(57)【要約】【課題】直流電源とインバータの間に少なくとも２個の昇降圧コンバータが並列に接続されている電源システムに関し、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じた場合に、二次的な故障の発生を回避する。【解決手段】直流電源３と、並列接続された２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂと、インバータ２０と、故障検出装置１２と、コントローラ９を備える。故障検出装置１２は、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じたか否かを監視し、オン故障が生じた時に、コントローラ９が、他方の上アームスイッチング素子を所定時間オフ状態に保持する。【選択図】図３
2018033214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、インバータと、前記直流電源と前記インバータの間に並列に接続されている複数個の昇降圧コンバータと、故障検出装置と、コントローラを備えており、
前記昇降圧コンバータの各々は、前記直流電源の正極に接続される電源側正極端と、前記直流電源の負極に接続される電源側負極端と、前記インバータの正極に接続されるインバータ側正極端と、前記インバータの負極に接続されるインバータ側負極端と、前記インバータ側正極端と前記インバータ側負極端の間に直列に接続されている２個のスイッチング素子と、一端が前記電源側正極端に接続されているとともに他端が前記２個のスイッチング素子の接続部に接続されているリアクトルを備えており、
前記故障検出装置は、いずれかの前記昇降圧コンバータの前記インバータ側正極端側の前記スイッチング素子（上アームスイッチング素子）がオン故障したことを検出し、
前記故障検出装置がいずれかの前記昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子のオン故障を検出した時に、前記コントローラがその他の前記昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子を所定時間オフ状態に保持する、電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、電源システムを開示する。特に、直流電源とインバータの間に複数個の電圧変換用コンバータが並列に接続されており、そのインバータにモータを接続して走行するモータ車両（ハイブリッド車を含む）用の電源システムを開示する。
【背景技術】
【０００２】
モータ車両のなかには、直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給するコンバータを備えるものがある。また、走行用モータが発電機となることがあるために、モータ車両のなかには、走行用モータで発生した電圧をコンバータで降圧して直流電源を充電するものがある。その種のモータ車両は、昇降圧コンバータを利用する。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、直流電源とインバータの間に複数個の昇降圧コンバータを並列に接続する技術が開発されている。一つの昇降圧コンバータで低出力から高出力までの範囲をカバーするよりも、モータに要求される電力の大きさに応じて、作動させる昇降圧コンバータの数を調整する方が、昇降圧コンバータによる電力変換効率が高い出力範囲を活用する機会が増える。あるいは、複数個の昇降圧コンバータの間で位相をずらすことによって、出力電圧の変動を抑制することができる。
【０００４】
昇降圧コンバータは、直流電源の正極に接続されている電源側正極端と、直流電源の負極に接続されている電源側負極端と、インバータの正極に接続されているインバータ側正極端と、インバータの負極に接続されているインバータ側負極端と、インバータ側正極端とインバータ側負極端の間に直列に接続されている２個のスイッチング素子と、一端が電源側正極端に接続されているとともに他端が前記した２個のスイッチング素子の接続部に接続されているリアクトルを備えている。
【０００５】
上記した昇降圧コンバータでは、前記した２個のスイッチング素子のうち、インバータ側正極端側のスイッチング素子（本明細書では上アームスイッチング素子という。）をオンオフさせることによって、インバータから送られる高電圧を降圧して直流電源を充電する。逆に、インバータ側負極端側のスイッチング素子（本明細書では下アームスイッチング素子という。）をオンオフさせることによって、直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２１０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数個の昇降圧コンバータを並列に接続する電源システムの場合、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオン故障（常時にオンしてしまい、オフできない故障）することがある。その場合、その他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオンすると、直流電源とインバータの間を複数個のリアクトルで並列に接続する回路が形成されてしまう。リアクトルが並列に接続されると合計のインダクタンスが低下する。直流電源とインバータの間が一個のリアクトルで接続されている回路と、直流電源とインバータの間が複数個のリアクトルの並列回路で接続されている回路を比較すると、昇降圧コンバータが降圧動作する際には、前者の回路よりも後者の回路に依る場合に、直流電源側に大きな突入電流が流れ、直流電源側の電圧が過度に上昇し、二次的な故障が生じるという問題がある。
【０００８】
本明細書では、直流電源とインバータの間に複数個の昇降圧コンバータを並列に接続している電源システムにおいて、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じても、直流電源側に過度に大きな電圧が印加されない技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書が開示する電源システムは、直流電源と、インバータと、直流電源とインバータの間に並列に接続されている複数個の昇降圧コンバータと、故障検出装置と、コントローラを備えている。
昇降圧コンバータの各々は、直流電源の正極に接続されている電源側正極端と、直流電源の負極に接続されている電源側負極端と、インバータの正極に接続されているインバータ側正極端と、インバータの負極に接続されているインバータ側負極端を備えている。ここでいうインバータの正極と負極は、高電位側と低電位側に対応し、高電位側を正極といい、低電位側を負極という。インバータ側正極端とインバータ側負極端の間には、２個のスイッチング素子が直列に接続されている。昇降圧コンバータの各々は、さらにリアクトルを備えている。リアクトルの一端は電源側正極端に接続されており、リアクトルの他端は２個のスイッチング素子の接続部に接続されている。
故障検出装置は、いずれかの昇降圧コンバータのインバータ側正極端側のスイッチング素子（上アームスイッチング素子）がオン故障したことを検出する。コントローラは、故障検出装置がいずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子のオン故障を検出した時に、その他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子を所定時間オフ状態に保持する。
【００１０】
本明細書で開示する技術によれば、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じた場合には、他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオフ状態に保持される。この結果、直流電源とインバータの間を複数個のリアクトルで並列に接続する回路が形成されることがない。この結果、直流電源側に大きな突入電流が流れて、直流電源側の電圧が過度に上昇して二次的な故障が生じるのを防ぐことができる。
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の電源システム２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図である。
【図２】故障検出装置１２によるオン故障監視処理のフローチャートである。
【図３】コントローラ９が実行する上アームスイッチング素子のスイッチング制御のフローチャートである。
【図４】上アームスイッチング素子のスイッチング動作と、インバータ側電圧と電源側電圧の推移を示すタイムチャートである。
【図５】故障検出装置１２による故障判定の他のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）オン故障した上アームスイッチング素子を特定し、それ以外の（オン故障していない）上アームスイッチング素子の制御手順を異常時用に切り換える。
（特徴２）いずれかの上アームスイッチング素子にオン故障が発生したことを検知するもののオン故障した上アームスイッチング素子を特定しない。全部の上アームスイッチング素子の制御手順を異常時用に切り換える。
（特徴３）並列接続されている複数個のコンバータを共通に制御する。
（特徴４）並列接続されている複数個のコンバータを個々に制御する。
（特徴５）並列接続されている複数個のコンバータのなかから、運転するコンバータを選択する。
【実施例】
【００１３】
図１を参照して実施例の電源システム２を説明する。電源システム２から走行用モータ３０に駆動電力を供給することによって、電気自動車１００が走行する。電源システム２は、電気自動車１００に搭載されている。
実施例の電気自動車１００は、直流電源３、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂ、インバータ２０と、走行用モータ３０等を有する。直流電源３から供給される直流電力をインバータ２０で交流電力に変換し、その交流電力によって走行用モータ３０が回転し、電気自動車１００が走行する。運転者がブレーキを踏んだときは、モータ３０が出力軸側から逆駆動され、モータ３０が発電する。モータ３０が発電した交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換され、直流電源３を充電する。モータ３０がトルクを発生して車両が走行することを「力行」と称し、モータ３０が発電機として機能して電力を作ることを「回生」と称する。回生により生成された電力は回生電力と称する。回生電力は直流電源３の充電に使われる。
【００１４】
電源システム２は、直流電源３とインバータ２０の他に、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂ、故障検出装置１２、コントローラ９、システムメインリレー１３、フィルタコンデンサ１４、平滑コンデンサ１５等を備える。電源システム２では、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂの夫々で、直流電源３から供給される直流電圧を昇圧し、インバータ２０へ供給する。また、夫々の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂは、インバータ２０から送られる回生電力を降圧して直流電源３を充電することもできる。即ち、昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。以下では、昇降圧コンバータ１０ａを第１コンバータ１０ａと称し、昇降圧コンバータ１０ｂを第２コンバータ１０ｂと称する場合がある。
【００１５】
直流電源３は、例えばリチウムイオン電池であり、二次電池である。直流電源３とインバータ２０の間に、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂが並列に接続されている。昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂから見て、直流電源３の側を電源側１７と称し、インバータ２０の側をインバータ側１８と称する。直流電源３の正極に接続される端子を電源側正極端１７ａといい、直流電源３の負極に接続される端子を電源側負極端１７ｂという。また、インバータ２０の高電位極に接続される端子をインバータ側正極端１８ａといい、インバータ２０の低電位極に接続される端子をインバータ側負極端１８ｂという。前記した電源側正極端１７ａ、電源側負極端１７ｂ、インバータ側正極端１８ａ、インバータ側負極端１８ｂは、第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂに共通する。
【００１６】
直流電源３と２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂの間に、システムメインリレー１３が接続されている。システムメインリレー１３は、車両のメインスイッチ（不図示）と連動している。車両のメインスイッチ（不図示）がオンされるとシステムメインリレー１３が閉じ、直流電源３と２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂが接続される。メインスイッチがオフされるとシステムメインリレー１３が開き、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂが直流電源３から遮断される。
【００１７】
第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂは同じ回路構成を有する。第１コンバータ１０ａについて説明する。第１コンバータ１０ａは、リアクトル４ａ、２個のトランジスタ５ａ，６ａ、２個のダイオード７ａ，８ａを備えている。２個のトランジスタ５ａ，６ａはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。２個のトランジスタ５ａ，６ａは直列に接続されている。２個のトランジスタ５ａ，６ａの直列接続の高電位側がインバータ側正極端１８ａに接続されており、低電位側がインバータ側負極端１８ｂに接続されている。説明の便宜上、高電位側のトランジスタを上アームトランジスタ５ａと称し、低電位側のトランジスタを下アームトランジスタ６ａと称する場合がある。ダイオード７ａは、高電位側のトランジスタ５ａに対して逆並列に接続されており、ダイオード８ａは、低電位側のトランジスタ６ａに対して逆並列に接続されている。リアクトル４ａの一端は電源側正極端１７ａに接続されており、他端は２個のトランジスタ５ａ，６ａの接続部に接続されている。インバータ側負極端１８ｂと電源側負極端１７ｂは直接に接続されている。
【００１８】
第２コンバータ１０ｂは、２個のトランジスタ５ｂ、６ｂ、リアクトル４ｂ、ダイオード７ｂ、８ｂを備える。図１から理解されるように、第２コンバータ１０ｂの回路構成は第１コンバータ１０ａの回路構成と同じである。それゆえ、詳しい説明は割愛する。説明の便宜上、２個のトランジスタ５ｂ、６ｂのうち、高電位側のトランジスタを上アームトランジスタ５ｂと称し、低電位側のトランジスタを下アームトランジスタ６ｂと称する場合がある。
【００１９】
電源側正極端１７ａと電源側負極端１７ｂの間にフィルタコンデンサ１４が接続されている。フィルタコンデンサ１４は、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂに対して共通のコンデンサであり、リアクトル４ａ、４ｂと連動して電気エネルギを一時的に蓄えたり放出したりする。インバータ側正極端１８ａとインバータ側負極端１８ｂの間には平滑コンデンサ１５が接続されている。平滑コンデンサ１５も２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂに対して共通のコンデンサであり、昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂからインバータ２０へ供給される電流の脈動を抑えて平滑化する。
【００２０】
先に述べたように、昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂは、直流電源３の電圧を昇圧してインバータ２０へ供給する昇圧動作と、インバータ２０から送られる回生電力を降圧して直流電源３へ供給する降圧動作を行うことができる。第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ５ａが降圧動作に関与する。同様に、第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ５ｂが降圧動作に関与する。トランジスタ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、夫々、コントローラ９からゲートに与えられるＰＷＭ信号（駆動信号）によりオンとオフが切り換えられる。トランジスタ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを駆動するＰＷＭ信号は、コントローラ９が生成する。説明の便宜上、上アームトランジスタ５ａへ供給する駆動信号をＡ１駆動信号と称し、下アームトランジスタ６ａへ供給する駆動信号をＡ２駆動信号と称する。同様に、上アームトランジスタ５ｂへ供給する駆動信号をＢ１駆動信号と称し、下アームトランジスタ６ｂへ供給する駆動信号をＢ２駆動信号と称する。図中の「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」、「Ｂ２」が夫々、Ａ１駆動信号、Ａ２駆動信号、Ｂ１駆動信号、Ｂ２駆動信号を意味する。
【００２１】
電気自動車１００では、アクセルペダルとブレーキペダルが頻繁に踏み替えられる。すなわち、電気自動車１００では、力行と回生が頻繁に入れ替わる。すなわち、第１コンバータ１０ａにおける電流の向きが頻繁に入れ替わる。そこで、電源システム２のコントローラ９は、トランジスタ５ａと６ａに相補的な駆動信号（ＰＷＭパルス信号）を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ６ａに供給するＰＷＭ信号（Ａ２駆動信号）のＨＩＧＨ電位とＬＯＷ電位を反転させたＰＷＭ信号をＡ１駆動信号として上アームトランジスタ５ａに供給する。そうすると、第１コンバータ１０ａは、電流の向きに関わらずに、低圧側の電圧と高圧側の電圧の比を一定に保持するように動作する。第２コンバータ１０ｂについても同様である。即ち、コントローラ９は、トランジスタ５ｂと６ｂに相補的な駆動信号（ＰＷＭパルス信号）を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ６ｂに供給するＰＷＭ信号（Ｂ２駆動信号）のＨＩＧＨ電位とＬＯＷ電位を反転させたＰＷＭ信号をＢ１駆動信号として上アームトランジスタ５ｂに供給する。
【００２２】
コントローラ９は、第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂが同じ動作を行うように、夫々の昇降圧コンバータの上アームトランジスタ５ａ、５ｂに同じ波形の駆動信号（Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号）を供給する。同様にコントローラ９は、夫々の昇降圧コンバータの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに同じ波形の駆動信号（Ａ２駆動信号とＢ２駆動信号）を供給する。ここで、同じ波形とは、同じデューティ比であることを意味する。コントローラ９は、不図示のアクセルペダルの踏込量等の車両状態（例えば直流電源３の充電量）に基づいて、モータ３０の目標回転数と目標トルクを決定し、これらからコンバータ１０ａ，１０ｂの目標電圧を決定する。その目標電圧が実現するように、各トランジスタに与える駆動信号、即ち、ＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。先に述べたように、上アームトランジスタ５ａ、５ｂのデューティ比は同じであり、下アームトランジスタ６ａ、６ｂのデューティ比も同じである。
本実施例では、Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号が共通であり、Ａ２駆動信号とＢ２駆動信号が共通である。並列接続されている２個のコンバータ１０ａ，１０ｂが共通に制御される。本実施例では、２個のインバータ１０ａ，１０ｂのうちの一方だけを運転できるようになっている。例えば、Ｂ１駆動信号とＢ２駆動信号をオフに固定し、コンバータ１０ａのみを運転することができる。インバータを通過する電力量が低い場合は、いずれか一方のインバータのみを利用し、他のインバータを休止させることができる。上記に代えて、Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号の間に位相差を持たせてもよい。位相をずらすことによって出力電圧等の脈動を低下させることができる。あるいは、Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号を独立に制御してもよい。
【００２３】
なお、２個の昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂの目標電圧は、コントローラ９に記憶されている電圧マップを参照して決定される。電圧マップは、モータ３０の目標回転数を横軸にとり、モータ３０の目標トルクを縦軸にとった座標系を複数の領域に分けたマップである。モータ３０の目標回転数と目標トルクの組が属する領域に割り当てられた電圧が目標電圧となる。
【００２４】
また、電源システム２は、第１の上アームスイッチング素子５ａを流れる電流値ｉａを検出する第１電流計１２ａと、第２の上アームスイッチング素子５ａを流れる電流値ｉｂを検出する第２電流計１２ｂを備えている。第１電流計１２ａと第２電流計１２ｂは、故障検出装置１２に接続されている。
【００２５】
図２は、故障検出装置１２による上アームトランジスタ５ａ，５ｂのオン故障監視処理を示している。ステップ１とステップ２では、第１の上アームトランジスタ５ａのゲートにオフ電圧を印加しているにも関わらず、第１の上アームトランジスタ５ａに電流が流れるか否かを監視する。第１の上アームトランジスタ５ａにオン故障が発生すれば、ステップ２がＹＥＳとなる。その場合は、ステップ３で、第１の上アームトランジスタ５ａにオン故障が発生したことを示す第１フラグをオンする。ステップ４とステップ５では、第２の上アームトランジスタ５ｂのゲートにオフ電圧を印加しているにも関わらず、第２の上アームトランジスタ５ｂに電流が流れるか否かを監視する。第２の上アームトランジスタ５ｂにオン故障が発生すれば、ステップ５がＹＥＳとなる。その場合は、ステップ６で、第２の上アームトランジスタ５ｂにオン故障が発生したことを示す第２フラグをオンする。図２の処理は単時間間隔で繰り返し実行する。オン故障が発生したときに、ステップ３，６が実施され、オン故障を示すフラグがオンする。なお、「フラグをオンする」とは、プログラム上の変数である「フラグ」に、所定の値（例えば「１」）を格納することを意味する。図２のサブルーチンとは別のサブルーチンである図３のサブルーチンにおいて、「フラグ」の値が参照され、オン故障が発生したか否かに応じて異なる処理が実行される。
【００２６】
コントローラ９では、故障検出装置１２からの判定情報に基づき、各昇降圧コンバータ１０ａ，１０ｂの上アームトランジスタ５ａ、５ｂのスイッチング制御を実施する。
【００２７】
図３は、コントローラ９によって上アームトランジスタ５ａ，５ｂのスイッチング制御をする処理手順を示す。図３を参照しながら、上アームトランジスタのスイッチング制御のフローについて説明する。ステップ１１では、第１フラグと第２フラグの少なくとも一方がオンしているか否かを判定する。両方ともオフであれば、異常時の処理をスキップして、その回の処理を終える。
いずれかの一方の上アームトランジスタがオン故障していれば、図３の処理を実行しているタイミングが、オン故障していない上アームトランジスタをオンさせる期間内か否かを判断する。オン期間内にあれば（Ｓ１２がＹＥＳなら）、その上アームトランジスタ（オン故障していない正常なスイッチング素子）を強制的にオフしてしまう（Ｓ１４）。オフ期間内にあれば（Ｓ１２がＮＯなら）、その上アームトランジスタ（オン故障していない正常なスイッチング素子）が所定時間オフに維持されるようにする（Ｓ１３）。これによって、オン故障した上アームトランジスタと、オン故障していない上アームトランジスタの双方がオンすることを防止する。オン故障してから所定時間は、双方がオンすることがないようにする。なおステップ１３とステップ１４は、異常時に実施する処理であり、正常時には実施されない。
【００２８】
図４は、第１コンバータ１０ａの上アームトランジスタ５ａの状態と、第２コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ５ｂのスイッチング動作と、インバータ側電圧ＶＨと電源側電圧ＶＬの推移を示している。図４は、第１の上アームトランジスタ５ａにオン故障が発生した場合を例示している。
【００２９】
図４の横軸は時間経過を示している。グラフＡは第１コンバータ１０ａの第１上アームトランジスタ５ａの状態を示す。図４は、時刻ｔ１において、第１上アームトランジスタ５ａがオン故障した場合を例示している。この場合、グラフＢに示すように、第１フラグがオンとなることから、第１上アームトランジスタ５ａがオン故障したことが分かる。
実線で示すグラフＣ１は、本技術に依らない場合の第２の上アームトランジスタ５ｂの状態変化を示し、上アームトランジスタ５ａにオン故障が生じたことが判明した時刻ｔ２以降も、一定のデューティ比で、オンオフの動作を繰り返す。それに対して、破線で示すグラフＣ２は、本技術（いずれかの上アームトランジスタがオン故障すれば、正常な上アームトランジスタを一定時間内はオフに維持する技術）に依る場合の第２の上アームトランジスタ５ｂの状態変化を示し、上アームトランジスタ５ａにオン故障が生じたことが判明した時刻ｔ２以降は、一定時間の間オフに維持される。
【００３０】
時刻ｔ１前は、第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂの双方が正常であり、一定のデューティ比でスイッチング動作している。この場合、インバータ側の電圧ＶＨは、グラフＤに示すように、昇圧された電圧値６５０Ｖを示している。また、電源側電圧ＶＬは、グラフＥ１、Ｅ２に示すように、一定の電圧３００Ｖに保持されている。
【００３１】
グラフＥ１は、本技術に依らない場合の電源電圧ＶＬの変化を示す。オン故障した第１の上アームトランジスタ５ａに加えて、正常に動作する第２の上アームトランジスタ５ｂまでオンするために、直流電源３と平滑コンデンサ１５の間が、リアクトル４ａ，４ｂの並列回路によって接続されてしまう。このため、平滑コンデンサ１５（６５０Ｖが印加されていた）から直流電源３（３００Ｖに維持されている）に大きな突入電流が流れる。図４の実線のグラフＥ１が示すように、電源側電圧は一時的に大きな値にまで上昇する。
破線に示すグラフＥ２は、本技術に依る場合の電源電圧ＶＬの変化を示す。オン故障した第１の上アームトランジスタ５ａのみがオンし、正常に動作する第２の上アームトランジスタ５ｂはオフに維持されるために、直流電源３と平滑コンデンサ１５の間が、リアクトル４ａのみを介して接続される。このため、平滑コンデンサ１５から直流電源３に大きな突入電流が流れることがない。図４の破線に示すグラフＥ２に示すように、電源側電圧は一時的に上昇するものの、そのピーク値は、グラフＥ１のピーク値よりも小さく抑えられる。
【００３２】
いずれの場合も、平滑コンデンサ１５の電圧が直流電源３の電圧に等しくなれば、突入電流が流れなくなり、平滑コンデンサ１５の電圧は直流電源３の電圧に等しくなる。図４の処理では、それまでの間は、正常に動作する上アームスイッチング素子をオフに維持する。
【００３３】
なお、上アームトランジスタ５ａがオン故障してから、故障判定されるまでの時間、つまり時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間が短いほど、電源側電圧ＶＬ上昇を素早く抑えることができ、より効果的である。
【００３４】
上記では、第１コンバータ１０ａの上アームトランジスタ５ａがオン故障した場合について説明したが、第２コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ５ｂがオン故障した場合にも、コントローラ９による同様の制御により、上アームトランジスタ５ａが所定時間、オフ状態に保持される。このため、両方のコンバータの上アームトランジスタのオン状態が重なることがなく、突入電流による電源側の素子が破損するのを防ぐことができる。
【００３５】
オン故障の監視処理は図２のものに限られない。例えば、特開２００７―０６８３０５号公報に記載の技術に利用してもよい。その場合は、直流電源の電源側電圧ＶＬと、インバータ側の電圧ＶＨを検出し、図５の処理を実施する。
ステップ２１では、インバータ側電圧ＶＨと電源側電圧ＶＬとの電位差の絶対値ΔＶ１が閾値Ａ以上であるか否かを判定する。Ａの値には、コンバータ１０ａ，１０ｂが正常に昇降圧している場合の最少電位差を設定しておく。さらに、上述した目標電圧ＶＰとインバータ側電圧ＶＨとの電位差の絶対値ΔＶ２が閾値Ｂ以下であるか否かを判定する。Ｂの値には、コンバータ１０ａ，１０ｂが正常に動作している場合の最大誤差を設定しておく。ΔＶ１がＡ以上であり、かつΔＶ２がＢ以下であれば、コンバータ１０ａ，１０ｂが正常に動作していることが分かる。その場合はステップ２５に進む。
ステップ２１がＮＯとなる場合、すなわち、ΔＶ１＜ＡであるかまたはΔＶ２＞Ｂの場合は、その継続時間を閾値Ｃと比較する。オン故障が生じれば、閾値Ｃをこえることから、ステップ２３に進む。閾値Ｃを超えないうちに正常条件が成立すれば、ステップ２５を実行する。コンバータ１０ａ，１０ｂのいずれかでオン故障が発生すれば、ステップ２３からステップ２４に進み、故障判定フラグがオンされる。
【００３６】
図５の処理では、第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂのいずれにオン故障が生じたのかはわからない。本実施例では、第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂを同時に同じように制御する。この場合、第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂのいずれかにオン故障が生じれば、第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂの双方をオフする。第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂの双方を共通に制御する場合は、第１の上アームトランジスタ５ａと第２の上アームトランジスタ５ｂのいずれかにオン故障が生じたのが分かればよく、どちらがオン故障したかは不明であってもよい。
【００３７】
上記実施例では、二つの昇降圧コンバータを並列に接続した電源システムにおける制御について説明した。しかし、本明細書が開示する技術は、３個以上の昇降圧コンバータを並列に接続した電源システムに適用することも可能である。その場合、３個以上の昇降圧コンバータのうち、１個の昇降圧コンバータについて、上アームトランジスタにオン故障が生じたと判定された場合に、他の２個以上の昇降圧コンバータの上アームトランジスタを一定時間オフ状態に保持することで、二次的故障を防ぐことができる。
【００３８】
上記実施例では、オン故障判定において、電源側電圧とインバータ側電圧の電位差、および出力側目標電圧と実測値の差によって、上アームトランジスタのオン故障を判定する構成とした。しかし、オン故障判定は、これに限定されず、周知のあらゆるオン故障判定が適用可能である。
【００３９】
実施例の電源システム２は、故障検出装置１２がいずれかの昇降圧コンバータの上アームトランジスタのオン故障を検出したときに、コントローラ９がその他の昇降圧コンバータの上アームトランジスタを所定時間オフ状態に保持する。ここで、「所定時間」には、発生する突入電流が十分に小さくなるまでの時間が設定される。その時間は、リアクトル４ａ、４ｂの特性や、平滑コンデンサ１５の特性に依存して定められる。
【００４０】
なお、上記実施例のトランジスタ５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、が請求項の「スイッチング素子」の一例に相当する。「スイッチング素子」はＩＧＢＴに限られない。請求項の「スイッチング素子」は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、その他の素子であってもよい。
【００４１】
以上、本発明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】
【００４２】
２：                    電源システム
３：                    直流電源
４ａ，４ｂ：            リアクトル
５ａ，６ａ，５ｂ，６ｂ：トランジスタ
７ａ，８ａ，７ｂ，８ｂ：ダイオード
９：                    コントローラ
１０ａ：                第１昇降圧コンバータ
１０ｂ：                第２昇降圧コンバータ
１２：                  故障検出装置
１２ａ，１２ｂ：        電流計
１３：                  システムメインリレー
１４：                  フィルタコンデンサ
１５：                  平滑コンデンサ
１７ａ：                電源側正極端
１７ｂ：                電源側負極端
１８ａ：                インバータ側正極端
１８ｂ：                インバータ側負極端
２０：                  インバータ
３０：                  モータ
１００：                電気自動車
【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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