JP7370223B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
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、
前記直列接続体に並列接続されたコンデンサと、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、前記巻線とを電気的に接続する接続経路と、
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が流れるように、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行う制御部と、を備える。
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。本実施形態において、電力変換装置は車両に搭載されている。
図9に示すように、3相のうち2相分をオンオフ制御して昇温PWM制御を実施してもよい。図9には、W相上,下アームスイッチQWH,QWLがオフ制御に維持される例を示す。図9(a)は、U,V相上アームスイッチQUH,QVHのゲート信号の推移を示し、図9(b)は、U,V相下アームスイッチQUL,QVLのゲート信号の推移を示し、図9(c)は、W相上,下アームスイッチQWH,QWLのゲート信号の推移を示し、図9(d)~(f)は、先の図6(c)~(e)に対応している。
図4の構成に代えて、図11に示す構成によりスイッチング制御を行ってもよい。制御装置70において、ヒステリシス制御部75は、指令電流IM*と検出電流IMrとに基づいて、図12(b)に示す各上アームスイッチQUH,QVH,QWHのゲート信号を生成する。詳しくは、ヒステリシス制御部75は、指令電流IM*と検出電流IMrとの電流偏差に基づいて、各上アームスイッチQUH,QVH,QWHのゲート信号を生成する。反転器74は、ヒステリシス制御部75により生成された各上アームスイッチQUH,QVH,QWHのゲート信号の論理を反転させることにより、図12(c)に示す各下アームスイッチQUL,QVL,QWLのゲート信号を生成する。これにより、図12(a)に示すように、指令電流IM*に対して±ΔIの幅を持った範囲で検出電流IMrが制御される。
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。
・第1蓄電池21の端子電圧VHrと第2蓄電池22の端子電圧VLrとの電圧差に基づいて、直流成分Idcを可変設定してもよい。具体的には例えば、第1蓄電池21の端子電圧VHrが第2蓄電池22の端子電圧VLrよりも高い場合において、「VHr-VLr」が大きいほど、直流成分Idcを大きく設定してもよい。また、第1蓄電池21の端子電圧VHrが第2蓄電池22の端子電圧VLrよりも低い場合において、「VLr-VHr」が大きいほど、直流成分Idcを大きく設定してもよい。
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。本実施形態では、制御装置70は、回転電機40の駆動が停止されている場合におけるスイッチング周波数fsw(=1/Tsw)を、回転電機40が回転駆動されて車両が走行している場合における上,下アームスイッチQUH~QWLのスイッチング周波数よりも高くて、かつ、人の非可聴域の周波数に設定する。
第1実施形態において、回転電機及びインバータとしては、5相又は7相等、3相以外のものであってもよい。図16に、5相の場合における電力変換装置を示す。図16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。
以下、第5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。
図18の構成に代えて、図21に示す構成によりスイッチング制御を行ってもよい。制御装置70において、ヒステリシス制御部75は、指令電流IM*と検出電流IMrとに基づいて、V,W相上アームスイッチQVH,QWHのゲート信号を生成する。反転器74は、ヒステリシス制御部75により生成されたV,W相上アームスイッチQVH,QWHのゲート信号の論理を反転させることにより、V,W相下アームスイッチQVL,QWLのゲート信号を生成する。
制御装置70は、1相のみをオンオフ制御する昇温PWM制御を実施してもよい。図22には、W相上,下アームスイッチQWH,QWLがオンオフ制御される例を示す。図22(a)~(c)は、先の図19(a)~(c)に対応している。図22(d)は、U,V相上,下アームスイッチQUH,QUL,QVH,QVLのゲート信号の推移を示し、図22(e)は、W相上アームスイッチQWHのゲート信号の推移を示し、図22(f)は、W相下アームスイッチQWLのゲート信号の推移を示す。
制御装置70は、先の図15に示した手順により昇温制御を実行してもよい。この場合、制御装置70は、先の図15のステップS18の処理の完了後、ステップS20に進み、昇温PWM制御を行う。本実施形態では、V,W相上,下アームスイッチQVH,QWH,QVL,QWLのスイッチング周波数fswを、ステップS16の処理で設定するスイッチング周波数よりも高く設定する。これにより、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
第2実施形態で説明したように、制御装置70は、第1蓄電池21の端子電圧と第2蓄電池22の端子電圧とが均等化されるように、指令電流IM*を補正してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
組電池20の中間端子Bに接続される上、下アームスイッチは、U相上,下アームスイッチQUH,QULに限られず、例えばV相上,下アームスイッチQVH,QVLであってもよい。この場合、昇温制御において、V相上,下アームスイッチQVH,QVLはオフ制御される。また、U,W相上アームスイッチQUH,QWHとU,W相下アームスイッチQUL,QWLとが交互にオン制御される。
以下、第6実施形態について、第5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。本実施形態では、組電池20の中間端子Bに接続される上、下アームスイッチは、1相に限られない。U,V,W相全ての上,下アームスイッチに中間端子Bが接続されなければよい。
第5実施形態において、回転電機及びインバータとしては、第4実施形態で説明したように、5相又は7相等、3相以外のものであってもよい。図24に、5相の場合における電力変換装置を示す。図24において、先の図17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。
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。
Claims (11)
- 巻線(41U,41V,41W,41X,41Y)を有する多相の回転電機(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多相のインバータ(30)と、
前記直列接続体に並列接続されたコンデンサ(31)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が流れるように、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行う制御部(70)と、を備える電力変換装置。 - 前記制御部は、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が流れるように、少なくとも2相の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行う請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、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が流れるように、全相の前記上アームスイッチのスイッチング制御を同期させ、また、全相の前記下アームスイッチのスイッチング制御を同期させる請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記接続経路上に設けられ、オン状態となることにより前記第1蓄電池の負極側及び前記第2蓄電池の正極側と前記中性点とを電気的に接続し、オフ状態となることにより前記第1蓄電池の負極側及び前記第2蓄電池の正極側と前記中性点との間を電気的に遮断する接続スイッチ(61)を備える請求項1~3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 巻線(41U,41V,41W,41X,41Y)を有する多相の回転電機(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多相のインバータ(30)と、
前記直列接続体に並列接続されたコンデンサ(31)と、を備える電力変換装置(10)において、
各相において、前記直列接続体を構成する前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点と、前記巻線の両端のうち中性点(O)とは反対側の端とが電気的に接続されており、
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、複数相のうち一部の相の前記直列接続体を構成する前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点とを電気的に接続する接続経路(90,90U,90W)と、
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が流れるように、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行う制御部(70)と、
前記接続経路上に設けられ、オン状態となることにより前記第1蓄電池の負極側及び前記第2蓄電池の正極側と前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点とを電気的に接続し、オフ状態となることにより前記第1蓄電池の負極側及び前記第2蓄電池の正極側と前記接続点とを電気的に遮断する接続スイッチ(91)と、を備え、
複数相のうち前記接続点に前記接続経路が接続されていない相が2相以上あり、
前記制御部は、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す場合、前記接続スイッチをオン状態にし、複数相のうち前記接続経路が接続された相の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオフ制御し、複数相のうち前記接続経路が接続されていない少なくとも2相の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをスイッチング制御する電力変換装置。 - 前記制御部は、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が流れるように、複数相のうち前記接続経路が接続されていない全相の前記上アームスイッチのスイッチング制御を同期させ、また、複数相のうち前記接続経路が接続されていない全相の前記下アームスイッチのスイッチング制御を同期させる請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記第1蓄電池及び前記第2蓄電池の昇温要求があると判定した場合、前記接続スイッチをオン状態にし、前記昇温要求がないと判定した場合、前記接続スイッチをオフ状態にする請求項5又は6に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記回転電機の駆動が停止されている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、前記回転電機を駆動する場合における前記上,下アームスイッチの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1~7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 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1~8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 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9に記載の電力変換装置。
- 前記第1蓄電池及び前記第2蓄電池の電圧情報を検出する電圧情報検出部(50)を備え、
前記制御部は、検出された前記電圧情報に基づいて、前記第1蓄電池の端子電圧と前記第2蓄電池の端子電圧とが均等化されるように、前記指令値を補正する請求項9又は10に記載の電力変換装置。
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