(57)【要約】【課題】負荷に対して並列に接続された平滑コンデンサの電荷の放電をより短時間に行える電力変換装置、及び電力変換制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置（３）は、負荷（２）に対して並列に接続される平滑コンデンサ（３６）と、平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子（３２ａと３２ｂ、３３ａと３３ｂ）を上アーム、及び下アームとする複数の電圧変換回路（３２、３３）と、一端が電源（１）と接続され、他端が一つの電圧変換回路を構成する２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトル（３１ａ、３１ｂ）を含むリアクトル群（３１）と、平滑コンデンサの電荷を放電させる場合に、各スイッチング素子のオンオフ駆動により、平滑コンデンサを含む第１の閉回路、並びに２つ以上のリアクトル、及び２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる制御部（３５）と、を備える。【選択図】図１
2020184829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路と、
一端が電源と接続され、他端が前記複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する前記２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群と、
前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記複数の電圧変換回路を構成する各スイッチング素子のオンオフ駆動により、前記平滑コンデンサ、前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びに前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、前記平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる制御部と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトル群は、磁気的に結合されている、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記平滑コンデンサの両端間の電圧値を検出する電圧センサと、
前記リアクトル群を構成する各リアクトルの電流値を検出する複数の電流センサと、を更に備え、
前記制御部は、
前記電圧センサにより検出された前記電圧値を用いて、前記複数の電圧変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動する第１の駆動条件を決定する第１の条件設定部と、
前記複数の電流センサによりそれぞれ検出された前記電流値を用いて、前記第１の駆動条件に対する変更量を決定する変更量決定部と、
前記変更量を用いて、前記第１の駆動条件を変更した後の駆動条件である第２の駆動条件を設定する第２の条件設定部と、
前記第２の条件設定部が設定した前記第２の駆動条件に従って、前記複数の電圧変換回路を構成する前記スイッチング素子をオンオフ駆動するための信号を生成する信号生成部と、
を備える請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電源に対して並列に接続される他の平滑コンデンサと、
前記他の平滑コンデンサの両端間の電圧値を検出する他の電圧センサと、を更に備え、
前記制御部は、
前記他の電圧センサにより検出された前記電圧値を用いて、前記複数の電圧変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動する第３の駆動条件を決定する第３の条件設定部と、
前記第１の条件設定部が設定した前記第１の駆動条件、及び前記第３の条件設定部が設定した前記第３の駆動条件のうちの一方を選択する選択部と、を更に備え、
前記第２の条件設定部は、前記選択部が選択した前記第１の駆動条件、及び前記第３の駆動条件のうちの一方を、前記変更量を用いて変更し、前記第２の駆動条件を設定する、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記選択部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記第３の駆動条件を選択する、
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記リアクトル群を構成する少なくとも一つのリアクトル、前記複数の電力変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサ、を更に備え、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記温度センサにより検出された温度が定めた上限値を超えた場合、前記複数の電力変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動するうえでのスイッチング周期を変更する、
請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記リアクトル群を構成する少なくとも一つのリアクトル、前記複数の電力変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサ、を更に備え、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記温度センサにより検出された温度が定めた上限値を超えた場合、前記第１および第２の閉回路に流れる単位時間当たりの電流量を前記温度が前記上限値を超える前より低下させる、
請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数の電流センサのうちの一つに異常が発生した場合、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記電流値を反映させた前記変更量決定部による前記変更量の決定を停止させる、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記複数の電力変換回路を構成する一つのスイッチング素子にオン駆動しない異常が発生した場合、前記異常が発生したスイッチング素子を除くスイッチング素子をオンオフ駆動する、
請求項１〜８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記複数の電圧変換回路が３つ以上の電圧変換回路であった場合に、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時、前記３つ以上の電圧変換回路を構成する各スイッチング素子のオンオフ駆動により、前記平滑コンデンサ、及び前記上アームまたは下アームとして用いられる前記スイッチング素子がオン駆動された少なくとも２つの電圧変換回路を含む第３の閉回路を形成させる、
請求項１〜９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサ、前記平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路、及び一端が電源と接続され、他端が前記複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する前記２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群を備える電力変換回路で前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記複数の電圧変換回路を構成するスイッチング素子のオンオフ駆動を行わせ、前記平滑コンデンサ、前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びに前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、前記平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる処理を実行する、
電力変換制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのスイッチング素子が直列に接続された電圧変換回路が複数、平滑コンデンサと並行に接続された電力変換装置、及び電力変換制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には、２つのスイッチング素子を直列に接続した電圧変換回路であるハーフブリッジ回路を複数、備えたものがある。このタイプの電力変換装置では、通常、ハーフブリッジ回路の両端間に、平滑コンデンサ、及び負荷が接続される。平滑コンデンサに蓄えられた電荷の放電時に流れる放電電流を抑制するためもあり、一端を電源、他端をハーフブリッジ回路のうちの１つを構成する２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを通して放電させることも行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平滑コンデンサに印加される電圧が高い電力変換装置では、感電するのを防止するために、蓄えられた電荷を即時、放電できるようにすることが法規により定められている。従来、平滑コンデンサに蓄えられた電荷の放電は、各ハーフブリッジ回路を構成するスイッチング素子のオンオフ駆動により、平滑コンデンサ、２つのリアクトル、及び２つのハーフブリッジ回路を含む閉回路を形成させることにより行われている。
【０００５】
この閉回路の形成により、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させることができる。しかし、その放電に要する時間は、より短くすることが望まれる。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、負荷に対して並列に接続された平滑コンデンサの電荷の放電をより短時間に行える電力変換装置、及び電力変換制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力変換装置は、負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサと、平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路と、一端が電源と接続され、他端が複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群と、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、複数の電圧変換回路を構成する各スイッチング素子のオンオフ駆動により、平滑コンデンサ、リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びにリアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる制御部と、を備える。
【０００８】
本発明に係る電力変換制御装置は、負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサ、平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路、及び一端が電源と接続され、他端が複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群を備える電力変換回路で平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、複数の電圧変換回路を構成するスイッチング素子のオンオフ駆動を行わせ、平滑コンデンサ、リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びにリアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる処理を実行する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷に対して並列に接続された平滑コンデンサの電荷の放電をより短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換制御装置の構成例を示す図である。
【図３】通常状況時、及び放電実行状況時にそれぞれ生成される各信号例を説明する図である。
【図４】モード１で形成される閉回路の例を説明する図である。
【図５】モード２で形成される閉回路の例を説明する図である。
【図６】モード３で形成される閉回路の例を説明する図である。
【図７】モード４で形成される閉回路の例を説明する図である。
【図８】リアクトル群を構成する各リアクトルの放電実行状況時における電流値の変化の例を説明する図である。
【図９】リアクトル群の具体例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る電力変換制御装置の構成例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る電力変換制御装置によって通常状況時、及び放電実行状況時にそれぞれ生成される各信号例を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置で放電実行状況時に各リアクトルに流れる電流の値の変化の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る電力変換装置、及び電力変換制御装置の各実施の形態を、図を参照して説明する。各図では、同一の要素、同一と見なせる要素、または対応する要素には、同一符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図である。始めに図１を参照し、電力変換装置３の構成について具体的に説明する。
【００１３】
図１に構成例を示す電力変換装置３は、２つのハーフブリッジ回路を電圧変換用の電圧変換回路３２、３３として備えたフルブリッジ型のＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータである。この電力変換装置３には、バッテリ１が電源として接続されると共に、負荷２が接続される。それにより、電力変換装置３は、バッテリ１から供給された電力の電圧を、負荷２にとって望ましい電圧に変換し、電圧を変換させた後の電力を負荷２に供給するようになっている。なお、負荷２の種類は、特に限定されない。その負荷２には、インバータ等の他の電力変換装置が含まれていても良い。
【００１４】
バッテリ１の正極端子は、コンタクタ１０の一端と接続されている。バッテリ１の負極端子は、平滑コンデンサ３７の一端と接続されている。平滑コンデンサ３７の他端は、コンタクタ１０の他端と接続されている。平滑コンデンサ３７の両端には、その両端間の電圧値Ｖ１を検出するための電圧センサ３８が接続されている。電圧値Ｖ１を示す信号は、電圧センサ３８から制御装置３５に出力される。なお、コンタクタ１０は、例えばバッテリ１に備えられるか、或いはバッテリ１及び電力変換装置３とは別に設けられるものである。ここでは便宜的に、コンタクタ１０は、一つの部品として設けられたものと想定する。電力変換装置３が電動車両に搭載されている場合、コンタクタ１０の開閉制御は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）により行われる。
【００１５】
平滑コンデンサ３７の他端には、リアクトル群３１を構成するリアクトル３１ａ、３１ｂの各一端が接続されている。リアクトル３１ａの他端は、電圧変換回路３２を構成する２つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂ間の接続点３２ｃと接続されている。リアクトル３１ｂの他端は、電圧変換回路３３を構成する２つのスイッチング素子３３ａ、３３ｂ間の接続点３３ｃと接続されている。
【００１６】
２つの電圧変換回路３２、３３に用いられたスイッチング素子３２ａ〜３３ｂは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のコレクタ・エミッタ間にダイオードを逆向きに並列接続させたデバイスである。それにより、ダイオードのアノード及びカソードは、エミッタ及びコレクタにそれぞれ接続されている。スイッチング素子３２ａ〜３３ｂは、ＩＧＢＴを用いたデバイスに限定されない。スイッチング素子３２ａ〜３３ｂは、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であっても良く、ＳｉＣ（Silicon Carbide）、ＧａＮ（Gallium Nitride）などを用いたワイドバンドギャップ半導体により形成されたものであっても良い。
【００１７】
電圧変換回路３２、３３にそれぞれ接続させたリアクトル３１ａ、３１ｂは、バッテリ１から供給される電力の電圧を昇圧させる機能を備える。また、負荷２の両端間に接続される平滑コンデンサ３６に蓄えられた電荷を放電させる際に流れる放電電流を抑制させる機能も備える。
【００１８】
リアクトル群３１は、図９に示すように、リアクトル３１ａ、３１ｂを逆極性に接続させた磁気結合型のもの、例えばトランスであっても良い。磁気結合型のリアクトル群３１を採用した場合、リアクトル群３１を小型化できることから、電力変換装置３もより小型化させることができる。
【００１９】
電流センサ群３４は、リアクトル群３１を構成する各リアクトル３１ａ、３１ｂの電流値ＩＬ２、ＩＬ１を検出するための複数の電流センサである。そのために、電流センサ群３４は、リアクトル３１ａに流れる電流の値ＩＬ２を検出するための電流センサ３４ｂ、及びリアクトル３１ｂに流れる電流の値ＩＬ１を検出するための電流センサ３４ａを含む。電流値ＩＬ２を示す信号は、電流センサ３４ｂから制御装置３５に出力される。電流値ＩＬ１を示す信号は、電流センサ３４ａから制御装置３５に出力される。リアクトル３１ａを流れる電流は、電圧変換回路３２を流れる電流に相当する。リアクトル３１ｂを流れる電流は、電圧変換回路３３を流れる電流に相当する。
【００２０】
電圧変換回路３２は、２つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを直列に接続させた構成である。スイッチング素子３２ｂを構成するＩＧＢＴのコレクタは、負荷２の一端、及び平滑コンデンサ３６の一端に接続されている。スイッチング素子３２ａを構成するＩＧＢＴのエミッタは、負荷２の他端、及び平滑コンデンサ３６の他端に接続されている。それにより、接続点３２ｃは、スイッチング素子３２ｂを構成するＩＧＢＴのエミッタと、スイッチング素子３２ａを構成するＩＧＢＴのコレクタとに接続されている。
【００２１】
電圧変換回路３３は、２つのスイッチング素子３３ａ、３３ｂを直列に接続させた構成である。スイッチング素子３３ｂを構成するＩＧＢＴのコレクタは、負荷２の一端、及び平滑コンデンサ３６の一端に接続されている。スイッチング素子３３ａを構成するＩＧＢＴのエミッタは、負荷２の他端、及び平滑コンデンサ３６の他端に接続されている。それにより、接続点３３ｃは、スイッチング素子３３ｂを構成するＩＧＢＴのエミッタと、スイッチング素子３３ａを構成するＩＧＢＴのコレクタとに接続されている。
【００２２】
平滑コンデンサ３６の両端間には、その両端間の電圧値Ｖ２を検出するための電圧センサ３９が接続されている。電圧値Ｖ２を示す信号は、電圧センサ３９から制御装置３５に出力される。
【００２３】
制御装置３５は、２つの電圧センサ３８、３９がそれぞれ検出した電圧値Ｖ１、Ｖ２のうちの一方、及び２つの電流センサ３４ａ、３４ｂがそれぞれ検出した電流値ＩＬ２、ＩＬ１を処理し、４つのスイッチング素子３２ａ〜３３ｂのオンオフ駆動を行う。この制御装置３５は、本実施の形態における制御部、及び電力変換制御装置に共に相当する。ここでは、電力変換装置３の制御装置３５を除く部分は「電力変換回路」と表記して区別する。
【００２４】
次に図２を参照し、この制御装置３５、つまり本実施の形態における電力変換制御装置の構成について具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換制御装置の構成例を示す図である。
【００２５】
図２に示すように、制御装置３５は、電流エラー量生成部３５１、電流制御器３５２、デューティ生成部３５３、ゲート信号生成部３５４、第１の電圧制御部３５５ａ、第２の電圧制御部３５５ｂ、及び切替器３５６を備える。本実施の形態では、例えばゲート信号生成部３５４を除く構成要素は、一つの情報処理装置、例えばマイクロコンピュータにより実現されていてもよい。その場合、マイクロコンピュータは、ゲート信号生成部３５４を除く構成要素を実現させるための処理を実行することにより、制御装置３５の一部となっている。このことから、本実施の形態における電力変換制御装置は、広義には、図２に示す全ての構成要素を含む。狭義には、本実施の形態における電力変換制御装置には、ゲート信号生成部３５４は含まれない。
【００２６】
先ず、制御装置３５の動作の概略について説明する。制御装置３５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、各スイッチング素子３２ａ〜３３ｂをオンオフ駆動する。平滑コンデンサ３６の電荷の放電を想定しない通常時、制御装置３５は、電圧値Ｖ２が、設定された基準電圧値Ｖ２ｒｅｆと一致するように、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂをオンオフ駆動するうえでのデューティ比Ｄｕｔｙを決定する。制御装置３５は、電流値ＩＬ１、ＩＬ２間の差が０となるように、このデューティ比Ｄｕｔｙを操作する。その操作により、デューティ比Ｄｕｔｙから、電圧変換回路３２用のデューティ比Ｄｕｔｙ３２、電圧変換回路３３用のデューティ比Ｄｕｔｙ３３が生成される。ゲート信号生成部３５４は、生成されたデューティ比Ｄｕｔｙ３２、Ｄｕｔｙ３３に従って、電圧変換回路３２の２つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂ、及び電圧変換回路３３の２つのスイッチング素子３３ａ、３３ｂをオンオフ駆動するための信号を生成して出力する。
【００２７】
ゲート信号生成部３５４が生成する信号は、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂを構成する各ＩＧＢＴのゲートに入力される信号である。図２に表記の「Ｇａｔｅ＿３２ａ」は、スイッチング素子３２ａを構成するＩＧＢＴのゲートに入力される信号を表している。同様に、「Ｇａｔｅ＿３２ｂ」「Ｇａｔｅ＿３３ａ」「Ｇａｔｅ＿３３ｂ」は、それぞれ、スイッチング素子３２ｂ〜３３ｂを構成する各ＩＧＢＴのゲートに入力される信号を表している。
【００２８】
デューティ比Ｄｕｔｙの操作量は、電流値ＩＬ１、ＩＬ２を用いて決定される。本実施の形態では、このことに着目し、平滑コンデンサ３６の電荷の放電を想定する放電時、その操作量を、放電を想定したものに切り替えるようにしている。それにより、平滑コンデンサ３６の電荷のより短時間での放電を実現させる。平滑コンデンサ３６の電荷をより短時間で放電させることにより、より高い安全性が確保される。
【００２９】
電流エラー量生成部３５１は、通常時、電流値ＩＬ１、ＩＬ２間の差分ＩＬｅｒｒ１を電流エラー量ＩＬｅｒｒとして生成し出力する。また、電流エラー量生成部３５１は、平滑コンデンサ３６の電荷を放電させる場合、その差分ＩＬｅｒｒ１に対し、設定された値を加算し、その加算結果を電流エラー量ＩＬｅｒｒとして出力する。そのために、電流エラー量生成部３５１は、設定値切替器３５１ａ、減算器３５１ｂ、及び加算器３５１ｃを備えている。
【００３０】
減算器３５１ｂは、電流値ＩＬ１から電流値ＩＬ２を減算することにより差分ＩＬｅｒｒ１を算出する。加算器３５１ｃは、差分ＩＬｅｒｒ１に、設定値切替器３５１ａが出力する値ＩＬｅｒｒ２を加算することにより、電流エラー量ＩＬｅｒｒを算出する。この電流エラー量ＩＬｅｒｒが、電流エラー量生成部３５１から電流制御器３５２に出力される。
【００３１】
電流値ＩＬ１、ＩＬ２は共に変動する。そのため、減算器３５１ｂでの減算に用いられる実際の電流値ＩＬ１、ＩＬ２は、例えば定めた時間での平均値か、或いはフィルタ処理した値である。
【００３２】
設定値切替器３５１ａは、コマンドとして機能する２値の信号、つまりＨ（High）、及びＬ（Low）の２つの状態を有する信号である指示１により、出力する値ＩＬｅｒｒ２の内容を切り替える。Ｈ、言い換えれば論理値が１の指示１は、平滑コンデンサ３６の電荷の放電動作を要求する。Ｌ、言い換えれば論理値が０の指示１は、通常時の動作、つまり負荷２への電力供給動作を要求する。
【００３３】
負荷２にモータが含まれている場合、指示１は、平滑コンデンサ３６の電荷を放電すべき状況時の他に、発電機として機能しているモータからの電力である回生電力が供給される状況時にもＨになる。この２つの状況時の放電電流、及び回生電力は共に、バッテリ１の充電、及びバッテリ１に接続された別の負荷への電力供給に用いることができる。第２の電圧制御部３５５ｂは、バッテリ１の充電、及び別の負荷への電力供給を想定したものである。
【００３４】
なお、回生電力を電力供給に用いる場合であっても、回生電力は電力変換回路内で消費される。それにより、電力変換回路は、電力変換装置３が電動車両等に搭載されている場合、回生ブレーキとしても機能する。このため、電動車両に搭載する機械ブレーキに求められる制動力はより小さいものとなる。
【００３５】
コンタクタ１０は、バッテリ１と電力変換装置３との間の電気的な接続、及びその接続の切断を可能にする。バッテリ１から電力を供給する状況では、コンタクタ１０は閉状態とされ、バッテリ１と電力変換装置３との間は接続される。放電電流が流れる状況、及び回生電力が供給される状況では、コンタクタ１０は、バッテリ１と電力変換装置３との間の接続を切断する開状態、及び閉状態のうちの何れかとなる。これは、例えばバッテリ１が充電可能な状態であれば、上記のように、放電電流、及び回生電力は共にバッテリ１の充電に利用できるからである。以下、混乱を避けるために、負荷２への電力供給を行う状況は「通常状況」と表記し、それ以外の状況は「放電実行状況」と総称する。放電実行状況には、平滑コンデンサ３６の電荷による放電電流、或いは回生電力を単に消費する状況、及び、その放電電流、或いは回生電力を用いてバッテリ１、或いは別の負荷に電力供給する状況が含まれる。
【００３６】
設定値切替器３５１ａは、指示１がＬであった場合、０の値ＩＬｅｒｒ２を出力する。それにより、電流エラー量生成部３５１は、差分ＩＬｅｒｒ１を電流エラー量ＩＬｅｒｒとして出力する。この結果、電流エラー量生成部３５１は、電流値ＩＬ１、ＩＬ２を一致させるように機能する。
【００３７】
一方、指示１がＨであった場合、設定値切替器３５１ａは、例えば定められた設定値ＩＬｓｅｔを値ＩＬｅｒｒ２として出力する。そのため、電流エラー量生成部３５１は、差分ＩＬｅｒｒ１に設定値ＩＬｓｅｔを加算して得られる加算結果を電流エラー量ＩＬｅｒｒとして出力する。この結果、電流エラー量生成部３５１は、平滑コンデンサ３６の電荷の放電を効率的に行えるように機能する。
【００３８】
電流制御器３５２は、電流エラー量生成部３５１から入力した電流エラー量ＩＬｅｒｒを用いて、デューティ比Ｄｕｔｙの操作量ΔＤを算出してデューティ生成部３５３に出力する。操作量ΔＤの算出には、周知の技術、例えばＰ制御、ＰＩ制御、或いはＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御を用いることができる。
【００３９】
第１の電圧制御部３５５ａは、電圧値Ｖ２が基準となる目標電圧値Ｖ２ｒｅｆと一致させるためのデューティ比Ｄｕｔｙ２を生成する。そのために、第１の電圧制御部３５５ａは、減算器３５５１、及び電圧制御器３５５２を備えている。
【００４０】
減算器３５５１は、目標電圧値Ｖ２ｒｅｆから電圧値Ｖ２を減算することにより、それらの間の差分Ｖ２ｅｒｒを算出する。電圧制御器３５５２は、差分Ｖ２ｅｒｒを用いて、電圧値Ｖ２を目標電圧値Ｖ２ｅｒｒと一致させるためのデューティ比Ｄｕｔｙ２を算出する。算出されたデューティ比Ｄｕｔｙ２は、切替器３５６に出力される。差分Ｖ２ｅｒｒを用いたデューティ比Ｄｕｔｙ２の算出には、周知の技術、例えばＰ制御、ＰＩ制御、或いはＰＩＤ制御を用いることができる。
【００４１】
第２の電圧制御部３５５ｂは、第１の電圧制御部３５５ａとは異なり、電圧値Ｖ１が基準となる目標電圧値Ｖ１ｒｅｆと一致させるためのデューティ比Ｄｕｔｙ１を生成し、生成したデューティ比Ｄｕｔｙ１を切替器３５６に出力する。そのために、第２の電圧制御部３５５ｂは、第１の電圧制御部３５５ａと同様に、減算器３５５１、及び電圧制御器３５５２を備えている。それら構成要素の動作は第１の電圧制御部３５５ａと同様なため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
切替器３５６は、例えば指示１と同様な２値の信号である指示２により、入力したデューティ比Ｄｕｔｙ１、Ｄｕｔｙ２のうちの一方を選択し、選択した方をデューティ比Ｄｕｔｙとしてデューティ生成部３５３に出力する。例えば切替器３５６は、指示２がＬであった場合、デューティ比Ｄｕｔｙ２を選択し、選択したデューティ比Ｄｕｔｙ２をデューティ比Ｄｕｔｙとして出力する。指示２がＨであった場合、切替器３５６は、デューティ比Ｄｕｔｙ１を選択し、選択したデューティ比Ｄｕｔｙ１をデューティ比Ｄｕｔｙとして出力する。
【００４３】
指示２がＨとなるのは、放電実行状況時であり、且つ電圧値Ｖ１を維持すべき時である。（例えば、バッテリ１側にシステムに重要な機器が接続されてコンタクタ１０は、放電実行状況時となる前に開状態とされる。バッテリ１に別の負荷としてシステムに重要な機器が接続されているような場合、電圧値Ｖ１は維持させる必要がある。指示１は、切替器３５６がデューティ比Ｄｕｔｙ１をデューティ比Ｄｕｔｙとして出力した後、Ｈとさせる必要がある。このことから、指示１は、指示２がＨとなった後にＨとなる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、放電実行状況時に、バッテリ１と接続された別の負荷に電力を供給することも想定している。しかし、その想定は行わなくとも良い。それにより、第２の電圧制御部３５５ｂは設けなくとも良い。第２の電圧制御部３５５ｂを設けない場合、デューティ比Ｄｕｔｙ１の代わりに、所定のデューティ比、例えば５０％固定のデューティ比を想定し、設定値切替器３５１ａに値ＩＬｅｒｒ２として出力させる設定値ＩＬｓｅｔを設定すれば良い。
【００４５】
デューティ生成部３５３は、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂのオンオフ駆動に用いるデューティ比Ｄｕｔｙ３２、Ｄｕｔｙ３３を生成する。デューティ比Ｄｕｔｙ３２、Ｄｕｔｙ３３の生成は、電流制御器３５２から入力した操作量ΔＤを用いて、切替器３５６から入力したデューティ比Ｄｕｔｙを操作することで行われる。そのために、デューティ生成部３５３は、減算器３５３ａ、及び加算器３５３ｂを備えている。
【００４６】
減算器３５３ａは、デューティ比Ｄｕｔｙから操作量ΔＤを減算する。その減算結果がデューティ比Ｄｕｔｙ３２としてゲート信号生成部３５４に出力される。
【００４７】
一方、加算器３５３ｂは、デューティ比Ｄｕｔｙに操作量ΔＤを加算する。その加算結果がデューティ比Ｄｕｔｙ３３としてゲート信号生成部３５４に出力される。
【００４８】
ゲート信号生成部３５４は、２つの信号生成器３５４ａ、３５４ｂを備える。デューティ比Ｄｕｔｙ３２は、信号生成器３５４ａに入力され、デューティ比Ｄｕｔｙ３３は、信号生成器３５４ｂに入力される。
【００４９】
信号生成器３５４ａは、デューティ比Ｄｕｔｙ３２に従って、電圧変換回路３２を構成する２つのスイッチング素子３２ａ，３２ｂをオンオフ駆動するための信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂを生成する。信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂは、互いに相補的な信号であり、一方がＨのときに他方はＬとなる。デューティ比Ｄｕｔｙ３２は、スイッチング素子３２ｂを構成するＩＧＢＴが１周期のうちでオン駆動される時間の割合を示す値である。この周期は、ＰＷＭ制御を行ううえでの単位時間である周期、つまりスイッチング周期である。
【００５０】
信号生成器３５４ｂは、デューティ比Ｄｕｔｙ３３に従って、電圧変換回路３３を構成する２つのスイッチング素子３３ａ，３３ｂをオンオフ駆動するための信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂを生成する。信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂも、互いに相補的な信号であり、一方の信号がＨのときに他方の信号はＬとなる。電圧変換回路は電圧変換回路３２、３３の２つであることから、信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂは、信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂとは位相が逆、つまり１８０度ズレている。
【００５１】
上記の構成において、第１の電圧制御部３５５ａは、本実施の形態における第１の条件設定部に相当する。生成されるデューティ比Ｄｕｔｙ２は、第１の駆動条件に相当する。第２の電圧制御部３５５ｂは、本実施の形態における第３の条件設定部に相当する。生成されるデューティ比Ｄｕｔｙ１は、第３の駆動条件に相当する。デューティ生成部３５３は、本実施の形態における第２の条件設定部に相当する。デューティ比Ｄｕｔｙ３２、Ｄｕｔｙ３３は共に、第２の駆動条件に相当する。切替器３５６は、本実施の形態における選択部に相当する。
【００５２】
電流エラー量生成部３５１の減算器３５１ｂ、及び電流制御器３５２は、本実施の形態における変更量決定部に相当する。操作量ΔＤは、本実施の形態における変更量に相当する。設定値切替器３５１ａ、及び加算器３５１ｃは、本実施の形態における狭義の変更量操作部に相当する。広義の変更量操作部には、電流制御器３５２が更に含まれる。これは、設定値切替器３５１ａが値ＩＬｅｒｒ２として設定値ＩＬｓｅｔを出力したことによる最終的な結果は、電流制御器３５２の処理により得られるからである。ゲート信号生成部３５４は、本実施の形態における信号生成部に相当する。
【００５３】
図３は、通常状況時、及び放電実行状況時にそれぞれ生成される各信号例を説明する図である。図３において、上段は、通常状況時に生成される各信号例を示し、下段は、放電実行状況時に生成される各信号例を示している。通常状況時とは、指示１が０、つまりＬとなっている状況時であり、放電実行状況時とは、指示１が１、つまりＨとなっている状況時である。図３において、各信号、つまり信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂ、Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂは、Ｈ、Ｌの２値で信号レベルを表している。
【００５４】
図３において、「Ｔｓｗ」は、スイッチング周期を表している。「Ｔａ」は、通常状況時における信号Ｇａｔｅ＿３２ａのＨが継続する時間であるＨ時間、言い換えれば信号Ｇａｔｅ＿３２ｂのＬが継続する時間であるＬ時間を表している。「Ｔａ’」は、放電実行状況時における信号Ｇａｔｅ＿３２ａのＨ時間を表している。それにより、通常状況時では、デューティ比Ｄｕｔｙ３２＝Ｔａ／Ｔｓｗである。
【００５５】
また、「Ｔｂ」は、通常状況時における信号Ｇａｔｅ＿３３ａのＨ時間、言い換えれば信号Ｇａｔｅ＿３３ｂのＬ時間を表している。「Ｔｂ’」は、放電実行状況時における信号Ｇａｔｅ＿３３ａのＨ時間を表している。
【００５６】
Ｈ時間Ｔａ、Ｔａ’の差（＝Ｔａ−Ｔａ’）は、デューティ比Ｄｕｔｙが同じであり、且つ電流値ＩＬ１、ＩＬ２の和（＝ＩＬ１＋ＩＬ２）も同じと仮定した場合、操作量ΔＤを用いた減算操作により生じる。その仮定では、通常状況時、電流制御器３５２が操作量ΔＤの生成に用いる電流エラー量ＩＬｅｒｒと、放電実行状況時、電流制御器３５２が操作量ΔＤの生成に用いる電流エラー量ＩＬｅｒｒとの間には、上記のように、設定値ＩＬｓｅｔの差がある。このことから、図３は、設定値ＩＬｓｅｔにより、操作量ΔＤの内容を間接的に制御できることを表している。
【００５７】
なお、設定値ＩＬｓｅｔに応じたデューティ比Ｄｕｔｙの操作は、操作量ΔＤによる操作とは別に行っても良い。つまり、設定値ＩＬｓｅｔに応じたデューティ比Ｄｕｔｙの操作は、直接的に行うようにしても良い。
【００５８】
図３の上段、及び下段には、モードとして、１、３、４の数値を表記している。このモードは、電力変換回路内で形成される閉回路に対応したものであり、数値は、実際に形成される閉回路の種類を表している。ここで、図４〜図７を参照し、各ノードで形成される閉回路について具体的に説明する。図４〜図７は、それぞれモード１〜４で形成される閉回路の例を説明する図である。
【００５９】
モード１では、図４に示すように、平滑コンデンサ３６を含む閉回路、つまり平滑コンデンサ３６→スイッチング素子３２ｂ→リアクトル３１ａ→リアクトル３１ｂ→スイッチング素子３３ａ→平滑コンデンサ３６、の経路で平滑コンデンサ３６から放電電流が流れる閉回路が形成される。この閉回路により、モード１では、平滑コンデンサ３６に蓄えられた電荷を直接、放電させるとともにリアクトル３２ａ、３２ｂにエネルギーを移すことができる。
【００６０】
モード４では、図７に示すように、平滑コンデンサ３６を含む閉回路、つまり平滑コンデンサ３６→スイッチング素子３３ｂ→リアクトル３１ｂ→リアクトル３１ａ→スイッチング素子３２ａ→平滑コンデンサ３６、の経路で平滑コンデンサ３６から放電電流が流れる閉回路が形成される。この閉回路により、モード４でも、平滑コンデンサ３６に蓄えられた電荷を直接、放電させるとともにリアクトル３１ａ、３１ｂにエネルギーを移すことができる。
【００６１】
モード２では、図５に示すように、平滑コンデンサ３６を含む閉回路は形成されず、リアクトル群３１を含む閉回路が形成される。その閉回路では、リアクトル群３１に蓄えられたエネルギーにより、例えばリアクトル３１ａ→リアクトル３１ｂ→スイッチング素子３３ｂ→スイッチング素子３２ｂ→リアクトル３１ａ、の経路で電流が流れる。平滑コンデンサ３６から放電電流が流れる場合、リアクトル群３１にエネルギーが蓄えられる。そのため、この閉回路に電流が流れることにより、平滑コンデンサ３６からの放電電流が流れる閉回路が形成されていなくとも、導通損失、つまり電力変換回路内での電力損失が発生し、平滑コンデンサ３６を含む電力変換回路の電荷の放電が実現される。
【００６２】
モード３でも、図６に示すように、平滑コンデンサ３６を含む閉回路は形成されず、リアクトル群３１を含む閉回路が形成される。その閉回路では、リアクトル群３１に蓄えられたエネルギーにより、例えばリアクトル３１ａ→リアクトル３１ｂ→スイッチング素子３３ａ→スイッチング素子３２ａ→リアクトル３１ａ、の経路で電流が流れる。この閉回路に電流が流れることにより、モード３でも、平滑コンデンサ３６を含む電力変換回路の電荷の放電が実現される。
【００６３】
モード１及びモード４で形成される閉回路は共に、本実施の形態における第１の閉回路に相当する。モード２で形成される閉回路は、本実施の形態における第２の閉回路に相当する。
【００６４】
図３の下段では、モードは、モード１→モード３→モード４→モード３、の順序でサイクリックに遷移する。その遷移は、昇圧比によって変化する。昇圧比によっては、モードは、モード１→モード２→モード４→モード２、の順序でサイクリックに遷移する。
【００６５】
上記のような遷移では、常に閉回路が形成される。しかし、スイッチング周期内に、閉回路が形成されない期間を設けても良い。このこともあり、モード遷移、つまり形成させる閉回路の種類、及びその順序、等は特に限定されない。
【００６６】
図３の下段に示すようなモード遷移により、平滑コンデンサ３６を含む閉回路の他に、その平滑コンデンサ３６を含まない閉回路が形成される。そのため、平滑コンデンサ３６を含む閉回路が形成されていない間でも、電力変換回路内の電力が消費される。この電力消費により、平滑コンデンサ３６の電荷の放電はより効率的に行えるようになる。この結果、平滑コンデンサ３６の電荷の放電もより短時間に行うことができる。
【００６７】
電荷は、平滑コンデンサ３６の他に、平滑コンデンサ３７にも蓄えられる。平滑コンデンサ３７に蓄えられた電荷は、モード１及びモード４で形成される閉回路により放電させることができる。本実施の形態では、平滑コンデンサ３７を含む閉回路は、モード３でも形成される。そのため、平滑コンデンサ３７の電荷の放電もより短時間に行うことができる。
【００６８】
図８は、リアクトル群を構成する各リアクトルの放電実行状況時における電流値の変化の例を説明する図である。図８では、各リアクトル３１ａ、３１ｂの電流値ＩＬ１、ＩＬ２に加え、指示１、指示２、及び指示２によって切り換えられる目標電圧値Ｖ１ｒｅｆ、Ｖ２ｒｅｆを示している。ここでの電流値ＩＬ１、ＩＬ２は、上記のように、平均値か、或いはフィルタ処理した値である。
【００６９】
図８中の「Ｉ１」は、バッテリ１から供給される電力の電流値を表している。電力変換装置３は２つの電圧変換回路３２、３３を備えていることから、電流値ＩＬ１とＩＬ２の和はＩ１であり、通常、電流値ＩＬ１、ＩＬ２は、Ｉ１／２となっている。
【００７０】
上記のように、通常状況時には、指示１、及び指示２は共にＬである。通常状況からコンタクタ１０が開状態となり、バッテリ１との接続が切断され放電実行状況に変化する場合、図８に示すように、指示１は、指示２がＨとなった後にＨとなる。指示１がＨとなることにより、平滑コンデンサ３６の電荷の放電を想定したスイッチング素子３２ａ〜３３ｂのオンオフ駆動が開始される。言い換えれば、図４〜図７に示すような閉回路の形成による平滑コンデンサ３６の電荷の直接的な放電、及びその放電によってリアクトル群３１に生じるエネルギーの消費が開始される。その結果、図８に示すように、リアクトル３１ａ、３１ｂの電流値ＩＬ２、ＩＬ１の間には、電流エラー量生成部３１５で設定される設定値ＩＬｓｅｔの差が発生することとなる。
【００７１】
電力変換回路に用いられる部品には、通常、上限温度が定められている。このことから、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂのうちの少なくとも一つ、平滑コンデンサ３６、３７のうちの少なくとも一つ、及びリアクトル３１ａ、３１ｂのうちの少なくとも一つのうちの何れかに温度検出用の温度センサを設け、検出された温度を制御に用いても良い。例えば検出された温度が定めた上限値を超えた場合、指示１をＨからＬに変更しても良い。そのようにしても、単位時間当たりの電流量は、温度が上限値を超える前より低下することから、上限値を超える温度が検出された部品はもとより、他の電流によって温度が上昇する部品の温度もより低くさせることができる。従って、電力変換回路を構成する部品をより保護することができる。
【００７２】
温度の抑制は、リアクトル３１ａ、３１ｂでは高周波化が望ましく、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂでは低周波化が望ましい。このことから、リアクトル３１ａ、３１ｂのうちの一方、及びスイッチング素子３２ａ〜３３ｂのうちの何れかの温度を検出するために複数の温度センサを設けても良い。そのように複数の温度センサを設けた場合、検出された温度が上限値を超えた部品の種類に応じて、スイッチング周期、つまりスイッチング周波数を変更するようにしても良い。
【００７３】
電流センサ群３４を構成する何れかの電流センサに異常が発生する可能性がある。何れかの電流センサに異常が発生した場合、電流値ＩＬ１、ＩＬ２を用いた適切なフィードバック制御は不可能となる。このことから、何れかの電流センサに異常が発生した場合、操作量ΔＤを予め定めた固定値とし、電流値ＩＬ１、ＩＬ２をフィードバック制御に反映させないようにしても良い。この固定値は、例えば２つ以上、用意することにより、指示１がＬか否かに応じて固定値を切り換えれば良い。そのように固定値を切り換えるようにした場合、通常状況時、放電実行状況時ともに、電力変換装置３を動作させることができる。放電実行状況時には、平滑コンデンサ３６の電荷の放電に要する時間の短縮化も実現させることができる。
【００７４】
異常は、スイッチング素子３２ａ〜３３ｂのうちの何れかに発生する可能性がある。アームであるスイッチング素子３２ｂ、３３ｂのうちの何れかにオン駆動できないオフ故障が発生した場合、そのオフ故障が発生したスイッチング素子のオンオフ駆動を停止し、故障したスイッチング素子を除く残りのスイッチング素子のオンオフ駆動を行うようにしても良い。そのようなオンオフ駆動を行う場合、オフ故障が発生したスイッチング素子は、ダイオードとしてのみ使用することになる。
【００７５】
オフ故障が発生したスイッチング素子のダイオードとしてのみの使用は、例えば２つの信号生成器３５４ａ、３５４ｂのそれぞれに、オフ故障が発生したスイッチング素子に応じて生成する信号の内容を変更させることにより実現できる。そのように、オフ故障が発生したアームに応じて、生成する信号の内容を変更することにより、オフ故障の発生後も電力変換装置３を動作させることができる。制御が複雑になるのを抑制するために、電流値ＩＬ１、ＩＬ２を用いたフィードバック制御は停止させるのが望ましい。
【００７６】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図である。本実施の形態では、平滑コンデンサ３７の代わりに、２つの平滑コンデンサ３７Ｂ、３７Ｃを用いている。図１０に示すように、平滑コンデンサ３７Ｂは、リアクトル３１ａのバッテリ１側の一端と、バッテリ１の負極端子との間に接続されている。平滑コンデンサ３７Ｃは、リアクトル３１ｂのバッテリ１側の一端と、バッテリ１の負極端子との間に接続されている。
【００７７】
電力変換回路が図１０に示すような構成であっても、制御装置３５として、基本的に上記実施の形態１の制御装置３５を用いることができる。その制御装置３５を用いることにより、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、電力変換回路が備える電圧変換回路は２つとなっている。これに対し、本実施の形態３では、電圧変換回路は３つとなっている。
【００７９】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成例を示す図である。本実施の形態では、図１１に示すように、スイッチング素子４１ａ、４１ｂが直列に接続された構成の電圧変換回路４１が平滑コンデンサ３６の両端間に更に接続されている。バッテリ１の正極端子と、２つのスイッチング素子４１ａ、４１ｂ間の接続点４１ｃとの間には、リアクトル３１ｃが接続されている。そのリアクトル３１ｃに流れる電流の電流値ＩＬ３を検出するために、電流センサ３４ｃが追加されている。
【００８０】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る電力変換制御装置の構成例を示す図である。図１２では、上記実施の形態１から異なる部分を抽出して構成例を示している。つまり、本実施の形態では、制御装置３５は、図１２に示す構成要素の他に、第１の電圧制御部３５５ａ、第２の電圧制御部３５５ｂ、及び切替器３５６を備える。
【００８１】
本実施の形態では、電流エラー量生成部３５１は、図１２に示すように、第１の指令値生成部５０１、第２の指令値生成部５０２、及び第３の指令値生成部５０３を備える。
【００８２】
第１の指令値生成部５０１は、演算器５１１、及び３つの減算器５１２ａ〜５１２ｃを備えている。演算器５１１は、電流値ＩＬ１〜ＩＬ３を入力して、その平均値ＩＬｒｅｆＸを算出する。この平均値ＩＬｒｅｆＸは、ＩＬｒｅｆＸ＝（ＩＬ１＋ＩＬ２＋ＩＬ３）／３、により求めることができる。平均値ＩＬｒｅｆＸは、各減算器５１２ａ〜５１２ｃに出力される。
【００８３】
減算器５１２ａは、平均値ＩＬｒｅｆＸから電流値ＩＬ１を減算し、その減算結果ＩＬｅｒｒＸ１を第３の指令値生成部５０３に出力する。減算器５１２ｂは、平均値ＩＬｒｅｆＸから電流値ＩＬ２を減算し、その減算結果ＩＬｅｒｒＸ２を第３の指令値生成部５０３に出力する。減算器５１２ｃは、平均値ＩＬｒｅｆＸから電流値ＩＬ３を減算し、その減算結果ＩＬｅｒｒＸ３を第３の指令値生成部５０３に出力する。
【００８４】
第２の指令値生成部５０２は、偏流波生成器５２１を備える。この偏流波生成器５２１は、電圧変換回路が３つ存在するために、設定値切替器３５１ａの代わりに搭載されたものである。偏流波生成器５２１は、第３の指令値生成部５０３に、減算結果ＩＬｅｒｒＸ１〜ＩＬｅｒｒＸ３に対する操作量となる値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３を生成して出力する。
【００８５】
これらの値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３は、放電実行状況時、つまり指示１がＨとなっている状況時か否かに応じて生成方法が異なる。指示１がＬの状況時では、例えば値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３は全て０である。指示１がＨの状況時では、例えば値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３は、以下のようにして生成される。
ＩＬｅｒｒＹ１＝Ａｓｉｎωｔ
ＩＬｅｒｒＹ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋２π／３）
ＩＬｅｒｒＹ３＝Ａｓｉｎ（ωｔ−２π／３）
ここで、Ａは定数、ωはスイッチング周波数に対応する角速度、ｔは指示１がＨとなってから経過した時間、である。
【００８６】
偏流波生成器５２１は、指示１がＨの場合に、値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３を偏流波値として生成する。値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３は、上記実施の形態１における設定値ＩＬｓｅｔのように機能する。値ＩＬｅｒｒＹ１〜ＩＬｅｒｒＹ３の合計値は０となる。
【００８７】
第３の指令値生成部５０３は、３つの加算器５３１ａ〜５３１ｃを備えている。加算器５３１ａは、減算結果ＩＬｅｒｒＸ１に値ＩＬｅｒｒＹ１を加算し、その加算結果を差分ＩＬｅｒｒ１１として電流制御器３５２ａに出力する。同様に、加算器５３１ｂは、減算結果ＩＬｅｒｒＸ２に値ＩＬｅｒｒＹ２を加算し、その加算結果を差分ＩＬｅｒｒ１２として電流制御器３５２ｂに出力する。加算器５３１ｃは、減算結果ＩＬｅｒｒＸ３に値ＩＬｅｒｒＹ３を加算し、その加算結果を差分ＩＬｅｒｒ１３として電流制御器３５２ｃに出力する。
【００８８】
差分ＩＬｅｒｒ１１、ＩＬｅｒｒ１２、ＩＬｅｒｒ１３は共に、上記実施の形態１における差分ＩＬｅｒｒ１に相当する情報である。電流制御器３５２ａは、上記実施の形態１と同様に、差分ＩＬｅｒｒ１１を用いて、操作量ΔＤａを生成し、デューティ生成部３５３に出力する。電流制御器３５２ｂも、上記実施の形態１と同様に、差分ＩＬｅｒｒ１２を用いて、操作量ΔＤｂを生成し、デューティ生成部３５３に出力する。電流制御器３５２ｃも、上記実施の形態１と同様に、差分ＩＬｅｒｒ１３を用いて、操作量ΔＤｃを生成し、デューティ生成部３５３に出力する。
【００８９】
デューティ生成部３５３は、３つの加算器３５３ｂ〜３５３ｄを備える。加算器３５３ｃは、切替器３５６から入力したデューティ比Ｄｕｔｙに、操作量ΔＤａを加算し、その加算結果をデューティ比Ｄｕｔｙ３２としてゲート信号生成部３５４に出力する。加算器３５３ｂは、デューティ比Ｄｕｔｙに、操作量ΔＤｂを加算し、その加算結果をデューティ比Ｄｕｔｙ３３としてゲート信号生成部３５４に出力する。加算器３５３ｄは、デューティ比Ｄｕｔｙに、操作量ΔＤｃを加算し、その加算結果をデューティ比Ｄｕｔｙ４１としてゲート信号生成部３５４に出力する。
【００９０】
ゲート信号生成部３５４は、３つの信号生成器３５４ａ〜３５４ｃを備える。デューティ比Ｄｕｔｙ３２は、信号生成器３５４ａに入力され、デューティ比Ｄｕｔｙ３３は、信号生成器３５４ｂに入力され、デューティ比Ｄｕｔｙ４１は、信号生成器３５４ｃに入力される。
【００９１】
信号生成器３５４ａは、デューティ比Ｄｕｔｙ３２に従って、電圧変換回路３２を構成する２つのスイッチング素子３２ａ，３２ｂをオンオフ駆動するための信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂを生成する。信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂは、互いに相補的な信号であり、一方の信号がＨのときに他方の信号はＬとなる。
【００９２】
信号生成器３５４ｂは、デューティ比Ｄｕｔｙ３３に従って、電圧変換回路３３を構成する２つのスイッチング素子３３ａ，３３ｂをオンオフ駆動するための信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂを生成する。信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂも、互いに相補的な信号である。
【００９３】
信号生成器３５４ｃは、デューティ比Ｄｕｔｙ４１に従って、電圧変換回路４１を構成する２つのスイッチング素子４１ａ，４１ｂをオンオフ駆動するための信号Ｇａｔｅ＿４１ａ、Ｇａｔｅ＿４１ｂを生成する。信号Ｇａｔｅ＿４１ａ、Ｇａｔｅ＿４１ｂも、互いに相補的な信号である。
【００９４】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る電力変換制御装置によって通常状況時、及び放電実行状況時にそれぞれ生成される各信号例を説明する図である。図１３において、上段は、通常状況時に生成される各信号例を示し、下段は、放電実行状況時に生成される各信号例を示している。
【００９５】
図１３中の「Ｔｃ」は、通常状況時における信号Ｇａｔｅ＿４１ａのＨ時間、言い換えれば信号Ｇａｔｅ＿４１ｂのＬ時間を表している。通常状況時では、デューティ比Ｄｕｔｙ４１＝Ｔｃ／Ｔｓｗ、である。
【００９６】
本実施の形態では、３つの電圧変換回路３２、３３、４１ｇｓ備えられている。それにより、図１３に示すように、信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂと信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂとの間の位相は１２０度ズレている。同様に、信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂと信号Ｇａｔｅ＿４１ａ、Ｇａｔｅ＿４１ｂとの間の位相も１２０度ズレている。信号Ｇａｔｅ＿３２ａ、Ｇａｔｅ＿３２ｂと信号Ｇａｔｅ＿４１ａ、Ｇａｔｅ＿４１ｂとの間の位相も１２０度ズレている。
【００９７】
図１３の下段に示す各信号により、放電実行状況時には、平滑コンデンサ３６、３つの電圧変換回路３２、３３、４１、及び３つのリアクトル３１ａ〜３１ｃを含む閉回路が順次、形成される。形成される閉回路には、３つの電圧変換回路３２、３３、４１のうちの上アームがオン駆動された２つの電圧変換回路、及び電圧変換回路３２、３３、４１のうち下アームがオン駆動された一つの電圧変換回路によって形成される閉回路が含まれる。図１３に示す信号例では、アームがオン駆動されるのは電圧変換回路３３、４１であり、下アームがオン駆動されるのは残りの電圧変換回路３２である。この閉回路は、本実施の形態における第３の閉回路に相当する。
【００９８】
このような閉回路全体のインピーダンスは、平滑コンデンサ３６、３つの電圧変換回路３２、３３、４１のうちの２つ、及び３つのリアクトル３１ａ〜３１ｃのうちの２つのみを含む閉回路と比較して小さくなる。そのため、３つの電圧変換回路３２、３３、４１を含む閉回路では、２つの電圧変換回路のみを含む閉回路と比較し、単位時間当たりに流れる電流量がより大きくなる。この結果、平滑コンデンサ３６に蓄えられた電荷は、より短時間に放電させることができる。
【００９９】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置で放電実行状況時に各リアクトルに流れる電流の値の変化の例を説明する図である。指示１がＬとなっている通常状況時、
電圧変換回路が３つであってもバッテリ１からの電力は等配分されることから、各リアクトル３１ａ〜３１ｃの電流値ＩＬ１〜ＩＬ３はＩ１／３となっている。
【０１００】
一方、指示１がＨとなっている放電実行状況時にも、各電圧変換回路３２、３３、４１を構成する２つのスイッチング素子は、１２０度ずつ位相がズレた信号によってオンオフ駆動される。この結果、電流値ＩＬ１〜ＩＬ３の各間は、１２０度ずつ位相がズレている。また、電流値ＩＬ１〜ＩＬ３は、角速度ωで変化する。
【０１０１】
なお、本実施の形態では、電圧変換回路を３つとしているが、電圧変換回路は４つ以上であっても良い。電圧変換回路を４つ以上としても、放電実行状況時には、平滑コンデンサ３６、及び３つ以上の電圧変換回路を含む閉回路を形成させれば良い。
【符号の説明】
【０１０２】
１  バッテリ（電源）、２  負荷、３  電力変換装置、１０  コンタクタ、３１  リアクトル群、３１ａ〜３１ｃ  リアクトル、３２、３３、４１  電圧変換回路、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、４１ａ、４１ｂ  スイッチング素子、３４  電流センサ群、３４ａ〜３４ｃ  電流センサ、３５  制御装置（電力変換制御装置）、３６  平滑コンデンサ、３７、３７Ｂ、３７Ｃ  平滑コンデンサ、３８  電圧センサ、３９  電圧センサ、３５１  電流エラー量生成部、３５２、３５２ａ〜３５２ｃ  電流制御器、３５３  デューティ生成部、３５４  ゲート信号生成部、３５４ａ〜３５４ｃ  信号生成器、３５５ａ  第１の電圧制御部、３５５ｂ  第２の電圧制御部、３５６  切替器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月29日(2020.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
モード１では、図４に示すように、平滑コンデンサ３６を含む閉回路、つまり平滑コンデンサ３６→スイッチング素子３２ｂ→リアクトル３１ａ→リアクトル３１ｂ→スイッチング素子３３ａ→平滑コンデンサ３６、の経路で平滑コンデンサ３６から放電電流が流れる閉回路が形成される。この閉回路により、モード１では、平滑コンデンサ３６に蓄えられた電荷を直接、放電させるとともにリアクトル３１ａ、３１ｂにエネルギーを移すことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路と、
一端が電源と接続され、他端が前記複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する前記２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群と、
前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記複数の電圧変換回路を構成する各スイッチング素子のオンオフ駆動により、前記平滑コンデンサ、前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びに前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、前記平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる制御部と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトル群は、磁気的に結合されている、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記平滑コンデンサの両端間の電圧値を検出する電圧センサと、
前記リアクトル群を構成する各リアクトルの電流値を検出する複数の電流センサと、を更に備え、
前記制御部は、
前記電圧センサにより検出された前記電圧値を用いて、前記複数の電圧変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動する第１の駆動条件を決定する第１の条件設定部と、
前記複数の電流センサによりそれぞれ検出された前記電流値を用いて、前記第１の駆動条件に対する変更量を決定する変更量決定部と、
前記変更量を用いて、前記第１の駆動条件を変更した後の駆動条件である第２の駆動条件を設定する第２の条件設定部と、
前記第２の条件設定部が設定した前記第２の駆動条件に従って、前記複数の電圧変換回路を構成する前記スイッチング素子をオンオフ駆動するための信号を生成する信号生成部と、
を備える請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電源に対して並列に接続される他の平滑コンデンサと、
前記他の平滑コンデンサの両端間の電圧値を検出する他の電圧センサと、を更に備え、
前記制御部は、
前記他の電圧センサにより検出された前記電圧値を用いて、前記複数の電圧変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動する第３の駆動条件を決定する第３の条件設定部と、
前記第１の条件設定部が設定した前記第１の駆動条件、及び前記第３の条件設定部が設定した前記第３の駆動条件のうちの一方を選択する選択部と、を更に備え、
前記第２の条件設定部は、前記選択部が選択した前記第１の駆動条件、及び前記第３の駆動条件のうちの一方を、前記変更量を用いて変更し、前記第２の駆動条件を設定する、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記選択部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記第３の駆動条件を選択する、
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記リアクトル群を構成する少なくとも一つのリアクトル、前記複数の電圧変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサ、を更に備え、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記温度センサにより検出された温度が定めた上限値を超えた場合、前記複数の電圧変換回路を構成する前記各スイッチング素子をオンオフ駆動するうえでのスイッチング周期を変更する、
請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記リアクトル群を構成する少なくとも一つのリアクトル、前記複数の電圧変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサ、を更に備え、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記温度センサにより検出された温度が定めた上限値を超えた場合、前記第１および第２の閉回路に流れる単位時間当たりの電流量を前記温度が前記上限値を超える前より低下させる、
請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数の電流センサのうちの一つに異常が発生した場合、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記電流値を反映させた前記変更量決定部による前記変更量の決定を停止させる、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時に、前記複数の電圧変換回路を構成する一つのスイッチング素子にオン駆動しない異常が発生した場合、前記異常が発生したスイッチング素子を除くスイッチング素子をオンオフ駆動する、
請求項１〜８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記複数の電圧変換回路が３つ以上の電圧変換回路であった場合に、
前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる状況時、前記３つ以上の電圧変換回路を構成する各スイッチング素子のオンオフ駆動により、前記平滑コンデンサ、及び前記上アームまたは下アームとして用いられる前記スイッチング素子がオン駆動された少なくとも２つの電圧変換回路を含む第３の閉回路を形成させる、
請求項１〜９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
負荷に対して並列に接続される平滑コンデンサ、前記平滑コンデンサと並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子を上アーム、及び下アームとして各々含む複数の電圧変換回路、及び一端が電源と接続され、他端が前記複数の電圧変換回路のうちの一つを構成する前記２つのスイッチング素子の間にそれぞれ接続されたリアクトルを含むリアクトル群を備える電力変換回路で前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる場合に、前記複数の電圧変換回路を構成するスイッチング素子のオンオフ駆動を行わせ、前記平滑コンデンサ、前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路を含む第１の閉回路、並びに前記リアクトル群を構成する２つ以上のリアクトル、及び前記複数の電圧変換回路を構成する２つ以上の電圧変換回路の各上アームまたは各下アームを含み、前記平滑コンデンサを含まない第２の閉回路を形成させる処理を実行する、
電力変換制御装置。