JP6544110B2 - 電源制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源制御装置に関するものである。

直流電源の一方の極と負荷装置との間にリレーを設け、リレーと並列に半導体スイッチング素子を接続し、リレーをオンさせる前に半導体スイッチング素子を介して直流電源から負荷装置へ電荷を供給するプリチャージ処理を実行する電源制御装置が開示されている。この電源制御装置は、コンデンサへの突入電流を防止する制限抵抗が設けられておらず、半導体素子が最大定格電力を超えない範囲であり、かつ、飽和領域で動作するように半導体スイッチング素子のゲート電圧を制御している（特許文献１）。

特開２００７−１４３２２１号公報

しかしながら、上記の電源制御装置では、リレーの温度を抑制しつつプリチャージ処理をする場合にプリチャージ期間が長くなるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、プリチャージ期間を短くする電源制御装置を提供することである。

本発明は、電気回路に対して一対の電源ラインにより電気的に電源を接続し、一対の電源ラインの間にコンデンサを接続し、電源とコンデンサとの間で電源ラインにリレーを接続し、コンデンサのプリチャージ期間に、リレーのインピーダンスを調整することで、電源ラインに流れる電流のピーク値を複数発生させることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、プリチャージ期間における電流ピークを複数にすることで、リレーの発熱のタイミングが分散されるため、リレー温度を許容温度以下にしつつ、プリチャージを短期間で行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。 本発明の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 本発明の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 本発明の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。 本発明の変形例に係る電源制御装置において、リレーのインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー温度のタイムチャートを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本実施形態に係る電源制御装置は、負荷に対して電力を供給するための電源システムを制御する装置である。電源制御装置は、モータ等の負荷を駆動する駆動システム等に適用される。なお、以下の説明では、負荷の一例としてモータを挙げ、電源と負荷との間に接続される電気回路の一例として電力変換回路を挙げた上で、電源制御装置を説明している。負荷はモータに限らず他の装置でもよく、電気回路は電力変換回路に限らず他の回路であってもよい。

図１に示すように、電源制御装置は、電源１と、リレー２と、コンデンサ３と、電力変換回路４と、モータ５と、コントローラ１０と、電源ラインＰＮを備えている。

電源１は、電力変換回路４を介してモータ５に電力を供給する。電源１は、一対の電源ラインＰＮにより電力変換回路の入力側（ＤＣ）側に接続されている。電源１は、複数の電池を直列又は並列に接続されることで構成されている。電源１は正極及び負極を有している。電源１の正極は電源ラインＰに接続されており、電源１の負極は電源ラインＮに接続されている。電源１は、電力変換回路４から出力される電力により充電可能である。なお、電源１は、ＤＣ電源に限らず、ＡＣ電源でもよく、任意の波形の電圧又は電流を出力可能な電源でもよい。

リレー２は、電源１と電力変換回路４との間に流れる電流の導通及び遮断を切り換えるスイッチである。リレー２は、電源１とコンデンサ３との間で、電源ラインＰに接続されている。リレー２は、電源１とコンデンサ３との間を流れる電流経路のインピーダンスを調整する機能を有している。

リレー２は、トランジスタ等の半導体素子を有している。例えばリレー２のスイッチ部分にＭＯＳＦＥＴを用いた場合には、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変えることで、リレー２のインピーダンスを調整できる。リレー２のインピーダンスを調整することは、電源１とコンデンサ３との間の電流経路のインピーダンスを調整することに対応する。また、リレー２のインピーダンスを調整することで、電流経路の電流（電流量）を変更することができる。リレー２はコントローラ１０により制御される。

リレー２は、ノーマリオフのスイッチである。これにより、電源停止などのトラブルにより、コントローラ１０からリレー２への制御信号が途絶えた場合に、電源１と電力変換回路４との間は電気的に遮断されるため、安全性の高いシステムを実現できる。

コンデンサ３は、リップル電流を平滑する平滑コンデンサである。コンデンサ３は、一対の電源ラインＰＮの間に接続されており、電力変換回路４の入力側に接続されている。なお、電力変換回路４にノイズフィルタを設けた場合の容量成分、又は、電源ラインＰ、Ｎや電力変換回路内の配線の寄生の容量成分を、コンデンサ３の容量成分に等価的に含めてもよい。

電力変換回路４は、電源１の電力を交流から直流に変換して、モータ５に出力する。電力変換回路４は、ＩＧＢＴ等のトランジスタをブリッジ状に接続した回路である。電力変換回路４は電源ラインＰ，Ｎで電源１の正極と負極に接続されている。モータ５の回生時には、電力変換回路４はモータ５の出力電力を交流に変換して電源１に出力する。

モータ５は、例えば三相同期モータである。本実施形態に係る電源制御装置が車両に適用された場合に、モータ５は車両の駆動源となる。モータ５は電力変換回路４の出力側に接続されている。

コントローラ１０は、リレー２のオン、オフ制御及びリレー２のインピーダンスの調整を行う。コントローラ１０はリレー２に対して制御信号を送信する。

次に、図２及び図３を用いて、電源制御装置におけるリレー２の制御について説明する。図２及び図３は、リレー２のインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー２の温度のタイムチャートをそれぞれ示すグラフである。各グラフの横軸は時間を示す。図２はリレー２の温度が所定温度より低い場合の特性を示し、図３はリレー２の温度が所定温度より高い場合の特性を示す。

リレー２は、ゲート電圧に応じてインピーダンスを４段階に切り替える。リレー２のインピーダンスの大きさは、Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、Ｚ_４の順で大きくなる。また、インピーダンスを切り換えるために、ゲート電圧は、Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、Ｚ_４と対応づけて、４種類の電圧に設定可能である。

コントローラ１０は、リレー２の温度を管理している。リレー２の温度管理のためには、温度センサをリレー２に設けてもよく、電源ラインＰＮに接続された電流センサ又は電圧センサの検出値から推定してもよい。

コントローラ１０は、コンデンサ３のプリチャージを行う場合には、以下の制御シーケンスを実行する。コントローラ１０には、インピーダンスの切り替えタイミングとして、２種類のシーケンスが予め設定されている。コントローラ１０は、リレー２の温度が所定の温度閾値Ｔ_ｔｈ未満である場合には、第１シーケンスを選択し、リレー２の温度が所定の温度閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合には、第２シーケンスを選択する。

図２に示すように、時間がｔ_１の時（初期状態）、リレー２の温度Ｔ_１は温度閾値Ｔ_ｔｈ未満である場合に、コントローラ１０は第１シーケンスを選択する。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの期間は、プリチャージの実行前の期間を示している。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの期間において、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_４に設定するように、制御信号（ゲート信号）をリレー２に送信する。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの期間において、リレー２のインピーダンスが最も大きい値（Ｚ_４）に設定されている、電源１とコンデンサ３との間の電流経路（以下、主電流経路とも称す）の電流はＩ_１となる。なお、電流Ｉ_１はゼロでもよい。主電流経路の電流がＩ_１のときには、リレー２の温度は上昇せず、初期状態の温度Ｔ_１で推移する。

時間ｔ_２のときに、コンデンサ３のプリチャージを開始する。コントローラ１０は、制御信号をリレー２に送信し、リレー２のインピーダンスをＺ_４からＺ_２に切り換える。リレー２のインピーダンスが低インピーダンス（Ｚ_２）に切り替わると、主電流経路の電流はＩ_１からＩ_４に高くなる。電流Ｉ_４はリレー２の許容電流値（Ｉ_Ｌ）より低い電流である。また電流の上昇に伴い、リレー２の温度は高くなる。

時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_２で維持される。時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間において、主電流経路の電流は、時間の経過に伴って低下する。リレー２の温度は、時間の経過に伴って上昇しているが、リレー２の温度は、リレー２の温度許容値Ｔ_Ｌ以下である。

時間ｔ_３の時点で、リレー２の温度が温度許容値Ｔ_Ｌを超えないように、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスを、Ｚ_２からＺ_３に高くする。リレー２のインピーダンスが高インピーダンス（Ｚ_３）に切り替わると、主電流経路の電流が低くなる。また電流低下に伴い、リレー２の温度が低くなるため、リレー２の温度は温度許容値Ｔ_Ｌを超えない。

上記のように、時間ｔ_２の時点で、主電流経路の電流はピークをとる。電流のピーク値（Ｉ_４）は、時間ｔ_２に切り換えるインピーダンスの大きさに対応しており、インピーダンスＺ_２は、主電流経路の電流を許容電流値（Ｉ_Ｌ）以下で抑制できる値に設定されている。許容電流値（Ｉ_Ｌ）は予め設定されている温度であって、リレー２に許容される電流の上限値、又は、コンデンサ３に許容される電流の上限値に応じて設定されている。また、時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間には、リレー２には大きな電流が流れるため、時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間はリレー２の温度上昇期間となる。そのため、リレー２の温度が温度許容値Ｔ_Ｌ以下になるように、温度上昇期間の長さが設定されている。

時間ｔ_３から時間ｔ_４までの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_３で維持される。時間ｔ_３〜ｔ_４の期間において、主電流経路の電流は、時間の経過に伴って低下する。リレー２の温度は、時間の経過に伴って低下している。この期間では、リレー２の電流が低く、リレー２の内部及びリレー２の周囲で熱拡散が発生している。そのため、リレー２の温度は徐々に低下している。インピーダンス（Ｚ_３）は、時間ｔ_３以降にリレー２の熱拡散を得るような値に設定されている。

時間ｔ_４のときに、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_３からＺ_２に切り換える。リレー２のインピーダンスが低インピーダンス（Ｚ_２）に切り替わると、主電流経路の電流は高くなりＩ_２になる。時間ｔ_４の時点におけるリレー２の温度は、時間ｔ_３よりも低くなっている。リレー温度が低くなった分、リレー２の電流を高めることができるため、時間ｔ_４の時点で、リレー２のインピーダンスを低くする。そして、リレー２の電流を高めることで、プリチャージの期間を短くすることができる。

時間ｔ_４から時間ｔ_５までの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_２で維持される。時間ｔ_４からｔ_５までの期間において、主電流経路の電流は、時間の経過に伴って低下する。この期間では、コンデンサ３の充電は十分に進んでいるため、電源１とコンデンサ３との間の電位差が小さく、リレー２の温度は時間の経過に伴って低下する。

上記のように、時間ｔ_４の時点で、主電流経路の電流はピークをとる。時間ｔ_４の時点における電流のピーク値（Ｉ_２）は、時間ｔ_２の時点における電流のピーク値（Ｉ_４）よりも低い。時間ｔ_２の時点では、リレー２の温度が低く、温度許容値Ｔ_Ｌまでの温度差が大きい。そのため、主電流経路の電流を高くすることができる。一方、時間ｔ_４の時点では、リレー２の温度が高く、温度許容値Ｔ_Ｌまでの温度差が小さいため、主電流経路の電流を高くすることができない。そのため、時間ｔ_４の時点における電流のピーク値（Ｉ_２）を、時間ｔ_２のピーク値（Ｉ_４）より低くしている。これにより、プリチャージ期間で、２回目の電流ピークを発生させても、リレー２の温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下に抑制しつつ、プリチャージ期間の短縮化を図ることができる。

時間ｔ_５のときに、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換える。リレー２のインピーダンスは最小値のインピーダンス（Ｚ_１）に切り替わると、主電流経路の電流は高くなりＩ_３になる。時間ｔ_５以降、リレー２のインピーダンスはＺ_１で維持される。主電流経路の電流は、時間の経過に伴って低下し、電流（Ｉ_１）となる。そして、主電流経路の電流がＩ_１になると、コンデンサ３のプリチャージが終了する。

上記のように、時間ｔ_５の時点で、主電流経路の電流はピークをとる。時間ｔ_５の時点における電流のピーク値（Ｉ_３）は、時間ｔ_５の時点における電流のピーク値（Ｉ_２）と同様に、時間ｔ_２の時点における電流のピーク値（Ｉ_４）よりも低い。これにより、プリチャージ期間で、３回目の電流ピークを発生させても、リレー２の温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下に抑制することができ、その結果として、プリチャージ期間の短縮化を図ることができる。

次に、初期状態のリレー温度が温度閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合の制御を、図３を用いて説明する。図３において、実線のグラフは第２シーケンスにおける特性を示し、点線のグラフは第１シーケンスにおける特性を示す。時間がｔ_１の時（初期状態）、リレー２の温度Ｔ_１は温度閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合に、コントローラ１０は第２シーケンスを選択する。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの制御は、第１シーケンスと同様である。

時間ｔ_２の時点で、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_４からＺ_２に切り換える。主電流経路の電流はＩ_１からＩ_４に高くなり、リレー２の温度は、温度（Ｔ_２）から上昇する。

時間ｔ_２から時間ｔ_ａまでの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_２で維持される。リレー２の温度は、時間の経過に伴って上昇しているが、リレー２の温度は、リレー２の温度許容値Ｔ_Ｌ以下に抑制されている。

時間ｔ_ａの時点で、リレー２の温度が温度許容値Ｔ_Ｌを超えないように、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスを、Ｚ_２からＺ_３に高くする。リレー２のインピーダンスが高インピーダンス（Ｚ_３）に切り替わると、主電流経路の電流が低くなる。また電流低下に伴い、リレー２の温度が低くなるため、リレー２の温度は温度許容値Ｔ_Ｌを超えない。

上記のように、第２シーケンスでは、初期状態のリレー温度が第１シーケンスにおける温度よりも高い。そのため、第２シーケンスにおいてインピーダンスＺ_２を維持する期間（時間ｔ_２から時間ｔ_ａまでの期間）は、第１シーケンスにおいてインピーダンスＺ_２を維持する期間（時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間）よりも短い。

時間ｔ_ａから時間ｔ_ｂまでの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_３で維持される。第２シーケンスにおいてインピーダンスＺ_３を維持する期間（時間ｔ_ａから時間ｔ_ｂまでの期間）は、第１シーケンスにおいてインピーダンスＺ_３を維持する期間（時間ｔ_３から時間ｔ_４までの期間）よりも長い。

時間ｔ_ｂの時点で、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_３からＺ_２に切り換える。主電流経路の電流は高くなりＩ_２になる。時間ｔ_ｂの時点におけるリレー２の温度は、時間ｔ_ａよりも低くなっている。リレー温度が低くなった分、リレー２の電流を高めることができるため、時間ｔ_ｂの時点で、リレー２のインピーダンスを低くする。そして、リレー２の電流を高めることで、プリチャージの期間を短くすることができる。また、時間ｔ_ｂの時点における電流のピーク値（Ｉ_２）を、時間ｔ_２のピーク値（Ｉ_４）より低くしている。これにより、プリチャージ期間で、２回目の電流ピークを発生させても、リレー２の温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下に抑制することができ、その結果として、プリチャージ期間の短縮化を図ることができる。

時間ｔ_ｂから時間ｔ_ｃまでの期間、リレー２のインピーダンスはＺ_２で維持される。第２シーケンスにおいてインピーダンスＺ_２を維持する期間（時間ｔ_ｂから時間ｔ_ｃまでの期間）は、第１シーケンスにおいてインピーダンスＺ_２を維持する期間（時間ｔ_ｂから時間ｔ_ｃまでの期間）よりも長い。

時間ｔ_ｃの時点で、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換える。リレー２のインピーダンスは最小値のインピーダンス（Ｚ_１）に切り替わると、主電流経路の電流は高くなりＩ_３になる。時間ｔ_ｃ以降、リレー２のインピーダンスはＺ_１で維持される。主電流経路の電流は、時間の経過に伴って低下し、電流（Ｉ_１）となる。そして、主電流経路の電流がＩ_１になると、コンデンサ３のプリチャージが終了する。

時間ｔ_ｃの時点における電流のピーク値（Ｉ_３）は、時間ｔ_ｂの時点における電流のピーク値（Ｉ_２）と同様に、時間ｔ_２の時点における電流のピーク値（Ｉ_４）よりも低い。これにより、プリチャージ期間で、３回目の電流ピークを発生させても、リレー２の温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下に抑制することができ、その結果として、プリチャージ期間の短縮化を図ることができる。

上記のように、本実施形態では、コンデンサ３のプリチャージ期間に、リレー２のインピーダンスを調整することで、電源ラインＰＮに流れる電流のピーク値を複数発生させている。これにより、リレー２の発熱のタイミングが分散されるため、リレー温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下にしつつ、プリチャージを短期間で行うことができる。

また本実施形態では、プリチャージ期間の主電流経路の電流特性を、第１ピーク値及び第２ピーク値を少なくとも含んだ特性にするように、リレー２を制御する。これにより、第２のピーク値でコンデンサ３のチャージ電流が高まるため、プリチャージ期間を短くすることができる。

また本実施形態では、主電流経路の電流のピーク値をリレー２の許容電流値以下又はコンデンサ３の許容電流値以下にする。これにより、リレー２及びコンデンサ３の保護を図ることができる。

また本実施形態は、プリチャージ期間において、リレー２の温度に応じてリレー２のインピーダンスを切り換えるタイミングを調整する。これにより、リレー２の温度を温度許容値Ｔ_Ｌ以下にしつつ、プリチャージ期間を短くすることができる。

なお、本実施形態に係る電源制御装置の変形例として、図４に示すように、リレー２は、半導体素子の代わりに可変抵抗を有してもよい。図４は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。コンデンサ３のプリチャージを行う場合に、コントローラ１０は、可変抵抗の抵抗値を変更することで、リレー２のインピーダンスを調整する。これにより、大出力に対応した可変抵抗をリレー２に設けることで、容量の大きなコンデンサ３に対応することができる。

なお、本実施形態に係る電源制御装置の変形例として、図５に示すように、リレー２は、半導体素子の代わりに機械的スイッチを有してもよい。図５は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。リレー２は、並列に接続された複数のスイッチを有している。複数のスイッチは、互いにオン抵抗の異なるスイッチである。コンデンサ３のプリチャージを行う場合に、コントローラ１０は、並列接続されたスイッチのオン、オフを切り換えることで、リレー２のインピーダンスを調整する。本実施形態のようにリレー２のインピーダンスを４段階に切り替える場合に、図５に示す変形例においては、各スイッチのオン、オフを組み合わせることで、インピーダンスを４段階に切り換えることができる。これにより、コストを抑制しつつ、リレー２のインピーダンスを切り替えるシステムを実現できる。

なお、本実施形態に係る電源制御装置の変形例として、図６に示すように、コントローラ１０は、コンデンサ３のプリチャージ期間に電流センサ６の検出電流に基づいてリレー２のインピーダンスを調整してもよい。電流センサ６は、電源ラインＰに接続されており、主電流経路の電流を検出する。電流センサ６の検出値はコントローラ１０に出力される。コンデンサ３のプリチャージ期間中、コントローラ１０は電流センサ６を用いて主電流経路の電流を管理している。そして、電流センサ６の検出値がリレー２の許容電流値（Ｉ_Ｌ）より大きくなる場合には、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスを、現在の値よりも高くなるように、リレー２のゲート電圧を調整する。なお、インピーダンスを切り換える順序は、図２又は図３に示す順序と同様にすればよい。これにより、本実施形態は、主電流経路の電流を任意の波形で推移させることができる。なお、変形例に係る電源制御装置は、電流センサ６の代わりに電圧センサを用い、電圧センサの検出値に基づいて、リレー２のインピーダンスを調整してもよい。なお、電圧センサは、電源１の正極とリレー２との間で電源ラインＰに、リレー２とコンデンサ３の正極端子との間で電源ラインＰに、又は、電源ラインＮに接続すればよい。

なお、インピーダンスの切り替えは４段階に限らず、２段階、３段階又は５段階以上でもよい。インピーダンスの切り替えの段数が多いほど、滑らかな電流制御を行うことができる。その結果として、リレー温度を安定化させることでき、プリチャージ期間を短くすることができる。

なお、リレー２は、電源ラインＰに限らず、電源ラインＮに接続されてもよい。

上記コントローラ１０は本発明に係るリレー制御装置に相当する。

《第２実施形態》
本発明の他の実施形態に係る電源制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、リレー２のインピーダンスを無段階で調整している点が異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態の記載を適宜、援用する。

図７及び図８は、リレー２のインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー２の温度のタイムチャートをそれぞれ示すグラフである。各グラフの横軸は時間を示す。図７はリレー２の温度が所定温度より低い場合の特性を示し、図８はリレー２の温度が所定温度より高い場合の特性を示す。

リレー２は、ゲート電圧に応じてインピーダンスを無段階に切り替える。コントローラ１０は、ゲート電圧を制御することで、リレー２のインピーダンスを調整する。コントローラ１０は、コンデンサ３のプリチャージを行う場合には、リレー２の温度に応じて、第１シーケンス及び第２シーケンスのいずれか一方のシーケンスを選択して、選択したシーケンスを実行する。

図７に示すように、時間がｔ_１の時点で（初期状態）、リレー２の温度Ｔ_１は温度閾値Ｔ_ｔｈ未満である場合に、コントローラ１０は第１シーケンスを選択する。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの期間は、プリチャージの実行前の期間を示している。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの期間において、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_４に設定するように、制御信号（ゲート信号）をリレー２に送信する。

時間ｔ_２の時点で、コンデンサ３のプリチャージを開始する。コントローラ１０は、制御信号をリレー２に送信し、リレー２のインピーダンスをＺ_４からＺ_２に低くする。インピーダンスの低下により、主電流回路の電流はＩ_１から瞬間的に高くなる。主電流回路の電流が許容電流値（Ｉ_Ｌ）を超える前に、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_２より高い値にする。コントローラ１０は、時間ｔ_２以降、時間の経過とともに、徐々にリレー２のインピーダンスを上昇させる。これにより、主電流回路の電流は、許容電流値（Ｉ_Ｌ）でピーク値となり、その後、徐々に低下する。

主電流回路の電流が大きくなることで、リレー２の温度は温度Ｔ_１から上昇する。リレー２の温度は許容温度Ｔ_Ｌに達すると、許容温度Ｔ_Ｌで推移する。すなわち、時間ｔ_２以降、リレー２の温度が許容温度（Ｔ_Ｌ）で推移するように、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスを調整している。時間ｔ_２以降、コンデンサ３のプリチャージが進むと、電源１とコンデンサ３との間の電位差が小さくなると、コントローラ１０は、上昇させたインピーダンスを、再度低下させる。リレー２のインピーダンスの低下により、主電流回路の電流は上昇する。リレー２の温度は許容温度Ｔ_Ｌで維持されている。

このように、本実施形態では、時間ｔ_２で主電流経路に、瞬間的に高い電流を流すことで、リレー２の温度を許容温度（Ｔ_Ｌ）まで高めて、その後、リレー２の温度を許容温度（Ｔ_Ｌ）で維持させる。リレー温度が高くなると、周囲との温度差によって、リレーの熱が拡散し易くなる。これにより、リレー温度を許容温度（Ｔ_Ｌ）以下にしつつ、主電流回路の電流を高めることで、コンデンサ３のプリチャージ期間を短くすることができる。

時間ｔ_３の時点で、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_１にする。主電流経路の電流はピークをとる。時間ｔ_３の時点における電流のピーク値（Ｉ_２）は、時間ｔ_２の時点における電流のピーク値（Ｉ_Ｌ）よりも低い。これにより、プリチャージ期間で、２回目の電流ピークを発生させても、リレー２の温度を許容温度閾値以下に抑制しつつ、プリチャージ期間の短縮化を図ることができる。

次に、初期状態のリレー温度が温度閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合の制御を、図８を用いて説明する。図８において、実線のグラフは第２シーケンスにおける特性を示し、点線のグラフは第１シーケンスにおける特性を示す。時間がｔ_１の時点（初期状態）で、リレー２の温度Ｔ_１は温度閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合に、コントローラ１０は第２シーケンスを選択する。時間ｔ_１から時間ｔ_２までの制御は、第１シーケンスと同様である。

時間ｔ_２のときに、コンデンサ３のプリチャージを開始する。コントローラ１０は、制御信号をリレー２に送信し、リレー２のインピーダンスをＺ_４からＺ_３に低くする。インピーダンスＺ_３は、第１シーケンスにおいて時間ｔ_２のときに設定したインピーダンスＺ_２よりも高い。インピーダンスの低下により、主電流回路の電流はＩ_１から瞬間的に高くなり、ピーク値（Ｉ_２）となる。ピーク値（Ｉ_２）は、第１シーケンスにおいて時間ｔ_２のときのピーク値（Ｉ_Ｌ）よりも低い。初期状態のリレー温度（Ｔ_２）が第１シーケンスにおけるリレー温度（Ｔ_１）よりも高いため、第２シーケンスでは、時間ｔ_２のインピーダンスを高くして、時間ｔ_２のときのピーク値（Ｉ_２）を抑えている。これにより、インピーダンスの低下により、リレー温度が上昇しても、リレー２の温度を許容温度Ｔ_Ｌ以下に抑制できる。

時間ｔ_ａのときに、コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_１にする。主電流経路の電流はピークをとる。時間ｔ_ａは、第１シーケンスにおける時間ｔ_３よりも後の時間である。第２シーケンスにおいてリレー温度をＴ_Ｌで維持する期間（時間ｔ_２から時間ｔ_ａまでの期間）は、第１シーケンスにおいてリレー温度をＴ_Ｌで維持する期間（時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間）よりも長い。第２シーケンスでは、初期状態のリレー温度が高く、リレー温度の伝熱経路上の熱抵抗が高い可能性がある。そのため、時間ｔ_２から時間ｔ_３までの期間では、単位時間あたりのリレー２の発熱量を抑えることで、リレー２の温度を許容温度Ｔ_Ｌ以下に抑制できる。

上記のように、本実施形態では、コンデンサ３のプリチャージ期間に、リレー２のインピーダンスを調整することで、電源ラインＰＮに流れる電流のピーク値を複数発生させている。これにより、リレー２の発熱のタイミングが分散されるため、リレー温度を許容温度以下にしつつ、プリチャージを短期間で行うことができる。

《第３実施形態》
本発明の他の実施形態に係る電源制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、リレー２のインピーダンス特性がパルス波形になるように、リレー２のインピーダンスを調整している点が異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図９は、リレー２のインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー２の温度のタイムチャートをそれぞれ示すグラフである。各グラフの横軸は時間を示す。

コントローラ１０は、ゲート電圧を制御することで、リレー２のインピーダンスを、Ｚ_１とＺ_２（＞Ｚ_１）との間で切り換える。コントローラ１０は、プリチャージの期間において、リレー２のインピーダンス特性がパルス波形になるように、インピーダンスを調整している。コントローラ１０は、リレー２のインピーダンスをＺ_１とする期間を一定にしつつ、インピーダンスを切り換えるタイミングを変えている。ここで、低インピーダンス（Ｚ_１）の期間をパルス幅ｗとして、リレー２のインピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換えてから、次にインピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換えるまでの期間をパルス間隔ｄとする。コントローラ１０は、パルス幅ｗを一定にしつつ、パルス間隔ｄを変更している。

図９に示すように、プリチャージ期間の前、コントローラ１０はリレー２のインピーダンスをＺ_２に設定する。時間ｔ_２の時点で、コントローラ１０はリレー２のインピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換えて、コンデンサ３のプリチャージを開始する。時間ｔ_２の時点で、主電流経路の電流はＩ_２からＩ_Ｌに高くなり、リレー温度はＴ_１から上昇し始める。

コントローラ１０は、時間ｔ_２の時点から、パルス幅ｗの時間が経過し、時間ｔ_３になると、インピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換える。時間ｔ_４の時点で、コントローラ１０は、インピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換える。時間ｔ_４の時点から、パルス幅ｗの時間が経過すると、コントローラ１０は、インピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換える。

リレー温度が許容温度（Ｔ_Ｌ）に到達した後、コントローラ１０は、リレー温度が許容温度（Ｔ_Ｌ）を超えないように、パルス間隔ｄを調整する。またコントローラ１０は、インピーダンスをＺ_２に設定することで、リレー温度を下げた後には、インピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換える。図９では、時間ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７、ｔ_８、ｔ_９がインピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換えるタイミングである。そして、インピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換えた後、コントローラ１０は、パルス幅ｗの期間、インピーダンスをＺ_１で維持する。

また、コントローラ１０は、リレー２の温度に応じて、パルス間隔ｄを調整する。コントローラ１０は、リレー２の温度が高いほどパルス間隔ｄを長くする。または、コントローラ１０は、リレー温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ）未満である場合には、パルス間隔ｄをｄ_１に設定し、リレー温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ）以上である場合には、パルス間隔ｄをｄ_２（＞ｄ_１）に設定する。

上記のように、本実施形態は、リレー２のインピーダンス特性がパルス波形になるように、インピーダンスを調整することで、電源ラインＰＮに流れる電流のピーク値を複数発生させている。これにより、リレー２の発熱のタイミングが分散されるため、リレー温度を許容温度以下にしつつ、プリチャージを短期間で行うことができる。

なお、本実施形態に係る電源制御装置の変形例として、コントローラ１０は、パルス間隔ｄを一定にしつつ、パルス幅ｗを変更してもよい。図１０は、変形例に係る電源制御装置において、リレー２のインピーダンスのタイムチャート、電流経路を流れる電流のタイムチャート、及び、リレー２の温度のタイムチャートをそれぞれ示すグラフである。各グラフの横軸は時間を示す。

図１０に示すように、コントローラ１０は、時間ｔ_２の時点でリレー２のインピーダンスをＺ_２からＺ_１に切り換える。コントローラ１０は、時間ｔ_２の時点から、パルス幅ｗの時間が経過し、時間ｔ_３になると、インピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換える。

リレー温度が許容温度（Ｔ_Ｌ）に到達した後は、コントローラ１０は、リレー温度が許容温度（Ｔ_Ｌ）を超えないように、パルス幅ｗを調整する。またコントローラ１０は、インピーダンスをＺ_１に設定し、リレー温度を上昇させて許容温度（Ｔ_Ｌ）に達するタイミングに合わせて、インピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換える。図９では、時間_３、ｔ_４、ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７、ｔ_８、ｔ_９、ｔ_１０がインピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換えるタイミングである。そして、インピーダンスをＺ_１からＺ_２に切り換えた後、コントローラ１０は、インピーダンスをＺ_１で維持する。

また、コントローラ１０は、リレー２の温度に応じて、パルス幅ｗを調整する。コントローラ１０は、リレー２の温度が高いほどパルス幅ｗを短くする。または、コントローラ１０は、リレー温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ）未満である場合には、パルス幅ｗをｗ_１に設定し、リレー温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ）以上である場合には、パルス幅ｗをｗ_２（＜ｗ_１）に設定する。

１…電源
２…リレー
３…コンデンサ
４…電力変換回路
５…モータ
６…電流センサ
１０…コントローラ
Ｐ、Ｎ…電源ライン

Claims (7)

1. 電気回路に対して一対の電源ラインにより電気的に接続された電源と、
   前記一対の電源ラインの間に接続されたコンデンサと、
   前記電源と前記コンデンサとの間で、前記電源ラインに接続されたリレーと、
   前記リレーを制御するリレー制御装置とを備え、
   前記リレー制御装置は、前記コンデンサのプリチャージ期間に、前記リレーのインピーダンスの上昇及び下降を切り替えることで、前記電源ラインに流れる電流のピークを複数発生させる電源制御装置。
2. 前記プリチャージ期間に流れる前記電流の特性は、第１ピーク値と、前記第１ピーク値の後に発生する第２ピーク値とを少なくとも含む特性であり、
   前記第２ピーク値は前記第１ピーク値より低い
   請求項１記載の電源制御装置。
3. 前記第１ピーク値は、前記リレーの許容電流値以下又は前記コンデンサの許容電流値以下である
   請求項２記載の電源制御装置。
4. 前記リレー制御装置は、前記リレーの温度に応じて、前記リレーのインピーダンスを切り換えるタイミングを調整する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
5. 前記リレーは半導体素子を有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
6. 前記リレーは可変抵抗を有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
7. 前記リレーは機械的スイッチを有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。

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