JP2021112089A - 電力変換装置、車両、充電制御方法および放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制しつつ容量部を放電する。【解決手段】電力変換装置は、外部電源３から入力される入力電力を第１電力線１Ａと第２電力線１Ｂとの間に接続された容量部３０を介して、バッテリ２に供給するための電力に変換する電力変換装置であって、第２電力線１Ｂ上で、かつ、容量部３０よりも外部電源３側に設けられる抵抗部４５と、共通端子ｒと第１端子ａとの間を接続する第１状態と、共通端子ｒと第２端子ｂとの間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチ４６と、第１電力線１Ａと第２端子ｂとの間に接続される放電用スイッチング素子と、を有し、共通端子ｒは、第２電力線１Ｂの抵抗部４５よりも外部電源３側に接続され、第１端子ａは、第２電力線１Ｂの抵抗部４５よりもバッテリ２側に接続される。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置、車両、充電制御方法および放電制御方法に関する。

車載充電装置等の電力変換装置では、内部の回路の出力段に電解コンデンサ等の容量部が設けられる。特に、力率改善回路等においては、大容量の容量部が必要となることが一般に知られている。

このような電力変換装置では、入力電力の供給が停止した場合に、容量部を速やかに放電させることが好ましい。

例えば、特許文献１には、抵抗素子を用いて、平滑コンデンサの電荷を放電する構成が開示されている。また、容量部の放電回路としては、電力線と接地線との間に、スイッチング半導体素子と抵抗素子とが直列に接続された構成が一般的に知られている。

特開２０１５−１５３４７３号公報

しかしながら、上記の放電回路を追加することで、装置の部品点数が増加してしまう。

本開示の目的は、部品点数の増加を抑制しつつ容量部を放電することが可能な電力変換装置、車両、充電制御方法および放電制御方法を提供することである。

本開示に係る電力変換装置は、外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置であって、前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、共通端子と第１端子との間を接続する第１状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、前記第１電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子と、を有し、前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続される。

また、本開示に係る車両は、上記電力変換装置を含む。

また、本開示に係る充電制御方法は、外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記容量部の初期充電時における充電制御を行う電力変換装置の充電制御方法であって、前記電力変換装置は、前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、共通端子と第１端子との間を接続する第1状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、前記第1電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子とを有し、前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、制御部は、前記外部電源から電力が供給されたことを検知した場合に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせ、かつ、前記切換スイッチをオフさせる。

また、本開示に係る充電制御方法は、外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記バッテリの本充電時における充電制御を行う電力変換装置の充電制御方法であって、前記電力変換装置は、前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、共通端子と第１端子との間を接続する第1状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、前記第1電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子とを有し、前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、制御部は、前記外部電源から電力が供給されたことを検知してから所定時間経過後に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせ、かつ、前記切換スイッチをオンさせる。

また、本開示に係る放電制御方法は、外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記容量部の放電時における放電制御を行う電力変換装置の放電制御方法であって、前記電力変換装置は、前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、共通端子と第１端子との間を接続する第1状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、前記第1電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子とを有し、前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、制御部は、前記外部電源からの電力供給量が閾値以下になった場合に、前記放電用スイッチング素子をオンにさせ、かつ、前記切換スイッチをオンにさせる。

本開示によれば、部品点数の増加を抑制しつつ容量部を放電することができる。

第１の実施の形態に係る電力変換装置を示す図である。 第１の実施の形態に係る電力変換装置における制御部の動作例を示すフローチャートである。 本開示の電力変換装置において切換スイッチのオフ状態を示す図である。 本開示の電力変換装置において切換スイッチのオン状態を示す図である。 電力変換部の前段に抵抗素子およびスイッチング半導体素子を有する電力変換装置を示す図である。 第２の実施の形態に係る電力変換装置を示す図である。 第２の実施の形態に係る電力変換装置における制御部の動作例を示すフローチャートである。 変形例に係る電力変換装置を示す図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本開示の第１の実施の形態に係る電力変換装置１を示す図である。

図１に示すように、電力変換装置１は、例えば、電動車両のバッテリ２を充電するための車載充電装置であり、外部交流電源３に接続され、外部交流電源３から供給される交流電力を直流電力に電力変換してバッテリ２を充電する。

電力変換装置１は、整流回路１０と、力率改善回路２０と、容量部３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、制御部５０と、突入電流低減部６０と、を有する。なお、力率改善回路２０が容量部３０を有していてもよい。

整流回路１０は、例えば、４つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路を有しており、外部交流電源３から出力された交流電力を全波整流して直流電力に変換し、力率改善回路２０に出力する。

力率改善回路２０は、整流回路１０から入力された直流電力の力率を改善する。

容量部３０は、電解コンデンサであり、電力変換装置１における電力供給側の第１電力線１Ａと、電力変換装置１における接地側の第２電力線１Ｂとの間に設けられている。容量部３０は、第１電力線１Ａを介して力率改善回路２０の出力に応じた電荷がチャージされることで、力率改善回路２０が出力する直流電力を平滑化する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、力率改善回路２０からの直流電力を、バッテリ２に供給する直流電力に変換する電力変換器であり、容量部３０の後段に設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電力変換部４１と、トランス１次側巻線４２と、トランス２次側巻線４３と、整流部４４と、を有する。

電力変換部４１は、力率改善回路２０から出力された直流電力を交流電力に変換する回路である。電力変換部４１は、放電用スイッチング素子４７をさらに有する。また、電力変換部４１は、電力変換部４１は、第１スイッチング素子４１Ａと、第２スイッチング素子４１Ｂと、第３スイッチング素子４１Ｃと、第４スイッチング素子４１Ｄと、を有する。

なお、本実施形態における電力変換部４１は、第１スイッチング素子４１Ａから第４スイッチング素子４１Ｄを有するフルブリッジ回路を備える構成であるが、第１スイッチング素子４１Ａおよび第２スイッチング素子４１Ｂのみを有するハーフブリッジ回路を備える構成であってもよい。

各スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、電力線を導通、不通に切り替え可能な半導体素子である。

第１スイッチング素子４１Ａおよび第２スイッチング素子４１Ｂは第１電力線１Ａと第２電力線１Ｂとの間に直列に接続されている。第１スイッチング素子４１Ａが第１電力線１Ａに接続され、第２スイッチング素子４１Ｂが第２電力線１Ｂに接続される。

第３スイッチング素子４１Ｃおよび第４スイッチング素子４１Ｄは、第１電力線１Ａと第２電力線１Ｂとの間に直列に接続されている。また、第３スイッチング素子４１Ｃおよび第４スイッチング素子４１Ｄは、第１スイッチング素子４１Ａおよび第２スイッチング素子４１Ｂと並列に配置されている。

各スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄには、後述する制御部５０の制御信号が入力され、各スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは、当該制御信号により、選択的にオンオフ動作が行われる。具体的には、第１動作状態と第２動作状態とが交互に繰り返し行われる。

第１動作状態は、第１スイッチング素子４１Ａおよび第４スイッチング素子４１Ｄがオン状態であり、第２スイッチング素子４１Ｂおよび第３スイッチング素子４１Ｃがオフ状態である動作状態である。

第２動作状態は、第１スイッチング素子４１Ａおよび第４スイッチング素子４１Ｄがオフ状態であり、第２スイッチング素子４１Ｂおよび第３スイッチング素子４１Ｃがオン状態である動作状態である。

これにより、力率改善回路２０から出力された直流電力が交流電力に変換されてトランス１次側巻線４２に入力される。

トランス１次側巻線４２は、第１スイッチング素子４１Ａと第２スイッチング素子４１Ｂとの接続線１Ｃと、第３スイッチング素子４１Ｃと第４スイッチング素子４１Ｄの接続線１Ｄとの間に設けられている。トランス１次側巻線４２は、スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄにより出力された交流電力をトランス２次側巻線４３に送電する。

トランス２次側巻線４３は、後述するダイオード４４Ａとダイオード４４Ｂとの接続線と、ダイオード４４Ｃとダイオード４４Ｄとの接続線との間に設けられている。トランス２次側巻線４３は、トランス１次側巻線４２より送電された交流電力を整流部４４に出力する。

整流部４４は、４つのダイオード４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄで構成されるダイオードブリッジ回路であり、トランス２次側巻線４３から入力された交流電力を直流電力に整流する。整流部４４から出力された直流電力は、図示しないコイルおよびコンデンサを経由してバッテリ２に出力される。これにより、バッテリ２が充電される。

突入電流低減部６０は、突入電流防止抵抗４５と、切換スイッチ４６と、を備える。突入電流防止抵抗４５は、特許請求の範囲における抵抗部の一例である。突入電流防止抵抗４５は、第２電力線１Ｂ上で、かつ、容量部３０よりも外部交流電源３側に設けられる抵抗素子である。初期充電時には、まず、容量部３０に電荷を蓄電（チャージ）するための充電がなされる。

容量部３０は初期充電開始時には、大きな突入電流が流れる。突入電流防止抵抗４５は上記突入電流を低減するために設けられる抵抗素子である。

また、突入電流防止抵抗４５は放電用スイッチング素子４７のオンオフ状態の切替により、容量部３０の放電経路Ｄの一部を構成する。

放電経路Ｄは、蓄電された状態の容量部３０を放電するための経路であり、オン状態の放電用スイッチング素子４７、切換スイッチ４６、および、突入電流防止抵抗４５を介して、容量部３０における第１電力線１Ａ側の端子と第２電力線１Ｂ側の端子との間を接続する経路である。

このように、突入電流防止抵抗４５は、突入電流を低減するだけではなく、容量部３０を放電するための経路の一部を構成するため、容量部３０を放電しつつ、装置の大型化およびコスト増を抑制することが可能となる。

切換スイッチ４６図１に示す通り端子が三点あるリレーである。後述する制御部５０は、共通端子ｒと第１端子ａとの間を接続する第１状態と、共通端子ｒと第２端子ｂとの間を接続する第２状態とを切り替える。切換スイッチ４６は、初期充電時、突入電流が発生する場合には、外部交流電源３から供給された電流が突入電流防止抵抗４５を介する回路を経由するように制御される。

また、初期充電完了後の本充電時には、切換スイッチ４６は、外部交流電源３から供給された電流が突入電流防止抵抗４５を経由しない回路になるように制御される。このように切換スイッチ４６が制御されることにより、外部交流電源３から供給された電流が突入電流防止抵抗４５を経由しないため、本充電時に電流量が低減されず効率よくバッテリ２を充電することができる。

また切換スイッチ４６は、三点の端子のうち共通端子ｒは第２電力線１Ｂの突入電流防止抵抗４５よりも外部交流電源３側に接続されている。第１端子ａは第２電力線１Ｂの突入電流防止抵抗４５よりもバッテリ２側に接続される。

さらに、電力変換部４１は、放電用スイッチング素子４７を有する。放電用スイッチング素子４７は、第１電力線１Ａと第２端子ｂとの間に接続される。放電用スイッチング素子４７は、突入電流防止抵抗４５とともに、容量部３０の放電経路Ｄの一部を構成する。後述する制御部５０が放電用スイッチング素子４７をオン状態に制御することで容量部３０に蓄電された電荷を放電することができる。放電する際に突入電流防止抵抗４５を介することで、電力変換装置１は電流を低減することができる。

制御部５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えている。制御部５０は予めせて設定されたプログラムに基づいて、容量部３０の放電制御を行うように構成される。

制御部５０は、例えば上記したＣＰＵ等のプロセッサとＲＯＭ等に記憶されたプログラム（ソフトウェア）との協働により制御信号を生成する。なお、制御部５０の機能は、ソフトウェアによって実現されるものに限らず、専用回路等のハードウェア構成によって実現されてもよい。

制御部５０は、外部交流電源３からの入力電力が供給されたことを検知した場合に、切換スイッチ４６をオフ状態に制御するとともに、放電用スイッチング素子４７をオフ状態に制御する。

すなわち、外部交流電源３からの入力電力が供給されたことを検知した場合に、制御部５０は、バッテリ２の充電時であると判断し、放電用スイッチング素子４７をオフ状態に制御する。この場合において、外部交流電源３からの入力電力が供給されたことを検知してから所定時間を経過する前は、バッテリ２の充電時の中で、容量部３０の初期充電時であるため、制御部５０は、切換スイッチ４６をオフ状態に制御する。

別の言い方をすると、制御部５０は、外部交流電源３から入力される入力電力が生じたタイミングで突入電流防止抵抗４５を機能させるために、切換スイッチ４６をオフ状態にする。なお、入力電力が生じる前から切換スイッチ４６がオフ状態の場合は、制御部５０はオフ状態を維持するように制御する。

容量部３０の初期充電時には、放電用スイッチング素子４７がオフ状態であり、かつ、切換スイッチ４６がオフ状態であるため、第１電力線１Ａから供給される電力は、第２電力線１Ｂ上の突入電流防止抵抗４５を介した経路を通ることになる。したがって、制御部５０が放電用スイッチング素子４７および切換スイッチ４６を制御することで突入電流が低減される。

制御部５０は、入力電力が発生してから所定時間が経過した後に、容量部３０の初期充電が完了したと判断し、バッテリ２の本充電に移る。制御部５０はバッテリ２の本充電時であると判断し、切換スイッチ４６をオン状態に制御するとともに、放電用スイッチング素子４７をオフ状態に制御する。また、制御部５０は、電力変換装置１が電力変換動作を行う場合に、上記の第１動作状態と第２動作状態とを交互にするように各スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのオンオフ状態を制御する。

別の言い方をすると、制御部５０は、外部交流電源３から入力される入力電力が生じてから所定期間経過後に切換スイッチ４６をオン状態にし、突入電流防止抵抗４５を機能させないようにする。また、初期充電完了後も引き続きバッテリ２の充電時であるため、放電用スイッチング素子４７はオフ状態を維持するように制御される。

上記説明の通り、バッテリ２の本充電時には、放電用スイッチング素子４７がオフ状態であり、かつ、切換スイッチ４６がオン状態であるため、第１電力線１Ａから供給される電力は、突入電流防止抵抗４５を介した経路ではなく、突入電流防止抵抗４５に対して無視できる程度の抵抗値である切換スイッチ４６の共通端子ｒと第２端子ｂとを接続する経路を通ることになる。このため、制御部５０は、効率よくバッテリ２を充電させることができる。

制御部５０は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下になった場合に、第１スイッチング素子４１Ａ、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、および、第４スイッチング素子４１Ｄをオフ状態に制御する。また、制御部５０は、切換スイッチ４６をオフ状態にするとともに、放電用スイッチング素子４７をオン状態に制御する。

すなわち、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下になった場合に、第１スイッチング素子４１Ａ、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、第４スイッチング素子４１Ｄは、オフ状態となり、切換スイッチ４６はオフ状態となり、放電用スイッチング素子４７は、オン状態となる。

別の言い方をすると、制御部５０は、外部交流電源３から入力される入力電力が停止されたタイミングで、放電経路Ｄによる放電制御を開始する。なお、放電制御を開始するタイミングは、外部交流電源３から入力される入力電力が停止されるタイミングに限られない。外部交流電源３からの電力供給量が閾値以下になった場合に、制御部５０は電荷放電時であると判断し、放電制御を開始するようにしてもよい。

なお、制御部５０は本実施の形態における電力変換装置１に必須の構成ではなく、例えば車両ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの外部ＥＣＵが本実施の形態における制御部５０の役割を兼用しても良い。

力率改善回路２０においては、大容量の容量部３０が必要となることが一般的に知られている。つまり、容量部３０の蓄電量は、それに応じて大きくなる。しかしながら、電力変換装置１では、外部交流電源３からの入力電力が停止したような場合、容量部３０を速やかに放電させる必要がある。

そのため、本実施の形態では、制御部５０が上記の制御を行うことにより、容量部３０の放電経路が構成される。これにより、電力変換装置１は、外部交流電源３からの入力電力が停止したような場合、容量部３０を速やかに放電させることができる。

以上のように構成された電力変換装置１における切換スイッチ４６および放電用スイッチング素子４７を制御する制御部５０の動作例について説明する。図２は、電力変換装置１における制御部５０の動作例を示すフローチャートである。図２に示すように制御部５０は、動作を開始する（スタート）。図２における処理は、例えば、外部交流電源３が電力変換装置１に接続された際に実行される。

例えば、外部交流電源３からの電力をバッテリ２に供給する電力ケーブルが電力変換装置１に接続されたことを検知した場合に、制御部５０はバッテリ２の充電が開始されると判断し、動作を開始する。

次に、制御部５０は、外部交流電源３からの入力電力の有無を検知する（ステップＳ１０１）。外部交流電源３から電力が供給されたことを検知した場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）に、制御部５０はバッテリ２の充電時であると判断し、放電用スイッチング素子４７をオフ状態にする（ステップＳ１０２）。また、制御部５０は、バッテリ２の充電時の中でも、容量部３０の初期充電時であると判断し、切換スイッチ４６をオフ状態にする（ステップＳ１０２）。

なお、スタート時にすでに切換スイッチ４６がオフ状態の場合には、制御部５０は、そのまま切換スイッチ４６のオフ状態を維持するように制御する。切換スイッチ４６のオフ状態とは、図３に示されるように切換スイッチ４６をｂ側に接続することをいう。

制御部５０は、第１電力線１Ａに設けられた電流計（図示しない）の電流値に基づいて、外部交流電源３からの入力電力を検知してもよいし、容量部３０に並列に配置された電圧計（図示しない）の電圧値に基づいて外部交流電源３からの入力電力を検知してもよい。また、外部交流電源３からの電力をバッテリ２に供給する電力ケーブルが電力変換装置１に接続されたことにより検知した場合に、制御部５０は、放電用スイッチング素子４７をオフ状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御するようにしてもよい。なお、上記の電流計および電圧計は本開示における電力変換装置１の必須の構成ではない。

ステップＳ１０２の後、容量部３０の初期充電が開始される。容量部３０の初期充電時には、突入電流が生じるため、制御部５０は、切換スイッチ４６をオフ状態に制御し、電流が流れる経路が突入電流防止抵抗４５を介する経路となるようにする。このようにすることで、制御部５０は、突入電流を低減させることができる。

ステップＳ１０１において、外部交流電源３から電力が供給されたことが検知されない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、フローチャートはステップＳ１０１の手前に戻される。

制御部５０は、ステップＳ１０２の後、所定期間（例えば５秒）が経過したかどうかを測定する（ステップＳ１０３）。所定期間経過している場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）に、容量部３０の初期充電が完了し、バッテリ２の本充電時であると判断する。このとき、引き続きバッテリ２の充電中であるため制御部５０は、放電用スイッチング素子４７をオフ状態に維持したまま、切換スイッチ４６をオン状態にする（ステップＳ１０４）。切換スイッチ４６のオン状態とは、図４に示されるように切換スイッチ４６をａ側に接続することをいう。

なお、所定期間は５秒に限らない。容量部３０が十分に蓄電されるまでの期間を予め計算しておき、それを所定期間として設けてもよい。この場合には、所定期間は、容量部３０の容量値によって変わってくる。

また、容量部３０に並列に電圧計（図示しない）を設けるようにし、容量部３０が十分に蓄電されたかどうかを判断し、十分蓄電された場合に、制御部５０が放電用スイッチング素子４７をオフ状態に維持したまま、切換スイッチ４６をオン状態にするようにしてもよい。

制御部５０とは別に電力変換装置１はタイマーを設け、所定期間を経過しているか否かを検出するようにしてもよい。

ステップＳ１０３において、所定期間経過前である場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）には、フローチャートは、ステップＳ１０３の手前に戻される。

ステップＳ１０４の後、バッテリ２の本充電が開始される。制御部５０は、電力変換動作を開始する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部５０は、第１動作状態および第２動作状態を交互に繰り返すように、各スイッチング素子４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのオンオフ制御を行う。

バッテリ２の本充電時には、制御部５０は、切換スイッチ４６をオン状態に制御する。これにより、制御部５０は、突入電流防止抵抗４５を経由せずに電流を流すことができ、効率よくバッテリ２を充電させることができる。

次に制御部５０は、電力変換動作が終了したか否かについて判断する（ステップＳ１０６）。電力変換動作が終了している場合（ステップＳ１０６、ＹＥＳ）に、容量部３０の放電時であると判断し、制御部５０は放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御する（ステップＳ１０７）。

すなわち、入力電力が閾値以下となったタイミングで放電経路Ｄによる放電制御を開始する。制御部５０が放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御することで、容量部３０の放電経路Ｄが構成され、容量部３０の速やかな放電が可能になる。

なお、電力変換動作が終了したか否かの判断の具体例として、バッテリ２の電圧値が閾値以上の場合に電力変換動作が終了したと判断してもよい。すなわち、バッテリ２の電圧値が閾値以上の場合に、容量部３０の放電時であると判断し、制御部５０は放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御するようにしてもよい。また、電力変換動作が終了したか否かの判断の他の具体例として、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下である場合に、容量部３０の放電時であると判断し、制御部５０は放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御するようにしてもよい。また、外部交流電源３からの入力電力を停止した場合に、電力変換動作が終了したと判断し、制御部５０が、放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態にしてもよい。

また、外部交流電源３からの電力をバッテリ２に供給する電力ケーブルが電力変換装置１に接続されていないこと（接続が外れたこと）を検知した場合に、制御部５０は、電力変換動作が終了し、容量部３０の電荷放電時であると判断してもよい。電力ケーブルが電力変換装置１に接続されていないこと（接続が外れたこと）は、第１電力線１Ａに接続された電流計（図示しない）の電流値や容量部３０に並列に接続された電圧計（図示しない）の電圧値に基づき検知するようにしてもよい。

このように構成することで、制御部５０は、入力電力が停止したような場合に、容量部３０に蓄電された電荷を速やかに放電させることができる。

外部交流電源３から供給される入力電力が閾値より大きい場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）には、フローチャートはステップＳ１０６の手前に戻される。

ステップＳ１０７の後、本制御は終了する（エンド）。なお、制御部５０は、容量部３０の放電完了後、本制御の終了前に、放電用スイッチング素子４７および切換スイッチ４６を制御してもよい。

以上のように構成された本実施の形態によれば、容量部３０の初期充電時、バッテリ２の本充電時、および、容量部３０の放電時において、制御部５０が適切に放電用スイッチング素子４７および切換スイッチ４６を制御することにより、容量部３０の初期充電時に突入電流が低減され、かつ、容量部３０の放電時に容量部３０の速やかな放電が可能になる。

ところで、容量部３０を放電する構成としては、例えば、図５に示すように、電力変換部４１の前段において第１電力線１Ａと第２電力線１Ｂとの間に抵抗素子Ｒおよびスイッチング半導体素子Ｓが直列に接続された構成が知られている。この構成では、抵抗素子Ｒが第１電力線１Ａに接続され、スイッチング半導体素子Ｓが第２電力線１Ｂに接続されている。

しかしながら、このような構成では、初期充電時に生じる突入電流を低減するために別途、突入電流防止するための抵抗素子が必要となり、装置の大型化およびコスト増となるおそれがある。

特に、車載機器においては、外乱の影響を受ける可能性が民生機器と比較して高いので、上記の放電回路を設ける必要性が高く、ひいては装置のさらなる大型化およびコスト増となるおそれがある。また、車載充電装置の場合、バッテリ２の充電時間短縮のため、各回路を複数設けた場合、放電回路はその分必要となるため、装置のさらなる大型化およびコスト増となるおそれがある。

それに対して、本実施の形態に係る電力変換装置１は、図５における抵抗素子Ｒと別途必要な突入電流防止抵抗４５とを共用化させており、図５の構成と比較して、突入電流防止抵抗４５を別に設ける必要が無いので、電力変換装置１の大型化およびコスト増を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本実施の形態の電力変換装置１００の構成の一例について説明する。図６は、本開示の第２の実施の形態に係る電力変換装置１００を示す図である。図６において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。

本実施の形態における電力変換装置１００の構成は、第１の実施の形態における電力変換装置１における放電用スイッチング素子４７と第１スイッチング素子４１Ａとを共用化した構成となっている点で第１の実施の形態における電力変換装置１とは異なる。

すなわち、本実施の形態における電力変換装置１００は、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）と第２電力線１Ｂとの間に第２スイッチング素子４１Ｂを有する構成となっており、さらに切換スイッチ４６の第２端子ｂが放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）と第２スイッチング素子４１Ｂとの接続線１Ｃに接続されている。

制御部５０は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となった場合に、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、および、第４スイッチング素子４１Ｄをオフ状態にする。また、制御部５０は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となった場合に、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）をオン状態にする。

すなわち、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となった場合に、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、および、第４スイッチング素子４１Ｄはオフ状態となり、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）はオン状態となる。別の言い方をすると、制御部５０は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となるタイミングで、電荷放電時であると判断し、放電経路Ｄによる放電制御を開始する。

なお、本実施の形態においては、制御部５０が、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となるタイミングで、放電経路Ｄによる放電制御を開始しているが本開示は、これに限定されない。制御部５０は、外部交流電源３からの入力電力を停止したタイミングで、放電経路Ｄによる放電制御を開始するようにしてもよい。

また、制御部５０は、外部交流電源３からの電力をバッテリ２に供給する電力ケーブルが電力変換装置１から接続を外されたこと（接続されていない事）を検知した場合に、放電経路Ｄによる放電制御を開始しても良い。

本実施の形態における電力変換装置１００においては、各スイッチング素子４７（４１Ａ）、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを有するフルブリッジ回路を構成していたが、本開示はこれに限定されない。放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）と第２スイッチング素子４１Ｂとを有するハーフブリッジ回路を構成しても良い。

上記の場合には、制御部５０は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となった場合に、第２スイッチング素子４１Ｂをオフ状態にし、かつ、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）をオン状態することで容量部３０の放電を行う。

本実施の形態では、制御部５０が上記の制御を行うことにより、容量部３０の放電経路Ｄが構成される。これにより、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下となった場合に、容量部３０を速やかに放電させることができる。

また、電力変換装置１００が電力変換動作を行う場合、制御部５０は、第１の動作状態と第２動作状態とを交互にするように、各スイッチング素子４７（４１Ａ）、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのオンオフ状態を制御する。

例えば、第１動作状態の場合、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）がオン状態になり、第３スイッチング素子４１Ｃがオフ状態になる。この場合、第１電力線１Ａから供給される入力電力は、突入電流防止抵抗４５を介した経路ではなく、突入電流防止抵抗４５に対して無視できる程度の抵抗値である放電用スイッチング素子４７を介した経路を通る。

また、第２動作状態の場合、第３スイッチング素子４１Ｃがオン状態になり、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）がオフ状態になる。この場合、第１電力線１Ａから供給される入力電力は、突入電流防止抵抗４５を介した経路ではなく、突入電流防止抵抗４５に対して無視できる程度の抵抗値である第３スイッチング素子４１Ｃの経路を通る。

すなわち、突入電流防止抵抗４５によって、第１電力線１Ａと接続線１Ｃとを接続しても、電力変換動作に影響することなく、電力変換装置１００における電力変換動作を行うことができる。

以上のように構成された電力変換装置１００における切換スイッチ４６および放電用スイッチング素子４７を制御する制御部５０の動作例について説明する。図７は、電力変換装置１００における制御部５０の動作例を示すフローチャートである。図７における処理は、例えば、外部交流電源３が電力変換装置１００に接続された際に実行される。

図７に示すように制御部５０は、動作を開始する（スタート）。例えば、外部交流電源３からの電力をバッテリ２に供給する電力ケーブルが電力変換装置１に接続されたことを検知した場合に、制御部５０はバッテリ２の充電が開始されると判断し、動作を開始する。

次に、制御部５０は、外部交流電源３からの入力電力の有無を検知する（ステップＳ２０１）。外部交流電源３から電力が供給されたことを検知した場合（ステップＳ２０１、ＹＥＳ）に、制御部５０はバッテリ２の充電時であると判断し、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）をオフ状態にする（ステップＳ２０２）。

また、制御部５０は、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、および、第４スイッチング素子４１Ｄをオフ状態にする（ステップＳ２０２）。さらに、制御部５０は、容量部３０の初期充電時であると判断し、切換スイッチ４６をオフ状態にする（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０１において、外部交流電源３から電力が供給されたことが検知されない場合（ステップＳ２０１、ＮＯ）、フローチャートはステップＳ２０１の手前に戻される。

制御部５０は、ステップＳ２０２の後、所定期間（例えば５秒）が経過したかどうかを測定する（ステップＳ２０３）。所定期間経過している場合（ステップＳ２０３、ＹＥＳ）に、バッテリ２の充電時であるが初期充電が完了し、バッテリ２の本充電時であると判断する。このとき制御部５０は、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）をオフ状態に維持したまま、切換スイッチ４６をオン状態にする（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０３において、所定期間経過前である場合（ステップＳ２０３、ＮＯ）には、フローチャートは、ステップＳ２０３の手前に戻される。

ステップＳ２０４の後、バッテリ２の本充電が開始される。制御部５０は、電力変換動作を開始する（ステップＳ２０５）。具体的には、制御部５０は、第１動作状態および第２動作状態を交互に繰り返すように、各スイッチング素子４７（４１Ａ）、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのオンオフ制御を行う。

次に制御部５０は、電力変換動作が終了したか否かについて判断する（ステップＳ２０６）。電力変換動作が終了している場合（ステップＳ２０６、ＹＥＳ）に、容量部３０の電荷放電時であると判断し、制御部５０は放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、および、第４スイッチング素子４１Ｄをオフ状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御する（ステップＳ２０７）。

すなわち、電力変換動作が終了したタイミングで放電経路Ｄによる放電制御を開始する。制御部５０が放電用スイッチング素子４７をオン状態にし、かつ、切換スイッチ４６をオフ状態に制御することで、容量部３０の放電経路Ｄが構成され、容量部３０の速やかな放電が可能になる。また、電力変換動作が終了したか否かの判断の具体例は図２の場合と同様であるため省略する。

外部交流電源３から供給される入力電力が閾値より大きい場合（ステップＳ２０６、ＮＯ）には、フローチャートはステップＳ２０６の手前に戻される。

ステップＳ２０７の後、本制御は終了（エンド）する。なお、容量部３０の放電完了後、本制御の終了前に、制御部５０は、放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、第４スイッチング素子４１Ｄ、および、切換スイッチ４６のいずれかを制御してもよい。

以上のように構成された本実施の形態によれば、容量部３０の初期充電時、バッテリ２の本充電時、および、容量部３０の放電時において、制御部５０が適切に放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）、第２スイッチング素子４１Ｂ、第３スイッチング素子４１Ｃ、第４スイッチング素子４１Ｄ、および、切換スイッチ４６を制御することにより、容量部３０の初期充電時に突入電流が低減され、かつ、容量部３０の速やかな放電が可能になる。

本実施の形態に係る電力変換装置１００は、図５の構成におけるスイッチング半導体素子Ｓを、電力変換部４１の第１スイッチング素子４１Ａとするものである。つまり、本実施の形態では、放電用スイッチング素子４７と第１スイッチング素子４１Ａとを共用化させることで、図５の構成と比較して、本実施の形態では、スイッチング半導体素子Ｓを電力変換部４１とは別に設ける必要が無いので、電力変換装置１００の大型化およびコスト増を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る電力変換装置１００は、第１の実施の形態における電力変換装置１の放電用スイッチング素子４７を、電力変換部４１の第１スイッチング素子４１Ａとするものである。つまり、本実施の形態では、放電用スイッチング素子４７と第１スイッチング素子４１Ａとを共用化させることで、第１の実施の形態における電力変換装置１の構成と比較しても、放電用スイッチング素子４７を別に設ける必要が無いので、電力変換装置１００の大型化およびコスト増を抑制することができる。

（変形例）
本実施の形態では、切換スイッチ４６の第２端子ｂが放電用スイッチング素子４７（４１Ａ）と第２スイッチング素子４１Ｂとの接続線１Ｃに接続されていたが、本開示はこれに限定されない。図８に示すように、例えば、切換スイッチ４６の第２端子ｂが、第３スイッチング素子４１Ｃと第４スイッチング素子４１Ｄとの接続線１Ｄに接続されていてもよい。

本変形例に係る電力変換装置２００の構成では、制御部５０は、容量部３０を放電する場合、第１スイッチング素子４１Ａ、第２スイッチング素子４１Ｂ、および、第４スイッチング素子４１Ｄをオフ状態にし、第３スイッチング素子４１Ｃをオン状態にする。

この場合の放電経路Ｄは、オン状態の第３スイッチング素子４１Ｃ、接続線１Ｄ、切換スイッチ４６、および、突入電流防止抵抗４５を介して、容量部３０における第１電力線１Ａ側の端子と第２電力線１Ｂ側の端子との間を接続する経路となり、第３スイッチング素子４１Ｃ、接続線１Ｄ、切換スイッチ４６、および、突入電流防止抵抗４５で構成される。

また、上記実施の形態に係る電力変換装置１００は、外部交流電源３から供給される入力電力が閾値以下のタイミングで容量部３０の放電のための制御を開始したが、本開示はこれに限定されず、他のタイミングで当該制御を開始しても良い。他のタイミングとしては、例えば、容量部３０が蓄電しきったタイミングや、車両が走行する準備を開始したタイミング等が挙げられる。

また、上記実施の形態に係る電力変換装置１００では、電力変換装置としてＤＣ／ＤＣコンバータ４０を開示したが、本開示はこれに限定されず、ＤＣＤＣコンバータ以外の電力変換装置であってもよい。

また、車載に搭載されるＤＣＤＣコンバータ以外の電力変換装置であってもよく、自動車に搭載されたバッテリ以外のバッテリを充電するための電力変換装置であってもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示の電力変換装置は、容量部を放電しつつ、装置の大型化およびコスト増を抑制することが可能な電力変換装置、車両、充電制御方法および充電制御方法として有用である。

１、１００、２００ 電力変換装置
１Ａ 第１電力線
１Ｂ 第２電力線
１Ｃ、１Ｄ 接続線
２ バッテリ
３ 外部交流電源
１０ 整流回路
２０ 力率改善回路
３０ 容量部
４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１Ａ 第１スイッチング素子
４１Ｂ 第２スイッチング素子
４１Ｃ 第３スイッチング素子
４１Ｄ 第４スイッチング素子
４２ トランス１次側巻線
４３ トランス２次側巻線
４４ 整流部
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄ ダイオード
４５ 突入電流防止抵抗
４６ 切換スイッチ
５０ 制御部
６０ 突入電流低減部
Ｄ 放電経路

Claims (16)

1. 外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置であって、
   前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、
   共通端子と第１端子との間を接続する第１状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、
   前記第１電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子と、
   を有し、
   前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、
   前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続される、
   電力変換装置。
2. 前記放電用スイッチング素子のオンオフの切り替えを制御する制御部をさらに有し、
   前記制御部は、前記放電用スイッチング素子を前記バッテリの充電時にオフにさせ、前記容量部の電荷放電時にオンさせる、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記外部電源から電力が供給されることを検知した場合に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせる、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記外部電源からの電力を前記バッテリに供給する電力ケーブルが前記電力変換装置に接続されたことを検知した場合に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせる、
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記電力変換装置の電力変換動作が終了したと判断した場合に、前記放電用スイッチング素子をオンにさせる、
   請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記外部電源からの電力を前記バッテリに供給する電力ケーブルが前記電力変換装置に接続されていないことを検知した場合に、前記放電用スイッチング素子をオンにさせる、
   請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、前記切換スイッチのオンオフの切り替えについても制御を行い、
   前記制御部は、前記切換スイッチを前記バッテリの初期充電時にオフにさせ、前記バッテリの本充電時にオンさせる、
   請求項３乃至６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、前記切換スイッチを前記容量部の放電時にオフにさせる、
   請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記制御部は、前記外部電源から電力が供給されることを検知してから所定時間経過後に前記切換スイッチをオンさせる、
   請求項７に記載の電力変換装置。
10. 前記容量部に並列に配置され、前記容量部の電圧を検知する電圧計をさらに有し、
    前記制御部は、前記電圧計の電圧値が閾値以上の場合に前記切換スイッチをオンさせる、
    請求項７に記載の電力変換装置。
11. 前記制御部は、前記外部電力の電力を前記バッテリに供給する電力ケーブルが前記電力変換装置に接続されたことを検知してから所定時間経過後に前記切換スイッチをオンさせる、
    請求項７に記載の電力変換装置。
12. 前記放電用スイッチング素子と前記第２電力線との間に第２スイッチング素子をさらに有し、
    前記第２端子は、前記放電用スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続線に接続される、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電力変換装置を含む車両。
14. 外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記容量部の初期充電時における充電制御を行う電力変換装置の充電制御方法であって、
    前記電力変換装置は、
    前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、
    共通端子と第１端子との間を接続する第１状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、
    前記第１電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子と、
    を有し、
    前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、
    前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、
    制御部が、前記外部電源から電力が供給されることを検知した場合に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせ、かつ、前記切換スイッチをオフさせる、
    充電制御方法。
15. 外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記バッテリの本充電時における充電制御を行う電力変換装置の充電制御方法であって、
    前記電力変換装置は、
    前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、
    共通端子と第１端子との間を接続する第１状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、
    前記第１電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子と、
    を有し、
    前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、
    前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、
    制御部が、前記外部電源から電力が供給されることを検知してから所定時間経過後に、前記放電用スイッチング素子をオフにさせ、かつ、前記切換スイッチをオンさせる、
    充電制御方法。
16. 外部電源から入力される入力電力を第１電力線と第２電力線との間に接続された容量部を介して、バッテリに供給するための電力に変換する電力変換装置において、前記容量部の放電時における放電制御を行う電力変換装置の放電制御方法であって、
    前記電力変換装置は、
    前記第２電力線上で、かつ、前記容量部よりも前記外部電源側に設けられる抵抗部と、
    共通端子と第１端子との間を接続する第１状態と、前記共通端子と第２端子との間を接続する第２状態とを切り替える切換スイッチと、
    前記第１電力線と前記第２端子との間に接続される放電用スイッチング素子と、
    を有し、
    前記共通端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記外部電源側に接続され、
    前記第１端子は、前記第２電力線の前記抵抗部よりも前記バッテリ側に接続され、
    制御部が、前記電力変換装置の電力変換動作が終了したと判断した場合に、前記放電用スイッチング素子をオンにさせ、かつ、前記切換スイッチを前記第２状態にさせる、
    放電制御方法。

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