JP2020156158A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの放電要求後またはコンデンサの放電開始後の状況が変化しても、コンデンサを適切に放電させることが可能な電力変換装置を提供すること。【解決手段】車輪を回転させるモータを駆動するインバータと、前記インバータに並列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の経過時間と、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の前記コンデンサの電圧とに基づいて、複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法で前記コンデンサを放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でも前記コンデンサを放電させない状態とするのかを、前記コンデンサの電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、選択する制御回路とを備える、電力変換装置。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

車両の衝突等の異常が発生した場合、インバータの直流入力部に並列に接続されるコンデンサを放電させる技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１２−１２０４３６号公報 特開２０１６−０５２１３９号公報

しかしながら、従来の技術では、コンデンサの放電要求後またはコンデンサの放電開始後の状況が変化すると、コンデンサを適切に放電させることが難しい場合がある。

そこで、本開示は、コンデンサの放電要求後またはコンデンサの放電開始後の状況が変化しても、コンデンサを適切に放電させることが可能な電力変換装置を提供する。

本開示は、
車輪を回転させるモータを駆動するインバータと、
前記インバータに並列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の経過時間と、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の前記コンデンサの電圧とに基づいて、複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法で前記コンデンサを放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でも前記コンデンサを放電させない状態とするのかを、前記コンデンサの電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、選択する制御回路とを備える、電力変換装置を提供する。

本開示の技術によれば、コンデンサの放電要求後またはコンデンサの放電開始後の状況が変化しても、コンデンサを適切に放電させることが可能な電力変換装置を提供できる。

一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。 車両衝突後のコンデンサの電圧挙動を例示する図である。 特性２（放電開始前からモータの逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。 特性３（高圧バッテリの接続（投入）時の電圧挙動）を例示する図である。 特性４（急速放電回路３０の故障時の電圧挙動）を例示する図である。 特性４（急速放電回路３０の故障時の電圧挙動）を例示する図である。 特性５（高圧バッテリ６１の再接続（再投入）時の電圧挙動）を例示する図である。 特性６（放電中にモータ６０の逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。 特性６（放電中にモータ６０の逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。 放電指令の受信時に電圧閾値と規定時間を設定するフローチャートである。 放電処理停止後又は開始処理後に電圧閾値と規定時間を設定するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。 コントローラによる放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。

以下、本開示に実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。車両が通常の運転時に停車する場合、あるいは、車両の衝突や車載機器の故障等の異常が発生した場合、部品や乗員を高電圧から保護するため、電力変換装置１００に搭載されたコンデンサ２０の電荷を急速に放電することが求められる。急速放電することを妨げる要因として、急速放電回路３０の故障や、モータ６０の回転に伴うモータ６０の逆起電圧によるコンデンサ２０の充電などがある。

自動車の駆動に使用されるモータ６０には、高効率な永久磁石モータを適用する場合がある。車両が衝突時に横転すると、モータ６０は、車輪の回転に伴って惰性で回転を継続することが考えられる。永久磁石モータは、回転させられると、電圧を発生するため、電力変換装置１００に搭載されたコンデンサ２０を充電することになり、急速放電したくても急速放電できない状況が起こり得る。

また、急速放電回路３０は、抵抗３１とスイッチ３２の直列回路を含む。抵抗３１は、装置の小型化を目的に、コンデンサ２０の蓄積エネルギーを消費するだけの耐量を持つものが選定される場合がある。急速放電回路３０による急速放電は、高圧バッテリ６１と電力変換装置１００とを接続するコンタクタ６３がオフになっている前提で実行される。しかしながら、車両の衝突や車載機器の故障時には、衝撃や故障の影響等によって、コンタクタ６３がオフになっているとは限らない。したがって、コンタクタ６３がオンになっている状態で、急速放電が実行されると、上述のように選定した抵抗３１のエネルギー耐量を超えるエネルギーを抵抗３１が消費することになるので、抵抗３１の破損を招くおそれがある。

そこで、図１に示す電力変換装置１００は、モータ６０の回転状態と、コンデンサ２０の急速放電を実現する複数の急速放電部のうち少なくとも一つの急速放電部の異常状態と、コンタクタ６３のオン／オフ状態とを推定する推定部を備える。図１には、推定部の一例として、コントローラ４４が示されている。コントローラ４４は、これらの状態を、コンデンサ２０の放電要求後又はコンデンサ２０の放電開始後の経過時間と、コンデンサ２０の放電要求後又はコンデンサ２０の放電開始後のコンデンサ２０の電圧とに基づいて推定する。以下、コンデンサ２０の放電要求後又はコンデンサ２０の放電開始後の経過時間を、"経過時間ｔ"とも称し、コンデンサ２０の放電要求後又はコンデンサ２０の放電開始後のコンデンサ２０の電圧を、"電圧Ｖｃ"と称することがある。なお、経過時間ｔの起点は、コンデンサ２０の放電要求時又はその直後に設定されてもよいし、コンデンサ２０の放電開始時又はその直後に設定されてもよい。

コントローラ４４は、それらの状態の推定結果に応じて、複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法でコンデンサ２０を放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でもコンデンサ２０を放電させない状態とするのかを、コンデンサ２０の電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、適宜選択する。例えば、コントローラ４４は、モータ６０が回転状態で且つコンタクタ６３がオフ状態と推定した場合、インバータ１０に含まれる上アーム又は下アームを構成する３つの半導体スイッチをオンさせた上で、急速放電回路３０内のスイッチ３２をオンさせる。これにより、コンデンサ２０の放電要求後またはコンデンサの放電開始後の状況が変化しても、推定された各状態に応じた適切な放電制御方法でコンデンサ２０を適切に放電させることができるので、車両の衝突時等において、部品や乗員を高電圧から適切に保護できる。

次に、電力変換装置１００の構成について、より詳細に説明する。

電力変換装置１００は、急速放電回路３０が故障していたりコンデンサ２０の電圧異常が検知されたりしても、車両の衝突時等に、インバータ１０の直流入力部に並列に接続されるコンデンサ２０に蓄電された電荷を速やかに放電する機能を有する。

電力変換装置１００は、高圧バッテリ６１の直流電力を交流電力に変換してモータ６０に出力するインバータ１０を備える。インバータ１０は、車輪を回転させるモータ６０を駆動する電力変換部である。インバータ１０は、モータ６０の相数が例えば３つの場合、半導体スイッチ１１，１２，１３から構成される上アームと、半導体スイッチ１４，１５，１６から構成される下アームとを有する。

電力変換装置１００は、インバータ１０の一対の直流入力端子間に接続される平滑用のコンデンサ２０と、コンデンサ２０に並列に接続される急速放電回路３０と、コンデンサ２０と並列に接続されている放電抵抗４０とを備える。急速放電回路３０は、コンデンサ２０の電荷を急速に放電するための回路であり、抵抗３１とスイッチ３２との直列回路を含む。スイッチ３２は、例えば、トランジスタである。放電抵抗４０は、急速放電回路３０の抵抗３１よりも十分に大きな抵抗値を有する。

電力変換装置１００は、モータ６０に流れる電流（モータ電流）を計測するための電流センサ５０と、インバータ１０及び急速放電回路３０を動作させるコントローラ４４と、インバータ１０内の半導体スイッチ１１〜１６を駆動するゲートドライバ４２とを備える。また、電力変換装置１００は、電流センサ５０によって計測された各相のモータ電流の電流値を検出する電流検出回路４１と、コンデンサ２０の電圧を検出する電圧検出回路４３とを備える。

コントローラ４４は、ゲートドライバ４２の動作を制御することにより、インバータ１０内の半導体スイッチ１１〜１６のそれぞれを所望のオンオフ状態に制御する。コントローラ４４は、例えば、プロセッサ４４ａ、メモリ４４ｂ及びタイマ４４ｃを有する。コントローラ４４によって行われる各アプリケーション制御は、メモリ４４ｂに格納されたプログラムによってプロセッサ４４ａが動作することにより実現される。コントローラ４４は、経過時間ｔをタイマ４４ｃによって計測する。

電力変換装置１００は、低圧バッテリ６２から供給される電力に基づいてコントローラ４４を動作させる電力を生成するメイン電源回路４６と、メイン電源回路４６の故障等に備えるバックアップ用のサブ電源回路４８とを有する。低圧バッテリ６２は、電源電圧が高圧バッテリ６１よりも低い、例えば１２ボルト系の蓄電装置である。サブ電源回路４８は、コンデンサ２０に蓄えられたエネルギーを利用して、コントローラ４４に供給可能な電力を生成する。電力変換装置１００は、メイン電源回路４６の故障や低圧バッテリ６２の失陥等の制御電源の喪失時に、コントローラ４４の電源をメイン電源回路４６からサブ電源回路４８に切り替えるため、監視回路４９及び切替回路４７を備える。切替回路４７は、例えば、低圧バッテリ６２に接続される給電線の断線による低圧バッテリ６２の失陥が監視回路４９により検知された場合、コントローラ４４の電源をメイン電源回路４６からサブ電源回路４８に切り替える。これにより、車両の衝突時等に、低圧バッテリ６２が失陥しても、コントローラ４４によって制御される放電動作を継続できる。

コントローラ４４は、外部の車両コントローラ６４からＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信回路４５を介して放電指令（放電要求）を受信すると、コンデンサ２０を急速放電させるための制御を開始する制御回路である。コントローラ４４は、所定の規定時間と所定の電圧閾値とを用いて、複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法でコンデンサ２０を放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でもコンデンサ２０を放電させない状態とするのかを、コンデンサ２０の電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、適宜選択する。

複数の放電制御方法は、それぞれ、対応する急速放電部を制御することによってコンデンサ２０を急速放電させる方法である。複数の放電制御方法は、例えば、急速放電回路３０の作動による第１の放電制御方法、インバータ１０からモータ６０に流す無効電流による第２の放電制御方法、インバータ１０の上下アームの短絡による第３の放電制御方法とのうち、少なくとも一つを含む。

第１の放電制御方法は、スイッチ３２と抵抗３１とが直列に接続される急速放電回路３０によってコンデンサ２０を急速放電させる方法（以下、"第１の放電方法"とも称する）である。例えば、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧を電圧検出回路４３により監視しながら、スイッチ３２のオンオフを繰り返すことによって、急速放電を実行する。

第２の放電制御方法は、モータ６０の通電によってコンデンサ２０を急速放電させる方法（以下、"第２の放電方法"とも称する）である。例えば、コントローラ４４は、車両コントローラ６４からの放電指令を受信し、且つ、モータ６０からの逆起電圧がないと判断した場合、電流検出回路４１による検出結果に基づいて、モータ６０にトルクを発生させないゼロトルク制御を行う。これにより、急速放電が実行される。コントローラ４４は、半導体スイッチ１１〜１６をパルス幅変調で制御して、モータ６０に無効電流を意図的に流す。これにより、モータ６０内部の抵抗分でコンデンサ２０に蓄積されたエネルギーが消費され、コンデンサ２０の急速放電が実現する。

第３の放電制御方法は、インバータ１０の上下アームの短絡によってコンデンサ２０を急速放電させる方法（以下、"第３の放電方法"とも称する）である。例えば、コントローラ４４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相と順番に、上下アームの短絡を繰り返すことによって、急速放電を実行する。より具体的には、コントローラ４４は、Ｕ相において、上アームのオン固定で、短絡検知されないように下アームに断続パルスを印加してオン／オフを複数回実行する。その後、コントローラ４４は、Ｖ相，Ｗ相においても、同様の制御を行い、コンデンサ２０の電圧が規定電圧以下になるまで継続的に制御する。逆に、下アームがオン固定で、短絡検知されないように上アームに断続パルスが印加されてもよい。短絡検知とは、例えば、ゲートドライバ４２に備えられる機能であり、ゲートドライバ４２は、短絡が検知された相の上下アームをオフさせる。短絡が検知されるほどの長い時間、アームをオンさせないことによって、相応の短絡電流が流れることによる短絡故障の発生を防止できる。

電力変換装置１００は、コンデンサ２０を急速放電させる上述の第１〜第３の放電方法とは異なる第４の放電方法によってコンデンサ２０を放電させる構成を有する。第４の放電方法は、放電抵抗４０によってコンデンサ２０を緩慢に常時放電させる方法である。なお、第４の放電方法は、放電抵抗４０によるパッシブな放電方法であるので、コントローラ４４が放電抵抗４０に対して直接的な制御を施す方法ではない。

コントローラ４４は、これらの４つの放電方法の中から、複数の電圧閾値と複数の規定時間とを用いて、少なくとも一つの放電方法を選択する。コントローラ４４は、急速放電の実施に異常が検出されない場合、第１の放電方法を使ってコンデンサ２０を急速放電させる。一方、コントローラ４４は、何かしらの影響でコンデンサ２０の電圧挙動が所定の規定時間及び所定の電圧閾値によって異常と判断すれば、第２〜第４の放電方法のうち少なくとも一つの放電方法を使ってコンデンサ２０を放電させる。あるいは、コントローラ４４は、何かしらの影響でコンデンサ２０の電圧挙動が所定の規定時間及び所定の電圧閾値によって異常と判断すれば、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でもコンデンサ２０を放電させない状態にしてもよい。

例えば、コントローラ４４は、コンデンサ２０の急速放電の開始時は第１の放電方法でコンデンサ２０を急速放電させ、その後の時間経過とコンデンサ２０の電圧挙動とに基づいて、第１〜第４の放電方法を選択する。コントローラ４４は、モータ６０に逆起電圧が発生している場合、第１の放電方法による急速放電とともにモータ６０の線間短絡を実施することによって、モータ６０からインバータ１０を経由してコンデンサ２０に流れる電流を遮断し、急速放電を促進できる。例えば、コントローラ４４は、全相の上アーム又は下アームを全てオンすることによって、モータ６０の線間を短絡させる。

図２は、車両衝突後のコンデンサ２０の電圧挙動を例示する図である。以下の説明では、車両の衝突を契機としてコンデンサ２０を放電する場合について例示する。衝突後、電力変換装置１００の内部又は外部の影響で、コンデンサ２０の電圧挙動が異なる。特性１〜６は、それぞれ、以下に示す時のコンデンサ２０の電圧挙動を表す。

特性１：正常放電時
特性２：放電開始前からモータ６０の逆起電圧が印加された時
特性３：高圧バッテリ６１（コンタクタ６３）のオン固着時（接続時）
特性４：急速放電回路３０の故障時
特性５：放電中に高圧バッテリ６１（コンタクタ６３）が再接続した時
特性６：放電中にモータ６０の逆起電圧が印加された時

次に、特性１〜６のそれぞれの電圧挙動が検知されたときの放電方法の移行について説明する。コントローラ４４は、例えば、衝突発生後、インバータ１０のゲートオフ状態のコンデンサ２０の電圧挙動を、衝突発生時又は直後のコンデンサ２０の電圧値（初期値）から監視して、放電方法を選択する。

コントローラ４４は、車両コントローラ６４からの放電指令を受信し、且つ、コンデンサ２０の電圧が第１の電圧閾値Ｖ１を下回る場合、第１の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第１の放電指示（放電指示１）を行う。放電指示１によって急速放電回路３０内のスイッチ３２のオンオフが繰り返されるので、電力変換装置１００に異常がなければ、急速放電回路３０によってコンデンサ２０は急速放電される（図２の特性１参照）。

図３は、特性２（放電開始前からモータ６０の逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第１の電圧閾値Ｖ１を上回ることを検出すると、モータ６０の逆起電圧によるコンデンサ２０の電圧上昇と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、上アーム又は下アームの全相をオンすることによってモータ６０の線間を短絡させる指示（線間短絡指示）を行うとともに、第１の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第１の放電指示（放電指示１）を行う。電力変換装置１００に異常がなければ、急速放電回路３０によってコンデンサ２０は急速放電される（図３参照）。また、逆起電圧が生じても、モータ６０の線間短絡が行われることにより、急速放電が促進する。第１の電圧閾値Ｖ１は、モータ６０の逆起電圧による電圧上昇の判定値を表す。

特に、図３に示すように、コントローラ４４は、外部からの放電指令を受けてから放電指示１を最初に行うまでにコンデンサ２０の電圧が第１の電圧閾値Ｖ１を上回る場合、モータ６０の線間を短絡させることが好ましい。これにより、放電開始前又は開始直後に、コンデンサ２０の電圧が逆起電圧によって過度に上昇することを防止できる。

図４は、特性３（高圧バッテリ６１の接続（投入）時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第１の規定時間ΔＴ１の経過時点Ｔ１で第１の電圧閾値Ｖ１と第２の電圧閾値Ｖ２との間にある場合、高圧バッテリ６１が接続されている状態と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、インバータ１０の上下アームを全てオフするとともに、急速放電回路３０によってコンデンサ２０が放電しないように放電指示１を停止する。放電指示１の停止により、急速放電回路３０内のスイッチ３２はオフ状態に固定されるので、高圧バッテリ６１からの電流によって急速放電回路３０が破損することを防止できる。

第１の規定時間ΔＴ１は、高圧バッテリ６１の接続有無の判定値を表し、例えば、放電開始時点からの経過時間に対応する。第２の電圧閾値Ｖ２は、第１の電圧閾値Ｖ１よりも低く、高圧バッテリ６１又はコンタクタ６３のオン固着（接続）の判定値を表す。

図５は、特性４（急速放電回路３０の故障時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、放電指示１を行った後、コンデンサ２０の電圧が第２の規定時間ΔＴ２の経過時点Ｔ２で第２の電圧閾値Ｖ２と第３の電圧閾値Ｖ３との間にある場合、急速放電回路３０の故障と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、実行中の放電指示１を中止し、第２の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第２の放電指示（放電指示２）を行う。これにより、急速放電回路３０又は急速放電回路３０の制御系統が故障していても、ゼロトルク制御によるモータ６０の通電によってコンデンサ２０は急速放電される（図５参照）。

第２の規定時間ΔＴ２は、急速放電回路３０の動作判定値を表し、例えば、放電開始時点からの経過時間に対応する。第２の規定時間ΔＴ２は、第１の規定時間ΔＴ１よりも後の時刻までの時間である。第３の電圧閾値Ｖ３は、第２の電圧閾値Ｖ２よりも低く設定され、急速放電回路３０の故障判定値を表す。

図６は、特性４（急速放電回路３０の故障時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、放電指示２を行った後、コンデンサ２０の電圧変化が所定の電圧低下率を下回らない場合、第２の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる制御が異常と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、実行中の放電指示２を中止し、第３の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第３の放電指示（放電指示３）を行う。これにより、第２の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる制御又はその制御を実現するためのハードウェアに異常があっても、上下アームの短絡によってコンデンサ２０は急速放電される（図６参照）。

図７は、特性５（高圧バッテリ６１の再接続（再投入）時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、放電指示１を行った後、コンデンサ２０の電圧が第２の規定時間ΔＴ２の経過以後に第１の電圧閾値Ｖ１と第２の電圧閾値Ｖ２との間にある場合、高圧バッテリ６１が一旦非接続になってから再接続されている状態と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、インバータ１０の上下アームを全てオフするとともに、急速放電回路３０によってコンデンサ２０が放電しないように放電指示１を中止（停止）する。放電指示１の中止により、急速放電回路３０内のスイッチ３２はオフ状態に固定されるので、高圧バッテリ６１からの電流によって急速放電回路３０が破損することを防止できる。

図８は、特性６（放電中にモータ６０の逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、第２の規定時間ΔＴ２の経過から第３の規定時間ΔＴ３の経過までにコンデンサ２０の電圧が第４の電圧閾値Ｖ４を上回る場合、モータ６０の逆起電圧によるコンデンサ２０の電圧上昇と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、線間短絡指示、且つ、放電指示１を行う。これにより、放電指示１が行われた後にモータ６０の逆起電圧が生じても、モータ６０の線間短絡が行われることにより、急速放電が促進する。第４の電圧閾値Ｖ４は、高圧バッテリ６１の再接続及びモータ６０の逆起電圧による電圧上昇の判定値を表す。

第３の規定時間ΔＴ３は、放電終止電圧までに要する時間を表し、例えば、放電開始時点からの経過時間に対応する。第３の規定時間ΔＴ３は、第２の規定時間ΔＴ２よりも後の時刻までの時間である。第４の電圧閾値Ｖ４は、第３の電圧閾値Ｖ３よりも低く設定され、高圧バッテリ６１又はコンタクタ６３の再接続の判定値を表す。

図９は、特性６（放電中にモータ６０の逆起電圧が印加された時の電圧挙動）を例示する図である。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第３の規定時間ΔＴ３の経過以後に第５の電圧閾値Ｖ５を上回る場合、モータ６０の逆起電圧によるコンデンサ２０の電圧上昇と判断（推定）する。この場合、コントローラ４４は、線間短絡指示、且つ、放電指示１を行う。これにより、放電指示１が行われた後にモータ６０の逆起電圧が生じても、モータ６０の線間短絡が行われることにより、急速放電が促進する。第５の電圧閾値Ｖ５は、第４の電圧閾値Ｖ４よりも低く設定され、放電終止電圧の判定値を表す。

図１０は、放電指令の受信時に電圧閾値と規定時間を設定するフローチャートである。コントローラ４４は、車両コントローラ６４から放電指令を受信すると（Ｓ１１）、インバータ１０の全相の上下アームをオフさせる全オフ指令信号を出力する（Ｓ１３）。コントローラ４４は、全オフ指令信号の出力状態で検出されるコンデンサ２０の電圧値を電圧検出回路４３から取得し（Ｓ１５）、取得した電圧値を初期電圧として確定する（Ｓ１７）。コントローラ４４は、初期電圧に応じた電圧閾値Ｖ１〜Ｖ５を設定するとともに（Ｓ１９）、初期電圧に応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ２１）。コントローラ４４は、それらの設定後、放電処理をスタートさせる（Ｓ２３）。

図１１は、放電処理停止後又は開始処理後に電圧閾値と規定時間を設定するフローチャートである。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧値を電圧検出回路４３から取得し（Ｓ３５）、取得した電圧値を初期電圧として確定する（Ｓ３７）。コントローラ４４は、初期電圧に応じた電圧閾値Ｖ１〜Ｖ５を設定するとともに（Ｓ３９）、初期電圧に応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ４１）。コントローラ４４は、それらの設定後、放電処理を再スタートさせる（Ｓ４３）。

図１２〜１９は、それぞれ、コントローラ４４による放電指示方法の一部を例示するフローチャートである。

図１２において、コントローラ４４は、車両コントローラ６４からの放電指令を受信する前は、自身の制御状態を、放電抵抗４０によってコンデンサ２０を放電させる第４の放電指示（放電指示４）の状態とする（Ｓ５１，Ｓ５３，Ｓ５５）。これによって、急速放電回路３０による急速放電は作動しない（Ｓ５７）。コントローラ４４は、車両コントローラ６４からの放電指令を受信すると、急速放電回路３０を作動させる前に、規定時刻間で電圧検出回路４３により測定された電圧値に基づき（Ｓ５９）、規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３及び電圧閾値Ｖ１〜Ｖ５を設定する（Ｓ６１）。コントローラ４４は、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧値を取得する（Ｓ６３）。コントローラ４４は、急速放電回路３０の作動前に電圧検出回路で測定した電圧値が第１の電圧閾値Ｖ１を上回る場合、モータ６０の逆起電力（回生）による電圧上昇と判定する（Ｓ６５、図１４のＰ１）。

図１４において、コントローラ４４は、モータ６０からの逆起電力を分離するように、全相の上アームをオンすることによって、モータ線間を三相短絡に制御する（Ｓ１０１）。コントローラ４４は、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧値を取得し（Ｓ１０３）、取得電圧に応じた電圧変化値（電圧変化判定用閾値）を設定する（Ｓ１０５）。

コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧Ｖｃの変化度合いが電圧変化値に対して小さい場合（Ｓ１０７Ｎｏ）、線間短絡が成功していると判断し、電圧Ｖｃに応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ１０９）。一方、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧Ｖｃの変化度合いが電圧変化値に対して大きい場合（Ｓ１０７Ｙｅｓ）、上アームによる線間短絡が成功していないと判断する。この場合、コントローラ４４は、モータ６０からの逆起電力を分離するように、全相の下アームをオンすることによって、モータ線間を三相短絡に制御し（Ｓ１１１）、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧値を取得する（Ｓ１１３）。

コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧Ｖｃの変化度合いが電圧変化値に対して小さい場合（Ｓ１１５Ｎｏ）、線間短絡が成功していると判断し、電圧Ｖｃに応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ１０９）。一方、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧Ｖｃの変化度合いが電圧変化値に対して大きい場合（Ｓ１１５Ｙｅｓ）、インバータ１０の回路故障と判定し（Ｓ１１７）、インバータ１０による急速放電の停止を指令する（Ｓ１１９）。

コントローラ４４は、Ｓ１０９の処理後、急速放電回路３０のスイッチ３２を通電してコンデンサ２０を放電させる放電指示１を行う（図１２のＳ６７）。コントローラ４４は、電圧検出回路４３により測定されたコンデンサ２０の電圧が、予め設定された第１の規定時間ΔＴ１の経過時点で第２の電圧閾値Ｖ２を下回る場合（Ｓ６９，Ｓ７１Ｙｅｓ）、放電指示１を継続する（図１３のＳ８１）。

一方、コントローラ４４は、電圧検出回路４３により測定されたコンデンサ２０の電圧が、予め設定された第１の規定時間ΔＴ１の経過時点で第２の電圧閾値Ｖ２を上回る場合（Ｓ６９，Ｓ７１Ｎｏ）、高圧バッテリ６１が接続されている状態と判定する（Ｐ２）。この場合、コントローラ４４は、スイッチ３２をオフにして急速放電回路３０による放電が停止するように放電指示１を中止（停止）する（図１５のＳ１２１）。

コントローラ４４は、第２の電圧閾値Ｖ２を上回って放電指示１を停止した後（Ｓ１２１）、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧値を取得し（Ｓ１２３）、取得電圧に応じた電圧変化値（電圧変化判定用閾値）を設定する（Ｓ１２５）。

コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧Ｖｃの変化度合いが電圧変化値に対して小さい場合（Ｓ１２７Ｎｏ）、高圧バッテリ６１が接続していると判定し（Ｓ１２９）、急速放電を終了させる（Ｓ１３１）。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧を監視し（Ｓ１３３），規定時刻間の電圧低下を検知すると、放電処理を再実行させる（Ｓ１３５）。

一方、コントローラ４４は、第２の電圧閾値Ｖ２を上回って放電指示１を停止した後（Ｓ１２１）、規定時刻間隔で電圧検出回路４３により測定された電圧が第２の電圧閾値Ｖ２を下回る場合、高圧バッテリ６１が未接続状態と判定する（Ｓ１２７Ｙｅｓ）。この場合、コントローラ４４は、上述と同様に、図１４に示す一連の処理を行った後、電圧Ｖｃに応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ１０９）。コントローラ４４は、Ｓ１０９の処理後、急速放電回路３０のスイッチ３２を通電してコンデンサ２０を放電させる放電指示１を行う（図１２のＳ６７）。或いは、コントローラ４４は、第２の電圧閾値Ｖ２を上回って放電指示１を停止した後（Ｓ１２１）、規定時刻間隔で電圧検出回路４３により測定された電圧が第１の電圧閾値Ｖ１を上回る場合、モータ６０の逆起電圧による電圧上昇と判定する（Ｓ１２７Ｙｅｓ）。この場合、コントローラ４４は、上述と同様に、図１４に示す一連の処理を行った後、電圧Ｖｃに応じた規定時間ΔＴ１〜ΔＴ３を設定する（Ｓ１０９）。コントローラ４４は、Ｓ１０９の処理後、急速放電回路３０のスイッチ３２を通電してコンデンサ２０を放電させる放電指示１を行う（図１２のＳ６７）。

コントローラ４４は、放電指示１を継続し（図１３のＳ８１）、電圧検出回路４３により測定されたコンデンサ２０の電圧が、予め設定された第２の規定時間ΔＴ２で第４の電圧閾値Ｖ４を下回る場合（Ｓ８３，Ｓ８５Ｙｅｓ）、放電指示１を継続する（Ｓ８７）。一方、コントローラ４４は、電圧検出回路４３により測定されたコンデンサ２０の電圧が、第４の電圧閾値Ｖ４を上回る場合、図１６のＰ３の処理を行う。

コントローラ４４は、第４の電圧閾値Ｖ４を上回った後（Ｓ８５Ｎｏ，図１６のＰ３）、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧値を取得し（Ｓ１４１）、取得電圧に応じた電圧変化値（電圧変化判定用閾値）を設定する（Ｓ１４３）。

コントローラ４４は、電圧取得値が第２の電圧閾値Ｖ２と第３の電圧閾値Ｖ３との間にある場合（Ｓ１４５Ｙｅｓ，Ｓ１４７Ｙｅｓ）、急速放電回路３０の故障と判定し（Ｓ１４９）、放電指示１を停止する（Ｓ１５１）。この場合、放電指示２の実行処理が行われる（Ｐ４）。一方、コントローラ４４は、電圧取得値が第１の電圧閾値Ｖ１と第２の電圧閾値Ｖ２との間にある場合（Ｓ１４５Ｎｏ，Ｓ１５３Ｎｏ）、高圧バッテリ６１の接続と判定する（Ｐ２）。他方、コントローラ４４は、電圧取得値が第１の電圧閾値Ｖ１を上回る又は第３の電圧閾値Ｖ３を下回る場合、放電指示１を停止し（Ｓ１５５）、線間短絡指令を解除し（Ｓ１５７）、線間短絡指令の処理を実行する（Ｐ１）。

コントローラ４４は、急速放電回路３０の故障と判定し（Ｓ１４９）、放電指示１を停止した場合（Ｓ１５１）、放電指示２の実行処理が行われる（図１７のＰ４）。

図１７において、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧に応じた規定時間ΔＴを設定し（Ｓ１６１）、第２の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第２の放電指示（放電指示２）を行う（Ｓ１６３）。コントローラ４４は、第２の規定時間ΔＴ２の経過後（Ｓ１６５）、コンデンサ２０の電圧が第４の電圧閾値Ｖ４を下回る場合、放電指示２を継続する一方（Ｓ１６９）、コンデンサ２０の電圧が第４の電圧閾値Ｖ４を上回る場合、処理Ｐ５を行う。

図１８において、コントローラ４４は、放電指示２を中止（停止）し（Ｓ１８１）、規定時刻間のコンデンサ２０の電圧を取得する（Ｓ１８３）。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第２の閾値電圧を上回る場合（Ｓ１８５Ｙｅｓ）、高圧バッテリ６１が接続していると判定し（Ｓ１８７）、急速放電を終了させる（Ｓ１８９）。コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧を監視し（Ｓ１９１），規定時刻間の電圧低下を検知すると、放電処理を再実行させる（Ｓ１９３）。一方、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第２の閾値電圧を下回る場合（Ｓ１８５Ｎｏ）、モータ通電による急速放電が故障していると判定し（Ｓ１９５）、第３の放電指示のための処理を行う（Ｐ６）。

図１９において、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧に応じた規定時間ΔＴを設定し（Ｓ２０１）、第３の放電制御方法でコンデンサ２０を放電させる第３の放電指示（放電指示３）を行う（Ｓ２０３）。

コントローラ４４は、第２の規定時間ΔＴ２の経過以後に（Ｓ２０５）、コンデンサ２０の電圧が第４の電圧閾値Ｖ４を下回る場合、放電指示３を継続する（Ｓ２０９）。コントローラ４４は、放電指示３の継続後（Ｓ２０９）、第３の規定時間ΔＴ３の経過以後に（Ｓ２１１）、コンデンサ２０の電圧が第５の電圧閾値Ｖ５を下回る場合（Ｓ２１３いぇｓ）、放電指示３を中止（停止）する（Ｓ２１５）。これにより、放電指示３による急速放電が終了する（Ｓ２１７）。

一方、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が第４の電圧閾値Ｖ４を上回る場合（Ｓ２０７Ｎｏ）、又は、コンデンサ２０の電圧が第５の電圧閾値Ｖ５を上回る場合（Ｓ２１３Ｎｏ），放電指示３を停止する（Ｓ２１９）。コントローラ４４は、放電抵抗４０によってコンデンサ２０を放電させる第４の放電指示（放電指示４）を行う（Ｓ２２１）。これによって、急速放電は作動しない（Ｓ２２３）。

図１３にて、コントローラ４４は、放電指示１を継続し（Ｓ８７）、電圧検出回路４３により測定されたコンデンサ２０の電圧が、予め設定された第３の規定時間ΔＴ３で第５の電圧閾値Ｖ５を下回ると（Ｓ８９，Ｓ９１Ｙｅｓ）、放電指示１を停止する（Ｓ９３）。これにより、急速放電回路３０によってコンデンサ２０は速やかに放電され、コンデンサ２０をほとんど放電できる（Ｓ９５）。コントローラ４４は、制御電源がシャットダウンするまで、コンデンサ２０の電圧を継続的に監視することが好ましい（Ｓ９７）。一方、コントローラ４４は、コンデンサ２０の電圧が、予め設定された第３の規定時間ΔＴ３で第５の電圧閾値Ｖ５を上回る場合（Ｓ８９，Ｓ９１Ｎｏ）、図１６のＰ３の処理を行う。

以上、電力変換装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、コンデンサ２０の外部からの放電要求（例えば、車両コントローラ６４からの放電指令）は、加速度センサ等により検知された車両の衝突をトリガに発生する場合に限られず、所定の放電要求条件が成立した場合に発生する。例えば、車両の停車がイグニッションスイッチのオフや車速センサ等により検知された場合、あるいは、車載機器の故障が故障信号により検知された場合に、コンデンサ２０の放電要求が発生してもよい。

１０ インバータ
２０ コンデンサ
３０ 急速放電回路
４０ 放電抵抗
４４ コントローラ
５０ 電流センサ
６０ モータ
１００ 電力変換装置

Claims (11)

1. 車輪を回転させるモータを駆動するインバータと、
   前記インバータに並列に接続されるコンデンサと、
   前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の経過時間と、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の前記コンデンサの電圧とに基づいて、複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法で前記コンデンサを放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でも前記コンデンサを放電させない状態とするのかを、前記コンデンサの電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、選択する制御回路とを備える、電力変換装置。
2. 前記制御回路は、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の少なくとも一つの規定時間と、前記コンデンサの放電要求後または前記コンデンサの放電開始後の前記コンデンサの電圧と比較される複数の電圧閾値とを用いて、前記複数の放電制御方法のうち、少なくとも一つの放電制御方法で前記コンデンサを放電させるのか、実行中の放電制御方法を中止していずれの放電制御方法でも前記コンデンサを放電させない状態とするのかを、前記コンデンサの電圧があらかじめ設定した放電終止電圧に達するまでの間、選択する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 第２の電圧閾値は、第１の電圧閾値よりも低く、
   前記制御回路は、前記コンデンサの電圧が前記第１の電圧閾値を下回る場合、前記少なくとも一つの放電制御方法で前記コンデンサを放電させる放電指示を行い、前記コンデンサの電圧が第１の規定時間で前記第１の電圧閾値と前記第２の電圧閾値との間にある場合、前記放電指示を停止する、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記コンデンサに並列に接続される放電回路を備え、
   前記複数の放電制御方法は、前記放電回路によって前記コンデンサを放電させる第１の放電制御方法を含み、
   前記制御回路は、前記コンデンサの電圧が前記第１の電圧閾値を下回る場合、前記第１の放電制御方法で前記コンデンサを放電させる第１の放電指示を行い、前記コンデンサの電圧が前記第１の規定時間で前記第１の電圧閾値と前記第２の電圧閾値との間にある場合、前記第１の放電指示を停止する、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記コンデンサの電圧が前記第１の電圧閾値を上回る場合、前記モータの線間を短絡させ、且つ、前記第１の放電指示を行う、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御回路は、外部からの放電指令を受けてから前記第１の放電指示を最初に行うまでに前記コンデンサの電圧が前記第１の電圧閾値を上回る場合、前記モータの線間を短絡させる、請求項４又は５に記載の電力変換装置。
7. 第２の規定時間は、前記第１の規定時間よりも後の時刻までの時間であり、
   第３の電圧閾値は、前記第２の電圧閾値よりも低く、
   前記複数の放電制御方法は、前記モータの通電によって前記コンデンサを放電させる第２の放電制御方法を含み、
   前記制御回路は、前記第１の放電指示を行った後、前記コンデンサの電圧が前記第２の規定時間で前記第２の電圧閾値と前記第３の電圧閾値との間にある場合、前記第２の放電制御方法で前記コンデンサを放電させる第２の放電指示を行う、請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記複数の放電制御方法は、前記インバータの上下アームの短絡によって前記コンデンサを放電させる第３の放電制御方法を含み、
   前記制御回路は、前記第２の放電指示を行った後、前記コンデンサの電圧変化が所定の電圧低下率を下回らない場合、前記第３の放電制御方法で前記コンデンサを放電させる第３の放電指示を行う、請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記制御回路は、前記第１の放電指示を行った後、前記コンデンサの電圧が前記第２の規定時間の経過以後に前記第１の電圧閾値と前記第２の電圧閾値との間にある場合、前記第１の放電指示を停止する、請求項７又は８に記載の電力変換装置。
10. 第３の規定時間は、前記第２の規定時間よりも後の時刻までの時間であり、
    第４の電圧閾値は、前記第３の電圧閾値よりも低く、
    前記制御回路は、前記第２の規定時間の経過から前記第３の規定時間の経過までに前記コンデンサの電圧が前記第４の電圧閾値を上回る場合、前記モータの線間を短絡させ、且つ、前記第１の放電指示を行う、請求項７から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 第５の電圧閾値は、前記第４の電圧閾値よりも低く、
    前記制御回路は、前記コンデンサの電圧が前記第３の規定時間で前記第５の電圧閾値を上回る場合、前記モータの線間を短絡させ、且つ、前記第１の放電指示を行う、請求項１０に記載の電力変換装置。

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