JP6896182B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
更に、このような給電を行う電力変換装置では、給電時間の短縮、給電装置側の機器数の削減、等の観点から、給電効率の高効率化が求められている。
第1端により交流電源に接続され、前記交流電源からの入力電圧を直流電圧へ変換する第1コンバータ回路、前記第1コンバータ回路により変換された直流電圧の昇圧あるいは降圧を行って第2端より出力する第2コンバータ回路、を有する第1電力変換回路と、
送電装置の送電コイルと磁気的に結合することにより、非接触で電力を受電する第1端としての非接触受電コイル、前記非接触受電コイルから受電した交流電圧を直流電圧へ変換して第2端より出力する第3コンバータ回路、を有する第2電力変換回路と、
第2端が負荷に接続され、第1端から入力される直流電圧の昇圧あるいは降圧を行って前記負荷に電力供給を行う第3電力変換回路と、
それぞれ直流電圧を平滑する第1直流コンデンサ、第2直流コンデンサと、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路および前記第3電力変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記第1電力変換回路の第2端および前記第2電力変換回路の第2端とが、統合母線を介して前記第3電力変換回路の第1端に接続され、前記第1直流コンデンサは前記第1コンバータ回路と前記第2コンバータ回路との間に接続され、前記第2直流コンデンサは前記統合母線に接続されて、前記第1電力変換回路あるいは前記第2電力変換回路の少なくとも一方から出力された直流電力を、前記第3電力変換回路を介して前記負荷に対して供給可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路、前記第3電力変換回路の少なくとも一つの電力損失を低減するように、前記第1直流コンデンサの直流電圧あるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
ものである。
以下、本願の実施の形態1による電力変換装置について図を用いて説明する。
図1は、実施の形態1による電力変換装置100を示す概略構成図である。
本実施の形態における電力変換装置100は、電動車両等の内部に搭載される充電器に適用される電源システムであり、電動車両外部の商用交流系統あるいは自家発電機などの電力を、電動車両内部の高圧バッテリ等の負荷6に対して供給するものである。
接触方式充電器10は、充電ケーブル2等の接続線により物理的に商用交流系統あるいは自家発電機等の交流電源1に接続されることで、交流電源1から電力を受電する。
非接触方式充電器20は、図示しない外部の送電装置から非接触で電力を受電する。
DC/DCコンバータ30は、これら接触方式充電器10および非接触方式充電器20から受電する電力を負荷6に対して給電する。
制御回路50は、これら接触方式充電器10、非接触方式充電器20およびDC/DCコンバータ30を制御する。
接触方式充電器10は、第1コンバータ回路としてのAC/DCコンバータ11と、第2コンバータ回路としての絶縁型DC/DCコンバータ15と、を備える。
接触方式充電器10は、第1端としての入力端子10inが充電ケーブル2を介して交流電源1に接続され、第2端としての出力端子10outが統合母線7を介して統合コンデンサ5に接続されており、交流電源1からの交流電圧Vac1を直流電圧Vintに変換して統合コンデンサ5に出力する。
ここで、AC/DCコンバータ11と絶縁型DC/DCコンバータ15との接続点を直流リンクと定義し、この直流リンクに掛かる直流電圧を直流電圧Vlinkとする。
接触方式充電器10は、この直流リンクに接続される第1直流コンデンサとしての直流リンクコンデンサ4を備えており、この直流リンクコンデンサ4により直流電圧Vlinkを平滑する。
インバータ16は、直流電圧Vlinkを入力として交流電圧を絶縁トランス18の第1巻線18aに出力する。絶縁トランス18は、第1巻線18aに印加された交流電圧を巻き数比倍してから2次側の第2巻線18bに出力する。コンバータ17は、絶縁トランス18の第2巻線18bに出力された交流電圧を入力として、統合コンデンサ5に直流電圧Vintを出力する。
非接触方式充電器20は、第1端としての非接触受電コイル20inと、第3コンバータ回路としてのフルブリッジコンバータ21と、を備える。非接触受電コイル20inは、図示しない外部の送電装置が有する送電コイルと磁力により磁気的に結合され、この送電コイルからの電力を非接触で受電する。また、非接触方式充電器20は、第2端としての出力端子20outが、統合母線7を介して統合コンデンサ5に接続される。
こうして、非接触方式充電器20は、外部の送電装置から送られる電力を受電してフルブリッジコンバータ21で整流し、統合コンデンサ5に直流電圧Vintを出力する。
DC/DCコンバータ30は、統合コンデンサ5から負荷6の方向に対して降圧変換を行う降圧型コンバータである。DC/DCコンバータ30は、第1端としての入力端子30inが統合母線7を介して統合コンデンサ5に接続され、第2端としての出力端子30outが負荷6に接続される。こうして、DC/DCコンバータ30は、統合コンデンサ5の直流電圧Vintを入力として、負荷6に直流電圧Vbatを出力する。
そして制御回路50は、有線方式とワイヤレス方式との両方を用いて充電を行う両方式の電力供給、あるいは有線方式とワイヤレス方式の一方を用いて充電を行う片方式の電力供給、を行うことが可能である。
本実施の形態の電力変換装置100は、車両走行用の高圧バッテリである負荷6に対して、二つの充電動作モードを選択して充電を行う。一つ目は、負荷6に対する定電流充電のCC(Constant Current)モードである。二つ目は、負荷6に対する定電力充電のCP(Constant Power)モードである。
この動作モードにおいて、制御回路50は、前述の電圧検出器70〜74、電流検出器75、電力検出器76により得られた検出値を用いる。
CCモードでは、DC/DCコンバータ30は、負荷6に出力する直流電流Ibatを制御する。
制御回路50によるDC/DCコンバータ30の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の直流電流指令値Ibat_refと、直流電流Ibatの検出値と、の誤差Ibat_errに基づいて、DC/DCコンバータ30のスイッチング素子のオン時間DUTY_CHOPを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Ibat_errを、比例積分器などの補償器で増幅してオン時間DUTY_CHOPを算出する。このフィードバック制御によって、DC/DCコンバータ30は、統合コンデンサ5の任意の直流電圧Vintを入力電圧として、直流電流Ibatを所望の直流電流指令値Ibat_refに制御する。
制御回路50による絶縁型DC/DCコンバータ15の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の直流電圧指令値Vint_refと、直流電圧Vintの検出値と、の誤差Vint_errに基づいて、絶縁トランス18に電圧を印加する時間DUTY_DABを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Vint_errを、比例積分器などの補償器で増幅して絶縁トランス18に電圧を印加する時間DUTY_DABを算出する。このフィードバック制御によって、絶縁型DC/DCコンバータ15は、任意の直流電圧Vlinkを入力電圧として、直流電圧Vintを所望の直流電圧指令値Vint_refに制御する。
制御回路50によるAC/DCコンバータ11の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の直流電圧指令値Vlink_refと、直流電圧Vlinkの検出値と、の誤差Vlink_errに基づいて、AC/DCコンバータ11のスイッチング素子のオン時間DUTY_PFCを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Vlink_errを、比例積分器などの補償器で増幅してオン時間DUTY_PFCを算出する。このフィードバック制御によって、AC/DCコンバータ11は、交流電源1の任意の交流電圧Vac1を入力電圧として、直流電圧Vlinkを所望の直流電圧指令値Vlink_refに制御する。
こうして、電力変換装置100は、CCモードに関する上述の動作によって、負荷6の定電流充電を行う。
CPモードでは、DC/DCコンバータ30は、統合コンデンサ5の直流電圧Vintを制御する。
制御回路50によるDC/DCコンバータ30の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の直流電圧指令値Vint_refと、直流電圧Vintの検出値と、の誤差Vint_errに基づいて、DC/DCコンバータ30のスイッチング素子のオン時間DUTY_CHOPを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Vint_errを、比例積分器などの補償器で増幅してオン時間DUTY_CHOPを算出する。このフィードバック制御によって、DC/DCコンバータ30は、任意の負荷6への出力電力Pbatにおいても、直流電圧Vintを所望の直流電圧指令値Vint_refに制御する。
制御回路50による絶縁型DC/DCコンバータ15の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の直流電圧指令値Vlink_refと、直流電圧Vlinkの検出値と、の誤差Vlink_errに基づいて、絶縁トランス18の電圧を印加する時間DUTY_DABを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Vlink_errを、比例積分器などの補償器で増幅して絶縁トランス18に電圧を印加する時間DUTY_DABを算出する。このフィードバック制御によって、絶縁型DC/DCコンバータ15は、統合コンデンサ5の任意の直流電圧Vintを出力電圧として、入力電圧である直流電圧Vlinkを所望の直流電圧指令値Vlink_refに制御する。
制御回路50によるAC/DCコンバータ11の制御方法は、公知のフィードバック制御である。制御回路50は、任意の交流電力指令値Pac_refと、交流電力Pacの検出値と、の誤差Pac_errに基づいて、AC/DCコンバータ11のスイッチング素子のオン時間DUTY_PFCを決定する。
例えば、制御回路50は、誤差Pac_errを、比例積分器などの補償器で増幅してオン時間DUTY_PFCを算出する。このフィードバック制御によって、AC/DCコンバータ11は、任意の直流電圧Vlinkを出力電圧として、交流電力Pacを所望の交流電力指令値Pac_refに制御する。
こうして、電力変換装置100は、CPモードに関する上述の動作によって、接触方式充電器10が出力する直流電力と、非接触方式充電器20が出力する直流電力Pwとの合計電力を最大電力として、負荷6を充電する。
以下、制御回路50による、電力損失の低減に係る動作について説明する。
直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkは、交流電圧Vac1とAC/DCコンバータ11の昇圧比とによって決まるため、交流電圧Vac1以上の範囲に限り調整することが可能である。また、統合コンデンサ5の直流電圧Vintは、負荷6の直流電圧VbatとDC/DCコンバータ30の降圧比とによって決まるため、直流電圧Vbat以上の範囲に限り調整することが可能である。
本実施の形態では、制御回路50による上記第1モードを用いた制御について説明する。
なお、前述のように、電力変換装置100の電力損失低減の制御において、直流電圧指令値Vlinkあるいは直流電圧指令値Vintの調整が考えられるが、以下の説明においては、直流電圧Vintの方を調整する制御について説明する。
また、以下において詳細を説明するように、制御回路50は、電力損失Psを算出する機能と、少なくとも2回分の電力損失Psを記録する機能と、直流電圧指令値Vint_refに、設定された補正値ΔVrefを加算する機能と、を備える。
制御回路50は、電力変換装置100の動作中における電力変換装置100の電力損失Psを検出する(ステップS1)。
このステップS1において、制御回路50は、接触方式充電器10、非接触方式充電器20、および、DC/DCコンバータ30の合計の電力損失Psを検出して記録する。そして、制御回路50は、最新の電力損失Psの検出結果Ps_moniを、Ps_moni(n)とし、上記第1設定時間t1分だけ前に検出された電力損失Psの検出結果Ps_moniを、Ps_moni(n−1)として記録する。
また例えば、CCモードにおいては、制御回路50が、上記合計入力電力と、負荷6への直流電流指令値Ibat_refおよび検出される負荷6の直流電圧Vbatから得られる出力電力と、を比較して電力損失Psを算出するものでもよい。
また、例えば、DC/DCコンバータ30の出力側に電力検出器を設ける。そして、制御回路50が、接触方式充電器10の入力側の電力検出器76、および非接触方式充電器20の入力側に設けられた図示しない電力検出器から検出された入力電力の、合計入力電力と、DC/DCコンバータ30の出力側に設けられた電力検出器から検出された出力電力と、を比較して電力損失Psを算出してもよい。
この制御を繰り返す事で、電力損失Psが最小となるように、統合コンデンサ5の直流電圧Vintの値が制御される。
また、CPモードの場合は、既に説明したように、任意の直流電圧指令値Vint_refと、直流電圧Vintの検出値と、の誤差Vint_errに基づいて、DC/DCコンバータ30のスイッチング素子のオン時間DUTY_CHOPを決定する。こうして、DC/DCコンバータ30により統合コンデンサ5の直流電圧Vintを制御する。
直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkを調整する場合は、ステップS4において、直流リンクコンデンサ4に対する直流電圧指令値Vlink_refに補正値ΔVrefを加算する。
こうしてAC/DCコンバータ11により直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkを制御する。
また、CPモードの場合は、既に説明したように、任意の直流電圧指令値Vlink_refと、直流電圧Vlinkの検出値と、の誤差Vlink_errに基づいて、絶縁型DC/DCコンバータ15の絶縁トランス18の電圧を印加する時間DUTY_DABを決定する。こうして絶縁型DC/DCコンバータ15により直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkを制御する。
接触方式充電器10と非接触方式充電器20とを同時に動作させる場合では、接触方式充電器10において損失が最小となる直流電圧指令値Vint_refを選択した場合に、非接触方式充電器20の損失が極端に増大する可能性が想定される。このような場合、上記のように、接触方式充電器10と非接触方式充電器20とDC/DCコンバータ30の合計損失を減少させる直流電圧指令値Vint_refを選択することで、効果的に電力損失の低減が可能である。
また例えば、制御回路50は、接触方式充電器10の電力損失PsおよびDC/DCコンバータ30の電力損失Psを検出して、これら接触方式充電器10およびDC/DCコンバータ30の電力損失Psが低減するように、直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintを調節してもよい。
また例えば、制御回路50は、非接触方式充電器20の電力損失PsおよびDC/DCコンバータ30の電力損失Psを検出して、これら非接触方式充電器20およびDC/DCコンバータ30の電力損失Psが低減するように、直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintを調節してもよい。
このように、第1設定時間t1毎に定期的に実際の電力損失Psを検出することで、電力変換装置100の実際の損失状態に合わせて、精度良く直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintを調整できる。これにより電力損失が更に効果的に低減される。
また、制御回路50は、直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkを調整する場合、CCモードにおいては、AC/DCコンバータ11のスイッチング素子を制御し、CPモードにおいては、絶縁型DC/DCコンバータ15のスイッチング素子を制御する。
このように、直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkあるいは統合コンデンサ5の直流電圧Vintの調整において、それぞれ2つのモードを用いて制御が可能であるため、負荷6がバッテリであり、満充電付近においてCCモードが必要な場合と、満充電付近でなく供給電力が最大電力となるようにCPモードが必要な場合と、に対応させることが可能となる。
また、DC/DCコンバータ30は、降圧回路を示したが、昇圧回路でもよい。
以下、本願の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1では、電力変換回路10、20、30の電力損失Psを検出し、検出した電力損失Psに基づいて電力損失低減を行う第1モードについて説明した。
本実施の形態では、DC/DCコンバータ30から出力される負荷6への出力電流である直流電流Ibatを検出し、検出した直流電流Ibatに基づいて電力損失低減を行う第2モードについて説明する。
なお、この第2モードの第2設定時間t2に対して設定される時間長は、第1モードの第1設定時間t2に対して設定される時間長と同じでもよい。
図3に示すように、制御回路50は、電力変換装置100の動作中において、DC/DCコンバータ30から負荷6に対して出力する直流電流Ibatを検出する(ステップS1)。
このステップS1において、制御回路50は、直流電流Ibatを検出して記録する。そして、制御回路50は、最新の直流電流Ibatの検出結果Ibat_moniを、Ibat_moni(n)とし、上記第2設定時間t2分だけ前に検出された直流電流Ibatの検出結果Ibat_moniを、Ibat_moni(n−1)として記録する。
更に、制御回路50は、検出されたDC/DCコンバータ30からの出力電流である直流電流Ibatが最大となるように、直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintを制御する。このように直流電流Ibatが最大、即ち、出力電力が最大となるように各電力変換回路10、20、30が制御されるため、電力変換装置100全体における電力損失Psを最小化することが可能となる。
このように、第2設定時間t2毎に定期的に実際の直流電流Ibatを検出することで、電力変換装置100の実際の損失状態に合わせて、精度良く直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintを調整できる。これにより電力損失が更に効果的に低減される。
以下、本願の実施の形態3を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
これまでに記載した電力変換装置100の電力損失低減に係る動作モードである第1モードおよび第2モードでは、電力変換回路10、20、30の電力損失Ps、または負荷6への直流電流Ibatを検出する必要がある。いずれも検出手段として電力検出器もしくは電流検出器が必要である。
本実の形態では、電力検出器および電流検出器が不要となる、損失特性情報Jを用いた電力損失低減に係る動作モードである第3モードについて説明する。
図5は、本実施の形態3による電力変換装置100において、負荷6の直流電圧Vbatが100Vの時のDC/DCコンバータ30の電力損失特性を記録した損失特性情報Jである。
図6は、本実施の形態3による電力変換装置100において、負荷6の直流電圧Vbatが300Vの時のDC/DCコンバータ30の電力損失特性を記録した損失特性情報Jである。
図7は、本実施の形態3による制御回路50の、電力損失低減に関する動作モードである第3モードの第2例を示すフロー図である。
図8は、本実施の形態3による電力変換装置100において、交流電圧Vac1が100Vの時の接触方式充電器10の電力損失特性を記録した損失特性情報である。
図9は、本実施の形態3による電力変換装置100において、交流電圧Vac1が200Vの時の接触方式充電器10の電力損失特性を記録した損失特性情報である。
図10は、本実施の形態3による制御回路50の、電力損失低減に関する動作モードである第3モードの第3例を示すフロー図である。
図11は、本実施の形態3による電力変換装置100において、非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2が低い時の非接触方式充電器20の電力損失特性を記録した損失特性情報である。
図12は、本実施の形態3による電力変換装置100において、非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2が高い時の非接触方式充電器20の電力損失特性を記録した損失特性情報である。
なお、これら図4〜図12は、統合コンデンサ5の直流電圧Vintの方を調整する場合の制御に対応している。
これら損失特性情報Jは、電力変換装置100の試験段階等において予め取得されて制御回路50に記録されるものであり、横軸は電力変換回路の伝送電力であり、縦軸は電力変換回路の損失を示す。
なお、ここでは、直流電圧Vintの値を、100V、200V、300V、の3つの電圧値に変化させた場合における損失マップMを図示しているが、例えば、直流電圧Vintの値を100V、120V、140V・・・280V、300Vと、更に細かく変化させた場合の損失マップMが記録されてもよい。
また、図6に示すように、DC/DCコンバータ30の損失マップM4、M5、M6は、負荷6の直流電圧Vbatの値(300V、負荷電圧が高い時を想定)に対応してそれぞれ記録されている。
なお、ここでは、負荷6の直流電圧Vbatの値が100V、300V、の2つの電圧値に対応するそれぞれの損失マップMが記録されているが、負荷6の直流電圧Vbatの値を更に細かく変化させた場合の損失マップMが記録されてもよい。
制御回路50は、電力損失低減に関する第3モードによる制御の第1例を開始すると、負荷6の直流電圧Vbatを検出する(ステップS1a)。
ここで、DC/DCコンバータ30は、負荷6に向かって降圧変換を行う回路構成であるため、統合コンデンサ5の直流電圧指令値Vint_refの調整可能範囲Sは、直流電圧Vbat÷直流電圧Vintから得られるDC/DCコンバータ30の降圧比と、検出された直流電圧Vbatと、から求められる。
ここで検出された直流電圧Vbatが100Vであるとし、DC/DCコンバータ30の最大降圧比を7/10とすると、統合コンデンサ5の直流電圧Vint_refの調整可能範囲Sは142.8Vより上の電圧範囲となる。
そして制御回路50は、図5に示す損失マップM1、M2、M3の内から、演算された統合コンデンサ5の調整可能範囲S内の値に対応する損失マップMを選出する。即ち、前述のように、統合コンデンサ5の直流電圧Vint_refの調整可能範囲Sは142.8Vより上の電圧範囲であるため、直流電圧Vint=200Vの損失マップM2と、直流電圧Vint=300Vの損失マップM3の2つを選出する(ステップS3a)。
ここで、直流電流指令値Ibat_refを8Aとすると、伝送電力は、直流電流指令値Ibat_ref(8A)×直流電圧Vbat(100V)=800Wとなる。
図5において、伝送電力800Wにおける損失マップM2、M3をそれぞれ参照すると、損失が小さくなるのは、直流電圧Vintを200Vに制御したM2の場合である。
よって、制御回路50は、統合コンデンサ5の直流電圧Vintを200Vに調整する(ステップS4a)。これにより、DC/DCコンバータ30の電力損失を低減できる。
しかしながら図5に示すように、直流電圧Vbat=100Vでは、伝送電力の値によらず、統合コンデンサ5の直流電圧Vintが低いほうが損失は小さくなる。よって、制御回路50は、前述の伝送電力の算出を省略してもよい。
例えば、DC/DCコンバータ30による電力損失が、電力変換装置100全体での電力損失において支配的である場合は、上記のような第1例によるDC/DCコンバータ30の損失特性情報Jのみを用いる制御を行うことで、効率良く電力損失Psを低減できる。
なお、図8に示すように、接触方式充電器10の損失マップM7、M8、M9は、交流電源1の交流電圧Vac1の値(100V、受電電圧が低い時を想定)に対応してそれぞれ記録されている。
また、図9に示すように、接触方式充電器10の損失マップM10、M11、M12は、交流電源1の交流電圧Vac1の値(200V、受電電圧が高い時を想定)に対応してそれぞれ記録されている。
なお、ここでは、交流電源1の交流電圧Vac1の値が100V、200V、の2つの電圧値に対応するそれぞれの損失マップMが記録されているが、交流電源1の交流電圧Vac1の値を更に細かく変化させた場合の損失マップMが記録されてもよい。
ここで、制御回路50は、検出された交流電源1の交流電圧Vac1と、接触方式充電器10内のAC/DCコンバータ11および絶縁型DC/DCコンバータ15の昇降圧比と、に基づいて、統合コンデンサ5の直流電圧指令値Vint_refの調整可能範囲Sを算出する。
なお、前述の図4におけるステップS4aと同様に、制御回路50は、交流電力指令値Pac_refの参照、即ち、伝送電力の算出を省略してもよい。
例えば、接触方式充電器10と非接触方式充電器20のうち、接触方式充電器10を動作させる場合に、上記のような第2例による接触方式充電器10の損失特性情報Jのみを用いる制御を行うことで、制御回路50における制御を簡素化して、効率良く電力損失Psを低減できる。
なお、図11に示すように、接触方式充電器10の損失マップM13、M14、M15は、非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2の値が低い場合に対応してそれぞれ記録されている。
また、図12に示すように、接触方式充電器10の損失マップM16、M17、M18は、非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2の値が高い場合に対応してそれぞれ記録されている。
なお、ここでは、非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2の値が高い場合と低い場合との2つの電圧値に対応するそれぞれの損失マップMが記録されているが、交流電圧Vac2の値を更に細かく変化させた場合の損失マップMが記録されてもよい。
ここで、制御回路50は、検出された非接触受電コイル20inの交流電圧Vac2に基づいて、統合コンデンサ5の直流電圧指令値Vint_refの調整可能範囲Sを算出する。
例えば、接触方式充電器10と非接触方式充電器20のうち、非接触方式充電器20を動作させる場合に、上記のような第3例による非接触方式充電器20の損失特性情報Jのみを用いる制御を行うことで、制御回路50における制御を簡素化して、効率良く電力損失Psを低減できる。
更に、制御回路50は、接触方式充電器10、非接触方式充電器20、DC/DCコンバータ30の電力損失特性が記録された損失特性情報Jを有しており、この損失特性情報Jに基づいて、直流リンクコンデンサ4の直流電圧Vlinkあるいは統合コンデンサ5の直流電圧Vintを調整する第3モードを有している。このように、電力損失が最小となる直流電圧Vintの値が損失特性情報Jにおいて記録されているため、第3モードによる損失低減の開始から直流電圧Vintの設定に至るまでの時間を大幅に短縮でき、迅速に電力損失を最小化できる。
このように、接触方式充電器10および非接触方式充電器20の内、動作させる方の損失特性情報Jを用いた制御をすることで、制御回路50における制御を簡素化させ、直流電圧Vlinkあるいは直流電圧Vintの調整を迅速に行うことができる。
以下、本願の実施の形態4を、上記実施の形態1〜3と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図13は、実施の形態4による電力変換装置400を示す概略構成図である。
図に示すように、電力変換装置400は、当該電力変換装置100の各電力変換回路10、20、30の温度情報Ta等の環境情報を取得する環境情報センサ477を備える。
そして制御回路50は、この取得された温度情報Taに基づいて、実施の形態1において述べた第1モードと、実施の形態2において述べた第2モードと、実施の形態3において述べた第3モードとを切り替えるものである。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (18)
- 第1端により交流電源に接続され、前記交流電源からの入力電圧を直流電圧へ変換する第1コンバータ回路、前記第1コンバータ回路により変換された直流電圧の昇圧あるいは降圧を行って第2端より出力する第2コンバータ回路、を有する第1電力変換回路と、
送電装置の送電コイルと磁気的に結合することにより、非接触で電力を受電する第1端としての非接触受電コイル、前記非接触受電コイルから受電した交流電圧を直流電圧へ変換して第2端より出力する第3コンバータ回路、を有する第2電力変換回路と、
第2端が負荷に接続され、第1端から入力される直流電圧の昇圧あるいは降圧を行って前記負荷に電力供給を行う第3電力変換回路と、
それぞれ直流電圧を平滑する第1直流コンデンサ、第2直流コンデンサと、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路および前記第3電力変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記第1電力変換回路の第2端および前記第2電力変換回路の第2端とが、統合母線を介して前記第3電力変換回路の第1端に接続され、前記第1直流コンデンサは前記第1コンバータ回路と前記第2コンバータ回路との間に接続され、前記第2直流コンデンサは前記統合母線に接続されて、前記第1電力変換回路あるいは前記第2電力変換回路の少なくとも一方から出力された直流電力を、前記第3電力変換回路を介して前記負荷に対して供給可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路、前記第3電力変換回路の少なくとも一つの電力損失を低減するように、前記第1直流コンデンサの直流電圧あるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路、前記第3電力変換回路の少なくとも一つの電力損失を、第1設定時間毎に検出し、
検出された最新の電力損失が、前記第1設定時間分前において検出した電力損失未満となると、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの電圧指令値に対して設定された補正値を加算し、
検出された最新の電力損失が、前記第1設定時間分前に検出した電力損失以上大きくなると、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの電圧指令値に対して極性を反転させた前記補正値を加算して
前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する第1モードを有する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第3電力変換回路の出力電流を検出する電流検出器を備え、
前記制御回路は、
検出された前記第3電力変換回路の出力電流が最大となるように、
前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する第2モードを有する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、前記第2モードにおいて、
前記第3電力変換回路の出力電流を第2設定時間毎に検出し、
検出された最新の出力電流が、前記第2設定時間分前において検出された出力電流以上大きくなると、前記第1直流コンデンサの電圧指令値に対して設定された補正値を加算し、
検出された最新の出力電流が、前記第2設定時間分前において検出された出力電流未満となると、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの電圧指令値に対して極性を反転させた前記補正値を加算して、
前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路、前記第3電力変換回路の少なくとも一つの電力損失特性を記録した損失特性情報を有し、
前記損失特性情報に基づいて、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する第3モードを有する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記損失特性情報は、
前記第1電力変換回路および前記第2電力変換回路のそれぞれの入力電圧に対応する前記第1電力変換回路および前記第2電力変換回路の電力損失特性が記録され、
前記負荷の電圧に対応する前記第3電力変換回路の電力損失特性が記録される、
請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記負荷の直流電圧を検出する電圧検出器を備え、
前記損失特性情報は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路および前記第3電力変換回路の電力損失特性を、前記第2直流コンデンサの直流電圧値ごとに対応して記録した複数の損失マップから構成され、
前記制御回路は、前記第3モードにおいて、
検出された前記負荷の直流電圧に基づいて、前記第2直流コンデンサの直流電圧の調整可能範囲を演算し、
複数の前記損失マップの内から、演算された前記第2直流コンデンサの前記調整可能範囲内の値に対応した前記損失マップを選出し、
選出された前記損失マップに基づいて、前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記交流電源の電圧を検出する電圧検出器を備え、
前記損失特性情報は、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路および前記第3電力変換回路の電力損失特性を、前記第1直流コンデンサの直流電圧値ごとに対応して記録した複数の損失マップから構成され、
前記制御回路は、前記第3モードにおいて、
検出された前記交流電源の電圧に基づいて、前記第1直流コンデンサの直流電圧の調整可能範囲を演算し、
複数の前記損失マップの内から、演算された前記第1直流コンデンサの前記調整可能範囲内の値に対応した前記損失マップを選出し、
選出された前記損失マップに基づいて、前記第1直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、前記第3モードにおいて、
前記第1電力変換回路のみを用いて前記負荷に対して直流電力の供給を行い、
前記第1電力変換回路の前記損失特性情報に基づいて、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、前記第3モードにおいて、
前記第2電力変換回路のみを用いて、該第2電力変換回路からの直流電力を前記負荷に対して供給させ、
前記第2電力変換回路の前記損失特性情報に基づいて、前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項5または請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記損失特性情報は、
前記第1電力変換回路と前記第2電力変換回路と前記第3電力変換回路との電力損失特性を合計した合計電力損失特性が記録され、
前記制御回路は、前記第3モードにおいて、
前記第1電力変換回路と前記第2電力変換回路とを用いて、該第1電力変換回路と該第2電力変換回路とからの合計直流電力を前記負荷に対して供給させ、
前記合計電力損失特性が記録された前記損失特性情報に基づいて、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項5または請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第2コンバータ回路のスイッチング素子を制御することにより、前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項1、請求項2、請求項5から請求項7、請求項9から請求項11、のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第3電力変換回路のスイッチング素子を制御することにより、前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項1から請求項7、請求項9から請求項11、のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第1コンバータ回路のスイッチング素子を制御することにより、前記第1直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項1、請求項2、請求項5、請求項6、請求項8、請求項9、請求項11、のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第2コンバータ回路のスイッチング素子を制御することにより、前記第1直流コンデンサの直流電圧を調整する、
請求項1から請求項6、請求項8、請求項9、請求項11、のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第3電力変換回路の出力電流を検出する電流検出器と、
該電力変換装置の環境情報を取得する環境情報センサと、を備え、
前記制御回路は、
前記第1モードと、
検出された前記第3電力変換回路の出力電流が最大となるように、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する第2モードと、
前記第1電力変換回路、前記第2電力変換回路および前記第3電力変換回路の損失特性を記録した損失特性情報を有して、前記損失特性情報に基づいて、前記第1直流コンデンサあるいは前記第2直流コンデンサの直流電圧を調整する第3モードと、を有し、
取得された前記環境情報に基づいて、前記第1モードと、前記第2モードと前記第3モードとを切り替える、
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第2設定時間は、前記第3電力変換回路のスイッチング素子のスイッチング間隔に応じて設定された、
請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2コンバータ回路は、
前記第1コンバータ回路により変換された直流電圧を交流電圧へ変換するインバータ回路と、前記インバータ回路からの交流電圧を1次側で受電して絶縁し、2次側へ給電する絶縁トランスと、前記絶縁トランスの2次側から受電する交流電圧を直流電圧へ変換する第4コンバータ回路と、を備えた、
請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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