JP2020043684A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制してセンサ異常を検出可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１００は、界磁通電回路１２０、スイッチ制御部１３１、および異常検出部１３３を備える。界磁通電回路１２０は、Ｅ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４に流れる電流をそれぞれ第一検出値および第二検出値として検出するＥ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６を備える。異常検出部１３３は、スイッチ制御部１３１がＥ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４を含む閉回路を形成させている場合に、第一検出値および第二検出値を比較してセンサ異常を検出する。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

特許文献１には、スイッチング素子によるフルブリッジ回路を含む電力変換装置が開示されている。電力変換装置は、電流センサによる電流検出値などに基づいて各スイッチング素子を開閉制御することにより、出力する電力を制御する。

特開２０１３−８５３３２号公報

しかし、こうした電力変換装置において、センサ異常などに伴い電流検出値に異常が生じうる。センサ異常を検出するためには、追加の電流センサを設けてその検出値と比較する必要があった。また、フルブリッジ回路に過電流が流れることを検出する必要もあり、過電流検出用の電流センサも設ける必要があった。

本開示は、部品点数の増大を抑制しつつセンサ異常を検出可能な電力変換装置の提供を目的とする。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、本開示の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための本開示の電力変換装置は、スイッチング素子（１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ）を有するアーム（１２１、１２２、１２３、１２４）を複数含むフルブリッジ回路（１２０）を備え、フルブリッジ回路の出力電圧を負荷（１１）に提供する電力変換装置であって、複数のアームのうちの一つである第一アーム（１２２）に流れる電流を第一検出値として検出する第一電流センサ（１２５）と、複数のアームのうち、第一アームと並列に接続されているアームである第二アーム（１２４）に流れる電流を第二検出値として検出する第二電流センサ（１２６）と、スイッチング素子の開閉制御により出力電圧を制御するスイッチ制御部（１３１）と、スイッチ制御部が、第一アームおよび第二アームを含む閉回路が形成されるようにスイッチング素子を制御している場合に、第一検出値と第二検出値との比較に基づいて、第一電流センサまたは第二電流センサのセンサ異常を検出する異常検出部（１３３）と、を備える。

フルブリッジ回路に過電流が流れるにあたり、並列接続されている第一アームおよび第二アームのいずれか一方のみに過電流が流れる場合がある。そのため、上記の構成に反して、第一電流センサおよび第二電流センサのいずれか一方を廃止すると、フルブリッジ回路に過電流が流れているにも拘らず、その過電流を検出できない懸念が生じる。この懸念に対し、上記の電力変換装置によれば、過電流が第一アームおよび第二アームのいずれか一方のみを通じて流れる場合であっても、過電流は、第一検出値または第二検出値のいずれか一方として検出される。故に電力変換装置は、フルブリッジ回路に流れる過電流を検出しうる。

ここで、スイッチ制御部が第一アームおよび第二アームを含む閉回路を形成させている場合においては、第一アームに流れる電流と第二アームに流れる電流の大きさが実質的に一致する。故に閉回路を形成させているにも拘らず第一検出値と第二検出値とが大きく異なっている場合には、第一電流センサおよび第二電流センサのいずれかがセンサ異常である蓋然性が高い。つまり、閉回路を形成させている状態においては、第一電流センサおよび第二電流センサは相互にセンサ異常を検出しうる。この結果、電力変換装置は、過電流検出用の第一電流センサおよび第二電流センサ用いて相互にセンサ異常を検出しうるので、センサ異常の検出用に追加の電流センサを不要にできる。従って電力変換装置は、部品点数の増大を抑制して電流センサのセンサ異常を検出しうる。

第一実施形態における電力変換装置および回転電機の回路図である。 通電状態の場合に電流が流れる経路を示す図である。 逓減状態の場合に電流が流れる経路を示す図である。 ＩＳＧＥＣＵの作動例を示すフローチャートである。 第二実施形態における電力変換装置および回転電機の回路図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、対応する構成要素には同一番号の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりでなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても部分的に構成を組み合わせることも可能である。

＜第一実施形態＞
本開示の第一実施形態による電力変換装置１００は、図１に示すようにモータユニット１に用いられている。モータユニット１は、例えば車両においてスタータモータおよび発電機として用いられるいわゆるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。モータユニット１は、車両のバッテリ２から供給される電力をトルクに変換し、ベルトなどを介して内燃機関に伝達する。またモータユニット１は、内燃機関からベルトなどを介して伝達されたトルクを電力に変換し、車両のバッテリ２に充電する。モータユニット１は、回転電機１０を上述の電力変換装置１００に加えて備えている。モータユニット１は、回転電機１０および電力変換装置１００を互いに一体的に組み付けた、いわゆる機電一体型の構成となっている。

回転電機１０は、電力変換装置１００を介して供給される電力に従ってトルクを発生し、また内燃機関から供給されたトルクにより生じる誘導起電力で発電するモータジェネレータである。回転電機１０は、界磁巻線１１と、電機子巻線１２とを有する。

界磁巻線１１は、回転電機１０の回転子に設けられ、回転子と一体になって回転するコイルである。界磁巻線１１には、ブラシやスリップリングなどを介して電力変換装置１００から電流が供給される。界磁巻線１１は、電流の供給により磁界を発生する。界磁巻線１１の発生する磁界は、回転子と共に回転する。界磁巻線１１は「負荷」に相当する。

電機子巻線１２は、回転電機１０の固定子に設けられたコイルである。電機子巻線１２は、例えばスター結線されたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の三相のコイルである。電機子巻線１２は、電力変換装置１００から三相交流の供給を受けている場合、回転磁界を発生する。電機子巻線１２による回転磁界は、界磁巻線１１による磁界との相互作用により、回転子にトルクを発生させる。回転子に発生したトルクは、内燃機関に伝達されて内燃機関の始動などに用いられる。

また、内燃機関の燃焼駆動によるトルクの伝達により回転子が回転している場合、回転子と共に回転する界磁巻線１１による磁界により、電機子巻線１２には誘導起電力が生じる。誘導起電力により電機子巻線１２から出力される三相交流は、電力変換装置１００を介してバッテリ２に供給される。

電力変換装置１００は、バッテリ２から供給される電力を変換して回転電機１０に提供する。電力変換装置１００は、提供する電力の制御により、回転電機１０の出力するトルクおよび発電量を制御する機能を発揮する。電力変換装置１００は、高電位ライン１０１、低電位ライン１０２、保護スイッチ１０３、電機子通電回路１１０、界磁通電回路１２０、およびＩＳＧＥＣＵ１３０を備えている。

高電位ライン１０１は、バッテリ２の正極に接続されている。低電位ライン１０２は、バッテリ２の負極および基準電位に接続されている。高電位ライン１０１および低電位ライン１０２により、バッテリ２から出力される直流電圧が電機子通電回路１１０および界磁通電回路１２０に提供される。

保護スイッチ１０３は、高電位ライン１０１と界磁通電回路１２０との間に設けられたスイッチング素子である。本実施形態の電力変換装置１００で用いられているスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであり、還流ダイオードとして機能する寄生ダイオードを有している。保護スイッチ１０３は、ＩＳＧＥＣＵ１３０からの信号に従って開閉状態を制御される。保護スイッチ１０３が閉状態の場合には、高電位ライン１０１から界磁通電回路１２０への入力電流が保護スイッチ１０３を通じて入力される。保護スイッチ１０３が開状態の場合には、高電位ライン１０１から界磁通電回路１２０への入力電流が保護スイッチ１０３に遮断される。

電機子通電回路１１０は、電機子巻線１２に電力を供給する回路である。電機子通電回路１１０は、バッテリ２から供給される直流電圧を三相交流に変換して電機子巻線１２に提供する。電機子通電回路１１０は、高電位ライン１０１と低電位ライン１０２との間に並列に接続されたＵ相レグ１１１、Ｖ相レグ１１２、およびＷ相レグ１１３の三相のレグを含んでいる。各レグは、スイッチング素子が設けられ、互いに直列に接続された二つのアームを有している。具体的には、Ｕ相レグ１１１は、Ｕ相上アーム１１４およびＵ相下アーム１１５を有している。Ｖ相レグ１１２は、Ｖ相上アーム１１６およびＶ相下アーム１１７を有している。Ｗ相レグ１１３は、Ｗ相上アーム１１８およびＷ相下アーム１１９を有している。

Ｕ相レグ１１１、Ｖ相レグ１１２、およびＷ相レグ１１３のアームの中間点は、それぞれ電機子巻線１２のＵ相、Ｖ相、およびＷ相の三相のコイルに接続されている。電機子通電回路１１０は、六つのスイッチング素子の開閉状態を制御されるにより、電機子巻線１２に三相交流を提供する。また電機子通電回路１１０は六つのスイッチング素子の開閉状態を制御されるにより、誘導起電力により電機子巻線１２から出力された三相交流を直流に変換してバッテリ２に提供する。

界磁通電回路１２０は、界磁巻線１１に電力を供給する回路である。界磁通電回路１２０は、高電位ライン１０１および低電位ライン１０２と、界磁巻線１１の両端とを接続する配置で設けられている。界磁通電回路１２０は、スイッチング素子を有するアームを複数含む「フルブリッジ回路」に相当する。具体的には、界磁通電回路１２０は、Ｅ相上アーム１２１、Ｅ相下アーム１２２、Ｆ相上アーム１２３、およびＦ相下アーム１２４の四つのアームを含んでいる。Ｅ相上アーム１２１はＥ相上スイッチ１２１ａを有し、Ｅ相下アーム１２２はＥ相下スイッチ１２２ａを有する。またＦ相上アーム１２３はＦ相上スイッチ１２３ａを有し、Ｆ相下アーム１２４はＦ相下スイッチ１２４ａを有する。

Ｅ相上アーム１２１およびＥ相下アーム１２２は、互いに直列に接続されてＥ相レグを形成し、Ｅ相上アーム１２１を高電位ライン１０１側として高電位ライン１０１と低電位ライン１０２との間に配置されている。Ｅ相下アーム１２２は「第一アーム」に相当する。Ｆ相上アーム１２３およびＦ相下アーム１２４は、互いに直列に接続されてＦ相レグを形成し、Ｆ相上アーム１２３を高電位ライン１０１側として高電位ライン１０１と低電位ライン１０２との間に配置されている。従ってＦ相上アーム１２３およびＦ相下アーム１２４は、Ｅ相上アーム１２１およびＥ相下アーム１２２に対して並列に接続されている。Ｆ相下アーム１２４は、高電位ライン１０１および低電位ライン１０２のうち、Ｅ相下アーム１２２の接続されている側と同じ側である低電位ライン１０２に接続されている。Ｆ相下アーム１２４が「第二アーム」に相当する。

界磁通電回路１２０のうち、Ｅ相上アーム１２１とＥ相下アーム１２２との中点が、界磁巻線１１の一端に接続されている。また界磁通電回路１２０のうち、Ｆ相上アーム１２３とＦ相下アーム１２４との中点が界磁巻線１１の他端に接続されている。

界磁通電回路１２０には、高電位ライン１０１と低電位ライン１０２との間の電圧、すなわちバッテリ２の電圧が入力電圧として入力される。界磁通電回路１２０からは、Ｅ相上アーム１２１とＥ相下アーム１２２との中間点と、Ｆ相上アーム１２３とＦ相下アーム１２４との中間点との間の電圧が出力電圧として界磁巻線１１に出力される。界磁通電回路１２０には、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６が設けられている。

Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６は、シャント抵抗の両端に生じる電圧の大きさに応じて、アームに流れる電流の大きさを検出する電流センサである。Ｅ相電流センサ１２５は、Ｅ相下アーム１２２に流れる電流の大きさを第一検出値としてＩＳＧＥＣＵ１３０に入力する。Ｆ相電流センサ１２６は、Ｆ相下アーム１２４に流れる電流の大きさを第二検出値としてＩＳＧＥＣＵ１３０に入力する。Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のシャント抵抗の一端は、低電位ライン１０２を介して基準電位に接続されている。従って各シャント抵抗の一端の電位は、基準電位と実質的に一致している。

Ｅ相電流センサ１２５は、Ｅ相下アーム１２２に流れる電流の向きに関わらず電流を検出可能に構成されている。例えば、Ｅ相電流センサ１２５は、高電位ライン１０１から低電位ライン１０２に向けて流れる電流を正の値として検出し、低電位ライン１０２から高電位ライン１０１に向けて流れる電流を負の値として検出する。この結果、第一検出値のとりうる範囲は第二検出値のとりうる範囲よりも広くなっている。故にＩＳＧＥＣＵへの入力にあたり、第一検出値の分解能は第二検出値の分解能よりも低くなっている。

ＩＳＧＥＣＵ１３０は、例えばプロセッサ、メモリ、および入出力インターフェースなどを含むマイクロコントローラを主体として構成された電子制御装置である。ＩＳＧＥＣＵ１３０は、例えばエンジンＥＣＵなど、車両に設けられた他の電子制御装置と通信可能である。ＩＳＧＥＣＵ１３０は、メモリに格納されているプログラムをプロセッサで実行することにより、スイッチ制御部１３１、過電流検出部１３２、異常検出部１３３、推定部１３４、および異常特定部１３５としての機能を発揮する。なお、ＩＳＧＥＣＵ１３０の機能の一部または全部が、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に実現されてもよい。

スイッチ制御部１３１は、電力変換装置１００が備える各スイッチング素子の開閉状態を制御することにより、界磁巻線１１および電機子巻線１２に供給される電力を制御する。例えばスイッチ制御部１３１は、他の電子制御装置から要求されたトルク、発電量に従って界磁巻線１１に流す目標電流値を決定し、各スイッチング素子の開閉状態を制御する。

具体的には、スイッチ制御部１３１は、界磁通電回路１２０から界磁巻線１１に出力される出力電流が目標電流値に一致するように、出力電流を実質的に一定とする定電流制御を実施する。スイッチ制御部１３１は、界磁通電回路１２０の状態を通電状態と逓減状態との間で周期的に切り替えることにより定電流制御を実施する。

通電状態は、図２に示すように、界磁通電回路１２０のスイッチング素子のうち、Ｅ相上スイッチ１２１ａおよびＦ相下スイッチ１２４ａを閉状態とし、Ｅ相下スイッチ１２２ａおよびＦ相上スイッチ１２３ａを開状態としている状態である。通電状態においては、保護スイッチ１０３を通じた高電位ライン１０１から界磁通電回路１２０への入力電流は、Ｅ相上アーム１２１を通じて出力電流として界磁巻線１１に提供される。界磁巻線１１を流れた出力電流は、Ｆ相下アーム１２４を通じて低電位ライン１０２に流れる。

逓減状態は、図３に示すように、界磁通電回路１２０のスイッチング素子のうち、Ｅ相下スイッチ１２２ａおよびＦ相下スイッチ１２４ａを閉状態とし、Ｅ相上スイッチ１２１ａおよびＦ相上スイッチ１２３ａを開状態としている状態である。逓減状態においては、界磁巻線１１、Ｅ相下アーム１２２、およびＦ相下アーム１２４を含み、実質的な分岐のない閉回路が形成される。逓減状態においては、界磁巻線１１を流れる出力電流は、Ｆ相下アーム１２４およびＥ相下アーム１２２を通じて流れつつ逓減する。

出力電流は、切り替え周期に占める通電状態の割合が大きくなるにつれて大きくなり、通電状態の割合が小さくなるにつれて小さくなる。従ってスイッチ制御部１３１は、通電状態とする時間の切り替え周期に対する比、すなわちＥ相上スイッチ１２１ａのオンデューティを変動させることにより、出力電流を変動させて目標電流値に一致させる。

通電状態および逓減状態のいずれにおいても、出力電流はＦ相下アーム１２４を通じて流れる。従って、通電状態および逓減状態のいずれにおいても、出力電流の大きさは第二検出値として検出される。スイッチ制御部１３１は、第二検出値が目標電流値に一致するように、界磁通電回路１２０をフィードバック制御する。スイッチ制御部１３１は、異常特定部１３５から第一検出値によるフィードバック制御を要求された場合には、第一検出値が目標電流値に一致するように界磁通電回路１２０をフィードバック制御する。

過電流検出部１３２は、第一検出値および第二検出値に基づいて、界磁通電回路１２０に流れる過電流を検出する。過電流は、例えば各レグのスイッチング素子が同時に閉状態となることや、界磁巻線１１の短絡などにより生じる。過電流検出部１３２は、例えば第一検出値または第二検出値があらかじめ設定された電流閾値以上である場合に、過電流が検出されたと判断する。電流閾値は、例えばバッテリ２の電圧の上限値や界磁巻線１１のインピーダンスなどに基づいてあらかじめ設定され、ＩＳＧＥＣＵ１３０のメモリなどに記憶されている。過電流検出部１３２は、過電流を検出した場合、保護スイッチ１０３を開状態として界磁通電回路１２０への入力電流を遮断し、界磁通電回路１２０を過電流から保護する。

異常検出部１３３は、スイッチ制御部１３１が界磁通電回路１２０を逓減状態としている場合に、第一検出値と第二検出値との比較に基づいて、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６のセンサ異常を検出する。逓減状態の界磁通電回路１２０においては、Ｅ相下アーム１２２、およびＦ相下アーム１２４を含み、実質的な分岐のない閉回路が形成される。従って、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６が共に正常である場合、逓減状態においては第一検出値の絶対値と第二検出値の絶対値とが実質的に一致する。

こうした関係に従い、異常検出部１３３は、第一検出値の絶対値と第二検出値の絶対値とが実質的に一致している場合には、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の両方が正常であると判断する。異常検出部１３３は、第一検出値の絶対値と第二検出値の絶対値とが異なっている場合には、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６の一方にセンサ異常が生じていると判断する。

異常検出部１３３は、センサ異常を検出した場合、リンプホームモードへの変更を他の電子制御装置に要求する。リンプホームモードにおいては、ドライバに異常が通知されると共に、車両の機能の一部が制限される。機能の制限として、例えば車両はアイドリングストップ機能を停止し、内燃機関の始動頻度、すなわちモータユニット１がトルクの出力要求を受ける頻度を低下させる。この結果、検出値における分解能の低下などによりフィードバック制御の精度低下が生じる場合であっても、トルク不足などによる車両の挙動変化を抑制しうる。一方、リンプホームモードにおいても、モータユニット１での発電は制限されず、バッテリ２の充電を継続して実施可能である。

推定部１３４は、界磁通電回路１２０から界磁巻線１１への出力電圧と、界磁巻線１１のインピーダンスとに基づいて、出力電流の大きさを推定した推定電流値を算出する。具体的には、出力電圧を界磁巻線のインピーダンスで除算することにより、推定電流値を算出する。出力電圧は、例えば界磁通電回路１２０への入力電圧に、Ｅ相上スイッチ１２１ａのオンデューティを乗算することにより、実効的な電圧として算出される。換言すれば、推定電流値は、界磁巻線１１のインピーダンスで入力電圧を除算して得られる通電状態で流れる電流に、Ｅ相上スイッチ１２１ａのオンデューティ、すなわち通電状態とする時間の割合を乗算した実効的な電流値である。入力電圧は、例えばバッテリ２の電圧として他の電子制御装置から取得する。界磁巻線１１のインピーダンスは、例えばＩＳＧＥＣＵ１３０のメモリにあらかじめ記憶されている。

異常特定部１３５は、推定電流値として示された出力電流と、第一検出値および第二検出値との比較に基づいて、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のうちセンサ異常の生じている側を特定する。逓減状態において、出力電流の大きさは、第一検出値の絶対値および第二検出値の絶対値と実質的に一致する。従って異常特定部１３５は、例えばＥ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のうち、推定電流値に対する検出値の絶対値の差分が小さい側を正常とし、大きい側をセンサ異常と判断する。

異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の両方が正常であると異常検出部１３３で判断されている場合には、センサ異常の生じている側の特定を停止する。すなわち異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６の一方にセンサ異常が生じていると異常検出部１３３で判断されるまで、センサ異常の生じている側の特定を実施しない。

異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のうち一方をセンサ異常が生じている側と特定した場合、他方の検出値に基づくフィードバック制御をスイッチ制御部１３１に要求する。すなわち異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５にセンサ異常が生じていると判断した場合には、引き続き第二検出値に基づくフィードバック制御をスイッチ制御部１３１に実行させる。異常特定部１３５は、Ｆ相電流センサ１２６にセンサ異常が生じていると判断した場合には、第一検出値に基づくフィードバック制御への切り替えをスイッチ制御部１３１に実行させる。こうした切り替えによれば、スイッチ制御部１３１は、正常な第二検出値よりも分解能低下を生じうるものの、出力電流の大きさを正常に検出してフィードバック制御を継続可能となる。

［ＩＳＧＥＣＵの作動］
ＩＳＧＥＣＵ１３０の作動例を、図４のフローチャートに沿って説明する。ＩＳＧＥＣＵ１３０は、定電流制御を実行する条件が成立した場合に、図４に示す処理をＳ１から実行する。

Ｓ１では、Ｅ相電流センサ１２５から第一検出値Ｉ１を取得し、Ｆ相電流センサ１２６および第二検出値Ｉ２を取得する。

Ｓ２では、Ｓ１で取得した第二検出値Ｉ２に基づくフィードバック制御を実施し、界磁通電回路１２０の状態を通電状態または逓減状態に設定する。

Ｓ３では、Ｓ２で設定された界磁通電回路１２０の状態が逓減状態であるか否かを判断する。逓減状態である場合はＳ４に進み、逓減状態でない場合、すなわち通電状態である場合はＳ１に戻る。

Ｓ４では、Ｓ１で取得した第一検出値Ｉ１および第二検出値Ｉ２を比較する。具体的には、第一検出値Ｉ１の絶対値と第二検出値Ｉ２との絶対値が一致するか否かを判断する。検出値の絶対値が一致する場合はＳ１に戻り、一致していない場合はＳ５に進む。

Ｓ５では、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６の一方にセンサ異常が生じているとして、エンジンＥＣＵなどにリンプホームモードへの変更を要求する。

Ｓ６では、推定電流値を算出する。具体的には、バッテリ２の電圧にＥ相上スイッチ１２１ａのオンデューティを乗算して得られた出力電圧を、界磁巻線１１のインピーダンスで除算することにより推定電流値を算出する。

Ｓ７では、Ｓ６で算出した推定電流値と、Ｓ１で取得した第一検出値Ｉ１および第二検出値Ｉ２との比較に基づいて、センサ異常の生じている側がＦ相電流センサ１２６であるか否かを判断する。

Ｓ８では、第二検出値Ｉ２によるフィードバック制御を停止させ、第一検出値Ｉ１によるフィードバック制御に変更させる。Ｓ９では、引き続き第二検出値Ｉ２に基づいてフィードバック制御を実施する。

［第一実施形態のまとめ］
以上、説明した第一実施形態によれば、界磁通電回路１２０に過電流が流れるにあたり、並列接続されているＥ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４のいずれか一方のみに過電流が流れる場合がある。そのため、上述の構成に反して、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のいずれか一方を廃止すると、界磁通電回路１２０に過電流が流れているにも拘らず、その過電流を検出できない懸念が生じる。この懸念に対し、以上の電力変換装置１００によれば、Ｅ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４のいずれか一方のみを通じて過電流が流れる場合であっても、過電流は第一検出値または第二検出値のいずれか一方として検出されうる。故に電力変換装置１００は、過電流がＥ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４のいずれか一方のみを通じて流れる場合であっても、界磁通電回路１２０に流れる過電流を過電流検出部１３２で検出しうる。

ここで、スイッチ制御部１３１がＥ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４を含む閉回路を形成させている場合においては、Ｅ相下アーム１２２に流れる電流とＦ相下アーム１２４に流れる電流の大きさが実質的に一致する。故に閉回路を形成させているにも拘らず第一検出値と第二検出値とが大きく異なっている場合には、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のいずれかがセンサ異常である蓋然性が高い。つまり、閉回路を形成させている状態においては、異常検出部１３３における比較に基づいて、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６は相互にセンサ異常を検出しうる。この結果、電力変換装置１００は、過電流検出用のＥ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６用いて相互にセンサ異常を検出しうるので、センサ異常の検出用に追加の電流センサを不要にできる。従って電力変換装置１００は、部品点数の増大を抑制してセンサ異常を検出しうる。

また本実施形態において、逓減状態である場合、すなわちスイッチ制御部１３１が閉回路を形成させている場合、出力電流は、Ｅ相下アーム１２２およびＦ相下アーム１２４の両方を通じて流れる。故にこの場合において、第一検出値および第二検出値の両方が、出力電流と実質的に一致する。また通電状態である場合、すなわちスイッチ制御部１３１が閉回路を形成させず、入力電流が界磁通電回路１２０を通じて出力電流として出力されている場合、入力電流、すなわち出力電流は、Ｅ相下アーム１２２またはＦ相下アーム１２４の一方を通じて流れる。故にこの場合において、第一検出値または第二検出値の一方が、入力電流および出力電流と実質的に一致する。

それぞれの場合において、以上に示した関係に反して入力電流または出力電流に対して第一検出値または第二検出値が大きく異なっている場合には、その検出値を出力する電流センサにセンサ異常が生じている蓋然性が高い。故に、異常特定部１３５における比較に基づいて、センサ異常の生じている側が特定されうる。従って異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のどちらにセンサ異常が生じているかを特定しうる。

加えて本実施形態では、異常特定部１３５は、推定部１３４で推定電流値として算出された出力電流に基づいてセンサ異常の生じている側を特定する。故に電力変換装置１００は、出力電流の検出のために追加の電流センサを設ける必要がない。従って電力変換装置１００は、部品点数の増大を抑制してＥ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のどちらにセンサ異常が生じているかを検出しうる。

さらに本実施形態では、異常特定部１３５は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の両方が正常であると異常検出部１３３により判断されている場合において、センサ異常の生じている側の特定を停止する。故に異常特定部１３５は、センサ異常の生じている側を特定するための演算量を低減しうる。従って電力変換装置１００は、演算量の増加を抑制してＥ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６のどちらにセンサ異常が生じているかを特定しうる。

また本実施形態では、スイッチ制御部１３１は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の一方に異常が生じた場合であっても、他方の検出値に基づいてスイッチング素子の開閉制御を継続しうる。従って電力変換装置１００は、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の一方にセンサ異常が生じた場合においても、回転電機の発電を継続させうる。

さらに本実施形態では、シャント抵抗の一端が基準電位に接続されていることにより、シャント抵抗に生じる電圧の検出値には誤差が生じにくい。故に、こうした電圧に基づいて検出される第一検出値および第二検出値の誤差が抑制される。従って電力変換装置１００は、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６のセンサ異常をより精度よく検出しうる。

＜第二実施形態＞
図５に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態における電力変換装置１００には、比較センサ１０４が設けられている。第二実施形態のＩＳＧＥＣＵ１３０は推定部１３４（図１参照）としての機能を発揮しておらず、また異常特定部１３５の機能が第一実施形態とは異なっている。

比較センサ１０４は、保護スイッチ１０３と界磁通電回路１２０との間に設けられた電流センサである。比較センサ１０４は、界磁通電回路１２０への入力電流の大きさを比較電流値として検出する。

第二実施形態の異常特定部１３５は、比較センサ１０４で比較電流値として検出された入力電流を、推定電流値に代えてセンサ異常の生じている側の特定に用いる。通電状態において、入力電流の大きさは、第二検出値と実質的に一致する。従って異常特定部１３５は、逓減状態において異常検出部１３３でセンサ異常が検出された場合、例えば次の通電状態を待って比較電流値を取得し、センサ異常の生じている側の特定を行う。具体的には、比較電流値と第二検出値とが実質的に一致している場合にはＥ相電流センサ１２５をセンサ異常の生じている側と特定し、一致していない場合はＦ相電流センサ１２６をセンサ異常の生じている側と特定する。

［第二実施形態のまとめ］
以上、説明した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、Ｅ相電流センサ１２５またはＦ相電流センサ１２６に生じたセンサ異常を検出し、さらにセンサ異常の生じている側を特定しうる。

また第二実施形態では、異常特定部１３５は、比較センサ１０４で比較電流値として検出された入力電流に基づいてセンサ異常の生じている側を特定する。こうした構成によれば、入力電流または出力電流を推定する演算を行うことなくセンサ異常の生じている側を特定しうる。従って電力変換装置は、演算量の増加を抑制して第一電流センサおよび第二電流センサのどちらにセンサ異常が生じているかを特定しうる。

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

上述の第一実施形態においては、センサ異常の生じた側の特定に、推定部１３４で推定した出力電流が用いられていた。また、第二実施形態においては、比較センサ１０４で検出された入力電流が用いられていた。しかし、特定に用いられる入力電流または出力電流はこれに限られない。例えば、保護スイッチ１０３の両端に生じる電圧を用いて推定された入力電流が用いられる構成でもよい。また、界磁通電回路１２０と界磁巻線１１との間に追加で電流センサを設け、検出された出力電流を用いる構成でもよい。

上述の実施形態においては、第一検出値と第二検出値とが異なっていると判断された場合のみ、出力電流との比較が実施される構成であった。しかし、異なっているか否かに関わらず、第一検出値、第二検出値、および出力電流の三つの数値について比較が実施される構成であってもよい。すなわち、異常検出部１３３が異常特定部１３５としての機能を兼ね、センサ異常の検出と、センサ異常を生じた側の特定とを同時に実施する構成であってもよい。

上述の実施形態においては、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６は、シャント抵抗の両端に生じる電圧に基づいて電流を検出する構成であった。しかし、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６の構成はこれに限られず、例えば電流の大きさに従って生じた磁界の強度に基づいて検出する構成であってもよい。

上述の実施形態においては、センサ異常が検出された場合、リンプホームモードを要求すると共にセンサ異常の生じている側を特定し、正常側でのフィードバック制御により発電は継続するとしていた。しかし、センサ異常が検出された場合の制御はこれに限られない。例えば、センサ異常の生じている側の特定を実施せず、モータユニット１の機能全てを停止してもよい。

上述の実施形態においては、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６は下アーム側に設けられていた。しかし、Ｅ相電流センサ１２５およびＦ相電流センサ１２６を上アーム側に設け、逓減制御にあたって上アーム側で閉回路を形成させる構成であってもよい。

上述の実施形態においては、ＩＳＧＥＣＵ１３０は、過電流検出部１３２としての機能を、スイッチ制御部１３１および異常検出部１３３などの機能と共に発揮していた。しかし、過電流検出部１３２としての機能は、他の電子制御装置で発揮されていてもよい。例えば、過電流検出部１３２としての機能は、ＩＳＧＥＣＵ１３０やエンジンＥＣＵの作動を制御する上位ＥＣＵなどで発揮され、過電流が検出された場合には電力変換装置１００全体への給電を停止する構成でもよい。

上述の実施形態においては、異常検出部１３３および異常特定部１３５は各検出値や推定値の瞬間的な値について比較する構成であった。しかし、異常検出部１３３および異常特定部１３５は、通電状態と逓減状態との切り替えなどに伴う経時的な電流の変動を考慮して各検出値や推定値を比較する構成であってもよい。

１０ 回転電機、 １１ 界磁巻線（負荷）、 １０４ 比較センサ、 １２０ 界磁通電回路（フルブリッジ回路）、 １２１ Ｅ相上アーム（アーム）、 １２１ａ Ｅ相上スイッチ（スイッチング素子）、 １２２ Ｅ相下アーム（アーム、第一アーム）、 １２２ａ Ｅ相下スイッチ（スイッチング素子） １２３ Ｆ相上アーム（アーム）、 １２３ａ Ｆ相上スイッチ（スイッチング素子）、 １２４ Ｆ相下アーム（アーム、第二アーム）、１２４ａ Ｆ相下スイッチ（スイッチング素子）、 １２５ Ｅ相電流センサ（第一電流センサ）、 １２６ Ｆ相電流センサ（第二電流センサ）、 １３１ スイッチ制御部、 １３２ 過電流検出部、 １３３ 異常検出部、 １３４ 推定部、 １３５ 異常特定部

Claims (7)

1. スイッチング素子（１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ）を有するアーム（１２１、１２２、１２３、１２４）を複数含むフルブリッジ回路（１２０）を備え、前記フルブリッジ回路の出力電圧を負荷（１１）に提供する電力変換装置であって、
   複数の前記アームのうちの一つである第一アーム（１２２）に流れる電流を第一検出値として検出する第一電流センサ（１２５）と、
   複数の前記アームのうち、前記第一アームと並列に接続されている前記アームである第二アーム（１２４）に流れる電流を第二検出値として検出する第二電流センサ（１２６）と、
   前記スイッチング素子の開閉制御により前記出力電圧を制御するスイッチ制御部（１３１）と、
   前記スイッチ制御部が、前記第一アームおよび前記第二アームを含む閉回路が形成されるように前記スイッチング素子を制御している場合に、前記第一検出値と前記第二検出値との比較に基づいて、前記第一電流センサまたは前記第二電流センサのセンサ異常を検出する異常検出部（１３３）と、を備える電力変換装置。
2. 前記フルブリッジ回路への入力電流、または前記フルブリッジ回路から前記負荷への出力電流と、前記第一検出値および前記第二検出値との比較に基づいて、前記第一電流センサおよび前記第二電流センサのうちセンサ異常の生じている側を特定する異常特定部（１３５）を備える請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記負荷への前記出力電圧と、前記負荷のインピーダンスとに基づいて、前記出力電流を推定した推定電流値を算出する推定部（１３４）を備え、
   前記異常特定部は、前記推定電流値に基づいて前記第一電流センサおよび前記第二電流センサのうちセンサ異常の生じている側を特定する請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記入力電流または前記出力電流を比較電流値として検出する比較センサ（１０４）を備え、
   前記異常特定部は、前記比較電流値に基づいて前記第一電流センサおよび前記第二電流センサのうちセンサ異常の生じている側を特定する請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記異常特定部は、前記第一電流センサおよび前記第二電流センサの両方が前記異常検出部により正常であると判断されている場合、センサ異常の生じている側の特定を停止する請求項２〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記負荷は、車両の内燃機関からのトルクにより発電する回転電機（１０）の界磁巻線（１１）であり、
   前記スイッチ制御部は、前記第一電流センサおよび前記第二電流センサの一方が、前記異常特定部により異常の生じている側と特定された場合、他方の検出値に基づいて前記スイッチング素子の開閉制御を行う請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記第一電流センサおよび前記第二電流センサは、一端が基準電位に接続されたシャント抵抗に生じる電圧に基づいて前記アームに流れる電流を検出する請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。

Images