(57)【要約】【課題】電力装置内に設けられるコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を低消費電力で実現する。【解決手段】ＭＧ−ＥＣＵ３０は、衝突検知部６０により車両１００の衝突等が検知されてシステムメインリレーＳＭＲがオフされると、バックアップ電源装置４０から電力の供給を受けて、コンデンサＣ１，Ｃ２の残留電荷を放電させる放電制御を実行する。ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンバータ１０の上アーム素子Ｑ１をオフ固定し、かつ、下アーム素子Ｑ２をオンオフさせることにより、コンデンサＣ１の残留電荷を放電させる。コンデンサＣ１の放電完了後、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、下アーム素子Ｑ２をオン固定し、かつ、上アーム素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフさせることにより、コンデンサＣ２の残留電荷を放電させる。【選択図】図２
2014204627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記負荷に電力を伝達するための電力母線と、
前記直流電源と前記電力母線との間で電圧変換を行なうコンバータと、
前記コンバータの前記直流電源側の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、
前記コンバータの前記電力母線側の電圧を平滑化する第２のコンデンサと、
前記直流電源の電路が遮断されたときに、前記第１および第２のコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を実行するための制御装置とを備え、
前記コンバータは、
前記電力母線の間に直列に接続される第１および第２のスイッチング素子と、
前記第１および第２のスイッチング素子の接続点と前記直流電源の正極端子との間に接続されたリアクトルとを含み、
前記制御装置は、
前記第１のスイッチング素子をオフ固定し、かつ、前記第２のスイッチング素子をオンオフさせることにより、前記第１のコンデンサの残留電荷を放電させるための第１の放電制御手段と、
前記第１の放電制御手段の実行後、前記第２のスイッチング素子をオン固定し、かつ、前記第１のスイッチング素子をオンオフさせることにより、前記第２のコンデンサの残留電荷を放電させるための第２の放電制御手段とを含む、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関し、特に、電力変換装置内に設けられたコンデンサの残留電荷を放電させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源から直流電力を負荷を駆動するための電力に変換する電力変換装置には、負荷に電力を伝達する正極線と直流電源との間で直流電圧変換を行なうためのコンバータを含むものがある。
【０００３】
このコンバータの直流電源側（低圧側）および正極線側（高圧側）にはそれぞれ、電圧平滑用のコンデンサが設けられている。特開２０１１−２５９５１７号公報（特許文献１）には、上記の電力変換装置を搭載した車両において衝突が検知されたときに、電力変換装置内に設けられるコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御部が開示される。
【０００４】
特許文献１では、コンバータは、電力用半導体スイッチング素子からなる上アーム素子および下アーム素子と、リアクトルとを含む昇圧チョッパ回路によって構成される。放電制御部は、コンバータの上アーム素子および下アーム素子を相補的かつ交互にオン・オフさせることにより、直流電源側および正極線側に設けられたコンデンサの残留電荷を速やかに放電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５９５１７号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５３２２号公報
【特許文献３】特開２０１０−００４６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、放電制御部への動作電力を供給する電源線の異常時には、電力変換装置内に設けられたバックアップ電源装置から放電制御部へ動作電力を供給する。放電制御部は、バックアップ電源装置から動作電力の供給を受けて、コンバータの上アーム素子および下アーム素子の各々のゲート（制御電極）を電圧駆動する。
【０００７】
上述のように上アーム素子および下アーム素子を相補的かつ交互にオン・オフさせる構成では、上アーム素子をターンオンさせるときに、下アーム素子をターンオフさせる。ここで、下アーム素子をターンオフさせると、上アーム素子を構成する電力量半導体スイッチング素子のエミッタが高い電位となるため、上アーム素子をターンオンさせるためには、上アーム素子のゲートをエミッタよりもさらに高い電位に駆動する必要がある。このため、上アーム素子のターンオンさせるときの電力消費が増大し、バックアップ電源装置の発熱量を増やすことになる。その結果、バックアップ電源装置の熱対策としてバックアップ電源装置を熱容量の余裕度が大きい大型の素子で構成することが必要となり、バックアップ電源装置４０の体格およびコストを増大させるといった問題が生じる。
【０００８】
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力装置内に設けられるコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を低消費電力で実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力変換装置は、直流電源と負荷との間で電力変換を行なう。電力変換装置は、負荷に電力を伝達するための電力母線と、直流電源と電力母線との間で電圧変換を行なうコンバータと、コンバータの直流電源側の電圧を平滑化する第１のコンデンサと、コンバータの電力母線側の電圧を平滑化する第２のコンデンサと、直流電源の電路が遮断されたときに、第１および第２のコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を実行するための制御装置とを備える。コンバータは、電力母線の間に直列に接続される第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子の接続点と直流電源の正極端子との間に接続されたリアクトルとを含む。制御装置は、第１のスイッチング素子をオフ固定し、かつ、第２のスイッチング素子をオンオフさせることにより、第１のコンデンサの残留電荷を放電させるための第１の放電制御手段と、上記第１の放電制御手段の実行後、第２のスイッチング素子をオン固定し、かつ、第１のスイッチング素子をオンオフさせることにより、第２のコンデンサの残留電荷を放電させるための第２の放電制御手段とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、電力装置内に設けられるコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を低消費電力で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態による電力変換装置が搭載される車両の概略構成図である。
【図２】図１における電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図３】コンバータのスイッチング素子の電圧駆動制御を説明するブロック図である。
【図４】本実施の形態による電力変換装置におけるコンデンサの放電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【図５】コンデンサＣ１の放電制御におけるコンバータのスイッチング素子のオン・オフ制御を説明する図である。
【図６】コンデンサＣ２の放電制御におけるコンバータのスイッチング素子のオン・オフ制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１３】
（車両の概略構成）
図１は、この発明の実施の形態による電力変換装置が搭載される車両の概略構成図である。
【００１４】
図１を参照して、車両１００は、直流電源Ｂ１と、システムメインリレーＳＭＲと、コンバータ１０と、インバータ２０と、モータジェネレータＭＧと、正極線ＰＬ１，ＰＬ２と、負極線ＮＬと、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。また、車両１００は、ＭＧ−ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）３０と、バックアップ電源装置４０と、衝突検知部６０と、補機電源Ｂ２とをさらに備える。
【００１５】
コンバータ１０、インバータ２０、正極線ＰＬ１，ＰＬ２、負極線ＮＬ、コンデンサＣ１，Ｃ２、ＭＧ−ＥＣＵ３０およびバックアップ電源装置４０は、電力変換装置を構成する。電力変換装置は、直流電源Ｂ１から直流電力を受けて負荷であるモータジェネレータＭＧを駆動する。電力変換装置は筐体５０内に格納される。
【００１６】
なお、本実施の形態においては、車両１００が１つのモータジェネレータおよびそれに対応するインバータを備える例について説明するが、２つ以上のモータジェネレータおよびインバータを備える場合でも本発明を適用可能である。
【００１７】
直流電源Ｂ１は、再充電可能な蓄電装置であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオンなどの二次電池によって構成される。ただし、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素、あるいは電池以外の電力貯蔵要素と電池との組合せによって、直流電源Ｂ１を構成してもよい。
【００１８】
システムメインリレーＳＭＲは、直流電源Ｂ１と電力変換装置との間に設けられる。システムメインリレーＳＭＲは、オン（閉成）されると、直流電源Ｂ１と正極線ＰＬ１および負極線ＮＬとを電気的に接続する。また、後述する衝突検知部６０により車両１００の衝突が検知されると、システムメインリレーＳＭＲはオフ（開放）され、直流電源Ｂ１と正極線ＰＬ１および負極線ＮＬとを電気的に遮断する。なお、システムメインリレーＳＭＲは、直流電源Ｂ１と電力変換装置との電気的接続を遮断可能な「開閉装置」の代表例として用いられる。すなわち、任意の形式の開閉装置をシステムメインリレーＳＭＲに代えて適用することができる。
【００１９】
正極線ＰＬ１および負極線ＮＬは、システムメインリレーＳＭＲとコンバータ１０との間に配線される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ１２は、正極線ＰＬ１の直流電圧、すなわちコンバータ１０の直流電源側の電圧ＶＬを検出し、その検出値ＶＬをＭＧ−ＥＣＵ３０へ出力する。
【００２０】
コンバータ１０は、正極線ＰＬ２と直流電源Ｂ１との間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。また、本発明の実施の形態において、コンバータ１０は、衝突検知部６０により車両１００の衝突が検知されると、ＭＧ−ＥＣＵ３０から受けるスイッチング指令に従ってコンデンサＣ１，Ｃ２の残留電荷を放電させる。
【００２１】
正極線ＰＬ２および負極線ＮＬは、コンバータ１０とインバータ２０との間に配線され、負荷に電力を伝達するための電力母線を構成する。コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ２のおよび負極線ＮＬ間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ１４は、正極線ＰＬ２の直流電圧、すなわち、コンバータ１０の電力母線側の電圧ＶＨを検出し、その検出値ＶＨをＭＧ−ＥＣＵ３０へ出力する。
【００２２】
インバータ２０は、正極線ＰＬ２から直流電力を受けてモータジェネレータＭＧを駆動する。また、車両１００の制動時には、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧを回生モードで駆動し、モータジェネレータＭＧによって発電された電力を正極線ＰＬ２へ出力する。なお、インバータ２０は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。モータジェネレータＭＧは、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。モータジェネレータＭＧはインバータ２０によって駆動され、車両１００の駆動トルクを発生する。
【００２３】
衝突検知部６０は、筐体５０の外部に設けられる。衝突検知部６０は、加速度センサ等によって車両１００の衝突を検知し、その検知結果を示す信号を通信線を介してＭＧ−ＥＣＵ３０へ送信する。また、衝突検知部６０は、車両１００の衝突を検知すると、システムメインリレーＳＭＲをオフすることによって直流電源Ｂ１の電路を遮断する。
【００２４】
ＭＧ−ＥＣＵ３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、システムメインリレーＳＭＲ、コンバータ１０およびインバータ２０を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。
【００２５】
具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、たとえば運転者がイグニッションスイッチ（図示せず）をオンすることにより、ＩＧオン状態になると、直流電源Ｂ１を電力変換装置に電気的に接続するためにシステムメインリレーＳＭＲをオンする。
【００２６】
ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンバータ１０に対して電圧変換動作（昇圧動作または降圧動作）を制御するためのスイッチング指令を出力する。また、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、インバータ２０をスイッチング制御するためのスイッチング指令を生成し、その生成したスイッチング指令をインバータ２０へ出力する。
【００２７】
ＭＧ−ＥＣＵ３０はさらに、筐体５０の外部に設けられる衝突検知部６０から通信線を介して衝突検知の結果を示す信号を受ける。ＭＧ−ＥＣＵ３０は、通信線を介して受ける信号により車両１００の衝突検知が示されると、コンデンサＣ１，Ｃ２の残留電荷を放電させる放電制御を実行する。ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンバータ１０を放電装置として動作させるためのスイッチング指令を生成してコンバータ１０へ出力する。
【００２８】
補機電源Ｂ２は、筐体５０の外部に設けられる。補機電源Ｂ２は、再充電可能な蓄電装置であり、たとえば、鉛蓄電池から成る。補機電源Ｂ２は、車両１００に搭載される各種補機や制御装置へ電力を供給する。また、補機電源Ｂ２は、ダイオード７０を介して筐体５０内のＭＧ−ＥＣＵ３０へ動作電力を供給する。
【００２９】
ダイオード７０は、補機電源Ｂ２にアノードが接続され、ＭＧ−ＥＣＵ３０とバックアップ電源装置４０との間の電力線にカソードが接続される。ダイオード７０は、バックアップ電源装置４０から補機電源Ｂ２へ電力が流れるのを防止するために設けられる。
【００３０】
バックアップ電源装置４０は、筐体５０内に設けられ、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬに電気的に接続される。バックアップ電源装置４０は、車両１００の衝突等によって補機電源Ｂ２からＭＧ−ＥＣＵ３０への電源線に異常（断線や電圧低下等）が発生した場合、正極線ＰＬ２から受ける電力を電圧変換してＭＧ−ＥＣＵ３０へ動作電力を供給する。
【００３１】
すなわち、車両１００において、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、通常は、電力変換装置の筐体５０の外部の補機電源Ｂ２から動作電力を受ける。しかしながら、車両１００の衝突等により補機電源Ｂ２からの電源線に異常が発生すると、ＭＧ−ＥＣＵ３０は動作不能となってしまう。このような異常に備えて、電力変換装置の筐体５０内にはバックアップ電源装置４０が設けられている。
【００３２】
なお、本実施の形態では、バックアップ電源装置４０は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬに接続され、コンバータ１０による昇圧後の電圧を駆動電圧とする構成について例示したが、バックアップ電源装置４０を正極線ＰＬ１および負極線ＮＬに接続する構成としてもよい。ただし、コンバータ１０による昇圧後の電圧は電力変換装置内における最高電圧であるため、バックアップ電源装置４０を正極線ＰＬ１および負極線ＮＬに接続して非昇圧電圧を駆動電圧とする場合よりも十分に動作電圧をＭＧ−ＥＣＵ３０へ供給することができる。
【００３３】
（電力変換装置の構成）
図２は、図１における電力変換装置の構成を示す回路図である。
【００３４】
図２を参照して、コンバータ１０は、非絶縁型チョッパ回路の構成を有する。具体的には、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、リアクトルＬ１とを含む。本実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称す）としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を例示する。ただし、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、もしくはＧＴＯ（Gate  Turn  Off  Thyristor）等、オンオフ制御が可能な任意の素子を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。なお、以下の説明では、スイッチング素子Ｑ１を「上アーム素子」とも表記し、スイッチング素子Ｑ２を「下アーム素子」とも表記する。
【００３５】
リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点であるノードＮ１と正極線ＰＬ１との間に接続される。上アーム素子Ｑ１は、正極線ＰＬ２およびノードＮ１の間に接続される。下アーム素子Ｑ２は、ノードＮ１および負極線ＮＬ１の間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフは、ＭＧ−ＥＣＵ３０からのスイッチング指令ＰＷＣによって制御される。
【００３６】
コンバータ１０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１０は、昇圧動作時には、直流電源Ｂ１から出力された電圧ＶＬの直流電力を電圧ＶＨとなるように昇圧する。この昇圧動作は、下アーム素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、上アーム素子Ｑ１および逆並列接続されるダイオードＤ１を介して正極線ＰＬ２へ与えることにより行なわれる。
【００３７】
また、コンバータ１０は、降圧動作時には、インバータ２０から出力された電圧ＶＨの直流電力を電圧ＶＬとなるように降圧する。この降圧動作は、上アーム素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギが、下アーム素子Ｑ２および逆並列接続されるダイオードＤ２を介して、負極線ＮＬへ与えられることにより行なわれる。これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。たとえば、上アーム素子Ｑ１をオンに、下アーム素子Ｑ２をオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００３８】
バックアップ電源装置４０は、一次コイル２２２と、二次コイル２２４と、スイッチング素子２２６と、デューティ制御部２２８と、キャパシタ２３０と、ダイオード２３２とを含む。
【００３９】
一次コイル２２２およびスイッチング素子２２６は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に直列に接続される。ダイオード２３２は、補機電源Ｂ２からの電源線にカソードが接続され、二次コイル２２４にアノードが接続される。二次コイル２２４は、一次コイル２２２とともにトランスを構成する。デューティ制御部２２８は、補機電源Ｂ２からの電源線に接続される。デューティ制御部２２８への電源線にはキャパシタ２３０が接続される。キャパシタ２３０は、補機電源Ｂ２からの電源線の異常時にデューティ制御部２２８を初期駆動するために設けられる。
【００４０】
バックアップ電源装置４０においては、デューティ制御部２２８によりスイッチング素子２２６がオン／オフされ、一次コイル２２２および二次コイル２２４により構成されるトランスによって正極線ＰＬ２から受ける電力が降圧される。そして、二次コイルの出力はダイオード２３２によって整流された後、ＭＧ−ＥＣＵ３０へ供給される。
【００４１】
なお、デューティ制御部２２８の動作電力は、補機電源Ｂ２からの電源線の異常発生直後はキャパシタ２３０から供給され、二次コイル２２４に電圧が発生した後は、ダイオード２３２から供給される。
【００４２】
ＭＧ−ＥＣＵ３０は、車両１００の走行時、コンバータ１０およびインバータ２０をそれぞれ制御するためのスイッチング指令ＰＷＣ，ＰＷＩを生成し、その生成したスイッチング指令ＰＷＣ，ＰＷＩをコンバータ１０およびインバータ２０へそれぞれ出力する。
【００４３】
また、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、車両１００の衝突の検知結果を示す信号を衝突検知部６０から受けると、コンバータ１０を駆動することによって、コンデンサＣ１，Ｃ２の残留電荷を放電させる放電制御を実行する。
【００４４】
（コンデンサの放電制御）
以下、ＭＧ−ＥＣＵ３０によるコンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御について説明する。
【００４５】
コンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御としては、上記の特許文献１に記載されるように、システムメインリレーＳＭＲがオフされて直流電源Ｂ１の電路が遮断された状態で、コンバータ１０の上アーム素子Ｑ１と下アーム素子Ｑ２とを相補的かつ交互にオン・オフするように制御する構成とすることができる。
【００４６】
詳細には、上アーム素子Ｑ１をオンとし、かつ、下アーム素子Ｑ２をオフすることにより、コンデンサＣ２から上アーム素子Ｑ１およびリアクトルＬ１へ電流が流れることにより、コンデンサＣ２の電荷が消費される。次いで、上アーム素子Ｑ１をオフとし、かつ、下アーム素子Ｑ２をオンすることにより、コンデンサＣ１からリアクトルＬ１および下アーム素子Ｑ２へ電流が流れることにより、コンデンサＣ１の電荷が消費される。このように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を相補的かつ交互にオン・オフするように制御することにより、コンデンサＣ１，Ｃ２の残留電荷を放電することができる。
【００４７】
しかしながら、このような制御構成においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を電圧駆動させるために大きな電力が必要となるため、バックアップ電源装置４０の消費電力が大きくなるという問題がある。上記の問題点を図３を用いて説明する。
【００４８】
図３は、コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電圧駆動制御を説明するブロック図である。
【００４９】
図３を参照して、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬの間には、ノードＮ１を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が直列に接続されている。以下では、代表的に上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ１のゲート（制御電極）の電圧駆動制御のための構成について説明するが、下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ２についても、同様の構成によりゲート電圧駆動が制御されるものとする。
【００５０】
上アーム素子Ｑ１に対して、ドライバ１２０およびゲート抵抗１３０が設けられる。ドライバ１２０は、通常は、補機電源Ｂ２から動作電力の供給を受ける一方で、車両１００の衝突等によって補機電源Ｂ２からの電源線に異常が生じたときには、バックアップ電源装置４０から動作電力の供給を受ける。
【００５１】
ドライバ１２０は、ＭＧ−ＥＣＵ３０からのスイッチング指令ＰＷＣのオン時に、ゲート抵抗１３０を介して、ゲートＧをオフ電位Ｖｏｆｆからオン電位Ｖｏｎへ駆動する。オン電位Ｖｏｎは上アーム素子Ｑ１をターンオンさせるためのゲート電位に相当し、オフ電位Ｖｏｆｆは上アーム素子Ｑ１をターンオフさせるためのゲート電位に相当する。
【００５２】
最初に、上述のように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を相補的かつ交互にオン・オフするときの電圧の挙動について、図３を用いて説明する。
【００５３】
上アーム素子Ｑ１をターンオンさせるためには、上アーム素子Ｑ１のゲートＧをエミッタＥ（すなわち、ノードＮ１）よりも高い電位にする必要がある。上アーム素子Ｑ１のゲート・エミッタ間電圧Ｖｇｅを所定のオフ電圧から所定のオン電圧に駆動することにより、スイッチング素子Ｑ１がオンされる。
【００５４】
一方、上アーム素子Ｑ１のエミッタＥの電位は、下アーム素子Ｑ２のオン・オフに応じて変化する。下アーム素子Ｑ２がターンオンされると、上アーム素子Ｑ１のエミッタＥの電位は負極線ＮＬと等しい電位となる。次いで、下アーム素子Ｑ２がターンオフされると、エミッタＥの電位は、下アーム素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギに応じた電位にまで上昇する。
【００５５】
したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を相補的かつ交互にオン・オフする構成では、上アーム素子Ｑ１をターンオンさせるときには、下アーム素子Ｑ２のターンオフに応答してエミッタＥが高電位となっているため、上アーム素子Ｑ１のゲートＧをエミッタＥよりもさらに高い電位に駆動する必要がある。これにより、ドライバ１２０では、上アーム素子Ｑ１のゲートＧをオン電位Ｖｏｎに駆動するために必要な通電量が増大する。これに伴ないバックアップ電源装置４０の消費電力も大きくなるため、バックアップ電源装置４０の発熱量を増やすことになる。その結果、バックアップ電源装置４０の熱対策としてバックアップ電源装置４０を熱容量の余裕度が大きい大型の素子で構成することが必要となり、バックアップ電源装置４０の体格およびコストを増大させるという問題が生じてしまう。
【００５６】
したがって、本実施の形態による電力変換装置では、コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフ制御を、コンデンサＣ１の放電制御時とコンデンサＣ２の放電制御時とで以下のように切り替える。
【００５７】
図４は、本実施の形態による電力変換装置におけるコンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートは、ＭＧ−ＥＣＵ３０において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。
【００５８】
図４を参照して、コンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御を実行するために、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、ステップＳ０１により、衝突検知部６０により車両１００の衝突が検知されたか否かを判定する。車両１００の衝突検知が示されていなければ（ステップＳ０１においてＮＯ）、処理を終了する。一方、衝突検知部６０からの信号により車両１００の衝突検知が示されると（ステップＳ０１においてＹＥＳ）、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御を実行する。
【００５９】
まず、ステップＳ０２では、衝突検知部６０によりシステムメインリレーＳＭＲがオフされることにより、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬから直流電源Ｂ１が電気的に切り離される。
【００６０】
直流電源Ｂ１の電路が遮断された状態で、ステップＳ０３により、コンデンサＣ１の放電制御が実行される。図５は、コンデンサＣ１の放電制御におけるコンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフ制御を説明する図である。図５を参照して、コンデンサＣ１の放電制御では、コンバータ１０は、各スイッチング周期内で、上アーム素子Ｑ１がオフに固定される一方で、下アーム素子Ｑ２がオン・オフするように制御される。下アーム素子Ｑ２のオン期間には、図中の矢印に示すように、リアクトルＬ１および下アーム素子Ｑ２を介した電流経路によって、コンデンサＣ１の残留電荷が放電される。
【００６１】
この下アーム素子Ｑ２のオン・オフ制御において、コンデンサＣ１を速やかに放電させるためには、下アーム素子Ｑ２に流れる電流が許容値を超えない限り、下アーム素子Ｑ２のオン期間を長くすることが望ましい。その一方で、下アーム素子Ｑ２のオフ期間には、ノードＮ１と正極線ＰＬ２との間の電圧差に応じた電流がダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２に向かって流れるため、正極線ＰＬ２の電圧ＶＨが上昇する場合がある。これらの点を考慮して、下アーム素子Ｑ２のオン期間は、たとえば、ノードＮ１の電圧が正極線ＰＬ２の電圧を超えないように調整される。
【００６２】
再び図３を参照して、ステップＳ０４では、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンデンサＣ１の放電が完了したか否かを判定する。具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、電圧センサ１２により検出される正極線ＰＬ１の電圧ＶＬが所定のしきい値を下回ったか否かを判定する。このしきい値は、たとえば、６０Ｖとされる。
【００６３】
電圧ＶＬがしきい値以上の場合（ステップＳ０４においてＮＯ）、コンデンサＣ１の放電が完了していないため、処理がステップＳ０３に戻される。ＭＧ−ＥＣＵ３０は、電圧ＶＬがしきい値を下回るまでステップＳ０３の放電制御を継続する。
【００６４】
電圧ＶＬがしきい値を下回った場合（ステップＳ０４においてＹＥＳ）、ＭＧ−ＥＣＵ３０はコンデンサＣ１の放電が完了したものと判断して、コンデンサＣ１の放電制御を終了する。次いでＭＧ−ＥＣＵ３０は、ステップＳ０５に進み、コンデンサＣ２の放電制御を実行する。
【００６５】
図６は、コンデンサＣ２の放電制御におけるコンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフ制御を説明する図である。図６を参照して、コンデンサＣ２の放電制御では、コンバータ１０は、各スイッチング周期内で、下アーム素子Ｑ２がオンに固定される一方で、上アーム素子Ｑ１がオン・オフするように制御される。上アーム素子Ｑ１のオン期間には、図中の矢印に示すように、上アーム素子Ｑ１および下アーム素子Ｑ２を介した電流経路によって、コンデンサＣ２の残留電荷が放電される。
【００６６】
この上アーム素子Ｑ１のオン・オフ制御において、上アーム素子Ｑ１のオン期間には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がともにオンされるため、正極線ＰＬ２の電圧レベルによってはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に許容値を超える過大な電流が流れる可能性がある。これには、上アーム素子Ｑ１のオン期間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々のゲート・エミッタ間電圧Ｖｂｅを通常時のオン電圧よりも小さくすることで、各スイッチング素子に流れる電流を制限することができる。あるいは、コンバータ１０のスイッチング周期を通常時のスイッチング周期よりも短くすることで、各スイッチング周期内のオン期間を短くしてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に流れる電流を制限しつつ、コンデンサＣ２の残留電荷を速やかに放電させることができる。
【００６７】
再び図３を参照して、ステップＳ０６では、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、コンデンサＣ２の放電が完了したか否かを判定する。具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ３０は、電圧センサ１４により検出される正極線ＰＬ２の電圧ＶＨが所定のしきい値を下回ったか否かを判定する。このしきい値は、たとえば、６０Ｖとされる。
【００６８】
電圧ＶＨがしきい値以上の場合（ステップＳ０６においてＮＯ）、コンデンサＣ２の放電が完了していないため、処理がステップＳ０５に戻される。ＭＧ−ＥＣＵ３０は、電圧ＶＨがしきい値を下回るまでステップＳ０５の放電制御を継続する。
【００６９】
電圧ＶＨがしきい値を下回った場合（ステップＳ０６においてＹＥＳ）、ＭＧ−ＥＣＵ３０はコンデンサＣ２の放電が完了したものと判断して、一連の放電制御を終了する。
【００７０】
以上に説明したように、本実施の形態によるコンデンサＣ１，Ｃ２の放電制御において、コンデンサＣ２の放電は、下アーム素子Ｑ２をオンに固定した状態で上アーム素子Ｑ１をオン・オフ制御することにより実行される。このような構成とすることにより、上アーム素子Ｑ１のオン・オフ制御中、上アーム素子Ｑ１のエミッタＥの電位は、常に負極線ＮＬの電位に保たれる。したがって、上アーム素子Ｑ１をターンオンさせるためには、上アーム素子Ｑ１のゲートＧを、負極線ＮＬの電位に所定のオン電圧（ゲート・エミッタ間電圧Ｖｂｅ）を加算した電位に駆動すればよい。このように上アーム素子Ｑ１を通常時よりも低いオン電位Ｖｏｎでターンオンできることにより、ドライバ１２０の通電量を低減できる。この結果、バックアップ電源装置４０の消費電力が低減されるため、バックアップ電源装置４０の体格およびコストが増大することを回避できる。
【００７１】
なお、上記の実施の形態では、直流電源からの直流電力を受けて車両負荷を駆動する電力変換装置の構成について説明したが、負荷は車両に限定されない点について確認的に記載する。
【００７２】
また、車両はモータジェネレータＭＧを唯一の動力源とする電気自動車であってもよいし、動力源としてエンジンをさらに搭載したハイブリッド車両であってもよい。さらには、直流電源Ｂ１に代えて燃料電池をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１０  コンバータ、１２，１４  電圧センサ、２０  インバータ、３０  ＭＧ−ＥＣＵ、４０  バックアップ電源装置、５０  筺体、６０  衝突検知部、７０  ダイオード、Ｂ１  直流電源、Ｂ２  補機電源、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、ＭＧ  モータジェネレータ、ＳＭＲ  システムメインリレー。
【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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