(57)【要約】【課題】リレーの故障状態に応じて充電のみ、または給電のみを許容する。【解決手段】給電制御部２０ｄは、リレー１１、１２のスイッチＲＹ３−ＲＹ５を閉じ、給電回路を構成する。二次電池３の直流電力は、インバータ回路４により三相交流に変換され、回転電機５に供給される。充電制御部２０ｅは、リレー１１、１２のスイッチＲＹ３−ＲＹ５を開き、充電回路を構成する。二次電池３は、交流電源６から、整流回路５０と、電圧変換回路６０とを経由して充電される。スイッチＲＹ３−ＲＹ５のすべてが正常であるとき、給電および充電の両方が許容される。スイッチＲＹ３−ＲＹ５にＯＮ固着のみが発生しているとき、給電のみが許容される。スイッチＲＹ３−ＲＹ５にＯＦＦ固着のみが発生しているとき、充電のみが許容される。スイッチＲＹ３−ＲＹ５にＯＮ固着とＯＦＦ固着とが発生しているとき、給電および充電の両方が制限される。【選択図】図１
2014042406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給する二次電池（３）、交流電力により作動する交流負荷（５）、および交流電力を供給する交流電源（６）が接続可能であって、前記二次電池から前記交流負荷への給電、および前記交流電源から前記二次電池への充電を実行可能な電力変換装置（１）において、
前記二次電池から前記交流負荷に給電する給電回路（４）、および前記交流電源から前記二次電池に充電する充電回路（５０、６０）を選択的に提供するように回路を切り替える複数のスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）を備えるリレー（１１、１２）と、
前記リレーのスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）が正常であるか故障であるか、さらに故障である場合にはＯＮ固着であるかＯＦＦ固着であるかを診断する診断部（２０ｆ、１７１−１７７、２７４−２７７、３８４−３８８）と、
複数の前記スイッチの故障状態に応じて、給電のみ、または充電のみを許容する選択部（２０ｇ、１７８−１８３）とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記診断部（２０ｆ、１７１−１７７、２７４−２７７、３８４−３８８）は、前記スイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）に検査用電力を供給し、前記スイッチの開閉に伴う電圧の変化または電流の変化に基づいて前記スイッチを診断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
さらに、前記スイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）に流れる電流を検出する電流センサ（２３、２５）を備え、
前記診断部（２０ｆ、２７４−２７７、３８５−３８８）は、前記スイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）に前記検査用電力を供給し、前記スイッチの開閉に伴い前記電流センサにより検出される電流の変化に基づいて前記スイッチを診断することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記交流負荷（５）は、多相の回転電機であり、
前記検査用電力は、前記回転電機のひとつの相にのみ流されるロック電流であることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
さらに、前記スイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）の前後にあらわれる電圧を検出する電圧センサ（３１−３６）を備え、
前記診断部（２０ｆ、１７１−１７７）は、前記スイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）に前記検査用電力を供給し、前記スイッチの開閉に伴い前記スイッチの前後にあらわれる電圧の変化に基づいて前記スイッチを診断することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記給電回路は、
複数のスイッチングアーム（４ａ、４ｂ、４ｃ）を備え、前記二次電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を前記交流負荷に供給するインバータ回路（４）を備え、
前記充電回路は、
前記インバータ回路の一部を構成する第１スイッチングアーム（４ａ、４ｂ）を含んで構成され、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路（５０）と、
前記インバータ回路の残る一部を構成する第２スイッチングアーム（４ｃ）を含んで構成され、前記整流回路（５０）から供給される直流電力を少なくとも降圧し前記二次電池に供給する電圧変換回路（６０）とを備え、
前記リレーは、
前記インバータ回路と前記交流負荷との間を断続するスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４）を備える負荷リレー（１１）と、
前記電圧変換回路の入出力間を断続するスイッチ（ＲＹ５）を備える切替リレー（１２）とを備えることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧変換回路（６０）は、
前記第２スイッチングアーム（４ｃ）、
前記第２スイッチングアームに接続されたリアクトル（９）、および
前記リアクトルと前記二次電池との間に接続された第３スイッチングアーム（６０ａ）を備え、前記整流回路の出力電圧が前記二次電池の電圧より低いとき（Ｖｒ＜ＶＢ）昇圧型の電圧変換回路として機能し、前記整流回路の出力電圧が前記二次電池の電圧より高いとき（Ｖｒ＞ＶＢ）降圧型の電圧変換回路として機能する昇降圧型の電圧変換回路であることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記診断部（２０ｆ、１７４−１７７、３８５−３８８）は、前記二次電池から前記負荷リレーのスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４）へ、前記第３スイッチングアーム（６０ａ）を構成するスイッチ素子（６７）を通して、前記検査用電力を供給することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記交流負荷（５）は、三相の回転電機であり、
前記交流電源（６）は、単相の交流電源であり、
前記交流電源は、前記回転電機の２つの電力線（Ｕ、Ｗ）に並列接続可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記選択部（２０ｇ、１７８−１８３）は、
複数の前記リレーのスイッチのすべてが正常であるとき、前記充電および前記給電の両方を許容し（２０ｈ、１７９）、
複数の前記リレーのスイッチの故障状態が、前記給電回路のみを構成できるとき、前記給電のみを許容し（２０ｉ、１８１）、
複数の前記リレーのスイッチの故障状態が、前記充電回路のみを構成できるとき、前記充電のみを許容し（２０ｉ、１８２）、
複数の前記リレーのスイッチの故障状態が、前記充電回路および前記給電回路を選択的に構成できないとき、前記充電および前記給電の両方を制限する（２０ｊ、１８３）ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池から交流負荷への給電と、交流電源から電池への充電とに利用可能なインバータ回路を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２は、電池から交流負荷への給電と、交流電源から電池への充電とに利用可能なインバータ回路を備える電力変換装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９５３３６号公報
【特許文献２】特開２０１２−９０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力変換装置では、インバータ回路の交流端に交流電源、または交流負荷が選択的に接続される。このような選択的な接続を提供するために、リレーが利用される。しかし、リレーが故障すると、意図された接続状態を提供することができない。また、リレーが故障しても、回路の一部を正常に利用できる場合がある。
【０００５】
このような観点から、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
【０００６】
開示された発明の目的のひとつは、リレーの故障状態に応答して、機能の一部のみを制限できる電力変換装置を提供することである。
【０００７】
開示された発明の目的の他のひとつは、リレーの故障状態に応答して、双方向の電力変換機能の一方だけを許容できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示された発明のひとつは上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
開示された発明のひとつは、直流電力を供給する二次電池（３）、交流電力により作動する交流負荷（５）、および交流電力を供給する交流電源（６）が接続可能であって、二次電池から交流負荷への給電、および交流電源から二次電池への充電を実行可能な電力変換装置（１）において、二次電池から交流負荷に給電する給電回路（４）、および交流電源から二次電池に充電する充電回路（５０、６０）を選択的に提供するように回路を切り替える複数のスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）を備えるリレー（１１、１２）と、リレーのスイッチ（ＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５）が正常であるか故障であるか、さらに故障である場合にはＯＮ固着であるかＯＦＦ固着であるかを診断する診断部（２０ｆ、１７１−１７７、２７４−２７７、３８４−３８８）と、複数のスイッチの故障状態に応じて、給電のみ、または充電のみを許容する選択部（２０ｇ、１７８−１８３）とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、複数のリレーのスイッチの故障状態に応じて、給電のみ、または充電のみが許容される。この結果、複数のリレーのスイッチのひとつが故障であっても、給電と充電との両方の機能が失われることが回避される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【図４】第２実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態の通電経路を示す回路図である。
【図６】第２実施形態の通電経路を示す回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態の通電経路を示す回路図である。
【図９】第３実施形態の通電経路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１３】
（第１実施形態）
図１において、電力変換装置１は、車両に搭載された車載機器２を備える。車載機器２は、直流電力を供給する二次電池３を備える。二次電池３は、充電可能な電池であって、例えばリチウムイオン電池である。二次電池３の定格電圧は、例えば２００Ｖである。
【００１４】
車載機器２は、二次電池３から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路４を備える。インバータ回路４は、複数のスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃを備える。この実施形態では、３つのスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃを備える。インバータ回路４は、三相電力変換回路である。
【００１５】
スイッチングアーム４ａは、直列接続されたハイサイドのスイッチ素子４１とローサイドのスイッチ素子４２とにより構成される。スイッチングアーム４ｂは、直列接続されたハイサイドのスイッチ素子４３とローサイドのスイッチ素子４４とにより構成される。スイッチングアーム４ｃは、直列接続されたハイサイドのスイッチ素子４５とローサイドのスイッチ素子４６とにより構成される。
【００１６】
スイッチ素子４１−４６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子である。それぞれのスイッチ素子４１−４６は、トランジスタ素子Ｑ１−Ｑ６と、トランジスタ素子Ｑ１−Ｑ６に並列接続された逆方向の寄生ダイオードＤ１−Ｄ６とで表すことができる。スイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれは、両端に直流入出力端子をもち、２つのスイッチ素子の間に交流入出力端子をもつ。スイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃは互いに並列に配置されている。インバータ回路４は、直交双方向の電力変換が可能なＡＣ−ＤＣ電力変換回路である。インバータ回路４は、第１電力変換回路とも呼ばれる。
【００１７】
車載機器２は、インバータ回路４から供給される交流電力により作動する回転電機５を備える。回転電機５は、車両に搭載された冷凍サイクルのための圧縮機、送風機等の補機を駆動するための補機用のモータである。回転電機５は、多相の電動機、具体的には三相の電動機である。回転電機５は、多相の交流負荷とも呼ばれる。
【００１８】
電力変換装置１は、二次電池３を充電するための交流電力を供給する交流電源６を備える。交流電源６は、外部電源とも呼ばれる。交流電源６は、電圧の最大値が二次電池３の定格電圧より高い交流電力を供給する。交流電源６は、単相交流電力を供給する単相交流電源である。交流電源６は、地域の配電網から供給される商用電源、または住宅等に設置された発電機から供給される自家用電源である。
【００１９】
車載機器２と交流電源６とは、受電部７を介して接続可能に構成されている。受電部７は、ソケットまたはプラグを備えており、使用者によって断続可能に構成されている。使用者が受電部７に交流電源６を接続すると、車載機器２は、交流電源６から二次電池３を充電する充電モードとなる。交流電源６は、インバータ回路４の３つのスイッチングアームのうちの一部のスイッチングアーム４ａ、４ｂだけに接続されている。この一部のスイッチングアーム４ａ、４ｂは、２つのスイッチングアーム４ａ、４ｂからなる。交流電源６は、回転電機５の２つの電力線、図示の例ではＵ相およびＷ相に並列接続可能である。
【００２０】
交流電源６と、スイッチングアーム４ａ、４ｂの交流端子との間には、電源用のフィルタ回路８が設けられている。
【００２１】
車載機器２は、インバータ回路４の一部を構成する第１スイッチングアーム４ａ、４ｂを含んで構成された第２電力変換回路５０を備える。言い換えると、スイッチングアーム４ａ、４ｂは、交流電源６から二次電池３を充電するための充電回路の一部を構成する第２電力変換回路５０にも利用される。第２電力変換回路５０は、交流電源６から供給される交流電力を直流電力に変換する。第２電力変換回路５０は、交直双方向の電力変換回路、ＡＣ−ＤＣ電力変換回路、または整流回路とも呼ばれる。整流回路５０は、全波整流された出力電圧Ｖｒを出力する。
【００２２】
インバータ回路４は整流回路５０に含まれない残部のスイッチングアーム４ｃを備えている。スイッチングアーム４ｃは、第１スイッチングアーム４ａ、４ｂとは異なるスイッチングアームであり、かつインバータ回路４の他の一部を構成する第２スイッチングアーム４ｃとも呼ばれる。第２スイッチングアーム４ｃの交流端子と二次電池３との間には、リアクトル９が設けられている。リアクトル９は、インダクタンス素子Ｌを有する。リアクトル９は、スイッチングアーム４ｃと二次電池３との間に直列に接続されている。
【００２３】
車載機器２は、インバータ回路４の第２スイッチングアーム４ｃを含んで構成された第３電力変換回路６０を備える。言い換えると、第２スイッチングアーム４ｃは、交流電源６から二次電池３を充電するための充電回路の一部を構成する第３電力変換回路６０にも利用される。従って、インバータ回路４のすべてのスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃは、交流電源６から二次電池３を充電するための充電回路にも利用される。第３電力変換回路６０は、昇降圧型の電圧変換回路６０とも呼ばれる。
【００２４】
電圧変換回路６０は、整流回路５０から供給される直流電力を少なくとも降圧し二次電池３に供給する。電圧変換回路６０は、スイッチングアーム４ｃ、およびリアクトル９により構成された降圧型チョッパ回路である。電圧変換回路６０は、電圧を降圧することが可能なコンバータ回路、または直流電力の変換が可能なＤＣ−ＤＣ電力変換回路とも呼ぶことができる。
【００２５】
車載機器２は、インバータ回路４には属さない第３スイッチングアーム６０ａを備える。第３スイッチングアーム６０ａは、直列接続されたハイサイドのスイッチ素子６７とローサイドのスイッチ素子６８とにより構成される。第２スイッチングアーム４ｃと第３スイッチングアーム６０ａとの間には、リアクトル９が設けられている。リアクトル９の一端は、第２スイッチングアーム４ｃの中間点（交流端）に接続されている。リアクトル９の他端は、第３スイッチングアーム６０ａの中間点（交流端）に接続されている。第３スイッチングアーム６０ａは、リアクトル９と二次電池３との間に接続されている。第２スイッチングアーム４ｃと、第３スイッチングアーム６０ａと、リアクトル９とは、電圧変換回路６０を構成する。
【００２６】
電圧変換回路６０は、Ｈブリッジ型の昇降圧型チョッパ回路でもある。第２スイッチングアーム４ｃはリアクトル９に対して降圧型のスイッチングアームを提供する。第３スイッチングアーム６０ａはリアクトル９に対して昇圧型のスイッチングアームを提供する。電圧変換回路６０は、整流回路５０から供給される直流電力を昇圧または降圧する。電圧変換回路６０は、電圧を昇降圧することが可能なコンバータ回路、または直流電力の変換が可能なＤＣ−ＤＣ電力変換回路とも呼ぶことができる。平滑コンデンサ１５は、二次電池３と電圧変換回路６０との間に設けられている。電流センサ２３は、リアクトル９に流れる電流を検出できる位置に設けられている。
【００２７】
車載機器２は、複数のリレー１０、１１、１２、１３、１４を備える。複数のリレー１０、１１、１２は、二次電池３と、複数のスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃと、回転電機５と、交流電源６との間の接続状態を切替える回路切替手段を提供している。回路切替手段は、上記接続状態を、（１）二次電池３と回転電機５との間においてインバータ回路４が構成される接続状態と、（２）交流電源６と二次電池３との間において整流回路５０と電圧変換回路６０とを含む充電回路が構成される接続状態とに切替える。回路切替手段は、交流電源６が接続されない給電モードの場合に、二次電池３から回転電機５へ給電するインバータ回路４を構成するように、二次電池３と、複数のスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃと、回転電機５とを接続する。また、回路切替手段は、交流電源６が接続された充電モードの場合に、交流電源６から二次電池３へ充電する整流回路５０と電圧変換回路６０とを構成するように、二次電池３と、複数のスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃと、交流電源６とを接続する。
【００２８】
リレー１０、１１、１２、１３、１４は、後述する制御装置２０によって励磁電流がＯＮ／ＯＦＦ制御される励磁コイルと、励磁コイルへの通電に応答して開閉されるスイッチとを有する。これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４は、可動接点と呼ばれる機械的な接点をもつ。これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４には、数十アンペアに達する大電流が流れることがある。このため、リレーのスイッチは、接点の溶着によって故障することがある。また、これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４は、車載機器２に搭載されているから、振動や衝撃を受けやすい。このため、リレーのスイッチは、振動に起因して機械的に故障することがある。これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４は、可動接点がＯＦＦ側、すなわち開路側に固着するＯＦＦ固着を生じて故障することがある。これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４は、可動接点がＯＮ側、すなわち閉路側に固着するＯＮ固着を生じて故障することがある。また、これらのリレー１０、１１、１２、１３、１４は、ＯＦＦ固着を生じやすい傾向がある。
【００２９】
電源リレー１０は、受電部７とインバータ回路４との間に設けられた第１スイッチＲＹ１と、第２スイッチＲＹ２とを備える。負荷リレー１１は、回転電機５とインバータ回路４との間に設けられた第３スイッチＲＹ３と、第４スイッチＲＹ４とを備える。電源リレー１０と、負荷リレー１１とは、二次電池３によって回転電機５に給電する給電モードと、交流電源６によって二次電池３を充電する充電モードとを切り替えるように、回路を開閉する。図示された状態は、充電モードであり、電源リレー１０が閉じ、負荷リレー１１が開いている。駆動モードでは、電源リレー１０が開き、負荷リレー１１が閉じる。
【００３０】
負荷リレー１１は、インバータ回路４と回転電機５との間を断続するスイッチＲＹ３、ＲＹ４を備える。負荷リレー１１は、回転電機５の２つの相（Ｕ相、Ｗ相）にだけスイッチを備え、残るひとつの相（Ｖ相）にはスイッチを備えない。第４スイッチＲＹ４は、電圧変換回路６０を構成する第２スイッチングアーム４ｃに接続されている。よって、電圧変換回路６０を構成する第２スイッチングアーム４ｃと回転電機５との間には、二次電池３から回転電機５に給電するときに閉じられ、交流電源６から二次電池３に充電するときに開かれる第４スイッチＲＹ４が設けられている。この構成によると、第２スイッチングアーム４ｃが電圧変換回路６０として利用される場合には、スイッチＲＹ４が開かれる。このため、第２スイッチングアーム４ｃのスイッチングに伴うノイズが回転電機５へ伝達されることを阻止することができる。
【００３１】
切替リレー１２は、電圧変換回路６０の入出力間を断続するスイッチＲＹ５を備える。切替リレー１２は、二次電池３の正極端子とインバータ回路４の正極側直流端子との間に設けられた第５スイッチＲＹ５を備える。第５スイッチＲＹ５は、二次電池３と第２リアクトル９との接続部よりもインバータ回路４側に設けられている。切替リレー１２は、給電モードと充電モードとを切替えるように回路を開閉する。
【００３２】
給電モードにおいては第５スイッチＲＹ５が閉じられる。これにより、給電モードにおいては、電圧変換回路６０は実質的に無効化される。この結果、給電モードにおいては、二次電池３の電圧がインバータ回路４に直接的に供給される。
【００３３】
充電モードにおいては第５スイッチＲＹ５が開かれる。これにより、充電モードにおいては、電圧変換回路６０は昇降圧回路として有効化される。この結果、充電モードにおいては、整流回路５０によって整流された直流電力を、電圧変換回路６０によって電圧変換し、二次電池３へ供給することができる。
【００３４】
スイッチＲＹ５は、二次電池３とインバータ回路４の直流端とを直結する直結接続手段を提供している。言い換えると、スイッチＲＹ５は、電圧変換回路６０の入出力間を断続する。スイッチＲＹ５は、電圧変換回路６０の入出力間を短絡することにより、電圧変換回路６０を無効化する。スイッチＲＹ５は、電圧変換回路６０の入出力間を開放することにより、電圧変換回路６０を有効化する。
【００３５】
電力変換装置１の回路は、交流電源６から二次電池３へ充電する充電回路と、二次電池３から交流負荷５へ給電する給電回路とに、切り替え可能である。この実施形態では、電源リレー１０、負荷リレー１１、および切替リレー１２により、複数のスイッチングアーム４ａ−４ｃ、６０ａを含む回路構成を、給電回路と、充電回路とに切替える回路切替器が提供される。しかも、充電回路と給電回路とは、一部の回路部品を共用して構成されている。
【００３６】
リレー１３、１４は、二次電池３の正極側と負極側とに設けられている。リレー１３、１４のスイッチＲＹ６、ＲＹ７は、電力変換装置１が作動しているときに閉じられる。
【００３７】
車載機器２は、平滑コンデンサ１５を備える。平滑コンデンサ１５は、インバータ回路４の直流端子の間に接続されている。平滑コンデンサ１５は、電圧変換回路６０とリレー１３、１４との間に接続されている。平滑コンデンサ１５は、電圧変換回路６０を構成する第３スイッチングアーム６０ａの直流端子に接続されている。平滑コンデンサ１５は、給電モードにおいては、インバータ回路４の直流端子間に並列接続された入力コンデンサとなる。一方、平滑コンデンサ１５は、充電モードにおいては、電圧変換回路６０の出力を平滑化する出力コンデンサとなる。
【００３８】
車載機器２は、制御装置２０を備える。制御装置２０は、複数のスイッチ素子４１−４６、６７、６８、およびリレー１０−１４を制御する。車載機器２は、複数のセンサ２１−２９、および３１−３６を備える。制御装置２０と、複数のセンサ２１−２９、３１−３６とは、電力変換装置１の制御システムを構成している。
【００３９】
車載機器２は、交流電源６から供給される交流電流Ｉａｃを検出する電流センサ２１を備える。車載機器２は、リアクトル９に流れるリアクトル電流ＩＬを検出する電流センサ２２を備える。さらに、車載機器２は、回転電機５の相電流を検出するための電流センサ２３、２４、２５を備える。電流センサ２３は、負荷リレー１１のスイッチＲＹ３だけと直列の回路における電流、すなわちＵ相電流ＩＵを検出する。電流センサ２４は、Ｖ相電流ＩＶを検出する。電流センサ２５は、負荷リレー１１のスイッチＲＹ４だけと直列の回路における電流、すなわちＷ相電流ＩＷを検出する。車載機器２は、交流電源６から供給される交流電圧Ｖａｃを検出する電圧センサ２８を備える。車載機器２は、二次電池３の電圧ＶＢを検出する電圧センサ２９を備える。これら複数のセンサ２１−２９は、充電モードにおける充電制御、および給電モードにおける給電制御といった複数の基本制御を実行するために必要な情報を検出する。
【００４０】
さらに、車載機器２は、負荷リレー１１および切替リレー１２の両端における電圧を検出するための複数の電圧センサ３１−３６を備える。電圧センサ３１、３２は、スイッチＲＹ３の両端における電圧Ｖ３１、Ｖ３２を検出する。電圧センサ３３、３４は、スイッチＲＹ４の両端における電圧Ｖ４１、Ｖ４２を検出する。電圧センサ３５、３６は、スイッチＲＹ５の両端における電圧Ｖ５１、Ｖ５２を検出する。これらの電圧センサ３１−３６は、負荷リレー１１および切替リレー１２のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障を診断するために必要な情報を検出する。
【００４１】
制御装置２０は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置２０によって実行されることによって、制御装置２０をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置２０を機能させる。制御装置が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００４２】
制御装置２０は、処理装置（ＣＰＵ）２０ａと、プログラムを記憶するメモリ（ＭＭＲ）２０ｂとを有する。処理装置２０ａは、プログラムを実行することにより、制御部（ＣＮＴＲ）２０ｃを提供する。制御部２０ｃは、給電モードを提供する給電制御部（ＰＳＣＭ）２０ｄと、充電モードを提供する充電制御部（ＣＨＣＭ）２０ｅとを有する。この結果、充電モードと給電モードとが選択的に提供される。
【００４３】
給電制御部２０ｄは、二次電池３から回転電機５に電力を供給するときに活性化される。給電制御部２０ｄは、スイッチＲＹ５を閉じるようにリレー１２を制御することにより、給電回路を構成する。さらに、給電制御部２０ｄは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を閉じ、スイッチＲＹ１、ＲＹ２を開き、スイッチＲＹ６、ＲＹ７を閉じるように、それらのリレーを制御する。給電回路は、二次電池３の直流電力を三相交流に変換するインバータ回路４を含む。
【００４４】
給電制御部２０ｄは、二次電池３から回転電機５に給電するとき、給電回路が構成されるようにリレー１０−１４を制御するとともに、給電回路を制御する。給電制御部２０ｄは、二次電池３から回転電機５に電力を供給するとき、二次電池３から供給される直流電力を交流電力に変換し回転電機５に供給するようにインバータ回路４のすべてのスイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃを制御する。
【００４５】
車載機器２に交流電源６が接続されていないとき、電力変換装置１は給電モードで機能する。給電モードでは、二次電池３から供給される直流電力は、スイッチＲＹ５を通してインバータ回路４に供給される。制御装置２０は、スイッチングアーム４ａ、４ｂ、４ｃのすべてをインバータ回路４として機能するようにスイッチング制御する。この結果、二次電池３の直流電力は、インバータ回路４により三相交流に変換され、回転電機５に供給される。
【００４６】
充電制御部２０ｅは、交流電源６から二次電池３を充電するときに活性化される。充電制御部２０ｅは、スイッチＲＹ５を開くようにリレー１２を制御することにより、充電回路を構成する。さらに、充電制御部２０ｅは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を開き、スイッチＲＹ１、ＲＹ２、およびスイッチＲＹ６、ＲＹ７を閉じるように、それらのリレーを制御する。充電回路は、交流電源６から供給される交流電力を全波整流する整流回路５０と、整流回路５０の直流出力を電圧変換し、二次電池３に供給する電圧変換回路６０とを含む。
【００４７】
充電制御部２０ｅは、交流電源６から二次電池３を充電するとき、充電回路が構成されるようにリレー１０−１４を制御するとともに、充電回路を制御する。充電制御部２０ｅは、交流電源６から二次電池３を充電するとき、交流電源６から供給される交流電力を直流電力に変換するように第１スイッチングアーム４ａ、４ｂを制御する。この結果、交流電圧Ｖａｃは全波整流され、出力電圧Ｖｒが供給される。
【００４８】
充電制御部２０ｅは、出力電圧Ｖｒを、二次電池３を充電するための電圧、例えば電圧ＶＢに変換するように、第２スイッチングアーム４ｃと第３スイッチングアーム６０ａとを制御する。整流回路５０の出力電圧Ｖｒが二次電池３の電圧ＶＢより低いとき、すなわちＶｒ＜ＶＢのとき、電圧変換回路６０は昇圧型の電圧変換回路として制御され、機能する。整流回路５０の出力電圧Ｖｒが二次電池３の電圧ＶＢより高いとき、すなわちＶｒ＞ＶＢのとき、電圧変換回路６０は降圧型の電圧変換回路として制御され、機能する。この実施形態によると、インバータ回路４の一部のスイッチングアーム４ａ、４ｂを整流回路５０として利用し、かつ、他のスイッチングアーム４ｃを昇降圧動作が可能なＤＣ−ＤＣ電圧変換回路６０の一部として利用することができる。
【００４９】
車載機器２に交流電源６が接続され、制御装置２０において充電モードが選択されると、電力変換装置１は充電モードで機能する。充電モードでは、交流電源６から供給された電力は、整流回路５０のみ、または整流回路５０と電圧変換回路６０との両方によって二次電池３を充電できる電圧の直流電力に変換され、二次電池３に供給される。二次電池３は、交流電源６から、整流回路５０と、電圧変換回路６０とを経由して充電される
処理装置２０ａは、プログラムを実行することにより、診断部（ＤＩＡＧ）２０ｆを提供する。診断部２０ｆは、負荷リレー１１および切替リレー１２の複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５が故障しているか否かを診断する。さらに、診断部２０ｆは、複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のそれぞれが、ＯＮ固着により故障しているのか、またはＯＦＦ固着により故障しているのかを識別する。
【００５０】
診断部２０ｆは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５に検査用電力を供給し、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の開閉に伴う電圧の変化または電流の変化に基づいてスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５を診断する。この実施形態では、診断部２０ｆは、電圧センサ３１−３６の出力に基づいて、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のＯＮ固着、およびＯＦＦ固着を検出する。診断部２０ｆは、複数のスイッチ素子４１−４６、６７、６８および他のリレーのスイッチの状態も考慮して、診断を実行する。
【００５１】
処理装置２０ａは、プログラムを実行することにより、選択部（ＳＬＣＭ）２０ｇを提供する。選択部２０ｇは、診断部２０ｆによる診断の結果に応じて、制御部２０ｃが提供する複数の制御機能の一部のみの利用を許容することができる。選択部２０ｇは、診断結果に応答して、利用可能な制御機能を選択する。
【００５２】
選択部２０ｇは、充電制御と給電制御との両方が選択的に実行されることを許容する全許容部（ＦＬＰＭ）２０ｈを有する。全許容部２０ｈは、すべてのスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５が正常である場合に選択される。この場合、車載機器２は、利用者からの要求に応じて、充電モード、または給電モードを選択的に実行することができる。よって、選択部２０ｇは、全許容部２０ｈによって、複数のリレーのスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のすべてが正常であるとき、充電および給電の両方を許容する。
【００５３】
選択部２０ｇは、充電制御と給電制御とのいずれか一方のみの実行を制限し、他方の実行を許容する一部許容部（ＰＲＰＭ）２０ｉを有する。一部許容部２０ｉは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＮ固着のみが発生している場合、またはＯＦＦ固着のみが発生している場合に一部の機能の実行のみを許容する。
【００５４】
一部許容部２０ｉは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＮ固着のみが発生している場合に、給電制御の実行のみを許容し、充電制御の実行を制限する。この場合、充電モードは実行されない。一方、リレー１１、１２の一部にＯＮ固着が発生していても、給電モードは実行可能とされる。よって、選択部２０ｇは、複数のリレーのスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障状態が、給電回路のみを構成できるとき、給電のみを許容する。このため、リレー１１、１２の一部のみの、ＯＮおよびＯＦＦの一方の故障のみに起因して、車載機器２のすべての機能が失われることが回避される。
【００５５】
これに追加して、または代替して、一部許容部２０ｉは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＦＦ固着のみが発生している場合に、充電制御の実行のみを許容し、給電制御の実行を制限する。この場合、給電モードは実行されない。一方、リレー１１、１２の一部にＯＦＦ固着が発生していても、充電モードは実行可能とされる。よって、選択部２０ｇは、複数のリレーのスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障状態が、充電回路のみを構成できるとき、充電のみを許容する。このため、リレー１１、１２の一部のみの、ＯＮおよびＯＦＦの一方の故障のみに起因して、車載機器２のすべての機能が失われることが回避される。
【００５６】
選択部２０ｇは、充電制御と給電制御との両方の実行を制限する全制限部（ＦＲＳＭ）２０ｊを有する。全制限部２０ｊは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＮ固着とＯＦＦ固着との両方が混在している場合に選択される。この場合、充電制御も給電制御も実行されない。よって、選択部２０ｇは、複数のリレーのスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障状態が、充電回路および給電回路を選択的に構成できないとき、充電および給電の両方を制限する。
【００５７】
図２において、制御装置２０は、機能制限処理１７０を実行する。機能制限処理１７０は、利用可能な制御を判定し、利用可能な制御のみを許容する。機能制限処理１７０は、診断部２０ｆと選択部２０ｇとを提供する。ステップ１７１−１７７は、リレー１１、１２を診断する診断部２０ｆを提供する。ステップ１７８−１８３は、利用可能な機能を選択し、設定する選択部２０ｇを提供する。
【００５８】
ステップ１７１では、制御装置２０は、診断を実行するべき所定時期か否かを判定する。ステップ１７１の処理は、所定時期においてのみ診断を実行するための診断時期設定部を提供する。ここでは、制御装置２０の起動時であるか否かが判定される。制御装置２０は、起動時にのみ、後続のステップを実行する。
【００５９】
ステップ１７２では、制御装置２０は、二次電池３からスイッチＲＹ５へ検査用電圧を印加する。ここでは、スイッチＲＹ６、ＲＹ７が閉じられる。なお、スイッチＲＹ１、ＲＹ２は開かれている。これにより、電圧センサ３５、３６は、スイッチＲＹ５の開または閉を示す電圧を検出することが可能となる。すなわち、ステップ１７２では、電圧センサ３５、３６がスイッチＲＹ５の開または閉を示す信号を出力できるように検査用電圧が供給される。
【００６０】
ステップ１７３では、制御装置２０は、スイッチＲＹ５をチェック、すなわち診断する。ここでは、制御装置２０からリレー１２の励磁コイルへの通電を制御することにより、スイッチＲＹ５を開閉操作するとともに、電圧センサ３５、３６からの検出信号を入力する。これにより、スイッチＲＹ５が意図したとおりに開閉しているか否かを判定することができる。制御装置２０は、予め定められたチェックシーケンスを実行することにより、スイッチＲＹ５が正常であるか、ＯＮ固着であるか、ＯＦＦ固着であるかを診断する。
【００６１】
例えば、制御装置２０がスイッチＲＹ５を閉じている場合、電圧センサ３５の検出電圧Ｖ５１と電圧センサ３６の検出電圧Ｖ５２とが同じ電圧であれば、スイッチＲＹ５は正常に閉じていると判定できる。また、制御装置２０がスイッチＲＹ５を開いている場合、電圧センサ３５の検出電圧Ｖ５１と電圧センサ３６の検出電圧Ｖ５２とが異なる電圧であれば、スイッチＲＹ５は正常に開いていると判定できる。
【００６２】
さらに、制御装置２０がスイッチＲＹ５を開閉しているのに、検出電圧Ｖ５１と検出電圧Ｖ５２とが同じままであれば、スイッチＲＹ５はＯＮ固着していると判定できる。また、制御装置２０がスイッチＲＹ５を開閉しているのに、検出電圧Ｖ５１と検出電圧Ｖ５２とが異なるままであれば、スイッチＲＹ５はＯＦＦ固着していると判定できる。
【００６３】
ステップ１７４では、制御装置２０は、二次電池３からスイッチＲＹ３へ検査用電圧を印加する。ここでは、スイッチＲＹ５、ＲＹ６、ＲＹ７が閉じられる。さらに、スイッチ素子４１が閉じられる。これにより、ステップ１７４では、電圧センサ３１、３２がスイッチＲＹ３の開または閉を示す信号を出力できるように検査用電圧が供給される。
【００６４】
ステップ１７５では、制御装置２０は、スイッチＲＹ３をチェック、すなわち診断する。ここでは、制御装置２０は、ステップ１７３と同様のチェックシーケンスを実行することにより、スイッチＲＹ３が正常であるか、ＯＮ固着であるか、ＯＦＦ固着であるかを診断する。
【００６５】
ステップ１７６では、制御装置２０は、二次電池３からスイッチＲＹ４へ検査用電圧を印加する。ここでは、スイッチＲＹ５、ＲＹ６、ＲＹ７が閉じられる。さらに、スイッチ素子４５が閉じられる。これにより、ステップ１７６では、電圧センサ３３、３４がスイッチＲＹ４の開または閉を示す信号を出力できるように検査用電圧が供給される。
【００６６】
ステップ１７７では、制御装置２０は、スイッチＲＹ４をチェック、すなわち診断する。ここでは、制御装置２０は、ステップ１７３と同様のチェックシーケンスを実行することにより、スイッチＲＹ４が正常であるか、ＯＮ固着であるか、ＯＦＦ固着であるかを診断する。
【００６７】
この実施形態では、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の前後にあらわれる電圧を検出する電圧センサ３１−３６を備える。診断部２０ｆおよびステップ１７２−１７７は、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５に検査用電力を供給し、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の開閉に伴いスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の前後にあらわれる電圧の変化に基づいてスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５を診断する。この構成によると、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の前後にあらわれる電圧の変化に基づいてスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５を診断することができる。
【００６８】
ステップ１７４およびステップ１７６において、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着している場合、代替的な経路を経由してスイッチＲＹ３、ＲＹ４を検査するための検査用電力、すなわち検査用電圧を供給してもよい。例えば、二次電池３からスイッチＲＹ３へ、スイッチ素子６７、リアクトル９、スイッチ素子４５、およびスイッチ素子４１を経由して検査用電圧が供給されてもよい。例えば、二次電池３からスイッチＲＹ４へ、スイッチ素子６７、およびリアクトル９を経由して検査用電圧が供給されてもよい。すなわち、Ｈ型の電圧変換回路６０のハイサイドアームを提供するスイッチ素子６７によって検査用電力を供給することができる。これらの場合、診断部２０ｆおよびステップ１７４−１７７は、二次電池３から負荷リレー１１のスイッチＲＹ３、ＲＹ４へ、第３スイッチングアーム６０ａを構成するスイッチ素子６７を通して、検査用電力を供給する。この構成によると、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着を生じている場合であっても、二次電池３から負荷リレー１１へ検査用電力を供給することができる。
【００６９】
ステップ１７８では、制御装置２０は、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、およびＲＹ５すべてが正常であるか否かを判定する。肯定的結論が得られる場合、処理は、ステップ１７９へ進む。ステップ１７９では、制御装置２０は、すべての制御処理を許容する。ステップ１７９は、全許容部２０ｈを提供する。ステップ１７９を経由した場合、制御装置２０が提供する充電制御と給電制御との両方を利用することが許容される。この結果、制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求に応じて、給電制御部２０ｄと充電制御部２０ｅとが選択的に活性化される。
【００７０】
ステップ１７８において否定的結論が得られる場合、処理はステップ１８０へ進む。ステップ１８０では、制御装置２０は、複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５における故障の種別を判定し、故障種別に応じて処理を分岐させる。ステップ１８０では、ＯＮ固着のみが発生している場合と、ＯＦＦ固着のみが発生している場合と、ＯＮ固着とＯＦＦ固着とが混在している場合とが識別される。
【００７１】
ステップ１８０において、ＯＮ固着のみが発生していると判定される場合、処理はステップ１８１へ進む。ステップ１８１では、制御装置２０は、充電制御の実行を禁止し、給電制御のみを許容する。ここでは、制御装置２０は、複数の機能の一部のみを許容し、一部のみを制限する。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のいずれかひとつがＯＮ固着している場合、充電制御を実行することができないからである。一方、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のいずれかひとつがＯＮ固着しても、給電制御は実行可能である。よって、いずれかひとつのスイッチにＯＮ固着という故障が発生しても、一部の機能を利用することができる。
【００７２】
ステップ１８１は、一部許容部２０ｉの一部を提供する。ステップ１８１を経由した場合、給電制御のみを利用することが許容される。この結果、制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求があっても充電制御部２０ｅは活性化されない。制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求に応答して、給電制御部２０ｄのみが活性化される。
【００７３】
ステップ１８０において、ＯＦＦ固着のみが発生していると判定される場合、処理はステップ１８２へ進む。ステップ１８２では、制御装置２０は、給電制御の実行を禁止し、充電制御のみを許容する。ここでは、制御装置２０は、複数の機能の一部のみを許容し、一部のみを制限する。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のいずれかひとつがＯＦＦ固着している場合、給電制御を実行することができないからである。一方、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のいずれかひとつがＯＦＦ固着しても、充電制御は実行可能である。よって、いずれかひとつのスイッチにＯＦＦ固着という故障が発生しても、一部の機能を利用することができる。
【００７４】
ステップ１８２は、一部許容部２０ｉの一部を提供する。ステップ１８２を経由した場合、充電制御のみを利用することが許容される。この結果、制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求があっても給電制御部２０ｄは活性化されない。制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求に応答して、充電制御部２０ｅのみが活性化される。
【００７５】
ステップ１８０において、ＯＮ固着とＯＦＦ固着とが混在して発生していると判定される場合、処理はステップ１８３へ進む。ステップ１８３では、制御装置２０は、給電制御と充電制御との両方の実行を禁止する。ここでは、制御装置２０は、複数の機能の全部を制限する。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のいずれかひとつがＯＮ固着し、他のひとつがＯＦＦ固着している場合、充電制御も給電制御も実行することができないからである。よって、ＯＮ固着とＯＦＦ固着とが混在するという稀な故障が発生すると、すべての機能が制限される。
【００７６】
ステップ１８３は、全制限部２０ｊを提供する。ステップ１８３を経由した場合、充電制御も給電制御もどちらも利用できない。この結果、制御部２０ｃにおいては、利用者からの要求があっても、給電制御部２０ｄも充電制御部２０ｅも活性化されない。
【００７７】
この実施形態では、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のすべての正常、故障が診断され、その診断結果に基づいて、給電制御が実行可能であるか否か、および充電制御が実行可能であるか否かが判定される。さらに、実行可能な制御のみの実行が許容される。
【００７８】
スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５のすべてが正常である場合、給電制御および充電制御の両方が実行可能である。よって、給電制御および充電制御の両方の実行が許容される。給電制御および充電制御は、それらの実行要求に応じて選択的に実行される。
【００７９】
スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の少なくともひとつが故障である場合には、給電制御および充電制御の両方が実行不能である第１の場合と、充電制御のみが実行不能である第２の場合と、給電制御のみが実行不能である第３の場合とが含まれている。
【００８０】
第１の場合には、給電制御および充電制御の両方が実行不能である。よって、給電制御および充電制御の両方の実行が制限（禁止）される。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＮ固着とＯＦＦ固着とが混在している場合が、第１の場合に相当する。
【００８１】
第２の場合には、充電制御のみが実行不能である。よって、充電制御の実行のみが制限（禁止）され、給電制御の実行のみが許容される。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＮ固着のみが生じている場合が、第２の場合に相当する。
【００８２】
第３の場合には、給電制御のみが実行不能である。よって、給電制御の実行のみが制限（禁止）され、充電制御の実行のみが許容される。スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５にＯＦＦ固着のみが生じている場合が、第３の場合に相当する。
【００８３】
充電制御が許容され、かつ二次電池３への充電が要求されている場合、制御装置２０は、交流電源６から二次電池３へ充電するように電力変換装置１を制御する。充電要求の存在は、交流電源６が電力変換装置１に接続されているときに、利用者からの指示に基づいて肯定される場合がある。また、充電要求の存在は、交流電源６が電力変換装置１に接続されているときに、二次電池３の残電力量が所定値を下回っていることに基づいて肯定される場合がある。これらの場合、制御装置２０は、充電制御部２０ｅによって充電制御を実行する。
【００８４】
交流電源６は、回転電機５より少ない相数の交流電力を供給する。ここでは、交流電源６は、単相の交流電力を供給する。交流電源６からの電力は、インバータ回路４の３つの交流端のうち２つだけに接続されている。よって、インバータ回路４の３つのアーム４ａ−４ｃのうち、２つのアーム４ａ、４ｂだけが全波整流回路として機能する。寄生ダイオードＤ１−Ｄ４によって提供される全波整流回路を利用する場合、充電制御部２０ｅはスイッチ素子４１−４４をスイッチング制御する必要がない。充電制御部２０ｅは、スイッチ素子４１−４４を積極的にスイッチング制御することによって交流電源６から供給される交流電力を全波整流してもよい。
【００８５】
充電制御部２０ｅは、スイッチＲＹ１、ＲＹ２が閉じるようにリレー１０を制御する。充電制御部２０ｅは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５が開くようにリレー１１、１２を制御する。さらに、充電制御部２０ｅは、スイッチＲＹ６、ＲＹ７が閉じるようにリレー１３、１４を制御する。この結果、交流電源６に接続されないインバータ回路４のアーム４ｃと、リアクトル９と、アーム６０ａとがＨ型の電圧変換回路６０を構成する。よって、電圧変換回路６０は有効化される。
【００８６】
充電制御部２０ｅは、整流回路５０の直流端に出力される直流電力を、二次電池３の充電に適した電圧に調節するように、スイッチ素子４５、４６、６７、６８を制御する。充電制御部２０ｅは、整流回路５０の直流端に出力される電圧と、二次電池３の電圧とに応じて、電圧変換回路６０が昇圧回路として、または降圧回路として機能するように、スイッチ素子４５、４６、６７、６８を制御する。この結果、二次電池３が充電される。
【００８７】
給電制御が許容され、かつ回転電機５の作動が要求されている場合、制御装置２０は、二次電池３から回転電機５に電力を供給し、回転電機５を回転させるように電力変換装置１を制御する。このとき、制御装置２０は、給電制御部２０ｄによって給電制御を実行する。例えば、回転電機５によって駆動される冷凍サイクルの作動が空調装置によって求められるときに、給電制御が実行される。
【００８８】
給電制御部２０ｄは、スイッチＲＹ１、ＲＹ２が開くようにリレー１０を制御する。給電制御部２０ｄは、スイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５、ＲＹ６、ＲＹ７が閉じるようにリレー１１、１２、１３、１４を制御する。この結果、リアクトル９の両端はスイッチＲＹ５によって短絡される。よって、電圧変換回路６０は無効化される。
【００８９】
さらに、給電制御部２０ｄは、インバータ回路４を制御することによって、二次電池３の直流電力を多相交流電流に変換する。この実施形態では、インバータ回路４は三相交流を出力する三相インバータである。インバータ回路４の交流端に出力される三相交流は、多相交流負荷である回転電機５に供給される。この結果、回転電機５は二次電池３から供給される電力によって回転する。
【００９０】
この実施形態によると、インバータ回路４の一部のスイッチングアーム４ａ、４ｂを整流回路５０として利用し、かつ、他のスイッチングアーム４ｃを昇降圧動作が可能なＤＣ−ＤＣ電圧変換回路６０の一部として利用することができる。
【００９１】
この実施形態によると、複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障状態、すなわちＯＮ固着および／またはＯＦＦ固着を診断することができる。さらに、この実施形態によると、複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４、ＲＹ５の故障状態に基づいて、一部の機能のみを許容し、一部の機能のみを制限することができる。この結果、リレー１１、１２が故障しても、給電制御（回転電機制御）の機能および充電制御の機能の両方を喪失することを回避できる。言い換えると、電力変換装置１の全体を利用不能にすることなく、一部の機能のみを利用できる。よって、電力変換装置１の利便性を高めることができる。
【００９２】
（第２実施形態）
上記実施形態では、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を診断するために電圧センサ３１−３４を採用した。これに代えて、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を診断するためにスイッチＲＹ３、ＲＹ４に流れる電流を検出する電流センサ２３、２５を利用する。
【００９３】
図３において、この実施形態では、電圧センサ３１−３４を備えない。この実施形態では、診断部２０ｆは、スイッチＲＹ３と二次電池３とを通る閉回路を形成するようにリレーおよびスイッチ素子を制御し、スイッチＲＹ３の開閉を示す電流を電流センサ２３により検出する。診断部２０ｆは、スイッチＲＹ４と二次電池３とを通る閉回路を形成するようにリレーおよびスイッチ素子を制御し、スイッチＲＹ４の開閉を示す電流を電流センサ２５により検出する。さらに、診断部２０ｆは、回転電機５の特定の相にのみロック電流が流れるようにスイッチ素子４１−４６、６７−６８の少なくともひとつを制御する。回転電機のひとつの相にのみ流されるロック電流は、検査用電力を供給する。これにより、回転電機５を回転させることなく、スイッチＲＹ３、ＲＹ４の診断が実行される。
【００９４】
図４において、制御装置２０は、制御選択処理２７０を実行する。先の実施形態のステップ１７４−１７７に代えて、ステップ２７４−２７７が実行される。
【００９５】
ステップ２７４では、制御装置２０は、スイッチＲＹ５、ＲＹ６、ＲＹ７、スイッチ素子４１、およびスイッチ素子４４を閉じる。なお、スイッチＲＹ１、ＲＹ２は開かれている。さらに、制御装置２０は、スイッチ素子４１および／またはスイッチ素子４４を所定のデューティ比で駆動することにより、回転電機５の特定の相にのみ通電制御するロック制御を実行する。これにより、電流センサ２３は、スイッチＲＹ３の開または閉を示す電流を検出することが可能となる。すなわち、ステップ２７４では、電流センサ２３がスイッチＲＹ３の開または閉を示す信号を出力できるように検査用電流が供給される。
【００９６】
図５において、太線で示されるように、ステップ２７４では、制御装置２０は、回転電機５のＵ相コイル並びにＶ相コイル、スイッチＲＹ３、および二次電池３を通る閉回路を形成する。検査用電流は、この閉回路を流れる。
【００９７】
ステップ２７５では、制御装置２０は、スイッチＲＹ３をチェック、すなわち診断する。ここでは、制御装置２０からリレー１１の励磁コイルへの通電を制御することにより、スイッチＲＹ３を開閉操作するとともに、電流センサ２３からの検出信号を入力する。これにより、スイッチＲＹ３が意図したとおりに開閉しているか否かを判定することができる。制御装置２０は、予め定められたチェックシーケンスを実行することにより、スイッチＲＹ３が正常であるか、ＯＮ固着であるか、ＯＦＦ固着であるかを診断する。
【００９８】
例えば、制御装置２０がスイッチＲＹ３を閉じている場合、電流センサ２３の検出電流ＩＵが所定のロック電流に相当すれば、スイッチＲＹ３は正常に閉じていると判定できる。また、制御装置２０がスイッチＲＹ３を開いている場合、電流センサ２３の検出電流ＩＵが所定のロック電流未満、またはゼロ（０）であれば、スイッチＲＹ３は正常に開いていると判定できる。
【００９９】
さらに、制御装置２０がスイッチＲＹ３を開閉しているのに、検出電流ＩＵが流れたままであれば、スイッチＲＹ３はＯＮ固着していると判定できる。また、制御装置２０がスイッチＲＹ３を開閉しているのに、検出電流ＩＵがゼロのままであれば、スイッチＲＹ３はＯＦＦ固着していると判定できる。
【０１００】
ステップ２７６では、制御装置２０は、スイッチＲＹ５、ＲＹ６、ＲＹ７、スイッチ素子４５、およびスイッチ素子４４を閉じる。なお、スイッチＲＹ１、ＲＹ２は開かれている。さらに、制御装置２０は、スイッチ素子４５および／またはスイッチ素子４４を所定のデューティ比で駆動することにより、回転電機５の特定の相にのみ通電制御するロック制御を実行する。これにより、電流センサ２５は、スイッチＲＹ４の開または閉を示す電流を検出することが可能となる。すなわち、ステップ２７６では、電流センサ２５がスイッチＲＹ４の開または閉を示す信号を出力できるように検査用電流が供給される。
【０１０１】
図６において、太線で示されるように、ステップ２７６では、制御装置２０は、回転電機５のＷ相コイル並びにＶ相コイル、スイッチＲＹ４、および二次電池３を通る閉回路を形成する。検査用電流は、この閉回路を流れる。
【０１０２】
ステップ２７７では、制御装置２０は、スイッチＲＹ４をチェック、すなわち診断する。ここでは、制御装置２０からリレー１１の励磁コイルへの通電を制御することにより、スイッチＲＹ４を開閉操作するとともに、電流センサ２５からの検出信号を入力する。これにより、スイッチＲＹ４が意図したとおりに開閉しているか否かを判定することができる。制御装置２０は、予め定められたチェックシーケンスを実行することにより、スイッチＲＹ４が正常であるか、ＯＮ固着であるか、ＯＦＦ固着であるかを診断する。
【０１０３】
この実施形態によると、診断部２０ｆおよびステップ２７４−２７７は、スイッチＲＹ３、ＲＹ４に検査用電力を供給し、スイッチＲＹ３、ＲＹ４の開閉に伴い電流センサ２３、２５により検出される電流の変化に基づいてスイッチＲＹ３、ＲＹ４を診断する。この構成によると、スイッチＲＹ３、ＲＹ４に流れる電流の変化に基づいてスイッチＲＹ３、ＲＹ４を診断することができる。先行する実施形態の作用効果に加えて、電圧センサ３１−３４を追加的に設けることなく、回転電機５を制御するための電流センサ２３、２５を利用して、複数のスイッチＲＹ３、ＲＹ４の故障状態、すなわちＯＮ固着および／またはＯＦＦ固着を診断することができる。
【０１０４】
（第３実施形態）
この実施形態では、切替リレー１２のスイッチＲＹ５がＯＦＦ固着しているときにも検査用電流を流し、スイッチＲＹ３、ＲＹ４の診断を可能とするために、スイッチ素子６７とリアクトル９とを経由する閉回路を提供する。
【０１０５】
図７において、制御装置２０は、制御選択処理３８０を実行する。先の実施形態に加えて、ステップ３８４−３８８が実行される。ステップ１７１−１７３、２７４−２７７、および３８４−３８８は、リレー１１、１２を診断する診断部２０ｆを提供する。
【０１０６】
制御選択処理３８０においては、ステップ１７２−１７３において電圧変換回路６０に設けられたスイッチＲＹ５を診断した後に、ステップ３８４が設けられている。
【０１０７】
ステップ３８４では、制御装置２０は、スイッチＲＹ５はＯＦＦ固着か否かを判定する。スイッチＲＹ５がＯＮ固着または正常である場合、処理はステップ２７４へ進む。スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着である場合、処理はステップ３８５へ進む。
【０１０８】
ステップ３８５では、制御装置２０は、スイッチＲＹ６、ＲＹ７、スイッチ素子６７、スイッチ素子４５、スイッチ素子４１、およびスイッチ素子４４を閉じる。ステップ３８５は、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着である場合に、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を検査するための検査用電力を供給する代替的な経路を提供する。ステップ３８５は、スイッチＲＹ５を経由しない代替的な経路を提供する。さらに、制御装置２０は、スイッチ素子６７、４５、４１および４４のいずれかを制御することによりロック制御を実行する。これにより、電流センサ２３は、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着であっても、スイッチＲＹ３の開または閉を示す電流を検出することが可能となる。なお、スイッチ素子４５を閉じることなく、スイッチ素子４５に含まれる寄生ダイオードＤ５を通して検査用電流を流してもよい。
【０１０９】
図８において、太線で示されるように、ステップ３８５では、制御装置２０は、回転電機５のＵ相コイル並びにＶ相コイル、スイッチＲＹ３、および二次電池３を通る閉回路を形成する。検査用電流は、この閉回路を流れる。
【０１１０】
ステップ３８６では、制御装置２０は、スイッチＲＹ３をチェック、すなわち診断する。ステップ３８６の処理はステップ２７５における処理と同じである。
【０１１１】
ステップ３８７では、制御装置２０は、スイッチＲＹ６、ＲＹ７、スイッチ素子６７、およびスイッチ素子４４を閉じる。ステップ３８７は、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着である場合に、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を検査するための検査用電力を供給する代替的な経路を提供する。さらに、制御装置２０は、スイッチ素子６７および／またはスイッチ素子４４を制御することによりロック制御を実行する。これにより、電流センサ２５は、スイッチＲＹ４の開または閉を示す電流を検出することが可能となる。
【０１１２】
図９において、太線で示されるように、ステップ３８７では、制御装置２０は、回転電機５のＷ相コイル並びにＶ相コイル、スイッチＲＹ４、および二次電池３を通る閉回路を形成する。検査用電流は、この閉回路を流れる。
【０１１３】
ステップ３８８では、制御装置２０は、スイッチＲＹ４をチェック、すなわち診断する。ステップ３８８の処理はステップ２７７における処理と同じである。
【０１１４】
ステップ３８８の後、処理はステップ１７８へ進む。ステップ３８６においてスイッチＲＹ３のＯＮ固着が診断された場合、後続のステップ３８７、３８８、１７８、１８０を実行することなく、ステップ１８３へジャンプしてもよい。ステップ３８８においてスイッチＲＹ４のＯＮ固着が診断された場合も、後続のステップ１７８、１８０を実行することなく、ステップ１８３へジャンプしてもよい。これらの場合、スイッチＲＹ５のＯＦＦ故障とスイッチＲＹ３またはスイッチＲＹ４のＯＮ故障とが混在しているからである。
【０１１５】
この実施形態によると、診断部２０ｆおよびステップ３８５−３８８は、二次電池３からスイッチＲＹ３、ＲＹ４へ、第３スイッチングアーム６０ａを構成するスイッチ素子６７を通して、検査用電力を供給する。この構成によると、スイッチＲＹ５がＯＦＦ固着を生じている場合であっても、二次電池３から負荷リレー１１へ検査用電力を供給することができる。
【０１１６】
（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された複数の発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された複数の発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された複数の発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。開示された複数の発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１１７】
例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【０１１８】
スイッチ素子４１−４６、６７、６８は、例えば、ＩＧＢＴ素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）または電力用ＭＯＳＦＥＴ素子（金属酸化膜電界効果トランジスタ）などの電力用半導体素子によって提供することができる。
【０１１９】
上記実施形態では、制御装置２０の起動時にリレーのスイッチを診断した。これに代えて、または、これに加えて、所定の期間ごとに間欠的にリレーのスイッチを診断してもよい。
【０１２０】
上記実施形態では、二次電池３からリレーのスイッチへ検査用電力を供給した。これに代えて、交流電源６から検査用電力を供給してもよい。また、二次電池３または交流電源６から選択的に検査用電力を供給してもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態では、制御装置２０は、スイッチＲＹ５の両端の電圧変化に基づいてスイッチＲＹ５を診断した。これに代えて、スイッチＲＹ５を流れる電流を検出する電流センサを設けてもよい。この場合、制御装置２０は、スイッチＲＹ５に流れる電流変化に基づいてスイッチＲＹ５を診断するように構成することができる。さらに、制御装置２０は、スイッチＲＹ３、ＲＹ４を電圧変化に基づいて診断し、スイッチＲＹ５を電流変化に基づいて診断するように構成されてもよい。
【０１２２】
上記実施形態では、一部許容部２０ｉは、給電制御のみを許容する場合（充電制御のみを制限する場合）（ステップ１８１）と、充電制御のみを許容する場合（給電制御のみを制限する場合）（ステップ１８２）との両方を提供した。これに代えて、上記２つの場合のいずれか一方のみを提供してもよい。
【０１２３】
上記実施形態では、制御装置２０は、給電制御部２０ｄおよび充電制御部２０ｅを備えた。これに加えて、さらに二次電池３から交流電源６へ給電する逆潮流制御を提供する逆潮流制御部を備えてもよい。
【０１２４】
上記実施形態では、リレー１１およびリレー１２のみを診断した。これに加えて、リレー１０およびリレー１３、１４も追加的に診断してもよい。この場合、リレー１１とは反転した関係に開閉されるリレー１０の故障状態も考慮して、充電制御と給電制御との一方のみを許容してもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１  電力変換装置、２  車載機器、３  二次電池、４  インバータ回路、
５  回転電機、６  交流電源、７  コネクタ、９  リアクトル、
１０−１４  リレー、ＲＹ１−ＲＹ７  スイッチ、
２０  制御装置、２０ａ  処理装置、２０ｂ  メモリ、
２０ｃ  制御部、  ２０ｄ  給電制御部、２０ｅ  充電制御部、
２０ｆ  診断部、２０ｇ  選択部、
２０ｈ  全許容部、２０ｉ  一部許容部、２０ｊ  全制限部、
２１−２５  電流センサ、２８、２９、３１−３６  電圧センサ、
４１−４６、６７、６８  スイッチ素子、
４ａ−４ｃ、６０ａ  スイッチングアーム、
５０  整流回路、６０  電圧変換回路。
【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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