(57)【要約】  電力変換装置（１９）は、電力源（１１）から供給される電力を変換して出力する電力変換部（１４）と、電力変換部（１４）に接続される平滑コンデンサ（１３）と、平滑コンデンサ（１３）と電力源（１１）とを接続または接続を遮断するためのスイッチ（１２）と、平滑コンデンサ（１３）の温度または平滑コンデンサ（１３）の両端の電圧の少なくとも１つを検出する検出器（１５）と、検出器（１５）より得られたデータに基づいて、電力変換装置（１９）の動作停止後にスイッチ（１２）を制御する制御装置（１７）とを備える。平滑コンデンサ（１３）は、アルミ電解コンデンサ、またはハイブリッドアルミ電解コンデンサによって構成されている。
2019098004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置であって、
電力源から供給される電力を変換して出力する電力変換部と、
前記電力変換部に接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記電力源とを接続または接続を遮断するためのスイッチと、
前記平滑コンデンサの温度または前記平滑コンデンサの両端の電圧の少なくとも１つを検出する検出器と、
前記検出器より得られたデータに基づいて、前記電力変換装置の動作停止後に前記スイッチを制御する制御装置とを備え、
前記平滑コンデンサは、アルミ電解コンデンサ、またはハイブリッドアルミ電解コンデンサによって構成されている、電力変換装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記平滑コンデンサの温度を測定する温度検出器を含み、
前記制御装置は、前記温度検出器のデータに基づいて、前記平滑コンデンサと前記電力源を接続するか否かを判定し、前記判定の結果に従って、前記電力変換装置の動作停止後に前記スイッチを制御する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が予め定められた設定温度以上であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源とが接続された状態となるように前記スイッチを制御し、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度未満であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作開始時に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が予め定められた設定範囲内である場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度以上であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源とが接続された状態となるように前記スイッチを制御し、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度未満であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作開始時に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定範囲外である場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記検出器は、前記平滑コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出器を含み、
前記制御装置は、前記電圧検出器のデータに基づいて、前記平滑コンデンサと前記電力源を接続するか否かを判定し、前記判定の結果に従って、前記電力変換装置の動作停止後に前記スイッチを制御する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記検出器は、さらに、前記平滑コンデンサの温度を測定する温度検出器を含み、
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作中に前記電圧検出器で検出された前記平滑コンデンサの両端の電圧変動が予め定められた設定電圧幅以上である場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が設定温度以上であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源とが接続された状態となるように前記スイッチを制御し、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度未満であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作中に前記電圧検出器で検出された前記平滑コンデンサの両端の電圧変動が前記設定電圧幅未満の場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項７記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記検出器は、さらに前記平滑コンデンサの温度を測定する温度検出器を含み、
前記制御装置は、前記電力変換装置の起動時に前記電圧検出器を用いて検出された前記平滑コンデンサの充電時間が予め定められた設定時間以下である場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が設定温度以上であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源とが接続された状態となるように前記スイッチを制御し、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度未満であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項６記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御装置は前記電力変換装置の起動時に前記電圧検出器を用いて検出された前記平滑コンデンサの充電時間が前記設定時間を超える場合、前記電力変換装置の動作停止後に前記平滑コンデンサと前記電力源との接続が遮断された状態となるように前記スイッチを制御する、請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記電力変換装置は、
前記電力変換装置に外部電源が接続されたか否かを検出する接続検出器と、
前記制御装置は、前記電力変換装置に前記外部電源が接続されたことが検出されたときに、前記スイッチをオンにして、前記外部電源および前記電力源を前記平滑コンデンサと接続させる、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記検出器は、前記平滑コンデンサの温度を測定する温度検出器を含み、
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作停止後に前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が予め定められた設定温度未満であるときに、前記平滑コンデンサと前記電力源との接続を遮断し、前記平滑コンデンサの温度を予め定められた設定温度以上になるまで前記平滑コンデンサを加熱した後に、前記平滑コンデンサと前記電力源とが接続された状態となるように前記スイッチを制御し、予め定められた設定時間が経過するまで前記平滑コンデンサと前記電力源との接続を継続させる、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記検出器は、前記平滑コンデンサの温度を測定する温度検出器を含み、
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作停止後に、前記平滑コンデンサと前記電力源とを接続し、前記電力変換装置の動作停止後から予め定められた設定時間を超えるまでに、前記温度検出器で検出された前記平滑コンデンサの温度が予め定められた設定温度未満になった場合に、前記平滑コンデンサの温度が前記設定温度以上となる期間が前記設定時間を超えるように前記平滑コンデンサを加熱する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記電力変換装置は、
前記平滑コンデンサを加熱するためのヒータを備える、請求項１２または１３記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記電力変換装置は、モータと接続され、
前記制御装置は、前記平滑コンデンサを加熱するために、前記平滑コンデンサと前記モータの巻線との間の充放電を繰り返させる、請求項１２または１３記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記モータのｄ軸電圧を変化させることによって、前記平滑コンデンサと前記モータの巻線との間で充放電させる、請求項１５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、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば自動車分野において、電気自動車またはハイブリッド車に代表されるような、動力源と発電とを兼用したモータおよび発電機システムが急速に進歩している。これらのシステムの多くは、動力と発電とを兼務する発電機と、その制御にあたる電力変換装置とによって構成されている。電力変換装置には、エネルギーを蓄えて電圧を平滑する電解コンデンサが必要である。電解コンデンサには、電力変換装置の小型化のため、低背なアルミ電解コンデンサまたはハイブリッド型電解コンデンサが用いられている。ハイブリッド型電解コンデンサは、アルミ電解コンデンサに導電性高分子を混合したものである。ハイブリッド型電解コンデンサは、等価直列抵抗(ＥＳＲ：Equivalent  Series  Resistance)を抑制することによって、電流印加持の発熱を抑制することができるとともに、アルミ電解コンデンサと比べて更なる小型化が可能である。燃費を改善するため電動モータの出力増加により、電解コンデンサに印加される電流は増加する傾向にある。【０００３】
これらの電解コンデンサでは、電流印加持の発熱によって電解液が蒸発して、漏れ電流の増加または静電容量が低下し、それらの劣化が一定値を超えた場合、故障となる。また、電力変換装置が長時間動作せず、電解コンデンサに電圧が印加されない状態が続くと、電解コンデンサ内に水分が浸入して、アルミ酸化膜またはアルミ箔が腐食することによって、劣化、および短寿命となる課題がある。【０００４】
特許文献１では、電力変換装置が長期間動作しないため、電力変換装置内の電解コンデンサに電圧が印加されない場合に、湿度に起因する電解コンデンサ内のアルミ箔の腐食を防ぐための方法が記載されている。この電力変換装置は、停止からの時間をタイマで測定し、一定時間が経過した後に主電源と電解コンデンサとを接続して、電解コンデンサに電圧を印加することによって、電解コンデンサが本来持つ電解液によるアルミ酸化膜の修復作用を促進して、電解コンデンサの劣化を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような電解コンデンサの湿度に起因する劣化、または長期使用に起因する劣化に対しては、単に電圧を印加するだけではアルミ酸化膜が十分に修復できない場合がある。【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、アルミ酸化膜を十分に修復することができる電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、電力源から供給される電力を変換して出力する電力変換部と、電力変換部に接続される平滑コンデンサと、平滑コンデンサと電力源とを接続または接続を遮断するためのスイッチと、平滑コンデンサの温度または平滑コンデンサの両端の電圧の少なくとも１つを検出する検出器と、検出器より得られたデータに基づいて、電力変換装置の動作停止後にスイッチを制御する制御装置とを備える。平滑コンデンサは、アルミ電解コンデンサ、またはハイブリッドアルミ電解コンデンサによって構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アルミ電解コンデンサ、またはハイブリッドアルミ電解コンデンサで構成される平滑コンデンサの温度または平滑コンデンサの両端の電圧の少なくとも１つを検出する検出器より得られたデータに基づいて、電力変換装置の動作停止後に、平滑コンデンサと電力源とを接続または接続を遮断するためのスイッチを制御する。これによって、平滑コンデンサのアルミ酸化膜が十分に修復されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の電力変換装置１９の構成を表わす図である。
【図２】電界コンデンサの温度と、電解コンデンサに直流電圧を印加する前後での漏れ電流の減少率との関係を表わす図である。
【図３】実施の形態１の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図４】実施の形態２の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図５】実施の形態３の電力変換装置２９の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図７】実施の形態４の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図８】実施の形態５の電力変換装置３９の構成を示す図である。
【図９】実施の形態５の電力変換装置３９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１０】実施の形態６の電力変換装置４９の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態６の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１２】実施の形態７の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１３】実施の形態８における、モータ１８のd軸電圧Ｖｄ、モータ１８のd軸電流Ｉｄ、および平滑コンデンサ１３の電流Iｃの波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、電気自動車またはハイブリッド車で使用される自動車用三相交流モータを駆動するインバータに関して説明するが、これに限定されるものではない。本発明は、平滑コンデンサとしてアルミ電解コンデンサもしくはハイブリッドアルミ電解コンデンサを用いるエアコン、エレベータ、エスカレータ用モータを駆動するインバータ等、様々な電力変換装置に対して適用可能である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の電力変換装置１９の構成を表わす図である。
【００１３】
電力変換装置１９は、電力変換部１４と、平滑コンデンサ１３と、スイッチ１２と、温度検出器１５と、制御装置１７とを備える。
【００１４】
電力変換部１４は、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを備える。電力変換部１４は、電力源１１から供給される直流電力を３相交流電力に変換して、モータ１８へ供給する。電力源１１は、バッテリによって構成される。
【００１５】
電力変換部１４は、Ｕ相について、上アーム用スイッチング素子１４ａと下アーム用スイッチング素子１４ｂとを備える。スイッチング素子１４ａ，１４ｂは直列に接続されている。電力変換部１４は、Ｖ相について上アーム用スイッチング素子１４ｃと下アーム用スイッチング素子１４ｄとを備える。スイッチング素子１４ｃ，１４ｄは直列に接続されている。電力変換部１４は、Ｗ相について上アーム用スイッチング素子１４ｅと下アーム用スイッチング素子１４ｆとを備える。スイッチング素子１４ｅ，１４ｆは直列に接続されている。スイッチング素子１４ａ〜１４ｆには、それぞれ、ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆが並列に接続されている。スイッチング素子１４ａ〜１４ｆは、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）が使用される。
【００１６】
平滑コンデンサ１３は、電力源１１と電力変換部１４の間に設けられ、電力源１１から電力変換部１４に供給される電圧を平滑化する。平滑コンデンサ１３として、アルミ電解コンデンサ、またはハイブリッドアルミ電解コンデンサに代表される電解液を用いたコンデンサ（以下、両コンデンサを総称して電解コンデンサ）を用いる。
【００１７】
実施の形態１では、温度検出器１５によって、平滑コンデンサ１３の温度を測定する。これによって、自動車、エアコン、エレベータ、またはエスカレータの停止直後から平滑コンデンサ１３を修復することができる。
【００１８】
温度検出器１５として、例えばサーミスタまたは磁気を利用したセンサを用いる。温度検出器１５は、平滑コンデンサ１３の周辺に設置される。平滑コンデンサ１３の温度を精度良く測定するために、温度検出器１５は、平滑コンデンサ１３と接触するように平滑コンデンサ１３の側壁または天面部などの箇所に設置されるのが望ましい。
【００１９】
制御装置１７は、温度検出器１５で検出された温度に基づいて、スイッチ１２を制御する。制御装置１７は、処理回路によって構成される。処理回路が専用のハードウエアの場合、処理回路は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものとすることができる。処理回路がＣＰＵの場合、制御装置１７の機能は、ソフトウエア、ファームウエア、またはソフトウエアとファームウエアとの組み合わせによって実現される。ソフトウエアおよびファームウエアは、プログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを実行することによって、制御装置１７の機能を実現する。ここで、メモリとは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、または磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパンクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。なお、制御装置１７の各機能について、一部を専用のハードウエアで実現し、一部をソフトウエアまたはファームウエアで実現するようにしてもよい。
【００２０】
まず、電力変換装置１９の従来の制御について説明する。
自動車のパワースイッチがオンとなる（以下、自動車が起動という場合もある）と、電力変換装置１９が起動される。制御装置１７は、スイッチ１２をオンとすることによって、電力源１１と、平滑コンデンサ１３および電力変換部１４とを接続する。これによって、自動車が走行可能な状態となる。電力変換装置１９の起動時とは、自動車、エアコンなどの電力変換装置１９の電力を利用する装置が起動して、電力源１１と、平滑コンデンサ１３および電力変換部１４とが接続された後、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのスイッチング制御の開始前の状態をいう。
【００２１】
自動車が走行を開始すると、電力変換装置１９が動作を開始する。すなわち、制御装置１７は、モータ１８の要求出力に基づいて電力変換部１４のスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆをスイッチング制御する。これによって、電力源１１の直流電力は、３相の交流電力に変換されて、モータ１８に給電される。電力変換装置１９が動作している状態とは、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのスイッチング制御が行われている状態をいう。
【００２２】
一方、自動車の停車時には、電力変換装置１９が動作を停止する。すなわち、制御装置１７は、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのスイッチング制御を停止する。電力変換装置１９が停止している状態とは、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのスイッチング制御が停止されている状態をいう。
【００２３】
このとき、従来の制御では、制御装置１７は、スイッチ１２をオフとすることによって、電力源１１と、平滑コンデンサ１３および電力変換部１４とが切り離される。その結果、平滑コンデンサ１３自身の漏れ電流または配線抵抗などによって、平滑コンデンサ１３に蓄積された電荷は、一定時間後には、全て放電される。ここで、特許文献１に記載の従来例によると、電力変換装置の停止後からの経過時間をタイマにより計測して、一定時間が経過したことを検知すると、平滑コンデンサに電圧を印加してアルミ酸化膜を修復するために、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続する。
【００２４】
しかしながら、平滑コンデンサ１３と電力源１１とを接続した際に、アルミ酸化膜の修復速度は、電圧の大きさおよび電圧の印加時間に加えて、平滑コンデンサ１３の温度が大きく影響する。
【００２５】
次に、電解コンデンサに直流電圧を印加することによって、電解コンデンサを修復する際に、温度がどのように影響するかを検討した結果を説明する。
【００２６】
図２は、電界コンデンサの温度と、電解コンデンサに直流電圧を印加する前後での漏れ電流の減少率との関係を表わす図である。
【００２７】
図２において、縦軸は、漏れ電流の減少率を示し、横軸は、電解コンデンサの温度を示す。定格１００μＦ-６３Ｖの電解コンデンサを、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃に設定した恒温槽内に設置して、直流電圧（電解コンデンサの定格電圧６３Ｖ）を３０分間印加したときの漏れ電流の減少率が示されている。また、比較として、直流電圧を印加せず、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃に設定した恒温槽内に３０分間放置した電解コンデンサの漏れ電流の減少率も示している。ここで、漏れ電流の減少率とは、初期の漏れ電流Ｉ０と、３０分後の漏れ電流Ｉ１とを用いて、（Ｉ１−Ｉ０）／Ｉで表される。
【００２８】
ここで、各条件における電解コンデンサのアルミ酸化膜の修復度は、電解コンデンサに直流電圧を印加してからの一定時間後の漏れ電流の減少率から推測することができる。直流電圧が印加されて、電解コンデンサのアルミ酸化膜が修復すると、漏れ電流が小さくなる。そのため、直流電圧の印加前後における漏れ電流の減少率が大きいほど、アルミ酸化膜の修復速度が高いことを示している。
【００２９】
図２に示すように、電解コンデンサの温度が高い状態、特に５０℃以上で直流電圧を印加した場合に、漏れ電流の減少率が大きく、アルミ酸化膜の修復が促進される。また、５０℃以上で修復速度が大きくなる事も見出した。これらの実験は、例えば自動車、エアコン、エレベータ、エスカレータの電力変換装置に組み込まれた電解コンデンサが置かれる環境下を模擬したものであり、実際の製品においても同様の傾向を示すものと考えられる。
【００３０】
図３は、実施の形態１の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ１０において、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ１１に進む。
【００３１】
ステップＳ１１において、制御装置１７は、スイッチ１２のオン状態を維持して、電力源１１と平滑コンデンサ１３の接続を継続する。自動車の停止直後には、自動車内の電力変換装置１９内の温度は、周囲環境、走行距離、および走行時間に影響を受けるものの、５０℃〜１５０℃程度である。従来は、自動車の停止後は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフとして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。これに対して、実施の形態１では、平滑コンデンサ１３の修復を目的として、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２のオンを維持することによって、自動車走行時（つまり、電力変換装置１９の動作中）の電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を、自動車停止後（つまり、電力変換装置１９の動作が停止中）も継続する。
【００３２】
ステップＳ１２において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【００３３】
ステップＳ１３において、制御装置１７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１以上と判定した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１２に戻る。ここで、設定温度ＴＨ１は、図２に示すような十分な酸化膜の修復速度が得られるように５０℃以上とすることが好ましい。設定温度ＴＨ１が低すぎる場合には、十分な酸化膜の修復速度が得られなくなるため、長時間の修復が必要となるとともに、平滑コンデンサ１３自身の漏れ電流による電力損失が発生するため、電力消費が大きくなるからである。
【００３４】
制御装置１７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１未満と判定した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、処理がステップＳ１４に進む。
【００３５】
ステップＳ１４において、制御装置１７は、スイッチ１２をオフとすることによって、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、自動車の停止、つまり電力変換装置の動作停止の直後、電力源１１と平滑コンデンサ１３として用いる電解コンデンサが高温下で接続されることによって、アルミ酸化膜の修復が促進される。また、アルミ酸化膜を修復した後、電力源と平滑コンデンサが接続されたままであると、コンデンサの漏れ電流によって電力消費するため、修復した後は電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離すことによって、効率的に電力変換装置の長寿命化を図ることができる。
【００３７】
なお、温度検出器１５が平滑コンデンサ１３の温度をサンプリングするタイミングは任意に設定することができる。
【００３８】
また、電力変換装置１９の動作中に平滑コンデンサ１３に流れるリップル電流による自己発熱温度が５℃以上となる場合において、平滑コンデンサ１３のアルミ酸化膜の劣化は、顕著になる。したがって、この場合に、実施の形態１の適用によるアルミ酸化膜の修復効果がより顕著となる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態１では、自動車が走行停止することによって電力変換装置１９の動作が停止後に、毎回、電力源１１と平滑コンデンサ１３として用いる電解コンデンサの接続を維持し、アルミ酸化膜の修復を実施した。電力変換装置１９の動作が停止毎にアルミ酸化膜の修復を行う場合、電解コンデンサの劣化抑制という点では有利であるものの、修復に要する電力消費の頻度が増加してしまう。そこで、実施の形態２の電力変換装置は、電力変換装置の動作の停止後に、アルミ酸化膜の修復のため、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を維持するかどうかを判定する。
【００４０】
自動車等のモータを駆動するための電力変換装置は、モータの始動時に、大きなトルクを必要とするため、電解コンデンサに蓄積された電荷を放出して、一時的に大電流が流れることになるため、電解コンデンサの劣化も大きくなる。特に、夏場の自動車の停止時に電力変換装置内が高温となっている場合には、電解コンデンサの劣化が更に大きくなる。
【００４１】
一方、冬場または寒冷地において電力変換装置内が低温となっている場合には、モータの動力を伝えるベルトの滑りが増大して、通常の始動時よりも更に大きな電流が必要となるため、電解コンデンサの劣化が大きくなる。
【００４２】
そこで、自動車を走行が開始することによって、電力変換装置１９の動作が開始した時点の平滑コンデンサ１３の温度が予め設定した温度範囲内の場合、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した後に、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を維持して、平滑コンデンサ１３を修復する。電力変換装置１９の動作が開始した時点の平滑コンデンサ１３の温度が予め設定した温度範囲外の場合、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した後に、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を遮断する。設定する温度範囲は、自動車で利用される電力変換装置の場合であれば、実環境を考慮した０度以下、および５０℃以上とすることができる。
【００４３】
実施の形態２の電力変換装置の構成は、実施の形態１の電力変換装置の１９の構成と同様である。
【００４４】
図４は、実施の形態２の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ２０において、自動車が走行を開始することによって、電力変換装置１９の動作が開始した場合に、処理がステップＳ２１に進む。
【００４５】
ステップＳ２１において、電力変換装置１９の動作開始時に、温度検出器１５が平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【００４６】
ステップＳ２２において、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度範囲内であるか否かを判定する。
【００４７】
温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が、設定温度範囲内の場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、処理がステップＳ２３に進む。平滑コンデンサ１３の温度が、設定温度範囲外の場合（Ｓ２２：ＮＯ）、処理がステップＳ２８に進む。
【００４８】
ステップＳ２８において、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ２９に進む。
【００４９】
ステップＳ２９において、制御装置１７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【００５０】
ステップＳ２３〜Ｓ２７については、実施の形態１のステップＳ１０〜Ｓ１４と同様に、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上である場合に、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を継続し、アルミ酸化膜を修復する。温度検出器１５で検出された温度が設定温度ＴＨ１未満になった場合に、制御装置１７が、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフとして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、平滑コンデンサとして用いる電解コンデンサの負荷が大きくなる高温（たとえば５０℃以上）または低温（たとえば０度以下の温度）で電力変換装置が動作を開始した場合に、自動車の停止後、つまり電力変換装置の動作停止後の高温化でアルミ酸化膜を効率的に修復することにより、電力変換装置の長寿命化と修復に要する消費電力を抑制することができる。
【００５２】
なお、例えば自動車の場合、運転時間が短く、自動者の停止後（電力変換装置の動作停止後）の平滑コンデンサの温度が設定温度よりも低い温度にまでしか上昇しなかった場合、アルミ酸化膜の修復が行われない。そのため、ステップＳ２５において、平滑コンデンサの温度に関係なく、アルミ酸化膜を修復するものとしてもよい。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、自動車の走行停止後、つまり電力変換装置の動作停止後に、平滑コンデンサ１３の劣化が大きい場合に、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することによってアルミ酸化膜を修復するかどうかを判定する。
【００５４】
図５は、実施の形態３の電力変換装置２９の構成を示す図である。
実施の形態３の電力変換装置２９が、実施の形態１の電力変換装置１９と相違する点は、実施の形態３の電力変換装置２９が、電圧検出器２０を備えた点と、制御装置１７の代わりに制御装置２７を備える点である。
【００５５】
電圧検出器２０は、平滑コンデンサ１３の両端の電圧を検出する。
ここで、電力変換装置２９の設計段階において、自動車の走行時、つまり電力変換装置２９の動作中における平滑コンデンサ１３の両端の電圧変動幅が一定値以下になるように所望の静電容量を有する平滑コンデンサ１３が選定されている。しかし、電解コンデンサでは、自動車走行時の電流印加による発熱によって電解液が蒸発したり、低温始動時に大電流が印加されたりすることで、徐々に静電容量が低下するため、電圧変動幅が大きくなる。そのため、電圧検出器２０で検出される電圧変動幅から平滑コンデンサ１３の劣化を検知することができる。そして、平滑コンデンサ１３の劣化が大きい場合に限り、平滑コンデンサ１３を修復するようにすることができる。
【００５６】
図６は、実施の形態３の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ３０において、自動車が走行を開始することによって、電力変換装置２９の動作が開始した場合に、処理がステップＳ３１に進む。
【００５７】
ステップＳ３１において、電圧検出器２０は、電力変換装置２９の動作中における平滑コンデンサ１３の両端の電圧変動幅ＶＢを計測して、制御装置２７へ出力する。
【００５８】
ステップＳ３２において、制御装置２７が、電圧検出器２０で検出された平滑コンデンサ１３の両端の電圧変動幅ＶＢが設定電圧幅ＴＨＷ以上であるか否かを判定する。電圧変動幅ＶＢが設定電圧幅ＴＨＷ以上と判断された場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、処理がステップＳ３３に進む。電圧変動幅ＶＢが設定電圧幅ＴＨＷ未満の場合（Ｓ３２：ＮＯ）は、処理がステップＳ３８に進む。
【００５９】
ステップＳ３８において、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ３９に進む。
【００６０】
ステップＳ３９において、制御装置１７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【００６１】
ステップＳ３３〜Ｓ３７については、実施の形態１のステップＳ１０〜Ｓ１４と同様に、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上である場合に、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を継続し、アルミ酸化膜を修復する。温度検出器１５で検出された温度が設定温度ＴＨ１未満になった場合に、制御装置１７が、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフとして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【００６２】
以上のように、本実施の形態では、平滑コンデンサとして用いる電解コンデンサが劣化した場合に、アルミ酸化膜の修復を行うことによって、電力変換装置の長寿命化と、アルミ酸化膜の修復に要する消費電力を抑制することができる。
【００６３】
実施の形態４．
実施の形態３では、自動車の走行中、つまり、電力変換装置２９の動作中において、平滑コンデンサ１３の劣化を検出するものとした。しかし、自動車の走行中において、モータ１８の出力の変動等で電圧変動が一時的に大きくなる場合には、平滑コンデンサ１３の劣化を精度よく検知できない場合がある。そこで、実施の形態４では、自動車起動時の自動車が走行していない状態、つまり電力変換装置の起動時に、平滑コンデンサ１３の劣化を精度良く検出する。
【００６４】
実施の形態４の電力変換装置の構成は、実施の形態３の電力変換装置２９の構成と同様である。
【００６５】
図７は、実施の形態４の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ４０において、自動車が起動することによって、電力変換装置２９が起動されて、制御装置２７が、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続したときに、処理がステップＳ４１に進む。
【００６６】
ステップＳ４１において、電圧検出器２０が、平滑コンデンサ１３の両端の電圧を検出することによって、平滑コンデンサ１３の充電に要する時間（以下、充電時間）とを検出して、制御装置２７へ出力する。
【００６７】
ステップＳ４２において、制御装置２７が、平滑コンデンサ１３の充電時間が設定時間ＴＴ１以下であるか否かを判定する。ここで、平滑コンデンサ１３の充電時間は、電力源１１の出力インピーダンスと平滑コンデンサ１３の静電容量の積で決まるため、平滑コンデンサ１３の静電容量が低下すると充電時間が短くなる。そのため、平滑コンデンサ１３の充電に要する充電時間の検出によって、平滑コンデンサ１３の劣化を判断することができる。
【００６８】
自動車が起動されることによって電力変換装置２９が起動された時にモータ１８の出力の変動がない状態で検出を行うため、平滑コンデンサ１３の劣化を精度良く検出することができる。
【００６９】
充電時間ＴＣが設定時間ＴＴ１以下の場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、処理がステップＳ４３に進む。充電時間ＴＣが設定時間ＴＴ１を超える場合（Ｓ４２：ＮＯ）、処理がステップＳ４８に進む。
【００７０】
ステップＳ４８において、自動車が停止することによって、電力変換装置１９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ４９に進む。
【００７１】
ステップＳ４９において、制御装置２７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【００７２】
ステップＳ４３〜Ｓ４７については、実施の形態１のステップＳ１０〜Ｓ１４と同様に、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上である場合に、制御装置２７が電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を継続させ、アルミ酸化膜を修復する。温度検出器１５で検出された温度が設定温度ＴＨ１未満になった場合に、制御装置２７が、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフとして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【００７３】
本実施の形態によれば、電力変換装置の起動時に平滑コンデンサの充電時間に基づいて、平滑コンデンサの劣化を高精度で検出し、平滑コンデンサが劣化した場合に、アルミ酸化膜の修復を行うことで、電力変換装置の長寿命化と、アルミ酸化膜の修復に要する消費電力を抑制することができる。
【００７４】
実施の形態５．
実施の形態１〜４の電力変換装置では、平滑コンデンサ１３として用いる電解コンデンサのアルミ酸化膜の修復を、自動車に搭載された電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することで実施した。ところで、近年、自動車分野における電気自動車およびハイブリッド車では、商用交流電源、自動車に搭載された太陽電池、または外部電力源からの給電によって、電力源を充電する自動車が増加してきている。エアコン、エレベータなどの他の電力変換装置でも同様に、太陽電池等の外部電源から給電されることがある。
【００７５】
そこで、実施の形態５では、平滑コンデンサ１３のアルミ酸化膜の修復を、実施の形態１〜４に記載のように自動車の電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続により行うだけでなく、電力変換装置が商用電源または自動車に搭載された太陽電池などのような外部電源と接続されている場合に、外部電源を用いて平滑コンデンサ１３のアルミ酸化膜を修復する。
【００７６】
図８は、実施の形態５の電力変換装置３９の構成を示す図である。
実施の形態５の電力変換装置３９が、実施の形態１の電力変換装置１９と相違する点は、実施の形態５の電力変換装置３９が、接続ポート２３を備え、温度検出器１５および制御装置１７の代わりに、接続検出器２４および制御装置３７を備える点である。
【００７７】
接続ポート２３は、商用電源または自動車に搭載された太陽電池などの外部電源２２と接続可能である。
【００７８】
接続検出器２４は、接続ポート２３に外部電源２２が接続されたか否かを検出する。
制御装置３７は、接続検出器２４によって接続ポート２３に外部電源２２が接続されたことが検出されたときに、スイッチ１２をオンとすることによって、外部電源２２および電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続する。
【００７９】
図９は、実施の形態５の電力変換装置３９の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ５０において、接続検出器２４が、外部電源２２と接続ポート２３との接続を検出した場合に、処理がステップＳ５１に進む。
【００８０】
ステップＳ５１において、制御装置３７が、スイッチ１２をオンにすることによって、外部電源２２および電力源１１と、平滑コンデンサ１３とが接続される。
【００８１】
ステップＳ５２において、接続検出器２４が、外部電源２２と接続ポート２３との接続が維持されていることを検出した場合に（Ｓ５２：ＹＥＳ）、スイッチ１２はオンのまま維持される。接続検出器２４が、外部電源２２と接続ポート２３との接続が遮断されていることを検出すると（Ｓ５２：ＮＯ）、処理がステップＳ５３に進む。
【００８２】
ステップＳ５３において、制御装置３７は、スイッチ１２をオフにすることによって、外部電源２２および電力源１１と、平滑コンデンサ１３とが切り離され、制御が終了する。
【００８３】
本実施の形態によれば、外部電源によりアルミ酸化膜の修復を行い、電力変換装置の長寿命化を図れる。
【００８４】
ここで、外部電源２２を使用する場合も、平滑コンデンサ１３の修復には電力を要するため、実施の形態１〜４に記載したように、平滑コンデンサ１３の温度または劣化状態によって、スイッチ１２を制御することによって、外部電源２２および電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続または遮断を切り替えるものとしてもよい。
【００８５】
実施の形態６．
自動車の走行時間が短い場合または寒冷地での走行時には、平滑コンデンサ１３の周囲温度がアルミ酸化膜の修復に適した５０℃以上にまで上がらない場合がある。そこで、実施の形態６では、平滑コンデンサ１３の周囲の温度を上げるヒータを設置することによって、アルミ酸化膜の修復が効率的に行われる温度まで上昇させてからアルミ酸化膜の修復を行う。
【００８６】
図１０は、実施の形態６の電力変換装置４９の構成を示す図である。
実施の形態６の電力変換装置４９が、実施の形態１の電力変換装置１９と相違する点は、実施の形態６の電力変換装置４９が、コンデンサ周囲を加熱するヒータ２５を備えた点と、制御装置１７の代わりに制御装置４７を備える点である。
【００８７】
ヒータ２５は、平滑コンデンサ１３のアルミ酸化膜の修復が効率的に行われる温度まで平滑コンデンサの周囲の温度を上昇させる。ヒータ２５は、セラミックヒータ、カーボンヒータ、シーズヒータ、またはペルチェ素子などを用いることができる。ヒータ２５は平滑コンデンサ１３に直接接触させてしまうと走行時の振動等で破損する可能性があるため、ヒータ２５と平滑コンデンサ１３とを直接接触させない。ただし、平滑コンデンサ１３を効率的に加熱するため、ヒータ２５を接触しないできるだけ近い位置に配置する。
【００８８】
図１１は、実施の形態６の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【００８９】
ステップＳ６０において、自動車が停止することによって、電力変換装置４９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ６１に進む。
【００９０】
ステップＳ６１において、制御装置４７は、スイッチ１２のオン状態を維持して、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を継続する。
【００９１】
ステップＳ６２において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【００９２】
ステップＳ６３において、制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１以上と判定した場合には（Ｓ６３：ＹＥＳ）、処理がステップＳ６４に進む。制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１未満と判定した場合には（Ｓ６３：ＮＯ）、処理がステップＳ６７に進む。ここで、ＴＨ１は、実施の形態１と同様に、５０℃が望ましい。
【００９３】
ステップＳ６４において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【００９４】
ステップＳ６５において、制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１以上と判定した場合には（Ｓ６５：ＹＥＳ）、処理がステップＳ６４に戻る。制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１未満と判定した場合には（Ｓ６５：ＮＯ）、処理がステップＳ６６に進む。
【００９５】
ステップＳ６６において、制御装置４７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【００９６】
ステップＳ６４〜Ｓ６６によって、実施の形態１と同様に、電力変換装置４９が停止後、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上の場合に、設定温度ＴＨ１未満となるまで、電力源１１と平滑コンデンサ１３とが接続する。
【００９７】
一方、電力変換装置４９が停止後、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１未満の場合に、以下に示すように、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを一旦切り離して、平滑コンデンサ１３を加熱する動作が行われる。
【００９８】
ステップＳ６７において、制御装置４７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【００９９】
ステップＳ６８において、制御装置４７が、平滑コンデンサ１３の周囲のヒータ２５をオンにする。
【０１００】
ステップＳ６９において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【０１０１】
ステップＳ７０において、制御装置４７が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ２未満であると判定した場合（Ｓ７０：ＮＯ）、処理がステップＳ６９に戻る。制御装置４７が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ２以上であると判定した場合（Ｓ７０：ＹＥＳ）、処理がステップＳ７１に進む。ステップＳ６３、Ｓ６５の設定温度ＴＨ１として５０℃が望ましいのは、温度が高くなりすぎると電解液の蒸発により、平滑コンデンサ１３の劣化が進んでしまうためである。スイッチ１２がオンにされていないステップＳ７０においては、設定温度ＴＨ２は、７５℃とするのが望ましい。
【０１０２】
ステップＳ７１において、制御装置４７は、スイッチ１２をオンにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続する。電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離して、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱した後に、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することで、アルミ酸化膜を効率的に修復することができる。あるいは、ステップＳ６７において、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離すことなく、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱することも可能である。
【０１０３】
ステップＳ７２において、制御装置４７は、スイッチ１２をオンにしてからの経過時間を測定するためのタイマをスタートさせる。
【０１０４】
ステップＳ７３において、制御装置４７が、タイマのタイマ値であるスイッチ１２をオンしてからの経過時間が設定時間ＴＴ２を超えたと判定した場合（Ｓ７３：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ７４に進む。制御装置４７が、タイマのタイマ値であるスイッチ１２をオンしてからの経過時間が設定時間ＴＴ２を超えていないと判定した場合（Ｓ７３：ＮＯ）、ステップＳ７３が続行される。ここで、設定時間ＴＴ２は、図２に示されるように、アルミ酸化膜を十分に修復するためには、３０分が好ましい。
【０１０５】
ステップＳ７４において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の周囲のヒータ２５をオフにする。
【０１０６】
ステップＳ７５において、制御装置４７が、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離す。
【０１０７】
本実施の形態によれば、機器の使われ方および周囲環境などによって、平滑コンデンサの温度が低い場合にも、ヒータにより平滑コンデンサの温度を上げることによって、アルミ酸化膜の修復を効率的に行うことができる。これによって、電力変換装置の長寿命化を図ることができる。
【０１０８】
なお、実施の形態３、４に記載したような、平滑コンデンサの劣化を検知して、電力変換装置の停止後に電力源１１と平滑コンデンサ１３を接続する場合にも、平滑コンデンサの温度が設定温度ＴＨ１より低い場合には、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱してから、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することによって同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
なお、実施の形態５に記載したような、外部電源２２を接続して平滑コンデンサ１３と接続する場合にも、平滑コンデンサの温度が低い場合には、ヒータ２５で加熱してから、外部電源２２と平滑コンデンサ１３とを接続することで同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
実施の形態７．
実施の形態１では、電力変換装置の停止後に、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上である場合に、電力源１１と平滑コンデンサ１３の接続を継続し、アルミ酸化膜を修復した。しかし、電力変換装置の停止直後には、平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上であっても、やがて電力変換装置の停止直後から平滑コンデンサ１３の周囲温度は低下するため、周囲環境および電力変換装置の稼働状況によっては、アルミ酸化膜の修復時間を十分とれない場合がある。そこで、実施の形態７では、図１０に示す電力変換装置４９において、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱することによって、平滑コンデンサ１３の温度が設定温度ＴＨ１以上となるのが設定時間ＴＴ３を超えるようにする。これによって、アルミ酸化膜をより確実に修復することができる。
【０１１１】
より具体的には、制御装置４７は、電力変換装置４９の動作停止後に、平滑コンデンサ１３と電力源１１とを接続し、電力変換装置４９の動作停止後から予め定められた設定時間ＴＴ３を超えるまでに、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度が予め定められた設定温度ＴＨ１未満になった場合に、平滑コンデンサ１３の温度１３が設定温度ＴＨ１以上となる期間が設定時間ＴＴ３を超えるように平滑コンデンサ１３を加熱する。
【０１１２】
図１２は、実施の形態７の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【０１１３】
ステップＳ８１において、自動車が停止することによって、電力変換装置４９の動作が停止した場合に、処理がステップＳ８２に進む。
【０１１４】
ステップＳ８２において、制御装置４７は、スイッチ１２のオン状態を維持して、電力源１１と平滑コンデンサ１３との接続を継続する。
【０１１５】
ステップＳ８３において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間を測定するためのタイマをスタートさせる。
【０１１６】
ステップＳ８４において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【０１１７】
ステップＳ８５において、制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１以上と判定した場合には（Ｓ８５：ＹＥＳ）、処理がステップＳ８４に戻る。制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１未満と判定した場合には（Ｓ８５：ＮＯ）、処理がステップＳ８６に進む。ここで、ＴＨ１は、実施の形態１と同様に、５０℃が望ましい。
【０１１８】
ステップＳ８６において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間を測定するためのタイマを一時停止させる。
【０１１９】
ステップＳ８７において、制御装置４７が、タイマのタイマ値である平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間が設定時間ＴＴ３を超えたと判定した場合には（Ｓ８７：ＹＥＳ）、処理がステップＳ８８に進む。制御装置４７が、タイマのタイマ値である平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間が設定時間ＴＴ３を超えていないと判定した場合には（Ｓ８７：ＮＯ）、処理がステップＳ８９に進む。
【０１２０】
ステップＳ８８において、制御装置４７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにすることによって、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【０１２１】
ステップＳ８９において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の周囲のヒータ２５をオフにする。
【０１２２】
ステップＳ９０において、温度検出器１５が、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫを検出する。
【０１２３】
ステップＳ９１において、制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１以上と判定した場合には（Ｓ９１：ＹＥＳ）、処理がステップＳ９２に進む。制御装置４７が、温度検出器１５で検出された平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが、設定温度ＴＨ１未満と判定した場合には（Ｓ９１：ＮＯ）、処理がステップＳ９０に戻る。
【０１２４】
ステップＳ９２において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間を測定するためのタイマを再開させる。
【０１２５】
ステップＳ９３において、制御装置４７が、タイマのタイマ値である平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間が設定時間ＴＴ３を超えたと判定した場合には（Ｓ９３：ＹＥＳ）、処理がステップＳ９４に進む。制御装置４７が、タイマのタイマ値である平滑コンデンサ１３の温度ＴＫが設定温度ＴＨ１以上となる期間が設定時間ＴＴ３を超えていないと判定した場合には（Ｓ９３：ＮＯ）、ステップＳ９３が続行される。
【０１２６】
ステップＳ９４において、制御装置４７は、平滑コンデンサ１３の周囲のヒータ２５をオフにする。
【０１２７】
ステップＳ９５において、制御装置４７は、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続するスイッチ１２をオフにすることによって、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを切り離し、制御を終了する。
【０１２８】
本実施の形態によれば、機器の使われ方および周囲環境によって、平滑コンデンサの温度が低い場合にも、ヒータによって平滑コンデンサの温度を上げてアルミ酸化膜の修復を効率的に行うことができる。これによって、電力変換装置の長寿命化を図ることができる。
【０１２９】
なお、実施の形態３、４に記載したような、平滑コンデンサの劣化を検知して、電力変換装置の停止後に電力源１１と平滑コンデンサ１３を接続する場合にも、平滑コンデンサの温度が設定温度ＴＨ１より低くなった場合には、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱することで、設定温度を保持しつつ設定時間の間、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することによって同様の効果を得ることができる。
【０１３０】
実施の形態８．
実施の形態６、７では、平滑コンデンサのアルミ酸化膜を効率よく修復するために、ヒータを設置して平滑コンデンサを加熱するものであった。本実施の形態では、ヒータを設置する代わりに、図１に示す電力変換装置１９の制御により、平滑コンデンサ１３とモータ１８の巻き線を利用して、平滑コンデンサ１３に電流を流して加熱することができる。
【０１３１】
実施の形態８では、モータ１８として、特に電気自動車用のモータとして用いられる同期モータを使用する。モータ制御としては、ベクトル制御を用いる。ベクトル制御では、トルク軸（ｑ軸）と励磁軸（ｄ軸）とに分けてモータ制御が行われる。このベクトル制御において、ｑ軸に電流を流すと電動機はトルクを発生するが、ｄ軸に流してもトルクは発生せず、モータ１８は回転しない。
【０１３２】
図１３は、実施の形態８における、モータ１８のd軸電圧Ｖｄ、モータ１８のd軸電流Ｉｄ、および平滑コンデンサ１３の電流Iｃの波形を示す図である。
【０１３３】
平滑コンデンサ１３を加熱するにあたり、制御装置１７は、スイッチ１２をオンにして、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続する。制御装置１７は、電力変換部１４のスイッチング素子１４ａ〜１４ｆを制御する。制御装置１７は、電力変換部１４のスイッチングによって、所定のｄ軸電圧Ｖｄを発生させるために、スイッチング素子１４ａ〜１４ｆのＤｕｔｙ比を調整する。
【０１３４】
まず、Ｔ１において、制御装置１７は、Ｈレベルのｄ軸電圧Ｖｄが印加されるようにスイッチング素子１４ａ〜１４ｆを制御する。Ｈレベルのｄ軸電圧Ｖｄの印加によって、モータ１８の巻き線に流れるｄ軸電流Ｉｄは時間ととともに増加する。この際、平滑コンデンサ１３に蓄えられたエネルギーは、モータ１８側に放電される。したがって、平滑コンデンサ１３の電流Ｉｃは、時間とともに減少する。
【０１３５】
次に、Ｔ２において、制御装置１７は、スイッチング素子１４ａ〜１４ｆを制御して、Ｌレベルのｄ軸電圧Ｖｄを印加する。Ｌレベルのｄ軸電圧Ｖｄの印加によって、モータ１８の巻き線に流れるｄ軸電流Ｉｄは、時間ととともに減少する。この際、平滑コンデンサ１３にエネルギーが戻る。つまり、平滑コンデンサ１３は充電されるため、平滑コンデンサ１３の電流Ｉｃは増加する。
【０１３６】
Ｔ３、Ｔ４とそれ以降は、Ｔ２、Ｔ２の動作を繰り返す。
以上のように、電力変換部１４のスイッチング素子１４a〜１４ｆを制御して、平滑コンデンサ１３から放電して、モータ１８の巻き線に電気エネルギー蓄積させた後、モータ１８に蓄積したエネルギーを平滑コンデンサ１３に戻して、充電する動作を繰り返す。この平滑コンデンサ１３の充放電動作時に、平滑コンデンサ１３が有する内部抵抗による発熱するため、平滑コンデンサ１３を加熱することができる。
【０１３７】
また、温度が高くなりすぎると電解液の蒸発により、平滑コンデンサ１３の劣化が進んでしまうため、平滑コンデンサ１３の温度が、５０℃以上７５℃以下となるように電力変換部１４のスイッチング素子１４a〜１４ｆを制御することが望ましい。
【０１３８】
また、実施の形態６，７で記載したヒータによる加熱と併用して、平滑コンデンサを加熱することも可能である。
【０１３９】
実施の形態８による平滑コンデンサ１３の加熱は、トルクが発生しないd軸に流れる電流を制御するため、自動車が停止した状態でも実施することができる。
【０１４０】
平滑コンデンサ１３の加熱は、実施の形態６、７と同様に機器が停止している場合に実施され、機器の使われ方および周囲環境によって平滑コンデンサの温度が低い場合にも、電力変換装置とモータの巻き線を利用することで、平滑コンデンサの温度を上げてアルミ酸化膜の修復を効率的に行うことができる。これによって、電力変換装置の長寿命化を図ることができる。
【０１４１】
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請求の範囲によって示され、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】
【０１４２】
１１  電力源、１２  スイッチ、１３  平滑コンデンサ、１４  電力変換部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ  スイッチング素子、１５  温度検出器、１７，２７，３７  制御装置、１８  モータ、１９，２９，３９，４９  電力変換装置、２０  電圧検出器、２２  外部電源、２４  接続検出器、２５  ヒータ、２３  接続ポート，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆ  ダイオード。
【図１】
2019098004.tif 000003
【図２】
2019098004.tif 000004
【図３】
2019098004.tif 000005
【図４】
2019098004.tif 000006
【図５】
2019098004.tif 000007
【図６】
2019098004.tif 000008
【図７】
2019098004.tif 000009
【図８】
2019098004.tif 000010
【図９】
2019098004.tif 000011
【図１０】
2019098004.tif 000012
【図１１】
2019098004.tif 000013
【図１２】
2019098004.tif 000014
【図１３】
2019098004.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月6日(2020.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
近年、例えば自動車分野において、電気自動車またはハイブリッド車に代表されるような、動力源と発電とを兼用したモータおよび発電機システムが急速に進歩している。これらのシステムの多くは、動力と発電とを兼務する発電機と、その制御にあたる電力変換装置とによって構成されている。電力変換装置には、エネルギーを蓄えて電圧を平滑化する電解コンデンサが必要である。電解コンデンサには、電力変換装置の小型化のため、低背なアルミ電解コンデンサまたはハイブリッド型電解コンデンサが用いられている。ハイブリッド型電解コンデンサは、アルミ電解コンデンサに導電性高分子を混合したものである。ハイブリッド型電解コンデンサは、等価直列抵抗(ＥＳＲ：Equivalent  Series  Resistance)を抑制することによって、電流印加持の発熱を抑制することができるとともに、アルミ電解コンデンサと比べて更なる小型化が可能である。燃費を改善するため電動モータの出力増加により、電解コンデンサに印加される電流は増加する傾向にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
これらの電解コンデンサでは、電流印加時の発熱によって電解液が蒸発して、漏れ電流の増加または静電容量が低下し、それらの劣化が一定値を超えた場合、故障となる。また、電力変換装置が長時間動作せず、電解コンデンサに電圧が印加されない状態が続くと、電解コンデンサ内に水分が浸入して、アルミ酸化膜またはアルミ箔が腐食することによって、劣化、および短寿命となる課題がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】実施の形態１の電力変換装置１９の構成を表わす図である。
【図２】電解コンデンサの温度と、電解コンデンサに直流電圧を印加する前後での漏れ電流の減少率との関係を表わす図である。
【図３】実施の形態１の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図４】実施の形態２の電力変換装置１９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図５】実施の形態３の電力変換装置２９の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図７】実施の形態４の電力変換装置２９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図８】実施の形態５の電力変換装置３９の構成を示す図である。
【図９】実施の形態５の電力変換装置３９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１０】実施の形態６の電力変換装置４９の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態６の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１２】実施の形態７の電力変換装置４９の制御手順を表わすフローチャートである。
【図１３】実施の形態８における、モータ１８のd軸電圧Ｖｄ、モータ１８のd軸電流Ｉｄ、および平滑コンデンサ１３の電流Iｃの波形を示す図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図２は、電解コンデンサの温度と、電解コンデンサに直流電圧を印加する前後での漏れ電流の減少率との関係を表わす図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図２において、縦軸は、漏れ電流の減少率を示し、横軸は、電解コンデンサの温度を示す。定格１００μＦ-６３Ｖの電解コンデンサを、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃に設定した恒温槽内に設置して、直流電圧（電解コンデンサの定格電圧６３Ｖ）を３０分間印加したときの漏れ電流の減少率が示されている。また、比較として、直流電圧を印加せず、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃に設定した恒温槽内に３０分間放置した電解コンデンサの漏れ電流の減少率も示している。ここで、漏れ電流の減少率とは、初期の漏れ電流Ｉ０と、３０分後の漏れ電流Ｉ１とを用いて、（Ｉ１−Ｉ０）／Ｉ０で表される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
実施の形態２の電力変換装置の構成は、実施の形態１の電力変換装置１９の構成と同様である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
なお、例えば自動車の場合、運転時間が短く、自動車の停止後（電力変換装置の動作停止後）の平滑コンデンサの温度が設定温度よりも低い温度にまでしか上昇しなかった場合、アルミ酸化膜の修復が行われない。そのため、ステップＳ２５において、平滑コンデンサの温度に関係なく、アルミ酸化膜を修復するものとしてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
ステップＳ４１において、電圧検出器２０が、平滑コンデンサ１３の両端の電圧を検出することによって、平滑コンデンサ１３の充電に要する時間（以下、充電時間）を検出して、制御装置２７へ出力する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
図１０は、実施の形態６の電力変換装置４９の構成を示す図である。
実施の形態６の電力変換装置４９が、実施の形態１の電力変換装置１９と相違する点は、実施の形態６の電力変換装置４９が、コンデンサ１３の周囲を加熱するヒータ２５を備えた点と、制御装置１７の代わりに制御装置４７を備える点である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
なお、実施の形態３、４に記載したような、平滑コンデンサの劣化を検知して、電力変換装置の停止後に電力源１１と平滑コンデンサ１３を接続する場合にも、平滑コンデンサの温度が設定温度ＴＨ１より低くなった場合には、ヒータ２５によって平滑コンデンサ１３を加熱することで、設定温度ＴＨ１を保持しつつ設定時間の間、電力源１１と平滑コンデンサ１３とを接続することによって同様の効果を得ることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３６】
Ｔ３、Ｔ４とそれ以降は、Ｔ１、Ｔ２の動作を繰り返す。
以上のように、電力変換部１４のスイッチング素子１４a〜１４ｆを制御して、平滑コンデンサ１３から放電して、モータ１８の巻き線に電気エネルギー蓄積させた後、モータ１８に蓄積したエネルギーを平滑コンデンサ１３に戻して、充電する動作を繰り返す。この平滑コンデンサ１３の充放電動作時に、平滑コンデンサ１３が有する内部抵抗による発熱するため、平滑コンデンサ１３を加熱することができる。
【国際調査報告】
2019098004.tif 000016
2019098004.tif 000017
2019098004.tif 000018