JP6720754B2

JP6720754B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6720754B2
Application number: JP2016148767A
Authority: JP
Inventors: 航中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: JP2018019526A

Description

本明細書が開示する技術は、双方向に電圧変換可能な２個の電圧コンバータを有する電力変換装置に関する。

複数の昇圧回路（電圧コンバータ）を有する電力変換装置として、例えば、下記特許文献１に開示される電動車用電力変換システムがある。このシステムでは、夫々の昇圧回路に故障が生じているか否かを故障検知部により検知するために、各昇圧回路の入力側に電流検出部（電流センサ）を設けている。故障検知部は、夫々の昇圧回路の電流検出部から得られた電流値（各昇圧回路のリアクトルを流れる電流値）に基づいて、各昇圧回路が故障しているか否かを検知する。

特開２０１５−０７３４２３号公報

夫々の昇圧回路に設けられる各電流検出部（電流センサ）自体も故障しないとは限らない。各電流検出部の故障を検知するために、さらに別の電流検出部（電流センサ）を設ける構成を採用すると、電流検出部（電流センサ）の数が２倍に増えてしまい製品コストの増加を招く。本明細書は、製品コストの増加を抑制しつつ電流センサの故障を検出する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置では、低電圧側と高電圧側の間で双方向に電圧変換可能な第１および第２電圧コンバータと、これらの２個の電圧コンバータを制御するコントローラと、を備えている。そして、これらの電圧コンバータは、高電圧側同士および低電圧側同士が並列に接続されている（２個の電圧コンバータの高電圧側の正極端子同士と負極端子同士が接続されており、低電圧側も同様である）。また、２個の電圧コンバータは、夫々、高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、２個のスイッチング素子の夫々に逆並列に接続されているダイオードと、２個のスイッチング素子同士の接続中点と低電圧側の間に接続されているリアクトルと、リアクトルに流れる電流を計測する電流センサと、を備えている。第２電圧コンバータは、第１電圧コンバータの低電圧側の正極端子と第２電圧コンバータの低電圧側の正極端子との間を接続／遮断する第１スイッチと、第２電圧コンバータの低電圧側の正極端子と負極端子との間を接続／遮断する第２スイッチを備えている。

コントローラが、第２電圧コンバータの高電位側のスイッチング素子をオン状態に制御し、残りのスイッチング素子をすべてオフ状態に制御し、第１スイッチを開くとともに第２スイッチを閉じたとき、第１電圧コンバータの低電圧側の正極端子、リアクトルおよび電流センサ、高電位側のダイオード、第２電圧コンバータの高電位側のスイッチング素子、リアクトルおよび電流センサ、低電圧側の負極端子を電流が流れる電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。このとき、コントローラは、２個の電圧コンバータが夫々備えている２個の電流センサの計測値に所定の閾値を超える差がある場合、２個の電流センサの少なくとも１個が故障していると判定する。

上記したセンサチェック用電流経路が形成されるとき、２個の電圧コンバータのリアクトルには同じ大きさの電流が流れる。それゆえ、２個の電圧コンバータが夫々備えている２個の電流センサの計測値に所定の閾値を超える差がある場合には、２個の電流センサの少なくとも１個が故障していると判明する。よって、上記構成の電力変換装置は、他の電流センサを設けることによる製品コストの増加を抑制しつつ電流センサの故障を検出することが可能になる。

２個の電圧コンバータの低電圧側は、１個のバッテリに並列に接続される。第２電圧コンバータは、リアクトルとバッテリの正極との間の接続を切り離すとともに、リアクトルとバッテリの負極との間を接続するバイパススイッチ（第１および第２スイッチ）を備えている。そして、コントローラは、第２電圧コンバータの高電位側のスイッチング素子をオン状態に制御し、残りのスイッチング素子をすべてオフ状態に制御するとともに、リアクトルをバッテリの正極から切り離し負極に接続するようにバイパススイッチを制御する。そうすることで、上記したセンサチェック用電流経路が形成される。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の電力変換装置の回路図である。コントローラが実行する電流センサ故障検出処理のフローチャート図である。参考例による電力変換装置の回路図である。実施例の改変例による電力変換装置の回路図である。

図面を参照して実施例の電力変換装置２を説明する。図１に、実施例の電力変換装置２の回路図を示す。電力変換装置２は、例えば、電気自動車に搭載されるものであり、主に、２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂ、インバータ２０、コントローラ５０などを備えている。電気自動車は走行用のモータ３０（例えば三相交流モータ）を備えている。電力変換装置２は、バッテリ３から供給される直流電力をモータ３０に適した交流電力に変換してモータ３０に供給し得るように構成されている。これにより、運転者がアクセルペダルを踏むと、モータ３０が回転して当該電気自動車が走行する。運転者がブレーキペダルを踏んだときには、モータ３０が発電する。モータ３０がトルクを出力して車両が走行することを「力行」と称し、モータ３０が発電機として発電することを「回生」と称する。回生により生成された電力は「回生電力」と称し、回生電力はバッテリ３を充電するのに使用される。

２個の電圧コンバータを、第１電圧コンバータ１９ａと第２電圧コンバータ１９ｂと称する。第１電圧コンバータ１９ａは、リアクトル５ａ、２個のトランジスタ６ａ、７ａ、２個のダイオード８ａ、９ａ及び電流センサ１０ａを備えている。リアクトル５ａは、その一端が、スイッチ４ａを介して、バッテリ３の正極端子に電気的に接続されており、他端は、電流センサ１０ａに接続されている。また、トランジスタ６ａ及びトランジスタ７ａは、高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列に接続されている。なお、高電圧側の負極端子は、低電圧側の負極端子と直接に接続されている。それゆえ、高電圧側の負極端子と低電圧側の負極端子は、以下、「共通負極端子」と称する。トランジスタ６ａ、７ａは、例えば、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

本実施例では、トランジスタ６ａのコレクタが高電圧側の正極端子に接続され、トランジスタ７ａのエミッタが共通負極端子に接続されており、トランジスタ６ａのエミッタとトランジスタ７ａのコレクタが互いに接続されている。このトランジスタ６ａとトランジスタ７ａの接続部分を接続中点と称し、この接続中点に電流センサ１０ａを介してリアクトル５ａが接続されている。トランジスタ６ａ、７ａのゲートには、コントローラ５０から配線される制御信号線が夫々接続されており、コントローラ５０から出力されるトランジスタ駆動信号Ａ１、Ａ２によりこれらのスイッチングを制御し得るように構成されている。トランジスタ６ａは接続中点に対して高電位側に位置し、またトランジスタ７ａは接続中点に対して低電位側に位置する。そのため、トランジスタ６ａは上アームトランジスタと称され、またトランジスタ７ａは下アームトランジスタと称されることもある。

また、トランジスタ６ａ、７ａには、ダイオード８ａ、９ａが逆並列に接続されている。即ち、トランジスタ６ａには、エミッタからコレクタに向けてダイオード８ａが順方向に並列に接続されており、またトランジスタ７ａにも、エミッタからコレクタに向けてダイオード９ａが順方向に並列に接続されている。ダイオード８ａ、９ａは、トランジスタ６ａやトランジスタ７ａがオン状態からオフ状態に移行する際にリアクトル５ａから、トランジスタ６ａ、７ａに対して逆方向に流れ込む電流を逃がすバイパス経路を構成するものであり、環流ダイオードやフライホイールダイオードと称されることもある。

第２電圧コンバータ１９ｂも、基本的な構成については、第１電圧コンバータ１９ａと同じである。即ち、第２電圧コンバータ１９ｂは、リアクトル５ｂ、２個のトランジスタ６ｂ、７ｂ、２個のダイオード８ｂ、９ｂ及び電流センサ１０ｂを備えており、これらは、第１電圧コンバータ１９ａを構成する、リアクトル５ａ、トランジスタ６ａ、７ａ、ダイオード８ａ、９ａ、電流センサ１０ａに夫々対応する。そのため、ここでは、第２電圧コンバータ１９ｂの基本的な構成については説明を省略し、第１電圧コンバータ１９ａと異なる構成について説明する。

第２電圧コンバータは、その低電圧側の正極端子（リアクトル５ｂの一端側）が、スイッチ１３を介して、第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子（リアクトル５ａの一端側）に接続されている。このスイッチ１３は、コントローラ５０から配線される制御信号線が接続されており、コントローラ５０から出力されるスイッチ制御信号Ｓｃによりオンオフを制御され得るように構成されている。また第２電圧コンバータ１９ｂの低電圧側の正極端子（リアクトル５ｂの一端側）と共通負極端子の間に、直列に接続されたスイッチ１４と抵抗１５が接続されている。このスイッチ１４も、コントローラ５０から配線される制御信号線が接続されており、コントローラ５０から出力されるスイッチ制御信号Ｓｄによりオンオフを制御され得るように構成されている。抵抗１５は、後述するように、電流センサ１０ａ、１０ｂの故障判定をする際に、所定の電流経路に流れる電流値を予め決められた値に設定するためのものである。コントローラ５０は、スイッチ１３をオンン状態（接続状態）に制御するとともに、スイッチ１４をオフ状態（解放状態）に制御する場合と、その逆に、スイッチ１３をオフ状態に制御するとともにスイッチ１４をオン状態に制御する場合がある。コントローラ５０は、通常は前者の状態を保持する。前者の状態は、第２電圧コンバータ１９ｂが第１電圧コンバータ１９ａと同一の構成となるとともに、第１電圧コンバータ１９ａと第２電圧コンバータ１９ｂが、バッテリ３とインバータ２０の間に並列に接続されることになる。後者の状態は、後述するように、電流センサ１０ａ、１０ｂの故障診断時に選択される状態である。スイッチ１３とスイッチ１４は、常に、一方がオン状態の場合は他方がオフ状態に制御される。即ち、スイッチ１３、１４は、ペアで制御されるので、これら２個のスイッチをバイパススイッチと総称する場合がある。

これらの２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂは、低電圧側と高電圧側の間で双方向に電圧変換が可能な電圧コンバータであり、本実施例では、低電圧側及び高電圧側が互いに並列に接続されている（この場合、スイッチ１３はオン状態に制御され、スイッチ１４はオフ状態に制御されている）。即ち、先に述べたように、低電圧側の正極端子がスイッチ４ａを介してバッテリ３の正極端子に接続されており、共通負極端子がスイッチ４ｂを介してバッテリ３の負極端子に接続されている。また２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂの高電圧側は、インバータ２０に接続されている。そして、夫々の電圧コンバータでバッテリ３の直流電圧を昇圧してインバータ２０に供給する（昇圧動作）。また、インバータ２０から回生電力が入力された場合には、夫々の電圧コンバータで降圧してバッテリ３を充電する（降圧動作）。電圧コンバータ１９ａ、１９ｂは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとも称される。バッテリ３は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの再充電可能バッテリである。

スイッチ４ａ、４ｂは、例えばシステムメインリレーである。システムメインリレーは、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）と連動しているが、コントローラ５０によるオンオフ制御も可能に構成されている。本実施例では、スイッチ４ａとスイッチ４ｂは、独立してオンオフ制御し得るように構成されている。スイッチ４ａには、コントローラ５０から配線される制御信号線が接続されており、コントローラ５０から出力されるスイッチ制御信号Ｓａによりオンオフを制御され得るように構成されている。スイッチ４ｂも同様に、コントローラ５０から出力されるスイッチ制御信号Ｓｂによりオンオフを制御され得るように構成されている。なお、低電圧側の正極端子と共通負極端子の間や、高電圧側の正極端子と共通負極端子の間には、フィルタ用又は平滑用のコンデンサ１１、１２が夫々接続されている。

電流センサ１０ａ、１０ｂは、リアクトル５ａ、５ｂに流れる直流電流値を計測可能に構成される直流電流検出素子である。本実施例では、電流センサ１０ａ、１０ｂは、夫々コントローラ５０に電気的に接続されており、電流センサ１０ａから出力される電流センサ信号Ｉａや、電流センサ１０ｂから出力される電流センサ信号Ｉｂが、コントローラ５０に入力され得るように構成されている。これにより、コントローラ５０は、電流センサ１０ａ、１０ｂが計測した電流値を電流センサ信号Ｉａ、Ｉｂに基づいて取得することが可能になる。電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値（リアクトル５ａ、５ｂに流れる電流値）は、夫々の電圧コンバータが昇圧動作や降圧動作を行う際の電流監視などに用いられる。

インバータ２０は、バッテリ３から供給される直流電力をモータ３０（三相交流モータ）に適した、例えば三相交流電力に変換してモータ３０に供給する装置である。本実施例では、このインバータ２０は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を主に備えており、モータ３０のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応してスイッチング制御されるＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えている。本実施例では、インバータ２０は、コントローラ５０から出力される制御信号によりスイッチング素子が制御されて、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した三相交流電力を生成可能に構成されている。

コントローラ５０は、マイクロコンピュータを中心にＲＡＭ、ＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリや、入出力インタフェースなどを備えた制御装置である。コントローラ５０は、２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂの昇圧動作や降圧動作を制御したり、インバータ２０に対してはモータ３０の出力トルクを制御したりする。また、後述するようにスイッチ４ａ、４ｂ、１３、１４を制御して電流センサ１０ａ、１０ｂの故障を検出したりする。そのため、入出力インタフェースには、夫々の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂのトランジスタ６ａ、７ａ、６ｂ、７ｂ、スイッチ４ａ、４ｂ、１３、１４、電流センサ１０ａ、１０ｂ、インバータ２０や、モータ３０の回転センサ（不図示）が接続されている。

コントローラ５０は、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された制御プログラムなどをＲＡＭに展開して処理を実行する。また、後述の電流センサ故障検出処理のプログラムもコントローラ５０のＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどに記憶されている。なお、コントローラ５０は、ＣＡＮやＬＩＮなどの車内ネットワークにも接続されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づくアクセル開度情報やブレーキペダルの踏み込み量に基づくブレーキ踏量情報などを車内ネットワークを介してリアルタイムに取得可能に構成されている。の、図１では、コントローラ５０を一つの矩形で表しているが、その機能は、複数のマイクロコンピュータが協働して実現される。

電流センサ１０ａ、１０ｂは、夫々の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂが昇圧動作や降圧動作を行う際に必要な情報として、リアクトル５ａ、５ｂに流れる電流値を計測して電流センサ信号Ｉａ、Ｉｂを出力する。そのため、故障などが発生して正常な電流センサ信号Ｉａ、Ｉｂを出力することができない場合には、その異常を検知する必要がある。そこで、本実施例では、コントローラ５０が図２に示す電流センサ故障検出処理を行うことにより、電流センサ１０ａ、１０ｂの異常を検知可能にしている。なお、この処理は、例えば、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）がオン状態にされた直後に実施される所定の故障診断プログラムに組み込まれて実行される。

図２に示すように、電流センサ故障検出処理では、まずステップＳ２により各スイッチを所定状態に制御する処理が行われる。各スイッチとは、前述したスイッチ４ａ、４ｂ、１３、１４である。本実施例では、コントローラ５０は、スイッチ４ａ、４ｂ、１４をオン状態に制御し、スイッチ１３をオフ状態に制御する。続いてステップＳ３により各トランジスタ６ａ、７ａ、６ｂ、７ｂを所定状態に制御する処理が行われる。本実施例では、コントローラ５０は、トランジスタ６ｂをオン状態に制御し、トランジスタ６ａ、７ａ、７ｂをオフ状態に制御する。

これにより、図１の破線で示すように、バッテリ３の正極端子から、スイッチ４ａ→第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子→リアクトル５ａ→電流センサ１０ａ→ダイオード８ａ→高電圧側の正極端子→トランジスタ６ｂ→電流センサ１０ｂ→リアクトル５ｂ→第２電圧コンバータ１９ｂの低電圧側の正極端子→スイッチ１４→抵抗１５→共通負極端子→スイッチ４ｂを経由してバッテリ３の負極端子に戻る電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。このとき、リアクトル５ａと５ｂには同じ大きさの電流が流れる。このときの電流値は、例えば、抵抗１５の抵抗値により予め設定されている。電流センサ１０ａ、１０ｂが正常であれば、それら電流センサの計測値は同じ値となる。

ステップＳ４では、各電流センサ１０ａ、１０ｂから電流データを取得する処理が行われる。コントローラ５０は、電流センサ１０ａから出力される電流センサ信号Ｉａと電流センサ１０ｂから出力される電流センサ信号Ｉｂに基づいて、両電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値（電流値）を得る。そして、ステップＳ５により各電流値が所定範囲内であるか否かを判定する。

例えば、コントローラ５０は、予め設定された所定の上限基準値（所定の閾値）に対して電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値（電流値）が夫々超えているか否かや、予め設定された所定の下限基準値（所定の閾値）に対して電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値（電流値）が夫々下回っているか否かなどに基づいて判定する。そして、電流センサ１０ａ、１０ｂのうち、少なくとも１個の電流センサの計測値が、所定の上限基準値を超えていたり、所定の下限基準値を下回っていたりする場合には、各計測値は所定範囲内ではないと判定する（Ｓ５：ＮＯ）。また、両方の電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値が所定の上限基準値と所定の下限基準値の間に夫々の電流値が入っている場合には、各計測値は所定範囲内であると判定する（Ｓ５：ＹＥＳ）。

また、例えば、両電流センサ１０ａ、１０ｂの計測値の差を算出しその差が所定の閾値を超えているか否かに基づいて判定してもよい。この場合は、当該計測値の差が所定の閾値を超えているときには各計測値は所定範囲内ではないと判定し（Ｓ５：ＮＯ）、計測値の差が所定の閾値以下であるときには各計測値は所定範囲内であると判定する（Ｓ５：ＹＥＳ）。この判定方法は、電流センサ１０ａ、１０ｂの夫々の計測値を所定の上限基準値や所定の下限基準値と比較する場合に比べて、簡素なアルゴリズムで構成することができる点に特徴があるが、各計測値が所定範囲内ではないと判定したとき（Ｓ５：ＮＯ）に、故障が疑われる電流センサ１０ａ、１０ｂを特定することが難しい。

ステップＳ５による判定処理により、各計測値が所定範囲内であると判定した場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、電流センサ１０ａ、１０ｂはいずれも正常である蓋然性が高いため、本電流センサ故障検出処理を終える。これに対して、ステップＳ５による判定処理により、各計測値が所定範囲内でないと判定した場合には（Ｓ５：ＮＯ）、電流センサ１０ａ、１０ｂのいずれかに故障が発生している可能性がある。この場合には、ステップＳ６により電流センサの故障情報を出力する処理が行われる。

具体的には、例えば、コントローラ５０は、車内ネットワークで接続されている他のコントローラや上位のコントローラに対して、故障が疑われる電流センサ１０ａ又は電流センサ１０ｂを特定するセンサＩＤと故障内容を表すコードを併せて送信する。これにより、例えば、電流センサ１０ａ、１０ｂを含む電力変換装置２の故障が当該電気自動車のインストルメントパネルに表示される。

図１の電力変換装置２では、第２電圧コンバータ１９ｂは、リアクトル５ｂとバッテリ３の正極端子との間の接続を切り離すとともに、リアクトル５ｂとバッテリ３の負極との間を接続するバイパススイッチ（スイッチ１３、１４）を備えている。そして、図２のステップＳ２、Ｓ３では、コントローラ５０は、第１電圧コンバータ１９ａの高電位側のトランジスタ６ａをオン状態に制御し、残りのトランジスタ７ａ、６ｂ、７ｂをすべてオフ状態に制御するとともに、第２電圧コンバータ１９ｂのリアクトル５ｂをバッテリ３の正極端子から切り離し負極端子に接続するようにバイパススイッチ（スイッチ１３、１４）を制御する。そうすることで、２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂの電流センサ１０ａ、１０ｂに同じ大きさの電流が流れるセンサチェック用電流経路が形成される。

なお、２個の電圧コンバータが、夫々電圧の異なるバッテリ３、１６に接続されている場合には、図３に示すような回路構成を採ることが可能である。図３に、参考例による電力変換装置２ａの回路図を示す。この電力変換装置２ａの場合には、前述したスイッチ１３やスイッチ１４は必要としない代わりに、第２電圧コンバータ１９ｃとバッテリ１６との電気的な接続をオンオフするスイッチ１８ａ、１８ｂが必要になる。このスイッチ１８ａ、１８ｂは、スイッチ４ａ、４ｂと同様に、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）と連動しているシステムメインリレーである。スイッチ１８ａ、１８ｂは、コントローラ５０によるスイッチ制御信号Ｓｅ、Ｓｆによりオンオフ制御可能に構成されている。バッテリ１６は、バッテリ３と同様に、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素バッテリなどの再充電可能バッテリである。バッテリ１６の出力電圧ＶＢ２は、バッテリ３の出力電圧ＶＢ１に比べて低い（ＶＢ１＞ＶＢ２）。図３の第１電圧コンバータ１９ａは、図１の第１電圧コンバータ１９ａと同じ構成を有している。

このような参考例においても、図２に示す電流センサ故障検出処理により電流センサ１０ａ、１０ｂの故障判定が可能である。例えば、図２に示すステップＳ２により、コントローラ５０がスイッチ４ａ、４ｂ、１６ａ、１６ｂを夫々オン状態に制御し、また続くステップＳ３により、トランジスタ６ｂをオン状態に制御し、トランジスタ６ａ、７ａ、７ｂをオフ状態に制御する。

これにより、図３の破線で示すように、バッテリ３の正極端子から、スイッチ４ａ→第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子→リアクトル５ａ→電流センサ１０ａ→ダイオード８ａ→高電圧側の正極端子→トランジスタ６ｂ→電流センサ１０ｂ→リアクトル５ｂ→第２電圧コンバータ１９ｃの低電圧側の正極端子→スイッチ１８ａを経由してバッテリ１６の正極端子に戻る電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。そのため、ステップＳ４及びステップＳ５により電流センサ１０ａ、１０ｂの故障判定を行うことができ、またその結果をステップＳ６により出力することができる。

なお、図１に示すように直列に接続されたスイッチ１４及び抵抗１５を、第２電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子（リアクトル５ｂの一端側）と共通負極端子の間に接続してもよい。この場合には、バッテリ３の正極端子から、スイッチ４ａ→第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子→リアクトル５ａ→電流センサ１０ａ→ダイオード８ａ→高電圧側の正極端子→トランジスタ６ｂ→電流センサ１０ｂ→リアクトル５ｂ→第２電圧コンバータ１９ｂの低電圧側の正極端子→スイッチ１４→抵抗１５→共通負極端子→スイッチ１８ｂ（又はスイッチ４ｂ）を経由してバッテリ１６の負極端子に戻る電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。

また、３個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｄ、１９ｅがバッテリ３に接続されている場合には、図４に示すような回路構成を採ることが可能である。図４に、実施例の改変例による電力変換装置２ｂの回路図を示す。この電力変換装置２ｂの場合には、前述したスイッチ１４は必要としない。この改変例の場合には、３個目の電圧コンバータを「第３電圧コンバータ１９ｅ」と称する。なお、図４では、第２電圧コンバータには符号「１９ｄ」を付している。第３電圧コンバータ１９ｅは、第１電圧コンバータ１９ａと同様に構成されている。即ち、第３電圧コンバータ１９ｅは、リアクトル５ｃ、２個のトランジスタ６ｃ、７ｃ、２個のダイオード８ｃ、９ｃ及び電流センサ１０ｃを備えており、これらは、第１電圧コンバータ１９ａを構成する、リアクトル５ａ、トランジスタ６ａ、７ａ、ダイオード８ａ、９ａ、電流センサ１０ａに夫々対応する。そのため、ここでは、第３電圧コンバータ１９ｅの構成については説明を省略する。

なお、トランジスタ６ｃ、７ｃのゲートには、コントローラ５０から配線される制御信号線が夫々接続されており、コントローラ５０から出力されるトランジスタ駆動信号Ｃ１、Ｃ２によりこれらのスイッチングを制御し得るように構成されている。また、電流センサ１０ｃから出力される電流センサ信号Ｉｃは、コントローラ５０に入力され得るように構成されている。これにより、コントローラ５０は、電流センサ１０ｃの計測値（電流値）を電流センサ信号Ｉｃに基づいて取得することが可能になる。電流センサ１０ｃの計測値は、第３電圧コンバータ１９ｅが昇圧動作や降圧動作を行う際の電流監視などに用いられる。

このような改変例においても、図２に示す電流センサ故障検出処理により電流センサ１０ａ、１０ｂの故障判定が可能である。例えば、図２に示すステップＳ２により、コントローラ５０がスイッチ４ａ、４ｂを夫々オン状態に制御し、また続くステップＳ３により、トランジスタ６ｂ、７ｃをオン状態に制御し、トランジスタ６ａ、７ａ、７ｂ、６ｃをオフ状態に制御する。

これにより、図４の破線で示すように、バッテリ３の正極端子から、スイッチ４ａ→第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子→リアクトル５ａ→電流センサ１０ａ→ダイオード８ａ→高電圧側の正極端子→トランジスタ６ｂ→電流センサ１０ｂ→リアクトル５ｂ→第２電圧コンバータ１９ｄの低電圧側の正極端子→第３電圧コンバータ１９ｅの低電圧側の正極端子→リアクトル５ｃ→電流センサ１０ｃ→トランジスタ７ｃ→共通負極端子→スイッチ４ｂを経由してバッテリ３の正極端子に戻る電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。

このため、図２に示すステップＳ５により、例えば、コントローラ５０は、予め設定された所定の上限基準値（所定の閾値）に対して電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの計測値（電流値）が夫々超えているか否かや、予め設定された所定の下限基準値（所定の閾値）に対して電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの計測値が夫々下回っているか否かなどに基づいて判定する。そして、電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうち、少なくとも１個の電流センサの計測値が、所定の上限基準値を超えていたり、所定の下限基準値を下回っていたりする場合には、各計測値は所定範囲内ではないと判定する（Ｓ５：ＮＯ）。また、これらの電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの計測値が所定の上限基準値と所定の下限基準値の間に夫々の電流値が入っている場合には、各計測値は所定範囲内であると判定する（Ｓ５：ＹＥＳ）。

また、例えば、これらの電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうち、予め決められた２個の電流センサの計測値の差を算出しその差が所定の閾値を超えているか否かに基づいて判定してもよい。例えば、電流センサ１０ａの計測値と電流センサ１０ｂの計測値との差、電流センサ１０ａの計測値と電流センサ１０ｃの計測値との差、及び、電流センサ１０ｂの計測値と電流センサ１０ｃの計測値との差、である。この場合は、当該計測値の差が所定の閾値を超えているときには各計測値は所定範囲内ではないと判定し（Ｓ５：ＮＯ）、計測値の差が所定の閾値以下であるときには各計測値は所定範囲内であると判定する（Ｓ５：ＹＥＳ）。

ステップＳ５による判定処理により、各計測値が所定範囲内であると判定した場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃはいずれも正常である蓋然性が高いため、本電流センサ故障検出処理を終える。これに対して、ステップＳ５による判定処理により、各計測値が所定範囲内でないと判定した場合には（Ｓ５：ＮＯ）、電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかに故障が発生している可能性がある。この場合には、ステップＳ６により電流センサの故障情報を出力する処理が行われる。ステップＳ６による処理では、故障が疑われる電流センサ１０ａ、電流センサ１０ｂ又は電流センサ１０ｃを特定するセンサＩＤと故障内容を表すコードが車内ネットワークで接続されている他のコントローラなどに送信される。

なお、電流制限用の抵抗（例えば抵抗１５）とスイッチとを並列接続したものを、第２電圧コンバータ１９ｄの低電圧側の正極端子（リアクトル５ｂの一端側）と第３電圧コンバータ１９ｅの低電圧側の正極端子（リアクトル５ｃの一端側）との間に接続してもよい。電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの故障判定時には、このスイッチをコントローラ５０によりオフ状態に制御し、昇圧動作時や降圧動作時には、このスイッチをコントローラ５０によりオン状態に制御する。これにより、故障判定時に形成される電流経路に所定電流以上の電流が流れないようにすることが可能になる。この場合には、バッテリ３の正極端子から、スイッチ４ａ→第１電圧コンバータ１９ａの低電圧側の正極端子→リアクトル５ａ→電流センサ１０ａ→ダイオード８ａ→高電圧側の正極端子→トランジスタ６ｂ→電流センサ１０ｂ→リアクトル５ｂ→第２電圧コンバータ１９ｄの低電圧側の正極端子→電流制限用の抵抗→第３電圧コンバータ１９ｅの低電圧側の正極端子→リアクトル５ｃ→電流センサ１０ｃ→トランジスタ７ｃ→共通負極端子→スイッチ４ｂを経由してバッテリ３の正極端子に戻る電流経路（センサチェック用電流経路）が形成される。

以上のとおり、本実施例の電力変換装置２では、コントローラ５０は、２個の電圧コンバータ（第１電圧コンバータ１９ａ及び第２電圧コンバータ１９ｂ）のうち、第２電圧コンバータ１９ａの高電位側のトランジスタ６ｂをオン状態に制御し、残りのトランジスタ６ａ、７ａ、７ｂをすべてオフ状態に制御したときに、図１の破線で示す電流経路が形成されて電流センサ１０ａ、１０ｂに所定の計測値の電流が流れる。コントローラ５０は、２個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｂが夫々備えている２個の電流センサ１０ａ、１０ｂの夫々の計測値に所定の閾値を超える差がある場合、２個の電流センサ１０ａ、１０ｂの少なくとも１個が故障していると判定する（Ｓ５：ＮＯ）。これにより、故障判定の対象になる２個の電流センサ１０ａ、１０ｂ以外に、他の電流センサを設ける必要がない。そのため、他の電流センサを設けることによる製品コストの増加を抑制しつつ電流センサの故障を検出することが可能になる。

また、本実施例の電力変換装置２ｂでは、コントローラ５０は、３個の電圧コンバータ（第１電圧コンバータ１９ａ、第２電圧コンバータ１９ｄ、及び、第３電圧コンバータ１９ｅ）のうち、第２電圧コンバータ１９ｄの高電位側のトランジスタ６ｂと第３電圧コンバータ１９ｅの低電位側のトランジスタ７ｃをオン状態に制御し、残りのトランジスタ６ａ、７ａ、７ｂ、６ｃをすべてオフ状態に制御したときに、図４の破線で示す電流経路が形成されて電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに所定計測値の電流が流れる。コントローラ５０は、３個の電圧コンバータ１９ａ、１９ｄ、１９ｅが夫々備えている３個の電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが出力する３個の計測値のうちの２個の計測値に所定の閾値を超える差がある場合、３個の電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの少なくとも１個が故障していると判定する（Ｓ５：ＮＯ）。これにより、故障判定の対象になる２個の電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ以外に、他の電流センサを設ける必要がない。そのため、他の電流センサを設けることによる製品コストの増加を抑制しつつ電流センサの故障を検出することが可能になる。

実施例技術に関する留意点を述べる。第２電圧コンバータ１９ｂ（１９ｄ）を構成する、リアクトル５ｂ、トランジスタ６ｂ、７ｂ及びダイオード８ｂ、９ｂが、一方の電圧コンバータの一例に相当する。第１電圧コンバータ１９ａを構成する、リアクトル５ａ、トランジスタ６ａ、７ａ及びダイオード８ａ、９ａが、他方の電圧コンバータの一例に相当する。トランジスタ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂがスイッチング素子の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ、２ｂ：電力変換装置
３、１６：バッテリ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、１３、１４、１８ａ、１８ｂ：スイッチ
５ａ、５ｂ、５ｃ：リアクトル
６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ：トランジスタ
８ａ、８ｂ、８ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃ：ダイオード
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電流センサ
１１、１２、１７：コンデンサ
１５：抵抗
１９ａ−１９ｅ：電圧コンバータ
２０：インバータ
３０：モータ
５０：コントローラ

Claims

双方向に電圧変換可能な第１および第２電圧コンバータと、前記第１および第２電圧コンバータを制御するコントローラと、を備えている電力変換装置であり、
前記第１および第２電圧コンバータは、夫々、
高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、
前記２個のスイッチング素子の夫々に逆並列に接続されているダイオードと、
前記２個のスイッチング素子同士の接続中点と低電圧側の間に接続されているリアクトルと、
前記リアクトルに流れる電流を計測する電流センサと、
を備えており、かつ、
前記第１および第２電圧コンバータは高電圧側同士および低電圧側同士が並列に接続されており、
前記第２電圧コンバータは、前記第１電圧コンバータの低電圧側の正極端子と前記第２電圧コンバータの低電圧側の正極端子との間を接続／遮断する第１スイッチと、前記第２電圧コンバータの低電圧側の正極端子と負極端子との間を接続／遮断する第２スイッチを備えており、
前記コントローラが、前記第２電圧コンバータの高電位側の前記スイッチング素子をオン状態に制御し、残りの前記スイッチング素子をすべてオフ状態に制御し、前記第１スイッチを開くとともに前記第２スイッチを閉じたとき、前記第１電圧コンバータの低電圧側の正極端子、前記リアクトルおよび前記電流センサ、高電位側の前記ダイオード、前記第２電圧コンバータの高電位側の前記スイッチング素子、前記リアクトルおよび前記電流センサ、低電圧側の前記負極端子を電流が流れる電流経路が形成され、前記コントローラは、前記第１および第２電圧コンバータが夫々備えている２個の前記電流センサの計測値に所定の閾値を超える差がある場合、２個の前記電流センサの少なくとも１個が故障していると判定する、ことを特徴とする電力変換装置。