(57)【要約】  電気回路（１）の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニットを放電する方法であって、電気回路（１）は、それぞれがＤＣバス（７）のプラス導体（４）とマイナス導体（５）との間で並列に延びる複数のアーム（３）を備えるスイッチングシステム（２）を更に備え、各アーム（３）が少なくとも２つのスイッチングセル（１０）を直列に備え、この方法では、コンデンサ（２０，４０）を放電するために、ＤＣバス（７）のプラス導体（４）とマイナス導体（５）との間での短絡がスイッチングシステム（２）のアーム（３）のうちの少なくとも２つでもたらされ、それにより、電気エネルギー蓄積ユニットの放電電流（ＩＤＣ）が前記プラス導体（４）から前記マイナス導体（５）へ流れることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサ又はスタンドアロン電気エネルギー源を放電するための方法であって、前記電気回路は、それぞれがＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で並列に延びる複数のレグを備えるスイッチングシステムを更に備え、前記各レグが直列を成す少なくとも２つのスイッチングセルを備え、前記方法は、
−前記ＤＣバスの前記プラス導体と前記マイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく第１のレグ及び第２のレグで短絡がもたらされる第１のステップと、
−前記ＤＣバスの前記プラス導体と前記マイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく前記第２のレグ及び他のレグで短絡がもたらされる第２のステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記第１及び第２のステップの前のステップであって、前記スイッチングシステム（２）の前記第１のレグで短絡がもたらされ、それにより、この第１のステップ中に放電電流（ＩＤＣ）が前記第１のレグのみを通じて前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）から前記マイナス導体（５）へ流れるようにする、ステップを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２のステップの前のステップであって、前記スイッチングシステム（２）の第３のレグで短絡がもたらされ、それにより、この第１のステップ中に放電電流（ＩＤＣ）が前記第３のレグのみを通じて前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）から前記マイナス導体（５）へ流れるようにする、ステップを備える請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気エネルギー蓄積ユニットの放電は、前記スイッチングシステム（２）において前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）と前記マイナス導体（５）との間で複数の短絡を連続的にもたらすことによって行われ、前記電気エネルギー蓄積ユニットが放電されるにつれて、前記各短絡がもたらされている持続時間が増大する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチングシステム（２）がＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを形成する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スイッチングシステム（２）が少なくとも２つのインターリーブ型ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを形成する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記各スイッチングセル（１０）が制御可能であり、前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）と前記マイナス導体（５）との間のレグ（３）で短絡を形成するために、このレグ（３）の前記スイッチングセル（１０）が制御される請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記各スイッチングセル（１０）が制御可能であり、前記電気エネルギー蓄積ユニットの放電前に、前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）又は前記マイナス導体（５）に直接に接続される前記スイッチングセル（１０）の全ては、それらの全てが同じスイッチング状態を有するように制御され、前記各短絡は、前記ＤＣバス（７）の前記プラス導体（４）又は前記マイナス導体（５）に直接に接続される前記スイッチングセル（１０）のみを制御することによってもたらされる請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記電気回路（１）は、前記スイッチングシステム（２）の前記各レグ（３）の中間点（１３）に接続可能な回転電気モータのステータ電気巻線（２２）も備える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スイッチングシステム（２）の前記各中間点（１３）と前記ステータ電気巻線（２２）との間にスイッチ（２４）が介挿され、これらのスイッチ（２４）は、前記電気エネルギー蓄積ユニットの放電中に前記スイッチングシステム（２）を前記ステータ電気巻線（２２）から切断する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コンデンサ（２０）が前記スイッチングシステム（２）の前記レグ（３）と並列に接続され、前記コンデンサ（２０）が放電される請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気回路（１）は、コンデンサ（４０）と並列に接続されるスタンドアロン電気エネルギー源（３０）と、前記スタンドアロン電気エネルギー源（３０）と前記スイッチングシステム（２）との間に介挿されるＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３２）とを更に備え、この方法では前記コンデンサ（４０）が放電される請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
特に車両の空調コンプレッサのための電圧コンバータにおいて、
−それぞれがＤＣバス（７）のプラス導体（４）とマイナス導体（５）との間で並列に延びる複数のレグ（３）を備えるスイッチングシステム（２）であって、前記各レグ（３）が直列を成す少なくとも２つのスイッチングセル（１０）を備える、スイッチングシステム（２）と、
−請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成される制御ユニット（１４）と、
を備える電圧コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサを放電することに関する。
【０００２】
本発明は、特に、回転モータの電気巻線を備える電気回路に適用できる。この電気回路は、電気モータを用いて自動車等の車両を推進するために使用されてもよい。
【０００３】
電気回路は、コンデンサなどの少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニットを備え、該ユニットの放電は、例えば、１９９７：“給電設備で用いる電子機器”のＥＮ５０１７８標準規格の要件を順守するために望ましい。この電気エネルギー蓄積ユニットの端子間の電圧は、外部からアクセスできる電気回路の端子間でかなりの大きさになる場合があり、また、この電圧の存在は、例えば整備士等のオペレータに危険をもたらす場合がある。
【０００４】
前述の自動車用途では、ブリーダ抵抗を使用して１つ以上のコンデンサを放電することが周知のやり方であり、ブリーダ抵抗は、電気回路に接続されるとともに、この放電動作に専用のものである。この解決策は電気回路の構成要素の数を増大させ、したがって、この解決策は費用がかかる。
【０００５】
また、回転電気モータのステータ電気巻線を通じてコンデンサを放電するための方法が例えば米国特許第７６５２８５８号明細書から知られている。
【０００６】
この解決策は、現在、特にモータが永久磁石ロータを備えるときに放電電流によって望ましくないトルクの発生を避ける必要があるため、実施するのに比較的手間がかかる。
【０００７】
また、三相インバータの単一の短絡されたレグへの或いはＤＣ−ＤＣ電圧コンバータへのコンデンサの放電も米国出願公開第２００９／０１９５１９９号明細書及び米国出願公開第２０１０／０２１３９０４号明細書から知られている。これらの解決策は、インバータ又はＤＣ−ＤＣ電圧コンバータの電子構成要素を劣化させる及び／又はそれらの寿命を低下させるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７６５２８５８号明細書
【特許文献２】米国出願公開第２００９／０１９５１９９号明細書
【特許文献３】米国出願公開第２０１０／０２１３９０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スイッチングシステム及び場合により回転電気モータのステータ電気巻線を備える電気回路の電気エネルギー蓄積ユニット、例えばコンデンサを放電するための簡単で安価な効果的方法の必要性があり、前記回路は、特に、ハイブリッド車両又は電気車両の推進で使用される回路である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的はこの必要性に対応することであり、また、本発明は、その態様のうちの１つによれば、電気回路の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサ又はスタンドアロン電気エネルギー源を放電するための方法を使用して、これを達成し、電気回路は、それぞれがＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で並列に延びる複数のレグを備えるスイッチングシステムを更に備え、各レグが直列を成す少なくとも２つのスイッチングセルを備え、この方法では、電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサを放電するために、ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間において、スイッチングシステムのレグのうちの少なくとも２つで短絡がもたらされ、それにより、電気エネルギー蓄積ユニットからの放電電流が前記プラス導体から前記マイナス導体へ流れることができる。
【００１１】
前述の方法によれば、電気エネルギー蓄積ユニットの放電中、スイッチングシステムの少なくとも２つの異なるレグが短絡を形成し、この短絡を通じて放電電流が流れる。それにより、望ましくないトルクを生み出さないように比較的複雑な制御を行わなければならないような、ステータ電気巻線への電気エネルギー蓄積ユニットの放電が回避される。短絡したレグのスイッチングセルで電力の散逸が行われてもよい。
【００１２】
また、前述の方法は、電気エネルギー蓄積ユニットを放電するための特定の構成要素を付加することを回避できるようにしてもよい。
【００１３】
短絡の場合に放電電流が常に同じスイッチングセルへと流れる米国出願公開第２００９／０１９５１９９号明細書及び米国出願公開第２０１０／０２１３９０４号明細書に詳しく述べられる解決策とは対照的に、前述の方法は、１つのレグにのみ負担をかけることを回避できるようにする。したがって、スイッチングシステムのスイッチングセルは、短絡に耐えるべく過大に寸法付けられる必要がなく、そのため、コストが低減される。また、電気エネルギー蓄積ユニットの放電中に複数のレグが呼び掛けられることを考えると、この放電によりもたらされる応力がこれらのレグ間で分配される。
【００１４】
したがって、それぞれのレグに負担が殆どかからず、また、レグのスイッチングセルは、従来技術の場合ほど放電による損傷に晒されない。
【００１５】
前述の方法の実施の第１の形態によれば、短絡は一度に１つのレグにのみもたらされる。すなわち、放電電流は、放電中にＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へと流れるように異なるレグを連続的にとる。このようにすると、所定の瞬間に、放電電流は、１つのレグのみを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れる。したがって、スイッチングシステムでは、ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で「回転する」短絡がもたらされる。
【００１６】
本発明の実施のこの第１の形態によれば、方法は、
−スイッチングシステムの第１のレグで短絡がもたらされる第１のステップであって、この第１のステップ中に放電電流が前記第１のレグのみを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れるようにする、第１のステップと、
−スイッチングシステムの第２のレグで短絡がもたらされるその後の第２のステップであって、この第２のステップ中に放電電流が前記第２のレグのみを通じてプラス導体からマイナス導体へ流れるようにする、第２のステップと、
を備えてもよい。
【００１７】
更に本発明の実施のこの第１の形態によれば、第１のレグが短絡を形成している持続時間は、第２のレグが短絡を形成している持続時間よりも短い。これらの持続時間のそれぞれは、例えば、スイッチングシステムのチョッピング周期の値のごく僅かである。チョッピング周期ごとに単一の短絡が形成されてもよい。
【００１８】
第１のレグは、１つの所定のチョッピング周期のごく僅かにわたって短絡を形成してもよく、また、その後、第２のレグは、他の所定のチョッピング周期、例えばその後のチョッピング周期のごく僅かにわたって短絡を形成する。
【００１９】
前述の第１のステップが電気エネルギー蓄積ユニットの放電の開始に対応する場合、第１のレグを通じて流れる放電電流は大きい。この第１のレグが短絡されている短い持続時間は、第１のレグのスイッチングセルがこの放電電流により損傷される危険を減らすことを可能にする。この第１のステップの後、放電電流は更に小さく、それにより、第２のステップ中、放電電流は、より長い時間にわたって第２のレグ中を流れてもよい。
【００２０】
実施の第１の形態の一例では、スイッチングシステムが３つのレグを備え、各レグが連続的に短絡を形成し、該短絡を通じて放電電流がＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れる。
【００２１】
スイッチングシステムのレグのそれぞれが所定の瞬間に短絡を形成してもよく、該短絡を通じて放電電流がスイッチングシステムのプラス導体からマイナス導体へ流れる。スイッチングシステムのレグのそれぞれが所定の瞬間に短絡を形成してもよく、該短絡を通じて放電電流がスイッチングシステムのプラス導体からマイナス導体へ流れる。
【００２２】
方法の実施の第１の形態によれば、短絡は、規則正しい順序にしたがってスイッチングシステムの様々なレグ間で移動されてもよく、この規則正しい順序は、所定の回数繰り返されてもよい。例えば、３つのレグを有するスイッチングシステムの場合、規則正しい順序は、第１のレグのみにおける短絡の形成、その後の第２のレグのみにおける短絡の形成、その後の第３のレグのみにおける短絡の形成に対応してもよく、また、この規則正しい順序は、電気エネルギー蓄積ユニットを放電するために、少なくとも２回、詳細には、１００回繰り返されてもよい。
【００２３】
電気エネルギー蓄積ユニットがコンデンサであってもよく、また、放電前に、コンデンサのプレート間に蓄積される初期電圧が約４１０Ｖであってもよい。方法は、このコンデンサの初期電荷の８０％に至るまで放電するように実施されてもよい。
【００２４】
コンデンサを放電するために要する時間は１〜１０秒であってもよい。変形において、電気エネルギー蓄積ユニットは、例えば、特にバッテリ又はバッテリの任意のアセンブリにより形成されるスタンドアロン電気エネルギー源であり、また、前述の方法を使用するこのエネルギー源の放電は更に多くの時間を要する場合がある。
【００２５】
本発明の実施の第２の形態によれば、方法は、
−スイッチングシステムの第１のレグで短絡がもたらされる第１のステップであって、この第１のステップ中に放電電流が前記第１のレグのみを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れるようにする、第１のステップと、
−第１のレグ及び第２のレグの両方で短絡がもたらされる第２のステップであって、この第２のステップ中に放電電流が第１のレグ及び第２のレグを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れるようにし、このとき、前記レグのそれぞれが同時にＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で短絡を形成する、第２のステップと、
を備える。
【００２６】
第１のステップは、第２のステップの前又は後であってもよい。
【００２７】
実施のこの第２の形態によれば、短絡は、第１のステップ中に第１のレグにおいてのみもたらされ、また、第２のステップ中、それぞれが短絡を形成する第１のレグ及び第２のレグによって放電電流がプラス導体とマイナス導体との間で流れることを可能にしてもよい。第１のレグにおける短絡と同時にもたらされる第２のレグにおける短絡は、第１のレグのスイッチングセルに対して経時的にもたらされる損傷を減らすことを可能にする。
【００２８】
また、実施のこの第２の形態によれば、スイッチングシステムがチョッピング周期にしたがって機能してもよく、また、第１のステップ中、短絡は、前記周期の値のごく僅かである持続時間にわたって第１のレグにおいてもたらされ、その持続時間は、第１のレグ及び第２のレグの両方で短絡がもたらされている前記周期の値のごく僅かである持続時間よりも短い。
【００２９】
第１のステップは、例えば、１つの所定のチョッピング周期のごく僅かな期間にわたって行われ、一方、第２のステップは、他の所定のチョッピング周期、特に前の或いは後のチョッピング周期のごく僅かな期間にわたって行われる。
【００３０】
本発明の実施の第１又は第２の形態によれば、電気エネルギー蓄積ユニットの放電は、スイッチングシステムにおいてプラス導体とマイナス導体との間で複数の短絡を連続的にもたらすことによって達成されてもよく、また、放電の経過にわたって、各短絡がもたらされている持続時間が増大する。この増大は、１つの短絡から他の短絡へと一定のファクターにしたがって行われてもよい。各短絡がもたらされている持続時間は、例えば毎回１％ずつ増大する。変形例では、短絡の持続時間の増大が無作為であってもよい。既に指摘したように、電気エネルギー蓄積ユニットの放電が更に進行すればするほど、短絡を形成するレグを通じて流れる放電電流が少なくなり、そのため、この短絡の持続時間が増大してもよい。
【００３１】
スイッチングシステムがＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを形成してもよい。
【００３２】
このとき、スイッチングシステムは、多相、特に三相のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータである。このコンバータは、インバータ又は整流器として動作してもよい。
【００３３】
変形例において、スイッチングシステムは、少なくとも２つのインターリーブ型ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを形成してもよい。インターリーブ型ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータの使用は、より低いレベルの電力を伝えるように寸法付けられるコンバータを使用できるようにしてもよく、そのため、コストを低減する。
【００３４】
このとき、スイッチングシステムは、ステップアップ又はステップダウンコンバータとして動作してもよい。
【００３５】
各スイッチングセルが制御可能であってもよく、また、ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間のレグで短絡を形成するために、このレグのスイッチングセルが制御されてもよい。このとき、スイッチングセルは、放電電流をＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流すべく１レグずつ制御される。
【００３６】
変形例では、各スイッチングセルが制御可能であってもよく、また、電気エネルギー蓄積ユニットの放電前に、ＤＣバスのプラス導体又はマイナス導体に直接に接続されるスイッチングセルの全ては、それらの全てが同じスイッチング状態を有するように、特にそれらが閉状態にあるように制御される。次に、ＤＣバスのマイナス導体又はプラス導体に直接に接続されるスイッチングセルだけを制御することによって各短絡がもたらされる。この変形例によれば、スイッチングシステムの１つのレグから他のレグへの短絡の移動が望ましいときにレグごとに１つのスイッチングセルだけが制御される。このとき、制御が簡略化されてもよい。
【００３７】
各スイッチングセルが同一であってもよく或いは同一でなくてもよい。各スイッチングセルが制御可能な電子スイッチを備えてもよく、電子スイッチの端子間にフライバックダイオードが逆並列に接続される。
【００３８】
変形例では、ＤＣバスの同じ導体に直接に接続されるスイッチングセルだけが制御可能である。
【００３９】
制御可能な電子スイッチは、例えば、トランジスタ、特に電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は、ＩＧＢＴトランジスタである。
【００４０】
制御可能なスイッチは、４００Ａ、特に５６００Ａに等しい最大値を有する電流をそれぞれが運ぶように寸法付けられてもよい。
【００４１】
電気回路は、スイッチングシステムの各レグの中間点に接続され得る回転電気モータのステータ電気巻線を備えてもよい。各レグが２つのスイッチングセルのみを備えるときには、中間点が２つのスイッチングセル間に位置される。
【００４２】
回転電気モータは、例えば、多相、特に三相である。回転電気モータは、特に永久磁石を伴う同期モータ、インダクションモータ、又は、可変リラクタンスモータであってもよい。また、回転電気モータは、ＤＣモータ、リニアモータ、又は、エレクトロマグネットであってもよい。
【００４３】
この電気モータは、例えば、１Ｗ〜２００ｋＷの公称電力を有する。
【００４４】
ステータ電気巻線は、それぞれが電気的な相を形成するコイルを有してもよく、また、これらのコイルは電気的に結合されてもよく或いは電気的に結合されなくてもよい。
【００４５】
コイルの電気的な結合の例は、星結合及び多角形結合である（三相の場合に関しては「デルタ結合」と呼ばれる）。コイルが互いに電気的に結合されない場合、コイルは、他のコイルの端子に直接に結合される端子を有さない。
【００４６】
スイッチングシステムの各中間点とステータ電気巻線との間にスイッチが介挿され、また、これらのスイッチは、電気エネルギー蓄積ユニットの放電中にスイッチングシステムをステータ電気巻線から切断してもよい。
【００４７】
それにより、放電電流がステータ電気巻線へ流れないようにされるとともに、望ましくないトルクが回転電気モータによってもたらされないようにされる。また、このとき、スイッチングシステムをステータ電気巻線に接続して、放電方法が満足に機能するようにする必要がない。これにより、回転電気モータを使用して放電方法を検査しなければならないことが避けられ、それにより、検査工程をより簡単にして殆ど過密でない環境下におくことができる。
【００４８】
放電されるべき電気エネルギー蓄積ユニットがコンデンサであるときには、コンデンサがスイッチングシステムのレグと並列に接続されてもよい。
【００４９】
変形例において或いは上記との組み合わせにおいて、電気回路は、
−コンデンサと並列に接続されるスタンドアロン電気エネルギー源と、
−前記スタンドアロン電気エネルギー源とスイッチングシステムとの間に介挿されるＤＣ−ＤＣ電圧コンバータと、
を更に備え、
方法は前記コンデンサを放電できるようにしてもよい。
【００５０】
スイッチングセル、すなわち、スイッチングセルの状態は、電圧に関して或いは電流に関して制御されてもよい。
【００５１】
スタンドアロン電気エネルギー源は、バッテリ、スーパーキャパシタ、又は、バッテリ或いはスーパーキャパシタの任意のアセンブリであってもよい。スタンドアロン電気エネルギー源は、例えば、直列を成すバッテリの複数の並列接続ブランチである。
【００５２】
このスタンドアロン電気エネルギー源は、６０Ｖ〜４１０Ｖ、特に２００Ｖ〜４１０Ｖの公称電圧を有してもよい。
【００５３】
コイルが電気的に切り離される場合、電気回路は、スタンドアロン電気エネルギー源を帯電させるために電気システムの相補的なタイプのコネクタに接続され得るコネクタを備えてもよく、該コネクタは少なくとも複数の接点を備え、各接点は、自由端と、コイルの中間点に接続される他端とを有する。それにより、電気システムは、コイルの中間点、特にコイルの中点を介して各コイルに電力を供給する。
【００５４】
そのような電気回路は、
−電気モータを回転させるために、スタンドアロン電気エネルギー源からインバータとして使用されるスイッチングシステムを通じてステータのコイルへ電力を供給するため、及び、
−インダクタとして使用されるステータのコイルを通じて、及び、整流器として使用されるスイッチングシステムを通じて、スタンドアロン電気エネルギー源を帯電させるため、
のいずれにおいて使用されてもよい。
【００５５】
変形例において、前述の電気回路は、スタンドアロン電気エネルギー源により回転電気モータに電力が供給されるときには回転電気モータの推進に専用のものであり、また、他の回路は車両に搭載されており、この他の回路は、スタンドアロン電気エネルギー源を外部単相、三相、又は、ＤＣ電気システムから帯電させることを可能にするコネクタを備える。
【００５６】
放電方法はＤＣバスの電圧の値に応じて制御されてもよく、この電圧は、プラス導体とマイナス導体との間で測定される。この電圧の値に応じて制御ユニットがスイッチングセルを制御して、スイッチングシステムにおいてプラス導体とマイナス導体との間に短絡を形成してもよい。この制御は、開ループ又は閉ループで行われてもよい。
【００５７】
電気回路がＤＣバスの電圧を測定するための要素を備えてもよく、また、開ループでは、ＤＣバスの電圧の増大の比率に応じてスイッチングセルの電子スイッチに適用されるべきデューティサイクルが決定されてもよい。
【００５８】
電気回路は、変形例では、ＤＣバスの電圧を測定するための要素と、スイッチングシステムの直ぐ上流側にあるＤＣバスのプラス導体における電流を測定するための要素とを備えてもよい。この測定要素により与えられる電流値は、ヒステリシスを伴うコンパレータシステムとＤＣバスの電圧の監視とに基づいて、閉ループ制御を可能にしてもよい。
【００５９】
本発明の他の主題は、その他の態様によれば、電気回路の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサ又はスタンドアロン電気エネルギー源を放電するための方法であり、電気回路は、それぞれがＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で並列に延びる複数のレグを備えるスイッチングシステムを更に備え、各レグが直列を成す少なくとも２つのスイッチングセルを備え、方法は、
−ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく第１のレグで短絡がもたらされる第１のステップと、
−ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく第２のレグで短絡がもたらされる第２のステップと、
を備える。
【００６０】
既に指摘したように、「回転する」短絡が得られる。それにより、電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサの放電に関連付けられる電力は、スイッチングシステムの少なくとも２つのレグへと散逸される。
【００６１】
第１のステップ中、第１のレグのみが短絡を形成してもよい。変形例では、この第１のステップ中に第２のレグ又は他のレグも短絡を形成する。
【００６２】
第２のステップ中には、第２のレグのみが短絡を形成する。変形例では、この第２のステップ中に第１のレグ又は他のレグも短絡を形成する。
【００６３】
前述の特徴の全部又は一部を本発明のこの他の態様に適用できる。
【００６４】
特に、本発明のこの態様の変形例は、電気回路の少なくとも１つの電気エネルギー蓄積ユニット、特にコンデンサ又はスタンドアロン電気エネルギー源を放電するための方法に関し、電気回路は、それぞれがＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で並列に延びる複数のレグを備えるスイッチングシステムを更に備え、各レグが直列を成す少なくとも２つのスイッチングセルを備え、方法は、
−ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく第１のレグ及び第２のレグで短絡がもたらされる第１のステップと、
−ＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で放電電流が流れることを可能にする経路を規定するべく第２のレグ及び他のレグで短絡がもたらされる第２のステップと、
を備える。
【００６５】
レグは、第１及び第２のステップでもたらされる短絡間で共有される。したがって、２つの短絡に関与するレグの数が制限される。スイッチ及び／又はレグは、それらの制御パラメータに関して変化してもよく、それにより、蓄積ユニットを放電するための方法におけるスイッチの制御を簡略化できる。
【００６６】
方法は、第１及び第２のステップの前のステップであって、スイッチングシステムの第１のレグで短絡がもたらされ、それにより、この第１のステップ中に放電電流が前記第１のレグのみを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れるようにする、ステップを備えてもよい。方法は、第１及び第２のステップの前のステップであって、スイッチングシステムの第３のレグで短絡がもたらされ、それにより、この第１のステップ中に放電電流が前記第３のレグのみを通じてＤＣバスのプラス導体からマイナス導体へ流れるようにする、ステップを備えてもよい。
【００６７】
蓄積ユニットの放電の開始時には、除去されるべきエネルギーがかなりの量である。しかしながら、複数のレグの同時制御は、特に、レグのスイッチ間の開／閉遅延などの不整合を含んでもよい。これらの不整合は、除去されるべきかなりのエネルギーを考えると、レグのスイッチに対して過度の摩耗をもたらす場合がある。また、スイッチ及び／又はレグは、それらの制御パラメータに関して変化してもよい。短絡を第１のレグで最初にもたらすことにより、レグのスイッチが磨滅する危険が減少され、放電方法の信頼性が高められる。
【００６８】
特に、前のステップでもたらされる短絡は、この前のステップで使用されるレグで大電流が発生するのを避けるのに十分短い持続時間を有する。特に、前のステップの短絡の持続時間は、制御信号をレグのスイッチへ印加するための最小持続時間とレグのスイッチを開くための最大持続時間との間であり、前記最大持続時間は、スイッチにより耐えられる最大電流に対応する。例えば、最小持続時間は４００ｎｓ、５００ｎｓ、又は、６００ｎｓである。最大持続時間は７００ｎｓ、８００ｎｓ、或いは更には、９００ｎｓである。
【００６９】
例えば、この前のステップにおいて、第１及び第２のステップは、蓄積ユニットの放電を制御する信号を受けた後に互いに前後して実施される。
【００７０】
また、本発明は、特に車両の空調コンプレッサのための電圧コンバータであって、
−それぞれがＤＣバスのプラス導体とマイナス導体との間で並列に延びる複数のレグを備えるスイッチングシステムであって、各レグが直列を成す少なくとも２つのスイッチングセルを備える、スイッチングシステムと、
−本発明に係る方法を実施するように構成される制御ユニットと、
を備える電圧コンバータに関する。
【００７１】
コンバータは、該コンバータに適合する前述の特徴のいずれか１つを備えてもよい。
【００７２】
また、本発明は、本発明に係る電圧コンバータを備える車両用の電気空調コンプレッサにも関連する。
【００７３】
本発明の限定しない典型的な実施の以下の説明を読むことによって、また、添付図面を検討することによって、本発明のより良い理解を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】１つ以上のコンデンサを放電するための方法が実施されてもよい電気回路の一部を概略的に示す。
【図２】図１に示される電気回路を備える典型的な電気回路を概略的に示す。
【図３】図１に示される回路の変形例を概略的に示す。
【図４】１つの実施形態に係る放電方法が実施されるときの図１−図３の回路のスイッチングシステムのレグの制御を示すタイミング図である。
【図５】コンデンサの放電中のコンデンサの端子における電圧及び電流を示す。
【図６】コンデンサの放電中のコンデンサの端子における電圧及び電流を示す。
【図７】１つの実施形態に係る放電方法が実施されるときの図１−図３の回路のスイッチングシステムのレグの制御を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
図１は、放電方法が実施されてもよい電気回路の一部を示す。記載される例では、方法がコンデンサを放電させることを可能にするが、本発明は、放電されるべきそのような典型的な構成要素に限定されない。
【００７６】
この回路１はスイッチングシステム２を備え、該スイッチングシステム２は、それぞれがＤＣバス７のプラス導体４とマイナス導体５の間で延びる複数のレグ３を備える。
【００７７】
考慮中の例では、スイッチングシステム２が三相ＤＣ−ＡＣコンバータであるが、本発明はこの例に限定されない。各レグ３は、この例では、２つの制御可能なスイッチングセル１０を備える。
【００７８】
スイッチングシステム２のチョッピング周波数は例えば１０ｋＨｚである。各スイッチングセル１０は、例えば、制御可能なスイッチ１１により形成され、該スイッチ１１と逆並列にフライバックダイオード１２が接続される。
【００７９】
スイッチ１１は、トランジスタ、特に電界効果バイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴ型トランジスタであってもよい。各レグ３は、２つのスイッチングセル１０間に位置される中間点１３を備える。
【００８０】
考慮中の例では、各スイッチングセル１０が制御可能であり、また、集中型制御ユニット１４が設けられてもよい。この制御ユニット１４は、デジタルであってもよい或いはデジタルでなくてもよい処理手段を備えるとともに、電子スイッチ１１の全てを制御できる。
【００８１】
電子スイッチ１１の制御は、このスイッチ１１の制御電極に電流を注入することによって、或いは、この制御電極に電位を印加することによって行われてもよい。
【００８２】
制御ユニット１４は、考慮中の例では、１つ以上のマイクロコントローラ及び／又は１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を備える。この制御ユニット１４は、ＤＣバス７の電圧を測定するための要素１８及び／又はＤＣバス７を通じて流れる電流を測定するための要素１９を有してもよい。
【００８３】
図１に示されるように、コンデンサ２０はレグ３と並列に接続される。このコンデンサは、例えば、２００μＦ〜３５００μＦのキャパシタンスを有する。
【００８４】
図１の例において、回路１は、回転電気モータのステータ電気巻線２２を備える。この電気巻線２２は、例えば、三相であり、それぞれがステータの電気的な相を形成する３つのコイル２３を備える。各コイル２３は、スイッチングシステム２の中間点１３に接続される端子を備える。この接続は、図１の場合のように、各中間点１３と対応するコイル２３との間に介挿されるスイッチ２４を無効化することによって行われてもよい。
【００８５】
回転電気モータは、特に永久磁石を伴う同期モータ、インダクションモータ、又は、可変リラクタンスモータであってもよい。
【００８６】
図１の例では、コイル２３が星形を成して電気的に結合される。しかしながら、本発明は、この形態の電気的結合に限定されず、或いは、互いに電気的に結合されるコイル２３に限定されない。したがって、図３は図１の変形を示し、この変形によれば、コイル２３が互いに電気的に結合されない。
【００８７】
この図３では、コイル２３がステータ電気巻線２２の他のコイル２３の端子に対して直接に接続される、すなわち、中間構成要素を伴わずに接続される端子を有していないことが分かる。
【００８８】
この例では、スイッチングシステム２が図１のそれの２倍の数のレグ３を備える。レグ３の各中間点１３は、図３の例では、コイル２３のうちの１つのそれぞれの端子に接続され、このとき、各コイル２３は、Ｈブリッジ２７を形成する２つの別個のレグの２つの中間点１３間に位置される。
【００８９】
図３では、スイッチングシステム２とステータ電気巻線２２との間にスイッチ２４が示されないが、巻線２２をスイッチングシステム２から切断するためにそのようなスイッチが設けられてもよい。
【００９０】
ここで、図２を参照して、図１の回路の付加について説明するが、この回路の付加は図３の回路にも関連する。スイッチングシステム２を介して電力をステータ電気巻線２２に供給するために、スタンドアロン電気エネルギー源３０がコンデンサ２０の上流側に位置されてもよい。
【００９１】
このスタンドアロン電気エネルギー源３０は、バッテリ、又は、並列及び／又は直列を成すバッテリの結合体であってもよい。
【００９２】
図２の例でも、先と同様に、回路１がＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２を備える。この電圧コンバータ３２は、スタンドアロン電気エネルギー源３０によって供給される電圧の値をＤＣバス７に適合させるように構成され、逆もまた同様である。
【００９３】
図示の例では、コンバータ３２が可逆的な電流チョッパである。既知の態様で、このチョッパ３２は２つのスイッチングセル３５を備え、これらのスイッチングセル３５は、スイッチングシステム２のスイッチングセル１０と同一であってもよい或いは同一でなくてもよいとともに、中間点３６によって分離される。スイッチングセル３５が制御ユニット１４により制御されてもよい。これらのセル３５のそれぞれは、考慮中のこの例では、可逆的であり、制御可能なスイッチ及びダイオードを逆並列状態で備える。インダクタ３８がこの中間点３６とスタンドアロン電気エネルギー源３０との間に介挿される。
【００９４】
図２に示されるように、コンデンサ４０は、スタンドアロン電気エネルギー源３０と並列に接続されてもよい。
【００９５】
安全上の理由により、例えばメンテナンス作業中、事故の場合、又は、工場内で行われる試験中、コンデンサ２０及び／又はコンデンサ４０を放電することが必要な場合がある。
【００９６】
以下に記載される例では、コンデンサ２０の端子間の電圧が４１０Ｖの値に達するときにコンデンサ２０の放電が関連する。無論、以下で説明される方法は、コンデンサ２０の代わりに或いはコンデンサ２０に加えてコンデンサ４０を放電すること、或いは更には、図２に示されない電気回路の任意の他のコンデンサを放電すること、或いは更には、電気回路１の任意の他の電気エネルギー蓄積ユニット、例えばスタンドアロン電気エネルギー源３０を放電することが目的であるときに実施されてもよい。
【００９７】
放電中、ステータ電気巻線２２は、開位置へ移動するスイッチ２４により、電気回路１の残りの部分から切断されてもよい。
【００９８】
コンデンサ２０を放電するために、スイッチングシステムの各レグ３は、図４に示されるように、連続的に短絡を形成してもよい。この例において、短絡は、以下で「第１のレグ」と称される図１のスイッチングシステム２の最も左側のレグ３で最初にもたらされる。この短絡をもたらすために、第１のレグの２つの電子スイッチ１１は、チョッピング周期の値のごく僅かである持続時間ｔ１にわたって閉じるように命令される。第１のレグが短絡を形成すると、このレグが経路を規定し、該経路に沿って放電電流ＩＤＣが持続時間ｔ１にわたってプラス導体４からマイナス導体５へ流れてもよい。このとき、ＤＣバス７中も流れるこの電流ＩＤＣは、図６に示されるように、第１のレグを通じて流れる短絡電流ＩＣＣ１に等しい。
【００９９】
図５にも見られるように、短絡は、コンデンサ２０の端子間の電圧１００の値を減少させることを可能にする。この図５において、曲線１１０は、各レグ３の端子間の電圧に対応する。
【０１００】
その後の繰り返し中、短絡は、次に、以下で「第２のレグ」と称される図１のスイッチングシステム２の中央のレグでもたらされる。この短絡をもたらすために、第２のレグ３の２つの電子スイッチ１１は、その後のチョッピング周期中、チョッピング周期の値のごく僅かである持続時間ｔ２にわたって閉じるように命令される。第２のレグが短絡を形成すると、このレグが経路を規定し、該経路に沿って放電電流ＩＤＣが持続時間ｔ２にわたってプラス導体４からマイナス導体５へ流れてもよい。このとき、ＤＣバス７中も流れるこの電流ＩＤＣは、図６に示されるように、第２のレグを通じて流れる短絡電流ＩＣＣ２に等しい。
【０１０１】
図５及び図６において分かるように、放電電流ＩＤＣの値は、それが持続時間ｔ１にわたって第１のレグ中を流れているときには、それが持続時間ｔ２にわたって第２のレグ中を流れているときよりも大きい。
【０１０２】
また、第２のレグ中の放電電流ＩＤＣの流れがＤＣバス７の電圧の値を更に減らすことを可能にすることも分かる。図４において分かるように、持続時間ｔ２は持続時間ｔ１よりも更に長い。
【０１０３】
目的がコンデンサ２０の放電を続けることであるときには、その後、この場合も先と同様に以下で「第３のレグ」と称される図１のスイッチングシステムの右側のレグで短絡がもたらされる。この短絡をもたらすために、第３のレグの２つの電子スイッチ１１は、第２のレグが短絡を形成するチョッピング周期の後のチョッピング周期中に、チョッピング周期の値のごく僅かである持続時間ｔ３にわたって閉じるように命令される。
【０１０４】
第３のレグが短絡を形成すると、このレグが経路を規定し、該経路に沿って放電電流ＩＤＣが持続時間ｔ３にわたってプラス導体４からマイナス導体５へ流れてもよい。このとき、ＤＣバス７中も流れるこの電流ＩＤＣは、図６に示されるように、第３のレグを通じて流れる短絡電流ＩＣＣ３に等しい。
【０１０５】
図５及び図６において分かるように、放電電流ＩＤＣの値は、それが持続時間ｔ２にわたって第２のレグ中を流れているときには、それが持続時間ｔ３にわたって第３のレグ中を流れているときよりも大きい。
【０１０６】
また、第３のレグ中の放電電流ＩＤＣの流れがＤＣバス７の電圧の値を更に減らすことを可能にすることも分かる。図４において分かるように、持続時間ｔ３は、それ自体が持続時間ｔ１よりも長い持続時間ｔ２よりも更に長い。
【０１０７】
測定要素１８により測定される電圧の値又は測定要素１９により測定される電流の値が所定の値よりも小さいかどうかに応じて、コンデンサ２０の放電が続けられてもよく或いは続けられなくてもよい。
【０１０８】
スイッチングシステム２のレグ３は、今しがた示された順序と同じ順序で、１つの繰り返しから他の繰り返しへと増大する短絡持続時間を毎回伴って、あらためて短絡するように連像的に命令されてもよい。
【０１０９】
前述の放電は開ループで行われてもよい。すなわち、制御ユニット１４は、測定要素１８を使用して得られるＤＣバス７の電圧の増大率に応じて決定されるデューティサイクル値を制御可能な電子スイッチ１１に適用することによって該電子スイッチ１１を制御する。この場合、電流を測定するための要素１９が存在しないことが想定し得る。
【０１１０】
変形例では、放電が測定要素１８，１９によって閉ループで行われる。電流測定要素１９により与えられる電流値は、ヒステリシスを伴うコンパレータシステムによって使用されてもよく、また、ＤＣバスの電圧の値が監視されてもよい。
【０１１１】
本発明は、今しがた説明された典型的な放電方法に限定されない。
【０１１２】
説明されない他の例では、短絡を連続的に形成するために、ＤＣバス７のプラス導体４に接続される電子スイッチ１１の全てが最初に同じ状態、例えば閉状態に置かれる。１つのレグで短絡を形成するために、ＤＣバスのマイナス導体５に接続されるこのレグの電子スイッチが閉じるように命令される。
【０１１３】
他の例において、制御ユニット１４により行われる電子スイッチ１１の制御は、閉ループで行われてもよい（図８参照）。
【０１１４】
更なる他の例において、スイッチングシステムは、異なっており、例えば、異なる数のレグを備え、或いは、インターリーブ型ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０１１５】
「１つの〜を備える」なる表現は、反対のことが明記される場合を除き、「少なくとも１つの〜を備える」なる表現と同義であるとして理解されるべきである。
【０１１６】
特定の例において、図１、図２、及び、図３に示される回路１のスイッチングシステム２は、特に車両用の空調コンプレッサの電気モータを制御するための電圧コンバータ、例えばＤＣ−ＡＣコンバータであってもよい。
【０１１７】
図７は、図４の例との違いに特に注意を払いながら説明される、コンデンサ２０を放電するための他の典型的な方法を示す。
【０１１８】
短絡は、最も左側のレグ３で最初にもたらされる。
【０１１９】
しかしながら、その後の繰り返し中、図４に示される例とは対照的に、チョッピング周期の値のごく僅かである持続時間ｔ２にわたってスイッチングシステム２の第２及び第３のレグで短絡が同時にもたらされる。２つのレグは経路を規定し、該経路に沿って放電電流ＩＤＣが持続時間ｔ２にわたってプラス導体４からマイナス導体５へ流れてもよい。このとき、ＤＣバス７中も流れるこの電流ＩＤＣは、第２及び第３のレグを通じて流れる短絡電流ＩＣＣ２，ＩＣＣ３の和に等しい。放電電流ＩＤＣが２つのレグ中を流れるようにすることにより、放電の総持続時間が図４の例に対して減少される。
【０１２０】
目的がコンデンサ２０の放電を続けることであるときには、その後、チョッピング周期のごく僅かである持続時間ｔ３にわたって第３及び第１のレグで短絡がもたらされる。その後の繰り返し中、第１のレグ及び第２のレグで短絡がもたらされてもよい。
【０１２１】
測定要素１８により測定される電圧の値又は測定要素１９により測定される電流の値が所定の値よりも小さいかどうかに応じて、コンデンサ２０の放電が続けられてもよく或いは続けられなくてもよい。スイッチングシステム２のレグ３は、一度に２つ、今しがた示された順序と同じ順序で、図４に示される例に関して説明されたように１つの繰り返しから他の繰り返しへと増大する短絡持続時間を毎回伴って、あらためて短絡するように連続的に命令されてもよい。
【０１２２】
図７に示される例において、第１のレグの２つの電子スイッチ１１のための閉じる持続時間ｔ１は７００ｎｓに等しい。０から５００ｎｓまで、閉信号がレグのスイッチに印加される。
【０１２３】
５００ｎｓ後、必ずスイッチが閉じられる。放電電流ＩＤＣは、２００ｎｓ後に約２８００Ａに達するまで第１のレグで徐々に増大する。
【０１２４】
その後、スイッチに損傷を与える恐れのある更に高い強度の電流を避けるためにスイッチが開かれる。
【０１２５】
コンデンサ２０を放電するために、スイッチングシステムの各レグ３は、図４に示されるように、連続的に短絡を形成してもよい。この例において、短絡は、以下で「第１のレグ」と称される図１のスイッチングシステム２の最も左側のレグ３で最初にもたらされる。この短絡をもたらすために、第１のレグの２つの電子スイッチ１１は、チョッピング周期の値のごく僅かである持続時間ｔ１にわたって閉じるように命令される。第１のレグが短絡を形成すると、このレグが経路を規定し、該経路に沿って放電電流ＩＤＣが持続時間ｔ１にわたってプラス導体４からマイナス導体５へ流れてもよい。このとき、ＤＣバス７中も流れるこの電流ＩＤＣは、図６に示されるように、第１のレグを通じて流れる短絡電流ＩＣＣ１に等しい。
【図１】
2016532416.tif 000003
【図２】
2016532416.tif 000004
【図３】
2016532416.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016532416.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016532416.tif 000009
【国際調査報告】
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2016532416.tif 000011
2016532416.tif 000012
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