JP5640956B2

JP5640956B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP5640956B2
Application number: JP2011252370A
Authority: JP
Inventors: 聡章高畠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: JP2013110807A

Description

本発明は、スイッチング素子がハイサイドとローサイドに配置された直列回路を備え、前記スイッチング素子がオンすることで、前記直列回路に接続される蓄電装置を放電させる、電力変換装置に関する。

従来技術として、車両の衝突予知信号が入力されると、モータにトルクが発生しないようにインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させて、コンデンサに残留した電荷をモータのコイルにて放電させる制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、別の従来技術として、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで、両スイッチング素子の直列接続体に並列に接続された蓄電手段の両電極を短絡させる、電力変換回路の制御装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００５−２０９５２号公報特開２０１１−８３１２３号公報

ところが、スイッチング素子のゲート電圧閾値は周辺環境やスイッチング素子個々の製造ばらつきなどの要因によって変動するため、スイッチング素子のゲートに対して一律のオン電圧を印加する方法では、スイッチング素子が十分な放電能力を発揮できない可能性がある。

そこで、本発明は、スイッチング素子のゲート電圧閾値が変動しても、スイッチング素子が十分な放電能力を発揮できる、電力変換装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、
スイッチング素子がハイサイドとローサイドに配置された直列回路を備え、
前記スイッチング素子が両サイドとも重複してオンすることで、前記直列回路に接続される蓄電装置を放電させる電力変換装置であって、
前記スイッチング素子に所定の電流値が流れるゲート電圧を測定し、前記蓄電装置を放電させるとき、測定したゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御する制御部を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、スイッチング素子のゲート電圧閾値が変動しても、スイッチング素子が十分な放電能力を発揮できる。

本発明に係る電力変換装置の一実施形態であるインバータ装置１００の構成図である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅの波形である。閾値データの学習有無によるゲート電圧Ｖｇｅの変化時間の違いを示した図である。放電動作チェックの第１例を示したフローチャートである。緊急時の急速放電の第１例を示したフローチャートである。素子温度ｔと閾値データとの関係を定めたマップの一例である。放電動作チェックの第２例を示したフローチャートである。緊急時の急速放電の第２例を示したフローチャートである。素子温度の変化量Δｔと閾値データの補正量との関係を定めたマップの一例である。放電動作チェックの第３例を示したフローチャートである。緊急時の急速放電の第３例を示したフローチャートである。温度範囲外では初期値を使う補正マップである。放電動作チェックの第４例を示したフローチャートである。緊急時の急速放電の第４例を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る電力変換装置の一実施形態であるインバータ装置１００の構成図である。インバータ装置１００は、直流電力を交流電力に変換する装置であり、例えば、コンデンサ１２に蓄電されて平滑化された直流電力に基づいて３相交流電流を生成し、生成した３相交流電流を不図示のモータに供給してそのモータを駆動する装置である。３相交流電流を生成するためには、電源ライン１８とアースライン１９との間に直列に接続された２つのスイッチング素子から構成される直列回路が３つ並列に必要であるが、図１では、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１とローサイドのスイッチング素子Ｑ２から構成される直列回路１１以外の直列回路については省略されている。また、インバータ装置１００は、不図示のモータで発生した交流電力を直流電力に変換して、コンデンサ１２に供給する装置でもよい。

インバータ装置１００に接続されるモータは、例えば、車両を走行させる駆動トルクを発生させる走行用モータである。また、そのモータは、エンジンを始動させるスタータでもよいし、発電機でもよい。

コンデンサ１２は、電源ライン１８とアースライン１９との間に配置され、直列回路１１に並列に接続されている蓄電装置である。コンデンサ１２は、インバータ装置１００の内部に構成されてもよいし、外部に構成されてもよい。また、コンデンサ１２は、バッテリでもよい。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の具体例として、パワーＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの半導体素子が挙げられる。スイッチング素子Ｑ１は、第１の主電極（コレクタ又はドレイン）が電源ライン１８に接続され、第２の主電極（エミッタ又はソース）がスイッチング素子Ｑ２の第１の主電極に接続された、上アーム素子である。スイッチング素子Ｑ２は、第１の主電極がスイッチング素子Ｑ１の第２の主電極に接続され、第２の主電極がアースライン１９に接続された、下アーム素子である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間には、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２が並列に配置されている。なお、ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の寄生ダイオードでもよい。

インバータ装置１００は、車両の衝突に備えてコンデンサ１２の電荷を強制的に消費するために、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が両方とも時間的に重複してオンすることで、コンデンサ１２を放電させる構成を有している。インバータ装置１００は、そのような構成として、例えば、上述の直列回路１１の他に、駆動部１３と、検出部１６と、制御部１７とを有している。また、駆動部１３と、検出部１６と、制御部１７は、例えば集積回路で構成されている。

駆動部１３は、制御部１７から供給される制御信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する回路である。駆動部１３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅが制御部１７から供給される制御信号に応じた電圧値になるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲートに供給される電圧を変化させる。駆動部１３は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート電圧Ｖｇｅ１を調整する上アーム駆動部１４と、スイッチング素子Ｑ２のゲートに印加されるゲート電圧Ｖｇｅ２を調整する下アーム駆動部１５とを有している。

検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に流れる短絡電流Ｉの電流値を検出する。図１の場合、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間のセンス素子に流れるセンス電流Ｉ１を抵抗Ｒ１でモニタすることによって、スイッチング素子Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間の主電流素子に流れる主電流Ｉ２を検出する。これにより、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１の第１の主電極と第２の主電極との間及びスイッチング素子Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間を両方とも貫通して流れる短絡電流Ｉ（＝Ｉ１＋Ｉ２）を検出できる。

制御部１７は、検出部１６によって検出された短絡電流Ｉの電流値が所定の電流値Ｉｔｈになる時点のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅを、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧閾値Ｖｔｈとして測定する測定部を有する。測定部は、例えば、電流値Ｉｔｈが流れているときに駆動部１３に供給されている制御信号から、電流値Ｉｔｈが流れるときのゲート電圧Ｖｇｅを間接的に測定できる。また、測定部は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに印加される電圧をモニタすることによって、ゲート電圧Ｖｇｅを直接的に測定してもよい。

制御部１７は、車両の衝突信号又は衝突予知信号の受信によってコンデンサ１２を緊急に放電させるとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅが、測定部によって測定されたゲート電圧値に一致するように、駆動部１３を制御する。

このような構成を有するインバータ装置１００によれば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の周辺環境や製造ばらつきなどの要因によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧閾値Ｖｔｈが変動しても、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がコンデンサ１２の放電に必要な電流を流せるゲート電圧Ｖｇｅを正確に測定できるので、緊急放電時に十分な放電能力をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に発揮させることができる。インバータ装置１００が車両に搭載されている場合、車両の環境は特に変化しやすいため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に十分な放電能力を発揮させる点で、インバータ装置１００がこのような構成を有していることは特に効果的である。

次に、インバータ装置１００の第１の動作例について説明する。

インバータ装置１００は、コンデンサ１２の電荷が緊急時に正しく放出されるように、モータが動作していない状態で予め間欠的に放電動作チェックを行う。放電動作チェックは、インバータ装置１００が車両に搭載された状態で車両毎に行われる。

制御部１７は、図２（ｂ）に示されるように、スイッチング素子Ｑ２のゲート閾値電圧の想定値よりも十分に大きな値のゲート電圧Ｖｇｅ２がスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加されるように、下アーム駆動部１５を制御する。図２（ｂ）の状態では、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧閾値Ｖｔｈよりも大きな値のゲート電圧Ｖｇｅが印加されているため、スイッチング素子Ｑ２はオンしている。

制御部１７は、スイッチング素子Ｑ２がオンしている図２（ｂ）の状態で、図２（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｑ１がパルス状にスイッチング動作するように上アーム駆動部１４を制御することによって、コンデンサ１２の電荷を消費させる。スイッチング素子Ｑ２がオンしている状態でスイッチング素子Ｑ１をパルス状にスイッチング動作させることによって、コンデンサ１２が必要以上に過放電されることを防止できる。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に必要以上の過電流が流れることを防止できる。また、スイッチング素子Ｑ１をゲート電圧閾値Ｖｔｈよりも小さな電圧値で動作させることによってスイッチング素子Ｑ１が過熱することを抑制できる。

そして、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２を貫通して流れる短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時のスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を測定し、その測定値をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の共通の閾値データとしてメモリ２０に記録する。

放電動作チェックを開始するときに閾値データがメモリ２０に記録されていない場合には、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧閾値の想定値よりも十分に小さな初期値（例えば、１Ｖ）からゲート電圧Ｖｇｅ１をステップ状に増加させながらスイッチング素子Ｑ１をパルス状にスイッチングさせ、短絡電流Ｉが一定の電流値Ｉｔｈを超えた時のゲート電圧Ｖｇｅ１を、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データとしてメモリ２０に記録する（図３の「閾値学習なし」の実線を参照）。

一方、放電動作チェックを開始するときに閾値データがメモリ２０に記録されている場合、制御部１７は、メモリ２０に記録されている閾値データを基準とした電圧値のゲート電圧Ｖｇｅ１をスイッチング素子Ｑ１のゲートに印加することから開始し、ゲート電圧Ｖｇｅ１を変化させていって、短絡電流Ｉが一定の電流値Ｉｔｈを超えた時のゲート電圧Ｖｇｅ１を、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データとしてメモリ２０に記録する（図３の「閾値学習あり」の実線を参照）。

このように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データをメモリ２０に一度設定すると、次回の放電動作チェック時には、メモリ２０に記録された閾値データを基準とした電圧から放電動作チェックを行うことができるため、放電動作チェックを行うための動作時間を図３に示される時間ｔ１短縮できる。また、インバータ装置１００の動作時間を時間ｔ１短縮できるため、インバータ装置１００の消費電力を抑えることができる。

例えば、ゲート電圧Ｖｇｅ１を２５ｍＶ／ｍｓの変化率で変化させるとき、ゲート電圧Ｖｇｅ１を６．７５Ｖを起点に上げる場合と１Ｖを起点に上げる場合について考える。この場合の時間ｔ１を計算すると、（６．７５−１）／０．０２５＝２３０ｍｓとなる。インバータ装置１００が動作する上で、コンデンサ１２を放電させることが可能な時間（例えば、インバータ装置１００に接続されるモータが動作していない時間）は実際には限られている。そのため、メモリ２０に記録された閾値データからゲート電圧Ｖｇｅ１を変化させて放電動作チェックを始めることで、動作時間の短縮効果は極めて高い。

図４は、放電動作チェックの第１例を示したフローチャートである。

ステップＳ１０において、制御部１７は、動作チェックトリガーに基づいて、放電動作チェックをスタートさせる。動作チェックトリガーは、例えば、所定のシステムから送信される動作チェック命令信号である。

ステップＳ１２において、制御部１７は、コンデンサ１２をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によって前回放電させたときのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データがメモリ２０に格納されているか否かを確認する。制御部１７は、閾値データがメモリ２０に格納されている場合、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を、メモリ２０に格納されている閾値データに設定する（ステップＳ１６）。一方、制御部１７は、閾値データがメモリ２０に格納されていない場合、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を、インバータ装置１００の出荷段階で予め設定されている初期値に設定する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１８において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅ２がスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧閾値の想定値よりも十分大きな値になるように、下アーム駆動部１５を制御することによって、スイッチング素子Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間を短絡させてスイッチング素子Ｑ２をフルオンさせる。

ステップＳ２０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ１４又はＳ１６で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

ステップＳ２２において、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ２のセンスエミッタ電流Ｉ１を検出し、その検出値を予め決められた電流検知閾値と比較する。

ステップＳ２２において、制御部１７は、ステップＳ２２で検出された電流値が電流検知閾値よりも大きくないと判定した場合、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈよりも所定値だけ満たないと判断して、ステップＳ２４において、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を１ステップ高い値に設定する。そして、ステップＳ２０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ２４で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

一方、ステップＳ２２において、制御部１７は、ステップＳ２２で検出された電流値が電流検知閾値よりも大きいと判定した場合、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈよりも所定値だけ超えていると判断する。つまり、ステップＳ２２，Ｓ２４では、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈ以上になるまで、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を上昇させている。

ステップＳ２６において、制御部１７は、ステップＳ２２で検出された電流値が電流検知閾値よりも大きいと判定した場合（短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈよりも所定値だけを超えていると判断した場合）、ステップＳ２４を既に実行しているか否かを判断する。

ステップＳ２６において、制御部１７は、ステップＳ２４を未だ実行していないと判断した場合、ステップＳ２８において、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を１ステップ低い値に設定する。そして、ステップＳ２０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ２８で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

つまり、ステップＳ２６では、ゲート電圧Ｖｇｅ１を一度ステップＳ２４で上昇させてからステップＳ２８で降下させる動作を行っているか否かが判断されている。ステップＳ２４でゲート電圧Ｖｇｅ１を上昇させることなく短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈを超えているときには、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈ以下になるまで、ステップＳ２８でゲート電圧Ｖｇｅ１を降下させるとよい。これにより、現在のゲート電圧Ｖｇｅ１がスイッチング素子Ｑ１の実際のゲート電圧閾値に一致しているか否かを判定できる。また、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧閾値を跨いでスイッチング素子Ｑ１を動作させることができるので、スイッチング素子Ｑ１の動作チェックも兼ねることができる。

一方、ステップＳ２６において、制御部１７は、ステップＳ２２を既に実行していると判断した場合、ステップＳ３０において、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈを超えた時に新たに測定されたゲート電圧Ｖｇｅ１を、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データとしてメモリ２０に記録して、放電動作チェックを終了させる（ステップＳ３２）。

図５は、緊急時の急速放電の第１例を示したフローチャートである。インバータ装置１００は、衝突事故等の緊急時に、コンデンサ１２の電荷を速やかにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して放出させる急速放電を行う。定格の大きな抵抗体でコンデンサの電荷を放電させて電力を消費する構成の場合、その抵抗体が大きいために、コストの増加、車重の増加、搭載場所の確保等の問題があるが、コンデンサ１２の電荷をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して放電することで、そのような問題を解消できる。また、インバータ装置１００に接続されるモータのコイルでコンデンサの電力を消費させる構成の場合、放電時間や発熱の増大やバッテリの断線時の放電ができないなどの問題があるが、コンデンサ１２の電荷をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して放電することで、そのような問題を解消できる。

ステップＳ４０において、制御部１７は、急速放電トリガーに基づいて、急速放電をスタートさせる。急速放電トリガーは、例えば、車両の衝突が検知されたことに伴い発生する衝突信号でもよいし、車両の衝突が予知されたことに伴い発生する衝突予知信号でもよい。

ステップＳ４２〜Ｓ５０は、図４のステップＳ１２〜Ｓ２０と同じであるため、その説明を省略する。

ステップＳ５２において、検出部１６は、コンデンサ１２の電圧を検出し、その検出値を予め決められた規定値と比較する。制御部１７は、ステップＳ５２で検出された電圧値が規定値よりも小さいと判定した場合、コンデンサ１２の電荷が十分に放電されたと判断して、急速放電を終了させる（ステップＳ５４）。一方、制御部１７は、ステップＳ５２で検出された電圧値が規定値よりも小さくないと判定した場合、コンデンサ１２の電荷が十分に放電されてないと判断する。

ステップＳ５２において、制御部１７が、ステップＳ５２で検出された電圧値が規定値よりも小さくないと判定した場合（コンデンサ１２の電荷が十分に放電されてないと判断した場合）、ステップＳ５６において、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ２のセンスエミッタ電流Ｉ１を検出し、その検出値を予め決められた電流検知閾値と比較する。

ステップＳ５６において、制御部１７は、ステップＳ５６で検出された電流値が電流検知閾値よりも大きくないと判定した場合、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈよりも所定値だけ満たないと判断して、ステップＳ６０において、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を１ステップ高い値に設定する。そして、ステップＳ５０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ６０で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

一方、ステップＳ５６において、制御部１７は、ステップＳ５６で検出された電流値が電流検知閾値よりも大きいと判定した場合、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈよりも所定値だけ超えていると判断して、ステップＳ５８において、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を１ステップ低い値に設定する。そして、ステップＳ５０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ５８で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

次に、インバータ装置１００の第２の動作例について説明する。

上述の第１の動作例では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データをメモリ２０に学習したときの素子温度が検出されていないので、前回閾値データを学習した時の素子温度と今回検出時の素子温度に差がある場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の実際のゲート電圧閾値Ｖｔｈが前回学習したときの閾値データと異なっている可能性がある。その結果、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の放電能力が十分に発揮されないおそれがある。

そこで、第２の動作例では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データがメモリ２０に格納される前に、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度を検出する。そして、制御部１７は、コンデンサ１２をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によって放電させる前に検出部１６によって検出された素子温度に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データを補正して、放電動作を開始させる。制御部１７は、工場出荷時に予めメモリ２０に記憶されたマップ等の温度補正データを参照して、閾値データの温度補正を行う。

図６は、素子温度ｔと閾値データとの関係を定めたマップの一例である。制御部１７は、このようなマップ等の温度補正データに基づいて、検出部１６によって検出された素子温度が高くなるにつれて、閾値データを下げる補正を行う。

このように動作させることで、閾値データが、コンデンサ１２を放電させる時の実際のゲート電圧閾値に近づくので、放電時に素子温度の影響を受けにくくすることができる。また、実際のゲート電圧閾値が温度上昇によって下がっていても、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに過大なゲート電圧Ｖｇｅが印加されることを抑制でき、実際のゲート電圧閾値が温度低下によって上昇していても、コンデンサ１２の電圧が規定値に下がるまでの放電時間が延びることを抑制できる。

図７は、放電動作チェックの第２例を示したフローチャートである。

ステップＳ７０において、制御部１７は、動作チェックトリガーに基づいて、放電動作チェックをスタートさせる。動作チェックトリガーは、例えば、所定のシステムから送信される動作チェック命令信号である。

ステップＳ７１において、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度の検出データを取得する。

ステップＳ７５において、制御部１７は、検出部１６によってステップＳ７１で検出された素子温度の検出値に対応する閾値データを、素子温度と閾値データとの関係を定めたマップに基づいて算出し、その算出された閾値データをメモリ２０に格納する。

ステップＳ７６において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を、メモリ２０に格納されている閾値データに設定する。

ステップＳ７８において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅ２がスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧閾値の想定値よりも十分大きな値になるように、下アーム駆動部１５を制御することによって、スイッチング素子Ｑ２の第１の主電極と第２の主電極との間を短絡させてスイッチング素子Ｑ２をフルオンさせる。

ステップＳ８０において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１がステップＳ７６で設定された値に１パルス分だけ変化するように、上アーム駆動部１４を制御することによって、スイッチング素子Ｑ１をその１パルス期間だけ動作させる。

ステップＳ８２〜Ｓ９２は、図４のステップＳ２２〜Ｓ３２と同じであるため、その説明を省略する。

図８は、緊急時の急速放電の第２例を示したフローチャートである。

ステップＳ１００において、制御部１７は、急速放電トリガーに基づいて、急速放電をスタートさせる。急速放電トリガーは、例えば、車両の衝突が検知されたことに伴い発生する衝突信号でもよいし、車両の衝突が予知されたことに伴い発生する衝突予知信号でもよい。

ステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図７のステップＳ７１〜Ｓ８０と同じであるため、その説明を省略する。ステップＳ１１２〜Ｓ１２０は、図５のステップＳ５２〜Ｓ６０と同じであるため、その説明を省略する。

次に、インバータ装置１００の第３の動作例について説明する。

上述の第２の動作例では、インバータ装置１００が新品時の温度補正データを使用しているため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧閾値に経年劣化によるずれが発生した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の放電能力が十分に発揮されないおそれがある。

そこで、第３の動作例では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データがメモリ２０に格納される前に、制御部１７は、検出部１６によって検出されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度を閾値データと対応させてメモリ２０に格納する。そして、制御部１７は、コンデンサ１２をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によって放電させる前に検出部１６によって検出された素子温度に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データを補正して、放電動作を開始させる。制御部１７は、工場出荷時に予めメモリ２０に記憶されたマップ等の温度補正データを参照して、閾値データの温度補正を行う。

図９は、素子温度の変化量Δｔと閾値データの補正量との関係を定めたマップの一例である。制御部１７は、このようなマップ等の温度補正データに基づいて、検出部１６によって今回検出された素子温度と前回検出された素子温度との変化量Δｔに基づいて、メモリ２０に格納された閾値データを補正するための閾値データの補正量を算出する。閾値データの補正量は、変化量Δｔが大きくなるにつれて大きな値に算出される。制御部１７は、算出された閾値データの補正量を、メモリ２０に格納された閾値データに加算することによって、新たな閾値データを算出する。

このように動作させることで、コンデンサ１２を放電させる時の素子温度と閾値データがセットでデータ化されるため、放電時に素子温度の影響を受けにくくすることができる。また、素子温度の変化量Δｔに応じた閾値データを求めることができるため、経年劣化などによってゲート電圧閾値に生ずるずれに対しても容易に対応できる。

図１０は、放電動作チェックの第３例を示したフローチャートである。

ステップＳ１３０において、制御部１７は、動作チェックトリガーに基づいて、放電動作チェックをスタートさせる。動作チェックトリガーは、例えば、所定のシステムから送信される動作チェック命令信号である。

ステップＳ１３１において、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度の検出データを取得する。

ステップＳ１３２において、制御部１７は、コンデンサ１２をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によって前回放電させたときのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データがメモリ２０に格納されているか否かを確認する。制御部１７は、閾値データがメモリ２０に格納されている場合、検出部１６によってステップＳ１３１で検出された素子温度の検出値に対応する閾値データの補正量を、素子温度の変化量と閾値データの補正量との関係を定めたマップに基づいて算出し、その算出された補正量をメモリ２０に格納された閾値データに加算して、新たな閾値データを算出する。制御部１７は、その新たに算出された閾値データをメモリ２０に格納する。

ステップＳ１３６において、制御部１７は、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を、メモリ２０に格納されている閾値データに設定する。

一方、ステップＳ１３２において、制御部１７は、閾値データがメモリ２０に格納されていない場合、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を、インバータ装置１００の出荷段階で予め設定されている初期値に設定する（ステップＳ１３４）。

ステップＳ１３８〜Ｓ１４８は、図４のステップＳ１８〜Ｓ２８と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ１５０において、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈを超えた時に新たに測定されたゲート電圧Ｖｇｅ１及び素子温度を、メモリ２０に記録するとともに、その放電動作チェックを終了させる（ステップＳ１５２）。

図１１は、緊急時の急速放電の第３例を示したフローチャートである。

ステップＳ１６０において、制御部１７は、急速放電トリガーに基づいて、急速放電をスタートさせる。急速放電トリガーは、例えば、車両の衝突が検知されたことに伴い発生する衝突信号でもよいし、車両の衝突が予知されたことに伴い発生する衝突予知信号でもよい。

ステップＳ１６１〜Ｓ１７０は、図１０のステップＳ１３１〜Ｓ１４０と同じであるため、その説明を省略する。ステップＳ１７２〜Ｓ１８０は、図５のステップＳ５２〜Ｓ６０と同じであるため、その説明を省略する。

次に、インバータ装置１００の第４の動作例について説明する。

検出部１６によって検出される素子温度が想定外の範囲にある場合、温度補正データがないために、閾値データの温度補正ができない。また、温度補正データがあったとしても、温度変化量Δｔが大きくなるにつれて、図１２に示されるように、閾値データの補正量が大きくなるために、温度補正されて算出された閾値データに含まれる誤差が大きくなるおそれがある。

そこで、第４の動作例では、制御部１７は、一定の温度範囲内で放電動作チェック又は急速放電を行うときのみ温度補正を行い、その温度範囲外では温度補正を行わずに、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の閾値データを、予め設定された初期値に設定する。

このように動作させることで、温度が一定の範囲から外れている場合、温度補正を行わずに初期値を利用することができるため、温度補正データが無くても、放電動作チェック又は急速放電を実行できる。また、温度変化量Δｔが大きくなっても、算出される閾値データに含まれる誤差が大きくなることを防止できる。

図１３は、放電動作チェックの第４例を示したフローチャートである。

ステップＳ１９０において、制御部１７は、動作チェックトリガーに基づいて、放電動作チェックをスタートさせる。動作チェックトリガーは、例えば、所定のシステムから送信される動作チェック命令信号である。

ステップＳ１９１において、検出部１６は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度の検出データを取得する。

ステップＳ１９２において、制御部１７は、検出部１６によってステップＳ１９１で検出された素子温度が所定の最低温度よりも高く且つ所定の最高温度よりも低い温度領域内であるか否かを確認する。温度領域内に含まれる場合、ステップＳ１９３に移行し、温度領域内に含まれない場合、ステップＳ１９４に移行する。

ステップＳ１９３〜Ｓ２０８は、図１０のステップＳ１３２〜Ｓ１４８と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ２１０において、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈを超えた時に新たに測定されたゲート電圧Ｖｇｅ１及び素子温度を、メモリ２０に記録するとともに、その放電動作チェックを終了させる（ステップＳ２１２）。ただし、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈを超えた時に新たに測定されたゲート電圧Ｖｇｅ１及び素子温度が、所定の最低温度よりも高く且つ所定の最高温度よりも低い温度領域に含まれていない場合には、メモリ２０には記録されない。

図１４は、緊急時の急速放電の第４例を示したフローチャートである。

ステップＳ２２０において、制御部１７は、急速放電トリガーに基づいて、急速放電をスタートさせる。急速放電トリガーは、例えば、車両の衝突が検知されたことに伴い発生する衝突信号でもよいし、車両の衝突が予知されたことに伴い発生する衝突予知信号でもよい。

ステップＳ２２１〜Ｓ２３０は、図１３のステップＳ２２１〜Ｓ２００と同じであるため、その説明を省略する。ステップＳ２３２〜Ｓ２４０は、図５のステップＳ５２〜Ｓ６０と同じであるため、その説明を省略する。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に対して、種々の変形、置換、組み合わせを行うことができる。

例えば、上述の実施例では、スイッチング素子Ｑ２がオンしている状態でスイッチング素子Ｑ１をパルス状にスイッチング動作させているが、例えば、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点とモータのコイルとの間の電流経路が遮断されている場合には、スイッチング素子Ｑ１がオンしている状態でスイッチング素子Ｑ２をパルス状にスイッチング動作させてもよいし、短絡電流Ｉが流れるようにスイッチング素子Ｑ１とＱ２を両方とも時間的に重複してパルス状にスイッチング動作させてもよい。

また、上述の実施例では、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時のスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１を測定し、その測定値に一致するようにスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇｅ１が制御されているが、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時のスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅ２を測定し、その測定値に一致するようにスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧Ｖｇｅ２が制御されてもよい。また、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時のスイッチング素子Q１，Ｑ２それぞれのゲート電圧を測定し、その各測定値に一致するようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれのゲート電圧が制御されてもよい。

また、上述の実施例では、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時の一方のスイッチング素子のゲート電圧の測定値を、両方のスイッチング素子に共通するゲート電圧閾値として測定しているが、短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈになる時のスイッチング素子毎のゲート電圧の測定値を、スイッチング素子それぞれのゲート電圧閾値として測定してもよい。

また、上述の動作例において、現在のゲート電圧がスイッチング素子の実際のゲート電圧閾値に一致しているか否かを判定するため、また、スイッチング素子のゲート電圧閾値を跨いでスイッチング素子を動作させるため、ゲート電圧を降下させることなく短絡電流Ｉが所定の電流値Ｉｔｈに満たないときには、短絡電流Ｉが電流値Ｉｔｈ以上になるまで、ゲート電圧を上昇させるようにしてもよい。

また、上述の実施例では、コンデンサ１２は、直列回路１１に並列に接続される蓄電装置であるが、本発明は、蓄電装置が、スイッチング素子がハイサイドとローサイドに配置された直列回路に接続されていればよい。例えば、そのような直列回路に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサでもよい（例えば、特許文献１の図２における低圧コンデンサ７１００など）。

１１直列回路
１２コンデンサ（キャパシタ）
１３駆動部
１４上アーム駆動部
１５下アーム駆動部
１６検出部
１７制御部
１８電源ライン
１９アースライン
１００インバータ装置
Ｑ１，Ｑ２スイッチング素子

Claims

スイッチング素子がハイサイドとローサイドに配置された直列回路を備え、
前記スイッチング素子が両サイドとも重複してオンすることで、前記直列回路に接続される蓄電装置を放電させる電力変換装置であって、
前記スイッチング素子に所定の電流値が流れるゲート電圧を測定し、前記蓄電装置を放電させるとき、測定したゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御する制御部を備えることを特徴とする、電力変換装置。
前記制御部は、前記ゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御しても、前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値未満であるとき、前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる、請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値以上になるまで、前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる、請求項２に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記ゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御しても、前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させることなく前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値を超えるとき、前記スイッチング素子のゲート電圧を降下させる、請求項２又は３に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記ゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御しても、前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値を超えるとき、前記スイッチング素子のゲート電圧を降下させる、請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値以下になるまで、前記スイッチング素子のゲート電圧を降下させる、請求項５に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記ゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御しても、前記スイッチング素子のゲート電圧を降下させることなく前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定の電流値未満であるとき、前記スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる、請求項５又は６に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記蓄電装置を放電させるとき、前記ゲート電圧測定値に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御することを、前記ゲート電圧測定値を前記スイッチング素子のゲートに印加することから開始する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子のゲート電圧をパルス状に制御する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記制御部は、両サイドの前記スイッチング素子のうち、一方のスイッチング素子がオンしている期間に、もう一方のスイッチング素子のゲート電圧をパルス状に制御する、請求項９に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子の温度に応じて、前記スイッチング素子のゲート電圧を変化させる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記温度が所定の温度範囲外のとき、前記温度に応じて前記スイッチング素子のゲート電圧を変化させることを行わない、請求項１１に記載の電力変換装置。
車両が衝突又は衝突のおそれのあるとき、前記蓄電装置を放電させる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。