JP2015136269A

JP2015136269A - Power converter

Info

Publication number: JP2015136269A
Application number: JP2014007443A
Authority: JP
Inventors: 雅哉加地; Masaya Kachi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2015-07-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for allowing continuous traveling without disconnecting a battery, even if the switching element of a step-up voltage converter, included in a power converter mounted on an electric vehicle, is short-circuited.SOLUTION: A voltage converter 2 includes a voltage converter circuit 3 for boosting the power of a battery 14. The voltage converter circuit 3 includes a reactor 12 connected between the high potential ends on the input side and output side thereof, and a first switching element T8 and a second switching element T9 connected in series between the output side of the reactor 12 and a ground line. A controller 15 provided with the voltage converter 2 boosts the voltage of the battery 14 by repeating conduction and interruption of the second switching element T9, while holding in conduction state, and switches the second switching element T9 from conduction state to interruption state when the first switching element T8 is short-circuited.

Description

本発明が開示する技術は、電動車両に搭載される電力変換器に関する。ここで、「電動車両」とは、モータを備えるがエンジンは備えない電気自動車のほか、モータとともにエンジンを備えるハイブリッド車及び燃料電池車を含む。 The technology disclosed by the present invention relates to a power converter mounted on an electric vehicle. Here, the “electric vehicle” includes an electric vehicle including a motor but not an engine, and a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle including an engine together with a motor.

電動車両は、バッテリの直流電力を交流に変換するインバータ回路（電力変換器）を備える。電動車両に搭載されるモータは、定格出力が数十キロワットであり、高出力となる。そのため、電動車両用の電力変換器の中には、インバータ回路だけでなく、バッテリの電圧を昇圧してインバータ回路に供給する電圧コンバータ回路も備えるタイプがある（例えば特許文献１）。なお、特許文献１の電圧コンバータ回路は、バッテリの電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧動作と、インバータ回路から供給される回生電力を降圧してバッテリに供給する降圧動作を行うことができるチョッパ型の昇降圧コンバータ回路である。 The electric vehicle includes an inverter circuit (power converter) that converts the DC power of the battery into AC. A motor mounted on an electric vehicle has a rated output of several tens of kilowatts and a high output. Therefore, some types of power converters for electric vehicles include not only an inverter circuit but also a voltage converter circuit that boosts the voltage of a battery and supplies the boosted voltage to the inverter circuit (for example, Patent Document 1). Note that the voltage converter circuit of Patent Document 1 can perform a step-up operation that boosts the voltage of the battery and supplies it to the inverter circuit, and a step-down operation that steps down the regenerative power supplied from the inverter circuit and supplies it to the battery. It is a chopper type buck-boost converter circuit.

なお、課題や目的が異なるが本明細書で開示する電力変換器の回路と似た構造の回路があるのでここで説明しておく。特許文献２に開示される電力変換器の電圧コンバータ回路は、直列に接続された４個のスイッチング素子を備えている。４個のスイッチング素子の直列回路は、インバータ側の高電位端と、バッテリ側とインバータ側の双方に共通のグランド線との間に接続されている。説明の便宜上、４個のスイッチング素子を、高電位側から第１、第２、第３、及び、第４スイッチング素子と称する。その電圧コンバータ回路は、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子の中間点と、グランド線の間に、第１リアクトルと第１電源（バッテリ）の直列回路が接続されている。また、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の中間点と、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子の中間点の間に、第２リアクトルと第２電源（キャパシタ）の直列回路が接続されている。その回路は、第１電源を使った昇降圧チョークコンバータ回路と第２電源を使った昇降圧チョークコンバータ回路を混在させたものである。その回路は、上記の４つのスイッチング素子のオンオフを切り替えることで、第１及び第２の電源を昇圧する。さらに、上記の４つのスイッチング素子のオンオフを切り替えることで、第１及び第２の電源を並列若しくは直列に接続し、電力変換器の先に接続されたインバータ回路に電力を供給する。特許文献２の技術は、特に、第１電源で第２電源をプリチャージするためのスイッチング素子の制御技術に着目している。 Although there are circuits having a structure similar to that of the power converter disclosed in the present specification although the problems and purposes are different, they will be described here. The voltage converter circuit of the power converter disclosed in Patent Document 2 includes four switching elements connected in series. The series circuit of four switching elements is connected between the high potential end on the inverter side and a ground line common to both the battery side and the inverter side. For convenience of explanation, the four switching elements are referred to as first, second, third, and fourth switching elements from the high potential side. In the voltage converter circuit, a series circuit of a first reactor and a first power source (battery) is connected between an intermediate point between the second switching element and the third switching element and a ground line. A series circuit of the second reactor and the second power source (capacitor) is connected between the intermediate point of the first switching element and the second switching element and the intermediate point of the third switching element and the fourth switching element. . The circuit is a mixture of a buck-boost choke converter circuit using a first power supply and a buck-boost choke converter circuit using a second power supply. The circuit boosts the first and second power supplies by switching on and off the four switching elements. Furthermore, by switching on and off the above four switching elements, the first and second power supplies are connected in parallel or in series, and power is supplied to the inverter circuit connected to the tip of the power converter. The technique of Patent Document 2 pays particular attention to a switching element control technique for precharging the second power supply with the first power supply.

特開２０１３−１８８１０６号公報JP 2013-188106 A 特開２０１３−１０２５９５号公報JP 2013-102595 A

電力変換器のインバータ回路やコンバータ回路は、多数のスイッチング素子を含む。高出力に対応するため、トランジスタには大きな電流が流れ、その負荷は大きい。そのため、トランジスタが故障する虞がある。特に、チョッパ型の昇圧コンバータ回路は、バッテリにリアクトルとスイッチング素子が直列に接続されているため、スイッチング素子が短絡故障すると、バッテリが短絡してしまう。そのような場合、単純に電力変換器をバッテリから切り離してしまえばよいが、それでは走行性能が著しく低下してしまう。本明細書は、電力変換器、特にチョッパ型の昇圧コンバータ回路を含む電力変換器において、昇圧用のスイッチング素子が短絡した場合に、走行性能の低下を可能な限り抑制することのできる技術を提供する。 The inverter circuit and converter circuit of a power converter include a large number of switching elements. In order to cope with a high output, a large current flows through the transistor and its load is large. Therefore, there is a risk that the transistor will fail. In particular, in the chopper type boost converter circuit, since the reactor and the switching element are connected in series to the battery, if the switching element is short-circuited, the battery is short-circuited. In such a case, it is only necessary to simply disconnect the power converter from the battery, but this significantly reduces the running performance. The present specification provides a technology capable of suppressing a decrease in running performance as much as possible when a switching element for boosting is short-circuited in a power converter, particularly a power converter including a chopper type boosting converter circuit. To do.

まず、よく知られているチョッパ型の昇圧コンバータ回路を説明する。昇圧コンバータ回路は、入力側（バッテリ側）の高電位端と出力側（インバータ側）の高電位端の間に電力エネルギを蓄えるリアクトルが接続されている。なお、入力側の低電位端と出力側の低電位端は直結されており、その線をグランド線と呼ぶ。リアクトルの出力側とグランド線の間にスイッチング素子が接続されている。また、リアクトルの出力側とグランド線の間にコンデンサが接続されている。なお、リアクトルとコンデンサの高電位側との間には逆流防止のダイオードが接続されている。ダイオードは、アノードがリアクトルと接続しており、カソードがコンデンサ及びコンバータの出力側の高電位端と接続している。 First, a well-known chopper type boost converter circuit will be described. In the boost converter circuit, a reactor for storing electric energy is connected between a high potential end on the input side (battery side) and a high potential end on the output side (inverter side). Note that the low potential end on the input side and the low potential end on the output side are directly connected, and the line is called a ground line. A switching element is connected between the output side of the reactor and the ground line. A capacitor is connected between the output side of the reactor and the ground line. A backflow preventing diode is connected between the reactor and the high potential side of the capacitor. The diode has an anode connected to the reactor and a cathode connected to the high potential terminal on the output side of the capacitor and the converter.

本明細書が開示する電力変換器は、チョッパ型の昇圧コンバータ回路とインバータ回路を備える。そして、昇圧コンバータ回路において、リアクトルの出力側とグランド線の間に接続されているスイッチング素子に、別のスイッチング素子を直列に挿入する。即ち、リアクトルの出力側とグランド線の間に第１及び第２スイッチング素子を直列に接続する。なお、第１及び第２スイッチング素子の直列回路は、上記したコンデンサと並列になる。昇圧コンバータ回路のコントローラは、昇圧コンバータが正常の間は、第２スイッチング素子を導通状態に保持したまま、第１スイッチング素子で導通と遮断を繰り返してバッテリの電圧を昇圧する。そして、コントローラは、第１スイッチング素子が短絡故障した場合、第２スイッチング素子を導通状態から遮断状態に切り換える。そうすると、バッテリの短絡は回避される。他方、昇圧コンバータの出力側には、バッテリの電力がダイレクトに出力されることになる。即ち、昇圧動作は継続できないが、バッテリを短絡させることなく、バッテリの電力をダイレクトに出力側に伝えることができる。インバータ回路は、バッテリの出力電圧の電力を交流電力に変換してモータに出力する。上記の電力変換器は、昇圧された直流電力を使った当初の性能には劣るが昇圧コンバータ回路のスイッチング素子の短絡後もバッテリを切り離すことなく走行を継続することができる。 The power converter disclosed in this specification includes a chopper type boost converter circuit and an inverter circuit. In the boost converter circuit, another switching element is inserted in series with the switching element connected between the output side of the reactor and the ground line. That is, the first and second switching elements are connected in series between the output side of the reactor and the ground line. The series circuit of the first and second switching elements is in parallel with the capacitor described above. The controller of the boost converter circuit boosts the voltage of the battery by repeatedly conducting and shutting off the first switching element while keeping the second switching element in a conducting state while the boost converter is normal. And a controller switches a 2nd switching element from a conduction | electrical_connection state to a interruption | blocking state, when a 1st switching element carries out a short circuit failure. Then, a short circuit of the battery is avoided. On the other hand, the battery power is directly output to the output side of the boost converter. That is, although the boosting operation cannot be continued, the battery power can be directly transmitted to the output side without short-circuiting the battery. The inverter circuit converts the power of the output voltage of the battery into AC power and outputs it to the motor. The above power converter is inferior to the initial performance using the boosted DC power, but can continue running without disconnecting the battery even after the switching element of the boost converter circuit is short-circuited.

上記の構成では、第１スイッチング素子が通常の昇圧動作を行うためのトランジスタである。短絡時にバッテリの短絡を遮断する第２スイッチング素子は、単なるリレーでもよいし、半導体スイッチであってもよい。しかし、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同型のトランジスタであることが望ましい。その場合、第１スイッチング素子が短絡故障しても、それと同型の第２スイッチングで全く同じ昇圧動作を継続することができる。また、スイッチング素子は電磁リレーなどのスイッチと比較して動作が高速であるので、短絡が検知されたときに直ちにバッテリの短絡を遮断できる。さらに、トランジスタは、アーク放電が発生しない点で電磁リレーに比べて優位である。 In the above configuration, the first switching element is a transistor for performing a normal boosting operation. The second switching element that cuts off the short circuit of the battery at the time of the short circuit may be a simple relay or a semiconductor switch. However, it is desirable that the first switching element and the second switching element are transistors of the same type. In that case, even if the first switching element is short-circuited, the same boosting operation can be continued by the same type of second switching. In addition, since the switching element operates faster than a switch such as an electromagnetic relay, the short circuit of the battery can be interrupted immediately when a short circuit is detected. Furthermore, the transistor is superior to the electromagnetic relay in that arc discharge does not occur.

前述したように、電動車両用の電力変換器では、インバータ回路から供給される回生電力を降圧してバッテリに供給する降圧動作も有していることが好ましい。上記の技術をチョッパ型の昇降圧コンバータ回路に適用する場合、第３のスイッチング素子を、リアクトルと出力側の高電位端の間に接続すればよい。この場合、昇降圧コンバータ回路（電圧コンバータ回路）は３個のスイッチング素子を備えることになる。他方、３相交流モータを駆動するインバータ回路は、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成をしている。近年、発熱量の大きいスイッチング素子を樹脂でモールドしたパッケージ（パワーカード）が使われている。そこで、電圧コンバータ回路及びインバータ回路に用いられる複数のスイッチング素子を一つのパッケージに収めたパワーカードを使うと、インバータ回路と電圧コンバータ回路を含む電力変換器が次のとおりコンパクトに実現できる。即ち、第１、第２、及び、第３スイッチング素子及びインバータ回路のスイッチング素子が複数のパワーカードに分散して組み込まれ、複数のパワーカードが複数の冷却器と交互に積層される。そうすると、複数のスイッチング素子をコンパクトに集約することができると共に、発熱量の大きいスイッチング素子の冷却も効率よく実現することができる。 As described above, it is preferable that the power converter for an electric vehicle also has a step-down operation for stepping down the regenerative power supplied from the inverter circuit and supplying it to the battery. When the above technique is applied to a chopper type buck-boost converter circuit, the third switching element may be connected between the reactor and the high potential end on the output side. In this case, the step-up / down converter circuit (voltage converter circuit) includes three switching elements. On the other hand, the inverter circuit for driving the three-phase AC motor has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel. In recent years, a package (power card) in which a switching element having a large heat generation is molded with a resin has been used. Therefore, when a power card in which a plurality of switching elements used in the voltage converter circuit and the inverter circuit are housed in one package is used, a power converter including the inverter circuit and the voltage converter circuit can be realized in a compact manner as follows. That is, the first, second, and third switching elements and the switching elements of the inverter circuit are distributed and incorporated in a plurality of power cards, and the plurality of power cards are alternately stacked with a plurality of coolers. As a result, a plurality of switching elements can be gathered in a compact manner, and cooling of the switching elements having a large calorific value can be efficiently realized.

本明細書は、インバータ回路と、チョッパ型の昇圧用電圧コンバータ回路を有する電動車両の電力変換器に関し、昇圧用電圧コンバータのスイッチング素子が短絡故障した場合であっても走行を継続することのできる技術を提供する。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。 The present specification relates to a power converter for an electric vehicle having an inverter circuit and a chopper type boosting voltage converter circuit, and can continue running even when a switching element of the boosting voltage converter is short-circuited. Provide technology. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換器を備えた電動車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle provided with the power converter of an Example. 電力変換器のシステム起動時のフローチャート図である。It is a flowchart figure at the time of system starting of a power converter. 電力変換器の走行時のフローチャート図である。It is a flowchart figure at the time of driving | running | working of a power converter. 電力変換器に備えられるパワーカードの積層ユニットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lamination | stacking unit of the power card with which a power converter is equipped.

図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。図１に実施例の電力変換器２を含む電動車両１００の電力系のブロック図を示す。電動車両１００は、２個のモータ５ａ、５ｂを備える。そのため、電力変換器２は、２個のインバータ回路４ａ、４ｂを備える。なお、２個のモータ５ａ、５ｂの出力は、動力分配機構６で合成または分配されて車軸７（即ち駆動輪）へ伝達される。 A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of an electric power system of an electric vehicle 100 including the power converter 2 of the embodiment. The electric vehicle 100 includes two motors 5a and 5b. Therefore, the power converter 2 includes two inverter circuits 4a and 4b. The outputs of the two motors 5a and 5b are combined or distributed by the power distribution mechanism 6 and transmitted to the axle 7 (that is, drive wheels).

電力変換器２は、システムメインリレー１３を介してバッテリ１４と接続されている。電力変換器２は、バッテリ１４の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路３と、昇圧後の直流電力を交流に変換する２セットのインバータ回路４ａ、４ｂを含む。電力変換器２を介して変換された電力によりモータ５ａ、５ｂが駆動する。また、モータ５ａ、５ｂからの回生電力を電力変換器２を介してバッテリ１４に蓄電することもできる。この場合、電圧コンバータ回路３は、降圧回路として動作する。つまり、モータ５ａ、５ｂからの回生電力がインバータ回路４ａ、４ｂにより直流電力に変換された後、電圧コンバータ回路３により降圧され、バッテリ１４に蓄電される。 The power converter 2 is connected to the battery 14 via the system main relay 13. The power converter 2 includes a voltage converter circuit 3 that boosts the voltage of the battery 14, and two sets of inverter circuits 4a and 4b that convert the boosted DC power into AC. The motors 5 a and 5 b are driven by the electric power converted through the power converter 2. Further, the regenerative power from the motors 5 a and 5 b can be stored in the battery 14 via the power converter 2. In this case, the voltage converter circuit 3 operates as a step-down circuit. That is, the regenerative power from the motors 5 a and 5 b is converted into DC power by the inverter circuits 4 a and 4 b, then stepped down by the voltage converter circuit 3 and stored in the battery 14.

電圧コンバータ回路３の回路構成について説明する。電圧コンバータ回路３の高電位側のラインにおける出力側と入力側の間には、リアクトル１２及びスイッチング素子Ｔ７が接続されている。そして、低電位側のラインは、電圧コンバータ回路３の入力側と出力側が直接接続されている。以下、低電位側のラインをグランド線Ｇと称する。即ち、電圧コンバータ回路３の入力側（バッテリ１４側）の低電位端と出力側（インバータ回路４ａ、４ｂの側）の低電位端を直接に接続するラインがグランド線Ｇに相当する。リアクトル１２の一端は、入力側（バッテリ１４側）の高電位端に接続され、その他端（出力側）にはスイッチング素子Ｔ７が接続されている。また、電圧コンバータ回路３は、スイッチング素子Ｔ８、Ｔ９の直列回路を含んでいる。その直列回路の一端は、リアクトル１２とスイッチング素子Ｔ７の間（リアクトル１２の出力側）に接続され、他端は、グランド線Ｇに接続されている。また、リアクトル１２の入力側とグランド線Ｇの間には、フィルタコンデンサ８が接続され、リアクトル１２の出力側とグランド線Ｇの間には平滑コンデンサ９が接続されている。なお、各スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９には、逆並列にダイオードが接続されている。また、電圧コンバータ回路３の各スイッチング素子には、コントローラ１５からパルス信号が送られ、各スイッチング素子のオンオフがコントロールされている。ここで、スイッチング素子を「オン」の状態にするとは、スイッチング素子を「導通状態」にすることを示し、「オフ」の状態にするとは、スイッチング素子を「遮断状態」にすることを示す。 A circuit configuration of the voltage converter circuit 3 will be described. A reactor 12 and a switching element T7 are connected between the output side and the input side in the high potential side line of the voltage converter circuit 3. The line on the low potential side is directly connected to the input side and the output side of the voltage converter circuit 3. Hereinafter, the line on the low potential side is referred to as a ground line G. That is, the line directly connecting the low potential end on the input side (battery 14 side) of the voltage converter circuit 3 and the low potential end on the output side (side of the inverter circuits 4a and 4b) corresponds to the ground line G. One end of the reactor 12 is connected to a high potential end on the input side (battery 14 side), and a switching element T7 is connected to the other end (output side). The voltage converter circuit 3 includes a series circuit of switching elements T8 and T9. One end of the series circuit is connected between the reactor 12 and the switching element T7 (the output side of the reactor 12), and the other end is connected to the ground line G. A filter capacitor 8 is connected between the input side of the reactor 12 and the ground line G, and a smoothing capacitor 9 is connected between the output side of the reactor 12 and the ground line G. A diode is connected in antiparallel to each of the switching elements T7, T8, T9. Further, a pulse signal is sent from the controller 15 to each switching element of the voltage converter circuit 3 to control on / off of each switching element. Here, when the switching element is in the “on” state, it indicates that the switching element is in the “conducting state”, and when it is in the “off” state, it indicates that the switching element is in the “cut-off state”.

インバータ回路４ａの回路構成について説明する。インバータ回路４ａは、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位側がインバータ回路４ａの高電位側の入力端に接続されており、３セットの直列回路の低電位側がインバータ回路４ａの低電位側の入力端に接続されている。３セットの直列回路の中点から３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。 The circuit configuration of the inverter circuit 4a will be described. The inverter circuit 4a has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1 and T4, T2 and T5, T3 and T6). A diode is connected in antiparallel to each switching element. The high potential side of the three sets of series circuits is connected to the input terminal on the high potential side of the inverter circuit 4a, and the low potential side of the three sets of series circuits is connected to the input terminal on the low potential side of the inverter circuit 4a. Three-phase alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) is output from the midpoint of the three sets of series circuits.

インバータ回路において、直流電力の高電位入力側からモータまでの電流経路は上アームと呼ばれており、モータから直流電力の低電位入力側までの電流経路は下アームと呼ばれている。つまり、インバータ回路４ａの上アームは電圧コンバータ回路３の高電位側の出力端と接続され、インバータ回路４ａの下アームは電圧コンバータ回路３のグランド線Ｇと接続される。図１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は「上アーム」に含まれ、スイッチング素子Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は「下アーム」に含まれる。なお、以下では、説明の便宜のため、インバータ回路４ａ、４ｂの高電位側のラインと、電圧コンバータ回路３の出力側高電位端とを結ぶ線を高電位ラインＰＬと称する。反対に、インバータ回路４ａ、４ｂの低電位側のラインと、電圧コンバータ回路３のグランド線Ｇとを結ぶ線を低電位ラインと称する。 In the inverter circuit, the current path from the high potential input side of DC power to the motor is called the upper arm, and the current path from the motor to the low potential input side of the DC power is called the lower arm. That is, the upper arm of the inverter circuit 4 a is connected to the output terminal on the high potential side of the voltage converter circuit 3, and the lower arm of the inverter circuit 4 a is connected to the ground line G of the voltage converter circuit 3. The switching elements T1, T2, and T3 in FIG. 1 are included in the “upper arm”, and the switching elements T4, T5, and T6 are included in the “lower arm”. Hereinafter, for convenience of explanation, a line connecting the high potential side lines of the inverter circuits 4a and 4b and the output side high potential end of the voltage converter circuit 3 is referred to as a high potential line PL. On the contrary, a line connecting the low potential side lines of the inverter circuits 4a and 4b and the ground line G of the voltage converter circuit 3 is referred to as a low potential line.

インバータ回路４ｂの回路構成は、インバータ回路４ａの回路構成と同じであるため、図１では具体的な回路の図示は省略している。インバータ回路４ｂも、インバータ回路４ａと同様に、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している。コンバータ回路４ａ、４ｂの各スイッチング素子には、電圧コンバータ回路３と同様にコントローラ１５からパルス信号が送られ、各スイッチング素子のオンオフがコントロールされる。なお、インバータ回路４ａ、４ｂの動作はよく知られている技術であるので、説明は省略する。 Since the circuit configuration of the inverter circuit 4b is the same as that of the inverter circuit 4a, a specific circuit is not shown in FIG. Similarly to the inverter circuit 4a, the inverter circuit 4b has a configuration in which three sets of series circuits of switching elements are connected in parallel. Similarly to the voltage converter circuit 3, a pulse signal is sent to each switching element of the converter circuits 4a and 4b from the controller 15 to control on / off of each switching element. Since the operation of the inverter circuits 4a and 4b is a well-known technique, the description thereof is omitted.

スイッチング素子Ｔ１からＴ９としては、トランジスタが利用される。典型的には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。しかし、このトランジスタは、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。あるいは、将来的には異なるタイプのスイッチング素子が電力変換器に用いられるかもしれない。本明細書が開示する技術は、スイッチング素子のタイプに依存しない。 Transistors are used as the switching elements T1 to T9. Typically, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. However, this transistor may be another transistor, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Alternatively, different types of switching elements may be used in the power converter in the future. The technology disclosed in this specification does not depend on the type of the switching element.

電圧コンバータ回路３の動作について説明する。電圧コンバータ回路３は、バッテリ１４の電圧を昇圧してインバータ回路４ａ、４ｂに電力を供給する昇圧動作と、インバータ回路４ａ、４ｂから入力された直流電力を降圧してバッテリ１４に電力を供給する降圧動作の双方を行うことができる。典型的なチョッパ型の昇降圧コンバータ回路は、グランド線側に接続されたスイッチング素子は一つである。本明細書で開示する電圧コンバータ回路３をその昇降圧コンバータ回路と同様の動作を行うようにするためには、グランド線Ｇ側に接続されたスイッチング素子Ｔ８、Ｔ９のどちらかを常時オンの状態にする。以下の説明では、スイッチング素子Ｔ９を常時オンの状態として説明をする。なお、スイッチング素子Ｔ８、Ｔ９のどちらを常時オンとしても電圧コンバータ回路３は同様の動作をすることができることに留意されたい。また、常時オンの状態とするスイッチング素子Ｔ９のことを、説明の便宜上、以下では短絡スイッチと称する場合がある。 The operation of the voltage converter circuit 3 will be described. The voltage converter circuit 3 boosts the voltage of the battery 14 and supplies power to the inverter circuits 4a and 4b, and steps down the DC power input from the inverter circuits 4a and 4b to supply power to the battery 14. Both step-down operations can be performed. A typical chopper type buck-boost converter circuit has one switching element connected to the ground line side. In order for the voltage converter circuit 3 disclosed in this specification to perform the same operation as that of the buck-boost converter circuit, one of the switching elements T8 and T9 connected to the ground line G side is always in an on state. To. In the following description, the switching element T9 is described as being always on. It should be noted that the voltage converter circuit 3 can perform the same operation regardless of which of the switching elements T8 and T9 is always on. In addition, the switching element T9 that is always on may be hereinafter referred to as a short-circuit switch for convenience of explanation.

先ず、昇圧動作について説明する。短絡スイッチ（スイッチング素子Ｔ９）をオンに保持したままスイッチング素子Ｔ８のオンオフをコントロールすることで昇圧動作を行うことができる。なお、このとき、スイッチング素子Ｔ７はオフに保持される。スイッチング素子Ｔ８をオンにすることで、リアクトル１２の出力側がグランド線Gと通電する。このため、リアクトル１２に流れる電流が増加し、リアクトル１２に磁気エネルギが蓄積される。この状態で、スイッチング素子Ｔ８をオフにすると、リアクトル１２が増加した電流を減少させないように働き、蓄積した磁気エネルギを放出する。その結果、電圧コンバータ回路３の出力側（インバータ回路４ａ、４ｂと接続される側）の電圧がバッテリ１４の電圧より高圧となる。上記のオンオフを繰り返すことで、平均してバッテリ１４の電圧より高い電圧が電圧コンバータ回路３の出力側から出力される。昇圧された電力は、インバータ回路４ａ、４ｂを介して交流電力に変換され、モータ５ａ、５ｂに供給される。 First, the boosting operation will be described. The step-up operation can be performed by controlling on / off of the switching element T8 while keeping the short-circuit switch (switching element T9) on. At this time, the switching element T7 is held off. The output side of the reactor 12 is energized with the ground line G by turning on the switching element T8. For this reason, the current flowing through the reactor 12 increases, and magnetic energy is accumulated in the reactor 12. When the switching element T8 is turned off in this state, the reactor 12 functions so as not to decrease the increased current, and the stored magnetic energy is released. As a result, the voltage on the output side of the voltage converter circuit 3 (the side connected to the inverter circuits 4 a and 4 b) becomes higher than the voltage of the battery 14. By repeating the above ON / OFF, a voltage higher than the voltage of the battery 14 on the average is output from the output side of the voltage converter circuit 3. The boosted power is converted into AC power via the inverter circuits 4a and 4b and supplied to the motors 5a and 5b.

次に、降圧動作について説明する。スイッチング素子Ｔ７のオンオフをコントロールすることで降圧動作を行うことができる。なお、このとき、スイッチング素子Ｔ８はオフに保持される。スイッチング素子Ｔ７をオンにすることで、モータ５ａ、５ｂからの回生電力により、リアクトル１２に電流が流れ、リアクトル１２に磁気エネルギが蓄積される。リアクトル１２のバッテリ側の電位がバッテリ電位をわずかに超えたところでスイッチング素子Ｔ７をオフにする。そうすると、リアクトル１２は、蓄積した磁気エネルギを放出し、これによって電流を流し続ける方向に起電力が発生する。この起電力によって発生する電流は、スイッチング素子Ｔ８及びＴ９に並列に接続されたダイオードとフィルタコンデンサ８との間で還流し、徐々に減衰する。上記のオンオフを繰り返すことで、平均して回生電力より低い電圧であってバッテリ電圧よりわずかに高い電圧が電圧コンバータ回路３の入力側（バッテリ１４と接続される側）から出力される。降圧された電力は、バッテリ１４に充電される。 Next, the step-down operation will be described. The step-down operation can be performed by controlling on / off of the switching element T7. At this time, the switching element T8 is held off. By turning on the switching element T <b> 7, a current flows through the reactor 12 due to regenerative power from the motors 5 a and 5 b, and magnetic energy is accumulated in the reactor 12. When the battery-side potential of reactor 12 slightly exceeds the battery potential, switching element T7 is turned off. As a result, the reactor 12 releases the accumulated magnetic energy, thereby generating an electromotive force in a direction in which a current continues to flow. The current generated by the electromotive force circulates between the diode connected in parallel to the switching elements T8 and T9 and the filter capacitor 8, and gradually attenuates. By repeating the above ON / OFF, a voltage that is lower than the regenerative power on average and slightly higher than the battery voltage is output from the input side of the voltage converter circuit 3 (side connected to the battery 14). The stepped down electric power is charged in the battery 14.

上記の電圧コンデンサ回路３において、スイッチング素子Ｔ８が短絡故障を起こした場合、そのスイッチング素子Ｔ８を介してバッテリ１４が短絡してしまう。以下では、上述の説明で常時オンの状態としていたスイッチング素子Ｔ９（短絡スイッチ）を利用することで、バッテリ１４の短絡を防止する技術について説明する。 In the voltage capacitor circuit 3 described above, when the switching element T8 causes a short circuit failure, the battery 14 is short-circuited via the switching element T8. Hereinafter, a technique for preventing the battery 14 from being short-circuited by using the switching element T9 (short-circuit switch) that is always on in the above description will be described.

図２を参照して、電力変換器２のシステム起動時に短絡故障が検出されたときの動作について説明する。先ず、電動車両１００が停止している状態で、システムメインリレー１３がオンされる（Ｓ１）。これにより、電力変換器２にバッテリ１４から電力が供給される。次に、コントローラ１５は、スイッチング素子Ｔ９（短絡スイッチ）をオンにする（Ｓ２）。次に、コントローラ１５は、昇圧用のスイッチング素子Ｔ８が短絡しているか否かを確認する（Ｓ３）。なお、トランジスタであるスイッチング素子の短絡は、トランジスタに設けられた電流検出用端子により検出される。実施例で用いられるトランジスタであるＩＧＢＴには、典型的には電流検出用端子として、センスエミッタ端子が設けられている。このセンスエミッタ端子を用いて短絡を検出することができる。この技術はよく知られているので詳細な説明は省略する。以下、スイッチング素子Ｔ８が短絡しているか否かで短絡スイッチの動作を切り替える。 With reference to FIG. 2, an operation when a short-circuit fault is detected at the time of system startup of power converter 2 will be described. First, the system main relay 13 is turned on while the electric vehicle 100 is stopped (S1). Thereby, electric power is supplied from the battery 14 to the power converter 2. Next, the controller 15 turns on the switching element T9 (short circuit switch) (S2). Next, the controller 15 confirms whether or not the step-up switching element T8 is short-circuited (S3). Note that a short circuit of the switching element which is a transistor is detected by a current detection terminal provided in the transistor. An IGBT, which is a transistor used in the embodiment, is typically provided with a sense emitter terminal as a current detection terminal. This sense emitter terminal can be used to detect a short circuit. Since this technique is well known, detailed description thereof is omitted. Hereinafter, the operation of the short-circuit switch is switched depending on whether or not the switching element T8 is short-circuited.

スイッチング素子Ｔ８が短絡していない場合、短絡スイッチのオン状態は継続される（Ｓ４）。その後、電圧コンバータ回路３は上記で説明したように通常の昇降圧動作を行う（Ｓ５）。これにより、電動車両１００は、通常の走行状態となる（Ｓ６）。 When the switching element T8 is not short-circuited, the ON state of the short-circuit switch is continued (S4). Thereafter, the voltage converter circuit 3 performs a normal step-up / step-down operation as described above (S5). Thereby, electric vehicle 100 will be in a usual run state (S6).

一方、スイッチング素子Ｔ８が短絡している場合、短絡スイッチをオフにする（Ｓ７）。これにより、リアクトル１２の出力側とグランド線Gの間は遮断される。したがって、スイッチング素子Ｔ８が短絡していても、バッテリ１４の短絡が回避される。そして、電動車両１００は、フェール走行のモードに設定される（Ｓ８）。ここで、フェール走行とは、バッテリ１４の電力を昇圧しないで電動車両１００を走行させる状態のことをいう。具体的には、アクセル開度等に基づいてモータの出力を決定するコントローラが、バッテリ１４の出力電圧で対応可能な範囲にモータの出力を制限する。 On the other hand, when the switching element T8 is short-circuited, the short-circuit switch is turned off (S7). Thereby, the output side of the reactor 12 and the ground line G are interrupted. Therefore, even if the switching element T8 is short-circuited, a short circuit of the battery 14 is avoided. Then, the electric vehicle 100 is set to the fail travel mode (S8). Here, the failure running refers to a state in which the electric vehicle 100 is driven without increasing the power of the battery 14. Specifically, a controller that determines the output of the motor based on the accelerator opening degree or the like limits the output of the motor to a range that can be handled by the output voltage of the battery 14.

短絡スイッチをオフにした場合、高電位ラインＰＬに接続されたスイッチング素子Ｔ７に並列に接続されたダイオードにより、電圧コンバータ回路３の出力側には、バッテリ１４の電力がダイレクトに出力することになる。したがって、バッテリ１４の電圧により電動車両１００の走行を継続することができる。 When the short-circuit switch is turned off, the power of the battery 14 is directly output to the output side of the voltage converter circuit 3 by the diode connected in parallel to the switching element T7 connected to the high potential line PL. . Therefore, traveling of electric vehicle 100 can be continued by the voltage of battery 14.

図３を参照して通常走行時に短絡故障が検出された時の動作について説明する。通常走行では、電圧変換器２の内部で過電流（予定されている電流よりも大きい電流が流れること）が生じていないかコントローラ１５が常に監視している。具体的には、コントローラ１５は、先に述べたセンスエミッタを流れる電流を定期的に計測している。コントローラ１５は、センスエミッタの電流値を計測し（Ｓ１１）、昇圧用のスイッチング素子Ｔ８が短絡しているか否かを確認する（Ｓ１２）。スイッチング素子Ｔ８が短絡していない場合、短絡スイッチのオン状態は継続され（Ｓ１３）、電動車両１００の通常走行が継続される。一方で、スイッチング素子Ｔ８が短絡している場合、コントローラ１５は短絡スイッチをオフにする（Ｓ１４）。上記と同様、リアクトル１２の出力側とグランド線Ｇの間は遮断される。また、バッテリ１４の電力は、ダイレクトに電圧コンバータ回路３の出力側に出力される。そして、電動車両１００はフェール走行のモードに移行する（Ｓ１５）。 With reference to FIG. 3, the operation when a short-circuit fault is detected during normal travel will be described. In normal running, the controller 15 always monitors whether or not an overcurrent (a current larger than a scheduled current flows) occurs in the voltage converter 2. Specifically, the controller 15 regularly measures the current flowing through the sense emitter described above. The controller 15 measures the current value of the sense emitter (S11), and checks whether or not the step-up switching element T8 is short-circuited (S12). When the switching element T8 is not short-circuited, the on state of the short-circuit switch is continued (S13), and the normal traveling of the electric vehicle 100 is continued. On the other hand, when the switching element T8 is short-circuited, the controller 15 turns off the short-circuit switch (S14). Similarly to the above, the output side of the reactor 12 and the ground line G are blocked. The power of the battery 14 is directly output to the output side of the voltage converter circuit 3. Then, the electric vehicle 100 shifts to the fail travel mode (S15).

上記のアルゴリズムを電圧コンバータ回路３に採用することで、昇圧用のスイッチング素子Ｔ８が短絡しても、バッテリ１４が短絡することが回避される。また、昇圧用のスイッチング素子Ｔ８が短絡しても、電動車両１００の走行は、フェール走行モードで継続することができる。この場合、バッテリ１４の電圧がダイレクトに出力されるため、電動車両１００の走行性能は、正常のときと比較して劣ることになる。しかし、バッテリを切り離すことなく、車両を走行させることができる。 By adopting the above algorithm for the voltage converter circuit 3, even if the step-up switching element T8 is short-circuited, the battery 14 is prevented from being short-circuited. Further, even when the boosting switching element T8 is short-circuited, the traveling of the electric vehicle 100 can be continued in the fail traveling mode. In this case, since the voltage of the battery 14 is directly output, the running performance of the electric vehicle 100 is inferior compared to when it is normal. However, the vehicle can be driven without disconnecting the battery.

実施例の電力変換器２のハードウエア構成について説明する。大電流を扱うスイッチング素子は、発熱量も大きい。複数のスイッチング素子を効率よく冷却するため、電力変換器２は、８個のパワーカードＰＣ１からＰＣ８と複数の冷却器２１を交互に積層した積層ユニット２００を備える。図４に積層ユニット２００の模式的斜視図を示す。ここで、パワーカードとは、複数のスイッチング素子を樹脂でモールドしたパッケージである。そのパッケージには、その内部に収容されたスイッチング素子を外部の素子と接続するための端子が設けられている。なお、各端子は図１に示す回路構成となるように互いに接続されるが、図４では、その接続構造が省略されていることに留意されたい。また、リアクトル１２、フィルタコンデンサ８、平滑コンデンサ９の図示が省略されていることに留意されたい。 A hardware configuration of the power converter 2 according to the embodiment will be described. A switching element that handles a large current generates a large amount of heat. In order to efficiently cool a plurality of switching elements, the power converter 2 includes a stacked unit 200 in which eight power cards PC1 to PC8 and a plurality of coolers 21 are alternately stacked. FIG. 4 shows a schematic perspective view of the laminated unit 200. Here, the power card is a package in which a plurality of switching elements are molded with resin. The package is provided with a terminal for connecting the switching element accommodated in the package to an external element. Note that although the terminals are connected to each other so as to have the circuit configuration shown in FIG. 1, the connection structure is omitted in FIG. It should be noted that the reactor 12, the filter capacitor 8, and the smoothing capacitor 9 are not shown.

図４に示されるように、各パワーカードはその両側を冷却器２１により挟まれている。複数の冷却器２１の内部は冷媒が通る空洞である。各冷却器２１の長手方向（図中のＸ軸方向）の両側に孔が設けられており、隣接する冷却器２１が連結管２４ａ、２４ｂで連結されている。積層方向の端に位置する冷却器２１には冷媒供給管２２と冷媒排出管２３が接続されている。冷媒供給管２２から供給された冷媒は、連結管２４ａを通じて全ての冷却器２１に分配される。冷媒は、各冷却器２１の内部を通過する間に隣接するパワーカードの熱を吸収し、他方の連結管２４ｂを通じて冷媒排出管２３へと送られる。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。 As shown in FIG. 4, each power card is sandwiched between both sides by a cooler 21. The inside of the plurality of coolers 21 is a cavity through which the refrigerant passes. Holes are provided on both sides in the longitudinal direction (X-axis direction in the drawing) of each cooler 21, and adjacent coolers 21 are connected by connecting pipes 24a and 24b. A refrigerant supply pipe 22 and a refrigerant discharge pipe 23 are connected to the cooler 21 located at the end in the stacking direction. The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 22 is distributed to all the coolers 21 through the connection pipe 24a. The refrigerant absorbs the heat of the adjacent power card while passing through the inside of each cooler 21, and is sent to the refrigerant discharge pipe 23 through the other connecting pipe 24b. The refrigerant is a liquid, for example, water or LLC (Long Life Coolant).

実施例の電力変換器２では、図１の破線で囲んだように、２個のスイッチング素子を１セットとして収容する７セットのパワーカードＰＣ１からＰＣ７及び１個のスイッチング素子を収容するパワーカードＰＣ８が構成される。ハードウエアとしては、２個又は１個のスイッチング素子と、これに付随するダイオードが一つのパワーカードに収容されている。具体的には、２個又は１個のスイッチング素子とダイオードが樹脂で封止されており、その樹脂パッケージの内部でスイッチング素子が接続されているとともに、各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続されている。 In the power converter 2 according to the embodiment, as surrounded by a broken line in FIG. 1, seven sets of power cards PC1 to PC7 that accommodate two switching elements as one set and a power card PC8 that accommodates one switching element. Is configured. As hardware, two or one switching element and an associated diode are accommodated in one power card. Specifically, two or one switching element and a diode are sealed with resin, the switching element is connected inside the resin package, and a diode is connected in antiparallel to each switching element. ing.

パワーカードＰＣ１について説明する。図４に示すように、パワーカードＰＣ１は、積層方向（Ｚ軸方向）に薄い平板形状である。後述するパワーカードＰＣ２からＰＣ８も同様に平板形状である。図１において符号ＰＣ１が示す破線の範囲が、パワーカードＰＣ１に含まれる回路に相当する。パワーカードＰＣ１には、インバータ回路４ａのスイッチング素子Ｔ１とＴ４の直列回路が収容されている。そして、パワーカードＰＣ１には、図１に示した高電圧ラインＰＬと接続される正極端子Ｐ１と、インバータ回路の低電位ラインと接続される負極端子Ｎ１が設けられている。また、パワーカードＰＣ１には、モータ５ａのＵ相に接続される中間端子Ｍ１が設けられている。中間端子Ｍ１は、スイッチング素子Ｔ１とＴ４の間に接続される。図１に示される各端子Ｐ１、Ｎ１、Ｍ１は、図４に示されるパワーカードＰＣ１の上面から突出する３本の端子に対応している。なお、正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１、中間端子Ｍ１という呼称は、他のパワーカードでも用いる。 The power card PC1 will be described. As shown in FIG. 4, the power card PC1 has a thin flat plate shape in the stacking direction (Z-axis direction). Similarly, power cards PC2 to PC8 described later have a flat plate shape. A range indicated by a broken line indicated by reference numeral PC1 in FIG. 1 corresponds to a circuit included in the power card PC1. The power card PC1 accommodates a series circuit of switching elements T1 and T4 of the inverter circuit 4a. The power card PC1 is provided with a positive terminal P1 connected to the high voltage line PL shown in FIG. 1 and a negative terminal N1 connected to the low potential line of the inverter circuit. The power card PC1 is provided with an intermediate terminal M1 connected to the U phase of the motor 5a. The intermediate terminal M1 is connected between the switching elements T1 and T4. The terminals P1, N1, and M1 shown in FIG. 1 correspond to the three terminals that protrude from the upper surface of the power card PC1 shown in FIG. The names of the positive terminal P1, the negative terminal N1, and the intermediate terminal M1 are also used for other power cards.

インバータ回路４ａの他のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６も、パワーカードＰＣ１と同様にパワーカードＰＣ２、ＰＣ３に収容されている。パワーカードＰＣ２、ＰＣ３の構造は、パワーカードＰＣ１と同様である。図１の破線の範囲に示すように、パワーカードＰＣ２にはスイッチング素子Ｔ２、Ｔ５の直列回路が収容され、パワーカードＰＣ３にはスイッチング素子Ｔ３、Ｔ６の直列回路が収容される。パワーカードＰＣ２、ＰＣ３には、高電圧ラインＰＬに接続される正極端子Ｐ１、低電位ラインに接続される負極端子Ｎ１、モータの各相に接続される中間端子Ｍ１がパワーカードＰＣ１と同様に設けられている。パワーカードＰＣ２の中間端子Ｍ１はモータ５ａのＶ相に接続され、パワーカードＰＣ３の中間端子Ｍ１はモータ５ａのＷ相に接続される。 Other switching elements T2, T3, T5, and T6 of the inverter circuit 4a are also accommodated in the power cards PC2 and PC3 in the same manner as the power card PC1. The structure of the power cards PC2 and PC3 is the same as that of the power card PC1. As shown in the range of the broken line in FIG. 1, the power card PC2 accommodates a series circuit of switching elements T2 and T5, and the power card PC3 accommodates a series circuit of switching elements T3 and T6. Similarly to the power card PC1, the power cards PC2 and PC3 are provided with a positive terminal P1 connected to the high voltage line PL, a negative terminal N1 connected to the low potential line, and an intermediate terminal M1 connected to each phase of the motor. It has been. The intermediate terminal M1 of the power card PC2 is connected to the V phase of the motor 5a, and the intermediate terminal M1 of the power card PC3 is connected to the W phase of the motor 5a.

インバータ回路４ｂのスイッチング素子もインバータ回路４ａと同様に、各スイッチング素子２個の直列回路が夫々、パワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６の中に収容されている。パワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６の構成は夫々、パワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３の構成と同様であり、パワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６の中間端子は夫々モータ５ｂのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。 Similarly to the inverter circuit 4a, the switching element of the inverter circuit 4b includes two series circuits of switching elements housed in the power cards PC4, PC5, and PC6, respectively. The configurations of the power cards PC4, PC5, and PC6 are the same as the configurations of the power cards PC1, PC2, and PC3, respectively. Connected.

パワーカードＰＣ７について説明する。図１において符号ＰＣ７が示す破線の範囲が、パワーカードＰＣ７に含まれる回路に相当する。パワーカードＰＣ７には、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７とＴ８の直列回路が収容されている。その構造は、パワーカードＰＣ１と同様である。図１に示すように、正極端子Ｐ１は、高電圧ラインＰＬに接続され、負極端子Ｎ１は、後述するパワーカードＰＣ８の正極端子Ｐ１に接続される。そして、中間端子Ｍ１は、リアクトル１２の出力側と接続される。 The power card PC7 will be described. A range indicated by a broken line indicated by reference numeral PC7 in FIG. 1 corresponds to a circuit included in the power card PC7. The power card PC7 accommodates a series circuit of switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3. The structure is the same as that of the power card PC1. As shown in FIG. 1, the positive terminal P1 is connected to the high voltage line PL, and the negative terminal N1 is connected to a positive terminal P1 of a power card PC8 described later. Intermediate terminal M <b> 1 is connected to the output side of reactor 12.

また、電圧コンバータ回路３の残り１個のスイッチング素子Ｔ９は、図１の破線の範囲に示すようにパワーカードＰＣ８に収容されている。パワーカードＰＣ８には、１個のスイッチング素子Ｔ９とそのスイッチング素子Ｔ９に逆並列に接続されたダイオードが収容されている。パワーカードＰＣ８には、スイッチング素子Ｔ９の一方の端子が接続された正極端子Ｐ１と他方の端子が接続された負極端子Ｎ１が設けられている。図１に示すように、正極端子Ｐ１は、パワーカードＰＣ７の負極端子に接続され、負極端子Ｎ１はグランド線Ｇに接続される。図４に示すように、パワーカードＰＣ８の上面には正極端子Ｐ1と負極端子Ｎ１が２本突出している。なお、パワーカードＰＣ８の長手方向（Ｘ軸方向）の幅は、他のパワーカードＰＣ１等に比べて短くなっている。 Further, the remaining one switching element T9 of the voltage converter circuit 3 is accommodated in the power card PC8 as shown by the broken line in FIG. The power card PC8 accommodates one switching element T9 and a diode connected in antiparallel to the switching element T9. The power card PC8 is provided with a positive terminal P1 to which one terminal of the switching element T9 is connected and a negative terminal N1 to which the other terminal is connected. As shown in FIG. 1, the positive terminal P1 is connected to the negative terminal of the power card PC7, and the negative terminal N1 is connected to the ground line G. As shown in FIG. 4, two positive electrode terminals P1 and two negative electrode terminals N1 protrude from the upper surface of the power card PC8. The width of the power card PC8 in the longitudinal direction (X-axis direction) is shorter than that of other power cards PC1 and the like.

このようなハードウエア構成にすることで、実施例の電力変換器２は、電圧コンバータ回路３とインバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子をコンパクトに収容することができる。即ち、第１、第２、及び、第３スイッチング素子及びインバータ回路のスイッチング素子が複数のパワーカードに分散して組み込まれ、複数のパワーカードが複数の冷却器と交互に積層される。このような構成により、複数のスイッチング素子をコンパクトに集約することができると共に、発熱量の大きいスイッチング素子の冷却も効率よく実現することができる。 By adopting such a hardware configuration, the power converter 2 of the embodiment can accommodate the switching elements of the voltage converter circuit 3 and the inverter circuits 4a and 4b in a compact manner. That is, the first, second, and third switching elements and the switching elements of the inverter circuit are distributed and incorporated in a plurality of power cards, and the plurality of power cards are alternately stacked with a plurality of coolers. With such a configuration, it is possible to collect a plurality of switching elements in a compact manner, and it is also possible to efficiently realize cooling of the switching elements that generate a large amount of heat.

また、本実施例が開示する電力変換器において、短絡スイッチをトランジスタから電磁リレー等に変えても同様の動作を実現することができる。しかし、その場合、電磁リレーは他のスイッチング素子が収容されたパワーカードとは別に配置する必要があり、電力変換器の構造が複雑化することになる。したがって、本実施例で示すように、短絡スイッチにトランジスタを用いることで、他のスイッチング素子と同様にパワーカード内に短絡スイッチを収容することができる。これにより、電力変換器のコンパクト化に寄与することができる。 Further, in the power converter disclosed in the present embodiment, the same operation can be realized even if the short-circuit switch is changed from a transistor to an electromagnetic relay or the like. However, in that case, the electromagnetic relay needs to be arranged separately from the power card in which the other switching elements are accommodated, and the structure of the power converter becomes complicated. Therefore, as shown in this embodiment, by using a transistor for the short-circuit switch, the short-circuit switch can be accommodated in the power card in the same manner as other switching elements. Thereby, it can contribute to the compactization of a power converter.

さらにまた、短絡スイッチにトランジスタを用いる利点として、トランジスタの動作が、電磁リレー等と比較して高速であることが挙げられる。電圧コンバータのスイッチング素子の短絡が検知されたときに直ちにバッテリの短絡を遮断できる。さらに、トランジスタは、アーク放電が発生しない点で電磁リレーに比べて優位である。 Furthermore, an advantage of using a transistor for the short-circuit switch is that the operation of the transistor is faster than that of an electromagnetic relay or the like. When a short circuit of the switching element of the voltage converter is detected, the short circuit of the battery can be interrupted immediately. Furthermore, the transistor is superior to the electromagnetic relay in that arc discharge does not occur.

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。上記の実施例において、短絡スイッチとしてスイッチング素子Ｔ９を選んだが、スイッチング素子Ｔ８を選んでもよい。この場合、スイッチング素子Ｔ９が電圧コンバータ回路３が昇圧動作をするときにオンオフが切り替えられるスイッチング素子となる。 Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. In the above embodiment, the switching element T9 is selected as the short-circuit switch, but the switching element T8 may be selected. In this case, the switching element T9 is a switching element that is switched on and off when the voltage converter circuit 3 performs a boosting operation.

また、上記の実施例では、パワーカードＰＣ１からＰＣ７において、２つのスイッチング素子を１つのパワーカードに収容していたが、このような構成に限らない。すべてのスイッチング素子において、パワーカードＰＣ８のように、１つのスイッチング素子を１つのパワーカードに収容してもよい。この場合、積層ユニットとして、横方向（パワーカードの長手方向）に２つ若しくは２つ以上のパワーカードを並べ、その横に並べたパワーカードを冷却器と交互に積層する構成が考えられる。また、上記の実施例では、電力変換器に２つのモータが接続されていたが、そのような構成に限らない。１つのモータが接続されていてもよいし、２つ以上のモータが接続されていてもよい。 Further, in the above embodiment, in the power cards PC1 to PC7, two switching elements are accommodated in one power card, but the configuration is not limited to this. In all the switching elements, like the power card PC8, one switching element may be accommodated in one power card. In this case, a configuration in which two or more power cards are arranged in the horizontal direction (longitudinal direction of the power card) as the stacking unit, and the power cards arranged in the horizontal direction are alternately stacked with the cooler. In the above embodiment, two motors are connected to the power converter. However, the present invention is not limited to such a configuration. One motor may be connected, or two or more motors may be connected.

実施例における「スイッチング素子Ｔ８」が特許請求の範囲における「第１スイッチング素子」の一例であり、「スイッチング素子Ｔ９」が特許請求の範囲における「第２スイッチング素子」の一例であり、「スイッチング素子Ｔ７」が特許請求の範囲における「第３スイッチング素子」の一例である。なお、繰り返しとなるが、「第１スイッチング素子」に対応するのが「スイッチング素子Ｔ９」であり、「第２スイッチング素子」に対応するのが「スイッチング素子Ｔ８」であっても、本発明の構成及び効果を変えるものではない。 “Switching element T8” in the embodiment is an example of “first switching element” in the claims, “switching element T9” is an example of “second switching element” in the claims, and “switching element” “T7” is an example of the “third switching element” in the claims. It should be noted that “switching element T9” corresponds to “first switching element” and “switching element T8” corresponds to “second switching element”. It does not change the structure and effect.

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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：電力変換器
３：電圧コンバータ回路
４ａ、４ｂ：インバータ回路
５ａ、５ｂ：モータ
６：動力変換機構
７：車軸
８：フィルタコンデンサ
９：平滑コンデンサ
１２：リアクトル
１３：システムメインリレー
１４：バッテリ
１５：コントローラ
２１：冷却器
２２：冷媒供給管
２３：冷媒排出管
２４ａ、２４ｂ：連結管
１００：電動車両
２００：積層ユニット
Ｐ１、Ｐ２：正極端子
Ｎ１、Ｎ２：負極端子
ＱＵ、ＱＶ、ＱＷ：出力端子
ＱＧ：信号端子
Ｔ１−Ｔ９：スイッチング素子 2: Power converter 3: Voltage converter circuit 4a, 4b: Inverter circuit 5a, 5b: Motor 6: Power conversion mechanism 7: Axle 8: Filter capacitor 9: Smoothing capacitor 12: Reactor 13: System main relay 14: Battery 15: Controller 21: Cooler 22: Refrigerant supply pipe 23: Refrigerant discharge pipe 24a, 24b: Connecting pipe 100: Electric vehicle 200: Laminated unit P1, P2: Positive terminal N1, N2: Negative terminal QU, QV, QW: Output terminal QG : Signal terminals T1-T9: Switching elements

Claims

A voltage converter circuit for boosting the power of the battery;
An inverter circuit that converts the electric power boosted by the voltage converter circuit into alternating current and supplies it to the traveling motor;
An electric vehicle power converter comprising:
The voltage converter circuit is:
A reactor connected between the high potential end on the input side and the high potential end on the output side;
A ground line directly connecting the low potential end on the input side and the low potential end on the output side;
A first switching element and a second switching element connected in series between the output side of the reactor and the ground line;
A capacitor connected between the output side of the reactor and the ground line;
A controller for controlling the first and second switching elements;
The controller comprises:
While maintaining the second switching element in a conductive state, the first switching element is repeatedly turned on and off to boost the voltage of the battery,
Switching the second switching element from a conducting state to a blocking state when the first switching element has a short-circuit fault;
A power converter characterized by that.

The power converter according to claim 1, wherein the first switching element and the second switching element are transistors of the same type.

The voltage converter circuit includes a third switching element connected between the reactor and the high potential end on the output side,
The first, second, and third switching elements and the switching elements of the inverter circuit are incorporated in a plurality of power cards,
The plurality of power cards are alternately stacked with a plurality of coolers,
The power converter according to claim 2.