JP6316397B1 - 電力変換システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の衝突後や動力停止後におけるモータ回転数低下制御中に、インバータ制御部を駆動する電源を消失することなく、平滑コンデンサに蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる電力変換システムを得る。【解決手段】自動車の衝突が検知された際や動力が停止した際に、モータ回転が所定回転数以上の場合、インバータ制御部７２によりモータ回転数低下制御を行い、モータ回転数低下制御中に、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧が所定電圧未満となった場合、モータ回転数低下制御を停止することにより、モータ回転による誘起電圧を２次平滑コンデンサ５０に印加し、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧を上昇させ、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧をインバータ制御部７２の動作電圧範囲に維持しながら、モータ回転数低下制御を行う。【選択図】図１

Description

この発明は、例えばハイブリッド自動車等の車両に搭載される電力変換システムに関し、特に、車両衝突が検知された際や動力が停止した際に、車両情報に応じたモータ回転数低下制御を行う電力変換システムに関するものである。
従来、充放電可能な直流電源と、この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、直流電源と昇圧コンバータとの間の電圧を平滑化する一次平滑コンデンサと、昇圧コンバータから出力される高圧の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、昇圧コンバータとインバータとの間の電圧を平滑化する２次平滑コンデンサと、インバータから出力される交流電圧が印加されることにより、車両の駆動力や制動力が制御される三相交流モータと、を備えたハイブリッド自動車が知られている。
このようなハイブリッド自動車では、車両の安全性を確保するために、車両の衝突時や動力の停止時に、平滑コンデンサに蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電し、感電を防止する必要がある。この時、モータが回転していると、モータからの誘起電圧によって２次平滑コンデンサの電圧が上昇するため、放電時間が長くなってしまう。
そこで、例えば、特開２０１６−１１１７５４号公報（特許文献１）、特開２０１６−１１１７５５号公報（特許文献２）、あるいは国際公開第２０１６／１３６８１５号（特許文献３）に、モータからの誘起電圧による電圧上昇を抑制するため、車両の衝突後にモータの回転数を低下させる方法が提案されている。
また、例えば特開２０１５−１４４５１８号公報（特許文献４）に、インバータ制御回路を駆動するための電源が断たれた場合であっても、２次平滑コンデンサの端子間電圧からインバータ制御回路に電源を供給することにより、２次平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させる方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１、２あるいは特許文献３に提案された方法では、モータ回転数を低下させているときにインバータ制御回路を駆動するための電源を消失する恐れがある。また、特許文献４に提案された方法では、インバータ制御回路を駆動するために供給される平滑コンデンサ端子間電圧のインバータ制御回路駆動可否について考慮がされていない。
特開２０１６−１１１７５４号公報 特開２０１６−１１１７５５号公報 国際公開第２０１６／１３６８１５号 特開２０１５−１４４５１８号公報
この発明は、上記のような従来の課題に鑑みて成されたもので、車両の衝突後や動力停止後におけるモータ回転数低下制御中に、インバータ制御部を駆動する電源を消失することなく、２次平滑コンデンサに蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる電力変換システムを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、この発明に係る電力変換システムは、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端子間電圧を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧により電源供給されるインバータ制御部と、前記コンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、前記インバータによって駆動される車軸に連結されたモータと、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出力する放電判定指示部と、を備え、
前記放電判定指示部より放電動作の実行が指示され、前記モータの回転数が予め設定された閾値以上の場合、前記インバータ制御部により前記モータの回転数を低下させるモータ回転数低下制御を行い、
前記モータ回転数低下制御を実行中に、前記端子間電圧検出手段から得られた端子間電圧が予め設定された閾値未満となった場合、前記モータ回転数低下制御を停止することにより、モータ回転による誘起電圧を前記コンデンサに印加し、前記コンデンサの端子間電圧を上昇させることを特徴とするものである。
この発明に係る電力変換システムによれば、前記構成により、インバータ制御部を駆動する電源を消失することなく、モータ回転数の低下後、平滑コンデンサに蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる。
この発明の実施の形態１に係る電力変換システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換システムの放電制御装置の放電動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る電力変換システムの放電制御装置の放電動作を示すフローチャートである。
以下、この発明に係る電力変換システムの実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、電力変換システムがハイブリッド自動車に搭載されている場合について説明するが、ハイブリッド自動車以外の車両に搭載されてもよい。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換システムを示す構成図である。
実施の形態１に係る電力変換システムは、図１に示すように、直流電源１０、昇圧コンバータ２０、１次平滑コンデンサ３０、１次平滑コンデンサ３０の端子間電圧検出手段である１次電圧センサ３１、インバータ４０、２次平滑コンデンサ５０、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧検出手段である２次電圧センサ５１、三相交流モータ６０、三相交流モータ６０の回転数検出手段であるモータ回転数センサ６１、モータ温度センサ６２、放電制御部７０を備えている。
直流電源１０は、充放電可能であってインバータ４０を介して三相交流モータ６０と電力の授受を行う。昇圧コンバータ２０は、直流電源１０とインバータ４０との間に設けられ、直流電源１０から供給される直流電圧をＤＣ／ＤＣ変換により昇圧する。１次平滑コンデンサ３０は、直流電源１０と昇圧コンバータ２０との間に接続され、直流電源１０と昇圧コンバータ２０との間の電圧を平滑化する。また、１次電圧センサ３１は、１次平滑コンデンサ３０の高電圧側ノードと低電圧側ノードとの間の電圧を計測する。
インバータ４０は、昇圧コンバータ２０から出力される高圧の直流電圧を、ＤＣ／ＡＣ変換により交流電圧に変換する。２次平滑コンデンサ５０は、昇圧コンバータ２０とインバータ４０との間に接続され、昇圧コンバータ２０とインバータ４０との間の電圧を平滑化する。また、２次電圧センサ５１は、２次平滑コンデンサ５０の高電圧側ノードと低電圧側ノードとの間の電圧を計測する。
三相交流モータ６０は、インバータ４０から出力される交流電圧が印加されることにより、車両の駆動力や制動力を制御する。モータ回転数センサ６１は三相交流モータ６０の回転数を計測する。モータ温度センサ６２は三相交流モータ６０の温度を計測する。
放電制御部７０は、コンバータ制御部７１、インバータ制御部７２、放電判定指示部７３、及びインバータ制御部用バックアップ電源７４を備えている。放電判定指示部７３は、衝突センサ７５により車両の衝突を検知した場合や、車速制御部７６により動力を停止状態とする場合に、インバータ制御部７２に対して２次平滑コンデンサ５０に蓄えられた電荷を放電するように指示を出力する。また、同時に放電判定指示部７３は、コンバータ制御部７１に対し、１次平滑コンデンサ３０及び昇圧コンバータ２０内のエネルギー移行用コンデンサ２３に蓄えられた電荷を放電するように指示を出力してもよい。インバータ制御部用バックアップ電源７４は、通常使用する電源が使用できなくなった状態に陥った場合に、一時的に使用するバックアップ用の電源であり、２次平滑コンデンサ５０に蓄積された電荷を電力の供給源とした電源である。
コンバータ制御部７１は、昇圧コンバータ２０に含まれるパワー半導体素子の構成要素である半導体スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチング動作を制御し、昇圧コンバータ２０でのＤＣ／ＤＣ変換を行う。インバータ制御部７２は、インバータ４０に含まれるスイッチングアームの上アーム側パワー半導体素子４４ａ及び下アーム側パワー半導体素子４４ｂの半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆのスイッチング動作を制御し、インバータ４０でのＤＣ／ＡＣ変換を行う。
昇圧コンバータ２０及びインバータ４０において、パワー半導体素子は、半導体スイッチ素子と半導体整流素子とを相互に逆並列に接続したものを単位とする。また、パワー半導体素子の直列接続体をアームと称する。
ここで、インバータ４０の詳細な構成について説明する。インバータ４０のアームは、駆動する三相交流モータ６０の相数に対応する本数が設けられており、図１に示されるように、インバータ４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのスイッチングアーム４５ａ〜４５ｃで構成される。
インバータ４０のＵ相スイッチングアーム４５ａは、半導体スイッチ素子４１ａ、４１ｂとして、例えば、Ｓｉを材料とした絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用い、半導体整流素子４２ａ、４２ｂとして、同じくＳｉを材料としたＰｉＮダイオードを用いている。また、他の材料を用いても構わない。
半導体スイッチ素子４１ａのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子４２ａのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子４１ａのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子４２ａのアノード電極Ａが接続され、相互に逆並列に接続されて、パワー半導体素子の一単位になっている。また、同様に、半導体スイッチ素子４１ｂのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子４２ｂのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子４１ｂのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子４２ｂのアノード電極Ａが接続されている。このように、インバータ４０のＵ相スイッチングアーム４５ａは、半導体スイッチ素子４１ａ及び半導体整流素子４２ａからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｂ及び半導体整流素子４２ｂからなるパワー半導体素子とが直列接続されて構成されている。
なお、インバータ４０のＶ相スイッチングアーム４５ｂ及びＷ相スイッチングアーム４５ｃも、Ｕ相スイッチングアーム４５ａと同様に構成されており、Ｖ相スイッチングアーム４５ｂは、半導体スイッチ素子４１ｃ及び半導体整流素子４２ｃからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｄ及び半導体整流素子４２ｄからなるパワー半導体素子との直列接続により、また、Ｗ相スイッチングアーム４５ｃは、半導体スイッチ素子４１ｅ及び半導体整流素子４２ｅからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｆ及び半導体整流素子４２ｆからなるパワー半導体素子との直列接続により構成されている。
また、インバータ制御部７２は、インバータ４０に含まれるスイッチングアーム４５ａ〜４５ｃの上アーム側パワー半導体素子４４ａ及び下アーム側パワー半導体素子４４ｂに含まれる半導体スイッチ素子のスイッチング動作を制御して、三相交流モータ６０との接続ノードＵａｃ、Ｖａｃ、Ｗａｃの電位を調整することにより三相交流モータ６０に流れる電流量を制御する。
この結果、三相交流モータ６０が車両の駆動力や制動力を制御することになる。また、インバータ制御部７２は、三相交流モータ６０の回転情報をモータ回転数センサ６１から取得し、三相交流モータ６０の温度情報をモータ温度センサ６２から取得する。
続いて、昇圧コンバータ２０の詳細な構成について説明する。昇圧コンバータ２０は、パワー半導体素子を４つ直列接続したアームを備えている。
図１に示されるように、昇圧コンバータ２０のアームは、半導体スイッチ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとして、Ｓｉを材料としたＩＧＢＴを用い、半導体整流素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとして、同じくＳｉを材料としたＰｉＮダイオードを用いている。
半導体スイッチ素子２１ａのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子２２ａのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子２１ａのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子２２ａのアノード電極Ａが接続され、相互に逆並列に接続されてパワー半導体素子の一単位になっている。また、半導体スイッチ素子２１ａ、半導体整流素子２２ａの接続と同様に、半導体スイッチ素子２１ｂと半導体整流素子２２ｂ、半導体スイッチ素子２１ｃと半導体整流素子２２ｃ、半導体スイッチ素子２１ｄと半導体整流素子２２ｄも接続されてパワー半導体素子の一単位になっている。ここで、半導体スイッチ素子２１ｄのエミッタ電極Ｅは、１次平滑コンデンサ３０の低電圧側ノードＮ１と接続され、かつ２次平滑コンデンサ５０の低電圧側ノードＮ２と接続されている。また、低電圧側ノードＮ２は、インバータ４０の下アーム側パワー半導体素子４４ｂのノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎｗと接続されている。
従って、直流電源１０の低電圧側出力端子、低電圧側ノードＮ１、Ｎ２及びインバータ４０の下アーム側パワー半導体素子４４ｂのノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎｗは、すべて同電位（代表して、電位Ｖｎ）となる。
また、半導体スイッチ素子２１ｄのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ｃのエミッタ電極Ｅ及びエネルギー移行用コンデンサ２３の低電圧側ノードと接続されている。半導体スイッチ素子２１ｃのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ｂのエミッタ電極Ｅ及びリアクトル２５のコイルの一端と接続されている。また、半導体スイッチ素子２１ｂのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ａのエミッタ電極Ｅ及びエネルギー移行用コンデンサ２３の高電圧側ノードと接続されている。また、エネルギー移行用コンデンサ２３の近傍には、エネルギー移行用コンデンサ２３の電圧を計測するエネルギー移行電圧センサ２４が設けられている。
一方、半導体スイッチ素子２１ａのコレクタ電極Ｃは、２次平滑コンデンサ５０の高電圧側ノードＰ２と接続されている。また、高電圧側ノードＰ２は、インバータ４０の上アーム側パワー半導体素子４４ａのノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗと接続されている。従って、高電圧側ノードＰ２及びインバータ４０の上アーム側パワー半導体素子４４ａのノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗは、すべて同電位（代表して、電位Ｖｐ）となる。
次に、車両の衝突時や動力の停止時における電力変換装置の動作について説明する。
まず、放電制御部７０は、衝突センサ７５により車両の衝突を検知した場合や、車速制御部７６により車両の使用を終了し動力の停止状態とする場合に、車両を安全に停車させる。
続いて、直流電源１０からの電力供給を停止し、放電判定指示部７３は、インバータ制御部７２に対して、放電動作の実行を指示する。放電判定指示部７３による放電動作の実行の指示に従い、インバータ制御部７２は、まず、インバータ４０の半導体スイッチ素子をすべてオフ（開）状態となるように制御すると共に、モータ回転数センサ６１より回転情報を取得する。
ここで、上記の制御を行ったにもかかわらず、モータ回転数センサ６１からの回転情報が、三相交流モータ６０が回転中であることを示している場合には、車両の駆動輪（図示せず）が路面から浮いている状態で空転しているか、または衝突後も車両が完全に停止していない等、外的要因で三相交流モータ６０が回転し続けている可能性がある。
このような場合には、三相交流モータ６０に逆起電力が発生し、インバータ４０のパワー半導体素子に電流が流れることにより、本来は放電すべき２次平滑コンデンサ５０が蓄電される恐れがある。そこで、もし車両が衝突し、何らかの乗員の救護処置や車両の事故後処理を行うべきであるにもかかわらず、三相交流モータ６０が回転し、逆起電力が発生している状況となった場合、三相交流モータ６０の回転数を速やかに低下させ、２次平滑コンデンサ５０を蓄電しないように放電制御することが望ましい。
さらに、衝突時には電源の供給が停止する場合があるため、インバータ制御部用バックアップ電源７４を用いる。インバータ制御部用バックアップ電源７４は、２次平滑コンデンサ５０に蓄積されている電荷を電力の供給源とした電源であるため、２次平滑コンデンサ５０の高電圧側ノードＰ２と低電圧側ノードＮ２の電位差は、インバータ制御部７２が動作可能な電圧以上であり、かつ、感電の危険性のない電圧以下に制御されることが望ましい。また、本放電制御は、安全性能向上のため、通常の車両停止においても実施されることが望ましい。
以下、図２及び図３に示したフローチャートを参照しながら、インバータ制御部７２により、２次平滑コンデンサ５０の電荷を放電する動作について説明する。
まず、開始後（ステップＳ１００）、ステップＳ１０１において、放電判定指示部７３は衝突センサ７５（例えば、加速度センサ）から車両の衝突検知情報を取得し、車両衝突を検知した場合はインバータ制御部７２に放電指示を出力し、ステップＳ１０２へ移行する。車両衝突を検知しなかった場合はステップＳ１０５へ移行する。
ステップＳ１０５では、車速制御部７６より車速情報を取得し、車両の停止を検知した場合は、インバータ制御部７２に放電指示を出力しステップＳ１０２へ移行する。車両の停止を検知しない場合は、ステップＳ１０１に移行して上述の動作を繰り返す。
ステップＳ１０２では、モータ回転数センサ６１より回転数情報Ｒｍｏｔを取得し、ステップＳ１０３へ移行する。
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で得られた回転数Ｒｍｏｔと予め設定されている所定閾値Ｒｔｈとを比較する。所定閾値Ｒｔｈは、三相交流モータ６０の回転数を低下させる必要があるか否かを判断する設定値となり、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定された場合には放電制御を開始することになってステップＳ１０６に移行する。一方、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定されなかった場合は、本制御を終了する。
ステップＳ１０６では、モータ回転数低下制御を開始する。モータ回転数低下制御は、三相交流モータ６０の回転数を抑制することで行われる放電制御である。一般的に、上アーム側パワー半導体素子４４ａを全てＯＦＦ、同時に下アーム側パワー半導体素子４４ｂを全てＯＮの状態により行われる。
ステップＳ１０７では、モータ回転数低下制御を実施しているときの回転数Ｒｍｏｔをモータ回転数センサ６１より取得し、ステップＳ１０８へ移行する。
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で得られた回転数Ｒｍｏｔと予め設定されている所定閾値Ｒｔｈとを比較する。Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定された場合には、モータ回転数低下制御を継続することになり、ステップＳ１１０へ移行する。一方、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定されなかった場合は、ステップＳ１０９へ移行し、モータ回転数低下制御を終了する。ステップＳ１０３とステップＳ１０８で比較する閾値Ｒｔｈは同じ設定値としてもよいし、異なる設定値としてもよい。
ステップＳ１１０では、２次電圧センサ５１より２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧情報Ｖｃを取得し、ステップＳ１１１へ移行する。
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で得られた電圧Ｖｃと予め設定されている所定閾値Ｖｔｈとを比較する。Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定された場合には、モータ回転数低下制御を継続することになり、ステップＳ１１７へ移行する。一方、Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定されなかった場合は、インバータ制御部７２を動作させるための電源電圧が低下したと判断し、ステップＳ１１２へ移行し、後述するステップＳ１１３を経てステップＳ１１４でモータ回転数低下制御を一時停止する。これによりインバータ制御部７２を駆動するための電源を消失することなく、２次平滑コンデンサ５０に蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる。
ステップＳ１１２では、モータ温度センサ６２より３相交流モータ６０の温度情報ＴＭｍｏｔ、インバータ温度センサ４３ａ〜４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ１１３へ移行する。インバータ温度センサ４３ａ〜４３ｂは、インバータ４０の半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度情報を取得するものであり、少なくとも１つ以上の温度センサを何れかの半導体スイッチ素子の近傍に配置し温度情報を検出できるものとする。
ステップＳ１１３では、モータ回転数低下制御を一時停止する停止時間Ｔｔｈ１を算出し、ステップＳ１１４に移行する。停止時間の算出方法は、例えば、次のような式を用いる。Ｔｔｈ１＝ａ×ＴＭｍｏｔ＋ｂ×Ｒｍｏｔ+ｃ×ＴＭｉｎｖ（ａ、ｂ、ｃは各パラメ
ータの影響度係数）。
ステップＳ１１４では、モータ回転数低下制御を一時停止し、停止経過時間のカウント
を開始する。これにより２次平滑コンデンサ５０の放電が停止され、三相交流モータ６０の逆起電力によって、再び２次平滑コンデンサ５０への蓄電が開始され、高電圧側ノードＰ２と低電圧側ノードＮ２の電位差が増加する。
ステップＳ１１５では、停止経過時間Ｔｓｔｏｐを取得し、ステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、ステップＳ１１５で得られた停止経過時間ＴｓｔｏｐとステップＳ１１３で算出された停止時間Ｔｔｈ１とを比較する。Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ１と判定された場合には、モータ回転数低下制御を再開することになり、ステップＳ１０６へ移行する。一方、Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ１と判定されなかった場合は、モータ回転数低下制御の一時停止継続となり、ステップＳ１１５に移行する。
一方、モータ回転数低下制御ではインバータ４０の半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆをスイッチングさせるため、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度が上昇し破壊に至る可能性がある。これに対して、ステップＳ１１７からの制御を行う。
ステップＳ１１７では、インバータ温度センサ４３ａ〜４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ１１８へ移行する。
ステップＳ１１８では、ステップＳ１１７で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ１とを比較する。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ１と判定された場合には、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度が上昇し、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆが破壊に至る可能性があると判断し、ステップＳ１１９へ移行し、モータ回転数低下制御を一時停止する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ１と判定されなかった場合は、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度は適正であり、モータ回転数低下制御を継続することになり、ステップＳ１０７へ移行する。
ステップＳ１１９では、モータ回転数低下制御を一時停止する停止時間Ｔｔｈ２を算出し、ステップＳ１２０に移行する。停止時間の算出方法は、例えば、次のような式を用いる。Ｔｔｈ２＝ｄ×ＴＭｉｎｖ（ｄはパラメータの影響度係数）。
ステップＳ１２０では、モータ回転数低下制御を一時停止し、停止経過時間のカウントを開始する。これにより半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆのスイッチングが停止され、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度が低下する。
ステップＳ１２１では、停止経過時間Ｔｓｔｏｐを取得し、ステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、ステップＳ１２１で得られた停止経過時間ＴｓｔｏｐとステップＳ１１９で算出された停止時間Ｔｔｈ２とを比較する。Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ２と判定された場合には、モータ回転数低下制御を再開することになり、ステップＳ１０６へ移行する。一方、Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ２と判定されなかった場合は、モータ回転数低下制御の一時停止継続となり、ステップＳ１２３に移行する。
ステップＳ１２３では、インバータ温度センサ４３ａ〜４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ１２４へ移行する。
ステップＳ１２４では、ステップＳ１２３で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと所定閾値ＴＭｔｈ１より低い予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ２とを比較する
。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ２と判定された場合には、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度がモータ回転数低下制御の再開に適正な温度ではないと判断し、ステップＳ１２１へ移行し、モータ回転数低下制御の一時停止を継続する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ２と判定されなかった場合は、半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度は適正であり、モータ回転数低下制御を再開することになり、ステップＳ１０６へ移行する。所定閾値ＴＭｔｈ１と所定閾値ＴＭｔｈ２はＴＭｔｈ１＞ＴＭｔｈ２の関係にあり、一時停止時間を経過する前に半導体スイッチ素子４１ａ〜４１ｆの温度が所定閾値ＴＭｔｈ２以下となった場合に、モータ回転数低下制御を再開することで速やかに２次平滑コンデンサ５０の放電ができる。
以上のように、モータ回転数低下制御を一時停止することにより、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧を上昇させ、三相交流モータ６０が十分に低い回転数になるまで制御することで速やかな２次平滑コンデンサ５０の放電を行うことができる。
また、モータ回転数低下制御の一時停止時間を所定時間とすることにより、２次平滑コンデンサ５０に印加される電圧を最適値に近づけることができ、前記所定時間は、停止直前の三相交流モータ６０の温度、インバータ４０の温度、三相交流モータ６０の回転数、２次平滑コンデンサ５０の端子間電圧のうち少なくとも１つを含む車両情報により決定することができる。
また、前記モータ回転数低下制御を実行中に、インバータ４０の温度が予め設定された第１の閾値を超過した場合は、モータ回転数低下制御を中止し、インバータ４０の温度が前記第１の閾値より低い予め設定された第２の閾値未満となった場合または所定時間経過した場合に、再度モータ回転数低下制御を再開することにより、インバータ温度が部品定格超過し破壊に至る前に保護をすることができ、かつモータ回転停止制御が実施可能な温度まで低下した段階で極力早くモータ回転停止制御を再開し、回転を停止させることができる。
また、放電判定指示部７３が車両の衝突を検知した場合及び車両の動力を停止状態とする場合の少なくとも一方の場合に放電停止指示を出力することにより、インバータ制御部７２を駆動するための電源を消失することなく、モータ回転低下後、２次平滑コンデンサ５０に蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる。
なお、上述した２次平滑コンデンサ５０の放電と同時に１次平滑コンデンサ３０及びエネルギー移行用コンデンサ２３の放電制御をコンバータ制御部７１で行ってもよい。その場合はコンバータ制御部７１にも、インバータ制御部用バックアップ電源７４から電源供給するものとする。
以上、この発明の実施の形態１に係る電力変換システムについて説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１０ 直流電源、２０ 昇圧コンバータ、２１ａ〜２１ｄ 半導体スイッチ素子、２２ａ〜２２ｄ 半導体整流素子、２３ エネルギー移行用コンデンサ、２４ エネルギー移行電圧センサ、２５ リアクトル、３０ １次平滑コンデンサ、３１ １次電圧センサ、４０ インバータ、４１ａ〜４１ｆ 半導体スイッチ素子、４２ａ〜４２ｆ 半導体整流素子、４３ａ〜４３ｂ インバータ温度センサ、４４ａ 上アーム側パワー半導体素子、４４ｂ 下アーム側パワー半導体素子、４５ａ Ｕ相スイッチングアーム、４５ｂ Ｖ相スイッチングアーム、４５ｃ Ｗ相スイッチングアーム、５０ ２次平滑コンデンサ、５１ ２次電圧センサ、６０ 三相交流モータ、６１ モータ回転数センサ、６２ モータ温度センサ、７０ 放電制御部、７１ コンバータ制御部、７２ インバータ制御部、７３ 放電判定指示部、７４ インバータ制御部用バックアップ電源、７５ 衝突センサ、７６ 車速制御部

Claims (5)

  1. 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端子間電圧を平滑するコンデンサと、
    前記コンデンサの端子間電圧により電源供給されるインバータ制御部と、
    前記コンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、
    前記インバータによって駆動される車軸に連結されたモータと、
    前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
    前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出力する放電判定指示部と、
    を備え、
    前記放電判定指示部より放電動作の実行が指示され、前記モータの回転数が予め設定された閾値以上の場合、前記インバータ制御部により前記モータの回転数を低下させるモータ回転数低下制御を行い、
    前記モータ回転数低下制御を実行中に、前記端子間電圧検出手段から得られた端子間電圧が予め設定された閾値未満となった場合、前記モータ回転数低下制御を停止することにより、モータ回転による誘起電圧を前記コンデンサに印加し、前記コンデンサの端子間電圧を上昇させることを特徴とする電力変換システム。
  2. 前記モータ回転数低下制御の停止時間を所定時間とすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記所定時間は、停止直前の前記モータの温度、前記インバータの温度、前記モータの回転数、前記コンデンサの端子間電圧のうち少なくとも１つを含む車両情報により決定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。
  4. 前記モータ回転数低下制御を実行中に、前記インバータの温度が予め設定された第１の閾値を超過した場合は、モータ回転数低下制御を中止し、前記インバータの温度が前記第１の閾値より低い予め設定された第２の閾値未満となった場合または所定時間経過した場合に、再度モータ回転数低下制御を再開することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  5. 前記放電判定指示部は、車両の衝突を検知した場合及び車両の動力を停止状態とする場合の少なくとも一方の場合に放電停止指示を出力することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換システム。
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