(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＭ現象による劣化も考慮して、電力変換装置に生じる劣化を正しく監視し得る装置を提供する。【解決手段】複数の半導体素子を有し、実行する動作モードに応じて複数の半導体素子が選択的に使用される電力変換装置１００の劣化を監視する装置３０は、モード特定部３２と、電流情報取得部３４と、電流推定部３６と、指標計算部３８と、を備える。モード特定部は、電力変換装置が実行している動作モードを特定する。電流情報取得部は、電力変換装置に流れる電流に関連する電流情報を取得する。電流推定部は、モード特定部によって特定された動作モードと、電流情報取得部によって取得された電流情報とに基づいて、複数の半導体素子の各々に流れる電流の大きさ及び向きをそれぞれ推定する。指標計算部は、複数の半導体素子の各々について、電流推定部によって推定された電流の大きさ及び向きに基づいて、劣化の進行度合いを示す劣化指標を計算する。【選択図】図１
2020188568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子を有し、実行する動作モードに応じて前記複数の半導体素子が選択的に使用される電力変換装置の劣化を監視する装置であって、
前記電力変換装置が実行している動作モードを特定するモード特定部と、
前記電力変換装置に流れる電流に関連する電流情報を取得する電流情報取得部と、
前記モード特定部によって特定された動作モードと、前記電流情報取得部によって取得された電流情報とに基づいて、前記複数の半導体素子の各々に流れる電流の大きさ及び向きをそれぞれ推定する電流推定部と、
前記複数の半導体素子の各々について、前記電流推定部によって推定された電流の大きさ及び向きに基づいて、劣化の進行度合いを示す劣化指標を計算する指標計算部と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記複数の半導体素子の温度に関連する温度情報を取得する温度情報取得部をさらに備え、
前記指標計算部は、前記温度情報取得部によって取得された温度情報をさらに加味して、前記劣化指標を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モード特定部、前記電流情報取得部、前記電流推定部及び前記指標計算部による各処理は、所定のサイクルタイムで繰り返し実行され、
前記指標計算部はさらに、前記複数の半導体素子の各々について、前記サイクルタイム毎に計算された前記劣化指標を積算する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の半導体素子の各々について、前記積算された劣化指標が所定の許容範囲内にあるのか否かを判断する判断部をさらに備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
所定のタイミング又は外部の指示に応じて、前記積算された劣化指標を外部へ送信する送信部をさらに備える、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記電力変換装置は、電源と負荷との間に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータを有し、
前記複数の半導体素子の少なくとも一部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに組み込まれており、
前記電力変換装置は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを昇圧コンバータとして機能させる第１動作モードと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを降圧コンバータとして機能させる第２動作モードとを選択的に実行する、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記電力変換装置は、電源と負荷との間に設けられたインバータを有し、
前記複数の半導体素子の少なくとも一部は、前記インバータに組み込まれており、
前記電力変換装置は、前記インバータを直流から交流への変換器として機能させる第３動作モードと、前記インバータを交流から直流への変換器として機能させる第４動作モードとを選択的に実行する、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記電力変換装置は、前記電力変換装置を流れる電流が所定の閾値電流未満である場合の第５動作モードと、前記電力変換装置を流れる電流が所定の閾値電流を超えている場合の第６動作モードと、を選択的に実行する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電力変換装置の劣化を監視する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源と負荷との間で電力を変換する電力変換装置が知られている。この種の電力変換装置は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ及び／又はインバータを構成する複数の半導体素子を有しており、それらを選択的に使用することによって、様々な動作モードを実行することができる。例えば、電気自動車に搭載される電力変換装置として、ＤＣ−ＤＣコンバータとインバータとを備えるものが知られている。この電力変換装置は、電源から負荷であるモータジェネレータへ電力を供給する力行モードと、モータジェネレータから電源へ電力を供給する回生モードとを選択的に実行することができる。力行モードでは、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして機能し、この場合、下アームのスイッチング素子が断続的にオンオフされる。一方、回生モードでは、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして機能し、この場合は、上アームのスイッチング素子が断続的にオンオフされる。
【０００３】
電力変換装置では、半導体素子の通電に起因して劣化が進行する。従って、電力変換装置の動作不良を未然に防止するためには、電力変換装置の劣化を監視することが望ましい。この点に関して、特許文献１には、電力変換装置のパワーサイクル寿命及びサーマルサイクル寿命を推定する技術が記載されている。この技術では、半導体素子に最大電流が流れた回数を積算することで、熱応力に起因してはんだ層に生じる劣化を数値化し、それを閾値と比較することによって、電力変換装置の各寿命を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０６２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力変換装置では、熱応力に起因するはんだ層の劣化の他に、エレクトロマイグレーション現象（以下ではＥＭ現象と称する）に起因するはんだ層の劣化も生じる。ＥＭ現象は電子の流れに起因する現象であるため、ＥＭ現象に起因する劣化は、電流の大きさだけでなく電流の向きも依存する。この点に関して、特許文献１の技術では、電流の向きが考慮されていないことから、ＥＭ現象による電力変換装置のはんだ層の劣化度合いを正しく推定することができない。本明細書では、ＥＭ現象による劣化も考慮して、電力変換装置に生じる劣化を正しく監視し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、複数の半導体素子を有し、実行する動作モードに応じて複数の半導体素子が選択的に使用される電力変換装置の劣化を監視する装置を開示する。この装置は、モード特定部と、電流情報取得部と、電流推定部と、指標計算部と、を備える。モード特定部は、電力変換装置が実行している動作モードを特定する。電流情報取得部は、電力変換装置に流れる電流に関連する電流情報を取得する。電流推定部は、モード特定部によって特定された動作モードと、電流情報取得部によって取得された電流情報とに基づいて、複数の半導体素子の各々に流れる電流の大きさ及び向きをそれぞれ推定する。指標計算部は、複数の半導体素子の各々について、電流推定部によって推定された電流の大きさ及び向きに基づいて、劣化の進行度合いを示す劣化指標を計算する。
【０００７】
上記の構成では、電力変換装置の動作モードと電流情報とに基づいて、複数の半導体素子の各々に流れる電流の大きさ及び向きを推定する。前述したように、電力変換装置では、動作モードに応じて複数の半導体素子が選択的に使用される。従って、電力変換装置の動作モードが判明すれば、各々の半導体素子に流れる電流の有無や向きを知ることができる。そして、例えば電力変換装置の出力電流又はその目標値や、一部の半導体素子に流れる電流の測定値といった限られた電流情報を組み合わせることで、複数の半導体素子の各々に流れる電流の大きさ及び向きをそれぞれ推定することができる。これにより、複数の半導体素子の各々について、推定された電流の大きさ及び向きを用いることで、ＥＭ現象による劣化も加味された劣化指標を正しく計算することができる。
【０００８】
本技術の一実施形態では、監視する装置が、複数の半導体素子の温度に関連する温度情報を取得する温度情報取得部をさらに備えてもよい。この場合、指標計算部は、温度情報取得部によって取得された温度情報をさらに加味して、前記した劣化指標を計算してもよい。ＥＭ現象に起因する劣化は、電流の大きさ及び向きだけでなく、当該劣化箇所（例えばはんだ層）の温度にも依存する。そのことから、半導体素子の温度に関連する情報をさらに加味することで、劣化指標をより正しく計算することができる。
【０００９】
本技術の一実施形態では、モード特定部、電流情報取得部、電流推定部及び指標計算部による各処理は、所定のサイクルタイムで繰り返し実行されてもよい。この場合、指標計算部はさらに、複数の半導体素子の各々について、サイクルタイム毎に計算された劣化指標を積算してもよい。このような構成によると、経時的に進行していく電力変換装置の劣化を、リアルタイムで詳細に監視することができる。
【００１０】
本技術の一実施形態では、複数の半導体素子の各々について、積算された劣化指標が所定の許容範囲内にあるのか否かを判断する判断部をさらに備えてもよい。このような構成によると、電力変換装置の劣化による動作不良が実際に起こる前に劣化を予知することが可能となり、その対策を事前に実行することができる。
【００１１】
本技術の一実施形態では、所定のタイミング又は外部の指示に応じて、積算された劣化指標を外部へ送信する送信部をさらに備えてもよい。このような構成によると、リアルタイムで詳細に監視される電力変換装置の劣化を、任意のタイミングで取得することができる。
【００１２】
本技術の一実施形態では、電力変換装置は、電源と負荷との間に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータを有してもよい。複数の半導体素子の少なくとも一部は、ＤＣ−ＤＣコンバータに組み込まれていてもよい。この場合、電力変換装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータを昇圧コンバータとして機能させる第１動作モードと、ＤＣ−ＤＣコンバータを降圧コンバータとして機能させる第２動作モードとを選択的に実行してもよい。
【００１３】
本技術の一実施形態では、電力変換装置は、電源と負荷との間に設けられたインバータを有してもよい。複数の半導体素子の少なくとも一部は、インバータに組み込まれていてもよい。この場合、電力変換装置は、インバータを直流から交流への変換器として機能させる第３動作モードと、インバータを交流から直流への変換器として機能させる第４動作モードとを選択的に実行してもよい。
【００１４】
本技術の一実施形態では、電力変換装置は、電力変換装置を流れる電流が所定の閾値電流未満である場合の第５動作モードと、電力変換装置を流れる電流が所定の閾値電流を超えている場合の第６動作モードとを選択的に実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の電力変換装置の劣化を監視する装置が搭載される電気自動車の電力系の構成を示すブロック図である。
【図２】電力変換装置の一部を構成する半導体モジュールの平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図４】第１実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図５】監視する装置が実行する制御のフローチャートである。
【図６】第２実施例の電力変換装置の一部を構成する半導体モジュールの平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における半導体モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図８】図７の破線で囲まれた領域ＶＩＩＩの拡大図である。
【図９】第２実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図１０】第３実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図１１】第４実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の監視装置３０について説明する。本実施例の監視装置３０は、電力変換装置１００の劣化を監視するように構成されている。電力変換装置１００は電源と負荷との間に設けられ、それらの間で電力変換を行う。電力変換装置１００は、例えば電気自動車に搭載されるが、これに限定されず、様々な用途の電力変換装置として使用することができる。図１は、本実施例の監視装置３０が採用された電気自動車の電力系の構成を示すブロック図である。電気自動車は、バッテリ２と、システムメインリレー３と、モータ８と、コントローラ９と、監視装置３０と、電力変換装置１００とを備える。電力変換装置１００はバッテリ２の直流電力を、モータ８の駆動電力である交流電力に変換する。電力変換装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０と、インバータ２０とを備える。
【００１７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、リアクトル４と、２つのスイッチング素子５ａ、５ｂと、平滑コンデンサ７とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、２つのスイッチング素子５ａ、５ｂを選択的に使用することにより、バッテリ２の直流電力を昇圧する昇圧コンバータや、モータ８からの回生電力を降圧する降圧コンバータとして機能することができる。２つのスイッチング素子５ａ、５ｂは直列に接続されている。リアクトル４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の低電圧側の正極端と、直列に接続されている２つのスイッチング素子５ａ、５ｂの中点の間に接続されている。平滑コンデンサ７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の高電圧側の正極端と高電圧側の負極端の間に接続されている。
【００１８】
スイッチング素子５ａには逆並列に還流ダイオード６ａが接続されている。同様に、スイッチング素子５ｂには逆並列に還流ダイオード６ｂが接続されている。第１実施例において２つのスイッチング素子５ａ、５ｂはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。但し、スイッチング素子５ａ、５ｂはＩＧＢＴに限られることなく、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）といったパワー半導体素子でもよい。またスイッチング素子５ａ、５ｂ及び還流ダイオード６ａ、６ｂの各々は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった各種の半導体材料を用いて構成することができる。詳しくは後述するが、一方のスイッチング素子５ａと一方の還流ダイオード６ａはともに、上側放熱板７１ａと下側放熱板７６ａに挟持されている。また、他方のスイッチング素子５ｂと他方の還流ダイオード６ｂはともに、他の上側放熱板７１ｂと他の下側放熱板７６ｂに挟持されている。これらの２つの挟持体は同一のパッケージ８１に内蔵され、半導体モジュール８０を構成する（図２参照）。半導体モジュール８０の構造は後ほど詳しく説明する。
【００１９】
インバータ２０は、６つのスイッチング素子５ｃ−５ｈを備える。６つのスイッチング素子５ｃ−５ｈの各々には、逆並列に還流ダイオード６ｃ−６ｈが接続されている。インバータ２０は、６つのスイッチング素子５ｃ−５ｈを選択的にオン及びオフすることにより、バッテリ２の直流電力をモータ８の駆動電力である交流電力に変換することができる。また、インバータ２０は、モータ８の回生電力（交流）を直流に変換することもできる。コントローラ９は、６つのスイッチング素子５ｃ−５ｈを例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で制御する。以下では、８つのスイッチング素子５ａ−５ｈを特定せずに説明する場合においては、まとめて「スイッチング素子５」と記載する。同様に、８つの還流ダイオード６ａ−６ｈを特定せずに説明する場合においては、まとめて「還流ダイオード６」と記載する。
【００２０】
スイッチング素子５ｃとスイッチング素子５ｄは直列に接続されている。スイッチング素子５ｃには逆並列に還流ダイオード６ｃが接続されている。スイッチング素子５ｄには逆並列に還流ダイオード６ｄが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に備えられたスイッチング素子５及び還流ダイオード６と同様に、一方のスイッチング素子５ｃと一方の還流ダイオード６ｃはともに、２つの放熱板に挟持されている。他方のスイッチング素子５ｄと他方の還流ダイオード６ｄはともに、２つの放熱板に挟持されている。これらの２つの挟持体は同一のパッケージに内蔵され、半導体モジュール８０を構成する。
【００２１】
スイッチング素子５ｅとスイッチング素子５ｆは直列に接続されている。スイッチング素子５ｅには逆並列に還流ダイオード６ｅが接続されている。スイッチング素子５ｆには逆並列に還流ダイオード６ｆが接続されている。一方のスイッチング素子５ｅと一方の還流ダイオード６ｅはともに、２つの放熱板に挟持されている。他方のスイッチング素子５ｆと他方の還流ダイオード６ｆはともに、２つの放熱板に挟持されている。これらの２つの挟持体は同一のパッケージに内蔵され、半導体モジュール８０を構成する。
【００２２】
スイッチング素子５ｇとスイッチング素子５ｈは直列に接続されている。スイッチング素子５ｇには逆並列に還流ダイオード６ｇが接続されている。スイッチング素子５ｈには逆並列に還流ダイオード６ｈが接続されている。一方のスイッチング素子５ｇと一方の還流ダイオード６ｇはともに、２つの放熱板に挟持されている。他方のスイッチング素子５ｈと他方の還流ダイオード６ｈはともに、２つの放熱板に挟持されている。これらの２つの挟持体は同一のパッケージに内蔵され、半導体モジュール８０を構成する。
【００２３】
コントローラ９は、電気自動車のメインスイッチ（不図示）と接続されている。電気自動車のメインスイッチがオフからオンに切り替えられたら、コントローラ９は、システムメインリレー３を閉じ、電力変換装置１００を介してバッテリ２とモータ８を導通させる。電気自動車のメインスイッチがオンからオフに切り替えられたら、コントローラ９は、システムメインリレー３を開き、バッテリ２とモータ８を切り離す。
【００２４】
またコントローラ９は、各スイッチング素子５の制御を行う。より具体的に、コントローラ９はゲート信号Ｇ１により、スイッチング素子５ａのゲート電圧を制御する。同様に、コントローラ９は、ゲート信号Ｇ２により、スイッチング素子５ｂのゲート電圧を制御する。コントローラ９は、スイッチング素子５ｃ−５ｈについても、ゲート信号Ｇ３−Ｇ８により、スイッチング素子５ｃ−５ｈのそれぞれのゲート電圧を制御する。コントローラ９は不図示のアクセル開度センサの測定値などから、電力変換装置１００の出力電流の目標値を算出し、目標値に基づいてゲート信号Ｇ１−Ｇ８を決定する。すなわち、コントローラ９は電力変換装置１００の出力電流の目標値に基づいて、スイッチング素子５を制御する。
【００２５】
またコントローラ９は、監視装置３０に接続されている。コントローラ９は、電力変換装置１００の出力電流の目標値などの情報を、監視装置３０に送信する。また、詳しくは後述するが、監視装置３０が算出する指標はコントローラ９に送信される。コントローラ９は、監視装置３０から送信された指標に基づいて、電力変換装置１００を制御する。
【００２６】
監視装置３０は、電力変換装置１００の劣化を監視する。監視装置３０は所定のサイクルタイムごとに、電力変換装置１００の劣化の進行度合いを示す指標を計算する。特に監視装置３０は、電力変換装置１００に備えられている各スイッチング素子５及び還流ダイオード６の劣化の進行度合いを示す指標を、素子ごとに計算する。監視装置３０は、モード特定部３２と、電流情報取得部３４と、電流推定部３６と、指標計算部３８と、温度情報取得部４０と、判断部４２と、送信部４４とを備える。各部が実行する処理については、後ほど図５のフローチャートを説明する際に詳しく述べる。
【００２７】
本明細書が開示する技術は、半導体素子の劣化、特にエレクトロマイグレーション現象（ＥＭ現象）に起因する半導体素子と他の部材との接合部であるはんだ層の劣化を監視する。図２及び図３は、スイッチング素子５及び還流ダイオード６が内蔵される半導体モジュール８０の構造を表わす図である。
【００２８】
図２は、半導体モジュール８０の平面図である。各半導体モジュール８０は同様の構造を有するため、ここではＤＣ−ＤＣコンバータ１０を構成するスイッチング素子５ａ、５ｂ及び還流ダイオード６ａ、６ｂを内蔵する半導体モジュール８０を例に説明する。半導体モジュール８０は、スイッチング素子５ａ、５ｂと、還流ダイオード６ａ、６ｂと、パッケージ８１と、複数の外部接続端子８２、８３、８４、８５、８６とを備える。パッケージ８１は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂で構成されている。各々の外部接続端子８２、８３、８４、８５、８６は、パッケージ８１の外部から内部に亘って延びており、パッケージ８１の内部でスイッチング素子５ａ、５ｂ、又は還流ダイオード６ａ、６ｂのいずれかのうち少なくとも１つに電気的に接続されている。一例ではあるが、複数の外部接続端子８２、８３、８４、８５、８６には、電力用であるＰ端子８２、Ｎ端子８３及びＯ端子８４と、信号用である複数の第１信号端子８５及び複数の第２信号端子８６が含まれる。本実施例におけるＰ端子８２、Ｎ端子８３及びＯ端子８４は、銅で構成されている。但し、Ｐ端子８２、Ｎ端子８３及びＯ端子８４は、銅に限定されず、他の導体で構成されてもよい。
【００２９】
スイッチング素子５ａ及び還流ダイオード６ａはそれぞれ、その上面と下面に電極を有する。すなわち、スイッチング素子５ａ及び還流ダイオード６ａはそれぞれ上下一対の電極を有する。同様に、スイッチング素子５ｂ及び還流ダイオード６ｂはそれぞれ上下一対の電極を有する。特に限定はされないが、スイッチング素子５及び還流ダイオード６に上下一対に設けられる電極を構成する材料には、例えばアルミニウム系又はその他の金属を採用することができる。
【００３０】
図３は、図２において、ＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体モジュール８０の内部構造を示す断面図である。半導体モジュール８０は、第１上側放熱板７１ａと、第１導体スペーサ７３ａと、第１下側放熱板７６ａとをさらに備える。第１導体スペーサ７３ａは、例えば銅又はその他の金属といった導電性を有する材料を用いて構成されている。第１導体スペーサ７３ａは、概して板形状あるいはブロック形状の部材である。第１導体スペーサ７３ａはパッケージ８１内に位置している。第１導体スペーサ７３ａの上面は、第１上側放熱板７１ａにはんだ層７２ａを介して接合されている。第１導体スペーサ７３ａの下面は、スイッチング素子５ａ上面に設けられた電極にはんだ層７４ａを介して接合されている。即ち、第１導体スペーサ７３ａは、スイッチング素子５ａに電気的に接続されている。第１導体スペーサ７３ａは、必ずしも必要とされないが、第１信号端子８５をスイッチング素子５ａに接続する際のスペースを確保する。
【００３１】
第１上側放熱板７１ａ及び第１下側放熱板７６ａは、例えば銅、アルミニウム又はその他の金属といった熱伝導性に優れた材料で構成されている。第１上側放熱板７１ａは、概して直方体形状又は板形状の部材である。第１上側放熱板７１ａの上面は、パッケージ８１の上面において外部に露出されている。また、第１上側放熱板７１ａの下面は、前述した第１導体スペーサ７３ａの上面にはんだ層７２ａを介して接合されている。即ち、第１上側放熱板７１ａは第１導体スペーサ７３ａを介してスイッチング素子５ａと電気的及び熱的に接続されている。これにより、第１上側放熱板７１ａは、半導体モジュール８０の電気回路の一部を構成するだけでなく、スイッチング素子５ａの熱を外部に放出する放熱板としても機能する。
【００３２】
第１下側放熱板７６ａは、概して直方体形状又は板形状の部材である。第１下側放熱板７６ａの下面は、パッケージ８１の下面において外部に露出されている。また、第１下側放熱板７６ａの上面は、スイッチング素子５ａの下面に設けられた電極にはんだ層７５ａを介して接合されている。即ち、第１下側放熱板７６ａは、スイッチング素子５ａと電気的及び熱的に接続されている。これにより、第１下側放熱板７６ａにおいても半導体モジュール８０の電気回路の一部を構成するだけでなく、スイッチング素子５ａの熱を外部に放出する放熱板としても機能する。このように、半導体モジュール８０は、パッケージ８１の両面に第１上側放熱板７１ａ及び第１下側放熱板７６ａが露出される両面冷却構造を有する。
【００３３】
また、半導体モジュール８０は、第２上側放熱板７１ｂと、第２導体スペーサ７３ｂと、第２下側放熱板７６ｂとをさらに備える。第２導体スペーサ７３ｂは、例えば銅又はその他の金属といった導電性を有する材料を用いて構成されている。第２導体スペーサ７３ｂは、概して板形状あるいはブロック形状の部材である。第２導体スペーサ７３ｂはパッケージ８１内に位置している。第２導体スペーサ７３ｂの上面は、第２上側放熱板７１ｂにはんだ層７２ｂを介して接合されている。第２導体スペーサ７３ｂの下面は、スイッチング素子５ｂの上面に設けられた電極にはんだ層７４ｂを介して接合されている。即ち、第２導体スペーサ７３ｂは、スイッチング素子５ｂに電気的に接続されている。第２導体スペーサ７３ｂは、必ずしも必要とされないが、第２信号端子８６をスイッチング素子５ｂに接続する際のスペースを確保する。
【００３４】
第２上側放熱板７１ｂ及び第２下側放熱板７６ｂは、例えば銅、アルミニウム又はその他の金属といった熱伝導性に優れた材料で構成されている。第２上側放熱板７１ｂは、概して直方体形状又は板形状の部材である。第２上側放熱板７１ｂの上面は、パッケージ８１の上面において外部に露出されている。また第２上側放熱板７１ｂの下面は、前述した第２導体スペーサ７３ｂの上面にはんだ層７２ｂを介して接合されている。即ち、第２上側放熱板７１ｂは第２導体スペーサ７３ｂを介してスイッチング素子５ｂと電気的及び熱的に接続されている。これにより、第２上側放熱板７１ｂは、半導体モジュール８０の電気回路の一部を構成するだけでなく、スイッチング素子５ｂの熱を外部に放出する放熱板としても機能する。
【００３５】
第２下側放熱板７６ｂは、概して直方体形状又は板形状の部材である。第２下側放熱板７６ｂの下面は、パッケージ８１の下面において外部に露出されている。また、第２下側放熱板７６ｂの上面は、スイッチング素子５ｂの下面に設けられた電極にはんだ層７５ｂを介して接合されている。即ち、第２下側放熱板７６ｂは、スイッチング素子５ｂと電気的及び熱的に接続されている。これにより、第２下側放熱板７６ｂにおいても半導体モジュール８０の電気回路の一部を構成するだけでなく、スイッチング素子５ｂの熱を外部に放出する放熱板としても機能する。このように、半導体モジュール８０は、パッケージ８１の両面に第２上側放熱板７１ｂ及び第２下側放熱板７６ｂが露出される両面冷却構造を有する。第２下側放熱板７６ｂは、後述する第１継手部７１ｃ及び第２継手部７６ｃを介して、第１上側放熱板７１ａに接続されている。
【００３６】
半導体モジュール８０の第１上側放熱板７１ａは、導体で構成された第１継手部７１ｃをさらに有する。同様に第２下側放熱板７６ｂは、導体で構成された第２継手部７６ｃをさらに有する。第１継手部７１ｃ及び第２継手部７６ｃは、パッケージ８１の内部に位置している。第１上側放熱板７１ａの第１継手部７１ｃは、第２下側放熱板７６ｂの第２継手部７６ｃにはんだ層７７を介して接合されている。即ち、第１継手部７１ｃ及び第２継手部７６ｃは、第１上側放熱板７１ａと第２下側放熱板７６ｂとの間を電気的に接続している。これにより、スイッチング素子５ａとスイッチング素子５ｂは、第１継手部７１ｃ及び第２継手部７６ｃを介して直列に接続される。第１継手部７１ｃ及び第２継手部７６ｃは、例えば銅で構成することができる。本実施例においては、第１継手部７１ｃと第１上側放熱板７１ａとは、一体に形成されている。しかし、第１継手部７１ｃと第１上側放熱板７１ａとは、特に限定はされないが、例えば溶接によって接合されていてもよい。同様に、第１実施例においては、第２継手部７６ｃと第２下側放熱板７６ｂとは、一体に形成されている。しかし、第２継手部７６ｃと第２下側放熱板７６ｂとは、特に限定はされないが、例えば溶接によって接合されていてもよい。
【００３７】
以上で、図２においてＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体モジュール８０の内部構造を示す断面図、すなわち半導体モジュール８０に内蔵されるスイッチング素子５ａ、５ｂを含む断面図の説明を、図３を参照して行った。半導体モジュール８０に内蔵される還流ダイオード６ａ、６ｂを含む断面図についても同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００３８】
上記の通り、スイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６に電流が流れると、それらと電気的に接続されている上下の放熱板や、導体スペーサ、及びそれらの間を接合するはんだ層にも電流が流れる。特にはんだ層において、電流が流れることにより、ＥＭ現象による劣化が生じる。ＥＭ現象は電子の流れに起因する現象である。従って、はんだ層の劣化の進行度合いは、はんだ層に流れる電流の大きさ及び向き、すなわち、スイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６に流れる電流の大きさ及び向きに依存する。また、ＥＭ現象によるはんだ層の劣化の進行度合いは、はんだ層の温度、すなわち、スイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６の温度にも依存する。
【００３９】
本実施例の監視装置３０は、電流推定部３６により、各素子に流れる電流の大きさ及び向きを推定する。電流推定部３６は、モード特定部３２により特定された電力変換装置１００の動作モード及び電流情報取得部３４により取得された電力変換装置１００に流れる電流の情報に基づいて、各素子に流れる電流の大きさ及び向きを推定する。それに加えて、監視装置３０は温度情報取得部４０により各素子の温度情報も取得している。従って、監視装置３０は、各素子に流れる電流の大きさ及び向き、さらに各素子の温度を素子ごとに推定又は取得することができる。よって、指標計算部３８により、ＥＭ現象によるはんだ層の劣化を精度よく推定し得る。
【００４０】
図４は、第１実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の一部の回路図である。図４の実線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０がバッテリ２の電力を昇圧する昇圧コンバータとして動作する力行モードにおける電流の流れを示している。力行モードが本技術における第１動作モードの一例に相当する。図４に示すように、力行モードにおいては、電流はスイッチング素子５ｂ及び還流ダイオード６ａに流れる。また、図４の破線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０がモータ８の回生電力を降圧する降圧コンバータとして動作する回生モードにおける電流の流れを示している。回生モードが本技術における第２動作モードの一例に相当する。図４に示すように、回生モードにおいては、電流はスイッチング素子５ａ及び還流ダイオード６ｂに流れる。
【００４１】
図５は、監視装置３０が実行する処理のフローチャートである。ここでは電力変換装置１００に備えられているＤＣ−ＤＣコンバータ１０について説明するが、インバータ２０についても同様であるため、詳しい説明は省略する。図５のフローチャートに示す処理は、所定のサイクルタイムごとに繰り返し実行される。
【００４２】
監視装置３０はまず、モード特定部３２により電力変換装置１００の動作モードを特定する（ステップＳ２）。モードの特定は、例えばアクセル開度や電力変換装置１００の出力電流の目標値などに基づいて行われる。動作モードは、図４の説明の際に示した力行モードや回生モードなどである。また、第３実施例及び第４実施例において説明するが、電力変換装置１００への要求電流が所定の閾値電流よりも大きい大電流モードや、電力変換装置１００への要求電流が所定の閾値電流よりも小さい小電流モードなどであってもよい。あるいは、上記のようなモードを複合的に組み合わせて決定される動作モードであってもよい（例えば力行モード、かつ、大電流モードなど）。
【００４３】
また詳しい説明は省略するが、モード特定部３２は、インバータ２０の動作モードを特定することもできる。具体的には、インバータ２０を直流から交流への変換器として機能させるＤＡモード、及びインバータ２０を交流から直流への変換器として機能させるＡＤモードを特定することができる。ＤＡモードが本技術における第３動作モードの一例に相当する。ＡＤモードが本技術における第４動作モードの一例に相当する。
【００４４】
その後、監視装置３０は電流情報取得部３４により、電力変換装置１００に流れる電流情報を取得する（ステップＳ４）。電流情報取得部３４により取得される電流情報は、コントローラ９から監視装置３０に送信される電力変換装置１００の出力電流の目標値であってもよいし、電力変換装置１００の出力電流であってもよい。また、一部の素子に流れる電流の測定値であってもよい。
【００４５】
電流情報を取得したら、監視装置３０は電流推定部３６により、スイッチング素子５及び還流ダイオード６のそれぞれに流れる電流の大きさ及び向きを推定する（ステップＳ６）。電流推定部３６は、ステップＳ２でモード特定部３２により特定された動作モード、及びステップＳ４で電流情報取得部３４により取得された電流情報に基づいて、各素子に流れる電流の大きさ及び向きを推定する。例えば電流推定部３６は、動作モードごとに、コントローラ９から送信される電力変換装置１００の出力電流の目標値と、各々の素子に流れる電流の大きさ及び向きとの関係を記憶している。電流推定部３６は、コントローラ９から送信される電力変換装置１００の出力電流の目標値と、モード特定部３２により特定されたスイッチング素子５、及び／又は還流ダイオード６の情報をもとに、当該スイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６に流れる電流の大きさ及び向きを推定する。
【００４６】
その後、監視装置３０は温度情報取得部４０により、電力変換装置１００の温度情報を取得する（ステップＳ８）。温度情報は、電流情報などから推定した値であってもよいし、電力変換装置１００に温度センサを設けて、その測定値を取得してもよい。
【００４７】
温度情報を取得したら、監視装置３０は指標計算部３８により、スイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６の劣化の進行度合いを示す劣化指標を計算し、これを積算して記憶する（ステップＳ１０）。指標計算部３８は、ステップＳ６で推定したスイッチング素子５及び還流ダイオード６のそれぞれに流れる電流の大きさ及び向き、さらに温度に基づいて、当該素子の劣化指標、特に素子と放熱板、又は素子と導体スペーサとの接合層であるはんだ層の劣化指標を計算する。指標計算部３８は、素子ごとに計算された劣化指標を積算して記憶している。
【００４８】
その後、監視装置３０は、ステップＳ１０で指標計算部３８が記憶している積算された劣化指標の外部への出力要求の有無を判断する（ステップＳ１２）。外部への出力要求は、予め決められている所定の時間ごとに行われてもよいし、所定のタイミングにおいて行われてもよい。また、外部からの指示に応じて適宜行われてもよい。積算された劣化指標の外部への出力要求がある場合、送信部４４は積算された劣化指標を外部へ送信する（ステップＳ１２：ＹＥＳ、Ｓ１４）。この場合、送信部４４が実行する劣化指標の外部への送信は、無線通信によって実行されてもよいし、有線接続によって実行されてもよい。また、積算された劣化指標の外部への出力要求がない場合は、積算された劣化指標の外部への送信は実行されない（ステップＳ１２：ＮＯ、Ｓ１６）。
【００４９】
その後、監視装置３０は、判断部４２により、ステップＳ１０で素子ごとに積算される劣化指標が、所定の許容範囲内にあるか否かを判断する。例えば、判断部４２は素子ごとに積算される劣化指標の閾値を設定している。すなわち、監視装置３０は、ステップＳ１０で素子ごとに積算される劣化指標が、閾値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１６）。
【００５０】
判断部４２は、少なくとも１つの素子について積算される劣化指標が閾値を超えた場合、劣化指標が閾値を超えたことを示す信号をコントローラ９に送信する。コントローラ９が上記の信号を受け取った場合、電気自動車の走行モードを保護走行モードに移行させる（ステップＳ１６：ＹＥＳ、Ｓ１８）。保護走行モードとは、例えばコントローラ９が電力変換装置１００に流れる電流を制限しつつ、電気自動車を駆動することをいう。また、コントローラ９が電気自動車を保護走行モードに移行させるとともに、保護走行モードに移行したことをドライバに伝えるために警告ランプが灯されてもよい。さらに、コントローラ９が電気自動車を保護走行モードに移行させるとともに、送信部４４が、電力変換装置１００に備えられている少なくとも１つの素子の劣化指標が閾値を超えたことを外部に送信してもよい。
【００５１】
判断部４２は、いずれの素子も積算される劣化指標が閾値未満である場合、異常がないことを示す信号をコントローラ９に送信する。コントローラ９が上記の信号を受け取った場合、電気自動車の走行モードは通常走行モードに維持する（ステップＳ１６：ＮＯ、Ｓ２０）。すなわち、コントローラ９は、電力変換装置１００に流れる電流を制限することなく、電気自動車を駆動する。
【００５２】
以上の構成によると、モード特定部３２は力行／回生モードのいずれかを特定することが可能である。モードが特定されれば、使用されるスイッチング素子５、及び／又は、還流ダイオード６を特定できる。従って、各素子に個別に電流センサを設けることなく、電力変換装置１００の出力電流やその目標値などの限られた電流情報を組み合わせることにより、複数の素子それぞれに流れる電流の大きさ及び向きを推定することができる。これにより、複数の素子それぞれについて、推定された電流の大きさ及び向きを用いることで、ＥＭ現象による劣化も加味された劣化指標を正しく計算することができる。また、ＥＭ現象に起因する劣化は、電流の大きさ及び向きだけでなく、当該劣化箇所の温度にも依存する。そのことから、半導体素子の温度情報をさらに加味することで、劣化指標をより正しく計算することができる。
【００５３】
さらに、監視装置３０は、上記の制御を所定のサイクルタイムごとに実行するため、経時的に進行していく電力変換装置１００の劣化をリアルタイムで詳細に監視し、これを任意のタイミングで取得することができる。それに加えて、監視装置３０は、判断部４２が積算された劣化指標が所定の許容範囲内にあるか否かを判断するため、電力変換装置１００の劣化による動作不良が実際に起こる前に劣化を予知することが可能となり、その対策を事前に実行することができる。
【００５４】
（第２実施例）図６は、第２実施例の半導体モジュール１８０の平面図である。半導体モジュール１８０は、２つのＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting-IGBT）を備える。ＲＣ−ＩＧＢＴの構造については、図８を参照して後ほど説明する。その他の構造は第１実施例の半導体モジュール８０と同様であるので、説明は省略する。
【００５５】
図７は、図６において、ＶＩＩ−ＶＩＩ線における半導体モジュール１８０の内部構造を示す断面図である。半導体モジュール１８０の内部構造についても、第１実施例の半導体モジュール８０の内部構造と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
図８は、図７の破線で囲まれた領域ＶＩＩＩの拡大図である。ＲＣ−ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ１０５ａと還流ダイオード１０６ａを同一の半導体基板内に有する半導体素子である。ＩＧＢＴ１０５ａと、還流ダイオード１０６ａは、上記半導体基板内で、交互に配置されている。各々のＩＧＢＴ１０５ａの面積は、還流ダイオード１０６ａの面積よりも大きい。従って、各々のＩＧＢＴ１０５ａと接するはんだ層１７４ａ、１７５ａの各部の面積は、各々の還流ダイオード１０６ａと接するはんだ層１７４ａ、１７５ａの各部の面積よりも大きい。図８中の破線矢印は、ＩＧＢＴ１０５ａにおいて電流の流れる向きを表している。ＩＧＢＴ１０５ａにおいては、破線矢印と逆方向には電流は流れない。すなわち半導体モジュール１８０において、ＩＧＢＴ１０５ａに電流が流れる場合においては、下側放熱板１７６ａ、はんだ層１７５ａ、ＩＧＢＴ１０５ａ、はんだ層１７４ａ、導体スペーサ１７３ａの順に電流が流れる。また、実線矢印は、還流ダイオード１０６ａにおいて電流の流れる向きを表している。還流ダイオード１０６ａにおいては、実線矢印と逆方向には電流は流れない。すなわち半導体モジュール１８０において、還流ダイオード１０６ａに電流が流れる場合においては、導体スペーサ１７３ａ、はんだ層１７４ａ、還流ダイオード１０６ａ、はんだ層１７５ａ、下側放熱板１７６ａの順に電流が流れる。
【００５７】
上記の通り、ＥＭ現象は電子の流れに起因する現象である。従って、ＥＭ現象によるはんだ層の劣化は、電流の大きさだけでなく電流の向きにも依存する。また、ＥＭ現象は電流密度にも依存する。すなわち、流れる電流の大きさが同じであれば、電流が流れる部分の面積にも依存する。電流密度が大きいほど、ＥＭ現象による劣化の進行度合いは早くなる。この点に関して、ＲＣ−ＩＧＢＴでは、同じ半導体基板にＩＧＢＴ１０５ａと還流ダイオード１０６ａとが存在しており、両者の間で電流の向きや密度が互いに相違する。従って、ＲＣ−ＩＧＢＴが採用された電力変換装置１００においては、電力変換装置１００の動作モードによって、ＲＣ−ＩＧＢＴに接するはんだ層１７４ａ、１７５ａの劣化が進行する部位や、その進行度合いが変化する。
【００５８】
図９は、第２実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の一部の回路図である。図９の実線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０がバッテリ２の電力を昇圧する昇圧コンバータとして動作する力行モードにおける電流の流れを示している。図に示すように、力行モードにおいては、電流はスイッチング素子５ｂ及び還流ダイオード６ａに流れる。また、図４の破線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０がモータ８の回生電力を降圧する降圧コンバータとして動作する回生モードにおける電流の流れを示している。図４に示すように、回生モードにおいては、電流はスイッチング素子５ａ及び還流ダイオード６ｂに流れる。
【００５９】
図８及び図９を参照して、監視装置３０が実行する電力変換装置１００の劣化の監視について説明する。図９における「上アーム」の半導体素子、すなわち、ＩＧＢＴ１０５ａ及び還流ダイオード１０６ａについてのみ説明するが、「下アーム」の半導体素子、すなわち、ＩＧＢＴ１０５ｂ及び還流ダイオード１０６ｂについても同様である。また、ここでは、説明の都合上、はんだ層１７５ａの劣化の監視についてのみ説明するが、他のはんだ層１７４ａの劣化の監視についても同様である。
【００６０】
まず、力行モードにおいては、図９に示したように、上アームにおいては還流ダイオード１０６ａに電流が流れる。すなわち、図８において、導体スペーサ１７３ａ、はんだ層１７４ａ、還流ダイオード１０６ａ、はんだ層１７５ａ、下側放熱板１７６ａの順に電流が流れる。この電流に起因してＥＭ現象が起こり、はんだ層１７５ａに劣化が生じる。
【００６１】
回生モードにおいては、図９に示したように、上アームにおいてはＩＧＢＴ１０５ａに電流が流れる。すなわち、図８において、下側放熱板１７６ａ、はんだ層１７５ａ、ＩＧＢＴ１０５ａ、はんだ層１７４ａ、導体スペーサ１７３ａの順に電流が流れる。この電流に起因してＥＭ現象が起こり、はんだ層１７５ａに劣化が生じる。
【００６２】
上記の通り、力行モードと回生モードにおいては、はんだ層１７５ａに流れる電流の向きが逆方向である。ＥＭ現象は電子の流れに起因する現象であるため、電流の向きが異なると、劣化の進行についても異なる。さらに、ＥＭ現象は電流密度にも依存する。図８に示す通り、ＩＧＢＴ１０５ａとはんだ層１７５ａの接合面の面積は、還流ダイオード１０６ａとはんだ層１７５ａの接合面の面積よりも大きい。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０を流れる電流の大きさが同じであっても、ＩＧＢＴ１０５ａとはんだ層１７５ａの接合面の電流密度は、還流ダイオード１０６ａとはんだ層１７５ａの接合面の電流密度よりも小さい。つまり、力行モードと回生モードでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０を流れる電流の大きさが同じであっても、はんだ層１７５ａにおいて劣化が生じる部位及び劣化の進行度合いが異なる。
【００６３】
上記の通り、はんだ層１７５ａにおいては、動作モードによって、流れる電流の向きと電流の流れる部位、特に電流が流れる素子（ＩＧＢＴ１０５ａ又は還流ダイオード１０６ａ）とはんだ層１７５ａとの接合面の面積が変化する。これらの要素は全てＥＭ現象によるはんだ層１７５ａの劣化の進行と相関がある。そこで、第２実施例の監視装置３０の指標計算部３８は、モード特定部３２により特定されたモードと電流推定部３６により推定された電流の向きに依存した重みを記憶している。この重みを加味して劣化指標を計算することで、ＥＭ現象によるはんだ層１７５ａの劣化の進行度合いを、より正確に推定し得る。
【００６４】
以上の構成によると、モード特定部３２は力行／回生モードのいずれかを特定することが可能である。モードが特定されれば、使用されるＩＧＢＴ１０５ａ、又は、還流ダイオード１０６ａを特定できる。従って、電力変換装置１００の出力電流やその目標値などの限られた電流情報を組み合わせることにより、複数の素子それぞれに流れる電流の大きさ及び向きを推定することができる。特に、第２実施例の監視装置３０の指標計算部３８は、モード特定部３２により特定されたモードと電流推定部３６により推定された電流の向きに依存した重みを記憶している。これにより、複数の素子それぞれについて、推定された電流の大きさ及び向き、さらに素子とはんだ層の接合層の面積などの情報を加味することができるため、ＥＭ現象による劣化指標をより正確に推定することができる。
【００６５】
（第３実施例）図１０は、第３実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の一部の回路図である。第３実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は４つのスイッチング素子２０５ａ−２０５ｄを備える。スイッチング素子２０５ａとスイッチング素子２０５ｂは直列に接続されている。また、スイッチング素子２０５ｃとスイッチング素子２０５ｄは直列に接続されている。上記の２つの直列接続は、互いに並列に接続されている。スイッチング素子２０５ａには逆並列に還流ダイオード２０６ａが接続されている。同様に、スイッチング素子２０５ｂには逆並列に還流ダイオード２０６ｂが接続されている。スイッチング素子２０５ｃには逆並列に還流ダイオード２０６ｃが接続されている。スイッチング素子２０５ｄには逆並列に還流ダイオード２０６ｄが接続されている。
【００６６】
第３実施例において、スイッチング素子２０５ａ及びスイッチング素子２０５ｂは、炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成されているＩＧＢＴである。スイッチング素子２０５ａとスイッチング素子２０５ｂの大きさは同程度である。また、スイッチング素子２０５ｃ及びスイッチング素子２０５ｄは、シリコン（Ｓｉ）で構成されているＩＧＢＴである。スイッチング素子２０５ｃとスイッチング素子２０５ｄの大きさは同程度である。スイッチング素子２０５ｃ及びスイッチング素子２０５ｄの大きさは、スイッチング素子２０５ａ及びスイッチング素子２０５ｂの大きさよりも大きい。一般に、スイッチング素子の大きさが大きいほど、当該スイッチング素子の電流の許容値は大きくなる。
【００６７】
スイッチング素子２０５ａ、２０５ｂを構成する炭化シリコンは、シリコンよりも広いバンドギャップを有しており、ワイドバンドギャップ半導体と称されるものの１つである。炭化シリコンを用いて構成されたスイッチング素子２０５ａ、２０５ｂは、耐電圧性に優れ、許容電流密度も高いという利点を有する。従って、スイッチング素子２０５ａ、２０５ｂについては、高い性能を維持しつつ、小型化を図ることが可能である。この点に関して、一般に、スイッチング素子の製造コストは、その大きさに比例して増大するとともに、その傾向は、ワイドバンドギャップ半導体を採用したスイッチング素子２０５ａ、２０５ｂにおいて顕著となる。そのことから、第３実施例の電力変換装置１００では、スイッチング素子２０５ａ、２０５ｂの大きさが、スイッチング素子２０５ｃ、２０５ｄの大きさよりも小さくされており、それによって、高い性能を維持しつつも、製造コストの低減が図られている。なお、スイッチング素子２０５ａ、２０５ｂを構成する材料は、炭化シリコンに限定されず、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、又は、ダイヤモンドといった他のワイドバンドギャップ半導体であってもよい。また、スイッチング素子２０５ｃ、２０５ｄを構成する半導体材料は、シリコンに限定されない。スイッチング素子２０５ａ、２０５ｂを構成する半導体材料が、スイッチング素子２０５ｃ、２０５ｄを構成する半導体材料よりも広いバンドギャップを有すればよい。
【００６８】
図１０の実線矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０が力行モードで動作している場合において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に流れる電流の大きさが所定の閾値電流よりも小さい電流である小電流モードでの電流の流れを示している。小電流モードが本技術における第５動作モードの一例に相当する。図１０に示すように、力行モードかつ小電流モードにおいては、電流はスイッチング素子２０５ｂ及び還流ダイオード２０６ａに流れる。また、図１０の破線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０が力行モードで動作している場合において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に流れる電流の大きさが所定の閾値電流よりも大きい電流である大電流モードでの電流の流れを示している。大電流モードが本技術における第６動作モードの一例に相当する。図１０に示すように、力行モードかつ大電流モードにおいては、電流はスイッチング素子２０５ｄ及び還流ダイオード２０６ｃに流れる。
【００６９】
説明の都合上、下アームに着目する。力行モードかつ小電流モードにおいては、電流はスイッチング素子２０５ｂに流れる。スイッチング素子２０５ｂは炭化シリコンで構成されているため、シリコンで構成されるスイッチング素子２０５ｄよりも性能が高い。しかし、製造コストもシリコンで構成されるスイッチング素子２０５ｄより高価になる。従って、製造コストの低減を図るため、炭化シリコンで構成されているスイッチング素子２０５ｂは、シリコンで構成されているスイッチング素子２０５ｄよりも小さい。よって、所定の閾値電流よりも大きい電流がスイッチング素子２０５ｂに流れると、スイッチング素子２０５ｂに過度の負担がかかるおそれがある。そこで、力行モードにおいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に所定の閾値電流よりも大きい電流が流れる場合、すなわち、力行モードかつ大電流モードにおいては、電流はスイッチング素子２０５ｄに流れる。スイッチング素子２０５ｄはシリコンで構成されており、スイッチング素子２０５ｂよりも大きいため、スイッチング素子２０５ｄに流れる電流の許容値は、スイッチング素子２０５ｂに流れる電流の許容値よりも大きい。シリコンで構成されるスイッチング素子は、炭化シリコンで構成されるスイッチング素子よりも安価であるため、シリコンで構成されるスイッチング素子２０５ｄを大型化してもコストアップは限定的である。従って、このように構成されるＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は、性能向上とコスト削減を両立し得る。
【００７０】
以上の構成によると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に流れる電流の大小に応じて、モード特定部３２は、大電流／小電流モードのいずれかを特定することが可能である。モードが特定されれば、使用されるスイッチング素子２０５ｂ、２０５ｄを特定できる。従って、電力変換装置１００の出力電流やその目標値などの限られた電流情報を組み合わせることにより、複数の素子それぞれに流れる電流の大きさ及び向きを推定することができる。これにより、複数の素子それぞれについて、推定された電流の大きさ及び向きを用いることで、ＥＭ現象による劣化も加味された劣化指標を正しく計算することができる。なお、本実施例においては下アームのスイッチング素子に着目したが、上アームの還流ダイオードについても同様である。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０が回生モードで動作している場合においても同様である。
【００７１】
（第４実施例）図１１は、第４実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３１０の一部の回路図である。第４実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は４つのスイッチング素子３０５ａ−３０５ｄを備える。スイッチング素子３０５ａ−３０５ｄ及び還流ダイオード３０６ａ−３０６ｄについての接続関係は第３実施例と同様であるから、説明は省略する。
【００７２】
第４実施例において、各スイッチング素子３０５ａ−３０５ｄは同一の材料、例えばシリコンで構成されている。また、各スイッチング素子３０５ａ−３０５ｄの大きさも全て同程度である。
【００７３】
図１１の実線矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０が力行モードで動作している場合において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に流れる電流の大きさが所定の閾値電流よりも小さい電流である小電流モードでの電流の流れを示している。図１１に示すように、力行モードかつ小電流モードにおいては、電流はスイッチング素子３０５ｂ及び還流ダイオード３０６ａに流れる。また、図１０の破線の矢印は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０が力行モードで動作している場合において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に流れる電流の大きさが所定の閾値電流よりも大きい電流である大電流モードでの電流の流れを示している。図１１に示すように、力行モードかつ大電流モードにおいては、電流はスイッチング素子３０５ｂ、３０５ｄ及び還流ダイオード３０６ａ、３０６ｃに流れる。
【００７４】
説明の都合上、下アームに着目する。力行モードかつ小電流モードにおいては、電流はスイッチング素子２０５ｂに流れる。所定の閾値電流よりも大きい電流がスイッチング素子３０５ｂに流れると、スイッチング素子３０５ｂに過度の負担がかかるおそれがある。そこで、力行モードにおいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に所定の閾値電流よりも大きい電流が流れる場合、すなわち、力行モードかつ大電流モードにおいては、電流はスイッチング素子３０５ｂ、３０５ｄに流れる。従って、所定の閾値電流よりも大きい電流が２つのスイッチング素子３０５ｂ、３０５ｄに分散して流れるため、各スイッチング素子３０５ｂ、３０５ｄそれぞれに流れる電流は小さくなる。
【００７５】
以上の構成によると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に流れる電流の大小に応じて、モード特定部３２は、大電流／小電流モードのいずれかを特定することが可能である。モードが特定されれば、使用されるスイッチング素子３０５ｂ、３０５ｄを特定できる。第４実施例の場合においては、大電流モードと小電流モードにおいては使用されるスイッチング素子の数が異なる。従って、電力変換装置１００の出力電流やその目標値などの限られた電流情報を組み合わせることにより、複数の素子それぞれに流れる電流の大きさ及び向きを推定することができる。これにより、複数の素子それぞれについて、推定された電流の大きさ及び向きを用いることで、ＥＭ現象による劣化も加味された劣化指標を正しく計算することができる。なお、本実施例においては下アームのスイッチング素子に着目したが、上アームの還流ダイオードについても同様である。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０が回生モードで動作している場合においても同様である。
【００７６】
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７７】
２：バッテリ
３：システムメインリレー
４：リアクトル
５：スイッチング素子
６：還流ダイオード
８：モータ
９：コントローラ
１０：ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０：インバータ
３０：監視装置
３２：モード特定部
３４：電流情報取得部
３６：電流推定部
３８：指標計算部
４０：温度情報取得部
４２：判断部
４４：送信部
７２、７４、７５、７７：はんだ層
８０：半導体モジュール
１００：電力変換装置
【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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