JP5838859B2 - 双方向電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された双方向電力変換装置に備えられたコンデンサの電荷を放電する技術に関する。

従来、電気自動車やプラグインハイブリット車等の車両に搭載される双方向電力変換装置として、例えば、双方向車載充電器がある。
双方向車載充電器は、系統ＡＣ電圧をバッテリーＤＣ電圧に変換してバッテリーを充電する充電動作に加え、バッテリーＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換して出力する回生動作も可能である。

双方向車載充電器は、例えば、力率改善回路とＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えており、充電動作時には、力率改善回路により系統ＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を一時的に昇圧した後、ＤＣ−ＤＣコンバータによりバッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）に降圧してバッテリーを充電する。また、回生動作時には、ＤＣ−ＤＣコンバータによりバッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）を一時的に昇圧した後、力率改善回路により降圧してＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。

このような構成の双方向車載充電器では、充電動作が終了した後も、その充電動作時の力率改善回路の出力電圧、すなわち力率改善回路により昇圧された高電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が、コンデンサの残留電荷によって保持されたままとなる。また、回生動作が終了した後は、その回生動作時のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧された高電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が、コンデンサの残留電荷によって保持されたままとなる。従って、充電動作終了後や回生動作終了後には、コンデンサの残留電荷を放電させる必要がある。

なお、車両に搭載された回路に含まれるコンデンサの電荷を放電する技術として、次のような技術が知られている。例えば、車両に搭載された電源回路の放電制御装置に関し、電源回路に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側コンデンサの電荷を迅速に放電する技術がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−３０６７９５号公報

本発明は、上記実情に鑑み、充電動作終了後及び回生動作終了後にコンデンサの残留電荷を放電させることができる双方向電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る双方向電力変換装置は、第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第１のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換し、第２の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第２のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第２のコンデンサとバッテリーとの間の電気的接続を短絡又は開放するスイッチ回路と、を備え、前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が開放されているときに、前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる双方向半導体スイッチング素子をオン、オフさせることにより、前記第１のコンデンサの電荷及び前記第２のコンデンサの電荷のうち少なくとも一方を放電させることを特徴とする。

本発明によれば、充電動作終了後及び回生動作終了後にコンデンサの残留電荷を放電させることができる。

実施形態１に係る双方向電力変換装置の構成例を示す図である。 実施形態１に係る放電動作の内容を示すフローチャートである。 実施形態２に係る双方向電力変換装置の構成例を示す図である。 実施形態２に係る放電動作の内容を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態１]
本発明の実施形態１に係る双方向電力変換装置は、例えば電気自動車やプラグインハイブリット車等の車両に搭載される双方向車載充電器であり、外部から入力される系統ＡＣ電圧を、車両高圧バッテリーＤＣ電圧と車両低圧バッテリーＤＣ電圧に変換して、車両高圧バッテリーと車両低圧バッテリーを充電する充電動作に加え、車両高圧バッテリーＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換して外部に出力する回生動作を行う構成を有する。

図１は、本実施形態に係る双方向電力変換装置の構成例を示す図である。
図１に示したように、本実施形態に係る双方向電力変換装置は、ＡＣ入出力部１０と、フィルタ回路２０と、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路（力率改善回路）３０と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と、フィルタ回路５０と、リレー回路（スイッチ回路の一例）６０と、車両高圧バッテリー７０と、フィルタ回路８０と、車両低圧バッテリー９０と、制御部１００を含む。

ＡＣ入出力部１０は、ＡＣ入力端子１１と、ＡＣ出力端子１２と、スイッチ１３、１４を含む。ＡＣ入力端子１１は、図示しない系統ＡＣ電源のコンセントに接続される。ＡＣ出力端子１２は、図示しない家電製品等の電気器具のプラグに接続される。ＡＣ入力端子１１及びＡＣ出力端子１２は、スイッチ１３、１４を介して、フィルタ回路２０の一方の端子対に接続されている。そして、スイッチ１３、１４の切り替えにより、ＡＣ入力端子１３とフィルタ回路２０の一方の端子対、又は、ＡＣ出力端子１４とフィルタ回路２０の一方の端子対が導通状態となる。

ＰＦＣ回路３０は、ＡＣ電流センサ３１と、ＡＣ電圧センサ３２と、コイルＬ１、Ｌ２と、ブリッジ回路３３と、電解コンデンサＣ２と、ＤＣ電圧センサ３４を含む。
フィルタ回路２０の他方の端子対の一方の端子は、ＡＣ電流センサ３１を介してコイルＬ１の一方の端子に接続され、他方の端子は、コイルＬ２の一方の端子に接続されている。さらに、フィルタ回路２０の他方の端子対間には、ＡＣ電圧センサ３２が接続されている。コイルＬ１、Ｌ２の各々の他方の端子は、ブリッジ回路３３に接続されている。

ブリッジ回路３３は、８個の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８と、４個のダイオードＤ１乃至Ｄ４からなる。半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、その各々のコレクタとエミッタ間に、ダイオードＤ１乃至Ｄ４が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ５乃至Ｓ８は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。なお、ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴは双方向半導体スイッチング素子でもあることから、ブリッジ回路３３は、並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。

半導体スイッチング素子Ｓ１のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ５のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ２のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ６のドレインとの中点は、コイルＬ１の他方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ７のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ４のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ８のドレインとの中点は、コイルＬ２の他方の端子に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ４の各々のコレクタは、電解コンデンサＣ２の一方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ５乃至Ｓ８の各々のソースは、電解コンデンサＣ２の他方の端子に接続されている。電解コンデンサＣ２の端子間にはＤＣ電圧センサ３４が接続されている。

絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、トランス４１と、トランス４１の一次側回路、二次側回路、三次側回路を含む。
トランス４１の一次側回路は、ブリッジ回路４２と、コイルＬ３と、ＡＣ電流センサ４３を含む。

ブリッジ回路４２は、８個の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６と、４個のコンデンサＣ３乃至Ｃ６からなる。８個の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６は、例えばＭＯＳＦＥＴである。また、半導体スイッチング素子Ｓ９とＳ１０の各々のドレインとソース間、Ｓ１１とＳ１２の各々のドレインとソース間、Ｓ１３とＳ１４の各々のドレインとソース間、Ｓ１５とＳ１６の各々のドレインとソース間に、コンデンサＣ３乃至Ｃ６が並列に接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴは双方向半導体スイッチング素子でもあることから、ブリッジ回路４２は、コンデンサが並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。

半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１２の各々のドレインは、ＰＦＣ回路３０の電解コンデンサＣ２の一方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１３乃至Ｓ１６の各々のソースは、ＰＦＣ回路３０の電解コンデンサＣ２の他方の端子に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ１１のソースと半導体スイッチング素子Ｓ１５のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ１２のソースと半導体スイッチング素子Ｓ１６のドレインとの中点は、コイルＬ３の一方の端子に接続され、コイルＬ３の他方の端子は、トランス４１の一次巻線４１ａの一方の端部に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ９のソースと半導体スイッチング素子Ｓ１３のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ１０のソースと半導体スイッチング素子Ｓ１４のドレインとの中点は、ＡＣ電流センサ４３を介してトランス４１の一次巻線４１ａの他方の端部に接続されている。

トランス４１の二次側回路は、ブリッジ回路４４と、コイルＬ４と、電解コンデンサＣ７と、ＤＣ電圧センサ４５と、ＤＣ電流センサ４６を含む。
ブリッジ回路４４は、４個の半導体スイッチング素子Ｓ１７乃至Ｓ２０と、４個のダイオードＤ５乃至Ｄ８からなる。４個の半導体スイッチング素子Ｓ１７乃至Ｓ２０は、例えばＩＧＢＴであり、その各々のコレクタとエミッタ間に、ダイオードＤ５乃至Ｄ８が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。なお、ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴは双方向半導体スイッチング素子でもあるので、ブリッジ回路４４は、双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。

半導体スイッチング素子Ｓ１７のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ１９のコレクタとの中点は、トランス４１の二次巻線４１ｂの一方の端部に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１８のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ２０のコレクタとの中点は、トランス４１の二次巻線４１ｂの他方の端部に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ１７、Ｓ１８の各々のコレクタは、コイルＬ４の一方の端子に接続され、コイルＬ４の他方の端子は、電解コンデンサＣ７の一方の端子に接続されていると共に、ＤＣ電流センサ４６を介してフィルタ回路５０の一方の端子対の一方に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ１９、Ｓ２０の各々のエミッタは、電解コンデンサＣ７の他方の端子に接続されていると共に、フィルタ回路５０の一方の端子対の他方に接続されている。電解コンデンサＣ７の端子間には、ＤＣ電圧センサ４５が接続されている。

トランス４１の三次側回路は、３つのダイオードＤ９乃至Ｄ１１と、２つの半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２と、コイルＬ５と、コンデンサＣ８と、ＤＣ電圧センサ４７と、ＤＣ電流センサ４８を含む。

ダイオードＤ９のアノードは、トランス４１の３次巻線４１ｃの一方の端部に接続され、ダイオードＤ９のカソードは、半導体スイッチング素子Ｓ２１のドレインに接続されている。ダイオードＤ１０のアノードは、トランス４１の３次巻線４１ｃの他方の端部に接続され、ダイオードＤ１０のカソードは、半導体スイッチング素子Ｓ２２のドレインに接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２の各々のソースは、ダイオードＤ１１のカソードとコイルＬ５の一方の端子とに接続されている。コイルＬ５の他方の端子は、ＤＣ電流センサ４８を介してコンデンサＣ８の一方の端子とフィルタ回路８０の一方の端子対の一方とに接続されている。ダイオードＤ１１のアノードは、コンデンサＣ８の他方の端子とフィルタ回路８０の一方の端子対の他方とに接続されている。コンデンサＣ８の端子間には、ＤＣ電圧センサ４７が接続されている。なお、半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２は、例えばＭＯＳＦＥＴである。

車両高圧バッテリー７０は、プラス側端子がリレー回路６０を介してフィルタ回路５０の他方の端子対の一方に接続され、マイナス側端子がフィルタ回路５０の他方の端子対の他方に接続されている。そして、リレー回路６０がオンしたときには、車両高圧バッテリー７０のプラス側端子とフィルタ回路５０の他方の端子対の一方とが導通状態（短絡状態）となり、リレー回路６０がオフしたときには、それらが非導通状態（開放状態）となる。このことから、リレー回路６０は、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の電解コンデンサＣ７と車両高圧バッテリー７０との間の電気的接続を短絡又は開放する回路でもある。

車両低圧バッテリー９０は、両端子がフィルタ回路８０の他方の端子対に接続されている。
制御部１００は、充電動作時、回生動作時、後述の放電動作時等に、ＡＣ入出力部１０のスイッチ１３、１４と、ＰＦＣ回路３０の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ２２と、リレー回路６０を制御する。

但し、ＰＦＣ回路３０の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８の制御において、Ｓ１とＳ２は同一の制御信号により制御され、Ｓ３とＳ４は同一の制御信号により制御され、Ｓ５とＳ６は同一の制御信号により制御され、Ｓ７とＳ８は同一の制御信号により制御される。また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０におけるブリッジ回路４２の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６の制御において、Ｓ９とＳ１０は同一の制御信号により制御され、Ｓ１１とＳ１２は同一の制御信号により制御され、Ｓ１３とＳ１４は同一の制御信号により制御され、Ｓ１５とＳ１６は同一の制御信号により制御される。

また、制御部１００は、上記の動作時等に、必要に応じて、ＰＦＣ回路３０のＡＣ電流センサ３１、ＡＣ電圧センサ３２、ＤＣ電圧センサ３４と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のＡＣ電流センサ４３、ＤＣ電圧センサ４５、４７、ＤＣ電流センサ４６、４８から、検出値（センサー値）を読み出す。

例えば、充電動作時のＰＦＣ回路３０の入力電流及び入力電圧、及び、回生動作時のＰＦＣ回路３０の出力電流及び出力電圧が、ＡＣ電流センサ３１及びＡＣ電圧センサ３２により検出される。また、電解コンデンサＣ２の端子間電圧（ＶＨ電圧，ＶＨ−ＶＨＧＮＤ間電圧）が、ＤＣ電圧センサ３４により検出される。また、トランス４１の一次巻線４１ａを流れる電流が、ＡＣ電流センサ４３により検出される。また、充電動作時の絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の車両高圧バッテリー側の出力電圧（電解コンデンサＣ７の端子間電圧（ＰＶ電圧，ＰＶ−ＰＶＧＮＤ間電圧））及び出力電流、及び、回生動作時の絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の車両高圧バッテリー側の入力電圧（電解コンデンサＣ７の端子間電圧）及び入力電流が、ＤＣ電圧センサ４５、ＤＣ電流センサ４６により検出される。また、充電動作時の絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の車両低圧バッテリー側の出力電圧及び出力電流が、ＤＣ電圧センサ４７、ＤＣ電流センサ４８により検出される。

次に、このように構成された本実施形態に係る双方向電力変換装置の動作について説明する。
はじめに、外部から入力される系統ＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を、車両高圧バッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）と車両低圧バッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ１２Ｖ）に変換して、車両高圧バッテリー７０と車両低圧バッテリー９０を充電する充電動作について説明する。

なお、充電動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０によるＤＣ−ＤＣ変換動作は、第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時における電解コンデンサＣ２の端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する動作でもある。

充電動作では、まず、車両高圧バッテリー７０のプラス側端子とフィルタ回路５０の出力側端子対の一方とが導通（短絡）するように、制御部１００によりリレー回路６０がオンに制御される。そして、ＡＣ入出力部１０において、図示しない系統ＡＣ電源に接続されているＡＣ入力端子１１とフィルタ回路２０の入力側端子対とが導通するように、制御部１００によりスイッチ１３、１４の切り替えが制御される。すると、系統ＡＣ電圧が、ＡＣ入出力部１０とフィルタ回路２０を介して、ＰＦＣ回路３０のブリッジ回路３３に供給される。

ブリッジ回路３３の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８は、制御部１００からの制御信号により、供給された系統ＡＣ電圧を目標とするＤＣ電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するようにスイッチング制御される。その際、半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８は、例えば電流不連続モード制御方式に従って、２つのコイルＬ１、Ｌ２を昇圧回路のコイルとして機能するように制御されると共に、供給されたＡＣ電流の位相がＡＣ電圧の位相と同じになるように制御される。そして、変換されたＤＣ電圧が絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のブリッジ回路４２に供給される。

ブリッジ回路４２の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６は、ＰＦＣ回路３０から供給されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するように、制御部１００からの制御信号によってスイッチング制御される。その際、半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６は、フェーズシフト制御方式（位相シフト制御方式）によりスイッチング制御されると共に、コイルＬ３を、各半導体スイッチング素子のゼロボルトスイッチングを実現するコイルとして機能するように制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がトランス４１の一次巻線４１ａに供給されて、トランス４１の二次巻線４１ｂ及び三次巻線４１ｃにＡＣ電圧が誘起される。

トランス４１の二次巻線４１ｂに誘起されたＡＣ電圧は、ブリッジ回路４４に供給されてダイオードＤ５乃至Ｄ８により整流され、コイルＬ４及び電解コンデンサＣ７により平滑化されて、フィルタ回路５０を介して車両高圧バッテリー７０に供給される。これにより、ＤＣ電圧が車両高圧バッテリー７０に供給され、車両高圧バッテリー７０が充電される。なお、このときに、半導体スイッチング素子Ｓ１７乃至Ｓ２０は、制御部１００からの制御信号により、オフに制御される。

また、トランス４１の三次巻線４１ｃに誘起されたＡＣ電圧は、ダイオードＤ９、Ｄ１０と半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２により整流され、コイルＬ５及びコンデンサＣ８により平滑化されて、フィルタ回路８０を介して車両低圧バッテリー９０に供給される。これにより、ＤＣ電圧が車両低圧バッテリー９０に供給され、車両低圧バッテリー９０が充電される。なお、このときに、半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２は、制御部１００からの制御信号により、目標とするＤＣ電圧が車両低圧バッテリー９０に供給されるようにスイッチング制御される。

このような充電動作により、系統ＡＣ電圧が、車両高圧バッテリーＤＣ電圧と車両低圧バッテリーＤＣ電圧に変換されて、車両高圧バッテリー７０と車両低圧バッテリー９０の充電が行われる。

次に、車両高圧バッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）をＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換して外部に出力する回生動作について説明する。
なお、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０によるＤＣ−ＤＣ変換動作は、第２の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時における電解コンデンサＣ７の端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する動作でもある。

回生動作では、まず、ＡＣ入出力部１０において、図示しない家電製品等の電気器具のプラグに接続されているＡＣ出力端子１２とフィルタ回路２０の出力側端子対とが導通するように、制御部１００によりスイッチ１３、１４の切り替えが制御される。そして、車両高圧バッテリー７０のプラス側端子とフィルタ回路５０の入力側端子対の一方とが導通（短絡）するように、制御部１００によりリレー回路６０がオンに制御される。すると、車両高圧バッテリーＤＣ電圧が、リレー回路６０とフィルタ回路５０を介して、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のブリッジ回路４４に供給される。

ブリッジ回路４４の半導体スイッチング素子Ｓ１７乃至Ｓ２０は、制御部１００からの制御信号により、供給された車両高圧バッテリーＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がトランス４１の二次巻線４１ｂに供給され、トランス４１の一次巻線４１ａにＡＣ電圧が誘起されて、ブリッジ回路４２に供給される。

ブリッジ回路４２の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６は、制御部１００からの制御信号により、供給されたＡＣ電圧を目標とするＤＣ電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＤＣ電圧がＰＦＣ回路３０のブリッジ回路３３に供給される。

ブリッジ回路３３の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８は、制御部１００からの制御信号により、供給されたＤＣ電圧を目標とするＡＣ電圧に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がフィルタ回路２０、スイッチ１３、１４、ＡＣ出力端子１２を介して図示しない家電製品等の電気器具のプラグに供給される。

このような回生動作により、車両高圧バッテリーＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換されて外部に出力される。
なお、回生動作時において、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のトランス４１の三次側回路の半導体スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２は、制御部１００からの制御信号により、オフに制御されたままとなる。

次に、充電動作終了後と回生動作終了後に行われる放電動作について説明する。
上述の充電動作が終了した時点では、充電動作時におけるＰＦＣ回路３０の出力電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が電解コンデンサＣ２の残留電荷により保持されたままであると共に、充電動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の車両高圧バッテリー側の出力電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）が電解コンデンサＣ７の残留電荷により保持されたままである。

また、上述の回生動作が終了した時点では、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の入力電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）が電解コンデンサＣ７の残留電荷により保持されたままであると共に、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が電解コンデンサＣ２の残留電荷により保持されたままである。

従って、充電動作が終了した時点、及び、回生動作が終了した時点では、電解コンデンサＣ２、Ｃ７の各々の端子間電圧は、その残留電荷により、高電圧のままである。
そこで、本実施形態に係る双方向電力変換装置では、充電動作終了後、及び、回生動作終了後に、図２に示すように、電解コンデンサＣ２、Ｃ７に蓄積されている電荷を放電させる放電動作が行われる。

なお、充電動作が終了した時点、及び、回生動作が終了した時点では、ＰＦＣ回路３０の半導体スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ８と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ２２が、制御部１００によりオフに制御されている。

また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のトランス４１の一次側回路において、直列接続されているコンデンサＣ３、Ｃ５と、Ｃ４、Ｃ６は、電解コンデンサＣ２に並列接続されていることから、充電動作が終了した時点、及び、回生動作が終了した時点では、コンデンサＣ３、Ｃ５と、コンデンサＣ４、Ｃ６にも電荷が蓄積されている。

図２は、本実施形態に係る放電動作の内容を示すフローチャートである。
図２に示したように、放電動作では、まず、車両高圧バッテリー７０のプラス側端子とフィルタ回路５０の他方の端子対の一方とが非導通（開放）となるように、制御部１００によりリレー回路６０がオフに制御される（Ｓ１０１）。また、このときに、ＡＣ入出力部１０においては、例えば、ＡＣ入力端子１１とＡＣ出力端子１２とが開放状態にされる。或いは、例えば、ＡＣ出力端子１２とフィルタ回路２０の一方の端子対とが導通するように、制御部１００によりスイッチ１３、１４の切り替えが制御される。

続いて、電解コンデンサＣ２の電荷を、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０のトランス４１の一次側回路にて放電する動作が行われる（Ｓ１０２乃至Ｓ１０６）。
具体的には、制御部１００により、まず、半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１２がオンに、半導体スイッチング素子Ｓ１３乃至Ｓ１６がオフに制御される（Ｓ１０２）。これにより、コンデンサＣ３→半導体スイッチング素子Ｓ９、Ｓ１０というようにコンデンサＣ３の電荷が流れると共に、コンデンサＣ４→半導体スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２というようにコンデンサＣ４の電荷が流れるので、コンデンサＣ３の電荷が半導体スイッチング素子Ｓ９、Ｓ１０で消費されると共に、コンデンサＣ４の電荷が半導体スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２で消費される。すなわち、コンデンサＣ３、Ｃ４の電荷が放電される。

続いて、半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６がオフに制御される（Ｓ１０３）。これにより、電解コンデンサＣ２に蓄積されている電荷が移動して、再び、コンデンサＣ３乃至Ｃ６に電荷が蓄積された状態となる。

続いて、半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１２がオフに、半導体スイッチング素子Ｓ１３乃至Ｓ１６がオンに制御される（Ｓ１０４）。これにより、コンデンサＣ５→半導体スイッチング素子Ｓ１３、Ｓ１４というようにコンデンサＣ５の電荷が流れると共に、コンデンサＣ６→半導体スイッチング素子Ｓ１５、Ｓ１６というようにコンデンサＣ６の電荷が流れるので、コンデンサＣ５の電荷が半導体スイッチング素子Ｓ１３、Ｓ１４で消費されると共に、コンデンサＣ６の電荷が半導体スイッチング素子Ｓ１５、Ｓ１６で消費される。すなわち、コンデンサＣ５、Ｃ６の電荷が放電される。

続いて、半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６がオフに制御される（Ｓ１０５）。これにより、電解コンデンサＣ２に蓄積されている電荷が移動して、再び、コンデンサＣ３乃至Ｃ６に電荷が蓄積された状態となる。

続いて、ＤＣ電圧センサ３４の検出値が読み出され、電解コンデンサＣ２の端子間電圧が第１の閾値未満であるか否かが判定される（Ｓ１０６）。なお、第１の閾値は、後述の第２の閾値よりも大きな値である。Ｓ１０６において、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ１０２へ戻り、再びＳ１０２乃至Ｓ１０５が繰り返される。

一方、Ｓ１０６の判定結果がＹｅｓの場合には、上述の回生動作時におけるブリッジ回路４４、４２の動作と同様の動作が行われる（Ｓ１０７）。これにより、電解コンデンサＣ７から電解コンデンサＣ２に電荷が移動する。また、その際には、電解コンデンサＣ７とＣ２との間に設けられた回路抵抗（例えば、スイッチング素子、トランス、コイル）によって、電荷の消費が行われる。

続いて、ＤＣ電圧センサ３４の検出値が読み出され、電解コンデンサＣ２の端子間電圧が第２の閾値未満であるか否かが判定される（Ｓ１０８）。なお、第２の閾値は、例えば、電荷が放電されている状態の電解コンデンサＣ２の端子間電圧に相当する値である。

Ｓ１０８の判定において、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ１０２へ戻り、再びＳ１０２乃至Ｓ１０７が繰り返される。一方、その判定結果がＹｅｓの場合には、当該放電動作を終了する。

このような放電動作により、電解コンデンサＣ２、Ｃ７に蓄積されている電荷が放電される。
以上のように、本実施形態に係る双方向電力変換装置によれば、充電動作終了後、及び、回生動作終了後に、電解コンデンサＣ２、Ｃ７の残留電荷を放電させることができる。

また、電解コンデンサＣ２の電荷をトランス４１の一次側回路にて放電させる際に、ブリッジ回路４２では、１つのコンデンサ（例えばＣ３）の電荷を２つの半導体スイッチング素子（例えばＳ９、Ｓ１０）に消費させることができるので、例えば、コンデンサに並列接続された１つの半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された構成のブリッジ回路に比べて、放電時間を短くすることができる。

なお、本実施形態に係る双方向電力変換装置において、ＰＦＣ回路３０は、例えば、電流連続モード制御方式、又は、電流臨界モード制御方式に従って制御されるようにしてもよい。

また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０において、ブリッジ回路４２は、コンデンサに並列接続された３つ以上の双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続されるように構成することも可能である。これにより、コンデンサに並列接続された３つ以上の双方向半導体スイッチング素子においては、そのコンデンサの電荷を、その３つ以上の双方向半導体スイッチング素子に消費させることができるので、結果として、電解コンデンサＣ２の電荷をトランス４１の一次側回路で放電する際の放電時間をより短くすることができる。

また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４０において、ブリッジ回路４４は、並列接続された複数の双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続されるように構成することも可能である。これにより、図２に示した放電動作におけるＳ１０７において、より多くの電荷を消費させることができるので、放電時間をより短くすることができる。

また、図２に示した放電動作では、電解コンデンサＣ２の電荷をトランス４１の一次側回路で放電させる際に、コンデンサＣ３、Ｃ４の電荷の放電とコンデンサＣ５、Ｃ６の電荷の放電が交互に行われるものであったが、例えば、コンデンサＣ３、Ｃ６の電荷の放電と、コンデンサＣ４、Ｃ５の電荷の放電が交互に行われるように半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６を制御することも可能である。或いは、例えば、コンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６の各々の電荷の放電が順に行われるように半導体スイッチング素子Ｓ９乃至Ｓ１６を制御することも可能である。

また、図２に示した放電動作において、電解コンデンサＣ２及びＣ７のうち少なくとも一方を放電させるように制御を行うことも可能である。
[実施形態２]
本発明の実施形態２に係る双方向電力変換装置は、例えば電気自動車やプラグインハイブリット車等の車両に搭載される双方向車載充電器であり、外部から入力される系統ＡＣ電圧を車両高圧バッテリーＤＣ電圧変換して車両高圧バッテリーを充電する充電動作に加え、車両高圧バッテリーＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換して外部に出力する回生動作を行う構成を有する。

図３は、本実施形態に係る双方向電力変換装置の構成例を示す図である。
図３に示したように、本実施形態に係る双方向電力変換装置は、ＡＣ入出力部２１０と、フィルタ回路２２０と、ＰＦＣ回路２３０と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０と、フィルタ回路２５０と、リレー回路（スイッチ回路の一例）２６０と、車両高圧バッテリー２７０と、制御部２８０を含む。

ＡＣ入出力部２１０は、ＡＣ入力端子２１１と、ＡＣ出力端子２１２と、スイッチ２１３、２１４を含む。ＡＣ入力端子２１１は、図示しない系統ＡＣ電源のコンセントに接続される。ＡＣ出力端子２１２は、図示しない家電製品等の電気器具のプラグに接続される。ＡＣ入力端子２１１及びＡＣ出力端子２１２は、スイッチ２１３、２１４を介して、フィルタ回路２２０の一方の端子対に接続されている。そして、スイッチ２１３、２１４の切り替えにより、ＡＣ入力端子２１３とフィルタ回路２２０の一方の端子対、又は、ＡＣ出力端子２１４とフィルタ回路２２０の一方の端子対が導通状態となる。

ＰＦＣ回路２３０は、ＡＣ電流センサ２３１と、ＡＣ電圧センサ２３２と、コイルＬ１１、Ｌ１２と、ブリッジ回路２３３と、電解コンデンサＣ１２と、ＤＣ電圧センサ２３４を含む。

フィルタ回路２２０の他方の端子対の一方の端子は、ＡＣ電流センサ２３１を介してコイルＬ１１の一方の端子に接続され、フィルタ回路２２０の他方の端子対の他方の端子は、コイルＬ１２の一方の端子に接続されている。さらに、フィルタ回路２２０の他方の端子対の端子間には、ＡＣ電圧センサ２３２が接続されている。コイルＬ１１、Ｌ１２の各々の他方の端子は、ブリッジ回路２３３に接続されている。

ブリッジ回路２３３は、８個の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８からなる。半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８は、例えばＭＯＳＦＥＴである。なお、ＭＯＳＦＥＴは双方向半導体スイッチング素子でもあることから、ブリッジ回路２３３は、並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。この場合、半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３４は、例えばＩＧＢＴでもよく、その各々のコレクタとエミッタ間に、ダイオードＤ１乃至Ｄ４が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。

半導体スイッチング素子Ｓ３１のソースと半導体スイッチング素子Ｓ３５のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ３２のソースと半導体スイッチング素子Ｓ３６のドレインとの中点は、コイルＬ１１の他方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３３のソースと半導体スイッチング素子Ｓ３７のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ３４のソースと半導体スイッチング素子Ｓ３８のドレインとの中点は、コイルＬ１２の他方の端子に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３４の各々のドレインは、電解コンデンサＣ１２の一方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３５乃至Ｓ３８の各々のソースは、電解コンデンサＣ１２の他方の端子に接続されている。電解コンデンサＣ１２の端子間にはＤＣ電圧センサ２３４が接続されている。

絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０は、トランス２４１と、トランス２４１の一次側回路、二次側回路を含む。
トランス２４１の一次側回路は、ブリッジ回路２４２と、ＡＣ電流センサ２４３を含む。

ブリッジ回路２４２は、８個の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４６からなる。８個の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４６は、例えばＭＯＳＦＥＴである。なお、ＭＯＳＦＥＴは双方向半導体スイッチング素子でもあることから、ブリッジ回路２４２は、並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。

半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４２の各々のドレインは、ＰＦＣ回路２３０の電解コンデンサＣ１２の一方の端子に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４３乃至Ｓ４６の各々のソースは、ＰＦＣ回路２３０の電解コンデンサＣ１２の他方の端子に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ３９のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４３のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ４０のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４４のドレインとの中点は、トランス２４１の一次巻線２４１ａの一方の端部に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ４１のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４５のドレインとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ４２のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４６のドレインとの中点は、ＡＣ電流センサ２４３を介してトランス２４１の一次巻線２４１ａの他方の端部に接続されている。

トランス２４１の二次側回路は、ブリッジ回路２４４と、コイルＬ１３と、電解コンデンサＣ１３と、ＤＣ電圧センサ２４５と、ＤＣ電流センサ２４６を含む。
ブリッジ回路２４４は、８個の半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５４と、８個のダイオードＤ２１乃至Ｄ２８からなる。８個の半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５４は、例えばＩＧＢＴであり、その各々のコレクタとエミッタ間に、ダイオードＤ２１乃至Ｄ２８が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。なお、ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴは双方向半導体スイッチング素子でもあることから、ブリッジ回路２４４は、並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された回路でもある。

半導体スイッチング素子Ｓ４７のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ５１のコレクタとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ４８のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ５２のコレクタとの中点は、トランス２４１の二次巻線２４１ｂの一方の端部に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４９のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ５３のコレクタとの中点、及び、半導体スイッチング素子Ｓ５０のエミッタと半導体スイッチング素子Ｓ５４のコレクタとの中点は、トランス２４１の二次巻線２４１ｂの他方の端部に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５０の各々のコレクタは、コイルＬ１３の一方の端子に接続され、コイルＬ１３の他方の端子は、電解コンデンサＣ１３の一方の端子に接続されていると共に、ＤＣ電流センサ２４６を介してフィルタ回路２５０の一方の端子対の一方に接続されている。半導体スイッチング素子Ｓ５１乃至Ｓ５４の各々のエミッタは、電解コンデンサＣ１３の他方の端子に接続されていると共に、フィルタ回路２５０の一方の端子対の他方に接続されている。電解コンデンサＣ１３の端子間には、ＤＣ電圧センサ２４５が接続されている。

車両高圧バッテリー２７０は、プラス側端子がリレー回路２６０を介してフィルタ回路２５０の他方の端子対の一方に接続され、マイナス側端子がフィルタ回路２５０の他方の端子対の他方に接続されている。そして、リレー回路２６０がオンしたときには、車両高圧バッテリー２７０のプラス側端子とフィルタ回路２５０の他方の端子対の一方とが導通状態（短絡状態）となり、リレー回路２６０がオフしたときには、それらが非導通状態（開放状態）となる。このことから、リレー回路２６０は、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の電解コンデンサＣ１３と車両高圧バッテリー２７０との間の電気的接続を短絡又は開放する回路でもある。

制御部２８０は、充電動作時、回生動作時、後述の放電動作時等に、ＡＣ入出力部２１０のスイッチ２１３、２１４と、ＰＦＣ回路２３０の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ５４と、リレー回路２６０を制御する。

但し、ＰＦＣ回路２３０の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８の制御において、Ｓ３１とＳ３２は同一の制御信号により制御され、Ｓ３３とＳ３４は同一の制御信号により制御され、Ｓ３５とＳ３６は同一の制御信号により制御され、Ｓ３７とＳ３８は同一の制御信号により制御される。また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０におけるブリッジ回路２４２の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４６の制御において、Ｓ３９とＳ４０は同一の制御信号により制御され、Ｓ４１とＳ４２は同一の制御信号により制御され、Ｓ４３とＳ４４は同一の制御信号により制御され、Ｓ４５とＳ４６は同一の制御信号により制御される。さらに、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０におけるブリッジ回路２４４の半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５４の制御において、Ｓ４７とＳ４８は同一の制御信号により制御され、Ｓ４９とＳ５０は同一の制御信号により制御され、Ｓ５１とＳ５２は同一の制御信号により制御され、Ｓ５３とＳ５４は同一の制御信号により制御される。

また、制御部２８０は、上記の動作時等に、必要に応じて、ＰＦＣ回路２３０のＡＣ電流センサ２３１、ＡＣ電圧センサ２３２、ＤＣ電圧センサ２３４と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０のＡＣ電流センサ２４３、ＤＣ電圧センサ２４５、ＤＣ電流センサ２４６から、検出値（センサー値）を読み出す。

例えば、充電動作時のＰＦＣ回路２３０の入力電流及び入力電圧、及び、回生動作時のＰＦＣ回路２３０の出力電流及び出力電圧が、ＡＣ電流センサ２３１及びＡＣ電圧センサ２３２により検出される。また、電解コンデンサＣ１２の端子間電圧（ＶＨ電圧，ＶＨ−ＶＨＧＮＤ間電圧）が、ＤＣ電圧センサ２３４により検出される。また、トランス２４１の一次巻線２４１ａを流れる電流が、ＡＣ電流センサ２４３により検出される。また、充電動作時の絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の出力電圧（電解コンデンサＣ１３の端子間電圧（ＰＶ電圧，ＰＶ−ＰＶＧＮＤ間電圧））及び出力電流、及び、回生動作時の絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の入力電圧（電解コンデンサＣ１３の端子間電圧）及び入力電流が、ＤＣ電圧センサ２４５、ＤＣ電流センサ２４６により検出される。

次に、このように構成された本実施形態に係る双方向電力変換装置の動作について説明する。
はじめに、外部から入力される系統ＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を車両高圧バッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）に変換して車両高圧バッテリー７０を充電する充電動作について説明する。

なお、充電動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０によるＤＣ−ＤＣ変換動作は、第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時における電解コンデンサＣ１２の端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する動作でもある。

充電動作では、まず、車両高圧バッテリー２７０のプラス側端子とフィルタ回路２５０の出力側端子対の一方とが導通（短絡）するように、制御部２８０によりリレー回路２６０がオンに制御される。そして、ＡＣ入出力部２１０において、図示しない系統ＡＣ電源に接続されているＡＣ入力端子２１１とフィルタ回路２２０の入力側端子対とが導通するように、制御部２８０によりスイッチ２１３、２１４の切り替えが制御される。すると、系統ＡＣ電圧が、ＡＣ入出力部２１０とフィルタ回路２２０を介して、ＰＦＣ回路２３０のブリッジ回路２３３に供給される。

ブリッジ回路２３３の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８は、制御部２８０からの制御信号により、供給された系統ＡＣ電圧を目標とするＤＣ電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するようにスイッチング制御される。その際、半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８は、例えば電流不連続モード制御方式に従って、２つのコイルＬ１１、Ｌ１２を昇圧回路のコイルとして機能するように制御されると共に、供給されたＡＣ電流の位相がＡＣ電圧の位相と同じになるように制御される。そして、変換されたＤＣ電圧が絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０のブリッジ回路２４２に供給される。

ブリッジ回路２４２の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４６は、ＰＦＣ回路２３０から供給されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するように、制御部２８０からの制御信号によってスイッチング制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がトランス２４１の一次巻線２４１ａに供給されて、トランス２４１の二次巻線２４１ｂにＡＣ電圧が誘起される。

トランス２４１の二次巻線２４１ｂに誘起されたＡＣ電圧は、ブリッジ回路２４４に供給されてダイオードＤ２１乃至Ｄ２８により整流され、コイルＬ１３及び電解コンデンサＣ１３により平滑化されて、フィルタ回路２５０を介して車両高圧バッテリー２７０に供給される。これによりＤＣ電圧が車両高圧バッテリー２７０に供給され、車両高圧バッテリー２７０が充電される。なお、このときに、半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５４は、制御部２８０からの制御信号により、オフに制御される。

このような充電動作により、系統ＡＣ電圧が車両高圧バッテリーＤＣ電圧に変換されて車両高圧バッテリー２７０の充電が行われる。
次に、車両高圧バッテリーＤＣ電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）をＡＣ電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換して外部に出力する回生動作について説明する。

なお、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０によるＤＣ−ＤＣ変換動作は、第２の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時における電解コンデンサＣ１３の端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する動作でもある。

回生動作では、まず、ＡＣ入出力部２１０において、図示しない家電製品等の電気器具のプラグに接続されているＡＣ出力端子２１２とフィルタ回路２２０の出力側端子対とが導通するように、制御部２８０によりスイッチ２１３、２１４の切り替えが制御される。そして、車両高圧バッテリー２７０のプラス側端子とフィルタ回路２５０の入力側端子対の一方とが導通（短絡）するように、制御部２８０によりリレー回路２６０がオンに制御される。すると、車両高圧バッテリーＤＣ電圧が、リレー回路２６０とフィルタ回路２５０を介して、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０のブリッジ回路２４４に供給される。

ブリッジ回路２４４の半導体スイッチング素子Ｓ４７乃至Ｓ５４は、制御部２８０からの制御信号により、供給された車両高圧バッテリーＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がトランス２４１の二次巻線２４１ｂに供給され、トランス２４１の一次巻線４１ａにＡＣ電圧が誘起されて、ブリッジ回路２４２に供給される。

ブリッジ回路２４２の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ４６は、制御部２８０からの制御信号により、供給されたＡＣ電圧を目標とするＤＣ電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＤＣ電圧がＰＦＣ回路２３０のブリッジ回路２３３に供給される。

ブリッジ回路２３３の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８は、制御部２８０からの制御信号により、供給されたＤＣ電圧を目標とするＡＣ電圧に変換するようにスイッチング制御される。そして、変換されたＡＣ電圧がフィルタ回路２２０、スイッチ２１３、２１４、ＡＣ出力端子２１２を介して図示しない家電製品等の電気器具のプラグに供給される。

このような回生動作により、車両高圧バッテリーＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換されて外部に出力される。
次に、充電動作終了後と回生動作終了後に行われる放電動作について説明する。

上述の充電動作が終了した時点では、充電動作時におけるＰＦＣ回路２３０の出力電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が電解コンデンサＣ１２の残留電荷により保持されたままであると共に、充電動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の出力電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）が電解コンデンサＣ１３の残留電荷により保持されたままである。

また、上述の回生動作が終了した時点では、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の入力電圧（例えばＤＣ２４０Ｖ）が電解コンデンサＣ１３の残留電荷により保持されたままであると共に、回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の出力電圧（例えばＤＣ３８０Ｖ）が電解コンデンサＣ１２の残留電荷により保持されたままである。

従って、充電動作が終了した時点、及び、回生動作が終了した時点では、電解コンデンサＣ１２、Ｃ１３の各々の端子間電圧は、その残留電荷により、高電圧のままである。
そこで、本実施形態に係る双方向電力変換装置では、充電動作終了後、及び、回生動作終了後に、図４に示すように、電解コンデンサＣ１２、Ｃ１３に蓄積されている電荷を放電させる放電動作が行われる。

なお、充電動作が終了した時点、及び、回生動作が終了した時点では、ＰＦＣ回路２３０の半導体スイッチング素子Ｓ３１乃至Ｓ３８と、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の半導体スイッチング素子Ｓ３９乃至Ｓ５４が、制御部２８０によりオフに制御されている。

図４は、本実施形態に係る放電動作の内容を示すフローチャートである。
図４に示したように、放電動作では、まず、車両高圧バッテリー２７０のプラス側端子とフィルタ回路２５０の他方の端子対の一方とが非導通（開放）となるように、制御部２８０によりリレー回路２６０がオフに制御される（Ｓ２０１）。また、このときに、ＡＣ入出力部２１０においては、例えば、ＡＣ入力端子２１１とＡＣ出力端子２１２とが開放状態にされる。或いは、例えば、ＡＣ出力端子２１２とフィルタ回路２２０の一方の端子対とが導通するように、制御部２８０によりスイッチ２１３、２１４の切り替えが制御される。

続いて、上述の充電動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の動作と同様の動作が所定期間行われる（Ｓ２０２）。これにより、電解コンデンサＣ１２から電解コンデンサＣ１３に電荷が移動し、その際に、電解コンデンサＣ１２とＣ１３との間に設けられた回路抵抗（例えば、スイッチング素子、トランス、コイル）によって、電荷の消費が行われる。

続いて、上述の回生動作時における絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０の動作と同様の動作が所定期間行われる（Ｓ２０３）。これにより、電解コンデンサＣ１３から電解コンデンサＣ１２に電荷が移動し、その際に、電解コンデンサＣ１３とＣ１２との間に設けられた回路抵抗（例えば、スイッチング素子、トランス、コイル）によって、電荷の消費が行われる。

続いて、制御部２８０により、ＤＣ電圧センサ２３４の検出値が読み出され、電解コンデンサＣ１２の端子間電圧が閾値未満であるか否かが判定される（Ｓ２０４）。なお、閾値は、例えば、電荷が放電されている状態の電解コンデンサＣ１２の端子間電圧に相当する値である。

Ｓ２０４の判定において、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ２０２へ戻り、再びＳ２０２及びＳ２０３が繰り返される。一方、その判定結果がＹｅｓの場合には、当該放電動作が終了する。

このような放電動作により、電解コンデンサＣ１２、１３に蓄積されている電荷が放電される。
以上のように、本実施形態に係る双方向電力変換装置によれば、充電動作終了後、及び、回生動作終了後に、電解コンデンサＣ１２、Ｃ１３の残留電荷を放電させることができる。

また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０において、ブリッジ回路２４２、２４４は、並列接続された２つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された構成であるので、例えば、１つの双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続された構成のブリッジ回路に比べて、放電時間を短くすることができる。

なお、本実施形態に係る双方向電力変換装置において、ＰＦＣ回路２３０は、例えば、電流連続モード制御方式、又は、電流臨界モード制御方式に従って制御されるようにしてもよい。

また、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２４０において、ブリッジ回路２４２、２４４４は、並列接続された３つ以上の双方向半導体スイッチング素子がそれぞれブリッジ接続されるように構成することも可能である。これにより、図４に示した放電動作におけるＳ２０３、Ｓ２０４において、より多くの電荷を消費させることができるので、放電時間をより短くすることができる。

また、図４に示した放電動作においては、Ｓ２０２及びＳ２０３が１回行われる毎に、Ｓ２０４の判定が行われているが、例えば、Ｓ２０２及びＳ２０３が複数回行われる毎に、Ｓ２０４の判定が行われるようにすることも可能である。

また、図４に示した放電動作において、電解コンデンサＣ１２及びＣ１３のうち少なくとも一方を放電させるように制御を行うことも可能である。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。

１０ ＡＣ入出力部
１１ ＡＣ入力端子
１２ ＡＣ出力端子
１３、１４ スイッチ
２０ フィルタ回路
３０ ＰＦＣ回路
３１ ＡＣ電流センサ
３２ ＡＣ電圧センサ
３３ ブリッジ回路
３４ ＤＣ電圧センサ
４０ 絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
４１ トランス
４２ ブリッジ回路
４３ ＡＣ電流センサ
４４ ブリッジ回路
４５ ＤＣ電圧センサ
４６ ＤＣ電流センサ
４７ ＤＣ電圧センサ
４８ ＤＣ電流センサ
５０ フィルタ回路
６０ リレー回路
７０ 車両高圧バッテリー
８０ フィルタ回路
９０ 車両低圧バッテリー
１００ 制御部
２１０ ＡＣ入出力部
２１１ ＡＣ入力端子
２１２ ＡＣ出力端子
２１３、２１４ スイッチ
２２０ フィルタ回路
２３０ ＰＦＣ回路
２３１ ＡＣ電流センサ
２３２ ＡＣ電圧センサ
２３３ ブリッジ回路
２３４ ＤＣ電圧センサ
２４０ 絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４１ トランス
２４２ ブリッジ回路
２４３ ＡＣ電流センサ
２４４ ブリッジ回路
２４５ ＤＣ電圧センサ
２４６ ＤＣ電流センサ
２５０ フィルタ回路
２６０ リレー回路
２７０ 車両高圧バッテリー
２８０ 制御部

Claims (6)

1. 第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第１のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換し、第２の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第２のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第２のコンデンサとバッテリーとの間の電気的接続を短絡又は開放するスイッチ回路と、
   を備え、
   前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が開放されているときに、前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる双方向半導体スイッチング素子をオンさせることにより前記双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに蓄積されている電荷を前記双方向半導体スイッチング素子により消費させた後、前記双方向半導体スイッチング素子をオフさせることにより前記第１のコンデンサに蓄積されている電荷を前記双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに移動させる
   ことを特徴とする双方向電力変換装置。
2. 前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が開放されているときに、前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに含まれるブリッジ回路の上アームの双方向半導体スイッチング素子をオン、前記ブリッジ回路の下アームの双方向半導体スイッチング素子をオフさせることにより前記上アームの双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに蓄積されている電荷を前記上アームの双方向半導体スイッチング素子により消費させた後、前記上アームの双方向半導体スイッチング素子をオフ、前記下アームの双方向半導体スイッチング素子をオフさせることにより前記第１のコンデンサに蓄積されている電荷を前記上アームの双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに移動させる第１の処理、及び、前記上アームの双方向半導体スイッチング素子をオフ、前記下アームの双方向半導体スイッチング素子をオンさせることにより前記下アームの双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに蓄積されている電荷を前記下アームの双方向半導体スイッチング素子により消費させた後、前記上アームの双方向半導体スイッチング素子をオフ、前記下アームの双方向半導体スイッチング素子をオフさせることにより前記第１のコンデンサに蓄積されている電荷を前記下アームの双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに移動させる第２の処理を順序不同で行う
   ことを特徴とする請求項１記載の双方向電力変換装置。
3. 前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が開放されているときに、前記第１のコンデンサに蓄積されている電荷を前記双方向半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサに移動させた後、前記双方向半導体スイッチング素子をオン、オフさせることにより前記第２のコンデンサに蓄積されている電荷を前記第１のコンデンサに移動させる
   ことを特徴とする請求項１の双方向電力変換装置。
4. 第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第１のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換し、第２の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時に第２のコンデンサの端子間電圧をＤＣ−ＤＣ変換する絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第２のコンデンサとバッテリーとの間の電気的接続を短絡又は開放するスイッチ回路と、
   を備え、
   前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が開放されているときに、前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる双方向半導体スイッチング素子をオン、オフさせることにより前記第１のコンデンサに蓄積されている電荷を前記第２のコンデンサに移動させた後、前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに含まれる双方向半導体スイッチング素子をオン、オフさせることにより前記第２のコンデンサに蓄積されている電荷を前記第１のコンデンサに移動させる
   ことを特徴とする双方向電力変換装置。
5. 前記第１の方向へのＤＣ−ＤＣ変換時における前記絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側には、ＡＣが入力される力率改善回路が設けられる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の双方向電力変換装置。
6. 外部から入力されるＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して前記バッテリーを充電する充電動作時、及び、前記バッテリーのＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換して外部へ出力する回生動作時には、前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサと前記バッテリーとの間の電気的接続が短絡される
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の双方向電力変換装置。

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