JP6922635B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、複数の電力変換回路が並列に接続されている電力変換装置に関する。

複数の電力変換回路が並列に接続されている電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１−３）。そのような電力変換装置は、多相コンバータと呼ばれることもある。多相コンバータでは、各電力変換回路を単純に「相」と呼ぶことがある。そのような電力変換装置では、複数の電力変換回路を並列に接続することで、負荷の分散を図ることができる。

特許文献１の電力変換装置では、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換回路）が並列に接続されている。特許文献２、３には、複数相のコンバータが並列に接続されている多相コンバータ（電力変換装置）が開示されている。特許文献２の多相コンバータ（電力変換装置）は、出力負荷の大きさ、あるいは、周囲の温度に応じて動作させるコンバータの相数を決定する。特許文献３の多相コンバータ（電力変換装置）は、放熱特性の良い順に優先駆動相を決定する。その多相コンバータ（電力変換装置）は、放熱特性の良い電力変換回路を優先的に駆動することで、個々のコンバータの過熱を防止することができる。放熱特性の一例として、各コンバータのスイッチ部分の温度上昇率が採用される。

特開２００９−１１８６４１号公報 特開２００７−１１６８３４号公報 国際公開ＷＯ２０１０／１４０２２８号公報

電力変換回路は電力変換用のスイッチング素子を含んでいる。電力変換用のスイッチング素子は、低温では耐圧性能が下がることが知られている。複数の電力変換回路が並列に接続されている電力変換装置では、スイッチング素子の温度がばらつくと、他の電力変換回路と比較して耐圧性能の低い電力変換回路が存在してしまい、電力変換回路の選択の幅が狭くなってしまう。本明細書は、並列に接続されている複数の電力変換回路を備えた電力変換装置に関し、スイッチング素子の温度に依存した耐圧性能のばらつきを小さくする技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、複数の電力変換回路と、複数の温度センサと、コントローラを備えている。各電力変換回路は、電力変換用のスイッチング素子を含んでいる。複数の電力変換回路は、並列に接続されている。複数の温度センサの夫々は、夫々のスイッチング素子の温度を計測する。コントローラは、複数の電力変換回路の中から動作させる電力変換回路を選択する。コントローラは、電力変換装置に供給される供給電流値と電力変換装置の目標出力電流値の一方の電流値に基づいて、温度センサによって計測されたスイッチング素子の温度の低い順に、動作させる電力変換回路を選択する。この電力変換装置は、温度の低いスイッチング素子を含んでいる電力変換回路を優先的に動作させることで、温度の低いスイッチング素子を自身の発熱で暖め、耐圧の低下を防止する。その結果、複数の電力変換回路の温度に依存した耐圧性能のばらつきが抑えられる。なお、「スイッチング素子の温度の低い順に動作させる電力変換回路を選択する」とは、より正確には、含まれているスイッチング素子の温度（計測温度）が低い順に、動作させる電力変換回路を選択する、という意味である。

コントローラは、全てのスイッチング素子の温度が所定の閾値を超えている場合は、動作させる電力変換回路として、全ての電力変換回路を選択するように構成されていてもよい。全てのスイッチング素子の温度が温度閾値よりも高ければ、温度に依存した耐圧性能のばらつきは小さい。その場合は、全ての電力変換回路で負荷を分散する方が、耐圧性能のばらつきが小さい状態を維持できる。

コントローラは、次の通りに構成されていることも好適である。コントローラは、スイッチング素子の温度が所定の温度閾値を下回っている電力変換回路を特定する。コントローラは、特定した電力変換回路に対して、スイッチング素子の温度の低い順に、動作させる前記電力変換回路を選択する。コントローラは、スイッチング素子の温度が温度閾値を下回っている全ての電力変換回路の総許容電流値が、供給電流値（あるいは目標出力電流値）を下回っている場合は全ての電力変換回路を選択する。この場合も、温度が温度閾値よりも高いスイッチング素子を含む電力変換回路を使わざるを得ないときには全ての電力変換回路を選択することで、負荷の分散が図れる。

各電力変換回路が複数のスイッチング素子を含む場合は、コントローラは、複数のスイッチング素子の温度の中で最も低い温度を、他の電力変換回路のスイッチング素子の温度と比較する。別言すれば、電力変換回路が温度の高いスイッチング素子と温度の低いスイッチング素子を含む場合、コントローラは、低い方の温度を他の電力変換回路のスイッチング素子の温度と比較する。そのように処理することで、温度の低いスイッチング素子を含む電力変換回路を優先的に動作させることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 コントローラが実行する回路選択処理のフローチャートである（第１実施例）。 第２実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 コントローラが実行する回路選択処理のフローチャートである（第２実施例）。 スイッチング素子の温度の分布の一例を示すグラフである。 供給電流値Ｉｉｎの変化と駆動回路数の関係の一例を示すグラフである。 第３実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 コントローラが実行する回路選択処理のフローチャートである（第３実施例）。 コントローラが実行する回路選択処理のフローチャートである（第３実施例、図８の続き）。

（第１実施例）図１と図２を参照して第１実施例の電力変換装置を説明する。第１実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載されている。図１に、電力変換装置１０を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。

電気自動車１００は、モータ２４で走行する。モータ２４は、交流モータである。モータ２４は、発電機として機能する場合がある。運転者がブレーキを踏んだとき、電気自動車１００は、車両の慣性エネルギでモータ２４を逆駆動させて発電する。モータ２４の逆駆動で得られた電力は回生電力と呼ばれる。

電気自動車１００は、バッテリ２１と、電力変換装置１０と、インバータ２３と、モータ２４を備えている。電力変換装置１０は、バッテリ２１の出力電力の電圧を昇圧してインバータ２３に供給する。電力変換装置１０は、回生電力を降圧してバッテリ２１へ供給する機能も有する。即ち、電力変換装置１０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電力変換装置１０によって降圧された回生電力でバッテリ２１が充電される。電力変換装置１０の回路構造は後に詳しく説明する。

インバータ２３は、電力変換装置１０から供給される直流電力をモータ２４の駆動に適した交流電力に変換してモータ２４へ供給する。インバータ２３は、モータ２４が発電した回生電力（交流）を直流に変換して電力変換装置１０に供給する機能も有する。インバータ２３の回路構成は良く知られているので詳しい回路図とその説明は省略する。電力変換装置１０とインバータ２３の間にはコンデンサ２２が並列に接続されている。コンデンサ２２は、電力変換装置１０とインバータ２３の間を流れる電流を平滑化する。

電力変換装置１０とインバータ２３は、不図示の上位コントローラからの指令を受けて動作する。上位コントローラは、車速、アクセルペダル開度、ブレーキペダル開度に応じて、電力変換装置１０の低圧側と高圧側の電圧比と、インバータ２３の交流電力周波数を決定する。上位のコントローラは、決定した電圧比を電力変換装置１０へ指令し、決定した周波数をインバータ２３へ指令する。

電力変換装置１０の回路構造を説明する。電力変換装置１０は、２組の電力変換回路５ａ、５ｂと、リアクトル８と、コンデンサ７と、電流センサ６と、コントローラ９を備えている。２組の電力変換回路５ａ、５ｂは並列に接続されている。なお、２組の電力変換回路５ａ、５ｂは、リアクトル８とコンデンサ７を共用している。リアクトル８とコンデンサ７は電力変換回路の一部であるが、共用される部品であるので、図１では、電力変換回路５ａ、５ｂを示す破線矩形の枠の外に描いてある。符号１１ａと１１ｂは、それぞれ、電力変換装置１０の低圧側の正極端と負極端を示している。符号１２ａと１２ｂは、それぞれ、電力変換装置１０の高圧側の正極端と負極端を示している。符号１１ａと１１ｂをそれぞれ低圧正極端と低圧負極端と称し、符号１２ａと１２ｂをそれぞれ高圧正極端と高圧負極端と称する。低圧正極端１１ａと低圧負極端１１ｂを低圧端１１と総称し、高圧正極端１２ａと高圧負極端１２ｂを高圧端１２と総称する。なお、低圧負極端１１ｂと高圧負極端１２ｂは直接に接続されている。

第１電力変換回路５ａについて説明する。第１電力変換回路５ａは、２個のスイッチング素子２ａ、２ｂと、２個のダイオード３ａ、３ｂと、２個の温度センサ４ａ、４ｂと、リアクトル８と、コンデンサ７を備えている。先に述べたようにリアクトル８とコンデンサ７は他方の電力変換回路５ｂと共用なので、図１では、第１電力変換回路５ａを示す破線矩形の外に描いてあるが、第１電力変換回路５ａの構成部品であることに留意されたい。

２個のスイッチング素子２ａ、２ｂは直列に接続されている。２個のスイッチング素子２ａ、２ｂの直列接続は、高圧正極端１２ａと高圧負極端１２ｂの間に接続されている。スイッチング素子２ａ、２ｂは、電力変換用のスイッチング素子であり、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT）である。スイッチング素子２ａにダイオード３ａが逆並列に接続されており、スイッチング素子２ｂにダイオード３ｂが逆並列に接続されている。それぞれのスイッチング素子２ａ、２ｂに対して温度センサ４ａ、４ｂが配置されている。温度センサ４ａはスイッチング素子２ａの温度を計測し、温度センサ４ｂはスイッチング素子２ｂの温度を計測する。温度センサ４ａ（４ｂ）は、スイッチング素子２ａ（２ｂ）に内蔵されているタイプでもよく、スイッチング素子２ａ（２ｂ）の近傍に配置されているものであってもよい。あるいは、温度センサ４ａ（４ｂ）は、スイッチング素子２ａ（２ｂ）を冷却する冷却器の冷媒温度からスイッチング素子の温度を推定するタイプであってもよい。

２個のスイッチング素子２ａ、２ｂの直列接続の中点と低圧正極端１１ａの間にリアクトル８が接続されている。低圧正極端１１ａと低圧負極端１１ｂの間にコンデンサ７が接続されている。リアクトル８につながっている電力線に電流センサ６が配置されている。電流センサ６は、リアクトル８に流れる電流、即ち、電力変換装置１０に流れる電流を計測する。

先に述べたように、電力変換装置１０は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。高圧正極端１２ａの側のスイッチング素子２ａが降圧動作に関与し、高圧負極端１２ｂの側のスイッチング素子２ｂが昇圧動作に関与する。降圧動作について説明する。スイッチング素子２ａがオンすると、高圧正極端１２ａからリアクトル８へ電力が流れる。リアクトル８とコンデンサ７が電力の一部を蓄積するため、低圧正極端１１ａには、高圧正極端１２ａよりも低い電圧が現れる。スイッチング素子２ａがオフすると、高圧正極端１２ａがリアクトル８から遮断される。リアクトル８とコンデンサ７に蓄えられた電気エネルギがダイオード３ｂを通じて還流し、低圧正極端１１ａの電圧が維持される。スイッチング素子２ａが適宜にオンとオフを繰り返すことで、高圧端１２に印加された電力は降圧されて低圧端１１から出力される。

昇圧動作について説明する。スイッチング素子２ｂがオンすると、リアクトル８、スイッチング素子２ｂ、コンデンサ７による閉回路が作られ、コンデンサ７とリアクトル８に電気エネルギが蓄えられる。スイッチング素子２ｂがオフすると、コンデンサ７とリアクトル８に蓄えられた電気エネルギが放出され、バッテリ２１の出力電圧を押し上げる。その結果、高圧正極端１２ａには、バッテリ２１の電圧よりも高い電圧が現れる。なお、昇圧時の電流はダイオード３ａを通じて低圧正極端１１ａから高圧正極端１２ａへと流れる。スイッチング素子２ｂが適宜にオンとオフを繰り返すことで、低圧端１１に印加された電力は昇圧されて高圧端１２から出力される。

スイッチング素子２ａ、２ｂは、コントローラ９によって駆動される。コントローラ９は、スイッチング素子２ａ、２ｂに、所定のデューティ比の相補的なＰＷＭ信号（駆動信号）を与える。「相補的なＰＷＭ信号を与える」とは、一方のスイッチング素子へ与えるＰＷＭ信号のレベルを反転させた信号を他方のスイッチング素子へ与えることを意味する。相補的なＰＷＭ信号をそれぞれのスイッチング素子へ与えることで、低圧端１１と高圧端１２の電力バランスに応じて昇圧動作と降圧動作が受動的に切り換わる。即ち、モータ２４がトルクを出力するようにインバータ２３が動作するとき、電力変換回路５ａはバッテリ２１の電圧を昇圧して高圧端１２から出力する。高圧端１２に回生電力（直流）が加わると、電力変換回路５ａは回生電力を降圧して低圧端１１から出力する。デューティ比は低圧端１１と高圧端１２の間の目標電圧比に基づいて定められる。

先に述べたように、温度センサ４ａはスイッチング素子２ａの温度を計測し、温度センサ４ｂはスイッチング素子２ｂの温度を計測する。温度センサ４ａ、４ｂの計測温度はコントローラ９へ送られる。電流センサ６が計測する電流値もコントローラ９へ送られる。

第２電力変換回路５ｂは、第１電力変換回路５ａと同じ回路構造を有している。第２電力変換回路５ｂのスイッチング素子２ｃ、２ｄ、ダイオード３ｃ、３ｄ、温度センサ４ｃ、４ｄは、それぞれ、第１電力変換回路５ａのスイッチング素子２ａ、２ｂ、ダイオード３ａ、３ｂ、温度センサ４ａ、４ｂに対応する。温度センサ４ｃはスイッチング素子２ｃの温度を計測し、温度センサ４ｄはスイッチング素子２ｄの温度を計測する。温度センサ４ｃ、４ｄの計測温度はコントローラ９へ送られる。

コントローラ９は、上位のコントローラから目標電圧比の指令を受けとり、目標電圧比が実現するように電力変換回路５ａ、５ｂの夫々のスイッチング素子２ａ−２ｄのＰＷＭ信号（駆動信号）を生成する。生成された駆動信号は各スイッチング素子へ供給される。電力変換回路５ａ、５ｂは、回路構成が同じであり、並列に接続されている。電力変換回路５ａ、５ｂは、回路構成は同じであるが、スイッチング素子２ａ−２ｄの温度に依存して耐圧特性が相違する。一般に、スイッチング素子は、所定の温度よりも低いと耐圧が低下することが知られている。例えば、第１電力変換回路５ａのスイッチング素子２ａの温度が他のスイッチング素子の温度よりも極端に低い場合、第１電力変換回路５ａは耐圧の許容値を超えてしまうおそれがあるので大電流を流せなくなる。その結果、コントローラ９は、第２電力変換回路５ｂを優先的に使わざるを得なくなり、第１電力変換回路５ａのスイッチング素子の温度がさらに下がってしまう。そのような悪循環に陥らないように、コントローラ９は、特定のスイッチング素子の温度が極端に低下しないように、スイッチング素子の温度に応じて作動させる電力変換回路を選択する。

図２に、コントローラ９が実行する回路選択処理のフローチャートを示す。コントローラ９は、まず、電流センサ６から、電力変換装置１０へ供給される電流値（供給電流値Ｉｉｎ）を取得する（ステップＳ２）。なお、電力変換装置１０へ供給される電流には、バッテリ２からの電流とモータ２４の回生電流が含まれる。いずれの電流も電流センサ６を通過する。電流センサ６の計測電流が供給電流値Ｉｉｎに相当する。

次にコントローラ９は、温度センサ４ａ−４ｄから、電力変換回路５ａ、５ｂの全てのスイッチング素子２ａ−２ｄの温度を取得する（ステップＳ３）。なお、以下では、スイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの温度を温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄと表記する。また、図２のフローチャートにおける「回路」とは、電力変換回路５ａ、５ｂを意味する。

次にコントローラ９は、全ての温度Ｔａ−Ｔｄが、所定の温度閾値を超えているか否かをチェックする（ステップＳ４）。温度閾値は、スイッチング素子の温度がその温度よりも高ければ、十分な耐圧性能を確保できる温度に設定されている。コントローラ９は、全ての温度Ｔａ−Ｔｄが温度閾値を超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、両方の電力変換回路５ａ、５ｂを選択し（ステップＳ７）、選択された電力変換回路５ａ、５ｂを駆動する（ステップＳ８）。全てのスイッチング素子の温度が温度閾値を超えている場合、特定のスイッチング素子を暖める必要はなく、全ての電力変換回路で負荷を等分に分散するのが効率的だからである。コントローラ９は、全ての電力変換回路５ａ、５ｂに均等に電流が流れるように、同じＰＷＭ信号を電力変換回路５ａと電力変換回路５ｂに供給する。

少なくとも１個のスイッチング素子の温度が温度閾値を下回っている場合（ステップＳ４：ＮＯ）、コントローラ９は、供給電流値Ｉｉｎと第１電流閾値を比較する（ステップＳ５）。ここで、第１電流閾値は、１個の電力変換回路が許容できる電流値に設定される。なお、第１電流閾値には、１個の電力変換回路が許容できる電流値からマージン（誤差などを許容するための一定の猶予幅）を減じた値に設定されていてもよい。供給電流値Ｉｉｎが第１電流閾値を下回っている場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、コントローラ９は、最も温度の低いスイッチング素子を含んでいる電力変換回路を選択する（ステップＳ６）。そして、コントローラ９は、選択した電力変換回路を駆動する（ステップＳ８）。

一方、供給電流値Ｉｉｎが第１閾値を超えている場合（ステップＳ５：ＮＯ）、いずれか１個の電力変換回路では供給電流値Ｉｉｎに対応できないので、コントローラ９は、両方の電力変換回路５ａ、５ｂを選択する（ステップＳ７）。そしてコントローラ９は、選択された電力変換回路を駆動する（ステップＳ８）。この場合、コントローラ９は、両方の電力変換回路５ａ、５ｂの負荷が均等になるように、同じ駆動信号をそれぞれの電力変換回路に供給する。

コントローラ９は、図２の処理（回路選択処理）を定期的に実行する。図２の処理によって、温度の低いスイッチング素子を含んでいる電力変換回路が優先的に駆動される。優先的に駆動されることで、温度の低かったスイッチング素子は自身の発熱で暖められ、耐圧の低下が防止される。図２の処理によって、いずれかのスイッチング素子の温度が他のスイッチング素子の温度と比較して極端に低くなることがなくなる。それゆえ、２個の電力変換回路５ａ、５ｂにおいて、温度に依存する耐圧特性のばらつきが抑えられる。

（第２実施例）次に、図３−図６を参照して第２実施例の電力変換装置を説明する。図３に、第２実施例の電力変換装置１０ａを含む電気自動車１００ａの電力系のブロック図を示す。第１実施例との相違は、電力変換装置１０ａは、３組の電力変換回路５ａ−５ｃを備えている点である。３組目の電力変換回路５ｃを除き、図１の電力変換装置１０と図３の電力変換装置１０ａは同じである。第３電力変換回路５ｃの回路構造は、第１電力変換回路５ａの構造と同じである。

第３電力変換回路５ｃのスイッチング素子２ｅ、２ｆ、ダイオード３ｅ、３ｆ、温度センサ４ｅ、４ｆは、それぞれ、第１電力変換回路５ａのスイッチング素子２ａ、２ｂ、ダイオード３ａ、３ｂ、温度センサ４ａ、４ｂに対応する。温度センサ４ｅはスイッチング素子２ｅの温度を計測し、温度センサ４ｆはスイッチング素子２ｆの温度を計測する。温度センサ４ｅ、４ｆの計測温度はコントローラ９へ送られる。

コントローラ９は、電力変換装置１０ａに対する供給電流値Ｉｉｎと、各電力変換回路５ａ−５ｃのスイッチング素子の温度に基づいて、駆動する電力変換回路を選択し、駆動する。図４に、電力変換装置１０ａのコントローラ９が実行する回路選択処理のフローチャートを示す。なお、スイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆのそれぞれの温度を温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆと表記する。また、図４のフローチャートにおける「回路」とは、電力変換回路５ａ、５ｂ、５ｃを意味する。

図４のステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１９、Ｓ２０は、それぞれ、図２のステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８に相当する。即ち、コントローラ９は、供給電流値Ｉｉｎを取得し（ステップＳ１２）、スイッチング素子２ａ−２ｆの温度Ｔａ−Ｔｆを取得し（ステップＳ１３）、全ての温度が温度閾値を超えているか否かチェックする（ステップＳ１４）。そして、全ての温度が温度閾値を超えている場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、コントローラ９は、全ての電力変換回路５ａー５ｃを選択し（ステップＳ１９）、選択した電力変換回路５ａー５ｃを駆動する（ステップＳ２０）。温度閾値は、第１実施例の場合と同様に、十分な耐圧性能を確保できる温度に設定されている。全てのスイッチング素子の温度が温度閾値を超えている場合は（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、特定のスイッチング素子を暖めるために特定の電力変換回路を優先して動作させる必要性がない。そのような場合は、全ての電力変換回路を駆動し、負荷を分散する。

少なくとも１個のスイッチング素子の温度が温度閾値を下回っている場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、コントローラ９は、供給電流値Ｉｉｎと第１電流閾値を比較する（ステップＳ１５）。第１電流閾値には、第１実施例の場合と同様に、１個の電力変換回路が許容できる電流値が設定される。あるいは、第１電流閾値には、１個の電力変換回路が許容できる電流値から所定のマージンを減じた値が設定される。供給電流値Ｉｉｎが第１電流閾値を下回っている場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、コントローラ９は、最も温度の低いスイッチング素子を含んでいる電力変換回路を選択する（ステップＳ１６）。そして、コントローラ９は、選択した電力変換回路を駆動する（ステップＳ２０）。

一方、供給電流値Ｉｉｎが第１電流閾値を超えている場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、いずれか１個の電力変換回路では供給電流値Ｉｉｎに対応できない。この場合、コントローラ９は、供給電流値Ｉｉｎと第２電流閾値を比較する（ステップＳ１７）。第２電流閾値は、２個の電力変換回路の総許容電流値（あるいは総許容電流値からマージンを減じた値）に設定される。供給電流値Ｉｉｎが第２電流閾値を下回っている場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、コントローラ９は、温度の低い順に２個の電力変換回路を選択する（ステップＳ１８）。そして、コントローラ９は、選択した電力変換回路を駆動する（ステップＳ２０）。なお、「温度の低い順に２個の電力変換回路を選択する」とは、より正確には、含まれているスイッチング素子の温度が低い順に電力変換回路を選択する、という意味である。

他方、供給電流値Ｉｉｎが第２電流閾値を超えている場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、いずれか２個の電力変換回路では供給電流値Ｉｉｎに対応できない。この場合、コントローラ９は、３個全ての電力変換回路５ａ−５ｃを選択し（ステップＳ１９）、選択された電力変換回路を駆動する（ステップＳ２０）。

スイッチング素子２ａ−２ｆの温度分布の一例を図５に示す。横軸のＴａ−Ｔｆはそれぞれスイッチング素子２ａ−２ｆの温度を表している。横軸の「第１回路」、「第２回路」、「第３回路」は、夫々、第１電力変換回路５ａ、第２電力変換回路５ｂ、第３電力変換回路５ｃを意味する。図５の例の場合、第１電力変換回路５ａのスイッチング素子２ｂの温度Ｔｂが最も低い。従って、第１電力変換回路５ａ（第１回路）が最優先に選択される。具体的には、図４のステップＳ１６の処理において、第１電力変換回路５ａが選択される。

図５の例では、第３電力変換回路５ｃに含まれているスイッチング素子２ｅの温度が、残りの電力変換回路５ｂ、５ｃのスイッチング素子の中で最も低い。即ち、第１電力変換回路５ａの次に温度の低いスイッチング素子を含んでいるのは、第３電力変換回路５ｃ（第３回路）である。従って、温度の低い順に２個の電力変換回路を選択する場合（図４のステップＳ１８）、第１電力変換回路５ａ（第１回路）と第３電力変換回路５ｃ（第３回路）が選択される。２個の電力変換回路５ａ、５ｃでも供給電流値Ｉｉｎに対応できない場合は、３個の電力変換回路５ａ−５ｃが選択される（ステップＳ１７：ＮＯ、Ｓ１９）。結果的に、図５のグラフの上部に記してあるように、第１電力変換回路５ａ（第１回路）、第３電力変換回路５ｃ（第３回路）、第２電力変換回路５ｂ（第２回路）の順に、駆動する電力変換回路の優先順位が定まる。

なお、スイッチング素子の温度は変化するので、図５の温度分布も時間に依存して変化する。全てのスイッチング素子の温度が温度閾値を下回っている場合は、耐圧特性のばらつきが小さいので、コントローラ９は、スイッチング素子の温度に関係なく、全ての電力変換回路を選択する（図４のステップＳ１４：ＹＥＳ、Ｓ１９）。そのような処理に代えて、コントローラは、温度閾値を下回っているスイッチング素子を含む電力変換回路を特定し、特定した電力変換回路について、温度の低い順に駆動する電力変換回路を選択してもよい。その場合、特定した電力変換回路の総許容電流値が供給電流値Ｉｉｎを下回っている場合は、全ての電力変換回路を選択する。そのような回路選択処理については図８、図９を参照して後に説明する。

図５の例の場合、各電力変換回路は、複数のスイッチング素子を含んでいる。そのような場合は、コントローラ９は、複数のスイッチング素子の温度の中で最も低い温度を、他の電力変換回路のスイッチング素子の温度と比較する。別言すれば、電力変換回路が温度の高いスイッチング素子と温度の低いスイッチング素子を含む場合、コントローラ９は、低い方の温度を他の電力変換回路のスイッチング素子の温度と比較する。そのように処理することで、温度の低いスイッチング素子を含む電力変換回路を優先的に動作させることができる。

図６に、供給電流値Ｉｉｎの変化と駆動回路数の関係の一例を示す。図６に示すように、供給電流値Ｉｉｎが第１電流閾値を下回っている間は、１個の電力変換回路だけが選択・駆動される。また、供給電流値Ｉｉｎが第１電流閾値を上回っており、かつ、第２電流閾値を下回っている場合には、２個の電力変換回路が選択・駆動される。そして、供給電流値Ｉｉｎが第２電流閾値を上回っている場合は、３個全ての電力変換回路が選択・駆動される。なお、電力変換回路の優先順位は、駆動回路数が決定される都度、スイッチング素子の温度に基づいて決定される。

コントローラ９は、図４の処理（回路選択処理）を定期的に実行する。図４の処理により、温度の低いスイッチング素子を含んでいる電力変換回路が優先的に駆動される。その結果、スイッチング素子２ａ−２ｆの温度のばらつきが小さくなり、全ての電力変換回路５ａ−５ｃにおいて、温度に依存する耐圧特性のばらつきが抑えられる。

（第３実施例）図７−図９を参照して第３実施例の電力変換装置を説明する。第３実施例の電力変換装置は、電気自動車１００ｂに搭載されている。図７に、第３実施例の電力変換装置１０ｂを含む電気自動車１００ｂのブロック図を示す。図４に示した電力変換装置１０ａが３個の電力変換回路を有しているのに対して、第３実施例の電力変換装置１０ｂはＭ個の電力変換回路５ａ−５ｍを有している点で相違する。第３実施例の電力変換装置１０ｂでは、個々の電力変換回路の構成は第１電力変換回路５ａの構成と同じであり、電力変換回路の数以外は、第１実施例の電力変換装置１０と同じである。それゆえ、図７において電力変換回路５ｂ−５（ｍ−１）の回路の図示は省略し、電力変換回路５ｍの各素子に対する符号も省略した。

図８と図９に、第３実施例の電力変換装置１０ｂのコントローラ９が実行する回路選択処理のフローチャートを示す。ステップＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６の処理は、それぞれ、第２実施例（図４）のステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１９、Ｓ２０に対応するので説明は省略する。

ステップＳ２４の処理において、少なくとも１個のスイッチング素子の温度が温度閾値を下回っている場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、コントローラ９は、温度閾値を下回っているスイッチング素子を含んでいる電力変換回路を特定する（ステップＳ３７）。ここで特定された電力変換回路の数を「Ｎ」とする。次いで、コントローラ９は、Ｎ個の電力変換回路の総許容電流値と供給電流値Ｉｉｎを比較する（ステップＳ３８）。Ｎ個の電力変換回路の総許容電流値が供給電流値Ｉｉｎを下回っている場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、コントローラ９は、全ての電力変換回路を選択し（ステップＳ３５）、選択した電力変換回路を駆動する（ステップＳ３６）。なお、ここでも、「総許容電流値」は、マージンを減じた値であってもよい。

一方、Ｎ個の電力変換回路の総許容電流値が供給電流値Ｉｉｎを上回っている場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、コントローラ９は、図９のステップＳ４２に処理を移す。ステップＳ３８の判断がＹＥＳとなる場合は、温度の低いスイッチング素子を含む電力変換回路だけで、供給電流値Ｉｉｎに対応できることを意味する。

ステップＳ４２では、ソフトウエア上の変数ｉを導入する。変数ｉの初期値は「１」である（ステップＳ４２）。コントローラ９は、変数ｉをインクリメントしながら、ステップＳ４３の判断を実行する（ステップＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４３）。ステップＳ４３では、コントローラ９は、第ｉ電流閾値と供給電流値Ｉｉｎを比較する。ここで、第ｉ電流閾値は、ｉ個の電力変換回路の総許容電流値を意味する。コントローラ９は、第ｉ電流閾値が供給電流値Ｉｉｎを上回っていれば（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、温度の低い順にｉ個の電力変換回路を選択する（ステップＳ４５）。そして、コントローラ９は、選択された電力変換回路を駆動する（図８、ステップＳ３６）。コントローラ９は、選択した電力変換回路に同じ駆動信号を供給し、温度の低いスイッチング素子を発熱させ、暖める。

ステップＳ３８の処理において、特定されたＮ個の電力変換回路の総許容電流値が供給電流値Ｉｉｎを上回っていることを確認しているので、ステップＳ４４の繰り返し処理は、必ず、ｉがＮ以下のいずれかの数値においてステップＳ４５に移行する。

第３実施例のコントローラ９が実行する処理の概要をまとめる。コントローラ９は、Ｍ個の電力変換回路５ａ−５ｍについて、含まれているスイッチング素子の温度が所定の温度閾値を下回っている回路を特定する。特定した回路の数を、Ｎ個とする（Ｎ≦Ｍ）。コントローラ９は、特定したＮ個の電力変換回路に対して、スイッチング素子の温度の低い順に、動作させる電力変換回路を選択する。コントローラ９は、特定したＮ個の電力変換回路の総許容電流値が、供給電流値Ｉｉｎを下回っている場合は全ての電力変換回路を選択する。この電力変換装置は、スイッチング素子の温度が温度閾値を下回っており、耐圧が低くなっている可能性のある電力変換回路に対して、温度の低い順に優先的に利用する。一方、温度の低いスイッチング素子を含む全ての電力変換回路では供給電流値Ｉｉｎに対応できない場合は、スイッチング素子の温度に関わらず全ての電力変換回路を選択する。別言すれば、優先的に温度を上昇させる必要のない電力変換回路を使わなければならない場合は、全ての電力変換回路を選択する。そのような処理により、負荷の分散が図れる。

図７のブロック図において、電力変換回路の数をＭ個とし、左端の電力変換回路に符号５ａを割り当て、右端の電力変換回路に符号５ｍを割り当てた。図中の電力変換回路へ割り当てた符号は便宜上のものであり、電力変換回路の個数Ｍは任意である。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第ｉ電流閾値（第１電流閾値と第２電流閾値を含む）は、ｉ個の電力変換回路の総許容電流値を意味する。ここで、第ｉ電流閾値は、許容電流値のばらつきや安全性などのマージンを考慮した値であってもよい。即ち、第ｉ電流閾値は、ｉ個の電力変換回路の総許容電流値から所定のマージンを減じた値であってもよい。そのような値であっても、技術思想としては、第ｉ電流閾値は、ｉ個の電力変換回路の総許容電流値を示すものである。

実施例の電力変換装置は、供給電流値Ｉｉｎに基づいて、動作させる電力変換回路を選択した。供給電流値Ｉｉｎに代えて、電力変換装置の目標出力電流値Ｉｒｅｆに基づいて電力変換回路を選択してもよい。その場合の回路選択処理は、図２、図４、図８、図９における「供給電流値Ｉｉｎ」を「目標出力電流値Ｉｒｅｆ」で置き換えればよい。また、目標出力電流値Ｉｒｅｆは、上位コントローラから与えられる場合がある。目標出力電流値Ｉｒｅｆは、電力変換装置の内部のコントローラ９が決めるものであってもよい。

実施例の電力変換装置が備える電力変換回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであった。本明細書が開示する技術は、別のタイプの複数の電力変換回路を備える電力変換装置に適用することができる。電力変換回路の例としては、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、インバータなどが挙げられる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。本明細書また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、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、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：バッテリ
２ａ−２ｆ：スイッチング素子
３ａ−３ｆ：ダイオード
４ａ−４ｆ：温度センサ
５ａ−５ｍ：電力変換回路
６：電流センサ
７：コンデンサ
８：リアクトル
９：コントローラ
１０、１０ａ、１０ｂ：電力変換装置
２１：バッテリ
２２：コンデンサ
２３：インバータ
２４：モータ
１００、１００ａ、１００ｂ：電気自動車

Claims (4)

1. 電力変換装置であって、
   電力変換用のスイッチング素子を含んでいる電力変換回路であって並列に接続されている複数の電力変換回路と、
   夫々の前記電力変換回路の前記スイッチング素子の温度を計測する複数の温度センサと、
   複数の前記電力変換回路の中から動作させる前記電力変換回路を選択するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、
   前記電力変換装置への供給電流値と前記電力変換装置の目標出力電流値の一方の電流値に基づいて、前記温度センサによって計測された前記スイッチング素子の前記温度の低い順に、動作させる前記電力変換回路を選択する、
   電力変換装置。
2. 前記コントローラは、全ての前記スイッチング素子の前記温度が所定の温度閾値を超えている場合、全ての前記電力変換回路を選択する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記コントローラは、
   前記スイッチング素子の前記温度が所定の温度閾値を下回っている電力変換回路に対して、前記スイッチング素子の前記温度の低い順に、動作させる前記電力変換回路を選択し、
   前記スイッチング素子の前記温度が前記温度閾値を下回っている全ての前記電力変換回路の総許容電流値が、前記一方の電流値を下回っている場合は全ての前記電力変換回路を選択する、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 各前記電力変換回路が複数の前記スイッチング素子を含む場合、前記コントローラは、各前記電力変換回路に含まれる複数の前記スイッチング素子の前記温度の中で最も低い前記温度を他の前記電力変換回路に含まれる前記スイッチング素子の前記温度と比較する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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