JP5523511B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に係わり、さらに詳しくは、特別な検出回路を追加することなく、コンデンサに溜まった電圧を、安全対策のために放電する放電スイッチ（例えば、放電リレー）の故障検出を行うことができる電気自動車用の電力変換装置に関する。

電気自動車には、電動モータのみを駆動源とする車両と、駆動源として電動モータとエンジンとを有するハイブリッド車両とがある。
いずれのタイプの電気自動車においても、電動モータに電力を供給するために、蓄電デバイスとしてのバッテリを有しており、バッテリの残存容量が低下した場合には外部からバッテリを充電する必要がある。
また、駆動源として電動モータとエンジンを有するハイブリッド車両においては、通常では、エンジンを駆動してバッテリを充電するが、エンジンを駆動させることなく、外部入力電源から電力を供給してバッテリを充電することもある。

ハイブリッド車両を含めて電動モータを有する電気自動車においては、バッテリを外部から充電するときには、蓄電デバイス（すなわち、バッテリ）に対する充電を家庭用の商用電源により行う必要がある。
そのため、電気自動車には商用電源を昇圧して直流電力に変換する電力変換装置が搭載されることになる。
こうした電気自動車の電力変換装置では、安全性を確保するために、ユーザーが装置に触れたときに感電することを懸念して、電力変換装置内部の蓄電素子（すなわち、コンデンサ）に溜まった電荷を抜く必要あり、装置の内部に放電回路を設けて放電を行う構造がとられている。
また、こうした放電回路は、通常の電力変換動作中は機能してはいけない。
従って、電力変換回路（電力変換装置）と放電回路を切り離すために半導体スイッチング素子やリレーなどのスイッチを設けており、動作中はこれらのスイッチを開閉することにより放電回路と電力変換回路の経路を断つことが行われる。

ところで、放電回路に使用するスイッチ（例えば、リレー）は、瞬間的に過大な電流が流れることによって生じる「焼き付き」などによって溶着する恐れがある。
従来のリレー溶着検出方法としては、特開２０１０−１８３７９５号公報（特許文献１）に開示される技術が知られている。
特許文献１には、電気自動車の充電リレー溶着判定装置が示されており、「充電リレーのリレー接点の溶着を検出する溶着検出回路部は、充電リレーに駆動コイルと隣接して検出コイルを設け、充電リレーが非作動状態のとき、駆動コイルにパルス電流を通電させるパルス電流通電部を設け、パルス電流の通電に伴う検出コイルの出力から進退杆が所定位置か否かを判定することで、リレーの溶着を検出する。」ことが記載されている。

特開２０１０−１８３７９５号公報

しかしながら、上記した従来のリレー溶着検出には、リレー溶着検出のための回路を追加する必要があり、回路規模が大型化してしまう。
このため、上記したような従来のリレー溶着判定装置を用いると、電力変換装置が大型化し、製造コストが高くなる問題があった。この問題は、メインリレーや充電用リレーのみならず、放電用リレーにおいても同様である。

本発明は上記のような問題を解消するために成されたものであって、特別な検出回路を追加することなく、電力変換装置のコンデンサに溜まった電荷を放電させるための放電スイッチ部（半導体スイッチング素子、リレーなど）のショート故障（溶着故障）、オープン故障、接触不良（接点不良）を検出することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力変換装置は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの後段に配置されるとともに、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記平滑コンデンサを接離するメインスイッチと、前記メインスイッチの後段に直列接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗をバイパスするために、前記突入電流防止抵抗と並列に接続された充電スイッチを備えた電力変換装置において、前記平滑コンデンサの正極側と前記突入電流防止抵抗の前段を接離する放電スイッチと、前記突入電流防止抵抗と前記平滑コンデンサの正極側との間に接続された整流ダイオードと、前記突入電流防止抵抗と前記平滑コンデンサの負極側との間に接続された短絡用スイッチと、前記各スイッチをオン／オフ制御する制御部と、前記交流電源から入力される電流値を検出する交流電流検出回路と前記平滑コンデンサの電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路のうち少なくとも１つが設けられ、前記電流値あるいは前記電圧値を所定値と比較し、前記放電スイッチが故障しているか否かを判定する故障検出手段を前記制御部に設けたことを特徴とするものである。

この発明によれば、特別な検出回路を追加することなく、安全対策のために配置される放電スイッチ部（半導体スイッチング素子、リレー等）の故障を安価な構成で検出できる電力変換装置を提供できるとともに、電力変換装置の大型化およびコストアップの防止を図ることができる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、突入電流を防止するときの電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、昇圧動作を行うときの電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、昇圧動作を行うときの電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、放電動作を行うときの電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、突入電流防止動作時に放電リレーがショート故障を起こしている場合の電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、充電動作中に放電リレーがショート故障を起こしている場合の電流経路を示す図である。 実施の形態１による電力変換装置において、放電リレーの接触不良およびオープン故障を検出するときの平滑コンデンサ電圧電圧値と故障判定結果との関係を表す図である。 実施の形態１による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態１による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態２による電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態２による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態２による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態３による電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態３において、突入電流を防止し、平滑コンデンサを充電するときの電流経路を示す図である。 実施の形態３において、突入電流を防止し、直流電圧源を充電するときの電流経路を示す図である。 実施の形態３において、放電動作時の電流経路を示す図である。 実施の形態３による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態３による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態４による電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態４による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態４による電力変換装置の変形例を示す構成図である。 実施の形態５による電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態５において、放電動作時の電流経路を示す図である。 実施の形態５において、放電動作時の電流経路を示す図である。 実施の形態５において、突入電流防止動作時に放電リレーがショート故障を起こしている場合の電流経路を示す図である。 実施の形態５において、突入電流防止動作時に放電リレーがショート故障を起こしている場合の電流経路を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであること表す。
以下の各実施の形態では、安全対策のためにコンデンサに溜まった電圧を放電する放電スイッチ（例えば、放電リレー）の故障検出を「特別な回路を追加することなく安価に行える方法」について述べるが、メインスイッチ（メインリレー）や充電スイッチ（充電リレー）の故障検出については、本願の出願人が２０１２年２月２３日に出願した特願２０１２−３７２０１号にて説明している。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置について説明する。
図1は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。
図1に示すように、交流入力電源としての交流電源１の後段には、交流電源１の電圧を整流するダイオードブリッジ回路１２（ＡＣ／ＤＣコンバータの一例）、システムのメインとなるメインリレー２（メインスイッチとも称す）が接続され、さらに、突入電流防止抵抗４、限流回路としてのリアクトル１３が順に直列に接続されている。
また、電力変換時は、突入電流防止抵抗４をバイパスするために、突入電流防止抵抗４と並列に、後述する平滑コンデンサ１６や直流電圧源２２を充電するための充電リレー３（充電スイッチとも称す）が接続されている。
また、交流電源１と並列に交流電圧検出回路３１が設けられおり、ダイオードブリッジ回路１２（ＡＣ／ＤＣコンバータ）の前段に、交流電源１からの入力電流値を取得する交流電流検出回路３２が設けられている。

リアクトル１３の出力は、短絡用スイッチ１５と整流ダイオード１４の接続点に接続され、整流ダイオード１４のカソードは、出力段の平滑コンデンサ１６の正極に接続されている。
また、短絡用スイッチ１５と整流ダイオード１４のアノードとの接続点がリアクトル１３の後段に接続され、短絡用スイッチ１５の他端は平滑コンデンサ１６の負極に接続されている。また、平滑コンデンサ１６と並列に平滑コンデンサ電圧検出回路３３が設けられている。
なお、図１において、交流電圧検出回路３１および平滑コンデンサ電圧検出回路３３の「ＳＶ１」および「ＳＶ２」は、検出される電圧を表しており、交流電流検出回路３２の「ＳＩ１」は、検出される電流を表している。これは、他の図についても同じである。

平滑コンデンサ１６の電荷を抜くための放電リレー６（放電スイッチとも称す）の一端は平滑コンデンサ１６の正極側に接続されており、放電リレー６の他端はメインリレー２の後段側に接続される。
制御部５は、制御線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにより、それぞれメインリレー２、充電リレー３、放電リレー６、短絡用スイッチ１５を接離制御（すなわち、オン／オフ制御）する。また、制御部５は、信号線４１ａ、４１ｂ、４１ｃによりそれぞれ交流電圧検出回路３１、交流電流検出回路３２、平滑コンデンサ電圧検出回路３３から電圧値または電流値を取得する。また、制御部５は、故障検出手段（図示なし）を備える。
なお、短絡用スイッチ１５は、ダイオードが逆並列接続された半導体スイッチング素子（半導体スイッチ素子とも称す）で構成したものを示しているが、これに限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良い。

このように構成される電力変換装置の動作に基づいて説明する。
通常、メインリレー２をオンすると、交流電源１から電荷が溜まっていない平滑コンデンサ１６に過大な電流（以下、突入電流と称す）が流れる。
このため、動作開始時、制御部５は、メインリレー２をオン、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオンし、入力電流経路を「突入電流防止抵抗４を通る経路」に切り替えることで、図２に示すように、「交流電源１→ダイオードブリッジ回路１２→メインリレー２→突入電流防止抵抗４→リアクトル１３」という経路で電流を流し、交流電源１からの突入電流を低減する。

次に、平滑コンデンサ１６の電圧が上がると、交流電源１から電流が流れなくなる。
このとき、充電リレー３をオフすることで、「交流電源１→ダイオードブリッジ回路１２→メインリレー２→突入電流防止抵抗４→リアクトル１３」という経路で電流が流れ、突入電流を防ぎ、電力変換装置の昇圧動作を行う。
なお、図２において、太い実線のＡ１は、図１に示す電力変換装置において突入電流を防止するときの電流経路である。
なお、図２においては、簡略化のために、図１に示した制御部、制御線および信号線は省略している。その他の図においても、制御部、制御線および信号線は省略している。

次に、電力変換装置の昇圧動作について説明する。
まず、制御部５は、図３に示すように、メインリレー２をオン、充電リレー３をオン、放電リレー６をオフ、短絡用スイッチ１５をオンすることで、リアクトル１３に電流を流し、電力を蓄える。Ａ２は、このときの電流経路を示す。
次に、図４に示すように、制御部５は短絡用スイッチ１５をオフする。
すると、磁化されたリアクトル１３の両端に電圧ＶＬが発生する（電圧の向きは直前まで流していた電流の向き）。Ａ３は、このときの電流経路を示す。
以上の動作により、交流電源１の電圧Ｖａｃにリアクトル１３で発生する電圧ＶＬが加わることで昇圧動作を行う。

平滑コンデンサ１６の電圧をＶｄｃとすると、以下の式（１）が成り立つ。
Ｖａｃ ＋ ＶＬ ＝ Ｖｄｃ ・・・ 式（１）
要するに、リアクトル１３を磁化させることで磁気エネルギーを溜め、その磁気エネルギーを再び電気エネルギー変えて放出する。
コイル（すなわち、リアクトル１３）に溜まる磁気エネルギーＷは、以下の式（２）で求まる。
Ｗ = １／２ × ＨＩ^２ ・・・ 式（２）
（Ｗ：ジュール、Ｈ：インダクタンス、I：電流）

次に、放電動作について説明する。昇圧動作終了後に、制御部５は、メインリレー２をオフ、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。このとき、図５に示す経路Ａ４で電流が流れ、平滑コンデンサ１６に溜まった電荷を抜く。
ここで、実施の形態１による電力変換装置における「放電リレーのショート故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
なお、「ショート故障」には、「リレー接点の溶着による故障」のほかに「ＭＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチ内部の短絡などによる故障」なども含まれる。
昇圧動作開始前、電力変換装置は突入電流防止動作を行うために、制御部５は、メインリレー２、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオフする。
このとき、突入電流防止抵抗４を通る経路Ａ１だけのはずが、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。これは、放電リレー６がショートしている場合、突入電流防止抵抗４を介さない図６に示す点線の経路Ａ５で電流が流れるためである。

同様に、昇圧動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のとき、制御部５の故障検出手段は、メインリレー２がショート故障したと判定する。
昇圧動作中に放電リレー６がショート故障した場合、図７に示す経路Ａ６で電流が流れ、昇圧できなくなる。

次に、実施の形態１による電力変換装置における「放電リレーの接触不良（接点不良）およびオープン故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
制御部５は、放電動作時にメインリレー２をオフ、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。このとき、制御部５は、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧を確認する。そして、平滑コンデンサ１６の電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がオープン故障していると判定する。また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

図８は、制御部５の故障検出手段が放電リレー６の接触不良およびオープン故障を判定する際の判定基準となる「平滑コンデンサ１６の電圧と故障判定結果との関係」を示す図である。
なお、図８において、横軸は時間、縦軸は平滑コンデンサ１６の電圧、Ｖth1は第１の電圧閾値、Ｖth2は第２の電圧閾値である。また、ｔ0は、メインリレー２、充電リレー３、放電リレー６および短絡用スイッチ１５をオンする時間であり、ｔ1は、メインリレー２および充電リレー３をオフ、放電リレー６および短絡用スイッチ１５をオンしてからの所定の時間である。

また、実施の形態１による電力変換装置の構成は、整流回路（ＡＣ／ＤＣコンバータ）にダイオードブリッジ回路１２を用いたが、これに限るものではなく、例えば、図９のような回路構成でも良い。
図９では、整流ダイオード１４ａ、１４ｂ、半導体スイッチ素子１５ａ、１５ｂで整流回路を構成している。
また、実施の形態１では放電用の抵抗に１つの突入電流防止抵抗４を使用したが、これに限るものではなく、例えば、図１０に示すように、突入電流防止抵抗４ａと放電用抵抗４ｂに分けてもよい。
また、実施の形態１では、開閉器としてリレーを使用したが、これに限るものではなく、例えば、MOSFET、IGBT等の半導体スイッチング素子でもよい。

ここで、本実施の形態における制御部５の動作について、以下に説明しておく。
（１）動作開始時（ＡＣ電圧印加時）
制御部５は、メインリレー２のみオン、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオフ、半導体スイッチ素子１５をオフする。このとき、交流電源１からメインリレー２→突入電流防止抵抗４→リアクトル１３→平滑コンデンサ１６を通る電流経路になる。この目的は、突入電流防止抵抗４を通る電流経路にすることである。→（図２参照）
（２）昇圧動作時
制御部５は、メインリレー２をオン、充電リレー３をオン、放電リレー６をオフ、とした状態で半導体スイッチ素子１５のオン・オフを繰り返し、昇圧動作をさせる。→（図３、４を参照）
半導体スイッチ素子１５をオンすると、図３のように電流が流れる。このとき、リアクトル１３にエネルギーが蓄えられる。次に、半導体スイッチ素子１５をオフすると、リアクトル１３に蓄えられたエネルギーが平滑コンデンサ１６に加わる。

以上説明したように、実施の形態１による電力変換装置は、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（例えば、ダイオードブリッジ回路１２）と、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力する直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１６と、当該電力変換装置に配置された各種スイッチをオン／オフ制御する制御部５と、ＡＣ／ＤＣコンバータの後段に配置されるとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータと平滑コンデンサ１６を接離（オン／オフ）するメインスイッチ（例えば、メインリレー２）と、メインスイッチ（メインリレー２）の後段に直列接続された突入電流防止抵抗４と、突入電流防止抵抗４をバイパスするために、突入電流防止抵抗４と並列に接続された充電スイッチ（例えば、充電リレー３）を備えた電力変換装置において、平滑コンデンサ１６の正極側と突入電流防止抵抗４の前段を接離（オン／オフ）する放電スイッチ（例えば、放電リレー６）を設け、制御部５は、放電スイッチ（放電リレー６）が故障しているか否かを判定する故障検出手段を有している。

また、実施の形態１による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、充電スイッチ（充電リレー３）をオン、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作中に平滑コンデンサ１６の電圧値が前記制御部５の制御目標値に達しないときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態１による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、充電スイッチ（充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における平滑コンデンサ電圧検出回路３３の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチ（放電リレー６）がオープン故障をしたと判定し、前記所定の時間における平滑コンデンサ電圧検出回路３３の電圧値が前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）が接触不良を起こしていると判定する。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２に係る電力変換装置の構成図である。
実施の形態２による電力変換装置は、図１１に示すように、突入電流防止の役割を有する充電リレー３と突入電流防止抵抗４の直列接続体をメインリレー２と並列に配置するとともに、放電スイッチ６の一端は、該充電リレー３と突入電流防止抵抗４の接続点に接続している。
本実施の形態では、昇圧動作時は、電流はメインリレー２のみを流れるため、実施の形態１に比べて損失が少なくて済む。
また、突入電流防止の役割を有する充電リレー３に流れる電流は少なくて済むため、容量の小さいリレーを使用できる（小型化）。
また、この充電リレー３に流れる電流は少なくて済むため、充電リレー３には接点式のリレーを使う必要はなく、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を用いることができる。（リレーレス化・シロキサン対策）

なお、実施の形態２における充電リレー３は、「突入電流防止の役割を有するリレー」である。
例えば、実施の形態１（図１０）と実施の形態２（図１１）を比較すると、実施の形態１では、通常動作中は、充電リレー３を通る電流経路であるのに対し、実施の形態２では、通常動作中は、電流は充電リレー３は通らず、突入電流を防止する起動時のみにオンして突入電流を防止するため、少し役割が異なる。
従って、実施の形態２において記載されている「充電リレー３」は、実質的には「突入電流防止の役割を有する充電リレー」と言うことになる。
このことは、実施の形態４、５においても同様である。

ここで、実施の形態２による電力変換装置における「放電リレーのショート故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
昇圧動作開始前、電力変換装置は突入電流防止動作を行うため、制御部５は、メインリレー２をオフ、充電リレー３（すなわち、突入電流防止の役割を有するリレー）をオン、放電リレー６をオフする。
このとき、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。

同様に、昇圧動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のときは、制御部５の故障検出手段は、メインリレー２がショート故障したと判定する。

次に、実施の形態２による電力変換装置における「放電リレーの接触不良およびオープン故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
放電動作時に、制御部５は、メインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。このとき、制御部５は、平滑コンデンサ電圧検出回路３３により所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧を確認する。
そして、平滑コンデンサ１６の電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６はオープン故障していると判定する。また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

また、実施の形態２の回路構成は、整流回路にダイオードブリッジ回路１２を用いたが、これに限るものではなく、例えば、図１２のような回路構成でも良い。
また、実施の形態２では放電用の抵抗に突入電流防止抵抗４を使用したが、これに限るものではなく、例えば、図１３に示すように、放電用の抵抗を、突入電流防止抵抗４ａと放電リレー６に接続された放電用抵抗４ｂに分けてもよい。

以上説明したように、実施の形態２による電力変換装置は、メインスイッチ（例えば、メインリレー２）は、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（例えば、突入電流防止の役割を有する充電リレー３）と突入電流防止抵抗４の直列接続体と並列に接続されており、放電スイッチ（例えば、放電リレー６）は、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）と突入電流防止抵抗４の接続点と平滑コンデンサ１６の正極側との間に配置されている。

また、実施の形態２による電力変換装置は、交流電源１から入力される電流値を検出する交流電流検出回路３２を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオン、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、交流電流検出回路３２の電流値が所定値を上回ったときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態２による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作中に平滑コンデンサ１６の電圧値が制御目標値以下のときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態２による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における平滑コンデンサ電圧検出回路３３の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）がオープン故障したと判定し、所定の時間における平滑コンデンサ電圧検出回路３３の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）が接触不良を起こしていると判定する。

実施の形態３．
以下、実施の形態３による電力変換装置について説明する。
図１４は、実施の形態３による電力変換装置の概略構成図である。
実施の形態３による電力変換装置は、前述した実施の形態１による電力変換装置のリアクトル１３の後段にインバータ回路２１が接続された電力変換装置である。
インバータ回路２１を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチ素子１８、１９、ダイオード１７、２０および直流電圧源２２から構成される。
なお、直流電圧源２２と並列に直流電圧源２２の直流電圧を検出する直流電圧源電圧検出回路３４が設けられている。直流電圧源電圧検出回路３４の「ＳＶ３」は、直流電圧源電圧検出回路３４で検出される電圧である。
また、直流電圧源２２に並列してダイオード１７、２０が接続される。また、リアクトル１３は、インバータ回路２１の後段に直列接続しても良い。

次に、実施の形態３による電力変換装置の動作について説明する。
電力変換装置の動作開始時である起動時において、メインリレー２をオンし交流電源１の電圧を投入した直後は電力変換装置に突入電流が流れる。
そのため、制御部５は、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオフ、半導体スイッチ素子１８をオン、半導体スイッチ１９をオフ（または、半導体スイッチ素子１８をオフ、半導体スイッチ１９をオン）、短絡用スイッチ１５をオフして突入電流を防ぎ、平滑コンデンサ１６に電圧を溜める。このときの電流経路を図１５のＡ７に示す。
次に、短絡用スイッチ１５をオンし、半導体スイッチ素子１８、１９をオフし、インバータ回路２１の直流電圧源２２に電圧を溜める。このときの電流経路を、図１６のＡ８に示す。
以上の動作によって、直流電圧源２２、平滑コンデンサ１６に電圧を印加し、これらを充電する。

制御部５は、突入電流を防止後、通常の電力変換動作に移行する。すなわち、充電リレー３をオンすることにより、交流電源１→ダイオードブリッジ回路１２→メインリレー２→充電リレー３→リアクトル１３→インバータ回路２１→平滑コンデンサ１６→ダイオードブリッジ回路１２→交流電源１に至る経路で電流が流れ、ダイオードブリッジ回路１２により、全波整流された出力は、インバータ回路２１の一端と平滑コンデンサ１６の負極間に印加される。
なお、平滑コンデンサ１６の電圧と直流電圧源２２の電圧の目標値は、それぞれの電圧の合計値が交流電源１のピーク値より大きくなるように、制御部５は制御する。

次に、実施の形態３による電力変換装置における「平滑コンデンサ１６と直流電圧源２２の放電動作」について説明する。
平滑コンデンサ１６および直流電圧源２２を放電させる場合は、制御部５はメインリレー２、充電リレー３をオフして、交流電源１から電力を供給しない状態とする。
次に、制御部５は、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。
図１７は、実施の形態３による電力変換装置における「平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２を放電するときに流れる電流の経路（Ａ９）」を示す図であり、放電開始直後に平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２に充電されていた電荷が、実施の形態３による電力変換装置に流れる経路を太い実線で示したものである。

なお、上記で説明した放電動作は、平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２の放電を同時に行ったが、これに限るものではなく、例えば、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８をオン、１９をオフ、短絡用スイッチ１５をオンすることで、先ず、平滑コンデンサ１６の放電を行ったあと、次に、半導体スイッチ素子１９をオンし、直流電圧源２２を放電させても良い。

ここで、実施の形態３による電力変換装置における「放電リレー６のショート故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
電力変換動作開始前、電力変換装置は突入電流防止動作を行うため、制御部５は、メインリレー２をオフ、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオフ、半導体スイッチ素子１８をオン、半導体スイッチ素子１９をオフ（または、半導体スイッチ素子１８をオフ、半導体スイッチ素子１９をオン）、短絡用スイッチ１５をオフする。
このとき、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は放電リレー６がショート故障したと判定する。

同様に、制御部５が突入電流防止動作時に直流電圧源２２を充電させるために、メインリレー２をオンした後、充電リレー３をオフ、半導体スイッチ素子１８、１９をオフ、短絡用スイッチ１５をオンしたときに、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の範囲以上変動したとき、制御部５の故障検出手段は放電リレー６がショート故障したと判定する。
これは、直流電圧源２２を充電しようとしても放電リレー６がショート故障していれば、平滑コンデンサ１６の電圧が変動するためである。
同様に、電力変換動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のときは、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。
同様に、電力変換動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、直流電圧源２２の電圧値と制御部５の制御目標値（すなわち、制御部５が制御しようとする目標の直流電圧源２２の電圧値）との差が所定値を越えたとき、制御部５の故障検出手段は放電リレー６がショート故障したと判定する。
なお、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のときは、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。

次に、実施の形態３による電力変換装置における「放電リレー６の接触不良およびオープン故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
放電動作時に、制御部５は、メインリレー２、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は、放電動作を開始して所定の時間が経過した後の平滑コンデンサ１６電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６はオープン故障していると判定する。また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

同様に、制御部５は、メインリレー２、充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は、放電動作を開始して所定の時間が経過した後の直流電圧源２２の電圧値が第１の閾値以下であった場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６はオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの直流電圧源２２の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値以上であった場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

また、実施の形態３による電力変換装置の回路構成は、整流回路にダイオードブリッジ回路１２を用いたが、これに限るものではなく、例えば、図１８のような回路構成でも良い。
また、実施の形態３では放電用の抵抗に突入電流防止抵抗４を使用したが、これに限るものではなく、例えば、図１９のように、突入電流防止抵抗４ａと放電用抵抗４ｂに分けてもよい。

以上説明したように、実施の形態３による電力変換装置は、複数の半導体スイッチ素子１８、１９と直流電圧源２２を有する単相インバータの交流側を１以上直列接続して構成され、前段には記交流電源１から出力する交流電圧が入力され、後段には整流ダイオード１４を介して前記平滑コンデンサ１６の正極側が接続されるとともに、短絡用スイッチ１５を介して前記平滑コンデンサ１６の負極側が接続されたインバータ回路２１を設けたものである。

また、実施の形態３による電力変換装置は、交流電源１から入力される電流値を検出する交流電流検出回路３２を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、充電スイッチ（充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、交流電流検出回路３２の電流値が所定値を上回ったときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態３による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、充電スイッチ（充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）６をオフ、短絡用スイッチ１５をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、平滑コンデンサ１６の電圧変動が所定の範囲を越えたとき放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態３による電力変換装置は、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、充電スイッチ（充電リレー３）をオン、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値と制御部５の目標値との差が所定の値を越えたときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態３による電力変換装置は、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、充電スイッチ（充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオン、短絡用スイッチ１５をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）がオープン故障したと判定し、所定の時間における直流電圧源電圧検出回路３４の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）が接触不良を起こしていると判定する。

また、実施の形態３による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、充電スイッチ（充電リレー３）をオン、放電スイッチ（放電リレー６）をオフ、短絡用スイッチ１５をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、平滑コンデンサ１６の電圧値が所定の電圧変動範囲を越えたとき、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

実施の形態４．
以下、実施の形態４による電力変換装置について説明する。
図２０はこの発明の実施の形態４による電力変換装置の概略構成図である。
実施の形態４による電力変換装置は、実施の形態２による電力変換装置のリアクトル１３の後段にインバータ回路２１が接続された電力変換装置である。
なお、リアクトル１３は、インバータ回路２１の後段に直列接続しても良い。

ここで、実施の形態４による電力変換装置における「放電リレー６のショート故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
昇圧動作開始前、電力変換装置は突入電流防止動作を行うため、制御部５は、メインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオン、放電リレー６をオフ、半導体スイッチ素子１８をオン、半導体スイッチ１９をオフ（または、半導体スイッチ素子１８をオフ、半導体スイッチ１９をオン）、短絡用スイッチ１５をオフして突入電流を防ぎ、平滑コンデンサ１６を充電する。
このとき、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。

同様に、制御部５は、メインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオン、放電リレー６をオフ、短絡用スイッチ１５をオンし、半導体スイッチ素子１８、１９をオフし、直流電圧源２２を充電する。
このとき、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。
同様に、電力変換動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のときは、制御部５の故障検出手段は放電リレー６がショート故障したと判定する。
同様に、電力変換動作中に放電リレー６をオフしているにもかかわらず、直流電圧源２２の電圧値と制御部５の制御目標値（すなわち、制御部５が制御しようとする目標の直流電圧源２２の電圧値）との差が所定値を越えたとき、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６がショート故障したと判定する。

次に、実施の形態４による電力変換装置における「放電リレー６の接触不良およびオープン故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
放電動作時に、制御部５は、メインリレー２、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は、放電動作を開始して所定の時間が経過した後の平滑コンデンサ１６電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６はオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

同様に、制御部５はメインリレー２、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６をオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５をオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は放電動作を開始して所定の時間が経過した後の直流電圧源２２の電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６はオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの直流電圧源２２の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６は接触不良を起こしていると判定する。

なお、実施の形態４の回路構成は整流回路にダイオードブリッジ回路１２を用いたが、これに限るものではなく、例えば、図２１のような回路構成でも良い。
また、実施の形態４では、放電用の抵抗に突入電流防止抵抗４を使用したが、これに限るものではなく、例えば、図２２のように、突入電流防止抵抗４ａと放電用抵抗４ｂに分けてもよい。

なお、前述の実施の形態３、４では、インバータ回路２１を構成する単相インバータは、半導体スイッチ素子とダイオードで構成されていたが、これに限るものではなく、例えば、半導体スイッチ素子のみで構成されても良い。

以上説明したように、実施の形態４による電力変換装置は、メインスイッチ（メインリレー２）は、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（例えば、突入電流防止の役割を有する充電リレー３）と突入電流防止抵抗４の直列接続体と並列に接続されており、放電スイッチ（放電リレー６）は、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）と突入電流防止抵抗４の接続点と平滑コンデンサ１６の正極側との間に配置されている。

また、実施の形態４による電力変換装置は、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値と制御部５の目標値との差が所定の値を越えたときは、放電スイッチ（放電リレー６）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態４による電力変換装置は、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、放電スイッチ（放電リレー６）をオン、短絡用スイッチ１５をオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）がオープン故障したと判定し、所定の時間における直流電圧源電圧検出回路３４の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、放電スイッチ（放電リレー６）が接触不良を起こしていると判定する。

実施の形態５．
以下、実施の形態５による電力変換装置について説明する。
図２３は、実施の形態５による電力変換装置の概略構成図である。実施の形態５による電力変換装置は、実施の形態４による電力変換装置におけるインバータ回路２１のダイオード１７、２０を半導体スイッチ素子に変更したものである。
また、実施の形態５による電力変換装置は、実施の形態４による電力変換装置の放電リレー６を、図２３に示すように、第１の放電リレー６ａと第２の放電リレー６ｂの二つに分けたものである。素子（すなわち、放電リレー６ａ、６ｂ）には耐圧があり、耐圧を上げると1個当たりの単価が上がる。汎用な素子ほど単価が安く、ある一定の耐圧を超えると急激に単価があがる。
このため、実施の形態５のように、放電リレーを二つのリレー（放電リレー６ａ、６ｂ）に分け、一つ当たりの素子（放電リレー６ａ、６ｂ）の耐圧を下げることによりトータルのコストを下げることができる。

前述した実施の形態１〜４では、放電リレー（または放電経路）が一つであったため、放電リレーがオープン状態（オフのとき）に両端に大きな電圧がかかる。
つまり、放電リレーをコストの安い半導体スイッチング素子に変えたとき、それなりの耐圧のものが必要となりコストがあがってしまう。
それを防ぐために、実施の形態５のように放電経路を２つにわけることで、放電リレー６ａ、６ｂは耐圧が低いものが使用可能となる。すなわち、放電リレー６ａ、６ｂに代えて、耐圧の低い半導体スイッチング素子に置き換えることができる。

実施の形態５における突入電流防止動作は、実施の形態４と同じであるため説明は省略する。
ここでは、実施の形態５による電力変換装置における「平滑コンデンサ１６と直流電圧源２２の放電動作」について説明する。
平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２を放電させる場合は、制御部５は、メインリレー２、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフして、交流電源１から電力を供給しない状態とする。
次に、放電リレー６ａ、６ｂをオン、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５ａ、１５ｂをオフする。
図２４は、実施の形態５による電力変換装置における「平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２を放電するときに流れる電流の経路（Ａ１０）」を示す図であり、放電開始直後に平滑コンデンサ１６、直流電圧源２２に充電されていた電荷が実施の形態５による電力変換装置に流れる経路を示したものである。

また、放電動作はこれに限るものではなく、例えば、図２５のように、平滑コンデンサ１６と直流電圧源２２を別々に放電させても良い。
なお、図２５において、Ａ１１は平滑コンデンサ１６から放電する電流の経路、Ａ１２は直流電圧源２２から放電する電流の経路である。

ここで、実施の形態５による電力変換装置における「放電リレー６ａ、６ｂのショート故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
電力変換装置の制御部５は、起動時にメインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオン、放電リレー６ａ、６ｂをオフ、半導体スイッチ素子１７、１９をオフ、半導体スイッチ素子１８、２０をオンして平滑コンデンサ１６を充電する。
このとき、交流電流検出回路３２から所定値以上の電流が観測されると、制御部５の故障検出手段は放電リレー６ｂがショート故障したと判定する。
これは、放電リレー６ｂがショート故障すると、図２６のように突入電流防止抵抗４を通らない経路（Ａ１３）で電流が流れるためである。

同様に、制御部５は、起動時にメインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオン、放電リレー６ａ、６ｂをオフ、半導体スイッチ素子１７、１９をオフ、半導体スイッチ素子１８、２０をオンして、平滑コンデンサ１６を充電する。
このとき、起動開始から所定の時間が経過したときの平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値より以下の場合または平滑コンデンサ１６の電圧の変動幅が所定の値をこえた場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ｂがショート故障したと判定する。
これは、放電リレー６ｂがショート故障すると、平滑コンデンサ１６の電圧値が交流電源１の電圧より高いときに図２７のように平滑コンデンサ１６から交流電源１に向かって電流が流れるため、平滑コンデンサ１６の電圧が下がってしまうためである。なお、Ａ１４はこのときの電流経路である。

同様に、制御部５は、電力変換動作中に、メインリレー２をオン、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６ａ、６ｂをオフとしているにもかかわらず、平滑コンデンサ１６の電圧が所定の値以下のときは、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ｂがショート故障したと判定する。
これは、放電リレー６ｂがショート故障すると、平滑コンデンサ１６の電圧値が交流電源１の電圧より高いときに平滑コンデンサ１６から交流電源１側に向かって電流が流れるため、平滑コンデンサ１６の電圧が下がってしまうためである。

また、同様に、制御部５は電力変換動作中に、メインリレー２をオン、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６ａ、６ｂをオフとしているにもかかわらず、直流電圧源２２の電圧値が制御目標値の値より所定の値以上はなれたとき、制御部５の故障検出手段は放電リレー６ａがショート故障したと判定する。
これは、放電リレー６ａがショート故障すると、平滑コンデンサ１６の電圧値が直流電圧源の電荷が直流電圧源２２に向かって流れ込む（または、直流電圧源２２の電荷が平滑コンデンサ１６に流れ込む）ため、制御部５は直流電圧源２２の電圧値を制御できなくなるからである。

次に、実施の形態５による電力変換装置における「放電リレー６ａ、６ｂの接触不良およびオープン故障を検出する際の処理フロー」について説明する。
放電動作時に、制御部５は、メインリレー３をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５ａ、１５ｂをオフ、放電リレー６ａ、６ｂをオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は、放電動作を開始して所定の時間が経過した後の平滑コンデンサ１６および直流電圧源２２の電圧値のどちらか一方あるいは両方が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ａ、６ｂのどちらか一方がオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ａ、６ｂのどちらか一方が接触不良を起こしていると判定する。

同様に、制御部５は、メインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、放電リレー６ａをオン、放電リレー６ｂをオフ、半導体スイッチ素子１８、１９をオン、短絡用スイッチ１５ａをオンする。
このとき、制御部５の故障検出手段は放電動作を開始して所定の時間が経過した後の直流電圧源２２の電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ａがオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの直流電圧源２２の電圧値が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ａが接触不良を起こしていると判定する。

同様に、上記の放電動作により、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ａが正常に動作していると判定したうえで、メインリレー２をオフ、突入電流防止の役割を有する充電リレー３をオフ、半導体スイッチ素子１８、２０をオン（または半導体スイッチ素子１７、１９をオン）、短絡用スイッチ１５ａ、１５ｂをオフ、放電リレー６ａ、６ｂをオンし、平滑コンデンサ１６の放電を開始したとき、制御部５の故障検出手段は、放電動作を開始して所定の時間が経過した後の平滑コンデンサ１６の電圧値が第１の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ｂがオープン故障していると判定する。
また、所定の時間が経ったときの平滑コンデンサ１６の電圧が、第１の閾値より小さな第２の閾値を下回らない場合、制御部５の故障検出手段は、放電リレー６ｂが接触不良を起こしていると判定する。

なお、前述の実施の形態３、４、５では、インバータ回路２１は、１つの単相インバータで構成されたものを示したが、これに限るものではなく、実施の形態３の変形例として、複数個の単相インバータを直列に接続してインバータ回路を構成するようにしてもよい。
上記した各実施の形態では、メインスイッチ、放電スイッチ、充電スイッチにリレーを用いているが、これに限るものではなく、これらのスイッチは、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子でも良い。
なお、上記実施の形態の電力変換装置は、昇圧回路について説明しているが、これに限るものではなく、例えば、降圧回路でも良い。

以上説明したように、実施の形態５による電力変換装置は、放電スイッチ６に代えて、一端が突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（例えば、突入電流防止の役割を有する充電リレー３）と突入電流防止抵抗４との接続点に接続され、他端が平滑コンデンサ１６の負極側に接続された第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）と、一端が平滑コンデンサ１６の正極側に接続され、他端が第１の直列回路の中点（第１の短絡用スイッチ１５ａと第１の整流ダイオード１４ａとの接続点）に接続され、かつインバータ回路２１の後段に接続された第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）とを設け、制御部５は、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）が故障しているか否かを判定する故障検出手段を有している。

また、実施の形態５による電力変換装置は、交流電源１から入力される電流値を検出する交流電流検出回路３２を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオン、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、交流電流検出回路３２の電流値が所定値を上回ったときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオン、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、平滑コンデンサ電圧検出回路３３の電圧値が所定の電圧変動範囲を越えたとき、第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３手段を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作開始後、平滑コンデンサ１６の電圧値が制御部５の目標値より下の所定値を越えないときは、第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、インバータ回路２１の直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオン、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオフとした場合において、制御部５の故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における前記直流電圧源２２の電圧値と前記制御部５の目標値との差が所定の値を越えたときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）がショート故障したと判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、平滑コンデンサ１６の電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路３３を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオン、第１の短絡用スイッチ１５ａおよび第２の短絡用スイッチ１５ｂをオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における平滑コンデンサ１６の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかがオープン故障したと判定し、所定の時間における平滑コンデンサ１６の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかが接触不良を起こしていると判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、インバータ回路２１の直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、前記第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および前記第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオン、第１の短絡用スイッチ１５ａおよび第２の短絡用スイッチ１５ｂをオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかがオープン故障をしたと判定し、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかが接触不良を起こしていると判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４を備え、メインスイッチ（メインリレー２）をオフ、突入電流防止の役割を有する充電スイッチ（突入電流防止の役割を有する充電リレー３）をオフ、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）をオン、第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）をオフ、第１の短絡用スイッチ１５ａおよび第２の短絡用スイッチ１５ｂをオンとした場合において、制御部５の故障検出手段は、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）がオープン故障をしたと判定し、所定の時間における直流電圧源２２の電圧値が、第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）が接触不良を起こしていると判定し、どちらでもないときは第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）は正常であると判定する。

また、実施の形態５による電力変換装置は、制御部５の故障検出手段が、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）は正常であると判定した場合において、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかがオープン故障したと判定した場合は、第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）がオープン故障したと判定し、第１の放電スイッチ（第１の放電リレー６ａ）および第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）のどちらかが接触不良を起こしていると判定した場合は、第２の放電スイッチ（第２の放電リレー６ｂ）が接触不良を起こしていると判定する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形あるいは省略することが可能である。

本発明は、安全対策のために配置される放電スイッチの故障を安価な構成で判定できる電力変換装置の実現に有用である。

１ 交流電源 ２ メインスイッチ（メインリレー）
３ 充電スイッチ（充電リレー） ４ 突入電流防止抵抗
５ 制御部 ６ 放電スイッチ（放電リレー）
６ａ 第１の放電スイッチ（第１の放電リレー）
６ｂ 第２の放電スイッチ（第２の放電リレー）
１２ ＡＣ］／ＤＣコンバータ（ダイオードブリッジ回路）
１３ リアクトル １４ 整流ダイオード
１５ 短絡用スイッチ １６ 平滑コンデンサ
１７ ダイオード １８ 半導体スイッチ素子
１９ 半導体スイッチ素子 ２０ ダイオード
２１ インバータ回路 ２２ 直流電圧源
３１ 交流電圧検出回路 ３２ 交流電流検出回路
３３ 平滑コンデンサ電圧検出回路 ３４ 直流電圧源電圧検出回路
４０a〜４０ｃ 制御線 ４１a〜４１ｃ 信号線

Claims (25)

1. 交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの後段に配置されるとともに、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記平滑コンデンサを接離するメインスイッチと、
   前記メインスイッチの後段に直列接続された突入電流防止抵抗と、
   前記突入電流防止抵抗をバイパスするために、前記突入電流防止抵抗と並列に接続された充電スイッチを備えた電力変換装置において、
   前記平滑コンデンサの正極側と前記突入電流防止抵抗の前段を接離する放電スイッチと、
   前記突入電流防止抵抗と前記平滑コンデンサの正極側との間に接続された整流ダイオードと、
   前記突入電流防止抵抗と前記平滑コンデンサの負極側との間に接続された短絡用スイッチと、
   前記各スイッチをオン／オフ制御する制御部と、
   前記交流電源から入力される電流値を検出する交流電流検出回路と前記平滑コンデンサの電圧値を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路のうち少なくとも１つが設けられ、
   前記電流値あるいは前記電圧値を所定値と比較し、前記放電スイッチが故障しているか否かを判定する故障検出手段を前記制御部に設けたことを特徴とする電力変換装置。
2. 複数の半導体スイッチ素子と直流電圧源を有する単相インバータを１以上直列接続して構成されるとともに前記突入電流防止抵抗と前記短絡用スイッチとの間に設けられたインバータ回路と、
   前記直流電圧源の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記メインスイッチは、前記充電スイッチと前記突入電流防止抵抗との直列接続体と並列に接続されており、
   前記放電スイッチは、前記充電スイッチと前記突入電流防止抵抗の接続点と前記平滑コンデンサの正極側との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装
   置。
4. 前記メインスイッチは、前記充電スイッチと前記突入電流防止抵抗との直列接続体と並列に接続されており、
   前記放電スイッチは、前記充電スイッチと前記突入電流防止抵抗の接続点と前記平滑コンデンサの正極側との間に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記放電スイッチとして、一端が前記充電スイッチと前記突入電流防止抵抗との接続点に接続され、他端が前記平滑コンデンサの負極側に接続された第１の放電スイッチと、一端が前記平滑コンデンサの正極側に接続され、他端が前記整流ダイオードと前記短絡用スイッチとの接続点に接続されるとともに前記インバータ回路の後段に接続された第２の放電スイッチとが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオフとした場合において、前記故障検出手段は、前記交流電源の電流値が所定値を上回ったときは、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
7. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオン、前記放電スイッチをオフとした場合において、前記故障検出手段は、電力変換動作中に前記平滑コンデンサの電圧値が前記制御部の制御目標値に達しないときは、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
8. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオンとした場合において、前記故障検出手段は、所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチがオープン故障をしたと判定し、前記所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
9. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオフ、前記短絡用スイッチをオンとした場合において、前記故障検出手段は、前記平滑コンデンサの電圧変動が所定の範囲を越えたとき前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
10. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオン、前記放電スイッチをオフとした場合において、前記故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値と前記制御部の目標値との差が所定の値を越えたときは、前記放電スイッチがショート故障したと判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。
11. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオン、前記短絡用スイッチをオンとした場合において、前記故障検出手段は、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が第１の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチがオープン故障したと判定し、
    前記所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチが接触不良を起こしていると判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。
12. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオン、前記放電スイッチをオフとした
    場合において、前記故障検出手段は、前記交流電源の電流値が所定値を上回ったときは、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
13. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオフとした場合において、前記故障検出手段は、電力変換動作中に前記平滑コンデンサの電圧値が制御目標値以下のときは、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
14. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオンとした場合において、
    前記故障検出手段は、所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチがオープン故障したと判定し、
    前記所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が、前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
15. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオン、前記放電スイッチをオフ、前記短絡用スイッチをオンとした場合において、前記故障検出手段は、前記平滑コンデンサの電圧値が所定の電圧変動範囲を越えたとき、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
16. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオフとした場合において、前記故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値と前記制御部の目標値との差が所定の値を越えたときは、前記放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
17. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記放電スイッチをオン、前記短絡用スイッチをオンとした場合において、前記故障検出手段は、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチがオープン故障したと判定し、前記所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記放電スイッチが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
18. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオン、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオフとした場合において、
    前記故障検出手段は、前記交流電源の電流値が所定値を上回ったときは、前記第１の放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
19. 前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオン、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオフとした場合において、
    前記故障検出手段は、前記平滑コンデンサの電圧値が所定の電圧変動範囲を越えたとき、前記第２の放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
20. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオフとした場合において、
    前記故障検出手段は、電力変換動作開始後、前記平滑コンデンサの電圧値が前記制御部の目標値より下の所定値を越えないときは、前記第２の放電スイッチがショート故障した
    と判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
21. 前記メインスイッチをオン、前記充電スイッチをオフ、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオフとした場合において、
    前記故障検出手段は、電力変換動作開始後、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値と前記制御部の目標値との差が所定の値を越えたときは、
    前記第１の放電スイッチがショート故障したと判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
22. 前記整流ダイオードと前記短絡用スイッチを対として、並列にそれぞれ第１の整流ダイオードおよび第１の短絡用スイッチと、第２の整流ダイオードおよび第２の短絡用スイッチとを備え、
    前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオン、前記第１の短絡用スイッチおよび前記第２の短絡用スイッチをオンとした場合において、
    前記故障検出手段は、所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかがオープン故障したと判定し、
    前記所定の時間における前記平滑コンデンサの電圧値が、前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
23. 前記整流ダイオードと前記短絡用スイッチを対として、並列にそれぞれ第１の整流ダイオードおよび第１の短絡用スイッチと、第２の整流ダイオードおよび第２の短絡用スイッチとを備え、
    前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチをオン、前記第１の短絡用スイッチおよび前記第２の短絡用スイッチをオンとした場合において、
    前記故障検出手段は、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかがオープン故障をしたと判定し、
    前記所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
24. 前記整流ダイオードと前記短絡用スイッチを対として、並列にそれぞれ第１の整流ダイオードおよび第１の短絡用スイッチと、第２の整流ダイオードおよび第２の短絡用スイッチとを備え、
    前記メインスイッチをオフ、前記充電スイッチをオフ、前記第１の放電スイッチをオン、前記第２の放電スイッチをオフ、前記第１の短絡用スイッチおよび前記第２の短絡用スイッチをオンとした場合において、
    前記故障検出手段は、所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、第１の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチがオープン故障をしたと判定し、
    前記所定の時間における前記直流電圧源の電圧値が、前記第１の所定値より小さな第２の所定値を下回らないときは、前記第１の放電スイッチが接触不良を起こしていると判定し、
    どちらでもないときは前記第１の放電スイッチは正常であると判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
25. 前記故障検出手段が、前記第１の放電スイッチは正常であると判定した場合において、
    前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかがオープン故障したと判定した場合は、前記第２の放電スイッチがオープン故障したと判定し、
    前記第１の放電スイッチおよび前記第２の放電スイッチのどちらかが接触不良を起こしていると判定した場合は、
    前記第２の放電スイッチが接触不良を起こしていると判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。

Images