JP6610268B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチングデバイス及び所定の発熱部品を有し、所要の電力を出力する電源装置に関する。

プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plugin Hybrid Electric Vehicle）及び電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）には、車載充電器（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）が搭載され、電力系統（ＡＣ側）から車載高圧バッテリ（ＤＣ側）を充電することができる。一方で、車載高圧バッテリを家庭用電源（Ｖ２Ｈ：Vehicle to Home）として、あるいは電力系統の安定化のためのバッファ（Ｖ２Ｇ：Vehicle to Grid）として利用するという期待が高まっている。そのためには、双方向に電力を変換することができる双方向充電器が必要となる。

双方向充電器（電源装置）は、充電時にはＰＦＣ（Power Factor Correction）機能を有し交流を直流に変換するとともに、放電時には直流を交流に変換するインバータ機能を有する交直変換回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータなどを備える。

このような電源装置は、例えば、所定のスイッチング周波数でスイッチング動作を行うスイッチングデバイス（半導体デバイス）に加えて、インダクタ、変圧器又は抵抗などを含む発熱部品等で構成されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１９６０８９号公報

しかし、特許文献１のような電源装置にあっては、スイッチングデバイスは発熱が大きく、また過熱により故障になり易い部品である。そのため、一般的には、スイッチングデバイスの付近に温度センサを配置してスイチングデバイスの温度を検出し、検出した温度が高くなった場合、電源装置の出力電力を制限することにより、スイッチングデバイスの過熱を防止している。一方で、スイッチングデバイス以外の発熱部品に温度センサを配置すると、温度センサの追加によりコスト増加となり、また発熱部品に温度センサを配置しない場合には、発熱部品の温度が高くなったときに電源装置の出力電力を制限することができないという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スイッチングデバイス以外の発熱部品の温度が高くなった場合に出力電力を制限することができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、スイッチングデバイス及び発熱部品を有する出力部を備え、該出力部から所要の電力を出力する電源装置であって、前記発熱部品の温度が所定温度になる場合の前記スイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する設定部と、前記スイッチングデバイスの温度を検出する温度検出部と、該温度検出部で検出した温度が前記目標温度以上である場合、前記出力部が出力する電力を制限する制限部とを備える。

本発明によれば、スイッチングデバイス以外の発熱部品の温度が高くなった場合に出力電力を制限することができる。

本実施の形態の電源装置としての電力変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。 設定部を具備しない場合のスイッチングデバイスの温度検出に基づく出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電力変換装置のスイッチングデバイスの温度検出に基づく出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。 目標温度を固定値とした場合の発熱部品の温度上昇の数値例を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置の設定部で目標温度を設定した場合の発熱部品の温度上昇の数値例を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置による出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係る電源装置は、スイッチングデバイス及び発熱部品を有する出力部を備え、該出力部から所要の電力を出力する電源装置であって、前記発熱部品の温度が所定温度になる場合の前記スイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する設定部と、前記スイッチングデバイスの温度を検出する温度検出部と、該温度検出部で検出した温度が前記目標温度以上である場合、前記出力部が出力する電力を制限する制限部とを備える。

設定部は、発熱部品の温度が所定温度になる場合のスイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する。発熱部品は、例えば、インダクタ、変圧器又は抵抗などの比較的高温になる部品を含む。所定温度は、例えば、定格温度、上限温度などとすることができる。所定温度は、発熱部品が過熱により故障しないための温度であり、発熱部品の温度が所定温度以下であれば、加熱による故障の発生を防止することができる温度とすることができる。目標温度は、例えば、スイッチングデバイスの温度が目標温度まで上昇した場合、出力電力を制限（ディレーティング）する温度とすることができる。例えば、ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、発熱部品の温度がＴｂであり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。発熱部品の温度がＴｂからΔＴ上昇すると所定温度となる場合は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度ＴｓにΔＴを加算した、Ｔｓ＋ΔＴに設定する。これにより、発熱部品の温度が所定温度まで上昇した場合、スイッチングデバイスの温度は目標温度となる。また、発熱部品の温度Ｔｂが所定温度よりΔＴだけ超えている場合は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度ＴｓからΔＴを減算した、Ｔｓ−ΔＴに設定する。これにより、発熱部品の温度が所定温度の場合、スイッチングデバイスの温度は目標温度となる。

温度検出部は、スイッチングデバイスの温度を検出する。制限部は、温度検出部で検出した温度が目標温度以上である場合、出力部が出力する電力を制限する。設定部の設定により、スイッチングデバイスの温度が目標温度である場合、発熱部品の温度は所定温度となる。これにより、スイッチングデバイスの温度を検出するだけで発熱部品の温度が所定温度以上であるか否かが分かる。また、スイッチングデバイスの温度が目標温度以上である場合、すなわち、発熱部品の温度が所定温度以上である場合、制限部が出力電力を制限するので、発熱部品の温度が高くなった場合に出力電力を制限することができ、発熱部品の過熱を防止して発熱部品を保護することができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記発熱部品の温度及び前記スイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶する記憶部を備え、前記設定部は、前記発熱部品の所定温度と前記記憶部に記憶した前記発熱部品の温度との温度差及び前記記憶部に記憶した前記スイッチングデバイスの温度に基づいて前記目標温度を設定する。

記憶部は、発熱部品の温度及びスイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶する。例えば、所定の雰囲気温度、出力電力が定格（１００％）の場合における、発熱部品の温度とスイッチングデバイスの温度とを関連付けた温度情報を記憶部に記憶する。ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、発熱部品Ｐ１の温度がＴ１であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。

設定部は、発熱部品の所定温度と記憶部に記憶した当該発熱部品の温度との温度差及び記憶部に記憶したスイッチングデバイスの温度に基づいて目標温度を設定する。例えば、発熱部品Ｐ１の所定温度をＴｐ１とする。発熱部品の所定温度Ｔｐ１と当該発熱部品の温度Ｔ１との温度差ΔＴは、ΔＴ＝Ｔｐ１−Ｔ１となる。この場合、設定部は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度Ｔｓに温度差ΔＴを加算した、Ｔｓ＋ΔＴに設定する。これにより、発熱部品の温度がＴ１からΔＴだけ上昇して所定温度Ｔｐ１になった場合、温度検出部で検出するスイッチングデバイスの温度はＴｓからＴｓ＋ΔＴ（すなわち目標温度）に上昇するので、制限部は出力電力を制限する。すなわち、発熱部品の温度が所定温度になった場合に出力電力を制限することができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記記憶部は、前記所定温度が異なる複数の発熱部品それぞれの温度及び前記スイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶し、前記設定部は、前記複数の発熱部品それぞれの所定温度と、前記記憶部に記憶した前記複数の発熱部品それぞれの温度との各温度差のうち最小値に基づいて前記目標温度を設定する。

記憶部は、所定温度が異なる複数の発熱部品それぞれの温度及びスイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶する。例えば、ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、所定温度がＴｐ１の発熱部品Ｐ１の温度がＴ１であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。また、所定温度がＴｐ２の発熱部品Ｐ２の温度がＴ２であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。

設定部は、複数の発熱部品それぞれの所定温度と、記憶部に記憶した当該複数の発熱部品それぞれの温度との各温度差のうち最小値に基づいて目標温度を設定する。例えば、発熱部品Ｐ１の所定温度Ｔｐ１と温度Ｔ１との温度差をΔＴ１（＝Ｔｐ１−Ｔ１）とし、発熱部品Ｐ２の所定温度Ｔｐ２と温度Ｔ２との温度差をΔＴ２（＝Ｔｐ２−Ｔ２）とする。温度差ΔＴ１とΔＴ２との関係が、ΔＴ１＞ΔＴ２である場合、設定部は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度Ｔｓに、最小値である温度差ΔＴ２を加算した、Ｔｓ＋ΔＴ２に設定する。なお、各温度差ΔＴ１、ΔＴ２は、いずれも正、０又は負の値をとり得るものとする。これにより、複数の発熱部品のうち、所定温度に対する余裕が最も少ない発熱部品の温度が所定温度になった場合に、出力電力が制限されるので、複数の発熱部品の温度が所定温度を超えることを防止することができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記出力部の動作条件を特定する特定部を備え、前記設定部は、前記特定部で特定した動作条件に基づいて前記目標温度を設定する。

特定部は、出力部の動作条件を特定する。動作条件は、例えば、入力電圧、出力電圧などを含む。また、充放電機能を有する場合には、充電時又は放電時の別などを含む。

設定部は、特定部で特定した動作条件に基づいて目標温度を設定する。例えば、出力電圧が高い場合、同等の電力を出力するための出力電流は少なくなり、出力電流が少なくなると当該出力電流が流れる発熱部品の温度上昇は低くなる。このように動作条件が変わったために発熱部品の温度が所定温度に対して余裕ができたときでも、目標温度が元のままでは出力電力が制限される場合がある。そこで、目標温度を変更することにより、不要な出力電力の制限が発生しないようにすることができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記設定部は、前記特定部で特定した動作条件での前記発熱部品の前記所定温度に対する該発熱部品の温度の低下に応じて、前記目標温度を高く設定する。

設定部は、特定部で特定した動作条件での発熱部品の所定温度に対する当該発熱部品の温度の低下に応じて、目標温度を高く設定する。発熱部品の所定温度に対する温度が低下すると、発熱部品の温度が所定温度に対して余裕ができる。このような場合、目標温度を高く設定することにより、出力電力の制限が行われる温度を高くすることができ、発熱部品の温度が所定温度に対して余裕があるのに出力電力の制限が行われることを防止することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の電源装置としての電力変換装置１の回路構成の一例を示す説明図である。なお、本実施の形態では、電源装置の一例として、プラグインハイブリッド車又は電気自動車等に搭載され、交流電圧及び直流電圧を双方向に交直変換することができる電力変換装置１について説明するが、電源装置は、電力変換装置１に限定されるものではない。例えば、電源装置は、スイッチングデバイス及び所定の発熱部品を有する電力出力部を備え、該電力出力部から所要の電力を出力する装置であれば、本実施の形態を適用することができる。

電力変換装置１は、ノイズフィルタ４、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能を有する双方向変換回路５、双方向ＤＣ−ＤＣ変換回路（例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ）を構成する双方向変換回路６、変圧器７及び双方向変換回路８、各変換回路を構成する後述のスイッチング素子のオン／オフの制御を行う制御部９などを備える。制御部９は、設定部９１、温度検出部９２、制限部９３、特定部９４、記憶部９５などを備える。

双方向変換回路５は、トランジスタ５１、５２を直列に接続した直列回路及びトランジスタ５３、５４を直列に接続した直列回路それぞれを並列に接続した回路を有する。スイッチングデバイスとしてのトランジスタ５１、５２、５３、５４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。また、トランジスタ５１、５２、５３、５４それぞれのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード５５、５６、５７、５８が逆並列に接続（コレクタにカソードを、エミッタにアノードを接続）してある。

トランジスタ５１のエミッタとトランジスタ５２のコレクタとの接続点には、コイルＬ１の一端を接続してあり、トランジスタ５３のエミッタとトランジスタ５４のコレクタとの接続点には、コイルＬ２の一端を接続してあり、コイルＬ１、Ｌ２の他端は、ノイズフィルタ４を介して、交流入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続してある。また、コイルＬ１、Ｌ２の他端間には、キャパシタＣ１を接続してある。コイルＬ１、Ｌ２及びキャパシタＣ１は、フィルタを構成する。交流入力端子Ｔ１、Ｔ２には、交流電源２が接続される。

制御部９は、各トランジスタ５１、５２、５３、５４のスイッチング動作を制御する。

双方向変換回路８は、トランジスタ８１及びトランジスタ８２を直列に接続した直列回路、トランジスタ８３及びトランジスタ８４を直列に接続した直列回路を備え、各直列回路を並列に接続してある。具体的には、トランジスタ８１のエミッタとトランジスタ８２のコレクタとを接続し、トランジスタ８３のエミッタとトランジスタ８４のコレクタとを接続してある。また、トランジスタ８１、８３のコレクタ同士を接続してあり、トランジスタ８２、８４のエミッタ同士を接続してある。トランジスタ８２、８４のエミッタは、直流出力端子Ｔ４に接続してある。すなわち、スイッチングデバイスとしてのトランジスタ８１、８２、８３、８４により、ブリッジ回路を構成してある。

トランジスタ８１、８３のコレクタには、インダクタＬ３の一端を接続してあり、インダクダＬ３の他端は直流出力端子Ｔ３に接続してある。直流出力端子Ｔ３、Ｔ４間にはキャパシタＣ３を接続してある。直流出力端子Ｔ３、Ｔ４間には、バッテイル３が接続される。

トランジスタ８１のエミッタとトランジスタ８２のコレクタとの接続点、及びトランジスタ８３のエミッタとトランジスタ８４のコレクタとの接続点には、変圧器７の一方側を接続してある。また、各トランジスタ８１、８２、８３、８４のコレクタ・エミッタ間には、それぞれダイオード８５、８６、８７、８８を逆並列に接続してある。

制御部９は、各トランジスタ８１、８２、８３、８４を所定周波数（例えば、５０ｋＨｚであるが、これに限定されない）でオン／オフすべく制御する。トランジスタ８１、８２、８３、８４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。

双方向変換回路６は、トランジスタ６１及びトランジスタ６２を直列に接続した直列回路、トランジスタ６３及びトランジスタ６４を直列に接続した直列回路を備え、各直列回路を並列に接続してある。具体的には、トランジスタ６１のエミッタとトランジスタ６２のコレクタとを接続し、トランジスタ６３のエミッタとトランジスタ６４のコレクタとを接続してある。また、トランジスタ６１、６３のコレクタ同士を接続してあり、トランジスタ６２、６４のエミッタ同士を接続してある。トランジスタ６２、６４のエミッタは、双方向変換回路５のトランジスタ５２、５４のエミッタに接続してあり、トランジスタ６１、６３のコレクタは、双方向変換回路５のトランジスタ５１、５３のコレクタに接続してある。すなわち、スイッチングデバイスとしてのトランジスタ６１、６２、６３、６４により、ブリッジ回路を構成してある。

トランジスタ６１のエミッタとトランジスタ６２のコレクタとの接続点、及びトランジスタ６３のエミッタとトランジスタ６４のコレクタとの接続点には、変圧器７の他方側を接続してある。また、各トランジスタ６１、６２、６３、６４のコレクタ・エミッタ間には、それぞれダイオード６５、６６、６７、６８を逆並列に接続してある。

双方向変換回路６の双方向変換回路５側には、キャパシタＣ２を接続してある。すなわち、トランジスタ６１のコレクタとトランジスタ６２のエミッタ間に、キャパシタＣ２を接続してある。

制御部９は、各トランジスタ６１、６２、６３、６４を所定周波数（例えば、５０ｋＨｚであるが、これに限定されない）でオン／オフすべく制御する。トランジスタ６１、６２、６３、６４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。

充電時には、交流入力端子Ｔ１、Ｔ２間に印加された交流電源２（系統の電源）からの交流が双方向変換回路５により力率改善されるとともに直流に変換され、変換された直流は双方向変換回路６により一旦交流に変換され、さらに双方向変換回路８により整流されてバッテリ３を充電する。双方向変換回路５、６、８は、電力を変換して出力する出力部としての機能を有する。

放電時には、バッテリ３からの直流（バッテリ３の電圧）が双方向変換回路８により一旦交流に変換され、さらに双方向変換回路６により整流されて直流に変換され、変換された直流は、双方向変換回路５により交流に変換されて、交流を出力する。双方向変換回路５、６、８は、電力を変換して出力する出力部としての機能を有する。

スイッチングデバイス（半導体デバイスとも称する）としてのトランジスタ５１〜５４、６１〜６４、８１〜８４の付近には、温度センサ（不図示）を配置してあり、当該温度センサに基づいて、温度検出部９２は、トランジスタ５１〜５４、６１〜６４、８１〜８４の温度を検出する。なお、トランジスタ５１〜５４、６１〜６４、８１〜８４の配置に応じて温度センサの数は適宜設定することができる。例えば、トランジスタ５１〜５４、６１〜６４、８１〜８４の温度を、１個又は複数個（例えば、２個程度）で計測することができる。

また、図１において、スイッチングデバイス以外の発熱部品としては、例えば、インダクタＬ３、変圧器７、不図示の抵抗又はサージ吸収用部品などの比較的高温となる部品が含まれる。なお、当該発熱部品の温度を直接計測する温度センサは設けられていない。以下の説明では、便宜上、トランジスタ５１〜５４、６１〜６４、８１〜８４を纏めてスイッチングデバイスと称し、インダクタＬ３、変圧器７、不図示の抵抗又はサージ吸収用部品などの部品を纏めて発熱部品と称する。

設定部９１は、発熱部品の温度が所定温度になる場合のスイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する。所定温度は、例えば、定格温度、上限温度などとすることができる。所定温度は、発熱部品が過熱により故障しないための温度であり、発熱部品の温度が所定温度以下であれば、加熱による故障の発生を防止することができる温度とすることができる。目標温度は、例えば、スイッチングデバイスの温度が目標温度まで上昇した場合、制限部９３により出力電力を制限（ディレーティング）する温度とすることができる。

例えば、ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、発熱部品の温度がＴｂであり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。発熱部品の温度がＴｂからΔＴ上昇すると所定温度になる場合は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度ＴｓにΔＴを加算した、Ｔｓ＋ΔＴに設定する。

これにより、発熱部品の温度が所定温度まで上昇した場合、スイッチングデバイスの温度は目標温度となる。また、発熱部品の温度Ｔｂが所定温度よりΔＴだけ超えている場合は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度ＴｓからΔＴを減算した、Ｔｓ−ΔＴに設定する。これにより、発熱部品の温度が所定温度の場合、スイッチングデバイスの温度は目標温度となる。

制限部９３は、温度検出部９２で検出したスイッチングデバイスの温度が目標温度以上である場合、双方向変換回路５、６、８が出力する電力を制限する。設定部９１の設定により、スイッチングデバイスの温度が目標温度である場合、発熱部品の温度は所定温度となる。これにより、スイッチングデバイスの温度を検出するだけで発熱部品の温度が所定温度以上であるか否かが分かる。また、スイッチングデバイスの温度が目標温度以上である場合、すなわち、発熱部品の温度が所定温度以上である場合、制限部９３が出力電力を制限するので、発熱部品の温度が高くなった場合に出力電力を制限することができ、発熱部品の過熱を防止して発熱部品を保護することができる。

次に、本実施の形態の電力変換装置１の動作について説明する。まず、本実施の形態の設定部９１を具備しない場合の動作について説明する。図２は設定部９１を具備しない場合のスイッチングデバイスの温度検出に基づく出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。図２において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図２中のチャートは、発熱部品としての部品Ａ、Ｂの温度、スイッチングデバイスの温度、及び雰囲気温度を示す。また、スイッチングデバイスの温度は温度センサで計測されるが、部品Ａ、Ｂの温度は計測されないとする。なお、図２に示すチャートは、便宜上、模式的に示すものである。

図２に示すように、時刻ｔ１以前では、雰囲気温度が一定であり、スイッチングデバイスの温度は、目標温度Ｆより若干低い。また、部品Ａの温度は、部品Ａの定格温度に対して比較的余裕があるものの、部品Ｂの温度は、部品Ｂの定格温度に対してあまり余裕がない状態であるとする。

時刻ｔ１で雰囲気温度が上昇すると、スイッチングデバイス、部品Ａ、Ｂの温度が上昇する。スイッチングデバイスの温度が上昇し、時刻ｔ２において、温度センサで計測したスイッチングデバイスの温度が目標温度Ｆになると、制限部９３は双方向変換回路５、６、８が出力する電力を制限する。これにより、スイッチングデバイスの温度は略目標温度Ｆとなるよう維持される。

一方、定格温度に対して比較的余裕がある部品Ａの温度は、時刻ｔ１以降、上昇するが、時刻ｔ２において、部品Ａの定格温度を下回り、過熱等の問題は生じない。しかし、定格温度に対してあまり余裕がない部品Ｂの温度は、時刻ｔ１とｔ２の間で部品Ｂの定格温度を超え、時刻ｔ２では、定格温度よりもΔＴだけ高くなる。

図３は本実施の形態の電力変換装置１のスイッチングデバイスの温度検出に基づく出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。図３において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図３中のチャートは、発熱部品としての部品Ａ、Ｂの温度、スイッチングデバイスの温度、及び雰囲気温度を示す。また、スイッチングデバイスの温度は温度センサで計測されるが、部品Ａ、Ｂの温度は計測されないとする。なお、図３に示すチャートは、便宜上、模式的に示すものである。

図３の例は、設定部９１を具備する場合の動作を示す。すなわち、設定部９１は、発熱部品の温度が所定温度になる場合のスイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する。図２、図３の例では、部品Ｂの温度が定格温度になるため（すなわち、定格温度を超えないようにするため）には、スイッチングデバイスの目標温度ＦをΔＴだけ低くして目標温度Ｇとすればよい。

図３に示すように、時刻ｔ１で雰囲気温度が上昇すると、スイッチングデバイス、部品Ａ、Ｂの温度が上昇する。スイッチングデバイスの温度が上昇し、時刻ｔ３において、温度センサで計測したスイッチングデバイスの温度が目標温度Ｇになると、制限部９３は双方向変換回路５、６、８が出力する電力を制限する。これにより、スイッチングデバイスの温度は略目標温度Ｇとなるよう維持される。

一方、部品Ｂの温度は、時刻ｔ３では、定格温度になり、制限部９３は双方向変換回路５、６、８が出力する電力を制限するので、部品Ｂの温度は定格温度となるよう維持される。すなわち、スイッチングデバイスの温度を検出するだけで発熱部品の温度が所定温度以上であるか否かが分かる。また、スイッチングデバイスの温度が目標温度以上である場合、すなわち、発熱部品の温度が所定温度以上である場合、制限部９３が出力電力を制限するので、発熱部品の温度が高くなった場合に出力電力を制限することができ、発熱部品の過熱を防止して発熱部品を保護することができる。

次に、具体的な方法としての温度マップについて説明する。記憶部９５は、発熱部品の温度及びスイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報としての温度マップを記憶する。温度マップは、例えば、所定の雰囲気温度、出力電力が定格（１００％）の場合における、発熱部品の温度とスイッチングデバイスの温度とを関連付けた情報である。

例えば、ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、発熱部品Ｐ１の温度がＴ１であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。

設定部９１は、発熱部品の所定温度と記憶部９５に記憶した当該発熱部品の温度との温度差及び記憶部９５に記憶したスイッチングデバイスの温度に基づいて目標温度を設定する。例えば、発熱部品Ｐ１の所定温度をＴｐ１とする。発熱部品の所定温度Ｔｐ１と当該発熱部品の温度Ｔ１との温度差ΔＴは、ΔＴ＝Ｔｐ１−Ｔ１となる。この場合、設定部９１は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度Ｔｓに温度差ΔＴを加算した、Ｔｓ＋ΔＴに設定する。これにより、発熱部品の温度がＴ１からΔＴだけ上昇して所定温度Ｔｐ１になった場合、温度検出部９２で検出するスイッチングデバイスの温度はＴｓからＴｓ＋ΔＴ（すなわち目標温度）に上昇するので、制限部９３は出力電力を制限する。すなわち、発熱部品の温度が所定温度になった場合に出力電力を制限することができる。

図４は目標温度を固定値とした場合の発熱部品の温度上昇の数値例を示す説明図である。図４の例は、スイッチングデバイスの目標温度を固定した場合であり、設定部９１による設定を行わない場合を示す。図４において、ユニットＮｏ．１〜５は、５台の設定部９１を具備しない電力変換装置を示す。図４に示す温度マップは、雰囲気温度が６０℃、ＤＣ２５０Ｖ出力で定格出力指示（１００％出力）の場合の、部品Ａ、部品Ｂ及びスイッチングデバイスの温度（実測温度）を関連付けたものである。部品Ａの定格温度は１３０℃であり、部品Ｂの定格温度は１５５℃であるとする。

図４に示すように、ユニットＮｏ．１では、部品Ａの実測温度は１１８℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１２℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５３℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０８℃である。スイッチングデバイスの目標温度を１１０℃とする。雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、部品Ａの実測温度は１２０℃となり、部品Ｂの実測温度は１５５℃となる。ユニットＮｏ．１では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えていない。

ユニットＮｏ．２では、部品Ａの実測温度は１２０℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１０℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５６℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は−１℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０９℃である。スイッチングデバイスの目標温度を１１０℃とする。雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、部品Ａの実測温度は１２１℃となり、部品Ｂの実測温度は１５７℃となる。ユニットＮｏ．２では、部品Ｂの実測温度が定格温度を超えている。

ユニットＮｏ．３では、部品Ａの実測温度は１２９℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５３℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０８℃である。スイッチングデバイスの目標温度を１１０℃とする。雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、部品Ａの実測温度は１３１℃となり、部品Ｂの実測温度は１５５℃となる。ユニットＮｏ．３では、部品Ａの実測温度が定格温度を超えている。

ユニットＮｏ．４では、部品Ａの実測温度は１２８℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５２℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は３℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０９℃である。スイッチングデバイスの目標温度を１１０℃とする。雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、部品Ａの実測温度は１２９℃となり、部品Ｂの実測温度は１５３℃となる。ユニットＮｏ．４では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えていない。

ユニットＮｏ．５では、部品Ａの実測温度は１２４℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は６℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５６℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は−１℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０７℃である。スイッチングデバイスの目標温度を１１０℃とする。雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、部品Ａの実測温度は１２７℃となり、部品Ｂの実測温度は１５９℃となる。ユニットＮｏ．５では、部品Ｂの実測温度が定格温度を超えている。

図４に示すように、設定部９１を具備せず、スイッチングデバイスの目標温度を、すべての電力変換装置で固定値（例えば、１１０℃）とすると、ある電力変換装置では（図４の例では、ユニットＮｏ．２、３、５）部品Ａ又はＢの温度が定格温度を超えてしまう。次に、本実施の形態の電力変換装置１のように設定部９１を具備する場合について説明する。

図５は本実施の形態の電力変換装置１の設定部９１で目標温度を設定した場合の発熱部品の温度上昇の数値例を示す説明図である。図５の例は、スイッチングデバイスの目標温度を設定部９１で設定する場合を示す。図５において、ユニットＮｏ．１〜５は、５台の設定部９１を具備する電力変換装置１を示す。図５に示す温度マップは、雰囲気温度が６０℃、ＤＣ２５０Ｖ出力で定格出力指示（１００％出力）の場合の、部品Ａ、部品Ｂ及びスイッチングデバイスの温度（実測温度）を関連付けたものである。部品Ａの定格温度は１３０℃であり、部品Ｂの定格温度は１５５℃であるとする。

図５に示すように、ユニットＮｏ．１では、部品Ａの実測温度は１１８℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１２℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５３℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０８℃である。定格温度に対する部品Ａ及び部品Ｂの実測温度の余裕度合は、部品Ｂの方が部品Ａより厳しく、定格余裕は２℃である。そこで、部品Ｂの温度が定格温度に達したときに出力電力の制限が行われるように、スイッチングデバイスの実測温度１０８℃に部品Ｂの定格余裕２℃を加算した１１０℃をスイッチングデバイスの目標温度に設定する。そして、雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１０℃のとき、出力電力の制限が行われ、部品Ａの実測温度は１２０℃となり、部品Ｂの実測温度は１５５℃となる。ユニットＮｏ．１では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えない。

ユニットＮｏ．２では、部品Ａの実測温度は１２０℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１０℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５６℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は−１℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０９℃である。定格温度に対する部品Ａ、部品Ｂの実測温度の余裕度合は、部品Ｂの方が部品Ａより厳しく、定格余裕は−１℃である。そこで、部品Ｂの温度が定格温度に達するときに出力電力の制限が行われるように、スイッチングデバイスの実測温度１０９℃に部品Ｂの定格余裕−１℃を加算（１℃を減算）した１０８℃を目標温度に設定する。そして、雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１０８℃のとき、出力電力の制限が行われ、部品Ａの実測温度は１１９℃となり、部品Ｂの実測温度は１５５℃となる。ユニットＮｏ．２では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えない。

ユニットＮｏ．３では、部品Ａの実測温度は１２９℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は１℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５３℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０８℃である。定格温度に対する部品Ａ及び部品Ｂの実測温度の余裕度合は、部品Ａの方が部品Ｂより厳しく、定格余裕は１℃である。そこで、部品Ａの温度が定格温度に達したときに出力電力の制限が行われるように、スイッチングデバイスの実測温度１０８℃に部品Ａの定格余裕１℃を加算した１０９℃をスイッチングデバイスの目標温度に設定する。そして、雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１０９℃のとき、出力電力の制限が行われ、部品Ａの実測温度は１３０℃となり、部品Ｂの実測温度は１５４℃となる。ユニットＮｏ．３では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えない。

ユニットＮｏ．４では、部品Ａの実測温度は１２８℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は２℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５２℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は３℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０９℃である。定格温度に対する部品Ａ及び部品Ｂの実測温度の余裕度合は、部品Ａの方が部品Ｂより厳しく、定格余裕は２℃である。そこで、部品Ａの温度が定格温度に達したときに出力電力の制限が行われるように、スイッチングデバイスの実測温度１０９℃に部品Ｂの定格余裕２℃を加算した１１１℃をスイッチングデバイスの目標温度に設定する。そして、雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１１１℃のとき、出力電力の制限が行われ、部品Ａの実測温度は１３０℃となり、部品Ｂの実測温度は１５４℃となる。ユニットＮｏ．４では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えない。

ユニットＮｏ．５では、部品Ａの実測温度は１２４℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は６℃である。また、部品Ｂの実測温度は１５６℃であり、定格余裕（定格温度−実測温度）は−１℃である。スイッチングデバイスの実測温度は１０７℃である。定格温度に対する部品Ａ、部品Ｂの実測温度の余裕度合は、部品Ｂの方が部品Ａより厳しく、定格余裕は−１℃である。そこで、部品Ｂの温度が定格温度に達するときに出力電力の制限が行われるように、スイッチングデバイスの実測温度１０７℃に部品Ｂの定格余裕−１℃を加算（１℃を減算）した１０６℃を目標温度に設定する。そして、雰囲気温度が７０℃において、スイッチングデバイスの実測温度が目標温度１０６℃のとき、出力電力の制限が行われ、部品Ａの実測温度は１２３℃となり、部品Ｂの実測温度は１５５℃となる。ユニットＮｏ．５では、部品Ａ、Ｂの実測温度は定格温度を超えない。

なお、図５に示す数値は、一例であって、実測温度、定格温度、目標温度が図５に示す数値に限定されるものではない。また、図５では、簡便のため部品Ａ、部品Ｂの２つの発熱部品を示しているが、発熱部品は２つに限定されるものではない。また、図５では、簡便のためスイッチングデバイスを１つ示しているが、温度マップにおけるスイッチングデバイスの数は１つに限定されるものではない。

上述のように、記憶部９５は、定格温度（所定温度）が異なる複数の発熱部品（図５の例では、部品Ａ、部品Ｂ）それぞれの温度及びスイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報（温度マップ）を記憶する。例えば、ある雰囲気温度Ｔａにおいて、出力電力を定格（１００％）とした場合に、所定温度がＴｐ１の発熱部品Ｐ１の温度がＴ１であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。また、所定温度がＴｐ２の発熱部品Ｐ２の温度がＴ２であり、スイッチングデバイスの温度がＴｓであるとする。

設定部９１は、複数の発熱部品それぞれの定格温度と、記憶部９５に記憶した当該複数の発熱部品それぞれの温度との各温度差（定格余裕）のうち最小値に基づいて目標温度を設定する。例えば、発熱部品Ｐ１の所定温度Ｔｐ１と温度Ｔ１との温度差をΔＴ１（＝Ｔｐ１−Ｔ１）とし、発熱部品Ｐ２の所定温度Ｔｐ２と温度Ｔ２との温度差をΔＴ２（＝Ｔｐ２−Ｔ２）とする。温度差ΔＴ１とΔＴ２との関係が、ΔＴ１＞ΔＴ２である場合、設定部９１は、目標温度を、スイッチングデバイスの温度Ｔｓに、最小値である温度差ΔＴ２を加算した、Ｔｓ＋ΔＴ２に設定する。なお、各温度差ΔＴ１、ΔＴ２は、いずれも正、０又は負の値をとり得るものとする。

これにより、複数の発熱部品のうち、所定温度に対する余裕が最も少ない発熱部品の温度が所定温度になった場合に、出力電力が制限されるので、複数の発熱部品の温度が所定温度を超えることを防止することができる。

図６は本実施の形態の電力変換装置１による出力電力の制限の一例を示すタイムチャートである。図６において、上段のチャートは、雰囲気温度の変化の様子を模式的に表したものである。中段のチャートは、スイッチングデバイスの温度変化及び出力電力の制限（ディレーティング）の様子を模式的に表したものである。下段のチャートは、部品Ａ及び部品Ｂの温度変化の様子を模式的に表したものである。図６において、縦軸は温度、電力変換装置１による出力電力を示し、横軸は時間を示す。また、図６においてスイッチングデバイスの目標温度を１０３℃、部品Ａの定格温度を１３０℃、部品Ｂの定格温度を１５５℃とする。

図６に示すように、雰囲気温度が６０℃において、スイッチングデバイスの温度は目標温度（１０３℃）より低い１００℃となっており、出力電力の制限は行われず、１００％の出力で動作している。また、部品Ａの温度は略１１５℃であり、部品Ｂの温度は略１５０℃であり、いずれも定格温度より低い。

雰囲気温度が６０℃から７０℃に上昇すると、スイッチングデバイス、部品Ａ、部品Ｂの温度が上昇する。スイッチングデバイスの温度が目標温度に達すると、出力電力の制限が行われ、温度の上昇に応じて出力電力が１００％から小さくなる。出力電力の制限が行われると、部品Ａ、部品Ｂの温度上昇が抑制され、部品Ａの温度は略１２０℃に維持され、部品Ｂの温度は定格温度の１５５℃に維持される。

さらに、雰囲気温度が７０℃から８０℃に上昇した場合、温度の上昇に応じて出力電力がさらに小さくなり、スイッチングデバイスの温度が目標温度に維持される。これにより、部品Ａの温度は略１２０℃に維持され、部品Ｂの温度は定格温度の１５５℃に維持される。

なお、出力電力が制限された動作状態で、電力変換装置１を再起動した場合には、過渡的な温度上昇がみられるが、２〜３分程度の短い時間でスイッチングデバイスの温度が目標温度に維持され、部品Ａの温度は略１２０℃に維持され、部品Ｂの温度は定格温度の１５５℃に維持される。

また、特定部９４は、双方向変換回路５、６、８の動作条件を特定する。動作条件は、例えば、入力電圧、出力電圧、充電時又は放電時の別などを含む。

設定部９１は、特定部９４で特定した動作条件に基づいて目標温度を設定する。例えば、出力電圧が高い場合、同等の電力を出力するための出力電流は少なくなり、出力電流が少なくなると当該出力電流が流れる発熱部品の温度上昇は低くなる。このように動作条件が変わったために発熱部品の温度が所定温度に対して余裕ができたときでも、目標温度が元のままでは出力電力が制限される場合がある。そこで、目標温度を変更することにより、不要な出力電力の制限が発生しないようにすることができる。

例えば、バッテリ電圧を、２５１Ｖ〜２７５Ｖ、２７６Ｖ〜３００Ｖ、３０１Ｖ〜３２５Ｖの如く３つの電圧範囲に区分しておき、バッテリ電圧の区分毎に温度マップを複数記憶しておく。そして、特定部９４が特定したバッテリ電圧に応じて、温度マップを切り替える（選択する）ようにすれば、動作条件が変化した場合でも、発熱部品の温度が定格温度に近い領域で電力変換装置１を動作させることができ、不要な出力電力の制限が発生しないようにすることができる。また、不要な出力電力の制限を防止することができるので、電力変換装置１を効率的動作させることができる。

より具体的には、設定部９１は、特定部９４で特定した動作条件での発熱部品の所定温度に対する当該発熱部品の温度の低下に応じて、目標温度を高く設定する。発熱部品の所定温度に対する温度が低下すると、発熱部品の温度が所定温度に対して余裕ができる。このような場合、目標温度を高く設定することにより、出力電力の制限が行われる温度を高くすることができ、発熱部品の温度が所定温度に対して余裕があるのに出力電力の制限が行われることを防止することができる。

以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。

５、６、８ 双方向変換回路
７ 変圧器
９ 制御部
５１、５２、５３、５４ トランジスタ
５５、５６、５７、５８ ダイオード
６１、６２、６３、６４、８１、８２、８３、８４ トランジスタ
６５、６６、６７、６８、８５、８６、８７、８８ ダイオード
９１ 設定部
９２ 温度検出部
９３ 制限部
９４ 特定部
９５ 記憶部
Ｌ３ インダクタ

Claims (6)

1. スイッチングデバイス及び発熱部品を有する出力部を備え、該出力部から所要の電力を出力する電源装置であって、
   前記発熱部品の温度が所定温度になる場合の前記スイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する設定部と、
   前記スイッチングデバイスの温度を検出する温度検出部と、
   該温度検出部で検出した温度が前記目標温度以上である場合、前記出力部が出力する電力を制限する制限部と、
   前記発熱部品の温度及び前記スイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶する記憶部と
   を備え、
   前記設定部は、
   前記発熱部品の所定温度と前記記憶部に記憶した前記発熱部品の温度との温度差、及び前記記憶部に記憶した前記スイッチングデバイスの温度に基づいて前記目標温度を設定する電源装置。
2. 前記記憶部は、
   前記所定温度が異なる複数の発熱部品それぞれの温度及び前記スイッチングデバイスの温度を関連付けた温度情報を記憶し、
   前記設定部は、
   前記複数の発熱部品それぞれの所定温度と、前記記憶部に記憶した前記複数の発熱部品それぞれの温度との各温度差のうち最小値に基づいて前記目標温度を設定する請求項１に記載の電源装置。
3. 前記出力部の動作条件を特定する特定部を備え、
   前記設定部は、
   前記特定部で特定した動作条件に基づいて前記目標温度を設定する請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
4. 前記設定部は、
   前記特定部で特定した動作条件での前記発熱部品の前記所定温度に対する該発熱部品の温度の低下に応じて、前記目標温度を高く設定する請求項３に記載の電源装置。
5. スイッチングデバイス及び発熱部品を有する出力部を備え、該出力部を介してバッテリに対する充放電が可能な電源装置であって、
   前記発熱部品の温度が所定温度になる場合の前記スイッチングデバイスの温度に基づいて所定の目標温度を設定する設定部と、
   前記スイッチングデバイスの温度を検出する温度検出部と、
   該温度検出部で検出した温度が前記目標温度以上である場合、前記出力部が出力する電力を制限する制限部と
   を備え、
   前記設定部は、
   充電時又は放電時の別に応じて前記目標温度を設定する電源装置。
6. 前記出力部の動作条件を特定する特定部を備え、
   前記設定部は、
   前記特定部で特定した動作条件に基づいて前記目標温度を設定する請求項５に記載の電源装置。

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