CN110063013B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明获得一种能减小功率转换装置的损耗、并能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率的功率转换装置。功率转换装置(1)搭载于以驱动电动机(M1)为动力源来进行行驶的车辆(VCL)，该功率转换装置(1)包括对多个开关元件(Q101～Q106、Q201～Q206)进行开关控制从而对驱动电动机(M1)进行控制的逆变器(100、200)，多个开关元件(Q101～Q106、Q201～Q206)分别由宽带隙半导体形成。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及具有多个功率用半导体元件、并在直流电源与交流驱动电动机之间进行功率转换的功率转换装置。
背景技术
近来，混合动力汽车或插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池车这样的搭载有电力传动系统的汽车正得到普及。以下，将混合动力汽车称为HEV，将插电式混合动力汽车称为PHEV，将电动汽车称为EV，将燃料电池车称为FCV。另外，以下，将搭载有电力传动系统的汽车称为电动化车辆。
在这些电动化车辆中，在现有的汽油发动机车的结构上，追加搭载了用于推进车辆的电动机、以及用于驱动电动机的功率转换装置，用于改善燃料消耗率和电消耗率的技术开发正在推进。此外，所谓燃料消耗率是指每单位燃料量的行驶距离，所谓电消耗率是指每单位电力量的行驶距离。
这里，为了降低电动机损耗，提出了对功率转换装置的载波频率进行设定、以使得电动机损耗与功率转换装置的损耗相加而得的总计损耗成为最小的方案(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4605274号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1所记载的技术是利用电动机损耗与功率转换装置的损耗相加而得的总计损耗成为最小的载波频率来对搭载于功率转换装置的Si-IGBT元件进行开关从而对电动机进行驱动的技术，虽然通过降低总计损耗改善了燃料消耗率、电消耗率，但存在其效果较小的问题。此外，所谓Si-IGBT元件是指利用了硅(Si)半导体元件的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，获得一种能减小功率转换装置的损耗、并能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的功率转换装置是搭载于以驱动电动机为动力源来进行行驶的车辆的功率转换装置，包括驱动电动机用逆变器，该驱动电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对驱动电动机进行控制，构成驱动电动机用逆变器的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体形成。
发明效果
根据本发明所涉及的功率转换装置，包括驱动电动机用逆变器，该驱动电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制从而对驱动电动机进行控制，构成驱动电动机用逆变器的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体形成。
这里，作为搭载于电动化车辆的功率转换装置的功率用半导体元件，使用损耗比Si-IGBT元件要低的宽带隙半导体元件，从而能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率。
即，能获得一种能减小功率转换装置的损耗、并能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率的功率转换装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的电动机损耗、使用了宽带隙半导体的逆变器的损耗及将两者相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图3A是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的Si-IGBT的开关损耗的说明图。
图3B是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的宽带隙半导体的开关损耗的说明图。
图3C是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的高频驱动的说明图。
图4是表示将Si-IGBT和宽带隙半导体用于本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的开关元件的情况下的、各自的逆变器损耗与逆变器负载之间的关系的说明图。
图5是表示将Si-IGBT和宽带隙半导体用于本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的开关元件的情况下的、各自的逆变器损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的电动机损耗、使用了Si-IGBT元件的逆变器的损耗及将两者相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图7A是表示在本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、在将电动机设为双重三相绕组的情况下的电动机损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图7B是表示在本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、在将电动机设为三相绕组的情况下的电动机损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图8是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的电动机损耗、使用了宽带隙半导体的逆变器的损耗及将两者相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图9A是表示能适用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图9B是表示能适用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图9C是表示能适用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图10是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的框图。
图11A是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的DCDC转换器的电路结构图。
图11B是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的DCDC转换器的电路结构图。
图11C是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的DCDC转换器的电路结构图。
图11D是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的DCDC转换器的电路结构图。
图11E是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的DCDC转换器的电路结构图。
图12是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中的电动机损耗、使用了宽带隙半导体的逆变器损耗和转换器损耗、以及将这些损耗相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图13是表示将Si-IGBT和宽带隙半导体用于本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的开关元件的情况下的、各自的转换器损耗与转换器负载之间的关系的说明图。
图14是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的电动机损耗、使用了宽带隙半导体的逆变器的损耗、使用了Si-IGBT元件的转换器的损耗、以及将这些损耗相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系的说明图。
图15A是表示能适用本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图15B是表示能适用本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图15C是表示能适用本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图16是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的框图。
图17是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中的驱动电动机的转速与损耗之间的关系的说明图。
图18A是例示出本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中的频率变更控制的说明图。
图18B是例示出本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中的频率变更控制的说明图。
图19A是表示能适用本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图19B是表示能适用本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图20是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的框图。
图21是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置中的驱动电动机的转矩负载或电流负载与损耗之间的关系的说明图。
图22A是例示出本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置中的频率变更控制的说明图。
图22B是例示出本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置中的频率变更控制的说明图。
图23A是表示能适用本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图23B是表示能适用本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图24A是表示能适用本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图24B是表示能适用本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图25A是表示能适用本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图25B是表示能适用本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图26A是表示能适用本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图26B是表示能适用本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构及能量流的说明图。
图27A是表示能适用本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图27B是表示能适用本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图28A是表示能适用本发明的实施方式9所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图28B是表示能适用本发明的实施方式9所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图29A是表示能适用本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图29B是表示能适用本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图29C是表示能适用本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
图29D是表示能适用本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置的电动化车辆的结构图。
具体实施方式
以下，利用附图来对本发明所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明，在各图中对于相同或相当的部分标注相同的标号来进行说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的框图。在图1中，功率转换装置1搭载于车辆VCL，使用作为直流电源的高电压电池BAT的功率来驱动双重三相绕组电动机M1。另外，功率转换装置1包括平滑电容器C2、逆变器100、逆变器200、电流传感器CS1、电流传感器CS2、电压传感器VS、转速传感器RS、控制装置300以及栅极驱动电路400。
这里，构成逆变器100、逆变器200的功率用半导体元件即开关元件例如是碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体元件的芯片，利用双重化后的逆变器100和逆变器200来驱动双重三相绕组电动机M1。此外，有时也将双重三相绕组电动机M1简称为电动机M1。
作为高电压电池BAT，例如能使用镍氢电池、锂离子电池、铅蓄电池等充电电池。另外，也可以将大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等与充电电池一起使用，或使用大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等来代替充电电池。
逆变器100接受来自高电压电池BAT的电源电位Vpn来驱动电动机M1。优选为逆变器100在车辆VCL制动时利用电动机M1来进行再生动作，即将电动机M1用作为发电机，将电动机M1中所发出的电力返回至高电压电池BAT。
另外，逆变器100具有多个开关元件，与U相、V相和W相所构成的三相各相的未图示的绕组相对应地设有三组串联电路，由此构成桥式电路，其中，所述串联电路在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间串联连接有两个开关元件。即，逆变器100总计具有6个开关元件Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106。
具体而言，在各相的串联电路中，正极侧的开关元件的源极端子与正极侧电线LP相连接，正极侧的开关元件的漏极端子与负极侧的开关元件的漏极端子相连接，负极侧的开关元件的源极端子与负极侧电线LN相连接。另外，正极侧的开关元件与负极侧的开关元件之间的连接点与对应相的绕组相连接。此外，正极侧电线LP与高电压电池BAT的正极相连接，负极侧电线LN与高电压电池BAT的负极相连接。
逆变器100具有与各开关元件反向并联连接的续流二极管，在本实施方式中，与6个开关元件Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106分别相对应地，总计设有6个续流二极管D101、D102、D103、D104、D105、D106。
续流二极管D101、D102、D103、D104、D105、D106可以采用开关元件Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106的寄生二极管。另外，为了确保作为逆变器的电流容量，也可以将开关元件并联连接。
逆变器200接受来自高电压电池BAT的电源电位Vpn来驱动电动机M1。优选为逆变器200在车辆VCL制动时利用电动机M1来进行再生动作，即将电动机M1用作为发电机，将电动机M1中所发出的电力返回至高电压电池BAT。
另外，逆变器200具有多个开关元件，与R相、S相和T相所构成的三相各相的未图示的绕组相对应地设有三组串联电路，由此构成桥式电路，其中，所述串联电路在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间串联连接有两个开关元件。即，逆变器200总计具有6个开关元件Q201、Q202、Q203、Q204、Q205、Q206。
具体而言，在各相的串联电路中，正极侧的开关元件的源极端子与正极侧电线LP相连接，正极侧的开关元件的漏极端子与负极侧的开关元件的漏极端子相连接，负极侧的开关元件的源极端子与负极侧电线LN相连接。另外，正极侧的开关元件与负极侧的开关元件之间的连接点与对应相的绕组相连接。此外，正极侧电线LP与高电压电池BAT的正极相连接，负极侧电线LN与高电压电池BAT的负极相连接。
逆变器200具有与各开关元件反向并联连接的续流二极管，在本实施方式中，与6个开关元件Q201、Q202、Q203、Q204、Q205、Q206分别相对应地，总计设有6个续流二极管D201、D202、D203、D204、D205、D206。
续流二极管D201、D202、D203、D204、D205、D206可以采用开关元件Q201、Q202、Q203、Q204、Q205、Q206的寄生二极管。另外，为了确保作为逆变器的电流容量，也可以将开关元件并联连接。
平滑电容器C2连接在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间，对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压、即所谓系统电压进行平滑。
分别与多个开关元件相对应地设有多个栅极驱动电路400，所述栅极驱动电路对所对应的开关元件进行驱动。在该实施方式中，设有12个栅极驱动电路400。各开关元件的控制端子即栅极端子与所对应的栅极驱动电路400相连接。
各栅极驱动电路400根据从控制装置300经由未图示的光耦合器等而被传送的、各开关元件的导通指令或断开指令，对所对应的开关元件输出导通电压信号或断开电压信号，将开关元件切换至导通状态或断开状态。
电流传感器CS1对从逆变器100流入电动机M1的绕组的电流I1进行检测。在将逆变器100与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS1。将电流传感器CS1的输出信号输入至控制装置300。
电流传感器CS2对从逆变器200流入电动机M1的绕组的电流I2进行检测。在将逆变器200与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS2的输出信号输入至控制装置300。
电压传感器VS对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压、即所谓系统电压进行检测。将电压传感器VS的输出信号输入至控制装置300。
转速传感器RS对转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS安装于转子的转轴。作为转速传感器RS，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS的输出信号输入至控制装置300。
控制装置300对逆变器100和逆变器200进行控制，从而对电动机M1进行控制。控制装置300具有电动机损耗运算部301、逆变器损耗运算部302、载波频率设定部303、电流检测部304、电压检测部305、PWM控制部306以及转速检测部307。
电动机损耗运算部301基于流向电动机M1的未图示的电流、施加于电动机M1的未图示的电压等，来对电动机损耗进行运算。此外，也可以利用根据电动机M1的动作点、即转速和转矩而预先计算出的映射，来对电动机损耗进行运算。
逆变器损耗运算部302基于流向逆变器100或逆变器200的未图示的电流、施加于逆变器100或逆变器200的未图示的电压等，来对逆变器损耗进行运算。此外，也可以利用根据电动机M1的动作点、即转速和转矩而预先计算出的映射，来对逆变器损耗进行运算。
载波频率设定部303对用于PWM控制的载波的载波频率Fc进行设定。载波频率设定部303执行变更载波频率Fc的频率变更控制，使得由电动机损耗运算部301所运算出的电动机损耗与由逆变器损耗运算部302所运算出的逆变器损耗相加而得的总计损耗成为最小。
具体而言，如图2所示，使载波频率Fc增加，从而能使依赖于载波频率Fc的电动机M1的功率损耗减小。另一方面，若使载波频率Fc增加，则依赖于载波频率Fc的逆变器100和逆变器200的功率损耗会增加。根据上述特性，存在使电动机损耗与逆变器损耗相加而得的总计损耗成为最小的载波频率Fc_a，载波频率设定部303执行频率变更控制，使得载波频率成为Fc_a。
电流检测部304对从逆变器100流至电动机M1的绕组的电流I1进行检测。电流检测部304基于输入至控制装置300的电流传感器CS1的输出信号，来对流向各相的绕组的电流I1进行检测。另外，电流检测部304对从逆变器200流至电动机M1的绕组的电流I2进行检测。电流检测部304基于输入至控制装置300的电流传感器CS2的输出信号，来对流向各相的绕组的电流I2进行检测。
电压检测部305对从高电压电池BAT提供给逆变器100和逆变器200的输入电压、即所谓系统电压进行检测。电压检测部305基于输入至控制装置300的电压传感器VS的输出信号，对输入电压、即所谓系统电压进行检测。
转速检测部307对电动机M1的转速进行检测。转速检测部307基于转速传感器RS的输出信号，对转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
PWM控制部306利用PWM控制来对多个开关元件进行开关控制。这里，PWM控制是脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制。PWM控制部306在PWM控制中，对载波频率Fc的载波与各相的交流电压指令信号进行比较，从而改变使各相的开关元件导通或断开的矩形脉冲波的占空比。PWM控制部306执行电流反馈控制，该电流反馈控制中进行PWM控制以使得流过电动机M1的绕组的电流I1和电流I2接近电流指令值。
在本实施方式中，将宽带隙半导体元件用于逆变器100和逆变器200的开关元件。其原因在于，能使开关元件的损耗降地比以往所使用的Si-IGBT元件要低，另外，能提高载波频率。
开关元件的损耗能大致分为导通损耗和开关损耗。省略详细的说明，但一般宽带隙半导体的导通损耗比Si-IGBT的导通损耗要低。
以下，参照图3，对开关损耗进行说明。在Si-IGBT中，如图3A所示，在使开关元件从导通到断开时，尾电流流向开关元件，该尾电流会导致产生开关损耗。
与之相对，在宽带隙半导体的情况下，如图3B所示，在使开关元件从导通到断开时，不存在流向开关元件的尾电流。
因此，若使用宽带隙半导体，则能将损耗降地比使用Si-IGBT的情况要低。除此以外，不会产生尾电流，从而能使将开关元件从导通切换为断开的时间提前，因此，如图3C所示，能提高载波频率。
图4示出将Si-IGBT和宽带隙半导体用于逆变器100和逆变器200的开关元件的情况下各自的逆变器损耗与逆变器负载之间的关系。如上所述，与Si-IGBT相比宽带隙半导体的导通损耗和开关损耗较小，使用宽带隙半导体时，与逆变器负载相对应的逆变器损耗降低。由此，能提高搭载于车辆VCL的功率转换装置1的效率，因此，能提高作为车辆VCL的电消耗率。
图5示出将Si-IGBT和宽带隙半导体用于逆变器100和逆变器200的开关元件的情况下各自的逆变器损耗与载波频率之间的关系。如上所述，与Si-IGBT相比宽带隙半导体的开关损耗较小，因此，使用了宽带隙半导体的逆变器的载波频率增加时的逆变器损耗的增加量比使用了Si-IGBT的逆变器的载波频率增加时的逆变器损耗的增加量要小。
这里，图6示出了电动机损耗、使用了Si-IGBT元件的逆变器的损耗以及两者相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系。在将Si-IGBT元件用于逆变器的情况下，与使用宽带隙半导体的情况相比，总计损耗成为最小的载波频率Fc_b变低。此外，在设电动机损耗与载波频率之间的关系相同的情况下，载波频率Fc_b比图2所示的载波频率Fc_a要小。
即，在将宽带隙半导体用于逆变器的情况下，在载波频率更高时总计损耗最小，且总计损耗也变小。因此，使用能进一步提高载波频率的宽带隙半导体也有助于总计损耗的降低。
此外，图7A、图7B示出将电动机设为双重三相绕组的情况和设为三相绕组的情况的电动机损耗与载波频率之间的关系。使载波频率Fc增加，从而能使依赖于载波频率Fc的电动机损耗减小，而双重三相绕组电动机具有以下倾向：在更高的载波频率下电动机损耗降低。
其理由在于，双重三相绕组电动机的电动机电抗较低。若电动机的电抗较低，则流入电动机的电流的谐波分量增大，依赖于该谐波分量的电动机损耗增大。通过提高载波频率能降低流入电动机的电流的谐波分量，因此，通过以更高的载波频率来对双重三相绕组电动机进行驱动，从而能降低电动机损耗。另一方面，在电动机的电抗较高的三相绕组电动机的情况下，具有如下倾向：即使将载波频率提高到一定以上，电动机损耗的降低效果也会变小。
由此，如图8所示，将宽带隙半导体用于控制双重三相绕组电动机M1的逆变器100和逆变器200的情况下，能进一步提高载波频率而设为Fc_c，能降低电动机损耗与逆变器损耗相加而得的总计损耗。由此，能提高搭载于车辆VCL的功率转换装置1的效率，因此，能提高作为车辆VCL的电消耗率。
图9示出能适用本实施方式的电动化车辆的结构。图9A是由电动机MOT、逆变器PDU、高电压电池BAT、通过轴与电动机MOT相连接的后传齿轮DF、以及通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎所构成的EV，能适用本实施方式。
此外，电动机MOT相当于图1的电动机M1，为了简化而设为三相电动机。另外，逆变器PDU相当于图1的逆变器100或逆变器200。另外，对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。
图9B是由电动机MOT、逆变器PDU、高电压电池BAT、通过轴并经由离合器CLT与电动机MOT相连接的后传齿轮DF、通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎、以及与电动机MOT连接于同轴的发动机ENG所构成的HEV，能适用本实施方式。
此外，电动机MOT相当于图1的电动机M1，为了简化而设为三相电动机。另外，逆变器PDU相当于图1的逆变器100或逆变器200。这里，离合器CLT也可以设为未图示的变速器。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
图9C是在图9B的电动机MOT与发动机ENG之间设有离合器CLT2的HEV，能适用本实施方式。这里，离合器CLT1也可以设为未图示的变速器。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。在将本实施方式适用于HEV、PHEV的情况下，除了车辆的电消耗率以外，还能提高燃料消耗率。
如上所述，根据实施方式1，包括驱动电动机用逆变器，该驱动电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制从而对驱动电动机进行控制，构成驱动电动机用逆变器的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体形成。
这里，作为搭载于电动化车辆的功率转换装置的功率用半导体元件，使用损耗比Si-IGBT元件要低的宽带隙半导体元件，从而能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率。
即，能获得一种能减小功率转换装置的损耗、并能改善电动化车辆的燃料消耗率和电消耗率的功率转换装置。
实施方式2.
图10是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的框图。在图10中，功率转换装置2搭载于车辆VCL，使用作为直流电源的高电压电池BAT的功率来驱动双重三相绕组电动机M1。
另外，功率转换装置2包括平滑电容器C1、平滑电容器C2、逆变器100、逆变器200、电流传感器CS1、电流传感器CS2、电压传感器VS1、电压传感器VS2、转速传感器RS、控制装置600、栅极驱动电路400以及DCDC转换器500。
DCDC转换器500将输入至电压端子Vn1-Vp1之间的直流电压V1升压至比直流电压V1要大的直流电压V2，并输出至电压端子Vn2-Vp2之间。另外，DCDC转换器500将输入至电压端子Vn2-Vp2之间的直流电压V2降压至比直流电压V2要小的直流电压V1，并输出至电压端子Vn1-Vp1之间。
图11示出DCDC转换器500的电路结构。DCDC转换器500由多个开关元件Q1～Q4构成，图11A是斩波式DCDC转换器，图11B是并联连接有两个图11A的斩波式DCDC转换器的交错式DCDC转换器，图11C是利用了电抗器的磁耦合的交错式DCDC变换器，图11D和图11E是开关电容式DCDC转换器。
此外，图11中的C0、C3、C4分别表示电容器，L、L1、L2分别表示电抗器，M表示互感，D1～D4表示二极管，DRV表示生成开关元件Q1～Q4的驱动信号的栅极驱动电路。
图11示出了非绝缘型DCDC转换器的一个示例，但这也可以是示例以外的DCDC转换器，也可以是绝缘型DCDC转换器。此外，在本发明中，以将构成DCDC转换器500的多个开关元件设为Si-IGBT元件还是设为宽带隙半导体作为发明对象，因此，省略对各DCDC转换器的动作原理的说明。
这里，构成逆变器100、逆变器200的功率用半导体元件即开关元件例如是碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体元件的芯片，利用双重化后的逆变器100和逆变器200来驱动电动机M1。
作为高电压电池BAT，例如能使用镍氢电池、锂离子电池、铅蓄电池等充电电池。另外，也可以将大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等与充电电池一起使用，或使用大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等来代替充电电池。
逆变器100从DCDC转换器500接受电源电位V2来驱动电动机M1。优选为逆变器100在车辆VCL制动时利用电动机M1来进行再生动作，即将电动机M1用作为发电机，将电动机M1中所发出的电力经由DCDC转换器500而返回至高电压电池BAT。
另外，逆变器100具有多个开关元件，与U相、V相和W相所构成的三相各相的未图示的绕组相对应地设有三组串联电路，由此构成桥式电路，其中，所述串联电路在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间串联连接有两个开关元件。即，逆变器100总计具有6个开关元件Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106。
逆变器200从DCDC转换器500接受电源电位V2来驱动电动机M1。优选为逆变器200在车辆VCL制动时利用电动机M1来进行再生动作，即将电动机M1用作为发电机，将电动机M1中所发出的电力经由DCDC转换器500而返回至高电压电池BAT。
另外，逆变器200具有多个开关元件，与R相、S相和T相所构成的三相各相的未图示的绕组相对应地设有三组串联电路，由此构成桥式电路，其中，所述串联电路在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间串联连接有两个开关元件。即，逆变器200总计具有6个开关元件Q201、Q202、Q203、Q204、Q205、Q206。
平滑电容器C1连接在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间，对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压进行平滑。平滑电容器C2连接于DCDC转换器500的电压端子Vp2与DCDC转换器500的电压端子Vn2之间，对电压端子Vp2与电压端子Vn2之间的直流电压、即所谓的系统电压进行平滑。
分别与多个开关元件相对应地设有多个栅极驱动电路400，所述栅极驱动电路对所对应的开关元件进行驱动。在该实施方式中，设有12个栅极驱动电路400。各开关元件的控制端子即栅极端子与所对应的栅极驱动电路400相连接。
各栅极驱动电路400根据从控制装置600经由未图示的光耦合器等而被传送的、各开关元件的导通指令或断开指令，对所对应的开关元件输出导通电压信号或断开电压信号，将开关元件切换至导通状态或断开状态。
电流传感器CS1对从逆变器100流至电动机M1的绕组的电流I1进行检测。在将逆变器100与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS1的输出信号输入至控制装置600。
电流传感器CS2对从逆变器200流至电动机M1的绕组的电流I2进行检测。在将逆变器200与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS2的输出信号输入至控制装置600。
电压传感器VS1对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压进行检测。将电压传感器VS1的输出信号输入至控制装置600。电压传感器VS2对电压端子Vp2与电压端子Vn2之间的直流电压、即所谓的系统电压进行检测。将电压传感器VS2的输出信号输入至控制装置600。
转速传感器RS对转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS安装于转子的转轴。作为转速传感器RS，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS的输出信号输入至控制装置600。
控制装置600对逆变器100和逆变器200进行控制，从而对电动机M1进行控制。控制装置600具有电动机损耗运算部601、逆变器损耗运算部602、载波频率设定部603、电流检测部604、电压检测部605、PWM控制部60、转速检测部607以及转换器损耗运算部608。
电动机损耗运算部601基于流向电动机M1的未图示的电流、施加于电动机M1的未图示的电压等，来对电动机损耗进行运算。此外，也可以利用根据电动机M1的动作点、即转速和转矩而预先计算出的映射，来对电动机损耗进行运算。
逆变器损耗运算部602基于流向逆变器100或逆变器200的未图示的电流、施加于逆变器100或逆变器200的未图示的电压等，来对逆变器损耗进行运算。此外，也可以利用根据电动机M1的动作点、即转速和转矩而预先计算出的映射，来对逆变器损耗进行运算。
转换器损耗运算部608基于流向DCDC转换器500的未图示的电流、施加于DCDC转换器500的未图示的电压等，来对转换器损耗进行运算。此外，转换器损耗也可以使用根据输入电压V1、输出电压V2、未图示的输入电流、未图示的输出电流而预先计算出的映射来进行运算。
载波频率设定部603对用于PWM控制的载波的载波频率Fc进行设定。载波频率设定部603执行变更逆变器的载波频率Fci的频率变更控制，使得电动机损耗运算部601所运算出的电动机损耗、逆变器损耗运算部602所运算出的逆变器损耗、与转换器损耗运算部608所运算出的转换器损耗相加而得的总计损耗成为最小。
具体而言，如图12所示，使逆变器的载波频率Fci增加，从而能使依赖于逆变器的载波频率Fci的电动机M1的功率损耗减小。另一方面，若使逆变器的载波频率Fci增加，则依赖于逆变器的载波频率Fci的逆变器100和逆变器200的功率损耗会增加。
另外，若使逆变器的载波频率Fci增加，则DCDC转换器的脉动电压降低，因此，能使DCDC转换器500的功率损耗减小。根据上述特性，存在使电动机损耗、逆变器损耗与转换器损耗相加而得的总计损耗成为最小的逆变器的载波频率Fci_a，载波频率设定部603执行频率变更控制，使得逆变器的载波频率成为Fci_a。
电流检测部604对从逆变器100流至电动机M1的绕组的电流I1进行检测。电流检测部604基于输入至控制装置600的电流传感器CS1的输出信号，来对流向各相的绕组的电流I1进行检测。另外，电流检测部604对从逆变器200流至电动机M1的绕组的电流I2进行检测。电流检测部604基于输入至控制装置600的电流传感器CS2的输出信号，来对流向各相的绕组的电流I2进行检测。
电压检测部605对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压、以及从DCDC转换器500提供给逆变器100和逆变器200的直流电压、即所谓的系统电压进行检测。电压检测部605基于输入至控制装置600的电压传感器VS1和电压传感器VS2的输出信号，来对各直流电压进行检测。
转速检测部607对电动机M1的转速进行检测。转速检测部607基于转速传感器RS的输出信号，对转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
PWM控制部606利用PWM控制来对多个开关元件进行开关控制。这里，PWM控制是脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制。PWM控制部606在PWM控制中，对载波频率Fc的载波与各相的交流电压指令信号进行比较，从而改变使各相的开关元件导通或断开的矩形脉冲波的占空比。PWM控制部606执行电流反馈控制，该电流反馈控制进行PWM控制以使得流过电动机M1的绕组的电流I1和电流I2接近电流指令值。
在本实施方式中，将宽带隙半导体元件用于逆变器100和逆变器200的开关元件。其原因在于，能使开关元件的损耗降地比以往所使用的Si-IGBT元件要低，另外，能提高载波频率。
图13示出将Si-IGBT和宽带隙半导体用于DCDC转换器500的开关元件的情况下各自的转换器损耗与转换器负载之间的关系。与逆变器100和逆变器200相同，与Si-IGBT相比宽带隙半导体的导通损耗和开关损耗较小，使用宽带隙半导体时，与转换器负载相对应的转换器损耗降低。由此，能提高搭载于车辆VCL的功率转换装置2的效率，因此，能提高作为车辆VCL的电消耗率。
这里，图14示出了电动机损耗、使用了宽带隙半导体的逆变器的损耗、使用了Si-IGBT元件的转换器的损耗以及两者相加而得的总计损耗与载波频率之间的关系。在将Si-IGBT元件用于转换器的情况下，与使用宽带隙半导体的情况相比，总计损耗成为最小的载波频率Fci_b较低。此外，在设电动机损耗与载波频率之间的关系相同的情况下，载波频率Fci_b比图12所示的载波频率Fci_a要小。
即，在将宽带隙半导体用于转换器的情况下，在载波频率更高时总计损耗最小，且总计损耗也变小。因此，使用能进一步提高载波频率的宽带隙半导体也有助于总计损耗的降低。
图15示出能适用本实施方式的电动化车辆的结构。图15A是由电动机MOT、逆变器PDU、转换器VCU、高电压电池BAT、通过轴与电动机MOT相连接的后传齿轮DF、以及通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎所构成的EV，能适用本实施方式。
此外，电动机MOT相当于图10的电动机M1，为了简化而设为三相电动机。另外，逆变器PDU相当于图10的逆变器100或逆变器200。另外，转换器VCU相当于图10的DCDC转换器500。另外，对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。
图15B是由电动机MOT、逆变器PDU、转换器VCU、高电压电池BAT、通过轴并经由离合器CLT与电动机MOT相连接的后传齿轮DF、通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎、以及与电动机MOT连接于同轴的发动机ENG所构成的HEV，能适用本实施方式。
此外，电动机MOT相当于图10的电动机M1，为了简化而设为三相电动机。另外，逆变器PDU相当于图10的逆变器100或逆变器200。另外，转换器VCU相当于图10的DCDC转换器500。另外，这里，离合器CLT也可以设为未图示的变速器。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
图15C是在图15B的电动机MOT与发动机ENG之间设有离合器CLT2的HEV，能适用本实施方式。这里，离合器CLT1也可以设为未图示的变速器。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。在将本实施方式适用于HEV、PHEV的情况下，除了车辆的电消耗率以外，还能提高燃料消耗率。
另外，在图15所示的电动化车辆中，如上述实施方式那样，可以将宽带隙半导体用于逆变器PDU和转换器VCU两者的开关元件，也可以将宽带隙半导体用于任意一方的开关元件。无论在哪种情况下，都能降低功率转换装置2的总计损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
实施方式3.
图16是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的框图。在图16中，功率转换装置3搭载于车辆VCL，使用作为直流电源的高电压电池BAT的功率来驱动驱动电动机M1和发电电动机G1。另外，功率转换装置3包括平滑电容器C1、平滑电容器C2、逆变器100、逆变器200、电流传感器CS1、电流传感器CS2、转速传感器RS1、转速传感器RS2、控制装置700、栅极驱动电路400以及DCDC转换器500。
DCDC转换器500将输入至电压端子Vn1-Vp1之间的直流电压V1升压至比直流电压V1要大的直流电压V2，并输出至电压端子Vn2-Vp2之间。另外，DCDC转换器500将输入至电压端子Vn2-Vp2之间的直流电压V2降压至比直流电压V2要小的直流电压V1，并输出至电压端子Vn1-Vp1之间。
这里，构成逆变器100的功率用半导体元件即开关元件例如是碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体元件的芯片，利用逆变器100来驱动驱动电动机M1。
另外，构成逆变器200的功率用半导体元件即开关元件是Si-IGBT元件的芯片，利用逆变器200来驱动发电电动机G1。逆变器100和逆变器200的结构与实施方式1和实施方式2相同，因此省略。
作为高电压电池BAT，例如能使用镍氢电池、锂离子电池、铅蓄电池等充电电池。另外，也可以将大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等与充电电池一起使用，或使用大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等来代替充电电池。
逆变器100从DCDC转换器500接受电源电位V2来驱动驱动电动机M1。优选为逆变器100在车辆VCL制动时利用驱动电动机M1来进行再生动作，即将驱动电动机M1用作为发电机，将驱动电动机M1中所发出的电力经由DCDC转换器500而返回至高电压电池BAT。
逆变器200从DCDC转换器500接受电源电位V2来驱动发电电动机G1。另外，逆变器200将经由转矩分割机构TS与发动机ENG相连接的发电电动机G1利用发动机ENG的动力使发电电动机G1旋转而发出的交流电力转换为直流电力。转换后的直流电力经由DCDC转换器500而返回至高电压电池BAT，或经由逆变器100对驱动电动机M1进行驱动。
平滑电容器C1连接在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间，对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压进行平滑。平滑电容器C2连接于DCDC转换器500的电压端子Vp2与DCDC转换器500的电压端子Vn2之间，对电压端子Vp2与电压端子Vn2之间的直流电压、即所谓的系统电压进行平滑。
分别与多个开关元件相对应地设有多个栅极驱动电路400，所述栅极驱动电路对所对应的开关元件进行驱动。各开关元件的控制端子即栅极端子与所对应的栅极驱动电路400相连接。
各栅极驱动电路400根据从控制装置700经由未图示的光耦合器等而被传送的、各开关元件的导通指令或断开指令，对所对应的开关元件输出导通电压信号或断开电压信号，将开关元件切换至导通状态或断开状态。
电流传感器CS1对从逆变器100流至驱动电动机M1的绕组的电流I1进行检测。在将逆变器100与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS1的输出信号输入至控制装置700。
电流传感器CS2对从逆变器200流至发电电动机G1的绕组的电流I2进行检测。在将逆变器200与各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS2的输出信号输入至控制装置700。
转速传感器RS1对驱动电动机M1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS1安装于转子的转轴。作为转速传感器RS1，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS1的输出信号输入至控制装置700。
转速传感器RS2对发电电动机G1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS2安装于转子的转轴。作为转速传感器RS2，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS2的输出信号输入至控制装置700。
控制装置700通过控制逆变器100来进行驱动电动机M1的控制，通过控制逆变器200来进行发电电动机G1的控制。控制装置700具有载波频率设定部703、电流检测部704、PWM控制部706以及转速检测部707。
转速检测部707对驱动电动机M1的转速进行检测。转速检测部707基于转速传感器RS1的输出信号，对驱动电动机M1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
另外，转速检测部707对发电电动机G1的转速进行检测。转速检测部707基于转速传感器RS2的输出信号，对发电电动机G1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
载波频率设定部703对用于PWM控制的载波的载波频率Fc进行设定。载波频率设定部703执行以下频率变更控制：由转速检测部707所检测出的驱动电动机M1的转速越快，将载波频率Fc变更得越高。
具体而言，如图17所示，驱动电动机M1的转速越快，依赖于载波频率Fc的驱动电动机M1的功率损耗越大。因此，驱动电动机M1的转速越快，将载波频率Fc设得越高，从而能有效地降低驱动电动机M1的功率损耗。
例如，载波频率设定部703根据驱动电动机M1的转速来执行频率变更控制，使得如图18A所示那样将载波频率Fc变更为直线状，或者如图18B所示那样将载波频率Fc变更为阶梯状。
电流检测部704对从逆变器100流至驱动电动机M1的绕组的电流I1进行检测。电流检测部704基于输入至控制装置700的电流传感器CS1的输出信号，来对流向驱动电动机M1的各相的绕组的电流I1进行检测。
另外，电流检测部704对从逆变器200流至发电电动机G1的绕组的电流I2进行检测。电流检测部704基于输入至控制装置700的电流传感器CS2的输出信号，来对流向发电电动机G1的各相的绕组的电流I2进行检测。
PWM控制部706利用PWM控制来对多个开关元件进行开关控制。这里，PWM控制是脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制。PWM控制部706在PWM控制中，对载波频率Fc的载波与各相的交流电压指令信号进行比较，从而改变使各相的开关元件导通或断开的矩形脉冲波的占空比。
PWM控制部706执行电流反馈控制，该电流反馈控制进行PWM控制以使得流过驱动电动机M1的绕组的电流I1接近电流指令值。另外，PWM控制部706执行电流反馈控制，该电流反馈控制进行PWM控制以使得流过发电电动机G1的绕组的电流I2接近电流指令值。
在本实施方式中，将宽带隙半导体元件用于逆变器100的开关元件。其原因在于，能使开关元件的损耗降地比以往所使用的Si-IGBT元件要低，另外，能提高载波频率。由此，能提高搭载于车辆VCL的功率转换装置3的效率，因此，能提高作为车辆VCL的电消耗率、燃料消耗率。
另外，在本实施方式中，载波频率设定部703根据驱动电动机M1的转速来变更驱动逆变器100的载波频率，但即使根据发电电动机G1的转速来变更驱动逆变器200的载波频率也能获得相同的效果。
此外，利用载波频率设定部703，根据驱动电动机M1的转速来变更驱动逆变器100的载波频率，并根据发电电动机G1的转速来变更驱动逆变器200的载波频率，从而能进一步提高搭载于车辆VCL的功率转换装置3的效率，因此，能进一步提高作为车辆VCL的电消耗率、燃料消耗率。
图19A、图19B示出能适用本实施方式的电动化车辆的结构。图19A是由驱动电动机TRC、驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机GEN、发电电动机用逆变器GENPDU、转换器VCU、高电压电池BAT、对驱动电动机TRC、发电电动机GEN和发动机ENG的转矩进行分割的转矩分割机构TS、通过轴与转矩分割机构TS相连接的后传齿轮DF、以及通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎所构成的串联/并联HEV，能适用本实施方式。
此外，驱动电动机TRC相当于图16的驱动电动机M1，驱动电动机用逆变器TRCPDU相当于图16的逆变器100，发电电动机GEN相当于图16的发电电动机G1，发电电动机用逆变器GENPDU相当于图16的逆变器200，转换器VCU相当于图16的DCDC转换器500。另外，转矩分割机构TS例如是行星齿轮。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
图19B是由驱动电动机TRC、驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机GEN、发电电动机用逆变器GENPDU、转换器VCU、高电压电池BAT、经由离合器CLT3与发电电动机GEN相连接的发动机ENG、经由离合器CLT1与驱动电动机TRC相连接或者经由离合器CLT2与发动机ENG相连接的后传齿轮DF、以及通过轴与后传齿轮DF相连接的轮胎所构成的串联/并联HEV，能适用本实施方式。
此外，驱动电动机TRC相当于图16的驱动电动机M1，驱动电动机用逆变器TRCPDU相当于图16的逆变器100，发电电动机GEN相当于图16的发电电动机G1，发电电动机用逆变器GENPDU相当于图16的逆变器200，转换器VCU相当于图16的DCDC转换器500。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，图19A、图19B所示的电动化车辆是前轮或后轮驱动式HEV，但对于在图19A、图19B的结构中搭载有未图示的后轮或前轮驱动电动机MOT3、未图示的后轮或前轮驱动电动机用逆变器PDU3而形成的四轮驱动式的HEV也能适用本实施方式。
另外，在本实施方式中，将驱动电动机TRC和发电电动机GEN设为三相绕组电动机来进行了例示，但也可以将其中的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此来将驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机TRC和发电电动机GEN设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置3的功率损耗。
在图19A、图19B所示的电动化车辆中，可以将宽带隙半导体用于驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU、转换器VCU中的任意一个或两个，也可以将宽带隙半导体用于所有的开关元件。
无论在哪种情况下，如图19A、图19B的能量流所示那样，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置3的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
实施方式4.
图20是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的框图。在图20中，功率转换装置4搭载于车辆VCL，使用作为直流电源的高电压电池BAT的功率来驱动驱动电动机M1和驱动电动机M2。另外，功率转换装置4包括平滑电容器C2、逆变器100、逆变器200、电流传感器CS1、电流传感器CS2、转速传感器RS1、转速传感器RS2、控制装置800以及栅极驱动电路400。
这里，构成逆变器100的功率用半导体元件即开关元件例如是碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体元件的芯片，利用逆变器100来驱动驱动电动机M1。
另外，构成逆变器200的功率用半导体元件即开关元件例如是碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体元件的芯片，利用逆变器200来驱动驱动电动机M2。逆变器100和逆变器200的结构与实施方式1和实施方式2相同，因此省略。
作为高电压电池BAT，例如能使用镍氢电池、锂离子电池、铅蓄电池等充电电池。另外，也可以将大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等与充电电池一起使用，或使用大容量电容器、燃料电池、钠硫电池、空气电池等来代替充电电池。
逆变器100从高电压电池BAT接受电源电位V2来驱动驱动电动机M1。优选为逆变器100在车辆VCL制动时利用驱动电动机M1来进行再生动作，即将驱动电动机M1用作为发电机，将驱动电动机M1中所发出的电力返回至高电压电池BAT。
逆变器200从高电压电池BAT接受电源电位V2来驱动驱动电动机M2。优选为逆变器200在车辆VCL制动时利用驱动电动机M2来进行再生动作，即将驱动电动机M2用作为发电机，将驱动电动机M2中所发出的电力返回至高电压电池BAT。
平滑电容器C2连接在正极侧电线LP与负极侧电线LN之间，对正极侧电线LP与负极侧电线LN之间的直流电压、即所谓系统电压进行平滑。
分别与多个开关元件相对应地设有多个栅极驱动电路400，所述栅极驱动电路对所对应的开关元件进行驱动。各开关元件的控制端子即栅极端子与所对应的栅极驱动电路400相连接。
各栅极驱动电路400根据从控制装置800经由未图示的光耦合器等而被传送的、各开关元件的导通指令或断开指令，对所对应的开关元件输出导通电压信号或断开电压信号，将开关元件切换至导通状态或断开状态。
电流传感器CS1对从逆变器100流至驱动电动机M1的绕组的电流I1进行检测。在将逆变器100与驱动电动机M1的各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS1。将电流传感器CS1的输出信号输入至控制装置800。
电流传感器CS2对从逆变器200流至驱动电动机M2的绕组的电流I2进行检测。在将逆变器200与驱动电动机M2的各相的绕组相连接的电线上设有多个、例如3个或2个电流传感器CS2。将电流传感器CS2的输出信号输入至控制装置800。
转速传感器RS1对驱动电动机M1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS1安装于转子的转轴。作为转速传感器RS1，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS1的输出信号输入至控制装置800。
转速传感器RS2对驱动电动机M2的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。另外，转速传感器RS2安装于转子的转轴。作为转速传感器RS2，使用旋转变压器、旋转编码器等。将转速传感器RS2的输出信号输入至控制装置800。
控制装置800通过控制逆变器100来进行驱动电动机M1的控制，通过控制逆变器200来进行驱动电动机M2的控制。控制装置800具有载波频率设定部803、电流检测部804、PWM控制部806以及转速检测部807。
电流检测部804对从逆变器100流至驱动电动机M1的绕组的电流I1进行检测。电流检测部804基于输入至控制装置800的电流传感器CS1的输出信号，来对流向驱动电动机M1的各相的绕组的电流I1进行检测。
另外，电流检测部804对从逆变器200流至驱动电动机M2的绕组的电流I2进行检测。电流检测部804基于输入至控制装置800的电流传感器CS2的输出信号，来对流向驱动电动机M2的各相的绕组的电流I2进行检测。
转速检测部807对驱动电动机M1的转速进行检测。转速检测部807基于转速传感器RS1的输出信号，对驱动电动机M1的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
另外，转速检测部807对驱动电动机M2的转速进行检测。转速检测部807基于转速传感器RS2的输出信号，对驱动电动机M2的转子的转速和旋转角度、即磁极位置进行检测。
载波频率设定部803对用于PWM控制的载波的载波频率Fc进行设定。另外，载波频率设定部803利用上位ECU来输入转矩指令值。载波频率设定部803执行频率变更控制，在该频率变更控制中，驱动电动机M1的转矩负载或电流负载越高，将载波频率Fc变更得越高。
即，载波频率设定部803执行频率变更控制，在该频率变更控制中，从上位ECU输出的转矩指令值越高，或者电流检测部804所检测出的流向驱动电动机M1的电流越大，将载波频率Fc变更得越高。
具体而言，如图21所示，驱动电动机M1的转矩负载或电流负载越高，依赖于载波频率Fc的驱动电动机M1的功率损耗越大。因此，驱动电动机M1的转矩负载或电流负载越高，将载波频率Fc设得越高，从而能有效地降低驱动电动机M1的功率损耗。
例如，载波频率设定部803根据驱动电动机M1的转矩负载或电流负载来执行频率变更控制，使得如图22A所示那样将载波频率Fc变更为直线状，或者如图18B所示那样将载波频率Fc变更为阶梯状。
PWM控制部806利用PWM控制来对多个开关元件进行开关控制。这里，PWM控制是脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制。PWM控制部806在PWM控制中，对载波频率Fc的载波与各相的交流电压指令信号进行比较，从而改变使各相的开关元件导通或断开的矩形脉冲波的占空比。
PWM控制部806执行电流反馈控制，该电流反馈控制进行PWM控制以使得流过驱动电动机M1的绕组的电流I1接近电流指令值。另外，PWM控制部806执行电流反馈控制，该电流反馈控制进行PWM控制以使得流过驱动电动机M2的绕组的电流I2接近电流指令值。
在本实施方式中，将宽带隙半导体元件用于逆变器100和逆变器200的开关元件。其原因在于，能使开关元件的损耗降地比以往所使用的Si-IGBT元件要低，另外，能提高载波频率。由此，能提高搭载于车辆VCL的功率转换装置4的效率，因此，能提高作为车辆VCL的电消耗率。
另外，在本实施方式中，载波频率设定部803根据驱动电动机M1的转矩负载或电流负载来变更驱动逆变器100的载波频率，但即使根据驱动电动机M2的转矩负载或电流负载来变更驱动逆变器200的载波频率也能获得相同的效果。
此外，利用载波频率设定部803，根据驱动电动机M1的转矩负载或电流负载来变更驱动逆变器100的载波频率，并根据驱动电动机M2的转矩负载或电流负载来变更驱动逆变器200的载波频率，从而能进一步提高搭载于车辆VCL的功率转换装置4的效率，因此，能进一步提高作为车辆VCL的电消耗率。
图23示出能适用本实施方式的电动化车辆的结构。图23A是由驱动电动机MOT1、逆变器PDU1、驱动电动机MOT2、逆变器PDU2、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的前轮轮胎所构成的EV，能适用本实施方式。
此外，驱动电动机MOT1相当于图20的驱动电动机M1，逆变器PDU1相当于图20的逆变器100，驱动电动机MOT2相当于图20的驱动电动机M2，逆变器PDU2相当于图20的驱动电动机M2。另外，对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。
另外，即使对于将未图示的发动机、未图示的转矩分割机构或未图示的离合器搭载于图23a的结构而形成的HEV，也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
图23B是由驱动电动机MOT1、逆变器PDU1、驱动电动机MOT2、逆变器PDU2、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮或前轮右侧轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的后轮或前轮左侧轮胎所构成的EV，能适用本实施方式。
此外，驱动电动机MOT1相当于图20的驱动电动机M1，逆变器PDU1相当于图20的逆变器100，驱动电动机MOT2相当于图20的驱动电动机M2，逆变器PDU2相当于图20的驱动电动机M2。另外，对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。
另外，对于驱动电动机MOT1、MOT2由没有后传齿轮DF1、DF2的轮毂电机所构成的EV，也能适用本实施方式。除此以外，对于在图23B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3和未图示的逆变器PDU3来对前轮或后轮进行驱动的四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
此外，对于在图23B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3、未图示的MOT4以及未图示的逆变器PDU3、未图示的逆变器PDU4来进行四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
另外，在本实施方式中，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2设为三相绕组电动机来进行了例示，但也可以将其中的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此来将逆变器PDU1、逆变器PDU2设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置4的功率损耗。
在图23所示的电动化车辆中，可以对逆变器PDU1、逆变器PDU2中的任意一个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，如图23的能量流所示那样，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置4的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
实施方式5.
能适用图24A、图24B所示的本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置5的电动化车辆搭载于车辆VCL，利用高电压电池BAT的电力来驱动驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2，由逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的前轮轮胎构成。
图24所示的逆变器PDU1、逆变器PDU2具有与实施方式1～4所记载的逆变器100或逆变器200相同的结构。转换器VCU具有与实施方式2所记载的DCDC转换器500相同的结构。
在图24所示的电动化车辆中，可以对逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU中的任意一个或两个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，如图24的能量流所示那样，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置5的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
优选为，对搭载于逆变器PDU1和逆变器PDU2中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。另外，对搭载于与使用频度较高的逆变器相连接的转换器的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置5的功率损耗。
图24所示的车辆是EV，但对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。另外，即使对于将未图示的发动机、未图示的转矩分割机构或未图示的离合器搭载于图24的结构而形成的HEV，也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置5适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置5的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此将逆变器PDU1、逆变器PDU2设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置5的功率损耗。优选为，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置5的功率损耗。
实施方式6.
能适用图25A所示的本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置6的电动化车辆搭载于车辆VCL，利用高电压电池BAT的电力来驱动驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2，由逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的前轮轮胎构成。
另外，图25B由驱动电动机MOT1、逆变器PDU1、驱动电动机MOT2、逆变器PDU2、转换器VCU、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮或前轮右侧轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的后轮或前轮左侧轮胎所构成。
图25所示的逆变器PDU1、逆变器PDU2具有与实施方式1～4所记载的逆变器100或逆变器200相同的结构。转换器VCU具有与实施方式2所记载的DCDC转换器500相同的结构。
在图25所示的电动化车辆中，可以对逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU中的任意一个或两个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，如图25的能量流所示那样，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置6的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
优选为，对搭载于逆变器PDU1和逆变器PDU2中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。另外，对搭载于与使用频度较高的逆变器相连接的转换器的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置6的功率损耗。
图25所示的车辆是EV，但对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。另外，即使对于将未图示的发动机、未图示的转矩分割机构或未图示的离合器搭载于图25的结构而形成的HEV，也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，对于驱动电动机MOT1、MOT2由没有后传齿轮DF1、DF2的轮毂电机所构成的EV，也能适用本实施方式。除此以外，对于在图25B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3和未图示的逆变器PDU3来对前轮或后轮进行驱动的四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
此外，对于在图25B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3、未图示的MOT4以及未图示的逆变器PDU3、未图示的逆变器PDU4来进行四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置6适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置6的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此将逆变器PDU1、逆变器PDU2设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置6的功率损耗。优选为，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置6的功率损耗。
实施方式7.
能适用图26A所示的本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置7的电动化车辆搭载于车辆VCL，利用高电压电池BAT的电力来驱动驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2，由逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU1、转换器VCU2、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的前轮轮胎构成。
另外，图26B由驱动电动机MOT1、逆变器PDU1、转换器VCU1、驱动电动机MOT2、逆变器PDU2、转换器VCU2、通过轴与驱动电动机MOT1相连接的后传齿轮DF1、通过轴与后传齿轮DF1相连接的后轮或前轮右侧轮胎、通过轴与驱动电动机MOT2相连接的后传齿轮DF2、以及通过轴与后传齿轮DF2相连接的后轮或前轮左侧轮胎所构成。
图26所示的逆变器PDU1、逆变器PDU2具有与实施方式1～4所记载的逆变器100或逆变器200相同的结构。转换器VCU1、转换器VCU2具有与实施方式2所记载的DCDC转换器500相同的结构。
在图26所示的电动化车辆中，可以对逆变器PDU1、逆变器PDU2、转换器VCU1、转换器VCU2中的任意一个或两个或三个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，如图26的能量流所示那样，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置7的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。
优选为，对搭载于逆变器PDU1和逆变器PDU2中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。另外，对搭载于与使用频度较高的逆变器相连接的转换器的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置7的功率损耗。
图26所示的车辆是EV，但对于将高电压电池BAT设为未图示的燃料电池而得FCV也能适用本实施方式。另外，即使对于将未图示的发动机、未图示的转矩分割机构或未图示的离合器搭载于图26的结构而形成的HEV，也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，对于驱动电动机MOT1、MOT2由没有后传齿轮DF1、DF2的轮毂电机所构成的EV，也能适用本实施方式。除此以外，对于在图26B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3和未图示的逆变器PDU3来对前轮或后轮进行驱动的四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
此外，对于在图26B的结构中搭载了未图示的驱动电动机MOT3、未图示的MOT4以及未图示的逆变器PDU3、未图示的逆变器PDU4来进行四轮驱动的EV，也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置7适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置7的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此将逆变器PDU1、逆变器PDU2设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置7的功率损耗。优选为，将驱动电动机MOT1和驱动电动机MOT2中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置7的功率损耗。
实施方式8.
能适用图27A、图27B所示的本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置8的电动化车辆构成为去除了本发明的实施方式3中图19A、图19B所示的电动化车辆的转换器VCU，将高电压电池BAT与驱动电动机用逆变器TRCPDU直接连接，并将高电压电池BAT与发电电动机用逆变器GENPDU直接连接。
在图27所示的电动化车辆中，可以对驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU中的任意一个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置8的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。此外，能量流与图19A、图19B类似，因此省略。
优选为，对搭载于驱动电动机用逆变器TRCPDU和发电电动机用逆变器GENPDU中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置8的功率损耗。
图27所示的车辆是前轮或后轮驱动式HEV，但对于在图27的结构中搭载有未图示的后轮或前轮驱动电动机MOT3、未图示的后轮或前轮驱动电动机用逆变器PDU3而形成的四轮驱动式的HEV也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置8适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置8的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机TRC和发电电动机GEN的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此来将驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机TRC和发电电动机GEN设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置8的功率损耗。优选为，将驱动电动机TRC或发电电动机GEN中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置8的功率损耗。
实施方式9.
能适用图28A、图28B所示的本发明的实施方式9所涉及的功率转换装置9的电动化车辆构成为去除了本发明的实施方式3中图19A、图19B所示的电动化车辆的转换器VCU，在高电压电池BAT与驱动电动机用逆变器TRCPDU之间搭载转换器VCU1，在高电压电池BAT与发电电动机用逆变器GENPDU之间搭载转换器VCU2。
在图28所示的电动化车辆中，可以对驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU、转换器VCU1、转换器VCU2中的任意一个或两个或三个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置9的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。此外，能量流与图19A、图19B类似，因此省略。
优选为，对搭载于驱动电动机用逆变器TRCPDU和发电电动机用逆变器GENPDU中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。另外，对搭载于与使用频度较高的逆变器相连接的转换器的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置9的功率损耗。
图28所示的车辆是前轮或后轮驱动式HEV，但对于在图28的结构中搭载有未图示的后轮或前轮驱动电动机MOT3、未图示的后轮或前轮驱动电动机用逆变器PDU3而形成的四轮驱动式的HEV也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置9适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置9的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机TRC和发电电动机GEN的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此来将驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机TRC和发电电动机GEN设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置9的功率损耗。优选为，将驱动电动机TRC或发电电动机GEN中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置9的功率损耗。
实施方式10.
能适用图29A、图29B所示的本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置10的电动化车辆构成为去除了本发明的实施方式3中图19A、图19B所示的电动化车辆的转换器VCU，在高电压电池BAT与驱动电动机用逆变器TRCPDU之间搭载转换器VCU1。
另外，能适用图29C、图29D所示的本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置10的电动化车辆构成为去除了本发明的实施方式3中图19A、图19B所示的电动化车辆的转换器VCU，在高电压电池BAT与发电电动机用逆变器GENPDU之间搭载转换器VCU2。
在图29所示的电动化车辆中，可以对驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU、转换器VCU中的任意一个或两个使用宽带隙半导体，也可以对所有的开关元件都使用宽带隙半导体。
无论在哪种情况下，在电动化车辆行驶时都使用包含开关元件的构成部件，因此，通过将宽带隙半导体用于开关元件，能降低车辆行驶时的功率转换装置10的功率损耗，能提高电动化车辆的电消耗率、燃料消耗率。此外，能量流与图19A、图19B类似，因此省略。
优选为，对搭载于驱动电动机用逆变器TRCPDU和发电电动机用逆变器GENPDU中使用频率较高的一方的开关元件使用宽带隙半导体即可。另外，对搭载于与使用频度较高的逆变器相连接的转换器的开关元件使用宽带隙半导体即可。由此，能有效降低功率转换装置10的功率损耗。
图29所示的车辆是前轮或后轮驱动式HEV，但对于在图29的结构中搭载有未图示的后轮或前轮驱动电动机MOT3、未图示的后轮或前轮驱动电动机用逆变器PDU3而形成的四轮驱动式的HEV也能适用本实施方式。另外，对于由未图示的充电器OBC与高电压电池BAT并联连接而成的PHEV也能适用本实施方式。
另外，也可以对本实施方式的功率转换装置10适用实施方式1～4所记载的逆变器的载波频率的频率变更控制。由此，能降低功率转换装置10的功率损耗。
另外，可以将驱动电动机TRC和发电电动机GEN的一方或两者设为双重三相绕组电动机，也可以据此来将驱动电动机用逆变器TRCPDU、发电电动机用逆变器GENPDU设为双重三相绕组电动机用的逆变器。
如实施方式1和实施方式2中所描述的那样，将驱动电动机TRC和发电电动机GEN设为双重三相绕组电动机，从而能进一步降低由逆变器的载波频率的频率变更控制所引起的功率转换装置10的功率损耗。优选为，将驱动电动机TRC或发电电动机GEN中使用频率较高的一方设为双重三相绕组电动机即可。由此，能有效降低功率转换装置10的功率损耗。
此外，在本发明的实施方式1～10所涉及的功率转换装置1～10中，对逆变器PDU、PDU1、PDU2、TRCPDU、GENPDU、转换器VCU、VCU1、VCU2的开关元件使用宽带隙半导体，从而与使用了Si-IGBT元件的情况相比，能降低功率损耗，除此以外，还能对开关元件进行高频驱动，具体而言，将载波频率设定为一般为～15kHz的人类的听力范围以上，以降低由搭载于功率转换装置1～10的电抗器、转换器所引起的噪音。
另外，在本发明的实施方式1～10所涉及的功率转换装置1～10中，对转换器VCU、VCU1、VCU2的开关元件使用宽带隙半导体，从而与对开关元件使用Si-IGBT的情况相比，能对开关元件进行高频驱动，因此，能使搭载于转换器VCU、VCU1、VCU2的电抗器、转换器变得小型化。
标号说明
1～10 功率转换装置
100、200 逆变器
303 载波频率设定部
307 转速检测部
500 转换器
603 载波频率设定部
607 转速检测部
703 载波频率设定部
707 转速检测部
803 载波频率设定部
807 转速检测部

Claims (33)

1.一种功率转换装置，该功率转换装置搭载于以驱动电动机为动力源来进行行驶的车辆，所述功率转换装置的特征在于，
包括驱动电动机用逆变器，该驱动电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对所述驱动电动机进行控制，
构成所述驱动电动机用逆变器的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述驱动电动机的损耗与所述驱动电动机用逆变器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括DCDC转换器，该DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述驱动电动机用逆变器的输出电压，
构成所述驱动电动机用逆变器和所述DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机具有第1驱动电动机和第2驱动电动机，
所述驱动电动机用逆变器具有对所述第1驱动电动机进行控制的第1驱动电动机用逆变器、以及对所述第2驱动电动机进行控制的第2驱动电动机用逆变器，
构成所述第1驱动电动机用逆变器和所述第2驱动电动机用逆变器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
4.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
发电电动机，该发电电动机利用发动机的输出来进行发电；以及
发电电动机用逆变器，该发电电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对所述发电电动机进行控制，
构成所述驱动电动机用逆变器和所述发电电动机用逆变器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
5.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机具有第1驱动电动机和第2驱动电动机，
所述驱动电动机用逆变器具有对所述第1驱动电动机进行控制的第1驱动电动机用逆变器、以及对所述第2驱动电动机进行控制的第2驱动电动机用逆变器，
所述功率转换装置还包括DCDC转换器，该DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述第1驱动电动机用逆变器和所述第2驱动电动机用逆变器两者的输出电压，
构成所述第1驱动电动机用逆变器、所述第2驱动电动机用逆变器和所述DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
6.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
发电电动机，该发电电动机利用发动机的输出来进行发电；
发电电动机用逆变器，该发电电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对所述发电电动机进行控制；以及
DCDC转换器，该DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述驱动电动机用逆变器和所述发电电动机用逆变器两者的输出电压，
构成所述驱动电动机用逆变器、所述发电电动机用逆变器和所述DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
7.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机具有第1驱动电动机和第2驱动电动机，
所述驱动电动机用逆变器具有对所述第1驱动电动机进行控制的第1驱动电动机用逆变器、以及对所述第2驱动电动机进行控制的第2驱动电动机用逆变器，
所述功率转换装置还包括DCDC转换器，该DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述第1驱动电动机用逆变器和所述第2驱动电动机用逆变器中的任意一方的输出电压，
构成所述第1驱动电动机用逆变器、所述第2驱动电动机用逆变器和所述DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
8.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
发电电动机，该发电电动机利用发动机的输出来进行发电；
发电电动机用逆变器，该发电电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对所述发电电动机进行控制；以及
DCDC转换器，该DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述驱动电动机用逆变器和所述发电电动机用逆变器中的任意一方的输出电压，
构成所述驱动电动机用逆变器、所述发电电动机用逆变器和所述DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
9.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机具有第1驱动电动机和第2驱动电动机，
所述驱动电动机用逆变器具有对所述第1驱动电动机进行控制的第1驱动电动机用逆变器、以及对所述第2驱动电动机进行控制的第2驱动电动机用逆变器，
所述功率转换装置还包括：第1DCDC转换器，该第1DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述第1驱动电动机用逆变器的输出电压；以及
第2DCDC转换器，该第2DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述第2驱动电动机用逆变器的输出电压，
构成所述第1驱动电动机用逆变器、所述第2驱动电动机用逆变器、所述第1DCDC转换器和所述第2DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
10.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
发电电动机，该发电电动机利用发动机的输出来进行发电；
发电电动机用逆变器，该发电电动机用逆变器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而对所述发电电动机进行控制；
第1DCDC转换器，该第1DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述驱动电动机用逆变器的输出电压；以及
第2DCDC转换器，该第2DCDC转换器对多个功率用半导体元件进行开关控制，从而使直流的输入电压根据电压指令值进行升压，以生成施加于所述发电电动机用逆变器的输出电压，
构成所述驱动电动机用逆变器、所述发电电动机用逆变器、所述第1DCDC转换器和所述第2DCDC转换器中的至少一个的多个功率用半导体元件分别由宽带隙半导体来形成。
11.如权利要求1、2、4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机是双重三相电动机。
12.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第1驱动电动机是双重三相电动机。
13.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第2驱动电动机是双重三相电动机。
14.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第1驱动电动机和所述第2驱动电动机是双重三相电动机。
15.如权利要求4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述发电电动机是双重三相电动机。
16.如权利要求4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述驱动电动机和所述发电电动机是双重三相电动机。
17.如权利要求2、6、8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述驱动电动机的损耗、所述驱动电动机用逆变器的损耗与所述DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
18.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述驱动电动机的损耗、所述驱动电动机用逆变器的损耗与所述第1DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
19.如权利要求1、2、4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转速检测部，该电动机转速检测部对所述驱动电动机的转速进行检测，
所述驱动电动机的转速越高，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
20.如权利要求1、2、4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转矩检测部，该电动机转矩检测部对所述驱动电动机的转矩进行检测，
所述驱动电动机的转矩越大，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
21.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第1驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述第1驱动电动机的损耗与所述第1驱动电动机用逆变器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
22.如权利要求5或7所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第1驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述第1驱动电动机的损耗、所述第1驱动电动机用逆变器的损耗与所述DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
23.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第1驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转速检测部，该电动机转速检测部对所述第1驱动电动机的转速进行检测，
所述第1驱动电动机的转速越高，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
24.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第1驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转矩检测部，该电动机转矩检测部对所述第1驱动电动机的转矩进行检测，
所述第1驱动电动机的转矩越大，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
25.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第2驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述第2驱动电动机的损耗与所述第2驱动电动机用逆变器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
26.如权利要求5或7所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第2驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述第2驱动电动机的损耗、所述第2驱动电动机用逆变器的损耗与所述DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
27.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第2驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转速检测部，该电动机转速检测部对所述第2驱动电动机的转速进行检测，
所述第2驱动电动机的转速越高，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
28.如权利要求3、5、7、9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述第2驱动电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转矩检测部，该电动机转矩检测部对所述第2驱动电动机的转矩进行检测，
所述第2驱动电动机的转矩越大，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
29.如权利要求4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述发电电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述发电电动机的损耗与所述发电电动机用逆变器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
30.如权利要求6或8所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述发电电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述发电电动机的损耗、所述发电电动机用逆变器的损耗与所述DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
31.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
还包括载波频率设定部，该载波频率设定部对所述发电电动机用逆变器的载波频率进行设定，
所述载波频率设定部对载波频率进行设定，使得所述发电电动机的损耗、所述发电电动机用逆变器的损耗与所述第2DCDC转换器的损耗相加而得的总计损耗成为最小。
32.如权利要求4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述发电电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转速检测部，该电动机转速检测部对所述发电电动机的转速进行检测，
所述发电电动机的转速越高，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
33.如权利要求4、6、8、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，还包括：
载波频率设定部，该载波频率设定部对所述发电电动机用逆变器的载波频率进行设定；以及
电动机转矩检测部，该电动机转矩检测部对所述发电电动机的转矩进行检测，
所述发电电动机的转矩越大，所述载波频率设定部将载波频率设定得越高。
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