JP7232747B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、蓄電池の温度が低い場合、電力変換装置を用いて蓄電池を昇温する制御が行われている。特許文献１には、蓄電池と、コンデンサと、蓄電池とコンデンサとの間に接続されたインバータと、インバータの各相に接続された電機子巻線とを備えた電力変換装置が開示されている。インバータの各相はＩＧＢＴである上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体から構成されており、そのうちの１相であるＵ相上アームスイッチのエミッタ及びＵ相下アームスイッチのコレクタが、接続経路を介して蓄電池の正極に接続されている。この接続経路、インバータ及び電機子巻線を介して、蓄電池とコンデンサとの間で無効電力の授受を行うことにより蓄電池を昇温することができる。

特許第５８６５７３６号公報

特許文献１に記載された回路構成において、接続経路を介して蓄電池の正極と接続されているのは、各相巻線のうちＵ相巻線のみである。このため、昇温制御が実施されると、このＵ相巻線には蓄電池の正極に接続されていないその他の巻線よりも大きな電流が流れる。その結果、特許文献１に記載された回路構成では、昇温制御中は、各相巻線に流れる電流を平衡させて回転電機を駆動することができない。しかしながら、蓄電池の温度が上昇する前に回転電機を駆動する必要がある場合も考えられるため、昇温制御を実施しつつ回転電機を駆動することができる技術が望まれる。

そこで、本発明の主たる目的は、蓄電池の昇温制御を実施しつつ回転電機を駆動することができる電力変換装置を提供することである。

本発明は、星形結線された巻線を有する回転電機と、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有するインバータと、を備える電力変換装置において、直列接続された第１蓄電池及び第２蓄電池において前記第１蓄電池の負極側及び前記第２蓄電池の正極側と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の昇温要求があるか否かを判定する昇温判定部と、前記回転電機の駆動要求があるか否かを判定する駆動判定部と、前記昇温要求があり、かつ、前記駆動要求があると判定された場合、前記インバータ、前記巻線及び前記接続経路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間に電流を流しつつ、前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施する制御部と、を備える。

本発明では、第１蓄電池の負極側及び第２蓄電池の正極側と、巻線の中性点とが接続経路により電気的に接続されている。このため、第１蓄電池及び第２蓄電池の昇温要求があると判定された場合、上，下アームスイッチのスイッチング制御が行われることにより、インバータ、巻線及び接続経路を介して第１蓄電池と第２蓄電池との間に電流を流して、第１蓄電池及び第２蓄電池を昇温することができる。特に、巻線の中性点を第１蓄電池の負極側及び第２蓄電池の正極側に接続するため、昇温制御中において、ある相の巻線に電流が集中することがなく、各相巻線に流れる電流が平衡に保たれる。その結果、昇温制御による電流は回転電機の駆動を妨げないため、第１蓄電池及び第２蓄電池の昇温制御を実施しつつ回転電機を駆動することができる。

第１実施形態に係る電力変換装置の構成図。 昇温制御処理の手順を示すフローチャート。 等価回路を示す図。 制御装置の機能ブロック図。 中性点指令電流の波形を示す図。 変調率の推移を示すタイムチャート。 各相電流等の推移を示す図。 比較例としての特許文献１に記載された回路構成における昇温制御時の各相電流の推移を示す図。 第２実施形態に係る制御装置の機能ブロック図。 第２実施形態の変形例に係る制御装置の機能ブロック図。 第３実施形態に係る昇温制御処理の手順を示すフローチャート。 Ｉｄｒ＝０制御における電流動作点を示す図。 第４実施形態に係る電力変換装置の構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電力変換装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載されている。

図１に示すように、電力変換装置１０は、インバータ３０と、回転電機４０とを備えている。回転電機４０は、３相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを備えている。各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、電気角で１２０°ずつずれて配置されている。回転電機４０は、例えば永久磁石同期機である。本実施形態において、回転電機４０は車載主機であり、車両の走行動力源となる。

インバータ３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨとＵ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態では、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはＩＧＢＴが用いられている。このため、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬには、フリーホイールダイオードとしての各ダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬが逆並列に接続されている。

Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのエミッタと、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのコレクタとには、バスバー等のＵ相導電部材３２Ｕを介して、Ｕ相巻線４１Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上アームスイッチＱＶＨのエミッタと、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬのコレクタとには、バスバー等のＶ相導電部材３２Ｖを介して、Ｖ相巻線４１Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上アームスイッチＱＷＨのエミッタと、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬのコレクタとには、バスバー等のＷ相導電部材３２Ｗを介して、Ｗ相巻線４１Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの第２端同士は、中性点Ｏで接続されている。なお、本実施形態において、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、ターン数が同じに設定されている。これにより、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、例えばインダクタンスが同じに設定されている。

各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタと、組電池２０の正極端子とは、バスバー等の正極側母線Ｌｐにより接続されている。各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタと、組電池２０の負極端子とは、バスバー等の負極側母線Ｌｎにより接続されている。

電力変換装置１０は、正極側母線Ｌｐと負極側母線Ｌｎとを接続するコンデンサ３１を備えている。なお、コンデンサ３１は、インバータ３０に内蔵されていてもよいし、インバータ３０の外部に設けられていてもよい。

組電池２０は、単電池としての電池セルの直列接続体として構成されており、端子電圧が例えば数百Ｖとなるものである。本実施形態では、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧（例えば定格電圧）が互いに同じに設定されている。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池を用いることができる。なお、組電池２０は、例えば電力変換装置１０の外部に設けられている。

組電池２０を構成する電池セルのうち、高電位側の複数の電池セルの直列接続体が第１蓄電池２１を構成し、低電位側の複数の電池セルの直列接続体が第２蓄電池２２を構成している。つまり、組電池２０が２つのブロックに分けられている。本実施形態では、第１蓄電池２１を構成する電池セル数と、第２蓄電池２２を構成する電池セル数とが同じである。このため、第１蓄電池２１の端子電圧（例えば定格電圧）と、第２蓄電池２２の端子電圧（例えば定格電圧）とが同じである。

組電池２０において、第１蓄電池２１の負極端子と第２蓄電池２２の正極端子とには中間端子Ｂが接続されている。

電力変換装置１０は、監視ユニット５０を備えている。監視ユニット５０は、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧及び温度等を監視する。

電力変換装置１０は、接続経路６０と、接続スイッチ６１とを備えている。接続経路６０は、組電池２０の中間端子Ｂと中性点Ｏとを電気的に接続する。接続スイッチ６１は、接続経路６０上に設けられている。本実施形態では、接続スイッチ６１としてリレーが用いられている。接続スイッチ６１がオンされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが電気的に接続される。一方、接続スイッチ６１がオフされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとの間が電気的に遮断される。

電力変換装置１０は、相電流センサ６２及び中性点電流センサ６３を備えている。相電流センサ６２は、各導電部材３２Ｕ～３２Ｗに流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。また、中性点電流センサ６３は、中性点Ｏに流れる電流を検出する。相電流センサ６２及び中性点電流センサ６３の検出値は、電力変換装置１０が備える制御装置７０に入力される。本実施形態において、制御装置７０が制御部に相当する。

制御装置７０は、マイコンを主体として構成され、回転電機４０の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ３０を構成する各スイッチのスイッチング制御を行う。制御量は、例えばトルクである。各相において、上，下アームスイッチは交互にオンされる。

制御装置７０は、接続スイッチ６１をオンオフし、また、監視ユニット５０と通信可能とされている。ちなみに、制御装置７０は、自身が備える記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御機能を実現する。各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよいし、ハードウェア及びソフトウェアの双方によって実現されてもよい。

続いて、制御装置７０により実行される昇温制御について説明する。図２は、昇温制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置７０により、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の昇温要求があるか否かを判定する。本実施形態では、組電池２０の温度Ｔが目標温度Ｔ＊以下であると判定した場合、昇温要求があると判断する。ここで、組電池２０の温度Ｔは、監視ユニット５０から取得すればよい。なお、組電池２０の温度Ｔとして、第１蓄電池２１の温度や、第２蓄電池２２の温度、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の平均温度を用いてもよい。また、本実施形態において、ステップＳ１０が昇温判定部に相当する。

ステップＳ１０において昇温要求がないと判定した場合には、ステップＳ１１に進み、回転電機４０の駆動要求があるか否かを判定する。この駆動要求には、回転電機４０の駆動により車両を走行させる要求が含まれる。なお、本実施形態において、ステップＳ１１が駆動判定部に相当する。

ステップＳ１１において回転電機４０の駆動要求がないと判定した場合には、ステップＳ１２に進み、待機モードに設定する。待機モードでは、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬはオフする。そして、ステップＳ１３において、接続スイッチ６１をオフする。これにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが電気的に遮断される。

ステップＳ１１において回転電機４０の駆動要求があると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、駆動モードに設定する。そして、ステップＳ１５において、接続スイッチ６１をオフする。これにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが接続経路６０を介して電気的に遮断される。その後、ステップＳ１６において、駆動ＰＷＭ制御を行う。駆動ＰＷＭ制御では、回転電機４０を駆動させるべく、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。これにより、車両の駆動輪が回転し、車両を走行させることができる。

ステップＳ１０において昇温要求があると判定した場合には、ステップＳ１７に進み、回転電機４０の駆動要求があるか否かを判定する。

ステップＳ１７において回転電機４０の駆動要求がないと判定した場合には、ステップＳ１８に進み、昇温制御モードに設定する。そして、ステップＳ１９において、接続スイッチ６１をオンする。これにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが接続経路６０を介して電気的に導通される。ステップＳ２０では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２を昇温するために昇温ＰＷＭ制御を行う。昇温ＰＷＭ制御では、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御が行われることにより、インバータ３０、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ及び接続経路６０を介して、第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間に電流を流し、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２を昇温する。

ステップＳ１７において回転電機４０の駆動要求があると判定した場合には、ステップＳ２１に進み、昇温制御／駆動モードに設定する。そして、ステップＳ２２において、接続スイッチ６１をオンする。ステップＳ２３では、昇温／駆動ＰＷＭ制御を行う。

ステップＳ２０及びステップＳ２３のスイッチング周波数ｆ２は、ステップＳ１６のスイッチング周波数ｆ１よりも高く設定されている。また、スイッチング周波数ｆ２は、人の可聴域よりも高い方に外れた周波数に設定されている。詳しくは、スイッチング周波数ｆ２は、例えば１６ｋＨｚ以上の周波数に設定されている。

以下、昇温制御／駆動モードの昇温制御について説明する。図３（ａ）に、昇温制御で用いられる電力変換装置１０の等価回路を示す。図３（ａ）では、各相巻線４１Ｕ～４１Ｗを巻線４１として示し、各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨを上アームスイッチＱＨとして示し、各上アームダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨを上アームダイオードＤＨとして示している。また、各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬを下アームスイッチＱＬとして示し、各下アームダイオードＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬを下アームダイオードＤＬとして示している。

図３（ａ）の等価回路は、図３（ｂ）の等価回路として示すことができる。図３（ｂ）の回路は、第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間で双方向の電力伝達が可能な昇降圧チョッパ回路である。図３（ｂ）において、ＩＢＨは第１蓄電池２１に流れる電流を示し、ＶＢＨは第１蓄電池２１の端子電圧を示し、ＩＢＬは第２蓄電池２２に流れる電流を示し、ＶＢＬは第２蓄電池２２の端子電圧を示す。第１，第２蓄電池２１，２２の充電電流が流れる場合にＩＢＨ，ＩＢＬは負となり、第１，第２蓄電池２１，２２の放電電流が流れる場合にＩＢＨ，ＩＢＬは正となる。また、ＶＲは巻線４１の端子電圧を示し、ＩＭｒは中性点Ｏに流れる電流を示す。巻線４１から接続経路６０を介して中間端子Ｂへと向かう方向に中性点電流ＩＭｒが流れる場合を正とし、中間端子Ｂから接続経路６０を介して巻線４１へと向かう方向に中性点電流ＩＭｒが流れる場合を負とする。

図３（ｂ）を参照して、上アームスイッチＱＨがオンされると、巻線４１の端子電圧ＶＲが「ＶＢＨ」となる。一方、下アームスイッチＱＬがオンされると、巻線４１の端子電圧ＶＲが「－ＶＢＬ」となる。つまり、上アームスイッチＱＨがオンされることにより、巻線４１に中性点電流ＩＭｒの正方向に励磁電流を流すことができ、下アームスイッチＱＬがオンされることにより、巻線４１に中性点電流ＩＭｒの負方向に励磁電流を流すことができる。

図４に、昇温制御／駆動モードにおける昇温制御のブロック図を示す。図４は、回転電機４０の駆動後における車両走行中に実施される昇温制御の制御ブロック図である。

制御装置７０において、ｄ，ｑ軸指令電流設定部８０は、回転電機４０のトルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊を設定する。ｄ軸偏差算出部８１ｄは、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算することにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部８１ｑは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算することにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。ここで、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、相電流センサ６２の検出値及び回転電機４０の電気角に基づいて算出される。なお、電気角は、レゾルバ等の回転角センサの検出値であってもよいし、位置センサレス制御で推定された推定値であってもよい。

ｄ軸制御部８２ｄは、ｄ軸偏差算出部８１ｄにより算出されたｄ軸電流偏差ΔＩｄを０にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸電圧Ｖｄを算出する。ｑ軸制御部８２ｑは、ｑ軸偏差算出部８１ｑにより算出されたｑ軸電流偏差ΔＩｑを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸電圧Ｖｑを算出する。本実施形態では、各制御部８２ｄ，８２ｑのフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。

３相変換部８３は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ及び上記電気角に基づいて、３相固定座標系におけるＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗを算出する。駆動要求があると判定された場合のＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは、振幅が同じで、電気角で１２０度ずつ位相がずれた正弦波状の信号である。なお、ステップＳ２０の処理において、駆動要求がないと判定された場合のＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは０である。

制御装置７０は、昇温制御部９０を備えている。昇温制御部９０は、指令値設定部９１と、中性点偏差算出部９２と、中性点制御部９３と、Ｕ～Ｗ相重畳部９４Ｕ～９４Ｗとを備えている。

指令値設定部９１は、中性点指令電流ＩＭ＊を設定する。本実施形態において、中性点指令電流ＩＭ＊の波形は、図５に示すように、正弦波として設定される。詳しくは、中性点指令電流ＩＭ＊の振幅はＩａであり、周期はＴｃである。そして、中性点指令電流ＩＭ＊の値が０以外の値から０になるタイミング（以下、ゼロクロスタイミング）に対して、正の中性点指令電流ＩＭ＊と負の中性点指令電流ＩＭ＊とが点対称になるように中性点指令電流ＩＭ＊を設定する。これにより、図５において、中性点指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの期間が、第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの期間に等しくなる。

また、中性点指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃにおいて、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなる。第１領域の面積Ｓ１は、中性点指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃにおいて、中性点指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの時間軸と、正の中性点指令電流ＩＭ＊とで囲まれる領域である。第２領域の面積Ｓ２は、１周期Ｔｃにおいて、中性点指令電流ＩＭ＊の第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの時間軸と、負の中性点指令電流ＩＭ＊とで囲まれる領域である。

第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなるように設定されることにより、１周期Ｔｃにおける第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の充放電電流の収支を合わせることができる。このため、昇温制御に伴い、第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨと第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬとの差が大きくなることを抑制できる。

図４の説明に戻り、中性点偏差算出部９２は、中性点指令電流ＩＭ＊から、中性点電流センサ６３により検出された電流である中性点電流ＩＭｒを減算することにより、中性点電流偏差ΔＩＭを算出する。

中性点制御部９３は、算出された中性点電流偏差ΔＩＭを０にフィードバック制御するための操作量として、オフセット補正量ＣＦを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。

Ｕ相重畳部９４Ｕは、Ｕ相指令電圧Ｖｕにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｕ相最終指令電圧「Ｖｕ＋ＣＦ」を算出する。Ｖ相重畳部９４Ｖは、Ｖ相指令電圧Ｖｖにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｖ相最終指令電圧「Ｖｖ＋ＣＦ」を算出する。Ｗ相重畳部９４Ｗは、Ｗ相指令電圧Ｖｗにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｗ相最終指令電圧「Ｖｗ＋ＣＦ」を算出する。

制御装置７０は、Ｕ～Ｗ相変調部９５Ｕ～９５Ｗを備えている。Ｕ相変調部９５Ｕは、Ｕ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｕ相変調率Ｍｕを算出する。ここで、電源電圧Ｖｄｃは、監視ユニット５０から取得した第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨ及び第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬの合計値である。Ｖ相変調部９５Ｖは、Ｖ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｖ相変調率Ｍｖを算出する。Ｗ相変調部９５Ｗは、Ｗ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｗ相変調率Ｍｗを算出する。

制御装置７０は、算出した各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに基づいて、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。具体的には例えば、制御装置７０は、各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗとキャリア信号（例えば三角波信号）との大小比較に基づくＰＷＭ制御によりスイッチング制御を行えばよい。

図６に、中性点指令電流ＩＭ＊が正弦波に設定された場合の各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗの推移を示す。本実施形態では、中性点指令電流ＩＭ＊の周波数は、各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗの周波数よりも低い。

図７に、昇温制御における各波形を示す。図７（ａ）は各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの推移を示し、図７（ｂ）は中性点電流ＩＭｒの推移を示し、図７（ｃ）は第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨの推移を示し、図７（ｄ）は第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬの推移を示す。

図７（ａ）に示すように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに応じた波形に制御されている。これにより、図７（ｂ）に示すように、中性点電流ＩＭｒは、昇温制御により中性点指令電流ＩＭ＊と同じ周期の正弦波に制御されている。中性点電流ＩＭｒが正の場合、第１蓄電池２１が放電され、第２蓄電池２２が充電されている。中性点電流ＩＭｒが負の場合、第２蓄電池２２が放電され、第１蓄電池２１が充電されている。そのため、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨ及び第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬの推移は、互いに逆位相となる。

図８に、比較例として、特許文献１に記載された回路構成で昇温制御を実施した場合における各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの推移を示す。図８（ａ）がＵ相電流Ｉｕ、（ｂ）がＶ相電流Ｉｖ及び（ｃ）がＷ相電流Ｉｗの推移である。

Ｕ相巻線は、接続経路を介して蓄電池の正極と接続されている。昇温制御において、電流は接続経路を介して流されるため、Ｕ相電流Ｉｕの振幅は、Ｖ，Ｗ相電流Ｉｖ，Ｉｗの振幅よりも大きくなる。そのため、各相巻線に流れる電流は平衡しない。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

中性点Ｏと中間端子Ｂとが接続経路６０により電気的に接続されている。このため、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の昇温要求があると判定された場合、昇温制御が行われることにより、インバータ３０、各相巻線４１Ｕ～４１Ｗ及び接続経路６０を介して第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間に電流を流し、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２を昇温することができる。特に、中性点Ｏを中間端子Ｂに接続するため、昇温制御中において、ある相の巻線に電流が集中することがなく、各相巻線４１Ｕ～４１Ｗに流れる電流を平衡させることができる。その結果、昇温制御による電流は回転電機４０の駆動を妨げないため、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の昇温制御を実施しつつ回転電機４０を駆動することができる。

昇温要求があると判定された場合、接続経路６０に設けられた接続スイッチ６１がオンされる。一方、昇温要求がないと判定された場合、接続スイッチ６１がオフされる。これにより、昇温要求がない場合に中性点Ｏと中間端子Ｂとの間に電流が流れることを抑制できる。

昇温制御／駆動ＰＷＭ制御及び昇温ＰＷＭ制御におけるスイッチング周波数ｆ２は、駆動ＰＷＭ制御におけるスイッチング周波数ｆ１に比べて高く、人の可聴域よりも高い方に外れた周波数に設定されている。これにより、昇温制御時における騒音を低減することができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、図９において、先の図４に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

昇温制御部９０は、温度偏差算出部９６を備えている。温度偏差算出部９６は、目標温度Ｔ＊から監視ユニット５０によって検出される組電池２０の温度Ｔを減算することにより、昇温要求量としての温度偏差ΔＴを算出する。指令値設定部９１は、入力値である温度偏差ΔＴに基づいて、中性点指令電流ＩＭ＊を設定する。詳しくは、指令値設定部９１は、図１０（ａ）に示すように、温度偏差ΔＴが高いほど、中性点指令電流ＩＭ＊の振幅Ｉａを大きくする。ここで、温度偏差ΔＴと中性点電流ＩＭｒの振幅Ｉａとの相関関係は、例えば予め設計されているとよい。なお、中性点電流ＩＭｒの振幅Ｉａの上限値は、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の許容電流の範囲内で設定されていればよい。

また、指令値設定部９１は、入力値であるトルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて、中性点指令電流ＩＭ＊を設定する。詳しくは、指令値設定部９１は、図１０（ｂ）に示すように、回転電機４０のトルク指令値Ｔｒｑ＊が大きいほど中性点指令電流ＩＭ＊の振幅Ｉａを小さくする。ここで、回転電機４０のトルクＴｒｑと中性点電流ＩＭｒの振幅Ｉａとの相関関係は、例えば予め設計されているとよい。

さらに、指令値設定部９１は、入力値である回転電機４０に対して設定される回転速度Ｎに基づいて中性点指令電流ＩＭ＊を設定する。詳しくは、指令値設定部９１は、図１０（ｃ）に示すように、回転電機４０の回転速度Ｎが大きいほど中性点指令電流ＩＭ＊の振幅Ｉａを小さくする。ここで、回転電機４０の回転速度Ｎと中性点電流ＩＭｒの振幅Ｉａとの相関関係は、例えば予め設計されているとよい。

なお、回転速度Ｎは、例えば、レゾルバ等の回転角センサの検出値に基づいて算出されればよい。また、振幅Ｉａは、例えば、温度偏差ΔＴ、トルク指令値Ｔｒｑ＊及び回転速度Ｎと振幅Ｉａとが関係付けられたマップ情報に基づいて算出されればよい。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

昇温要求量が大きいほど回転電機４０に流れる電流は大きくなるため、回転電機４０が磁気飽和状態になりやすくなり、回転電機４０のインダクタンスは大きく変動する。その結果、回転電機４０の駆動中にトルクの変動が大きくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、トルクの変動を抑制するために、昇温要求量が設定値よりも大きい場合、Ｉｄｒ＝０制御を行う。以下、本実施形態における昇温制御について説明する。

図１１は、昇温制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１１において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

ステップＳ１７で回転電機４０の駆動要求があると判定した場合、ステップＳ２４に進み、昇温要求量が設定値よりも大きいかそれ以下かを判定する。ここで、昇温要求量には、第２実施形態で説明した温度偏差ΔＴを用いればよい。昇温要求量が設定値以下である場合、ステップＳ２１に進む。一方、昇温要求量が設定値よりも大きい場合、ステップＳ２５に進み、昇温制御／制限駆動モードに設定する。なお、本実施形態において、ステップＳ２４が昇温要求量判定部に相当する。

続くステップＳ２６において、接続スイッチ６１をオンする。ステップＳ２７では、昇温／駆動ＰＷＭ制御に加えて、Ｉｄｒ＝０制御を行う。

図１２は、昇温制御／駆動モード及び昇温制御／制限駆動モードにおける、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒから定まる回転電機４０の電流動作点を示す。図１２の横軸はｄ軸電流Ｉｄｒ、縦軸はｑ軸電流Ｉｑｒである。Ｌｔｃは、トルクを同一トルクとする場合のｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒの組み合わせからなる等トルク線を示す。等トルク線は、トルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて定まる。Ｌｍｔｐａは、最小電流最大トルク制御（ＭＴＰＡ）に対応するｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒの組み合わせからなる最大効率線を示す。

第１動作点ＯＰ１は、Ｉｄｒ＝０制御が行われていない場合の昇温制御／駆動モードにおける電流動作点である。昇温制御／駆動モードでは、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに制限はなく、例えば、最大効率線Ｌｍｔｐａ上に電流動作点が制御される。一方、第２動作点ＯＰ２は、昇温制御／制限駆動モードにおける電流動作点である。昇温制御／制限駆動モードでは、ｄ軸電流Ｉｄｒを０とした等トルク線Ｌｔｃ上に電流動作点が制御される。すなわち、回転電機４０のトルクがトルク指令値Ｔｒｑ＊に制御されつつ、ｄ軸電流Ｉｄｒが０に制御される。

昇温制御／制限駆動モードにおけるＩｄｒ＝０制御により、トルクの制御に用いるｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒのうち、ｑ軸電流Ｉｑｒのみをトルクの制御に用いる。これにより、第２動作点ＯＰ２はＩｑｒ軸上に移行する。そのため、ｄ軸電流Ｉｄｒがトルクに寄与しなくなることにより、回転電機４０のインダクタンスの変化によるトルク変動を抑制することができる。

なお、第２動作点ＯＰ２のｄ軸電流Ｉｄｒは０とされたが、これに限られない。第１動作点ＯＰ１を通る等トルク線上に、第２動作点ＯＰ２を位置させることを条件として、第２動作点ＯＰ２の弱め界磁のためのｄ軸電流Ｉｄｒは、その絶対値が、第１動作点ＯＰ１のｄ軸電流Ｉｄｒの絶対値に比べて小さくかつ０よりも大きくされてもよい。この場合であっても、回転電機４０のインダクタンスの変化によるトルク変動を抑制することはできる。

＜第４実施形態＞
第１実施形態において、回転電機４０及びインバータ３０としては、５相又は７相等、３相以外のものであってもよい。図１３に、５相の場合における電力変換装置１０を示す。図１３において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図１３では、インバータ３０において、Ｘ相上，下アームスイッチＱＸＨ，ＱＸＬ及び各ダイオードＤＸＨ，ＤＸＬが追加され、Ｙ相上，下アームスイッチＱＹＨ，ＱＹＬ及び各ダイオードＤＹＨ，ＤＹＬが追加されている。また、回転電機４０において、Ｘ相巻線４１ＸとＹ相巻線４１Ｙとが追加されている。また、電力変換装置１０において、Ｘ相導電部材３２ＸとＹ相導電部材３２Ｙとが追加されている。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・中性点指令電流ＩＭ＊の設定方法は、図５に示したものに限らない。１周期Ｔｃにおいて中性点指令電流ＩＭ＊のゼロクロスタイミングに対して、正の中性点指令電流ＩＭ＊と負の中性点指令電流ＩＭ＊とが点対称になる関係を満たしつつ、例えば、正の中性点指令電流ＩＭ＊及び負の中性点指令電流ＩＭ＊それぞれを台形波又は矩形波に設定してもよい。

また、中性点指令電流ＩＭ＊の設定方法としては、上記点対称の関係を満たすものに限らない。例えば、１周期Ｔｃにおいて、中性点指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの期間と、中性点指令電流ＩＭ＊の第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの期間とが異なるようにし、かつ、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなるように中性点指令電流ＩＭ＊を設定してもよい。この場合であっても、１周期Ｔｃにおける第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の充放電電流の収支を合わせることはできる。

・インバータ３０を構成する上，下アームスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、高電位側端子はドレインとなり、低電位側端子はソースとなる。

・接続スイッチ６１としては、リレーに限らない。接続スイッチ６１として、例えば、ソース同士が接続された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴや、ＩＧＢＴが用いられてもよい。

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…電力変換装置、２１…第１蓄電池、２２…第２蓄電池、３０…インバータ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチ…ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチ…ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ、４０…回転電機、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線…４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ、６１…接続スイッチ、７０…制御装置。

Claims (10)

1. 星形結線された巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ，４１Ｘ，４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
   上アームスイッチ（ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＸＨ，ＱＹＨ）及び下アームスイッチ（ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ，ＱＸＬ，ＱＹＬ）の直列接続体を有するインバータ（３０）と、を備える電力変換装置（１０）において、
   直列接続された第１蓄電池（２１）及び第２蓄電池（２２）において前記第１蓄電池の負極側及び前記第２蓄電池の正極側と、前記巻線の中性点（Ｏ）とを電気的に接続する接続経路（６０）と、
   前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の昇温要求があるか否かを判定する昇温判定部（７０）と、
   前記回転電機の駆動要求があるか否かを判定する駆動判定部（７０）と、
   前記昇温要求があり、かつ、前記駆動要求があると判定された場合、前記インバータ、前記巻線及び前記接続経路を介して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間に電流を流しつつ、前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施する制御部（７０）と、を備える電力変換装置。
2. 前記接続経路に設けられた接続スイッチ（６１）を備え、
   前記制御部は、前記昇温要求があると判定された場合、前記接続スイッチをオンした状態において前記スイッチング制御を行い、前記昇温要求がないと判定された場合、前記接続スイッチをオフする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記接続経路に流す電流の指令値の１周期において、正の前記指令値で規定される領域の面積と、負の前記指令値で規定される領域の面積とが等しくなるように前記指令値を設定し、前記接続経路に流れる電流を前記指令値に制御するために前記スイッチング制御を行う請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記指令値の１周期において前記指令値のゼロクロスタイミングに対して正の前記指令値と負の前記指令値とが点対称になるように、前記指令値を設定する請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の前記昇温要求が高いほど、前記指令値の振幅を大きく設定する請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記回転電機のトルクが大きいほど、前記指令値の振幅を小さく設定する請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、前記回転電機の回転速度が高いほど、前記指令値の振幅を小さく設定する請求項５又は６に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、前記駆動要求に基づき設定される前記巻線の指令電圧に、前記昇温要求に基づき設定される補正量を反映させた最終指令電圧に基づいて、前記スイッチング制御を行う請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記制御部は、前記昇温要求があると判定された場合における前記スイッチング制御のスイッチング周波数を、前記昇温要求がないと判定された場合における前記スイッチング周波数よりも高い周波数に設定する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の昇温要求量が設定値よりも大きいか否かを判定する昇温要求量判定部（７０）を備え、
    前記制御部は、前記昇温要求量が前記設定値よりも大きいと判定された場合、前記昇温要求量が前記設定値以下であると判定された場合よりも、前記巻線に流すｄ軸電流の絶対値を小さくするように前記スイッチング制御を行う請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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