JP2018042355A - Electric power conversion system and electric power conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a power conversion method.
電力変換装置に関して、例えば、特許文献１には、並列接続された複数台の無停電電源装置のいずれかで故障が発生した場合、運転効率を最大とする制御を停止することが記載されている。
Regarding a power converter, for example,
また、特許文献２には、冷却器を通流する冷却媒体の温度変化が所定の値以上であり、かつ、熱抵抗が所定の値以上である場合、冷却器の冷却性能が劣化していると判定する電力変換器について記載されている。
In
近年、部品交換等に要するメンテナンスコストを低減して電力変換装置の長寿命化を図ることが求められているが、その具体的方法については特許文献１，２のいずれにも記載されていない。
In recent years, there has been a demand for reducing the maintenance cost required for parts replacement and extending the life of the power conversion device, but the specific method is not described in any of
そこで、本発明は、長寿命化を図った電力変換装置等を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the power converter device etc. which aimed at lifetime extension.
前記課題を解決するために、本発明は、並列接続される複数の電力変換ユニットと、複数の前記電力変換ユニットを制御するユニット制御部と、を備え、複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスと、前記デバイスの温度を少なくとも検出し、その検出値を前記ユニット制御部に出力する検出器と、を有し、前記ユニット制御部は、前記劣化特性及び前記検出値に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、複数の前記電力変換ユニットのそれぞれに流れる電流を調整することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention includes a plurality of power conversion units connected in parallel and a unit control unit that controls the plurality of power conversion units, and each of the plurality of power conversion units includes: A plurality of types of devices having different deterioration characteristics with respect to temperature changes, and a detector that detects at least the temperature of the device and outputs the detected value to the unit control section, wherein the unit control section has the deterioration characteristics And based on the said detected value, the electric current which flows into each of the said some power conversion unit is adjusted so that degradation of the said device may be suppressed, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、長寿命化を図った電力変換装置等を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device etc. which aimed at lifetime improvement can be provided.
≪第１実施形態≫
＜電力変換装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１００の構成図である。
電力変換装置１００は、直流電源Ｅから入力される直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力を負荷Ｆに出力する三相インバータである。図１に示すように、電力変換装置１００は、並列接続された電力変換ユニット１１，１２と、これらの電力変換ユニット１１，１２を制御する共通ユニット制御回路２０（ユニット制御部）と、を備えている。
<< First Embodiment >>
<Configuration of power converter>
FIG. 1 is a configuration diagram of a
The
電力変換ユニット１１，１２は、その入力側が直流電源Ｅに接続され、出力側が負荷Ｆに接続されている。なお、以下の説明において電力変換ユニット１１，１２について言及する場合、「電力変換ユニット１０」と記載することがあるものとする。
The
共通ユニット制御回路２０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
Although not shown, the common
共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２に設置されている各検出器（図２に示す電流センサ１１ｂや温度センサ１１ｃ，１１ｄ）の検出値に基づいて、電力変換ユニット１１，１２に所定の制御信号を出力する機能を有している。
The common
図２は、電力変換装置１００が備える電力変換ユニット１１を含む構成図である。
なお、図２では、一方の電力変換ユニット１１を図示し、他方の電力変換ユニット１２（図１参照）の図示を省略している。
図２に示すように、電力変換ユニット１１は、ブリッジ回路１１ａと、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の電流を検出する電流センサ１１ｂ（検出器）と、ユニット制御回路１１ｅと、を備えている。また、電力変換ユニット１１は、前記した構成の他に、コンデンサＣ（デバイス）と、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃ（検出器）と、コンデンサ温度センサ１１ｄ（検出器）と、をそれぞれ３つずつ備えている。
FIG. 2 is a configuration diagram including the
In FIG. 2, one
As shown in FIG. 2, the
ブリッジ回路１１ａは、３つのパワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷ（つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のレグ）が並列接続された構成になっている。なお、以下の説明において、パワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷについて言及する場合、「パワー半導体モジュールＭ」と記載することがあるものとする。
The
図２に示すように、Ｕ相に対応するパワー半導体モジュールＭＵは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２（デバイス）と、スイッチング素子Ｓ１に逆並列に接続された整流素子Ｄ１と、スイッチング素子Ｓ２に逆並列に接続された整流素子Ｄ２と、を備えている。 As shown in FIG. 2, the power semiconductor module MU corresponding to the U phase includes switching elements S1 and S2 (devices) connected in series, a rectifying element D1 connected in antiparallel to the switching element S1, and a switching element S2. And a rectifying element D2 connected in antiparallel.
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、整流素子Ｄ１，Ｄ２等は、例えば、ダイオードである。図２に示すように、コンデンサＣの正側にコレクタが接続されるスイッチング素子Ｓ１と、コンデンサＣの負側にエミッタが接続されるスイッチング素子Ｓ２と、の接続点が、Ｕ相の配線に接続されている（Ｖ相、Ｗ相についても同様）。 The switching elements S1, S2, etc. are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and the rectifying elements D1, D2, etc. are, for example, diodes. As shown in FIG. 2, the connection point between the switching element S1 whose collector is connected to the positive side of the capacitor C and the switching element S2 whose emitter is connected to the negative side of the capacitor C is connected to the U-phase wiring. (The same applies to the V phase and the W phase).
コンデンサＣは、直流電源Ｅから印加される電圧（脈流を含む直流電圧）を平滑化するデバイスである。図２に示す例では、Ｕ相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を含むレグの両端にコンデンサＣが接続されている（Ｖ相、Ｗ相のレグについても同様）。 The capacitor C is a device that smoothes the voltage applied from the DC power source E (DC voltage including pulsating current). In the example shown in FIG. 2, capacitors C are connected to both ends of a leg including U-phase switching elements S1 and S2 (the same applies to V-phase and W-phase legs).
パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃは、パワー半導体モジュールＭＵ，ＭＶ，ＭＷの温度（図２では「ＰＭ温度」と記載）をそれぞれ検出するセンサである。
コンデンサ温度センサ１１ｄは、３つのコンデンサＣの温度（図２では「ＣＡＰ温度」と記載）をそれぞれ検出するセンサである。
The power semiconductor
The
電流センサ１１ｂは、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の電流（「ユニット出力電流」ともいう）をそれぞれ検出するセンサである。
電流センサ１１ｂ、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃ、及びコンデンサ温度センサ１１ｄの検出値は、共通ユニット制御回路２０に出力される。
The
Detection values of the
ユニット制御回路１１ｅは、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
ユニット制御回路１１ｅは、例えば、周知のＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）に基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートに所定のパルス信号を出力する機能を有している。これによって、直流電源Ｅから入力される直流電力が電力変換ユニット１１において交流電力に変換され、この交流電力が負荷Ｆに出力される。
Although not shown, the unit control circuit 11e includes electronic circuits such as a CPU, a ROM, a RAM, and various interfaces. The unit control circuit 11e reads a program stored in the ROM, develops it in the RAM, and the CPU executes various processes. It is like that.
The unit control circuit 11e has a function of outputting a predetermined pulse signal to the gates of the switching elements S1 to S6 based on, for example, well-known PWM control (Pulse Width Modulation). As a result, DC power input from the DC power source E is converted into AC power in the
また、ユニット制御回路１１ｅは、共通ユニット制御回路２０からの制御信号に基づいて、電力変換ユニット１１の稼働・停止を切り替えたり、電力変換ユニット１１のユニット出力電流を調整したりする機能も有している。
なお、他方の電力変換ユニット１２（図１参照）の構成については、電力変換ユニット１１と同様であるから説明を省略する。
The unit control circuit 11e also has a function of switching operation / stop of the
In addition, about the structure of the other power conversion unit 12 (refer FIG. 1), since it is the same as that of the
＜パワー半導体モジュールの寿命特性＞
図３は、パワー半導体モジュールＭの寿命特性に関する説明図である。
図３の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量である。例えば、電力変換ユニット１０の稼動・停止である「パワーサイクル」が繰り返されると、それに伴って、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が交互に繰り返される。図３の横軸に示す「温度の変化量」は、このようなパワー半導体モジュールＭの温度の上昇幅・低下幅（絶対値）を表している。
<Life characteristics of power semiconductor modules>
FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the life characteristics of the power semiconductor module M. FIG.
The horizontal axis in FIG. 3 is the amount of change in the temperature of the power semiconductor module M. For example, when the “power cycle” that is the operation / stop of the
図３の縦軸は、パワー半導体モジュールＭのパワーサイクル寿命回数である。この「パワーサイクル寿命回数」とは、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきるまでに繰り返されるパワーサイクルの回数である。 The vertical axis in FIG. 3 represents the power cycle life count of the power semiconductor module M. The “power cycle life count” is the number of power cycles that are repeated until the life of the power semiconductor module M is reached.
なお、パワー半導体モジュールＭは、図示はしないが、銅配線・半田・シリコンチップや樹脂等の絶縁部材の他、アルミを含む金属製のケース等、熱膨張係数の異なる材料を含んでいる。したがって、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されると、熱膨張・熱収縮に伴う熱応力によって、半田のクラックや絶縁部材の剥離が生じやすくなる。その結果、パワー半導体モジュールＭの絶縁性や放熱性が劣化する。また、図３に示すように、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量が大きいほど、そのパワーサイクル寿命回数は少なくなる傾向がある。 Although not shown, the power semiconductor module M includes materials having different coefficients of thermal expansion, such as an insulating member such as copper wiring, solder, silicon chip, and resin, and a metal case including aluminum. Therefore, if the temperature of the power semiconductor module M is frequently increased and decreased, cracks in the solder and separation of the insulating member are likely to occur due to thermal stress accompanying thermal expansion and contraction. As a result, the insulating property and heat dissipation of the power semiconductor module M deteriorate. Further, as shown in FIG. 3, the power cycle life frequency tends to decrease as the temperature change amount of the power semiconductor module M increases.
＜コンデンサの寿命特性＞
図４は、コンデンサＣの寿命特性に関する説明図である。
図４の横軸は、電力変換ユニット１０の累積稼動時間である。図４の縦軸は、コンデンサＣの静電容量及び内部抵抗である。
<Capacitor life characteristics>
FIG. 4 is an explanatory diagram regarding the life characteristics of the capacitor C. FIG.
The horizontal axis of FIG. 4 is the cumulative operation time of the
電力変換ユニット１０を継続的に稼動させると、コンデンサＣの周囲温度や内部温度が上昇する。その結果、図４に示すように、コンデンサＣの静電容量が徐々に減少する一方で、コンデンサＣの内部抵抗が徐々に増加する。このように内部抵抗が増加すると、コンデンサＣの内部温度が上昇しやすくなる。
ここで、コンデンサＣとして電解コンデンサを例に説明すると、その周囲温度や内部温度が高い状態が継続すると、電解コンデンサの封口ゴム（図示せず）が劣化し、この封口ゴムを介して電解液が外部に拡散しやすくなる。その結果、電解コンデンサの静電容量の低下や内部抵抗（誘電正接）が増加し、通常よりも電解コンデンサの寿命が短くなる。
When the
Here, an electrolytic capacitor will be described as an example of the capacitor C. If the ambient temperature and the internal temperature continue to be high, the sealing rubber (not shown) of the electrolytic capacitor deteriorates, and the electrolytic solution passes through the sealing rubber. It becomes easy to spread outside. As a result, the capacitance of the electrolytic capacitor decreases and the internal resistance (dielectric loss tangent) increases, and the life of the electrolytic capacitor becomes shorter than usual.
＜各デバイスの劣化特性の相違＞
前記したように、パワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）は、温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されるほど、その劣化が進む。言い換えると、電力変換ユニット１０の稼動・停止が頻繁に繰り返されるほど、パワー半導体モジュールＭの劣化が進む。
一方、コンデンサＣは、高温状態が長く続くほど、その劣化が進む。言い換えると、電力変換ユニット１０の継続稼動時間が長いほど、コンデンサＣの劣化が進む。
<Difference in deterioration characteristics of each device>
As described above, the power semiconductor module M (that is, the switching elements S1 to S6) deteriorates as the temperature rises and falls frequently. In other words, the deterioration of the power semiconductor module M progresses as the operation / stop of the
On the other hand, the deterioration of the capacitor C progresses as the high temperature state continues. In other words, the longer the continuous operation time of the
このように、電力変換ユニット１０は、「温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイス」として、パワー半導体モジュールＭと、コンデンサＣと、を備えている。本実施形態では、このような各デバイスの劣化特性に基づいて、共通ユニット制御回路２０が、電力変換ユニット１１，１２のそれぞれに流れる電流を調整するようにしている。
Thus, the
＜共通ユニット制御回路の処理＞
図５は、共通ユニット制御回路２０が実行する処理のフローチャートである（適宜、図１、図２を参照）。
なお、図５の「ＳＴＡＲＴ」時には、電力変換ユニット１０のパワー半導体モジュールＭやコンデンサＣは劣化していないものとする。
<Common unit control circuit processing>
FIG. 5 is a flowchart of processing executed by the common unit control circuit 20 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate).
It is assumed that the power semiconductor module M and the capacitor C of the
ステップＳ１０１において共通ユニット制御回路２０は、均等化制御を実行する。
この「均等化制御」とは、電力変換ユニット１１，１２の累積稼動時間及び稼動・停止の切替回数を均等化させる制御である。例えば、軽負荷時において共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２を所定時間ずつ交互に稼動させる。これによって、電力変換ユニット１１，１２の累積稼働時間及び稼働・停止の切替回数を略等しくすることができる。
In step S101, the common
This “equalization control” is control for equalizing the cumulative operation time of the
また、高負荷時において共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１，１２の両方を稼動させる。これによって、高負荷時でも負荷Ｆに適切に給電できる。このように、負荷電力（負荷電流）の大きさに応じて電力変換ユニット１１，１２の稼動台数を調整することで無負荷損失を低減し、高効率化を図ることができる。
Moreover, the common
ステップＳ１０２において共通ユニット制御回路２０は、各センサの検出値を読み込む。すなわち共通ユニット制御回路２０は、電流センサ１１ｂの検出値の他、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃの検出値（温度Ｔｍ）や、コンデンサ温度センサ１１ｄの検出値（温度Ｔｃ）を読み込む。
In step S102, the common
ステップＳ１０３において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、電力変換ユニット１０ごとに判定する。この所定閾値Ｔｍ１は、パワー半導体モジュールＭが劣化しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０４に進む。
In step S103, the common
When the
ステップＳ１０４において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、電力変換ユニット１０ごとに判定する。この所定閾値Ｔｃ１は、コンデンサＣが劣化しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０５に進む。
In step S <b> 104, the common
When there is no
ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第１モードを実行する。この「延寿命制御：第１モード」は、パワー半導体モジュールＭの劣化を抑制するための制御モードである。以下では、一例として、一方の電力変換ユニット１１のパワー半導体モジュールＭが劣化し、他方の電力変換ユニット１２は正常である場合について説明する。
In step S105, the common
図７（ａ）は、負荷Ｆに供給される負荷電流の変化を示す説明図である。
図７（ａ）に示す例では、所定の負荷要求に基づいて、低負荷時には所定値Ｉ１の負荷電流が負荷Ｆに供給され、高負荷時には所定値Ｉ２（＞Ｉ１）の負荷電流が負荷Ｆに供給されている。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing a change in load current supplied to the load F. FIG.
In the example shown in FIG. 7A, based on a predetermined load request, a load current having a predetermined value I1 is supplied to the load F at a low load, and a load current having a predetermined value I2 (> I1) is applied to the load F at a high load. Has been supplied to.
図７（ｂ）は、延寿命制御：第１モードにおいて、電力変換ユニット１１，１２のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図７（ｂ）に示すように、延寿命制御：第１モード（Ｓ１０５：図５参照）において共通ユニット制御回路２０は、パワー半導体モジュールＭが劣化した電力変換ユニット１１のユニット出力電流を所定値Ｉ１で維持している。一方、正常な電力変換ユニット１２については、負荷要求（つまり、負荷Ｆの定格電力に対する負荷率）に応じて、稼動・停止が切り替えられている。
FIG. 7B is an explanatory diagram showing a change in unit output current of the
As shown in FIG. 7B, in the extended life control: first mode (S105: see FIG. 5), the common
このように、共通ユニット制御回路２０は、劣化しているパワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）を有する電力変換ユニット１１の稼動・停止の切替頻度を、正常な電力変換ユニット１２の稼動・停止の切替頻度よりも少なくしている。これによって、劣化しているパワー半導体モジュールＭの温度変化が抑制されるため、電力変換ユニット１１を含む電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。なお、図７（ｂ）に示す２つのユニット出力電流の和が、図７（ａ）に示す負荷電流である。
As described above, the common
ちなみに、図５のステップＳ１０５（延寿命制御：第１モード）において、電力変換ユニット１１，１２の両方でパワー半導体モジュールＭが劣化していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、劣化の程度が大きい（温度Ｔｍが高い、又は熱抵抗が大きい）方の電力変換ユニット１０を継続的に稼動して、その電流変動を抑制する。また、共通ユニット制御回路２０は、劣化の程度が小さい方の電力変換ユニット１０の稼動・停止を負荷要求に応じて適宜に切り替える。
Incidentally, in step S105 (prolonged life control: first mode) in FIG. 5, the power semiconductor module M may be deteriorated in both the
また、図５のステップＳ１０３において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃ（コンデンサＣの温度）が所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０７に進む。
If there is no
In step S106, the common
ステップＳ１０７において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第２モードを実行する。この「延寿命制御：第２モード」は、コンデンサＣの劣化を抑制するための制御モードである。以下では、一例として、一方の電力変換ユニット１１のコンデンサＣが劣化し、他方の電力変換ユニット１２は正常である場合について説明する。
In step S107, the common
図７（ｃ）は、延寿命制御：第２モードにおいて、電力変換ユニット１１，１２のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図７（ｃ）に示すように、延寿命制御：第２モード（Ｓ１０７：図５参照）において共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣが劣化した電力変換ユニット１１のユニット出力電流を、負荷要求に応じてゼロと所定値Ｉ１とで交互に変化させている。また、共通ユニット制御回路２０は、正常な電力変換ユニット１２を継続的に稼動している。
FIG. 7C is an explanatory diagram showing changes in unit output currents of the
As shown in FIG. 7C, in the extended life control: second mode (S107: see FIG. 5), the common
このように、共通ユニット制御回路２０は、劣化しているコンデンサＣを有する電力変換ユニット１１の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１２の継続稼動時間よりも短くしている。これによって、劣化しているコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮し、コンデンサＣの内部抵抗の増加を抑制できる。したがって、電力変換ユニット１１の延寿命化を図ることができる。なお、図７（ｃ）に示す２つのユニット出力電流の和が、図７（ａ）に示す負荷電流である。
Thus, the common
ちなみに、図５のステップＳ１０７（延寿命制御：第２モード）において、電力変換ユニット１１，１２の両方でコンデンサＣが劣化していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣの劣化の程度が大きい（温度Ｔｃが高い）電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くし、コンデンサＣの劣化の程度が小さい電力変換ユニット１０を継続的に稼動させる。
Incidentally, the capacitor C may be deteriorated in both the
また、図５のステップＳ１０６において、温度Ｔｃ（コンデンサＣの温度）が所定閾値Ｔｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１０８に進む。つまり、電力変換ユニット１１，１２が有する各デバイスのいずれも劣化していない場合、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１０８に進む。
Further, in step S106 in FIG. 5, when there is no
ステップＳ１０８において共通ユニット制御回路２０は、ステップＳ１０１で説明した均等化制御を継続する。これによって、前記したように無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
In step S108, the common
また、図５のステップＳ１０３において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ１以上であり（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、かつ、ステップＳ１０４において温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ１以上である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９において共通ユニット制御回路２０は、延寿命制御：第３モードを実行する。この「延寿命制御：第３モード」は、パワー半導体モジュールＭの劣化を抑制するとともに、コンデンサＣの劣化を抑制する制御モードである。
Further, when the temperature Tm is equal to or higher than the predetermined threshold Tm1 in step S103 of FIG. 5 (S103: Yes) and the temperature Tc is higher than the predetermined threshold Tc1 in step S104 (S104: Yes), the common
In step S109, the common
例えば、一方の電力変換ユニット１１ではパワー半導体モジュールＭが劣化し、他方の電力変換ユニット１２ではコンデンサＣが劣化している場合、共通ユニット制御回路２０は、以下のような制御を実行する。すなわち、共通ユニット制御回路２０は、電力変換ユニット１１を継続的に稼動させ、電力変換ユニット１２の稼動・停止を負荷率に応じて適宜に切り替える。これによって、劣化したパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制できるとともに、劣化したコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮できる。
For example, when the power semiconductor module M is degraded in one
また、劣化したパワー半導体モジュールＭ及びコンデンサＣが、一つの電力変換ユニット１０の中に混在していることもある。このような場合、共通ユニット制御回路２０は、劣化が著しい方のデバイスを特定し、そのデバイスの劣化を抑制するように電力変換ユニット１０の電流を調整する。このように共通ユニット制御回路２０は、各デバイスの劣化特性及び温度検出値に基づいて、各デバイスの劣化を抑制するように、電力変換ユニット１１，１２のそれぞれに流れる電流を調整する。
図５のステップＳ１０５，１０７，又はＳ１０９の処理を行った後、共通ユニット制御回路２０の処理は、図６のステップＳ１１０に進む。
Further, the deteriorated power semiconductor module M and the capacitor C may be mixed in one
After performing step S105, 107, or S109 of FIG. 5, the process of the common
ステップＳ１１０において共通ユニット制御回路２０は、各センサの検出値を再び読み込む。
ステップＳ１１１において共通ユニット制御回路２０は、パワー半導体モジュールＭの温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。この所定閾値Ｔｍ２は、パワー半導体モジュールＭが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、前記した所定閾値Ｔｍ１（Ｓ１０３：図５参照）よりも高い値として予め設定されている。
In step S110, the common
In step S111, the common
温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上のパワー半導体モジュールＭが「故障している」と判定する。
When the
In step S112, the common
ステップＳ１１３において共通ユニット制御回路２０は、ステップＳ１１２の判定結果（故障）を報知する。例えば、共通ユニット制御回路２０は、故障したパワー半導体モジュールＭの識別記号や、その温度等を表示装置（図示せず）に表示させる。なお、故障したパワー半導体モジュールＭは、その後のメンテナンス時に交換される。
In step S113, the common
また、ステップＳ１１１において温度Ｔｍが所定閾値Ｔｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４において共通ユニット制御回路２０は、コンデンサＣの温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。この所定閾値Ｔｃ２は、コンデンサＣが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、前記した所定閾値Ｔｃ１（Ｓ１０４：図５参照）よりも高い値として予め設定されている。
In step S111, when there is no
In step S114, the common
温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１２に進む。そして、共通ユニット制御回路２０は、温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上のコンデンサＣが「故障している」と判定し（Ｓ１１２）、その旨を報知する（Ｓ１１３）。
When the
なお、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣ等のデバイスが故障した場合でも、そのデバイスを有する電力変換ユニット１０を即座に停止させずに、その後のメンテナンス時まで稼動させ続けることが望ましい。これによって、負荷要求に応じた所定の電力を負荷Ｆに供給できるからである。したがって、故障したデバイスが存在する場合、共通ユニット制御回路２０は、例えば、電力変換ユニット１１，１２の両方を常時稼動させることによって、それぞれのユニット出力電流を抑制する。
ちなみに、ステップＳ１１２の「故障あり」とは、その程度が比較的軽い故障を意味している。したがって、前記したように、そのデバイスを有する電力変換ユニットを即座に停止させる必要は特にない。
Even if a device such as the power semiconductor module M or the capacitor C breaks down, it is desirable that the
Incidentally, “with failure” in step S112 means a failure with a relatively low degree. Therefore, as described above, it is not particularly necessary to immediately stop the power conversion unit having the device.
また、ステップＳ１１４において温度Ｔｃが所定閾値Ｔｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１５に進む。つまり、劣化したデバイスが存在するものの、そのデバイスがまだ故障には至っていない場合、共通ユニット制御回路２０の処理はステップＳ１１５に進む。
ステップＳ１１５において共通ユニット制御回路２０は、前記した延寿命制御（第１・第２・第３モードのいずれか）を継続する。
If there is no
In step S115, the common
＜効果＞
第１実施形態によれば、例えば、電力変換ユニット１１のパワー半導体モジュールＭが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１１の稼動・停止の切替頻度を少なくして、パワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制する。これによって、パワー半導体モジュールＭの劣化の進行を抑制し、ひいては、電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。
<Effect>
According to the first embodiment, for example, when the power semiconductor module M of the
また、例えば、電力変換ユニット１１のコンデンサＣが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１１の継続稼動時間を短くして、コンデンサＣの内部抵抗の増加を抑制する。これによって、コンデンサＣの劣化の進行を抑制し、ひいては、電力変換装置１００の長寿命化を図ることができる。
For example, when the capacitor C of the
また、延寿命制御：第１モード、第２モード、及び第３モードのいずれにおいても、正常な電力変換ユニット１０の稼動・停止が、負荷率に応じて適宜に切り替えられる。このように、電力変換ユニット１０の稼働台数を負荷率に基づいて最適化することで無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
In addition, in any of the first mode, the second mode, and the third mode, the normal operation / stop of the
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分に基づいて、その劣化の有無を判定する点が第１実施形態とは異なっている。また、第２実施形態は、コンデンサＣの温度の増加分に基づいて、その劣化の有無を判定する点が第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
The second embodiment is different from the first embodiment in that the presence or absence of deterioration is determined based on the increase in thermal resistance of the power semiconductor module M. The second embodiment is different from the first embodiment in that the presence or absence of the deterioration is determined based on the increase in the temperature of the capacitor C. Others are the same as in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate | omitted about the overlapping part.
＜電力変換装置の構成＞
図８は、第２実施形態に係る電力変換装置１００Ａの構成図である。
図８に示すように、電力変換装置１００Ａは、電力変換ユニット１１，１２と、共通ユニット制御回路２０Ａと、を備えている。
電力変換ユニット１１，１２は並列接続され、それぞれ、第１実施形態（図２参照）と同様の構成を備えている。
<Configuration of power converter>
FIG. 8 is a configuration diagram of a
As shown in FIG. 8, the
The
共通ユニット制御回路２０Ａは、電流・電圧−損失データテーブル２０ａと、損失算出部２０ｂと、熱抵抗算出部２０ｃと、を備えている。また、共通ユニット制御回路２０Ａは、前記した構成の他に、初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄ（初期熱抵抗記憶部）と、コンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅ（初期温度記憶部）と、劣化デバイス判定部２０ｆと、制御モード設定部２０ｇと、制御信号生成部２０ｈと、を備えている。
The common
電流・電圧−損失データテーブル２０ａは、パワー半導体モジュールＭに流れる電流と、パワー半導体モジュールＭに印加される電圧と、に基づいて、その損失（つまり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等の消費電力）を算出するためのデータテーブルである。 The current / voltage-loss data table 20a shows the loss (that is, the power consumption of the switching elements S1, S2, etc.) based on the current flowing through the power semiconductor module M and the voltage applied to the power semiconductor module M. It is a data table for calculating.
図９は、電流・電圧−損失データテーブル２０ａの説明図である。
図９の横軸はパワー半導体モジュールＭに流れる電流（つまり、ユニット出力電流）であり、縦軸はパワー半導体モジュールＭの損失である。
図９に示すように、電流が大きいほど、また、パワー半導体モジュールＭに印加される電圧が高いほど（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）、パワー半導体モジュールＭの損失は大きくなっている。このような情報が、電流・電圧−損失データテーブル２０ａとして予め記憶されている。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the current / voltage-loss data table 20a.
The horizontal axis of FIG. 9 is the current flowing through the power semiconductor module M (that is, the unit output current), and the vertical axis is the loss of the power semiconductor module M.
As shown in FIG. 9, the loss of the power semiconductor module M increases as the current increases and the voltage applied to the power semiconductor module M increases (V1 <V2 <V3). Such information is stored in advance as a current / voltage-loss data table 20a.
図８に示す損失算出部２０ｂは、電力変換ユニット１０の電流・電圧の値と、電流・電圧−損失データテーブル２０ａの情報と、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの損失Ｐを算出する機能を有している。
熱抵抗算出部２０ｃは、パワー半導体モジュールＭの温度Ｔｍと、このパワー半導体モジュールＭを冷却する冷却フィン１１１ｇ（図１０（ａ）参照）の温度Ｔｆと、前記した損失Ｐと、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗Ｒｍを算出する。なお、熱抵抗Ｒｍは、以下の式（１）で表される。
The
The thermal
Ｒｍ＝（Ｔｍ−Ｔｆ）／Ｐ ・・・（１）
次に、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、冷却フィン１１１ｇ等について説明する。
Rm = (Tm−Tf) / P (1)
Next, the cooling
図１０（ａ）は、パワー半導体モジュールＭ及び冷却フィン１１１ｇの縦断面図である。なお、図１０（ａ）に示すようにｘ，ｙ，ｚ軸を定める。
図１０（ａ）に示す例では、パワー半導体モジュールＭに接続される電極ｍが絶縁板ｎの上側に積層され、また、この絶縁板ｎの下側に冷却フィン１１１ｇが設置されている。
FIG. 10A is a longitudinal sectional view of the power semiconductor module M and the cooling
In the example shown in FIG. 10A, the electrode m connected to the power semiconductor module M is laminated on the upper side of the insulating plate n, and the cooling
また、パワー半導体モジュールＭの温度を検出するパワー半導体モジュール温度センサ１１ｃが、電極ｍ上に設置されている。なお、パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃをスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に設置してもよい。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、電極ｍ、絶縁板ｎ、及びパワー半導体モジュール温度センサ１１ｃは、下側が開口した箱状のケースｒに収容されている。
A power semiconductor
また、図１０（ａ）に示す例では、冷却フィン１１１ｇが、ｙ方向においてケースｒよりも外側に延びている。この外側に延びている部分に、冷却フィン１１１ｇの温度を検出する冷却フィン温度センサ１１ｈ（検出器）が設置されている。パワー半導体モジュール温度センサ１１ｃや冷却フィン温度センサ１１ｈの検出値は、共通ユニット制御回路２０Ａ（図８参照）に出力される。
In the example shown in FIG. 10A, the cooling
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す構成をｙ方向から見た側面図である。
図１０（ｂ）に示す冷却ファン１１２ｇは、冷却フィン１１１ｇに冷却風（矢印を参照）を送り込む機器である。なお、パワー半導体モジュールＭの温度上昇を抑制する冷却器１１ｇ（デバイス）は、図１０（ｂ）に示すように、冷却フィン１１１ｇ及び冷却ファン１１２ｇを備える構成であってもよいし、また、周知のヒートパイプ型冷却器であってもよい。
以下では、一例として、電力変換ユニット１１，１２にそれぞれ冷却器１１ｇが設置されているものとして説明する。
FIG.10 (b) is the side view which looked at the structure shown to Fig.10 (a) from the y direction.
A cooling
Hereinafter, as an example, it is assumed that the
図８に示す初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄには、パワー半導体モジュールＭの使用開始時の熱抵抗である初期熱抵抗が記憶されている。
図８に示すコンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅには、コンデンサＣの使用開始時の温度である初期温度が記憶されている。
The initial
In the capacitor initial
図１１は、コンデンサＣの初期温度に関する説明図である。
図１１の横軸は、電力変換ユニット１０を流れる電流（つまり、ユニット出力電流）であり、縦軸はコンデンサＣの初期温度である。図１１に示すように、電流と、コンデンサＣの初期温度と、は線形関係になっている。このような線形関係を示す情報が、コンデンサ初期温度記憶メモリ２０ｅに予め記憶されている。
FIG. 11 is an explanatory diagram regarding the initial temperature of the capacitor C. FIG.
The horizontal axis in FIG. 11 is the current flowing through the power conversion unit 10 (that is, the unit output current), and the vertical axis is the initial temperature of the capacitor C. As shown in FIG. 11, the current and the initial temperature of the capacitor C have a linear relationship. Information indicating such a linear relationship is stored in advance in the capacitor initial
図８に示す劣化デバイス判定部２０ｆは、デバイス（パワー半導体モジュールＭ、コンデンサＣ）が劣化している電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定し、さらに、そのデバイスを特定する機能を有している。
The deteriorated
制御モード設定部２０ｇは、劣化デバイス判定部２０ｆから入力されるデータに基づいて、電力変換ユニット１０の制御モードを設定する機能を有している。この制御モードには、第１実施形態と同様に、均等化制御と、延寿命制御（第１・第２・第３モード）と、が含まれる。
制御信号生成部２０ｈは、制御モード設定部２０ｇから入力されるデータに基づいて、電力変換ユニット１０に所定の制御信号を出力する機能を有している。
The control
The control
＜共通ユニット制御回路の処理＞
図１２は、共通ユニット制御回路２０Ａが実行する処理のフローチャートである（適宜、図８を参照）。なお、第１実施形態（図５参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ１０１において均等化制御を行い、ステップＳ１０２において各センサの検出値を読み込んだ後、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０１に進む。
<Common unit control circuit processing>
FIG. 12 is a flowchart of processing executed by the common
After equalization control is performed in step S101, and the detection value of each sensor is read in step S102, the process of the common
ステップＳ２０１において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭ（つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）の熱抵抗をそれぞれ算出する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの温度と、冷却フィン１１１ｇの温度と、パワー半導体モジュールＭの損失と、に基づき、熱抵抗算出部２０ｃによって、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出する。
In step S201, the common
ステップＳ２０２において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、劣化デバイス判定部２０ｆによって判定する。なお、熱抵抗の増加分ΔＲｍは、ステップＳ２０１で算出した熱抵抗から、初期熱抵抗記憶メモリ２０ｄに記憶されている初期熱抵抗を減算した値である。また、所定閾値ΔＲｍ１は、パワー半導体モジュールＭが劣化したか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
In step S202, the common
このように第２実施形態では、初期熱抵抗を基準とする熱抵抗の増加分ΔＲｍに基づいて、パワー半導体モジュールＭの劣化の有無を判定するようにしている。これによって、使用開始時のパワー半導体モジュールＭに個体差ばらつきがあったとしても、その劣化の有無を適切に判定できる。なお、次に説明するコンデンサＣの劣化の有無の判定についても同様のことがいえる。 As described above, in the second embodiment, the presence or absence of deterioration of the power semiconductor module M is determined based on the increase ΔRm of the thermal resistance based on the initial thermal resistance. As a result, even if there is an individual difference variation in the power semiconductor module M at the start of use, the presence or absence of the deterioration can be appropriately determined. The same applies to the determination of the presence or absence of deterioration of the capacitor C described below.
ステップＳ２０２において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０３に進む。
If there is a
ステップＳ２０３において共通ユニット制御回路２０Ａは、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを、劣化デバイス判定部２０ｆによって判定する。なお、増加分ΔＴｃは、電力変換ユニット１０の電流に対応するコンデンサＣの初期温度（図１１参照）を、コンデンサＣの温度検出値から減算した値である。また、所定閾値ΔＴｃ１は、コンデンサＣが劣化したか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
In step S203, the common
ステップＳ２０３においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御：第１モードを実行する。これによって、劣化しているパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制し、その延寿命化を図ることができる。
If there is no
In step S105, the common
また、熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合において（Ｓ２０２：Ｎｏ）、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在するとき（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御:第２モードを実行する。これによって、劣化しているコンデンサＣが高温状態で維持される時間を短縮し、その延寿命化を図ることができる。
Further, when there is no
In step S107, the common
一方、ステップＳ２０４においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、図１３のステップＳ１０８において共通ユニット制御回路２０Ａは、均等化制御を継続する。
On the other hand, when there is no
また、図１２のステップＳ２０３においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御：第３モードを実行する（Ｓ１０９）。これによって、パワー半導体モジュールＭ及びコンデンサＣの劣化を抑制できる。
When there is a
ステップＳ１０５，Ｓ１０７，又はＳ１０９の処理を行い、さらに、図１３のステップＳ１１０において各センサの検出値を読み込んだ後、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を再び算出する。
After the process of step S105, S107, or S109 is performed and the detection value of each sensor is read in step S110 of FIG. 13, the process of the common
In step S205, the common
ステップＳ２０６において共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。なお、所定閾値ΔＲｍ２（＞ΔＲｍ１）は、パワー半導体モジュールＭが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
In step S206, the common
ステップＳ２０６において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０Ａは、そのパワー半導体モジュールＭが故障していると判定し、ステップＳ１１３において故障を報知する。
If there is a
In step S112, the common
一方、ステップＳ２０６において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０９において共通ユニット制御回路２０Ａは、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在するか否かを判定する。なお、所定閾値ΔＴｃ２（＞ΔＴｃ１）は、コンデンサＣが故障しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
On the other hand, when there is no
In step S209, the common
ステップＳ２０９において熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ２以上の電力変換ユニット１０が存在する場合（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、共通ユニット制御回路２０Ａの処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において共通ユニット制御回路２０Ａは、そのコンデンサＣが故障していると判定し、ステップＳ１１３において故障を報知する。
If there is a
In step S112, the common
一方、ステップＳ２０９においてコンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ２以上の電力変換ユニット１０が存在しない場合（Ｓ２０９：Ｎｏ）、ステップＳ１１５において共通ユニット制御回路２０Ａは、延寿命制御（第１・第２・第３モードのいずれか）を継続する。
On the other hand, when there is no
＜効果＞
第２実施形態によれば、共通ユニット制御回路２０Ａは、パワー半導体モジュールＭが劣化しているか否かを、その熱抵抗（の増加分）に基づいて判定する。なお、仮に冷却ファン１１２ｇ（図１０（ｂ）参照）の軸受グリスが劣化した場合、冷却フィン１１１ｇ（図１０（ｂ）参照）を介した放熱が行われにくくなるため、パワー半導体モジュールＭの温度が上昇しやすくなる。このような状態でもパワー半導体モジュールＭが劣化していなければ、その熱抵抗は比較的小さな値になる。したがって、第２実施形態によれば、前記した状態において、「パワー半導体モジュールＭは劣化していない」と適切に判定できる。
<Effect>
According to the second embodiment, the common
また、第２実施形態では、使用開始時からの熱抵抗の増加分ΔＲｍに基づいて、パワー半導体モジュールＭの劣化の有無が判定される。また、使用開始時からの温度の増加分ΔＴｃに基づいて、コンデンサＣの劣化の有無が判定される。したがって、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣに個体差ばらつきがある場合でも、その劣化の有無を適切に判定できる。 In the second embodiment, the presence or absence of deterioration of the power semiconductor module M is determined based on the increase ΔRm in thermal resistance from the start of use. Further, the presence or absence of deterioration of the capacitor C is determined based on the temperature increase ΔTc from the start of use. Therefore, even when the power semiconductor module M and the capacitor C have individual differences, the presence or absence of the deterioration can be appropriately determined.
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、並列接続された３台の電力変換ユニット１１，１２，１３（図１４参照）のうち、いずれかのデバイスが劣化している場合、電力変換ユニット１１，１２，１３の稼動台数を増加させる点が、第２実施形態とは異なっている。なお、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
«Third embodiment»
In the third embodiment, when one of the three
図１４は、第３実施形態に係る電力変換装置１００Ｂの構成図である。
図１４に示すように、電力変換装置１００Ｂは、並列接続された３台の電力変換ユニット１１，１２，１３と、これらの電力変換ユニット１１，１２，１３を制御する共通ユニット制御回路２０Ｂと、を備えている。共通ユニット制御回路２０Ｂは、第２実施形態で説明したものと同様の構成（図８参照）を備えているが、その処理内容が第２実施形態とは異なっている。
FIG. 14 is a configuration diagram of a
As shown in FIG. 14, the
図１５は、共通ユニット制御回路２０Ｂが実行する処理のフローチャートである。
なお、第２実施形態（図１２参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ１０１において共通ユニット制御回路２０Ｂは、均等化制御を実行する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１１，１２，１３の稼働台数を、軽負荷時には１台、中負荷時には２台、高負荷時には３台とする。また、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１１，１２，１３の累積稼動時間及び稼動・停止の切替回数を均等化させる。これによって、電力変換ユニット１１，１２，１３の無負荷損失を低減し、電力変換を高効率で行うことができる。
FIG. 15 is a flowchart of processing executed by the common
In addition, the same step number is attached | subjected to the process similar to 2nd Embodiment (refer FIG. 12).
In step S101, the common
そして、共通ユニット制御回路２０Ｂは、各センサの検出値を読み込んで（Ｓ１０２）、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出した後（Ｓ２０１）、ステップＳ２０２，Ｓ２０３等の判定処理を行う。例えば、熱抵抗の増加分ΔＲｍが所定閾値ΔＲｍ１以上の電力変換ユニット１０が存在する場合において（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃが所定閾値ΔＴｃ１以上の電力変換ユニット１０が存在しないとき（Ｓ２０３：Ｎｏ）、共通ユニット制御回路２０Ｂの処理はステップＳ３０１に進む。
Then, the common
ステップＳ３０１において共通ユニット制御回路２０Ｂは、均等化制御の場合よりも電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる。そして、ステップＳ１０５において共通ユニット制御回路２０Ｂは、延寿命制御：第１モードを実行する。
In step S301, the common
図１６は、均等化制御における電力変換ユニット１０の稼動台数、及び延寿命制御における電力変換ユニット１０の稼動台数に関する説明図である。
図１６の横軸は、負荷Ｆに供給される負荷電力である。図１６の縦軸は、電力変換ユニット１０の稼動台数である。図１６に示すように、均等化制御では、軽負荷時において１台、中負荷時において２台、高負荷時において３台の電力変換ユニット１０が稼動される。
FIG. 16 is an explanatory diagram regarding the number of operating
The horizontal axis in FIG. 16 represents the load power supplied to the load F. The vertical axis in FIG. 16 represents the number of operating
これに対して延寿命制御では、軽負荷時・中負荷時における電力変換ユニット１０の稼動台数が、均等化制御の場合よりも１台分増やされる。つまり、軽負荷時には２台、中負荷時には３台の電力変換ユニット１０が稼動される。このように負荷を分散させることによって、劣化したデバイスを含む電力変換ユニット１０を稼動させつつ、その負担を軽減できる。
In contrast, in the life extension control, the number of operating
図１７（ａ）は、負荷Ｆに供給される負荷電流の変化を示す説明図である。
図１７（ａ）では、所定の負荷要求に基づいて、負荷が非常に小さいときには所定値Ｉ１の負荷電流が負荷Ｆに供給され、低負荷時には所定値Ｉ２（＞Ｉ１）の負荷電流が、また、中負荷時には所定値Ｉ３（＞Ｉ２）の負荷電流が負荷Ｆに供給される例を示している。
FIG. 17A is an explanatory diagram showing changes in load current supplied to the load F. FIG.
In FIG. 17A, based on a predetermined load request, when the load is very small, a load current having a predetermined value I1 is supplied to the load F, and when the load is low, a load current having a predetermined value I2 (> I1) is In this example, a load current having a predetermined value I3 (> I2) is supplied to the load F during medium load.
図１７（ｂ）は、延寿命制御：第１モードにおいて、電力変換ユニット１０のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図１７（ｂ）に示すように、劣化しているパワー半導体モジュールＭが存在する場合において、電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させるとき、共通ユニット制御回路２０Ｂは、次のように電力変換ユニット１０を制御する。すなわち、共通ユニット制御回路２０Ｂは、正常な電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させ、劣化しているパワー半導体モジュールＭを有する電力変換ユニット１０を継続して稼動させる（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１）。これによって、劣化したパワー半導体モジュールＭの温度変化を抑制し、その延寿命化を図ることができる。なお、図１７（ｂ）に示す３つのユニット出力電流の和が、図１７（ａ）に示す負荷電流である。
FIG. 17B is an explanatory diagram showing a change in unit output current of the
As shown in FIG. 17B, when there is a degraded power semiconductor module M, when stopping at least one of the
また、図１５のステップＳ１０７の延寿命制御：第２モードを行う際にも、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる（Ｓ３０２）。
Also, when performing the extended life control: second mode in step S107 of FIG. 15, the common
図１７（ｃ）は、延寿命制御：第２モードにおいて、電力変換ユニット１０のユニット出力電流の変化を示す説明図である。
図１７（ｃ）に示すように、劣化しているコンデンサＣが存在する場合において、電力変換ユニット１０のうち少なくとも一つを停止させるとき、共通ユニット制御回路２０Ｂは、劣化したコンデンサＣを有する電力変換ユニット１０を停止させる（例えば、時刻ｔ１〜ｔ２）。これによって、劣化したコンデンサＣが高温状態で維持されることを抑制し、その延寿命化を図ることができる。なお、図１７（ｃ）に示す３つのユニット出力電流の和が、図１７（ａ）に示す負荷電流である。
FIG. 17C is an explanatory diagram showing a change in unit output current of the
As shown in FIG. 17C, when there is a deteriorated capacitor C, when stopping at least one of the
ちなみに、図１７（ｂ）、（ｃ）では、負荷が非常に小さいときに（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１）、１台の電力変換ユニット１０を稼動させているが、２台の電力変換ユニット１０を稼動することで負荷を分散させてもよい。
Incidentally, in FIGS. 17B and 17C, one
また、図１５のステップＳ１０９の延寿命制御：第３モードを行う際にも、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増加させる（Ｓ３０３）。延寿命制御：第３モードについては詳細な説明を省略するが、共通ユニット制御回路２０Ｂは、劣化したデバイスの劣化特性に基づいて、その劣化を抑制するように３台の電力変換ユニット１０を制御する。
なお、ステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９以後の処理については第２実施形態（図１３参照）と同様であるから、説明を省略する。
Also, when performing the life extension control: third mode in step S109 of FIG. 15, the common
In addition, since the process after step S105, S107, S109 is the same as that of 2nd Embodiment (refer FIG. 13), description is abbreviate | omitted.
＜効果＞
第３実施形態によれば、３台の電力変換ユニット１０のいずれかにおいてパワー半導体モジュールＭ又はコンデンサＣが劣化した場合、共通ユニット制御回路２０Ｂは、電力変換ユニット１０の稼動台数を増やす。これによって、それぞれの電力変換ユニット１０にかかる負担を軽減し、劣化したデバイスの延寿命化を図ることができる。また、正常な電力変換ユニット１０の稼動・停止を適宜に切り替えることで、負荷Ｆへの電力供給を適切に行うことができる。
<Effect>
According to the third embodiment, when the power semiconductor module M or the capacitor C deteriorates in any of the three
≪第４実施形態≫
第４実施形態は、パワー半導体モジュールＭやコンデンサＣの他に、ヒューズ１１ｉ（図１８参照）及びヒューズ温度センサ１１ｊ（図１８参照）をさらに設けている点が、第２実施形態とは異なっている。また、劣化したヒューズ１１ｉが存在する場合、そのヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くする点が、第２実施形態とは異なっている。なお、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
<< Fourth Embodiment >>
The fourth embodiment is different from the second embodiment in that in addition to the power semiconductor module M and the capacitor C, a
図１８は、第４実施形態に係る電力変換装置１００Ｃの電力変換ユニット１１を含む構成図である。なお、図１８では、他方の電力変換ユニット１２（図８参照）の図示を省略している。
図１８に示すように、電力変換ユニット１１は、６つのヒューズ１１ｉを備えている。ヒューズ１１ｉは、自身に過電流が流れた場合に溶断することによって、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を保護するデバイスである。図１８に示す例では、上アームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のコレクタ側にそれぞれヒューズ１１ｉが接続されている。また、下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタ側にそれぞれヒューズ１１ｉが接続されている。
FIG. 18 is a configuration diagram including the
As shown in FIG. 18, the
ヒューズ温度センサ１１ｊ（検出器）は、ヒューズ１１ｉの温度を検出するセンサである。図１８に示すように、６つのヒューズ１１ｉのひとつひとつにヒューズ温度センサ１１ｊが設置されている。これらのヒューズ温度センサ１１ｊの検出値は、共通ユニット制御回路２０Ｃに出力される。
The
共通ユニット制御回路２０Ｃは、ヒューズ１１ｉの温度が所定閾値以上である場合、そのヒューズ１１ｉが劣化していると判定し、延寿命制御を実行する。なお、ヒューズ１１ｉは高温状態が続くと劣化が進むため、コンデンサＣの劣化を抑制する延寿命制御：第２モードと同様の処理が行われる。つまり、共通ユニット制御回路２０Ｃは、劣化したヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１０の継続稼動時間よりも短くする。
When the temperature of the
＜効果＞
第４実施形態によれば、劣化したヒューズ１１ｉが存在する場合、そのヒューズ１１ｉを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を短くすることによって、ヒューズ１１ｉの温度上昇を抑制できる。これによってヒューズ１１ｉの劣化を抑制し、電力変換装置１００Ｃの長寿命化を図ることができる。
<Effect>
According to the fourth embodiment, when there is a
≪第５実施形態≫
第５実施形態は、共通ユニット制御回路２０Ｄ（図示せず）が、熱抵抗に基づいてパワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する点が第２実施形態とは異なっているが、その他については第２実施形態と同様である。したがって、第２実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
«Fifth embodiment»
The fifth embodiment is different from the second embodiment in that the common unit control circuit 20D (not shown) calculates the remaining life of the power semiconductor module M based on the thermal resistance. This is the same as in the second embodiment. Therefore, a different part from 2nd Embodiment is demonstrated and description is abbreviate | omitted about the overlapping part.
図１９は、共通ユニット制御回路２０Ｄが実行する処理のフローチャートである。なお、第２実施形態（図１２参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。
ステップＳ２０１においてパワー半導体モジュールＭの熱抵抗を算出した後、共通ユニット制御回路２０Ｄの処理は、ステップＳ４０１に進む。
ステップＳ４０１において共通ユニット制御回路２０Ｄは、パワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する。
FIG. 19 is a flowchart of processing executed by the common unit control circuit 20D. In addition, the same step number is attached | subjected to the process similar to 2nd Embodiment (refer FIG. 12).
After calculating the thermal resistance of the power semiconductor module M in step S201, the process of the common unit control circuit 20D proceeds to step S401.
In step S401, the common unit control circuit 20D calculates the remaining life of the power semiconductor module M.
図２０は、パワー半導体モジュールＭの余寿命の算出に関する説明図である。
図２０の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度変化の累積回数である。つまり、図２０の横軸は、パワー半導体モジュールＭの温度の上昇・低下が繰り返された回数（電力変換ユニット１０のパワーサイクルの回数）である。また、図２０の縦軸は、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗である。
FIG. 20 is an explanatory diagram regarding calculation of the remaining life of the power semiconductor module M.
The horizontal axis in FIG. 20 represents the cumulative number of temperature changes of the power semiconductor module M. That is, the horizontal axis of FIG. 20 is the number of times the temperature of the power semiconductor module M is repeatedly increased and decreased (the number of power cycles of the power conversion unit 10). 20 represents the thermal resistance of the power semiconductor module M.
図２０に示すように、パワー半導体モジュールＭの温度変化の累積回数が多くなるにつれて、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗は大きくなり、その劣化が進む。また、温度の変化量が大きいほど（ΔＴ１＜ΔＴ２＜ΔＴ３）、その温度変化が繰り返された場合の熱抵抗が大きな値になる。 As shown in FIG. 20, as the cumulative number of temperature changes of the power semiconductor module M increases, the thermal resistance of the power semiconductor module M increases and its deterioration progresses. Further, the greater the amount of change in temperature (ΔT1 <ΔT2 <ΔT3), the greater the thermal resistance when the temperature change is repeated.
なお、図２０に示す熱抵抗の所定閾値Ｒｍｚは、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきた否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。所定閾値Ｎｚは、変化量ΔＴ２の温度変化が繰り返された場合において、パワー半導体モジュールＭの寿命がつきる（熱抵抗が所定閾値Ｒｍｚに達する）までの温度変化の累積回数である。このようなパワー半導体モジュールＭの特性を示すデータが、それぞれのパワー半導体モジュールＭに対応付けて、共通ユニット制御回路２０Ｄに予め記憶されている。 Note that the predetermined threshold value Rmz of the thermal resistance shown in FIG. 20 is a threshold value that serves as a criterion for determining whether or not the life of the power semiconductor module M has been reached, and is set in advance. The predetermined threshold Nz is the cumulative number of temperature changes until the life of the power semiconductor module M is reached (the thermal resistance reaches the predetermined threshold Rmz) when the temperature change of the change amount ΔT2 is repeated. Data indicating the characteristics of the power semiconductor module M is stored in advance in the common unit control circuit 20D in association with each power semiconductor module M.
図１９に示すステップＳ４０１の処理において共通ユニット制御回路２０Ｄは、まず、パワー半導体モジュールＭの温度の変化量として最も頻度が高いもの（例えば、変化量ΔＴ２：図２０参照）を特定する。そして、共通ユニット制御回路２０Ｄは、その温度変化が今後も所定の頻度で繰り返されるとの想定のもとで、現時点までの温度変化の累積回数Ｎ（図２０参照）と、現時点での熱抵抗Ｒｍ（図２０参照）と、に基づいて、パワー半導体モジュールＭの余寿命を算出する。 In the process of step S401 shown in FIG. 19, the common unit control circuit 20D first identifies the most frequent change amount of the temperature of the power semiconductor module M (for example, the change amount ΔT2: see FIG. 20). Then, based on the assumption that the temperature change will be repeated at a predetermined frequency in the future, the common unit control circuit 20D determines the cumulative number N of temperature changes up to the present time (see FIG. 20) and the current thermal resistance. Based on Rm (see FIG. 20), the remaining life of the power semiconductor module M is calculated.
そして、図１９のステップＳ４０２において共通ユニット制御回路２０Ｄは、ステップＳ４０１の算出結果である余寿命を、それぞれのパワー半導体モジュールＭに対応付けて、ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に表示する。
なお、図１９のステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９以後の処理については第２実施形態（図１３参照）と同様であるから、説明を省略する。
Then, in step S402 of FIG. 19, the common unit control circuit 20D displays the remaining life as the calculation result of step S401 on a display device (not shown) such as a display in association with each power semiconductor module M. .
Note that the processing subsequent to steps S105, S107, and S109 in FIG. 19 is the same as that in the second embodiment (see FIG. 13), and thus the description thereof is omitted.
＜効果＞
第５実施形態によれば、それぞれのパワー半導体モジュールＭの余寿命が算出され、その算出結果が表示装置（図示せず）に表示される。したがって、電力変換装置１００Ｄの管理者は、パワー半導体モジュールＭの余寿命に基づいて、メンテナンスや部品交換等の計画を立てることができる。
<Effect>
According to the fifth embodiment, the remaining lifetime of each power semiconductor module M is calculated, and the calculation result is displayed on a display device (not shown). Therefore, the administrator of the power conversion device 100D can make a plan for maintenance, parts replacement, and the like based on the remaining life of the power semiconductor module M.
≪変形例≫
以上、本発明に係る電力変換装置１００等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第２実施形態では、冷却フィン温度センサ１１ｈ（図１０（ａ）参照）の検出値をパワー半導体モジュールＭの熱抵抗の算出に用いる例について説明したが、これに限らない。すなわち、冷却フィン温度センサ１１ｈの検出値に基づいて、冷却器１１ｇの劣化の有無を判定するようにしてもよい。具体的には、冷却フィン１１１ｇ及び冷却ファン１１２ｇを有する冷却器１１ｇ（図１０（ｂ）参照）において、冷却フィン１１１ｇの温度が所定閾値以上である場合、共通ユニット制御回路２０Ａは、冷却ファン１１２ｇの軸受グリスが劣化している（つまり、冷却器１１ｇが劣化している）と判定する。この場合において共通ユニット制御回路２０Ａは、その冷却器１１ｇを有する電力変換ユニット１０の継続稼動時間を、正常な電力変換ユニット１０の継続稼動時間よりも短くする。これによって、冷却ファン１１２ｇの軸受グリスの温度上昇を抑制し、冷却器１１ｇの劣化を抑制できる。なお、前記した制御は、周知のヒートパイプ型冷却器にも適用できる。
≪Modification≫
As mentioned above, although each embodiment demonstrated the
For example, in the second embodiment, the example in which the detection value of the cooling
また、第２実施形態では、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗の増加分ΔＲｍや、コンデンサＣの温度の増加分ΔＴｃに基づいて、各デバイスの劣化の有無を判定する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、パワー半導体モジュールＭの熱抵抗が所定閾値以上である場合、このパワー半導体モジュールＭが劣化していると判定するようにしてもよい。なお、コンデンサＣの劣化の有無の判定についても同様のことがいえる。 In the second embodiment, the case where the presence / absence of deterioration of each device is determined based on the increase ΔRm in the thermal resistance of the power semiconductor module M and the increase ΔTc in the temperature of the capacitor C has been described. Not exclusively. That is, when the thermal resistance of the power semiconductor module M is equal to or greater than a predetermined threshold value, it may be determined that the power semiconductor module M has deteriorated. The same applies to the determination of the presence or absence of deterioration of the capacitor C.
また、Ｎ台の電力変換ユニット１０に相当する定格負荷に対して、Ｎ＋１台の電力変換ユニット１０を設けることで冗長化を図ってもよい。このような構成において、故障したデバイスを有する電力変換ユニット１０が存在する場合、共通ユニット制御回路２０は、この電力変換ユニット１０を停止させる。そして、共通ユニット制御回路２０は、均等化制御に基づいて、残りの正常なＮ台の電力変換ユニット１０の稼動・停止を切り替える。
Further, redundancy may be achieved by providing N + 1
また、各実施形態では、それぞれの電力変換ユニット１０が２レベルのインバータである構成について説明したが、これに限らない。例えば、３レベルのインバータにも各実施形態を適用できる。
また、各実施形態では、電力変換装置１００等が三相インバータである構成について説明したがこれに限らない。すなわち、単相インバータやＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、双方向インバータ等の電力変換装置にも各実施形態を適用できる。
Moreover, in each embodiment, although each
Moreover, although each embodiment demonstrated the structure that the
また、ＵＰＳ（Uninterruptible Power‐supply System：無停電電源装置）、ＰＣＳ（Power Conditioning System）、ＡＣドライブ等の産業用の電力変換装置にも、各実施形態を適用できる。
また、鉄道車両の他、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle：ＨＥＶ）、電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）等の車載用の電力変換装置にも、各実施形態を適用できる。
The embodiments can also be applied to industrial power converters such as UPS (Uninterruptible Power-supply System), PCS (Power Conditioning System), and AC drives.
Moreover, each embodiment is applicable also to vehicle-mounted power converters, such as a hybrid vehicle (Hybrid Electric Vehicle: HEV) and an electric vehicle (Electric Vehicle: EV), besides a rail vehicle.
また、各実施形態では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６としてＩＧＢＴを用いる場合について説明したが、これらに限らず、他の種類のスイッチング素子を用いてもよいし、また、パワー半導体以外のスイッチング素子を用いてもよい。 Moreover, although each embodiment demonstrated the case where IGBT was used as switching element S1-S6, not only these but other types of switching elements may be used, and switching elements other than a power semiconductor are used. May be.
また、第１、第２、第４、及び第５実施形態では、電力変換装置１００等が２台の電力変換ユニット１１，１２を備える構成について説明し、また、第３実施形態では、電力変換装置１００Ｂが３台の電力変換ユニット１１，１２，１３を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、２台以上の所定台数の電力変換ユニット１０を備える構成にも各実施形態を適用できる。
In the first, second, fourth, and fifth embodiments, a configuration in which the
また、各実施形態では、電力変換ユニット１０の稼働台数を負荷率に応じて増減する例について説明したが、これに限らない。例えば、全ての電力変換ユニット１０を稼動させつつ、デバイスの劣化状態に基づいて、それぞれの電力変換ユニット１０に異なる大きさの電流を流す（電流をアンバランス化する）ようにしてもよい。
Moreover, although each embodiment demonstrated the example which increases / decreases the operating number of the
また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、各デバイスの劣化の有無をその温度に基づいて判定し（第１実施形態）、延寿命制御を行う際に電力変換ユニット１０の稼動台数を増やすようにしてもよい（第３実施形態）。
Moreover, each embodiment can be combined suitably. For example, the first embodiment and the third embodiment are combined, the presence / absence of deterioration of each device is determined based on the temperature (first embodiment), and the number of operating
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。 Each embodiment is described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the described configurations. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment. In addition, the above-described mechanisms and configurations are those that are considered necessary for the description, and do not necessarily indicate all the mechanisms and configurations on the product.
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 電力変換装置
１０，１１，１２，１３ 電力変換ユニット
１１ａ ブリッジ回路
１１ｂ 電流センサ（検出器）
１１ｃ パワー半導体モジュール温度センサ（検出器）
１１ｄ コンデンサ温度センサ（検出器）
１１ｅ ユニット制御回路
１１ｇ 冷却器（デバイス）
１１１ｇ 冷却フィン
１１２ｇ 冷却ファン
１１ｈ 冷却フィン温度センサ（検出器）
１１ｉ ヒューズ（デバイス）
１１ｊ ヒューズ温度センサ（検出器）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 共通ユニット制御回路（ユニット制御部）
２０ｄ 初期熱抵抗記憶メモリ（初期熱抵抗記憶部）
２０ｅ コンデンサ初期温度記憶メモリ（初期温度記憶部）
Ｃ コンデンサ（デバイス）
Ｍ パワー半導体モジュール（デバイス）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ スイッチング素子（デバイス）
100, 100A, 100B, 100C, 100D
11c Power semiconductor module temperature sensor (detector)
11d Capacitor temperature sensor (detector)
11e
11i fuse (device)
11j Fuse temperature sensor (detector)
20, 20A, 20B, 20C, 20D Common unit control circuit (unit control unit)
20d initial thermal resistance memory (initial thermal resistance memory)
20e capacitor initial temperature memory (initial temperature memory)
C Capacitor (device)
M power semiconductor module (device)
S1, S2, S3, S4, S5, S6 Switching element (device)
Claims (14)
複数の前記電力変換ユニットを制御するユニット制御部と、を備え、
複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、
温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイスと、
前記デバイスの温度を少なくとも検出し、その検出値を前記ユニット制御部に出力する検出器と、を有し、
前記ユニット制御部は、前記劣化特性及び前記検出値に基づいて、前記デバイスの劣化を抑制するように、複数の前記電力変換ユニットのそれぞれに流れる電流を調整すること
を特徴とする電力変換装置。 A plurality of power conversion units connected in parallel;
A unit controller for controlling the plurality of power conversion units,
Each of the plurality of power conversion units is
Multiple types of devices with different deterioration characteristics with respect to temperature changes,
A detector that detects at least the temperature of the device and outputs the detected value to the unit controller;
The unit control unit adjusts a current flowing through each of the plurality of power conversion units so as to suppress deterioration of the device based on the deterioration characteristic and the detection value.
前記ユニット制御部は、劣化している前記スイッチング素子が存在する場合、当該スイッチング素子を有する前記電力変換ユニットの稼動・停止の切替頻度を、正常な前記電力変換ユニットの稼動・停止の切替頻度よりも少なくすること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The device includes a switching element and a capacitor,
The unit control unit, when there is a deteriorated switching element, the switching frequency of operation / stop of the power conversion unit having the switching element, than the switching frequency of normal operation / stop of the power conversion unit The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is also reduced.
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。 When the unit control unit stops at least one of the plurality of power conversion units when there is the deteriorated switching element, stops at least one of the normal power conversion units, The power conversion device according to claim 2, wherein the power conversion unit including the deteriorated switching element is continuously operated.
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。 The unit control unit, when there is a deteriorated capacitor, makes the continuous operation time of the power conversion unit having the capacitor shorter than the normal operation time of the normal power conversion unit. The power conversion device according to claim 2.
を特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。 The unit control unit stops the power conversion unit having the deteriorated capacitor when stopping at least one of the plurality of the power conversion units when the deteriorated capacitor exists. The power conversion device according to claim 4.
前記ユニット制御部は、前記スイッチング素子の温度と、前記冷却フィンの温度と、前記スイッチング素子の消費電力である損失と、に基づいて、前記スイッチング素子の熱抵抗を算出し、前記熱抵抗に基づいて、前記スイッチング素子のうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。 The device further includes a cooler having cooling fins that dissipate heat generated by the switching element.
The unit controller calculates a thermal resistance of the switching element based on a temperature of the switching element, a temperature of the cooling fin, and a loss that is power consumption of the switching element, and based on the thermal resistance The power conversion device according to claim 2, wherein a deteriorated one of the switching elements is specified.
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。 When the unit control unit determines that the cooler has deteriorated based on the temperature of the cooling fin, the unit control unit determines the continuous operation time of the power conversion unit including the cooler as a normal power conversion unit. The power conversion device according to claim 6, wherein the power conversion device is shorter than the continuous operation time.
前記ユニット制御部は、前記初期熱抵抗を基準とする前記熱抵抗の増加分に基づいて、前記スイッチング素子のうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。 An initial thermal resistance storage unit that stores an initial thermal resistance that is the thermal resistance at the start of use of the switching element;
The power conversion according to claim 6, wherein the unit control unit identifies a deteriorated one of the switching elements based on an increase in the thermal resistance with respect to the initial thermal resistance. apparatus.
前記ユニット制御部は、前記初期温度を基準とする前記コンデンサの温度の増加分に基づいて、前記コンデンサのうち劣化しているものを特定すること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。 An initial temperature storage unit that stores an initial temperature that is a temperature at the start of use of the capacitor;
The power conversion device according to claim 2, wherein the unit control unit identifies a deteriorated one of the capacitors based on an increase in the temperature of the capacitor with respect to the initial temperature. .
前記ユニット制御部は、前記ヒューズの温度に基づいて、当該ヒューズが劣化していると判定した場合、当該ヒューズを有する前記電力変換ユニットの継続稼動時間を、正常な前記電力変換ユニットの継続稼動時間よりも短くすること
を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。 The device further includes a fuse connected to the switching element,
When the unit control unit determines that the fuse has deteriorated based on the temperature of the fuse, the unit control unit determines the continuous operation time of the power conversion unit having the fuse as the normal operation time of the power conversion unit. The power conversion device according to claim 2, wherein the power conversion device is shorter.
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The unit control unit executes equalization control for equalizing the cumulative operation time and the number of operation / stop switching times of the plurality of power conversion units when none of the devices of the plurality of power conversion units have deteriorated. The power converter according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 11, wherein when there is the degraded device, the unit control unit increases the number of operating power conversion units more than when performing the equalization control.
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。 The unit controller calculates the remaining life of the switching element based on the cumulative number of times the temperature of the switching element is repeatedly increased and decreased and the thermal resistance of the switching element. The power conversion device according to claim 6, wherein the power conversion device is displayed on a display device in association with the switching element.
を特徴とする電力変換方法。 A unit control unit that controls a plurality of power conversion units connected in parallel is based on the detected temperature value and the deterioration characteristic of the device of the power conversion unit having a plurality of types of devices having different deterioration characteristics with respect to temperature changes. A power conversion method characterized by adjusting a current flowing through each of the plurality of power conversion units so as to suppress device degradation.
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