(57)【要約】【課題】長寿命化を図った電力変換装置等を提供する。【解決手段】電力変換装置１００は、並列接続される電力変換ユニット１１，１２と、電力変換ユニット１１，１２を制御する共通ユニット制御回路２０と、を備え、電力変換ユニット１１，１２は、それぞれ、温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスと、前記デバイスの温度を少なくとも検出し、その検出値を共通ユニット制御回路２０に出力する検出器と、を有し、共通ユニット制御回路２０は、前記劣化特性及び前記検出値に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、電力変換ユニット１１，１２のそれぞれに流れる電流を調整する。【選択図】図１
2018042355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続される複数の電力変換ユニットと、
複数の前記電力変換ユニットを制御するユニット制御部と、を備え、
複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、
温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスと、
前記デバイスの温度を少なくとも検出し、その検出値を前記ユニット制御部に出力する検出器と、を有し、
前記ユニット制御部は、前記劣化特性及び前記検出値に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、複数の前記電力変換ユニットのそれぞれに流れる電流を調整すること
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記デバイスには、スイッチング素子と、コンデンサと、が含まれ、
前記ユニット制御部は、劣化している前記スイッチング素子が存在する場合、当該スイッチング素子を有する前記電力変換ユニットの稼動・停止の切替頻度を、正常な前記電力変換ユニットの稼動・停止の切替頻度よりも少なくすること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ユニット制御部は、劣化している前記スイッチング素子が存在する場合において、複数の前記電力変換ユニットのうち少なくとも一つを停止させるとき、正常な前記電力変換ユニットのうち少なくとも一つを停止させ、劣化している前記スイッチング素子を有する前記電力変換ユニットを継続して稼動させること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ユニット制御部は、劣化している前記コンデンサが存在する場合、当該コンデンサを有する前記電力変換ユニットの継続稼動時間を、正常な前記電力変換ユニットの継続稼動時間よりも短くすること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ユニット制御部は、劣化している前記コンデンサが存在する場合において、複数の前記電力変換ユニットのうち少なくとも一つを停止させるとき、劣化している前記コンデンサを有する前記電力変換ユニットを停止させること
を特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記デバイスには、前記スイッチング素子で発生する熱を放熱させる冷却フィンを有する冷却器がさらに含まれ、
前記ユニット制御部は、前記スイッチング素子の温度と、前記冷却フィンの温度と、前記スイッチング素子の消費電力である損失と、に基づいて、前記スイッチング素子の熱抵抗を算出し、前記熱抵抗に基づいて、前記スイッチング素子のうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記ユニット制御部は、前記冷却フィンの温度に基づいて、前記冷却器が劣化していると判定した場合、当該冷却器を有する前記電力変換ユニットの継続稼動時間を、正常な前記電力変換ユニットの継続稼動時間よりも短くすること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子の使用開始時の前記熱抵抗である初期熱抵抗が格納される初期熱抵抗記憶部を備え、
前記ユニット制御部は、前記初期熱抵抗を基準とする前記熱抵抗の増加分に基づいて、前記スイッチング素子のうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記コンデンサの使用開始時の温度である初期温度が格納される初期温度記憶部を備え、
前記ユニット制御部は、前記初期温度を基準とする前記コンデンサの温度の増加分に基づいて、前記コンデンサのうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記デバイスには、前記スイッチング素子に接続されるヒューズがさらに含まれ、
前記ユニット制御部は、前記ヒューズの温度に基づいて、当該ヒューズが劣化していると判定した場合、当該ヒューズを有する前記電力変換ユニットの継続稼動時間を、正常な前記電力変換ユニットの継続稼動時間よりも短くすること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記ユニット制御部は、複数の前記電力変換ユニットの前記デバイスがいずれも劣化していない場合、複数の前記電力変換ユニットの累積稼動時間及び稼動・停止の切替回数を均等化させる均等化制御を実行すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記ユニット制御部は、劣化している前記デバイスが存在する場合、前記均等化制御を行う場合よりも前記電力変換ユニットの稼動台数を増やすこと
を特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記ユニット制御部は、前記スイッチング素子の温度の上昇・低下が繰り返された累積回数と、当該スイッチング素子の前記熱抵抗と、に基づいて、当該スイッチング素子の余寿命を算出し、前記余寿命を当該スイッチング素子に対応付けて表示装置に表示すること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
並列接続される複数の電力変換ユニットを制御するユニット制御部が、温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスを有する前記電力変換ユニットの前記デバイスの温度検出値及び前記劣化特性に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、複数の前記電力変換ユニットのそれぞれに流れる電流を調整すること
を特徴とする電力変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置に関して、例えば、特許文献１には、並列接続された複数台の無停電電源装置のいずれかで故障が発生した場合、運転効率を最大とする制御を停止することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、冷却器を通流する冷却媒体の温度変化が所定の値以上であり、かつ、熱抵抗が所定の値以上である場合、冷却器の冷却性能が劣化していると判定する電力変換器について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５３９８７号公報
【特許文献２】特開２０１５−５３７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、部品交換等に要するメンテナンスコストを低減して電力変換装置の長寿命化を図ることが求められているが、その具体的方法については特許文献１，２のいずれにも記載されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、長寿命化を図った電力変換装置等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、並列接続される複数の電力変換ユニットと、複数の前記電力変換ユニットを制御するユニット制御部と、を備え、複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスと、前記デバイスの温度を少なくとも検出し、その検出値を前記ユニット制御部に出力する検出器と、を有し、前記ユニット制御部は、前記劣化特性及び前記検出値に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、複数の前記電力変換ユニットのそれぞれに流れる電流を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長寿命化を図った電力変換装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の電力変換ユニットを含む構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置が備えるパワー半導体モジュールの寿命特性に関する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置が備えるコンデンサの寿命特性に関する説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図７】（ａ）は負荷に供給される負荷電流の変化を示す説明図であり、（ｂ）は延寿命制御：第１モードにおけるユニット出力電流の変化を示す説明図であり、（ｃ）は延寿命制御：第２モードにおけるユニット出力電流の変化を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置が備える電流・電圧−損失データテーブルの説明図である。
【図１０】（ａ）はパワー半導体モジュール及び冷却フィンの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す構成をｙ方向から見た側面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置が備えるコンデンサの初期温度に関する説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の均等化制御における電力変換ユニットの稼動台数、及び延寿命制御における電力変換ユニットの稼動台数に関する説明図である。
【図１７】（ａ）は負荷に供給される負荷電流の変化を示す説明図であり、（ｂ）は延寿命制御：第１モードにおけるユニット出力電流の変化を示す説明図であり、（ｃ）は延寿命制御：第２モードにおけるユニット出力電流の変化を示す説明図である。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る電力変換装置の電力変換ユニットを含む構成図である。
【図１９】本発明の第５実施形態に係る電力変換装置の共通ユニット制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【図２０】本発明の第５実施形態に係る電力変換装置が備えるパワー半導体モジュールの余寿命の算出に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
≪第１実施形態≫
＜電力変換装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１００の構成図である。
電力変換装置１００は、直流電源Ｅから入力される直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力を負荷Ｆに出力する三相インバータである。図１に示すように、電力変換装置１００は、並列接続された電力変換ユニット１１，１２と、これらの電力変換ユニット１１，１２を制御する共通ユニット制御回路２０（ユニット制御部）と、を備えている。
【００１１】
電力変換ユニット１１，１２は、その入力側が直流電源Ｅに接続され、出力側が負荷Ｆに接続されている。なお、以下の説明において電力変換ユニット１１，１２について言及する場合、「電力変換ユニット１０」と記載することがあるものとする。
【００１２】
共通ユニット制御回路２０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
【００１３】
共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２に設置されている各検出器（図２に示す電流センサ１１ｂや温度センサ１１ｃ，１１ｄ）の検出値に基づいて、電力変換ユニット１１，１２に所定の制御信号を出力する機能を有している。
【００１４】
図２は、電力変換装置１００が備える電力変換ユニット１１を含む構成図である。
なお、図２では、一方の電力変換ユニット１１を図示し、他方の電力変換ユニット１２（図１参照）の図示を省略している。
図２に示すように、電力変換ユニット１１は、ブリッジ回路１１ａと、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の電流を検出する電流センサ１１ｂ（検出器）と、ユニット制御回路１１ｅと、を備えている。また、電力変換ユニット１１は、前記した構成の他に、コンデンサＣ（デバイス）と、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃ（検出器）と、コンデンサ温度センサ１１ｄ（検出器）と、をそれぞれ３つずつ備えている。
【００１５】
ブリッジ回路１１ａは、３つのパワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷ（つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のレグ）が並列接続された構成になっている。なお、以下の説明において、パワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷについて言及する場合、「パワー半導体モジュールＭ」と記載することがあるものとする。
【００１６】
図２に示すように、Ｕ相に対応するパワー半導体モジュールＭＵは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２（デバイス）と、スイッチング素子Ｓ１に逆並列に接続された整流素子Ｄ１と、スイッチング素子Ｓ２に逆並列に接続された整流素子Ｄ２と、を備えている。
【００１７】
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、整流素子Ｄ１，Ｄ２等は、例えば、ダイオードである。図２に示すように、コンデンサＣの正側にコレクタが接続されるスイッチング素子Ｓ１と、コンデンサＣの負側にエミッタが接続されるスイッチング素子Ｓ２と、の接続点が、Ｕ相の配線に接続されている（Ｖ相、Ｗ相についても同様）。
【００１８】
コンデンサＣは、直流電源Ｅから印加される電圧（脈流を含む直流電圧）を平滑化するデバイスである。図２に示す例では、Ｕ相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を含むレグの両端にコンデンサＣが接続されている（Ｖ相、Ｗ相のレグについても同様）。
【００１９】
パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃは、パワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷの温度（図２では「ＰＭ温度」と記載）をそれぞれ検出するセンサである。
コンデンサ温度センサ１１ｄは、３つのコンデンサＣの温度（図２では「ＣＡＰ温度」と記載）をそれぞれ検出するセンサである。
【００２０】
電流センサ１１ｂは、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の電流（「ユニット出力電流」ともいう）をそれぞれ検出するセンサである。
電流センサ１１ｂ、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃ、及びコンデンサ温度センサ１１ｄの検出値は、共通ユニット制御回路２０に出力される。
【００２１】
ユニット制御回路１１ｅは、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
ユニット制御回路１１ｅは、例えば、周知のＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）に基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートに所定のパルス信号を出力する機能を有している。これによって、直流電源Ｅから入力される直流電力が電力変換ユニット１１において交流電力に変換され、この交流電力が負荷Ｆに出力される。
【００２２】
また、ユニット制御回路１１ｅは、共通ユニット制御回路２０からの制御信号に基づいて、電力変換ユニット１１の稼働・停止を切り替えたり、電力変換ユニット１１のユニット出力電流を調整したりする機能も有している。
なお、他方の電力変換ユニット１２（図１参照）の構成については、電力変換ユニット１１と同様であるから説明を省略する。
【００２３】
＜パワー半導体モジュールの寿命特性＞
図３は、パワー半導体モジュールＭの寿命特性に関する説明図である。
図３の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量である。例えば、電力変換ユニット１０の稼動・停止である「パワーサイクル」が繰り返されると、それに伴って、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が交互に繰り返される。図３の横軸に示す「温度の変化量」は、このようなパワー半導体モジュールＭの温度の上昇幅・低下幅（絶対値）を表している。
【００２４】
図３の縦軸は、パワー半導体モジュールＭのパワーサイクル寿命回数である。この「パワーサイクル寿命回数」とは、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきるまでに繰り返されるパワーサイクルの回数である。
【００２５】
なお、パワー半導体モジュールＭは、図示はしないが、銅配線・半田・シリコンチップや樹脂等の絶縁部材の他、アルミを含む金属製のケース等、熱膨張係数の異なる材料を含んでいる。したがって、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されると、熱膨張・熱収縮に伴う熱応力によって、半田のクラックや絶縁部材の剥離が生じやすくなる。その結果、パワー半導体モジュールＭの絶縁性や放熱性が劣化する。また、図３に示すように、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量が大きいほど、そのパワーサイクル寿命回数は少なくなる傾向がある。
【００２６】
＜コンデンサの寿命特性＞
図４は、コンデンサＣの寿命特性に関する説明図である。
図４の横軸は、電力変換ユニット１０の累積稼動時間である。図４の縦軸は、コンデンサＣの静電容量及び内部抵抗である。
【００２７】
電力変換ユニット１０を継続的に稼動させると、コンデンサＣの周囲温度や内部温度が上昇する。その結果、図４に示すように、コンデンサＣの静電容量が徐々に減少する一方で、コンデンサＣの内部抵抗が徐々に増加する。このように内部抵抗が増加すると、コンデンサＣの内部温度が上昇しやすくなる。
ここで、コンデンサＣとして電解コンデンサを例に説明すると、その周囲温度や内部温度が高い状態が継続すると、電解コンデンサの封口ゴム（図示せず）が劣化し、この封口ゴムを介して電解液が外部に拡散しやすくなる。その結果、電解コンデンサの静電容量の低下や内部抵抗（誘電正接）が増加し、通常よりも電解コンデンサの寿命が短くなる。
【００２８】
＜各デバイスの劣化特性の相違＞
前記したように、パワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）は、温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されるほど、その劣化が進む。言い換えると、電力変換ユニット１０の稼動・停止が頻繁に繰り返されるほど、パワー半導体モジュールＭの劣化が進む。
一方、コンデンサＣは、高温状態が長く続くほど、その劣化が進む。言い換えると、電力変換ユニット１０の継続稼動時間が長いほど、コンデンサＣの劣化が進む。
【００２９】
このように、電力変換ユニット１０は、「温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイス」として、パワー半導体モジュールＭと、コンデンサＣと、を備えている。本実施形態では、このような各デバイスの劣化特性に基づいて、共通ユニット制御回路２０が、電力変換ユニット１１，１２のそれぞれに流れる電流を調整するようにしている。
【００３０】
＜共通ユニット制御回路の処理＞
図５は、共通ユニット制御回路２０が実行する処理のフローチャートである（適宜、図１、図２を参照）。
なお、図５の「ＳＴＡＲＴ」時には、電力変換ユニット１０のパワー半導体モジュールＭやコンデンサＣは劣化していないものとする。
【００３１】
ステップＳ１０１において共通ユニット制御回路２０は、均等化制御を実行する。
この「均等化制御」とは、電力変換ユニット１１，１２の累積稼動時間及び稼動・停止の切替回数を均等化させる制御である。例えば、軽負荷時において共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２を所定時間ずつ交互に稼動させる。これによって、電力変換ユニット１１，１２の累積稼働時間及び稼働・停止の切替回数を略等しくすることができる。
【００３２】
また、高負荷時において共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２の両方を稼動させる。これによって、高負荷時でも負荷Ｆに適切に給電できる。このように、負荷電力（負荷電流）の大きさに応じて電力変換ユニット１１，１２の稼動台数を調整することで無負荷損失を低減し、高効率化を図ることができる。
【００３３】
ステップＳ１０２において共通ユニット制御回路２０は、各センサの検出値を読み込む。すなわち共通ユニット制御回路２０は、電流センサ１１ｂの検出値の他、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃの検出値（温度Ｔｍ）や、コンデンサ温度センサ１１ｄの検出値（温度Ｔｃ）を読み込む。
【００３４】
ステップＳ１０３において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、電力変換ユニット１０ごとに判定する。この所定閾値Ｔｍ１は、パワー半導体モジュールＭが劣化しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０４に進む。
【００３５】
ステップＳ１０４において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、電力変換ユニット１０ごとに判定する。この所定閾値Ｔｃ１は、コンデンサＣが劣化しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０５に進む。
【００３６】
ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第１モードを実行する。この「延寿命制御：第１モード」は、パワー半導体モジュールＭの劣化を抑制するための制御モードである。以下では、一例として、一方の電力変換ユニット１１のパワー半導体モジュールＭが劣化し、他方の電力変換ユニット１２は正常である場合について説明する。
【００３７】
図７（ａ）は、負荷Ｆに供給される負荷電流の変化を示す説明図である。
図７（ａ）に示す例では、所定の負荷要求に基づいて、低負荷時には所定値Ｉ１の負荷電流が負荷Ｆに供給され、高負荷時には所定値Ｉ２（＞Ｉ１）の負荷電流が負荷Ｆに供給されている。
【００３８】
図７（ｂ）は、延寿命制御：第１モードにおいて、電力変換ユニット１１，１２のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図７（ｂ）に示すように、延寿命制御：第１モード（Ｓ１０５：図５参照）において共通ユニット制御回路２０は、パワー半導体モジュールＭが劣化した電力変換ユニット１１のユニット出力電流を所定値Ｉ１で維持している。一方、正常な電力変換ユニット１２については、負荷要求（つまり、負荷Ｆの定格電力に対する負荷率）に応じて、稼動・停止が切り替えられている。
【００３９】
このように、共通ユニット制御回路２０は、劣化しているパワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）を有する電力変換ユニット１１の稼動・停止の切替頻度を、正常な電力変換ユニット１２の稼動・停止の切替頻度よりも少なくしている。これによって、劣化しているパワー半導体モジュールＭの温度変化が抑制されるため、電力変換ユニット１１を含む電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。なお、図７（ｂ）に示す２つのユニット出力電流の和が、図７（ａ）に示す負荷電流である。
【００４０】
ちなみに、図５のステップＳ１０５（延寿命制御：第１モード）において、電力変換ユニット１１，１２の両方でパワー半導体モジュールＭが劣化していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、劣化の程度が大きい（温度Ｔｍが高い、又は熱抵抗が大きい）方の電力変換ユニット１０を継続的に稼動して、その電流変動を抑制する。また、共通ユニット制御回路２０は、劣化の程度が小さい方の電力変換ユニット１０の稼動・停止を負荷要求に応じて適宜に切り替える。
【００４１】
また、図５のステップＳ１０３において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃ（コンデンサＣの温度）が所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０７に進む。
【００４２】
ステップＳ１０７において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第２モードを実行する。この「延寿命制御：第２モード」は、コンデンサＣの劣化を抑制するための制御モードである。以下では、一例として、一方の電力変換ユニット１１のコンデンサＣが劣化し、他方の電力変換ユニット１２は正常である場合について説明する。
【００４３】
図７（ｃ）は、延寿命制御：第２モードにおいて、電力変換ユニット１１，１２のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図７（ｃ）に示すように、延寿命制御：第２モード（Ｓ１０７：図５参照）において共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣが劣化した電力変換ユニット１１のユニット出力電流を、負荷要求に応じてゼロと所定値Ｉ１とで交互に変化させている。また、共通ユニット制御回路２０は、正常な電力変換ユニット１２を継続的に稼動している。
【００４４】
このように、共通ユニット制御回路２０は、劣化しているコンデンサＣを有する電力変換ユニット１１の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１２の継続稼動時間よりも短くしている。これによって、劣化しているコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮し、コンデンサＣの内部抵抗の増加を抑制できる。したがって、電力変換ユニット１１の延寿命化を図ることができる。なお、図７（ｃ）に示す２つのユニット出力電流の和が、図７（ａ）に示す負荷電流である。
【００４５】
ちなみに、図５のステップＳ１０７（延寿命制御：第２モード）において、電力変換ユニット１１，１２の両方でコンデンサＣが劣化していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣの劣化の程度が大きい（温度Ｔｃが高い）電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くし、コンデンサＣの劣化の程度が小さい電力変換ユニット１０を継続的に稼動させる。
【００４６】
また、図５のステップＳ１０６において、温度Ｔｃ（コンデンサＣの温度）が所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１０８に進む。つまり、電力変換ユニット１１，１２が有する各デバイスのいずれも劣化していない場合、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１０８に進む。
【００４７】
ステップＳ１０８において共通ユニット制御回路２０は、ステップＳ１０１で説明した均等化制御を継続する。これによって、前記したように無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
【００４８】
また、図５のステップＳ１０３において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上であり（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、かつ、ステップＳ１０４において温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第３モードを実行する。この「延寿命制御：第３モード」は、パワー半導体モジュールＭの劣化を抑制するとともに、コンデンサＣの劣化を抑制する制御モードである。
【００４９】
例えば、一方の電力変換ユニット１１ではパワー半導体モジュールＭが劣化し、他方の電力変換ユニット１２ではコンデンサＣが劣化している場合、共通ユニット制御回路２０は、以下のような制御を実行する。すなわち、共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１を継続的に稼動させ、電力変換ユニット１２の稼動・停止を負荷率に応じて適宜に切り替える。これによって、劣化したパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制できるとともに、劣化したコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮できる。
【００５０】
また、劣化したパワー半導体モジュールＭ及びコンデンサＣが、一つの電力変換ユニット１０の中に混在していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、劣化が著しい方のデバイスを特定し、そのデバイスの劣化を抑制するように電力変換ユニット１０の電流を調整する。このように共通ユニット制御回路２０は、各デバイスの劣化特性及び温度検出値に基づいて、各デバイスの劣化を抑制するように、電力変換ユニット１１，１２のそれぞれに流れる電流を調整する。
図５のステップＳ１０５，１０７，又はＳ１０９の処理を行った後、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１１０に進む。
【００５１】
ステップＳ１１０において共通ユニット制御回路２０は、各センサの検出値を再び読み込む。
ステップＳ１１１において共通ユニット制御回路２０は、パワー半導体モジュールＭの温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。この所定閾値Ｔｍ２は、パワー半導体モジュールＭが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、前記した所定閾値Ｔｍ１（Ｓ１０３：図５参照）よりも高い値として予め設定されている。
【００５２】
温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上のパワー半導体モジュールＭが「故障している」と判定する。
【００５３】
ステップＳ１１３において共通ユニット制御回路２０は、ステップＳ１１２の判定結果（故障）を報知する。例えば、共通ユニット制御回路２０は、故障したパワー半導体モジュールＭの識別記号や、その温度等を表示装置（図示せず）に表示させる。なお、故障したパワー半導体モジュールＭは、その後のメンテナンス時に交換される。
【００５４】
また、ステップＳ１１１において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４において共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣの温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。この所定閾値Ｔｃ２は、コンデンサＣが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、前記した所定閾値Ｔｃ１（Ｓ１０４：図５参照）よりも高い値として予め設定されている。
【００５５】
温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１２に進む。そして、共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上のコンデンサＣが「故障している」と判定し（Ｓ１１２）、その旨を報知する（Ｓ１１３）。
【００５６】
なお、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣ等のデバイスが故障した場合でも、そのデバイスを有する電力変換ユニット１０を即座に停止させずに、その後のメンテナンス時まで稼動させ続けることが望ましい。これによって、負荷要求に応じた所定の電力を負荷Ｆに供給できるからである。したがって、故障したデバイスが存在する場合、共通ユニット制御回路２０は、例えば、電力変換ユニット１１，１２の両方を常時稼動させることによって、それぞれのユニット出力電流を抑制する。
ちなみに、ステップＳ１１２の「故障あり」とは、その程度が比較的軽い故障を意味している。したがって、前記したように、そのデバイスを有する電力変換ユニットを即座に停止させる必要は特にない。
【００５７】
また、ステップＳ１１４において温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１５に進む。つまり、劣化したデバイスが存在するものの、そのデバイスがまだ故障には至っていない場合、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１５に進む。
ステップＳ１１５において共通ユニット制御回路２０は、前記した延寿命制御（第１・第２・第３モードのいずれか）を継続する。
【００５８】
＜効果＞
第１実施形態によれば、例えば、電力変換ユニット１１のパワー半導体モジュールＭが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１１の稼動・停止の切替頻度を少なくして、パワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制する。これによって、パワー半導体モジュールＭの劣化の進行を抑制し、ひいては、電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。
【００５９】
また、例えば、電力変換ユニット１１のコンデンサＣが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１１の継続稼動時間を短くして、コンデンサＣの内部抵抗の増加を抑制する。これによって、コンデンサＣの劣化の進行を抑制し、ひいては、電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。
【００６０】
また、延寿命制御：第１モード、第２モード、及び第３モードのいずれにおいても、正常な電力変換ユニット１０の稼動・停止が、負荷率に応じて適宜に切り替えられる。このように、電力変換ユニット１０の稼働台数を負荷率に基づいて最適化することで無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
【００６１】
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分に基づいて、その劣化の有無を判定する点が第１実施形態とは異なっている。また、第２実施形態は、コンデンサＣの温度の増加分に基づいて、その劣化の有無を判定する点が第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００６２】
＜電力変換装置の構成＞
図８は、第２実施形態に係る電力変換装置１００Ａの構成図である。
図８に示すように、電力変換装置１００Ａは、電力変換ユニット１１，１２と、共通ユニット制御回路２０Ａと、を備えている。
電力変換ユニット１１，１２は並列接続され、それぞれ、第１実施形態（図２参照）と同様の構成を備えている。
【００６３】
共通ユニット制御回路２０Ａは、電流・電圧−損失データテーブル２０ａと、損失算出部２０ｂと、熱抵抗算出部２０ｃと、を備えている。また、共通ユニット制御回路２０Ａは、前記した構成の他に、初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄ（初期熱抵抗記憶部）と、コンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅ（初期温度記憶部）と、劣化デバイス判定部２０ｆと、制御モード設定部２０ｇと、制御信号生成部２０ｈと、を備えている。
【００６４】
電流・電圧−損失データテーブル２０ａは、パワー半導体モジュールＭに流れる電流と、パワー半導体モジュールＭに印加される電圧と、に基づいて、その損失（つまり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等の消費電力）を算出するためのデータテーブルである。
【００６５】
図９は、電流・電圧−損失データテーブル２０ａの説明図である。
図９の横軸はパワー半導体モジュールＭに流れる電流（つまり、ユニット出力電流）であり、縦軸はパワー半導体モジュールＭの損失である。
図９に示すように、電流が大きいほど、また、パワー半導体モジュールＭに印加される電圧が高いほど（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）、パワー半導体モジュールＭの損失は大きくなっている。このような情報が、電流・電圧−損失データテーブル２０ａとして予め記憶されている。
【００６６】
図８に示す損失算出部２０ｂは、電力変換ユニット１０の電流・電圧の値と、電流・電圧−損失データテーブル２０ａの情報と、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの損失Ｐを算出する機能を有している。
熱抵抗算出部２０ｃは、パワー半導体モジュールＭの温度Ｔｍと、このパワー半導体モジュールＭを冷却する冷却フィン１１１ｇ（図１０（ａ）参照）の温度Ｔｆと、前記した損失Ｐと、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗Ｒｍを算出する。なお、熱抵抗Ｒｍは、以下の式（１）で表される。
【００６７】
Ｒｍ＝（Ｔｍ−Ｔｆ）／Ｐ  ・・・（１）
次に、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、冷却フィン１１１ｇ等について説明する。
【００６８】
図１０（ａ）は、パワー半導体モジュールＭ及び冷却フィン１１１ｇの縦断面図である。なお、図１０（ａ）に示すようにｘ，ｙ，ｚ軸を定める。
図１０（ａ）に示す例では、パワー半導体モジュールＭに接続される電極ｍが絶縁板ｎの上側に積層され、また、この絶縁板ｎの下側に冷却フィン１１１ｇが設置されている。
【００６９】
また、パワー半導体モジュールＭの温度を検出するパワー半導体モジュール温度センサ１１ｃが、電極ｍ上に設置されている。なお、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃをスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に設置してもよい。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、電極ｍ、絶縁板ｎ、及びパワー半導体モジュール温度センサ１１ｃは、下側が開口した箱状のケースｒに収容されている。
【００７０】
また、図１０（ａ）に示す例では、冷却フィン１１１ｇが、ｙ方向においてケースｒよりも外側に延びている。この外側に延びている部分に、冷却フィン１１１ｇの温度を検出する冷却フィン温度センサ１１ｈ（検出器）が設置されている。パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃや冷却フィン温度センサ１１ｈの検出値は、共通ユニット制御回路２０Ａ（図８参照）に出力される。
【００７１】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す構成をｙ方向から見た側面図である。
図１０（ｂ）に示す冷却ファン１１２ｇは、冷却フィン１１１ｇに冷却風（矢印を参照）を送り込む機器である。なお、パワー半導体モジュールＭの温度上昇を抑制する冷却器１１ｇ（デバイス）は、図１０（ｂ）に示すように、冷却フィン１１１ｇ及び冷却ファン１１２ｇを備える構成であってもよいし、また、周知のヒートパイプ型冷却器であってもよい。
以下では、一例として、電力変換ユニット１１，１２にそれぞれ冷却器１１ｇが設置されているものとして説明する。
【００７２】
図８に示す初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄには、パワー半導体モジュールＭの使用開始時の熱抵抗である初期熱抵抗が記憶されている。
図８に示すコンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅには、コンデンサＣの使用開始時の温度である初期温度が記憶されている。
【００７３】
図１１は、コンデンサＣの初期温度に関する説明図である。
図１１の横軸は、電力変換ユニット１０を流れる電流（つまり、ユニット出力電流）であり、縦軸はコンデンサＣの初期温度である。図１１に示すように、電流と、コンデンサＣの初期温度と、は線形関係になっている。このような線形関係を示す情報が、コンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅに予め記憶されている。
【００７４】
図８に示す劣化デバイス判定部２０ｆは、デバイス（パワー半導体モジュールＭ、コンデンサＣ）が劣化している電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定し、さらに、そのデバイスを特定する機能を有している。
【００７５】
制御モード設定部２０ｇは、劣化デバイス判定部２０ｆから入力されるデータに基づいて、電力変換ユニット１０の制御モードを設定する機能を有している。この制御モードには、第１実施形態と同様に、均等化制御と、延寿命制御（第１・第２・第３モード）と、が含まれる。
制御信号生成部２０ｈは、制御モード設定部２０ｇから入力されるデータに基づいて、電力変換ユニット１０に所定の制御信号を出力する機能を有している。
【００７６】
＜共通ユニット制御回路の処理＞
図１２は、共通ユニット制御回路２０Ａが実行する処理のフローチャートである（適宜、図８を参照）。なお、第１実施形態（図５参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ１０１において均等化制御を行い、ステップＳ１０２において各センサの検出値を読み込んだ後、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０１に進む。
【００７７】
ステップＳ２０１において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）の熱抵抗をそれぞれ算出する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの温度と、冷却フィン１１１ｇの温度と、パワー半導体モジュールＭの損失と、に基づき、熱抵抗算出部２０ｃによって、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出する。
【００７８】
ステップＳ２０２において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、劣化デバイス判定部２０ｆによって判定する。なお、熱抵抗の増加分ΔＲｍは、ステップＳ２０１で算出した熱抵抗から、初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄに記憶されている初期熱抵抗を減算した値である。また、所定閾値ΔＲｍ１は、パワー半導体モジュールＭが劣化したか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
【００７９】
このように第２実施形態では、初期熱抵抗を基準とする熱抵抗の増加分ΔＲｍに基づいて、パワー半導体モジュールＭの劣化の有無を判定するようにしている。これによって、使用開始時のパワー半導体モジュールＭに個体差ばらつきがあったとしても、その劣化の有無を適切に判定できる。なお、次に説明するコンデンサＣの劣化の有無の判定についても同様のことがいえる。
【００８０】
ステップＳ２０２において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０３に進む。
【００８１】
ステップＳ２０３において共通ユニット制御回路２０Ａは、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、劣化デバイス判定部２０ｆによって判定する。なお、増加分ΔＴｃは、電力変換ユニット１０の電流に対応するコンデンサＣの初期温度（図１１参照）を、コンデンサＣの温度検出値から減算した値である。また、所定閾値ΔＴｃ１は、コンデンサＣが劣化したか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
【００８２】
ステップＳ２０３においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御：第１モードを実行する。これによって、劣化しているパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制し、その延寿命化を図ることができる。
【００８３】
また、熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合において（Ｓ２０２：Ｎｏ）、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するとき（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御:第２モードを実行する。これによって、劣化しているコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮し、その延寿命化を図ることができる。
【００８４】
一方、ステップＳ２０４においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、図１３のステップＳ１０８において共通ユニット制御回路２０Ａは、均等化制御を継続する。
【００８５】
また、図１２のステップＳ２０３においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御：第３モードを実行する（Ｓ１０９）。これによって、パワー半導体モジュールＭ及びコンデンサＣの劣化を抑制できる。
【００８６】
ステップＳ１０５，Ｓ１０７，又はＳ１０９の処理を行い、さらに、図１３のステップＳ１１０において各センサの検出値を読み込んだ後、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を再び算出する。
【００８７】
ステップＳ２０６において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。なお、所定閾値ΔＲｍ２（＞ΔＲｍ１）は、パワー半導体モジュールＭが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
【００８８】
ステップＳ２０６において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０Ａは、そのパワー半導体モジュールＭが故障していると判定し、ステップＳ１１３において故障を報知する。
【００８９】
一方、ステップＳ２０６において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０９において共通ユニット制御回路２０Ａは、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。なお、所定閾値ΔＴｃ２（＞ΔＴｃ１）は、コンデンサＣが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
【００９０】
ステップＳ２０９において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０Ａは、そのコンデンサＣが故障していると判定し、ステップＳ１１３において故障を報知する。
【００９１】
一方、ステップＳ２０９においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０９：Ｎｏ）、ステップＳ１１５において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御（第１・第２・第３モードのいずれか）を継続する。
【００９２】
＜効果＞
第２実施形態によれば、共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭが劣化しているか否かを、その熱抵抗（の増加分）に基づいて判定する。なお、仮に冷却ファン１１２ｇ（図１０（ｂ）参照）の軸受グリスが劣化した場合、冷却フィン１１１ｇ（図１０（ｂ）参照）を介した放熱が行われにくくなるため、パワー半導体モジュールＭの温度が上昇しやすくなる。このような状態でもパワー半導体モジュールＭが劣化していなければ、その熱抵抗は比較的小さな値になる。したがって、第２実施形態によれば、前記した状態において、「パワー半導体モジュールＭは劣化していない」と適切に判定できる。
【００９３】
また、第２実施形態では、使用開始時からの熱抵抗の増加分ΔＲｍに基づいて、パワー半導体モジュールＭの劣化の有無が判定される。また、使用開始時からの温度の増加分ΔＴｃに基づいて、コンデンサＣの劣化の有無が判定される。したがって、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣに個体差ばらつきがある場合でも、その劣化の有無を適切に判定できる。
【００９４】
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、並列接続された３台の電力変換ユニット１１，１２，１３（図１４参照）のうち、いずれかのデバイスが劣化している場合、電力変換ユニット１１，１２，１３の稼動台数を増加させる点が、第２実施形態とは異なっている。なお、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００９５】
図１４は、第３実施形態に係る電力変換装置１００Ｂの構成図である。
図１４に示すように、電力変換装置１００Ｂは、並列接続された３台の電力変換ユニット１１，１２，１３と、これらの電力変換ユニット１１，１２，１３を制御する共通ユニット制御回路２０Ｂと、を備えている。共通ユニット制御回路２０Ｂは、第２実施形態で説明したものと同様の構成（図８参照）を備えているが、その処理内容が第２実施形態とは異なっている。
【００９６】
図１５は、共通ユニット制御回路２０Ｂが実行する処理のフローチャートである。
なお、第２実施形態（図１２参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ１０１において共通ユニット制御回路２０Ｂは、均等化制御を実行する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１１，１２，１３の稼働台数を、軽負荷時には１台、中負荷時には２台、高負荷時には３台とする。また、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１１，１２，１３の累積稼動時間及び稼動・停止の切替回数を均等化させる。これによって、電力変換ユニット１１，１２，１３の無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
【００９７】
そして、共通ユニット制御回路２０Ｂは、各センサの検出値を読み込んで（Ｓ１０２）、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出した後（Ｓ２０１）、ステップＳ２０２，Ｓ２０３等の判定処理を行う。例えば、熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合において（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しないとき（Ｓ２０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ｂの処理はステップＳ３０１に進む。
【００９８】
ステップＳ３０１において共通ユニット制御回路２０Ｂは、均等化制御の場合よりも電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる。そして、ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０Ｂは、延寿命制御：第１モードを実行する。
【００９９】
図１６は、均等化制御における電力変換ユニット１０の稼動台数、及び延寿命制御における電力変換ユニット１０の稼動台数に関する説明図である。
図１６の横軸は、負荷Ｆに供給される負荷電力である。図１６の縦軸は、電力変換ユニット１０の稼動台数である。図１６に示すように、均等化制御では、軽負荷時において１台、中負荷時において２台、高負荷時において３台の電力変換ユニット１０が稼動される。
【０１００】
これに対して延寿命制御では、軽負荷時・中負荷時における電力変換ユニット１０の稼動台数が、均等化制御の場合よりも１台分増やされる。つまり、軽負荷時には２台、中負荷時には３台の電力変換ユニット１０が稼動される。このように負荷を分散させることによって、劣化したデバイスを含む電力変換ユニット１０を稼動させつつ、その負担を軽減できる。
【０１０１】
図１７（ａ）は、負荷Ｆに供給される負荷電流の変化を示す説明図である。
図１７（ａ）では、所定の負荷要求に基づいて、負荷が非常に小さいときには所定値Ｉ１の負荷電流が負荷Ｆに供給され、低負荷時には所定値Ｉ２（＞Ｉ１）の負荷電流が、また、中負荷時には所定値Ｉ３（＞Ｉ２）の負荷電流が負荷Ｆに供給される例を示している。
【０１０２】
図１７（ｂ）は、延寿命制御：第１モードにおいて、電力変換ユニット１０のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図１７（ｂ）に示すように、劣化しているパワー半導体モジュールＭが存在する場合において、電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させるとき、共通ユニット制御回路２０Ｂは、次のように電力変換ユニット１０を制御する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ｂは、正常な電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させ、劣化しているパワー半導体モジュールＭを有する電力変換ユニット１０を継続して稼動させる（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１）。これによって、劣化したパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制し、その延寿命化を図ることができる。なお、図１７（ｂ）に示す３つのユニット出力電流の和が、図１７（ａ）に示す負荷電流である。
【０１０３】
また、図１５のステップＳ１０７の延寿命制御：第２モードを行う際にも、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる（Ｓ３０２）。
【０１０４】
図１７（ｃ）は、延寿命制御：第２モードにおいて、電力変換ユニット１０のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図１７（ｃ）に示すように、劣化しているコンデンサＣが存在する場合において、電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させるとき、共通ユニット制御回路２０Ｂは、劣化したコンデンサＣを有する電力変換ユニット１０を停止させる（例えば、時刻ｔ１〜ｔ２）。これによって、劣化したコンデンサＣが高温状態で維持されることを抑制し、その延寿命化を図ることができる。なお、図１７（ｃ）に示す３つのユニット出力電流の和が、図１７（ａ）に示す負荷電流である。
【０１０５】
ちなみに、図１７（ｂ）、（ｃ）では、負荷が非常に小さいときに（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１）、１台の電力変換ユニット１０を稼動させているが、２台の電力変換ユニット１０を稼動することで負荷を分散させてもよい。
【０１０６】
また、図１５のステップＳ１０９の延寿命制御：第３モードを行う際にも、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる（Ｓ３０３）。延寿命制御：第３モードについては詳細な説明を省略するが、共通ユニット制御回路２０Ｂは、劣化したデバイスの劣化特性に基づいて、その劣化を抑制するように３台の電力変換ユニット１０を制御する。
なお、ステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９以後の処理については第２実施形態（図１３参照）と同様であるから、説明を省略する。
【０１０７】
＜効果＞
第３実施形態によれば、３台の電力変換ユニット１０のいずれかにおいてパワー半導体モジュールＭ又はコンデンサＣが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増やす。これによって、それぞれの電力変換ユニット１０にかかる負担を軽減し、劣化したデバイスの延寿命化を図ることができる。また、正常な電力変換ユニット１０の稼動・停止を適宜に切り替えることで、負荷Ｆへの電力供給を適切に行うことができる。
【０１０８】
≪第４実施形態≫
第４実施形態は、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣの他に、ヒューズ１１ｉ（図１８参照）及びヒューズ温度センサ１１ｊ（図１８参照）をさらに設けている点が、第２実施形態とは異なっている。また、劣化したヒューズ１１ｉが存在する場合、そのヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くする点が、第２実施形態とは異なっている。なお、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【０１０９】
図１８は、第４実施形態に係る電力変換装置１００Ｃの電力変換ユニット１１を含む構成図である。なお、図１８では、他方の電力変換ユニット１２（図８参照）の図示を省略している。
図１８に示すように、電力変換ユニット１１は、６つのヒューズ１１ｉを備えている。ヒューズ１１ｉは、自身に過電流が流れた場合に溶断することによって、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を保護するデバイスである。図１８に示す例では、上アームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のコレクタ側にそれぞれヒューズ１１ｉが接続されている。また、下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタ側にそれぞれヒューズ１１ｉが接続されている。
【０１１０】
ヒューズ温度センサ１１ｊ（検出器）は、ヒューズ１１ｉの温度を検出するセンサである。図１８に示すように、６つのヒューズ１１ｉのひとつひとつにヒューズ温度センサ１１ｊが設置されている。これらのヒューズ温度センサ１１ｊの検出値は、共通ユニット制御回路２０Ｃに出力される。
【０１１１】
共通ユニット制御回路２０Ｃは、ヒューズ１１ｉの温度が所定閾値以上である場合、そのヒューズ１１ｉが劣化していると判定し、延寿命制御を実行する。なお、ヒューズ１１ｉは高温状態が続くと劣化が進むため、コンデンサＣの劣化を抑制する延寿命制御：第２モードと同様の処理が行われる。つまり、共通ユニット制御回路２０Ｃは、劣化したヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１０の継続稼動時間よりも短くする。
【０１１２】
＜効果＞
第４実施形態によれば、劣化したヒューズ１１ｉが存在する場合、そのヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くすることによって、ヒューズ１１ｉの温度上昇を抑制できる。これによってヒューズ１１ｉの劣化を抑制し、電力変換装置１００Ｃの長寿命化を図ることができる。
【０１１３】
≪第５実施形態≫
第５実施形態は、共通ユニット制御回路２０Ｄ（図示せず）が、熱抵抗に基づいてパワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する点が第２実施形態とは異なっているが、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
【０１１４】
図１９は、共通ユニット制御回路２０Ｄが実行する処理のフローチャートである。なお、第２実施形態（図１２参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ２０１においてパワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出した後、共通ユニット制御回路２０Ｄの処理は、ステップＳ４０１に進む。
ステップＳ４０１において共通ユニット制御回路２０Ｄは、パワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する。
【０１１５】
図２０は、パワー半導体モジュールＭの余寿命の算出に関する説明図である。
図２０の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度変化の累積回数である。つまり、図２０の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が繰り返された回数（電力変換ユニット１０のパワーサイクルの回数）である。また、図２０の縦軸は、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗である。
【０１１６】
図２０に示すように、パワー半導体モジュールＭの温度変化の累積回数が多くなるにつれて、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗は大きくなり、その劣化が進む。また、温度の変化量が大きいほど（ΔＴ１＜ΔＴ２＜ΔＴ３）、その温度変化が繰り返された場合の熱抵抗が大きな値になる。
【０１１７】
なお、図２０に示す熱抵抗の所定閾値Ｒｍｚは、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきた否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。所定閾値Ｎｚは、変化量ΔＴ２の温度変化が繰り返された場合において、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきる（熱抵抗が所定閾値Ｒｍｚに達する）までの温度変化の累積回数である。このようなパワー半導体モジュールＭの特性を示すデータが、それぞれのパワー半導体モジュールＭに対応付けて、共通ユニット制御回路２０Ｄに予め記憶されている。
【０１１８】
図１９に示すステップＳ４０１の処理において共通ユニット制御回路２０Ｄは、まず、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量として最も頻度が高いもの（例えば、変化量ΔＴ２：図２０参照）を特定する。そして、共通ユニット制御回路２０Ｄは、その温度変化が今後も所定の頻度で繰り返されるとの想定のもとで、現時点までの温度変化の累積回数Ｎ（図２０参照）と、現時点での熱抵抗Ｒｍ（図２０参照）と、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する。
【０１１９】
そして、図１９のステップＳ４０２において共通ユニット制御回路２０Ｄは、ステップＳ４０１の算出結果である余寿命を、それぞれのパワー半導体モジュールＭに対応付けて、ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に表示する。
なお、図１９のステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９以後の処理については第２実施形態（図１３参照）と同様であるから、説明を省略する。
【０１２０】
＜効果＞
第５実施形態によれば、それぞれのパワー半導体モジュールＭの余寿命が算出され、その算出結果が表示装置（図示せず）に表示される。したがって、電力変換装置１００Ｄの管理者は、パワー半導体モジュールＭの余寿命に基づいて、メンテナンスや部品交換等の計画を立てることができる。
【０１２１】
≪変形例≫
以上、本発明に係る電力変換装置１００等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第２実施形態では、冷却フィン温度センサ１１ｈ（図１０（ａ）参照）の検出値をパワー半導体モジュールＭの熱抵抗の算出に用いる例について説明したが、これに限らない。すなわち、冷却フィン温度センサ１１ｈの検出値に基づいて、冷却器１１ｇの劣化の有無を判定するようにしてもよい。具体的には、冷却フィン１１１ｇ及び冷却ファン１１２ｇを有する冷却器１１ｇ（図１０（ｂ）参照）において、冷却フィン１１１ｇの温度が所定閾値以上である場合、共通ユニット制御回路２０Ａは、冷却ファン１１２ｇの軸受グリスが劣化している（つまり、冷却器１１ｇが劣化している）と判定する。この場合において共通ユニット制御回路２０Ａは、その冷却器１１ｇを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１０の継続稼動時間よりも短くする。これによって、冷却ファン１１２ｇの軸受グリスの温度上昇を抑制し、冷却器１１ｇの劣化を抑制できる。なお、前記した制御は、周知のヒートパイプ型冷却器にも適用できる。
【０１２２】
また、第２実施形態では、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍや、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃに基づいて、各デバイスの劣化の有無を判定する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗が所定閾値以上である場合、このパワー半導体モジュールＭが劣化していると判定するようにしてもよい。なお、コンデンサＣの劣化の有無の判定についても同様のことがいえる。
【０１２３】
また、Ｎ台の電力変換ユニット１０に相当する定格負荷に対して、Ｎ＋１台の電力変換ユニット１０を設けることで冗長化を図ってもよい。このような構成において、故障したデバイスを有する電力変換ユニット１０が存在する場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１０を停止させる。そして、共通ユニット制御回路２０は、均等化制御に基づいて、残りの正常なＮ台の電力変換ユニット１０の稼動・停止を切り替える。
【０１２４】
また、各実施形態では、それぞれの電力変換ユニット１０が２レベルのインバータである構成について説明したが、これに限らない。例えば、３レベルのインバータにも各実施形態を適用できる。
また、各実施形態では、電力変換装置１００等が三相インバータである構成について説明したがこれに限らない。すなわち、単相インバータやＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、双方向インバータ等の電力変換装置にも各実施形態を適用できる。
【０１２５】
また、ＵＰＳ（Uninterruptible Power‐supply System：無停電電源装置）、ＰＣＳ（Power Conditioning System）、ＡＣドライブ等の産業用の電力変換装置にも、各実施形態を適用できる。
また、鉄道車両の他、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle：ＨＥＶ）、電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）等の車載用の電力変換装置にも、各実施形態を適用できる。
【０１２６】
また、各実施形態では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６としてＩＧＢＴを用いる場合について説明したが、これらに限らず、他の種類のスイッチング素子を用いてもよいし、また、パワー半導体以外のスイッチング素子を用いてもよい。
【０１２７】
また、第１、第２、第４、及び第５実施形態では、電力変換装置１００等が２台の電力変換ユニット１１，１２を備える構成について説明し、また、第３実施形態では、電力変換装置１００Ｂが３台の電力変換ユニット１１，１２，１３を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、２台以上の所定台数の電力変換ユニット１０を備える構成にも各実施形態を適用できる。
【０１２８】
また、各実施形態では、電力変換ユニット１０の稼働台数を負荷率に応じて増減する例について説明したが、これに限らない。例えば、全ての電力変換ユニット１０を稼動させつつ、デバイスの劣化状態に基づいて、それぞれの電力変換ユニット１０に異なる大きさの電流を流す（電流をアンバランス化する）ようにしてもよい。
【０１２９】
また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、各デバイスの劣化の有無をその温度に基づいて判定し（第１実施形態）、延寿命制御を行う際に電力変換ユニット１０の稼動台数を増やすようにしてもよい（第３実施形態）。
【０１３０】
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【０１３１】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ  電力変換装置
１０，１１，１２，１３  電力変換ユニット
１１ａ  ブリッジ回路
１１ｂ  電流センサ（検出器）
１１ｃ  パワー半導体モジュール温度センサ（検出器）
１１ｄ  コンデンサ温度センサ（検出器）
１１ｅ  ユニット制御回路
１１ｇ  冷却器（デバイス）
１１１ｇ  冷却フィン
１１２ｇ  冷却ファン
１１ｈ  冷却フィン温度センサ（検出器）
１１ｉ  ヒューズ（デバイス）
１１ｊ  ヒューズ温度センサ（検出器）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  共通ユニット制御回路（ユニット制御部）
２０ｄ  初期熱抵抗記憶メモリ（初期熱抵抗記憶部）
２０ｅ  コンデンサ初期温度記憶メモリ（初期温度記憶部）
Ｃ  コンデンサ（デバイス）
Ｍ  パワー半導体モジュール（デバイス）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６  スイッチング素子（デバイス）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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