JP5787942B2 - 電力変換装置および電力変換方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された車両およびその制御方法では、衝突が検知された後に、インバータの上アームトランジスタのすべてがオフされると同時に下アームトランジスタのすべてがオンされるが、例えば衝突により上アームトランジスタの少なくとも1つが短絡した場合が考慮されていない。
そのため、システムの複雑化やコストアップを伴うことなく、車両の衝突時や動力の停止時に、インバータや三相交流電動機を適正に保護しながら、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を速やかに放電させることができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置を示す構成図である。図1において、この電力変換装置は、直流電源10、昇圧コンバータ20、第1平滑コンデンサ30および1次電圧センサ31、インバータ40、第2平滑コンデンサ50および2次電圧センサ51、電動機60、リレー70並びに放電制御部80を備えている。
図6は、この発明の実施の形態2に係る電力変換装置の昇圧コンバータを示す構成図である。図6において、この昇圧コンバータ20Aのアームは、半導体スイッチ素子26a、26b、26c、26dとして、図1に示したSi材料からなるIGBTではなく、バンドギャップがさらに大きいシリコンカーバイド(SiC:炭化珪素)材料のユニポーラ型の電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)を用いている。
そのため、Si材料によるパワー半導体素子を用いたものよりも、さらに速やかに平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電することができる。
Claims (3)
- 直流電源と、
前記直流電源から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記直流電源と前記昇圧コンバータとの間の電圧を平滑化する第1平滑コンデンサと、
前記昇圧コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記昇圧コンバータと前記インバータとの間の電圧を平滑化する第2平滑コンデンサと、
前記インバータから出力される交流電圧が印加される電動機と、
前記昇圧コンバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するコンバータ制御部と、
前記インバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御部と、
車両の衝突を検知した場合および車両の使用を終了し動力の停止状態とする場合の少なくとも一方の場合に、前記第1平滑コンデンサおよび前記第2平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出す放電判定指示部と、
前記昇圧コンバータを通過する電流を計測する電流センサと、
前記直流電源と前記第1平滑コンデンサとの間に接続されたリレーと、を備え、
前記インバータは、
高電圧側パワー半導体素子および低電圧側パワー半導体素子を含むスイッチングアームを有し、
前記昇圧コンバータは、
複数のパワー半導体素子を直列接続したアームと、
前記アームのパワー半導体素子の直列接続体において、変換主回路の2次側端子の高電圧側ノードに接続されるパワー半導体素子と、変換主回路の2次側端子の低電圧側ノードに接続されるパワー半導体素子とを除いて、前記複数のパワー半導体素子のうち、最高電圧ノードと最低電圧ノードとの間に接続されたエネルギー移行用コンデンサと、
前記複数のパワー半導体素子の少なくとも1つのパワー半導体素子同士の接続ノードに接続されたリアクトルと、を有し、
前記放電判定指示部が、放電動作の実行を指示した場合に、
前記インバータ制御部は、前記インバータに含まれるパワー半導体素子の短絡故障の有無を検出するとともに、前記インバータと前記電動機との接続点の電位を、あらかじめ設定された電位に固定し、
前記コンバータ制御部は、前記インバータと前記電動機との接続点の電位が、あらかじめ設定された電位に固定された後に、前記リレーが開放して、前記直流電源と前記第1平滑コンデンサとの間を電気的に切断した状態で、前記第1平滑コンデンサおよび前記第2平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させるものであり、
前記インバータ制御部は、
前記インバータを構成する高電圧側パワー半導体素子および低電圧側パワー半導体素子のうち、一方をオン動作させるとともに、他方をオフ動作させ、このとき前記電流センサで計測された電流に基づいて、前記高電圧側パワー半導体素子および前記低電圧側パワー半導体素子の短絡故障の有無を検出し、
前記スイッチングアームの前記高電圧側パワー半導体素子および前記低電圧側パワー半導体素子のうち、何れの側も短絡故障している相を含む場合を除いて、短絡故障している相を含む側のすべての半導体スイッチ素子をオン動作させるとともに、何れの相も短絡故障していない側のすべての半導体スイッチ素子をオフ動作させることで、前記インバータと前記電動機との接続点の電位を、あらかじめ設定された電位に固定し、
前記コンバータ制御部は、
前記昇圧コンバータの前記パワー半導体素子を構成する半導体スイッチ素子のスイッチを、前記第2平滑コンデンサから前記エネルギー移行用コンデンサへ電荷を放電させ、その後、前記第1平滑コンデンサ、前記第2平滑コンデンサおよび前記エネルギー移行用コンデンサに蓄積された電荷を放電させるように動作させることにより、前記第1平滑コンデンサ、前記第2平滑コンデンサおよび前記エネルギー移行用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる
電力変換装置。 - 前記昇圧コンバータに含まれる前記パワー半導体素子は、バンドギャップがSi材料のバンドギャップよりも大きい半導体材料からなる電界効果トランジスタである
請求項1に記載の電力変換装置。 - 直流電源と、
前記直流電源から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記直流電源と前記昇圧コンバータとの間の電圧を平滑化する第1平滑コンデンサと、
前記昇圧コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記昇圧コンバータと前記インバータとの間の電圧を平滑化する第2平滑コンデンサと、
前記インバータから出力される交流電圧が印加される電動機と、
前記昇圧コンバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するコンバータ制御部と、
前記インバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御部と、
車両の衝突を検知した場合および車両の使用を終了し動力の停止状態とする場合の少なくとも一方の場合に、前記第1平滑コンデンサおよび前記第2平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出す放電判定指示部と、
前記昇圧コンバータを通過する電流を計測する電流センサと、
前記直流電源と前記第1平滑コンデンサとの間に接続されたリレーと、を備え
前記インバータは、
高電圧側パワー半導体素子および低電圧側パワー半導体素子を含むスイッチングアームを有し、
前記昇圧コンバータは、
複数のパワー半導体素子を直列接続したアームと、
前記アームのパワー半導体素子の直列接続体において、変換主回路の2次側端子の高電圧側ノードに接続されるパワー半導体素子と、変換主回路の2次側端子の低電圧側ノードに接続されるパワー半導体素子とを除いて、前記複数のパワー半導体素子のうち、最高電圧ノードと最低電圧ノードとの間に接続されたエネルギー移行用コンデンサと、
前記複数のパワー半導体素子の少なくとも1つのパワー半導体素子同士の接続ノードに接続されたリアクトルと、を有する電力変換装置によって実行される電力変換方法であって、
前記放電判定指示部が、放電動作の実行を指示した場合に、
前記インバータに含まれるパワー半導体素子の短絡故障の有無を検出するステップと、
前記インバータと前記電動機との接続点の電位を、あらかじめ設定された電位に固定するステップと、
前記リレーが開放して、前記直流電源と前記第1平滑コンデンサとの間を電気的に切断した状態で、前記第1平滑コンデンサおよび前記第2平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させるステップと、を有するものであり、
短絡故障の有無を検出するステップは、前記インバータを構成する高電圧側パワー半導体素子および低電圧側パワー半導体素子のうち、一方をオン動作させるとともに、他方をオフ動作させ、このとき前記電流センサで計測された電流に基づいて、前記高電圧側パワー半導体素子および前記低電圧側パワー半導体素子の短絡故障の有無を検出し、
あらかじめ設定された電位に固定するステップは、前記スイッチングアームの前記高電圧側パワー半導体素子および前記低電圧側パワー半導体素子のうち、何れの側も短絡故障している相を含む場合を除いて、短絡故障している相を含む側のすべての半導体スイッチ素子をオン動作させるとともに、何れの相も短絡故障していない側のすべての半導体スイッチ素子をオフ動作させることで、前記インバータと前記電動機との接続点の電位を、あらかじめ設定された電位に固定し、
電荷を放電させるステップは、前記昇圧コンバータの前記パワー半導体素子を構成する半導体スイッチ素子のスイッチを、前記第2平滑コンデンサから前記エネルギー移行用コンデンサへ電荷を放電させ、その後、前記第1平滑コンデンサ、前記第2平滑コンデンサおよび前記エネルギー移行用コンデンサに蓄積された電荷を放電させるように動作させることにより、前記第1平滑コンデンサ、前記第2平滑コンデンサおよび前記エネルギー移行用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる
電力変換方法。
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