JP7186743B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、直流電源から宅内の負荷に対して電力を供給可能な電力変換装置に関する。
従来、直流電源から宅内の負荷に対して電力を供給可能な電力変換装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、電力変換回路である充放電部（電力変換部）を備えた電気自動車充放電器が記載されている。上記特許文献１に記載の電気自動車充放電器では、充放電部は、分電盤を介して系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、電動車両の蓄電池（直流電源）へ供給可能に構成されている。また、充放電部は、電動車両の蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換して、分電盤を介して宅内の負荷に供給可能に構成されている。
特許第６５５２７６９号公報
ここで、上記特許文献１には明記されていないが、上記特許文献１に記載のような電動車両のユーザによって、上記特許文献１に記載のような分電盤の内部の配線が誤って繋ぎ替えられてしまう場合がある。この場合、電動車両の蓄電池（直流電源）から供給される直流電力を交流電力に変換して分電盤を介して宅内の負荷に供給する際に、ユーザによる配線の誤った繋ぎ替えに起因して、充放電部（電力変換部）の分電盤側の端子（出力端子）が、系統電源に誤接続されてしまう場合がある。この場合、充放電部に過電流が流れることに起因して、電力変換部に含まれるスイッチング素子等の部品が破損してしまう場合があるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、系統電源との誤接続に起因して電力変換部のスイッチング素子等が破損してしまうのを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、直流電源から宅内の負荷に対して電力を供給可能な電力変換装置であって、複数のスイッチング素子を含み、直流電源から入力された直流電力を変換して交流電力を出力する電力変換部と、電力変換部と出力端子との間の電圧を検出する電圧検出部と、電力変換部と出力端子との間の電流を検出する電流検出部と、電圧検出部において検出された電圧および電流検出部に検出された電流に基づいて、電力変換部における電力の変換を制御するための電力変換制御部と、を備え、電力変換制御部は、直流電源から負荷に対して電力を供給する場合に、電流検出部において検出された電流、および、電圧検出部において検出された電圧に基づいて、出力端子が分電盤における直流電源から負荷に対して電力を供給するための端子ではなく系統電源から直流電源に電力を供給するための端子に誤って接続されていることに起因して出力端子が系統電源と接続されていない正しい接続状態ではなく出力端子が系統電源と接続されていない正しい接続状態ではなく出力端子が系統電源と接続されている誤接続状態であるか否かを判定するとともに、誤接続状態であると判定した場合に、電力変換部における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、電力変換部における電力の変換を制御するための電力変換制御部は、電力変換部と出力端子との間の電流、および、電力変換部と出力端子との間の電圧に基づいて、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを判定するように構成されている。ここで、たとえば、電力変換部から出力される電流が小さくなるように、電力変換制御部を制御することによって電力変換部から出力される電圧を小さくするように制御した場合、出力端子が系統電源と誤接続されていなければ、電力変換部から出力される電圧に伴って、電力変換部と出力端子との間の電圧が低下する。すなわち、電力変換部と出力端子との間の電流に基づいて、電力変換部から出力される電圧を変化させた場合に、電力変換部と出力端子との間の電圧が所望の値以下にならない場合には、出力端子が系統電源と誤接続していると考えられる。したがって、上記のように構成すれば、電力変換制御部は、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを判定することができる。また、上記一の局面による電力変換装置では、上記のように、電力変換部における電力の変換を制御するための電力変換制御部は、出力端子が系統電源と誤接続していると判定した場合に、電力変換部における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。これにより、出力端子が系統電源と誤接続していると判定した場合に、電力変換部における電力の変換（電力変換部の動作）を停止させることができるので、出力端子が系統電源と誤接続され電力変換部に過電流が流れてしまう状態が維持されるのを抑制することができる。その結果、系統電源との誤接続に起因して電力変換部のスイッチング素子等が破損してしまうのを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換制御部は、電流検出部において検出された電流が過電流状態であることを検出する過電流検出部と、過電流検出部において過電流状態が検出されたこと、および、電圧検出部において検出された電圧に基づいて、誤接続状態であるか否かを判定する系統誤接続判定部と、電力変換部における電力の変換を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ信号生成部と、を含み、ＰＷＭ信号生成部は、系統誤接続判定部により誤接続状態であると判定された場合に、ＰＷＭ信号の出力を停止するように構成されている。このように構成すれば、電力変換制御部は、系統誤接続判定部によって、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを容易に判定することができるとともに、ＰＷＭ信号生成部において、ＰＷＭ信号の出力を停止させることにより、電力変換部の動作を容易に停止させることができる。その結果、出力端子が系統電源と誤接続され電力変換部に過電流が流れてしまう状態が維持されるのを容易に抑制することができる。
この場合、系統誤接続判定部は、過電流状態が、所定の期間において複数回繰り返して発生した場合で、かつ、電圧検出部において検出された電圧が所定の期間に渡って所定の第１電圧閾値よりも大きい状態が継続した場合に、誤接続状態であると判定するように構成されている。ここで、過電流状態において、電力変換部から出力される電流が小さくなるように、ＰＷＭ信号生成部を制御することによって電力変換部から出力される電圧を小さくするように制御した場合、出力端子が系統電源と誤接続されていなければ、電力変換部から出力される電圧に伴って、電力変換部と出力端子との間の電圧が低下する。すなわち、電力変換部と出力端子との間の電流に基づいて、電力変換部から出力される電圧を低下させた場合に、電力変換部と出力端子との間の電圧が所望の値以下にならない場合には、出力端子が系統電源と誤接続していると考えられる。したがって、上記のように構成すれば、電力変換制御部は、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを確実に判定することができる。
上記系統誤接続判定部が過電流状態が所定の期間において複数回繰り返して発生した場合に出力端子が系統電源と誤接続していると判定する構成において、好ましくは、過電流検出部は、電流検出部において検出された電流が電流閾値以上になった場合に、系統誤接続判定部およびＰＷＭ信号生成部に、過電流状態を示す過電流情報を出力し、ＰＷＭ信号生成部は、ＰＷＭ信号の出力を停止していない場合で、かつ、過電流検出部から過電流情報が入力された場合に、ＰＷＭ信号の出力を一時的に停止するように構成されている。このように構成すれば、系統誤接続判定部は、過電流状態を示す過電流情報が入力されることによって、過電流検出部において過電流状態が検出されたことを示す情報を容易に取得することができる。また、ＰＷＭ信号生成部が過電流情報が入力された場合にＰＷＭ信号の出力を一時的に停止することによって、過電流検出部から過電流情報が入力された場合に継続的にＰＷＭ信号の出力を停止させる場合と異なり、電力変換制御部は、電力変換部の動作を再開させることができる。
この場合、好ましくは、ＰＷＭ信号生成部は、過電流検出部から過電流情報が入力されなくなった場合に、停止したＰＷＭ信号の出力を再開するように構成されている。このように構成すれば、電力変換制御部は、瞬間的に過電流が生じた場合に、電力変換部の動作を確実に再開させることができるので、瞬間的な過電流に起因して電力変換装置が停止してしまうのを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換制御部は、電力変換部における電力の変換の制御を行う前に、電圧検出部において検出された電圧が所定の第２電圧閾値以上である場合に、誤接続状態であると判定するように構成されている。このように構成すれば、電力変換制御部は、電力変換部を動作させる前に、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを判定することができる。その結果、電力変換部を動作させて、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを判定する場合と異なり、電力変換部に過電流が流れないので、系統電源との誤接続に起因して電力変換部のスイッチング素子等が破損してしまうのを防止することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、単相の交流電力を第１電圧線と第２電圧線と中性線との３線によって出力するように構成されており、電流検出部は、電力変換部と出力端子との間の、第１電圧線の電流および第２電圧線の電流を検出するように構成されており、第１電圧線の電流および第２電圧線の電流に基づいて、中性線の電流を算出する電流算出部をさらに備える。このように構成すれば、中性線の電流を検出するための検出回路を設けることなく、電流算出部により中性線の電流を算出することができるので、電流検出部に３線の各々に対して検出回路を設ける場合と比較して、部品点数を削減することができるとともに、装置構成を簡略化することができる。
本発明によれば、上記のように、系統電源との誤接続に起因して電力変換部のスイッチング素子等が破損してしまうのを抑制することができる。
本発明の第１実施形態による電力変換装置が接続される電力ネットワークの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置のＰＷＭ信号のＰＷＭ生成部の制御フローである。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の系統誤接続判定部の制御フローである。 本発明の第１実施形態による電力変換装置のＰＷＭ生成部の図３とは別の制御フローである。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の全体構成を示す図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１～図５を参照して、本発明の第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。
図１に示すように、電力変換装置１００は、電気自動車１０１に搭載されている。すなわち、電力変換装置１００は、車載用の電力変換装置である。電気自動車１０１には、電力変換装置１００の他に、蓄電部１０２、制御装置１０３、表示装置１０４、等が搭載されている。なお、蓄電部１０２は、特許請求の範囲の「直流電源」の一例である。
蓄電部１０２は、電力を充電可能な蓄電池を含む。蓄電池は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。すなわち、蓄電部１０２は、系統電源１０５とは独立した分散型電源である。電気自動車１０１は、蓄電部１０２に充電された電力によって電動機（図示しない）を駆動させることによって走行する。
制御装置１０３は、電気自動車１０１の各部の制御を行うように構成されている。制御装置１０３は、複数のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を含む。
表示装置１０４は、制御装置１０３による制御に基づいて、電気自動車１０１の各部の情報を表示するように構成されている。表示装置１０４は、たとえば、液晶ディスプレイである。なお、表示装置１０４は、タッチパネル方式の液晶ディスプレイであってもよい。
電力変換装置１００は、入力端子１５（図２参照）側と出力端子１６（図２参照）側との間で双方向に電力を変換可能な電力変換装置である。具体的には、電力変換装置１００は、宅内１０６に設けられた分電盤１０７を介して系統電源１０５から供給される交流電力を、直流電力に変換して蓄電部１０２に供給可能（蓄電部１０２を充電可能）に構成されている。また、電力変換装置１００は、蓄電部１０２から供給される直流電力を、交流電力に変換して分電盤１０７を介して宅内１０６の負荷１０８に供給可能（蓄電部１０２から給電可能）に構成されている。すなわち、電力変換装置１００は、蓄電部１０２から宅内１０６の負荷１０８に対して電力を供給可能な電力変換装置である。
以下の説明では、系統電源１０５から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部１０２に供給する場合における電力変換装置１００の構成および動作について説明する。
図２に示すように、電力変換装置１００は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、平滑コンデンサ１２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と、ＬＣフィルタ１４と、を備える。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、平滑コンデンサ１２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と、ＬＣフィルタ１４とは、この順に、蓄電部１０２と接続される入力端子１５側から分電盤１０７と接続される出力端子１６側に向かって、電気的に接続されている。なお、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、特許請求の範囲の「電力変換部」の一例である。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、複数のスイッチング素子１１ａと、複数のスイッチング素子１１ｂと、絶縁トランス１１ｃと、を含む。複数のスイッチング素子１１ａと、絶縁トランス１１ｃと、複数のスイッチング素子１１ｂとは、この順に、入力端子１５側から出力端子１６側に向かって配置されている。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、複数のスイッチング素子１１ａおよび複数のスイッチング素子１１ｂがＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されることによって、電力の変換を行うように構成されている。複数のスイッチング素子１１ａおよび複数のスイッチング素子１１ｂは、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。絶縁トランス１１ｃは、複数のスイッチング素子１１ａ側の１次巻線と複数のスイッチング素子１１ｂ側の２次巻線とを絶縁するように構成されている。なお、図２では、複数のスイッチング素子１１ａおよび複数のスイッチング素子１１ｂを、ＩＧＢＴとして図示している。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は入力端子１５側から入力された直流を複数のスイッチング素子１１ａで交流に変換し、絶縁トランス１１ｃを介した後、複数のスイッチング素子１１ｂで直流に変換し、平滑コンデンサ１２側に出力するように構成されている。
ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、複数のスイッチング素子１３ａを含む。ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、複数のスイッチング素子１３ａがＰＷＭ制御されることによって、電力の変換を行うように構成されている。複数のスイッチング素子１３ａは、たとえば、ＩＧＢＴである。なお、図２では、複数のスイッチング素子１３ａを、ＩＧＢＴとして図示している。
ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、給電モードにおいて、平滑コンデンサ１２側から入力された直流電力を、交流電力に変換して、ＬＣフィルタ１４を介して交流を出力端子１６に出力するように構成されている。すなわち、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、蓄電部１０２から入力された直流電力を変換して交流電力を出力するように構成されている。
ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、単相３線式ＤＣ／ＡＣコンバータである。すなわち、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、単相の交流電力を第１電圧線２１（Ｕ相）と第２電圧線２２（Ｖ相）と中性線２３（Ｎ相）との３線によって出力するように構成されている。
電力変換装置１００は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御するために、平滑コンデンサ電圧検出回路３１と、ＤＣ電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３と、ゲートドライブユニット３４と、を備える。
平滑コンデンサ電圧検出回路３１は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と平滑コンデンサ１２との間の直流電流の電圧（以下、「平滑コンデンサ電圧」とする）を検出する。平滑コンデンサ電圧検出回路３１は、検出した電圧を、ＤＣ電圧制御部３２に出力する。
ＤＣ電圧制御部３２は、平滑コンデンサ電圧を一定に制御するように構成されている。具体的には、ＤＣ電圧制御部３２は、ＰＩ制御を行うためのＰＩ調節器を含む。ＤＣ電圧制御部３２は、ＰＩ調節器を用いて、平滑コンデンサ電圧の指示値と平滑コンデンサ電圧検出回路３１の出力との差分に基づいて、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ出力指令を生成する。そして、ＤＣ電圧制御部３２は、生成した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ出力指令をＰＷＭパルス生成部３３に出力する。
ＰＷＭパルス生成部３３は、ＤＣ電圧制御部３２から入力された絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ出力指令に基づいて、ＰＷＭパルスを生成する。ＰＷＭパルス生成部３３は、生成したＰＷＭパルスをゲートドライブユニット３４に出力する。なお、ＰＷＭパルスは、特許請求の範囲の「ＰＷＭ信号」の一例である。
ゲートドライブユニット３４は、ＰＷＭパルス生成部３３から入力されたＰＷＭパルスに基づいて、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチング素子１１ａおよび複数のスイッチング素子１１ｂの制御に用いられるゲートパルスを生成する。ゲートドライブユニット３４は、生成したゲートパルスを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に入力する。そして、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力されたゲートパルスに基づいて、複数のスイッチング素子１１ａおよび複数のスイッチング素子１１ｂを動作（オン・オフ）させる。
電力変換装置１００は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３を制御するために、ＡＣ電圧検出回路４１と、ＡＣ電圧制御部４２と、ＰＷＭパルス生成部４３と、ゲートドライブユニット４４と、を備える。なお、ＡＣ電圧検出回路４１およびＰＷＭパルス生成部４３は、それぞれ、特許請求の範囲の「電圧検出部」および「ＰＷＭ信号生成部」の一例である。
ＡＣ電圧検出回路４１は、ＬＣフィルタ１４と出力端子１６との間に設けられている。ＡＣ電圧検出回路４１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間を流れる交流電流の電圧（以下、「ＡＣ電圧」とする）を検出する。ＡＣ電圧検出回路４１は、検出したＡＣ電圧を、ＡＣ電圧制御部４２に出力する。
ＡＣ電圧制御部４２は、ＡＣ電圧の実効値を一定に制御するように構成されている。具体的には、ＡＣ電圧制御部４２は、ＰＩ制御を行うためのＰＩ調節器を含む。ＡＣ電圧制御部４２は、ＰＩ調節器を用いて、ＡＣ電圧の指示値とＡＣ電圧検出回路４１の出力から算出されるＡＣ電圧との差分に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ出力指令を生成する。そして、ＡＣ電圧制御部４２は、生成したＤＣ／ＡＣコンバータ出力指令をＰＷＭパルス生成部４３に出力する。
ＰＷＭパルス生成部４３は、ＡＣ電圧制御部４２から入力されたＤＣ／ＡＣコンバータ出力指令に基づいて、ＰＷＭパルスを生成する。ＰＷＭパルス生成部４３は、生成したＰＷＭパルスをゲートドライブユニット４４に出力する。すなわち、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＡＣ電圧検出回路４１において検出されたＡＣ電圧に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される電圧を制御するためのＰＷＭパルスを生成するように構成されている。
ゲートドライブユニット４４は、ＰＷＭパルス生成部４３から入力されたＰＷＭパルスに基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３のスイッチング素子１３ａの制御に用いられるゲートパルスを生成する。ゲートドライブユニット４４は、生成したゲートパルスをＤＣ／ＡＣコンバータ１３に入力する。そして、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、入力されたゲートパルスに基づいて、複数のスイッチング素子１３ａを動作（オン・オフ）させる。
また、電力変換装置１００は、ＡＣ電流検出回路５１と、過電流検出回路５２と、を備える。なお、ＡＣ電流検出回路５１および過電流検出回路５２は、それぞれ、特許請求の範囲の「電流検出部」および「過電流検出部」の一例である。
ＡＣ電流検出回路５１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３とＬＣフィルタ１４との間に設けられている。ＡＣ電流検出回路５１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間の電流（以下、「ＡＣ電流」とする）を検出する。ＡＣ電流検出回路５１は、第１電圧線２１（Ｕ相）のＡＣ電流、第２電圧線２２（Ｖ相）のＡＣ電流および中性線２３（Ｎ相）のＡＣ電流（３線のＡＣ電流）を検出するように構成されている。ＡＣ電流検出回路５１は、検出した３線のＡＣ電流を過電流検出回路５２に出力する。
過電流検出回路５２は、ＡＣ電流検出回路５１において検出されたＡＣ電流が過電流状態であることを検出する。すなわち、過電流検出回路５２は、ＡＣ電流検出回路５１において検出されたＡＣ電流が電流閾値以上になったか否かを検出する。過電流検出回路５２は、たとえば、ウインドコンパレータを含む。過電流検出回路５２は、ＡＣ電流検出回路５１において検出されたＡＣ電流が電流閾値以上になった場合に、ＰＷＭパルス生成部４３に、ＡＣ電流が過電流状態であることを示す過電流フラグを出力するように構成されている。電流閾値は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３の部品（スイッチング素子１３ａ等）を保護可能な値に設定される。なお、過電流フラグは、特許請求の範囲の「過電流情報」の一例である。
ＰＷＭパルス生成部４３は、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力された場合に、ＰＷＭパルスの出力を停止するように構成されている。また、ＰＷＭパルス生成部４３は、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力されなくなった場合に、停止したＰＷＭパルスの出力を再開するように構成されている。すなわち、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＡＣ電流検出回路５１において検出されたＡＣ電流に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される電圧を制御するためのＰＷＭパルスを生成するように構成されている。
なお、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＰＷＭパルスの出力を停止している場合で、かつ、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力されなくなった場合に、停止したＰＷＭパルスの出力を再開するように構成されてもよい。また、ＰＷＭパルス生成部４３は、次回以降のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングにおいて、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力されなくなった場合に、停止したＰＷＭパルスの出力を再開するように構成されてもよい。停止したＰＷＭパルスの出力を再開する場合における、ＰＷＭパルスの出力の停止とは、たとえば、今回のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングと次回以降のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングとの間の一時的なものでよい。
具体的には、図３に示すように、まず、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＰＷＭパルスの生成および出力を行っている状態において、過電流フラグが入力された否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、過電流フラグが入力されたと判定されるまで繰り返される。そして、ステップＳ１１において、過電流フラグが入力されたと判定した場合、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＰＷＭパルスの生成および出力を停止する（ステップＳ１２）。そして、ＰＷＭパルス生成部４３は、次回以降のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングにおいて、過電流フラグが入力されているか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３は、次回以降のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングにおいて、過電流フラグが入力されていないと判定されるまで繰り返される。そして、ＰＷＭパルス生成部４３は、次回以降のＰＷＭパルスの生成または出力のタイミングにおいて、過電流フラグが入力されていないと判定した場合、ＰＷＭパルスの生成および出力を再開する。
電力変換装置１００ではＡＣ電流として過電流が流れた場合に、ＰＷＭパルスの出力を調整する（ＰＷＭパルスの出力を停止させる）ことによって、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される交流電圧（ＡＣ電圧）を低下させる。そして、通常状態（出力端子１６が宅内１０６の負荷１０８と接続されている状態）では、ＡＣ電圧の低下に伴ってＡＣ電流が低下するので、過電流の状態が収束する。
なお、図２に示すように、電力変換装置１００は、ＡＣ電圧制御部４２、ＰＷＭパルス生成部４３および過電流検出回路５２を構成要素として含む電力変換制御部６０を備える。すなわち、電力変換制御部６０は、ＡＣ電圧検出回路４１において検出されたＡＣ電圧およびＡＣ電流検出回路５１に検出されたＡＣ電流に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を制御するように構成されている。電力変換制御部６０は、たとえば、マイクロコントローラ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。
ここで、図２に示すように、第１実施形態では、電力変換制御部６０は、ＡＣ電流およびＡＣ電圧に基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定するとともに、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。
詳細には、電力変換制御部６０は、過電流検出回路５２において過電流状態が検出されたこと、および、ＡＣ電圧検出回路４１において検出された電圧に基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定する系統誤接続判定部５３を含む。系統誤接続判定部５３は、過電流状態が、所定の期間において複数回繰り返して発生した場合で、かつ、ＡＣ電圧（の実効値）が所定の期間に渡って所定の第１電圧閾値よりも大きい状態が継続した場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成されている。なお、第１電圧閾値は、たとえば、電力変換装置１００で定められた定電圧を維持可能な電圧であってもよいがこれに限らない。そして、ＰＷＭパルス生成部４３は、系統誤接続判定部５３により出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定された場合に、ＰＷＭパルスの出力を停止するように構成されている。
具体的には、系統誤接続判定部５３は、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力されるように構成されている。また、系統誤接続判定部５３は、ＡＣ電圧検出回路４１からＡＣ電圧が入力されるように構成されている。図４に示すように、系統誤接続判定部５３は、過電流フラグが、所定の期間において所定の回数以上継続して発生したか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１は、過電流フラグが、所定の期間において所定の回数以上継続して発生したと判定されるまで繰り返される。そして、ステップＳ２１において、過電流フラグが、所定の期間において所定の回数以上継続して発生したと判定された場合、系統誤接続判定部５３は、所定の期間に渡って、ＡＣ電圧（の実効値）が第１電圧閾値以下に低下していないか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２２において、所定の期間において、ＡＣ電圧（の実効値）が第１電圧閾値以下に低下したと判定された場合は、系統誤接続判定部５３は、ステップＳ２１の処理に戻る。また、ステップＳ２２において、所定の期間に渡って、ＡＣ電圧（の実効値）が第１電圧閾値以下に低下していないと判定された場合は、系統誤接続判定部５３は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定する（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２１～Ｓ２３は、上記のステップＳ１１～Ｓ１４の処理と並行して行われる。
ここで、過電流状態において、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力されるＡＣ電流が小さくなるように、ＰＷＭパルス生成部４３を制御する（ＰＷＭパルスの生成および出力を停止させる）ことによってＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される電圧を小さくするように制御した場合、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続されていなければ、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される電圧に伴って、ＡＣ電圧（の実効値）が低下する。すなわち、ＡＣ電流に基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３から出力される電圧を低下させた場合に、ＡＣ電圧（の実効値）が第１電圧閾値以下にならない場合には、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると考えられる。したがって、系統誤接続判定部５３は、上記の方法により、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定することができる。
そして、ステップＳ２３において、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定された場合、系統誤接続判定部５３は、誤接続フラグをＰＷＭパルス生成部４３に出力する（ステップＳ２４）。また、図５に示すように、ＰＷＭパルス生成部４３は、誤接続フラグが入力されたか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１は、誤接続フラグが入力されたと判定されるまで繰り返される。そして、ステップＳ３１において、誤接続フラグが入力されたと判定された場合、系統誤接続判定部５３は、ＰＷＭパルスの出力を停止する。なお、誤接続フラグは、特許請求の範囲の「誤接続情報」の一例である。
以上の構成により、電力変換装置１００は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３が動作している状態において、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定することができる。
なお、第１実施形態では、電力変換制御部６０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換の制御を行う前に、ＡＣ電圧検出回路４１において検出された電圧が所定の第２電圧閾値以上である場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成されている。具体的には、系統誤接続判定部５３は、ＰＷＭパルス生成部４３によるＰＷＭパルスの生成が行われる前に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間のＡＣ電圧が第２電圧閾値以上である場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成されている。すなわち、電力変換装置１００は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３が動作していない状態において、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定することができる。なお、電力変換装置１００では、第２電圧閾値は、第１電圧閾値と略同じであってもよいがこれに限らない。
また、電力変換装置１００では、系統誤接続判定部５３は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していることを示す誤接続フラグを、制御装置１０３に対して出力するように構成されている。具体的には、図４に示すように、ステップＳ２３において、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定された場合、系統誤接続判定部５３は、誤接続フラグを、ＰＷＭパルス生成部４３に加えて、制御装置１０３に出力する。そして、制御装置１０３は、系統誤接続判定部５３から入力された誤接続フラグに基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していることを示す情報を表示装置１０４に表示させる制御を行う。
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１施形態では、上記のように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を制御するための電力変換制御部６０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間の電流、および、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間の電圧に基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定するように構成されている。これにより、電力変換制御部６０は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定することができる。また、第１施形態では、上記のように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を制御するための電力変換制御部６０は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。これにより、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換（ＤＣ／ＡＣコンバータ１３の動作）を停止させることができるので、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続されＤＣ／ＡＣコンバータ１３に過電流が流れてしまう状態が維持されるのを抑制することができる。その結果、系統電源１０５との誤接続に起因してＤＣ／ＡＣコンバータ１３のスイッチング素子１３ａ等が破損してしまうのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、ＡＣ電流検出回路５１において検出された電流が過電流状態であることを検出する過電流検出回路５２と、過電流検出回路５２において過電流状態が検出されたこと、および、ＡＣ電圧検出回路４１において検出された電圧に基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定する系統誤接続判定部５３と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭパルス生成部４３と、を含む。また、ＰＷＭパルス生成部４３は、系統誤接続判定部５３により出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定された場合に、ＰＷＭパルスの出力を停止するように構成されている。これにより、電力変換制御部６０は、系統誤接続判定部５３によって、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを容易に判定することができるとともに、ＰＷＭパルス生成部４３において、ＰＷＭパルスの出力を停止させることにより、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３の動作を停止させることができる。その結果、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続されＤＣ／ＡＣコンバータ１３に過電流が流れてしまう状態が維持されるのを容易に抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、系統誤接続判定部５３は、過電流状態が、所定の期間において複数回繰り返して発生した場合で、かつ、ＡＣ電圧検出回路４１において検出された電圧が所定の期間に渡って所定の第１電圧閾値よりも大きい状態が継続した場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成されている。これにより、電力変換制御部６０は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを確実に判定することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、過電流検出回路５２は、ＡＣ電流検出回路５１において検出された電流が電流閾値以上になった場合に、系統誤接続判定部５３およびＰＷＭパルス生成部４３に、過電流状態を示す過電流フラグを出力する。また、ＰＷＭパルス生成部４３は、ＰＷＭパルスの出力を停止していない場合で、かつ、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力された場合に、ＰＷＭパルスの出力を一時的に停止するように構成されている。これにより、系統誤接続判定部５３は、過電流状態を示す過電流フラグが入力されることによって、過電流検出回路５２において過電流状態が検出されたことを示す情報を容易に取得することができる。また、ＰＷＭパルス生成部４３が過電流フラグが入力された場合にＰＷＭパルスの出力を一時的に停止することによって、過電流検出回路５２から過電流フラグが入力された場合に継続的にＰＷＭパルスの出力を停止させる場合と異なり、電力変換制御部６０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３の動作を再開させることができる。
また、第１実施形態では、上記のように、ＰＷＭパルス生成部４３は、過電流検出回路５２から過電流情報が入力されなくなった場合に、停止したＰＷＭパルスの出力を再開するように構成されている。これにより、電力変換制御部６０は、瞬間的に過電流が生じた場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３の動作を確実に再開させることができるので、瞬間的な過電流に起因して電力変換装置１００が停止してしまうのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換の制御を行う前に、ＡＣ電圧検出回路４１において検出された電圧が所定の第２電圧閾値以上である場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成されている。これにより、電力変換制御部６０は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３を動作させる前に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定することができる。その結果、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３を動作させて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定する場合と異なり、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３に過電流が流れないので、系統電源１０５との誤接続に起因してＤＣ／ＡＣコンバータ１３のスイッチング素子１３ａ等が破損してしまうのを防止することができる。
［第２実施形態］
次に、図６を参照して、第２実施形態による電力変換装置２００の構成について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態による電力変換装置１００と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。
図６に示すように、電力変換装置２００は、電力変換装置１００と同様に、電力変換制御部６０を備える。そして、電力変換制御部６０は、ＡＣ電流およびＡＣ電圧に基づいて、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定するとともに、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。
また、第２実施形態では、電力変換装置２００は、ＡＣ電流検出回路２５１と、Ｎ相電流算出回路２５４と、を備える。なお、Ｎ相電流算出回路２５４は、特許請求の範囲の「電流算出部」の一例である。
ＡＣ電流検出回路２５１は、第１電圧線２１（Ｕ相）のＡＣ電流および第２電圧線２２（Ｖ相）のＡＣ電流（２線のＡＣ電流）を検出するように構成されている。ＡＣ電流検出回路５１は、検出した２線のＡＣ電流をＮ相電流算出回路２５４に出力する。なお、ＡＣ電流検出回路２５１には、中性線２３のＡＣ電流を検出する検出回路が設けられていない。
Ｎ相電流算出回路２５４は、ＡＣ電流検出回路２５１から入力された第１電圧線２１のＡＣ電流および第２電圧線２２のＡＣ電流に基づいて、中性線２３のＡＣ電流を算出するように構成されている。Ｎ相電流算出回路２５４は、たとえば、反転加算回路を含み、反転加算回路に第１電圧線２１のＡＣ電流および第２電圧線２２のＡＣ電流を入力して中性線２３のＡＣ電流を算出する。そして、Ｎ相電流算出回路２５４は、ＡＣ電流検出回路２５１から入力された第１電圧線２１のＡＣ電流および第２電圧線２２のＡＣ電流と、算出した中性線２３のＡＣ電流とを、過電流検出回路５２に出力する。なお、図６では、Ｎ相電流算出回路２５４が、電力変換制御部６０とは別個に設けられている例を示したが、Ｎ相電流算出回路２５４が、電力変換制御部６０の構成要素として電力変換制御部６０に含まれるように構成してもよい。
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、上記のように、上記第１実施形態の電力変換装置１００と同様に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を制御するための電力変換制御部６０は、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続しているか否かを判定するとともに、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている。これにより、上記第１実施形態と同様に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続されＤＣ／ＡＣコンバータ１３に過電流が流れてしまう状態が維持されるのを抑制することができる。その結果、上記第１実施形態と同様に、系統電源１０５との誤接続に起因してＤＣ／ＡＣコンバータ１３のスイッチング素子１３ａ等が破損してしまうのを抑制することができる。
また、第２実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、単相の交流電力を第１電圧線２１と第２電圧線２２と中性線２３との３線によって出力するように構成されている。また、電力変換装置２００は、ＡＣ電流検出回路２５１を備える。そして、ＡＣ電流検出回路２５１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３と出力端子１６との間の、第１電圧線２１の電流および第２電圧線２２の電流を検出するように構成されている。また、電力変換装置２００は、第１電圧線２１の電流および第２電圧線２２の電流に基づいて、中性線２３の電流を算出するＮ相電流算出回路２５４を備える。これにより、中性線２３の電流を検出するための検出回路を設けることなく、Ｎ相電流算出回路２５４により中性線２３の電流を算出することができるので、ＡＣ電流検出回路２５１に３線の各々に対して検出回路を設ける場合と比較して、部品点数を削減することができるとともに、装置構成を簡略化することができる。
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記第１および第２実施形態では、電力変換制御部６０を、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３（電力変換部）における電力の変換の制御を行う前に、ＡＣ電圧検出回路４１（電圧検出部）において検出された電圧が所定の第２電圧閾値以上である場合に、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換制御部を、電力変換部における電力の変換の制御を行う前に、出力端子が系統電源と誤接続しているか否かを判定しないように構成してもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、電力変換制御部６０を、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していることを示す誤接続フラグ（誤接続情報）を、制御装置１０３に対して出力するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、系統誤接続判定部を、出力端子が系統電源と誤接続していると判定した場合、出力端子が系統電源と誤接続していることを示す誤接続情報を、電力変換装置が搭載される車両（電気自動車）の表示装置に制御装置を介さずに直接出力するように構成してもよいし、電力変換装置が搭載される車両（電気自動車）の操作部（操作パネル）に出力するように構成してもよいし、電力変換装置に変換された交流電力が供給される宅内に設けられた制御装置、表示装置等に出力するように構成してもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、系統誤接続判定部５３を、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していると判定した場合、出力端子１６が系統電源１０５と誤接続していることを示す誤接続フラグ（誤接続情報）を、ＰＷＭパルス生成部４３（ＰＷＭ信号生成部）に出力するように構成するとともに、ＰＷＭパルス生成部４３を、誤接続フラグが入力された場合、ＰＷＭパルス（ＰＷＭ信号）の出力を停止するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、系統誤接続判定部を、出力端子が系統電源と誤接続していると判定した場合、出力端子が系統電源と誤接続していることを示す誤接続情報を、ゲートドライブユニットに出力するように構成するとともに、ゲートドライブユニットを、誤接続情報が入力された場合、ゲートパルスの出力を停止するように構成してもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、電力変換装置１００（２００）が絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換装置が非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるように構成してもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、電力変換装置１００（２００）が電気自動車１０１に搭載される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換装置が燃料電池自動車に搭載されてもよい。
また、電力変換装置１００（２００）を、入力端子１５側と出力端子１６側との間で双方向に電力を変換可能な電力変換装置として構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、太陽光発電による電力を変換して宅内の負荷へ供給する電力変換装置のように、電力変換装置を、入力端子側から出力端子側への一方向に電力を変換可能な電力変換装置として構成してもよい。
１３ ＤＣ／ＡＣコンバータ（電力変換部）
１３ａ スイッチング素子
１６ 出力端子
２１ 第１電圧線
２２ 第２電圧線
２３ 中性線
４１ ＡＣ電圧検出回路（電圧検出部）
４３ ＰＷＭパルス生成部（ＰＷＭ信号生成部）
５１、２５１ ＡＣ電流検出回路（電流検出部）
５２ 過電流検出回路（過電流検出部）
５３ 系統誤接続判定部
６０ 電力変換制御部
１００、２００ 電力変換装置
１０２ 蓄電部（直流電源）
１０３ 制御装置
１０５ 系統電源
１０６ 宅内
１０８ 負荷
２５４ Ｎ相電流算出回路（電流算出部）

Claims (7)

  1. 直流電源から宅内の負荷に対して電力を供給可能な電力変換装置であって、
    複数のスイッチング素子を含み、前記直流電源から入力された直流電力を変換して交流電力を出力する電力変換部と、
    前記電力変換部と出力端子との間の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電力変換部と前記出力端子との間の電流を検出する電流検出部と、
    前記電圧検出部において検出された電圧および前記電流検出部に検出された電流に基づいて、前記電力変換部における電力の変換を制御する電力変換制御部と、を備え、
    前記電力変換制御部は、前記直流電源から前記負荷に対して電力を供給する場合に、前記電流検出部において検出された電流、および、前記電圧検出部において検出された電圧に基づいて、前記出力端子が前記分電盤における前記直流電源から前記負荷に対して電力を供給するための端子ではなく系統電源から前記直流電源に電力を供給するための端子に誤って接続されていることに起因して前記出力端子が前記系統電源と接続されていない正しい接続状態ではなく前記出力端子が前記系統電源と接続されている誤接続状態であるか否かを判定するとともに、前記誤接続状態であると判定した場合に、前記電力変換部における電力の変換を停止させる制御を行うように構成されている、電力変換装置。
  2. 前記電力変換制御部は、
    前記電流検出部において検出された電流が過電流状態であることを検出する過電流検出部と、
    前記過電流検出部において前記過電流状態が検出されたこと、および、前記電圧検出部において検出された電圧に基づいて、前記誤接続状態であるか否かを判定する系統誤接続判定部と、
    前記電力変換部における電力の変換を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ信号生成部と、を含み、
    前記ＰＷＭ信号生成部は、前記系統誤接続判定部により前記誤接続状態であると判定された場合に、前記ＰＷＭ信号の出力を停止するように構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記系統誤接続判定部は、前記過電流状態が、所定の期間において複数回繰り返して発生した場合で、かつ、前記電圧検出部において検出された電圧が前記所定の期間に渡って所定の第１電圧閾値よりも大きい状態が継続した場合に、前記誤接続状態であると判定するように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記過電流検出部は、前記電流検出部において検出された電流が所定の電流閾値以上になった場合に、前記系統誤接続判定部および前記ＰＷＭ信号生成部に、前記過電流状態を示す過電流情報を出力し、
    前記ＰＷＭ信号生成部は、前記ＰＷＭ信号の出力を停止していない場合で、かつ、前記過電流検出部から前記過電流情報が入力された場合に、前記ＰＷＭ信号の出力を一時的に停止するように構成されている、請求項２または３に記載の電力変換装置。
  5. 前記ＰＷＭ信号生成部は、前記過電流検出部から前記過電流情報が入力されなくなった場合に、前記ＰＷＭ信号の出力を再開するように構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記電力変換制御部は、前記電力変換部における電力の変換の制御を行う前に、前記電圧検出部において検出された電圧が所定の第２電圧閾値以上である場合に、前記誤接続状態であると判定するように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記電力変換部は、単相の交流電力を第１電圧線と第２電圧線と中性線との３線によって出力するように構成されており、
    前記電流検出部は、前記電力変換部と前記出力端子との間の、前記第１電圧線の電流および前記第２電圧線の電流を検出するように構成されており、
    前記第１電圧線の電流および前記第２電圧線の電流に基づいて、前記中性線の電流を算出する電流算出部をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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