的輸入電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器的總計(jì)電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，參照相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器的總計(jì)電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓。
6.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，參照相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的提供所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定所述變換器的必要電壓。
7.一種燃料電池系統(tǒng)，其中，具備 變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和所述變換器之間，用于設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和所述變換器之間，用于設(shè)定所述變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器，在所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下，決定使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低且為所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓以上的所述變換器的輸入電壓，并作為所述變換器的必要電壓輸出ο
8.如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，參照相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的工作條件變化的使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器的總計(jì)電力損失為最低且為所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓以上的所述變換器的輸入電壓進(jìn)行映射而得到的關(guān)系表，來(lái)決定所述變換器的必要電壓。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具備與所述變換器并聯(lián)地連接于所述第二轉(zhuǎn)換器的輔機(jī)變換器，決定使所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的包括所述輔機(jī)變換器的電力損失在內(nèi)的所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和所述變換器之間，用于設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和所述變換器之間，用于設(shè)定所述變換器的輸入電壓；以及控制裝置，用于控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器，所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，具備最低損失電壓決定單元，在所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓；以及必要電壓輸出單元，將使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具備下限設(shè)定單元，在使所述電力損失為最低的所述變換器的電壓小于提供所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓的情況下，所述下限設(shè)定單元將提供所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出。
12.—種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，用于燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)具備變換器，與電動(dòng)機(jī)連接；第一轉(zhuǎn)換器，連接在燃料電池和所述變換器之間，用于設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓；第二轉(zhuǎn)換器，連接在蓄電裝置和所述變換器之間，用于設(shè)定所述變換器的輸入電壓； 以及控制裝置，用于控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的特征在于，包括在所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下決定使所述電動(dòng)機(jī)、所述第一轉(zhuǎn)換器、所述第二轉(zhuǎn)換器及所述變換器中至少一個(gè)的電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓的步驟；和將使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方法還包括如下步驟在使所述電力損失為最低的所述變換器的輸入電壓小于提供所述電動(dòng)機(jī)所要求的工作條件下的所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓的情況下，將提供所述電動(dòng)機(jī)的必要電壓的所述變換器的輸入電壓作為所述變換器的必要電壓輸出。
全文摘要
在產(chǎn)生電力損失的裝置有多個(gè)的情況下，能夠在抑制系統(tǒng)整體的電力損失的同時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。具備與電動(dòng)機(jī)(15)連接的變換器(14)、連接在燃料電池(10)和變換器(14)之間且用于設(shè)定燃料電池(10)的輸出電壓Vfc的第一轉(zhuǎn)換器(11)、連接在蓄電裝置(13)和變換器(14)之間且用于設(shè)定變換器(14)的輸入電壓Vin的第二轉(zhuǎn)換器(12)、以及控制第一轉(zhuǎn)換器(11)及第二轉(zhuǎn)換器(12)的控制裝置(20)。在電動(dòng)機(jī)(15)所要求的工作條件(轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速)下決定使電動(dòng)機(jī)(15)、第一轉(zhuǎn)換器(11)、第二轉(zhuǎn)換器(12)及變換器(14)中至少一個(gè)的電力損失為最低的變換器的輸入電壓，并作為變換器的必要電壓Vin輸出。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102470768SQ20098016037
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者馬屋原健司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社