WO2021065222A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2021065222A1
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storage battery
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power conversion
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誠二 居安
宗世 西村
淳 深谷
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株式会社Ｓｏｋｅｎ
株式会社デンソー
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    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply

Definitions

  • This disclosure relates to a power converter.
  • a voltage equalizing device that equalizes the terminal voltage of each battery cell constituting the assembled battery.
  • the device comprises two switch elements corresponding to two adjacent battery cells and a reactor.
  • a buck-boost converter is formed by each switch element and reactor, and the operation of this converter equalizes the terminal voltage of each battery cell by transferring energy between the battery cells.
  • Patent Document 1 requires a dedicated switch element and reactor for transferring energy between each battery cell. Therefore, there is a concern that the device will become large.
  • the main purpose of this disclosure is to provide a power conversion device that can be miniaturized.
  • the present disclosure describes a rotary electric machine having a winding and In a power conversion device including an inverter having a series connection of an upper arm switch and a lower arm switch.
  • a connection path for electrically connecting the negative electrode side of the first storage battery, the positive electrode side of the second storage battery, and the neutral point of the winding.
  • Energy is transferred between the first storage battery and the second storage battery by passing a current between the first storage battery and the second storage battery via the inverter, the winding, and the connection path.
  • a control unit that controls switching between the upper arm switch and the lower arm switch.
  • the negative electrode side of the first storage battery, the positive electrode side of the second storage battery, and the neutral point of the winding are electrically connected by a connection path. Therefore, by controlling the switching of the upper and lower arm switches, a current is passed between the first storage battery and the second storage battery via the inverter, the winding, and the connection path, so that the first storage battery and the second storage battery are passed. Energy can be exchanged with and from.
  • the power conversion device can be miniaturized.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the control device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the processing of the control device when the vehicle is stopped.
  • FIG. 5 is a diagram showing a method of setting the command current.
  • FIG. 6 is a block diagram showing processing of the control device when the rotary electric machine is driven.
  • FIG. 7 is a time chart showing the transition of the modulation rate when power is transmitted from the first storage battery to the second storage battery.
  • FIG. 8 is a time chart showing the transition of the modulation rate when power is transmitted from the second storage battery to the first storage battery.
  • FIG. 9 is a time chart showing the transition of the phase current and the like when power is transmitted from the first storage battery to the second storage battery.
  • FIG. 10 is a time chart showing the transition of the phase current and the like when power is transmitted from the second storage battery to the first storage battery.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of the power conversion device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of the power conversion device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the power conversion device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure of the control device.
  • FIG. 16 is a time chart showing changes in phase current and the like during charging from an external charger.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of a power conversion device according to another embodiment.
  • the power conversion device of this embodiment is mounted on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the power conversion device 10 includes an inverter 30 and a rotary electric machine 40.
  • the rotary electric machine 40 is a three-phase synchronous machine, and includes U, V, and W phase windings 41U, 41V, and 41W connected in a star shape as stator windings.
  • the phase windings 41U, 41V, and 41W are arranged so as to be offset by 120 ° in terms of electrical angle.
  • the rotary electric machine 40 is, for example, a permanent magnet synchronous machine.
  • the rotary electric machine 40 is an in-vehicle main engine and serves as a traveling power source for the vehicle.
  • the inverter 30 includes a series connection body of the upper arm switches QUAH, QVH, QWH and the lower arm switches QUAL, QVL, QWL for three phases.
  • voltage-controlled semiconductor switching elements are used as the switches QUAH, QVH, QWH, QUAL, QVL, and QWL, and specifically, IGBTs are used. Therefore, the high-potential side terminals of the switches QUAH, QVH, QWH, QUAL, QVL, and QWL are collectors, and the low-potential side terminals are emitters.
  • the diodes DUH, DVH, DWH, DUL, DVL, and DWL as freewheel diodes are connected in antiparallel to each switch QUAH, QVH, QWH, QUAL, QVL, and QWL.
  • the emitter of the U-phase upper arm switch QUAH and the collector of the U-phase lower arm switch QL are connected to the first end of the U-phase winding 41U via a U-phase conductive member 32U such as a bus bar.
  • the emitter of the V-phase upper arm switch QVH and the collector of the V-phase lower arm switch QVL are connected to the first end of the V-phase winding 41V via a V-phase conductive member 32V such as a bus bar.
  • the emitter of the W-phase upper arm switch QWH and the collector of the W-phase lower arm switch QWL are connected to the first end of the W-phase winding 41W via a W-phase conductive member 32W such as a bus bar.
  • the second ends of the U, V, W phase windings 41U, 41V, 41W are connected to each other at the neutral point O.
  • the number of turns of each phase winding 41U, 41V, 41W is set to be the same.
  • the inductances of the phase windings 41U, 41V, and 41W are set to be the same, for example.
  • the collectors of the upper arm switches QUAH, QVH, and QWH and the positive electrode terminal of the assembled battery 20 are connected by a positive electrode side bus Lp such as a bus bar.
  • the emitters of the lower arm switches QL, QVL, and QWL and the negative electrode terminal of the assembled battery 20 are connected by a negative electrode side bus Ln such as a bus bar.
  • the power conversion device 10 includes a capacitor 31 that connects the positive electrode side bus Lp and the negative electrode side bus Ln.
  • the capacitor 31 may be built in the inverter 30 or may be provided outside the inverter 30.
  • the assembled battery 20 is configured as a series connection of battery cells as a single battery, and has a terminal voltage of, for example, several hundred volts.
  • the terminal voltage (for example, rated voltage) of each battery cell constituting the assembled battery 20 is set to be the same as each other.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery can be used.
  • the assembled battery 20 is provided outside, for example, the power conversion device 10.
  • a series connection of a plurality of battery cells on the high potential side constitutes the first storage battery 21, and a series connection of a plurality of battery cells on the low potential side is formed. It constitutes the second storage battery 22. That is, the assembled battery 20 is divided into two blocks.
  • the number of battery cells constituting the first storage battery 21 and the number of battery cells constituting the second storage battery 22 are the same. Therefore, the terminal voltage of the first storage battery 21 (for example, the rated voltage) and the terminal voltage of the second storage battery 22 (for example, the rated voltage) are the same.
  • the intermediate terminal B is connected to the negative electrode terminal of the first storage battery 21 and the positive electrode terminal of the second storage battery 22.
  • the power conversion device 10 includes a monitoring unit 50.
  • the monitoring unit 50 monitors the terminal voltage, SOC, SOH, temperature, etc. of each battery cell constituting the assembled battery 20.
  • the power conversion device 10 includes a connection path 60 and a connection switch 61.
  • the connection path 60 electrically connects the intermediate terminal B of the assembled battery 20 and the neutral point O.
  • the connection switch 61 is provided on the connection path 60.
  • a relay is used as the connection switch 61.
  • the power conversion device 10 includes a current sensor 62 and a phase current sensor 63.
  • the current sensor 62 detects the current flowing in the connection path 60.
  • the phase current sensor 63 detects the phase currents of at least two phases.
  • the phase current sensor 63 detects, for example, the current flowing through the conductive members for at least two phases of the conductive members 32U to 32W.
  • the detected values of the current sensors 62 and 63 are input to the control device 70 (corresponding to the control unit) included in the power conversion device 10.
  • the control device 70 is mainly composed of a microcomputer, and performs switching control of each switch constituting the inverter 30 in order to feedback-control the control amount of the rotary electric machine 40 to the command value thereof.
  • the control amount is, for example, torque.
  • the upper arm switch and the lower arm switch are alternately turned on.
  • the control device 70 turns on and off the connection switch 61, and is capable of communicating with the monitoring unit 50.
  • the control device 70 realizes various control functions by executing a program stored in the storage device provided by the control device 70.
  • Various functions may be realized by an electronic circuit which is hardware, or may be realized by both hardware and software.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of equalization control processing. This process is repeatedly executed by the control device 70, for example, at a predetermined control cycle.
  • step S10 it is determined whether or not there is a request for equalization of the terminal voltage of each of the first storage battery 21 and the second storage battery 22.
  • the terminal voltage VBH of the first storage battery 21 and the terminal voltage VBL of the second storage battery 22 may be obtained from the monitoring unit 50.
  • step S10 If it is determined in step S10 that there is no equalization request, the process proceeds to step S11 to determine whether or not there is a drive request for the rotary electric machine 40.
  • the drive request includes a request for the vehicle to be driven by the rotary drive of the rotary electric machine 40.
  • step S11 If it is determined in step S11 that there is no drive request, the process proceeds to step S12 and the standby mode is set. By setting this mode, the switches QUAH to QWL of the inverter 30 are turned off. Then, in step S13, the connection switch 61 is turned off. As a result, the intermediate terminal B and the neutral point O are electrically cut off.
  • step S11 If it is determined in step S11 that there is a drive request, the process proceeds to step S14 and the drive mode of the rotary electric machine 40 is set. Then, in step S16, the connection switch 61 is turned on. As a result, the intermediate terminal B and the neutral point O are electrically connected via the connection path 60. After that, in step S16, switching control of each switch QUAH to QWL of the inverter 30 is performed in order to rotationally drive the rotary electric machine 40. As a result, the drive wheels of the vehicle rotate, and the vehicle can be driven.
  • step S10 If it is determined in step S10 that there is an equalization request, the process proceeds to step S17 and the equalization control mode is set. In step S18, the connection switch 61 is turned on.
  • step S19 equalization control is performed to equalize the terminal voltages of the first storage battery 21 and the second storage battery 22. Hereinafter, this control will be described.
  • FIG. 3A shows an equivalent circuit of the power conversion device 10 used in equalization control.
  • each phase winding 41U to 41W is shown as a winding 41
  • each upper arm switch QUAH, QVH, QWH is shown as an upper arm switch QH
  • each upper arm diode DUH, DVH, DWH is shown as an upper arm. It is shown as a diode DH.
  • each lower arm switch QL, QVL, QWL is shown as a lower arm switch QL
  • each lower arm diode DUL, DVL, DWL is shown as a lower arm diode DL.
  • the equivalent circuit of FIG. 3 (a) can be shown as the equivalent circuit of FIG. 3 (b).
  • the circuit of FIG. 3B is a buck-boost chopper circuit capable of bidirectional power transmission between the first storage battery 21 and the second storage battery 22.
  • IBH indicates the current flowing through the first storage battery 21
  • IBL indicates the current flowing through the second storage battery 22.
  • IBH and IBL are negative when the charging currents of the first and second storage batteries 21 and 22 flow
  • IBH and IBL are positive when the discharge currents of the first and second storage batteries 21 and 22 flow.
  • VR indicates the terminal voltage of the winding 41
  • IR indicates the current flowing through the neutral point O. The IR becomes negative when a current flows through the neutral point O in the positive direction from the winding 41 toward the intermediate terminal B, and becomes positive when a current flows through the neutral point O in the opposite direction.
  • FIG. 4 shows a block diagram of equalization control.
  • FIG. 4 is a control block for equalization control that is performed while the vehicle is stopped before the rotary electric machine 40 is driven.
  • the control device 70 includes an equalization control unit 90.
  • the equalization control unit 90 includes a command value setting unit 91, a neutral point deviation calculation unit 92, a neutral point control unit 93, and U to W phase superimposition units 94U to 94W.
  • the command value setting unit 91 sets the neutral point command current IM * to a negative value. Specifically, the larger the absolute value of the determination voltage Vj, the more the neutral point command. Set the absolute value of the current IM * to a large value.
  • the neutral point deviation calculation unit 92 calculates the neutral point current deviation ⁇ IM by subtracting the neutral point current IMr, which is the current detected by the current sensor 62, from the neutral point command current IM *.
  • the neutral point command current IM * is a DC signal.
  • the neutral point control unit 93 calculates an offset correction amount CF as an operation amount for feedback-controlling the calculated neutral point current deviation ⁇ IM to 0.
  • proportional integral control is used as this feedback control.
  • the feedback control is not limited to the proportional integral control, and may be, for example, the proportional integral differential control.
  • the U-phase superimposition unit 94U calculates the U-phase final command voltage "Vu + CF" by adding the offset correction amount CF to the U-phase command voltage Vu.
  • the V-phase superimposition unit 94V calculates the V-phase final command voltage “Vv + CF” by adding the offset correction amount CF to the V-phase command voltage Vv.
  • the W phase superimposition unit 94W calculates the W phase final command voltage “Vw + CF” by adding the offset correction amount CF to the W phase command voltage Vw.
  • the phase command voltages Vu, Vv, and Vw are set to 0. Therefore, the final command voltage of each phase becomes the offset correction amount CF.
  • the control device 70 includes U to W phase modulation units 95U to 95W.
  • the U-phase modulation unit 95U calculates the U-phase modulation factor Mu by dividing the U-phase final command voltage by the power supply voltage Vdc.
  • the power supply voltage Vdc is the total value of the terminal voltage VBH of the first storage battery 21 and the terminal voltage VBL of the second storage battery 22 acquired from the monitoring unit 50.
  • the V-phase modulation unit 95V calculates the V-phase modulation rate Mv by dividing the V-phase final command voltage by the power supply voltage Vdc.
  • the W-phase modulation unit 95W calculates the W-phase modulation factor Mw by dividing the W-phase final command voltage by the power supply voltage Vdc.
  • the control device 70 performs switching control of the switches QUAH to QWL for three phases based on the calculated modulation factors Mu, Mv, and Mw. Specifically, for example, the control device 70 may perform switching control by PWM control based on a magnitude comparison between each modulation factor Mu, Mv, Mw and a carrier signal (for example, a triangular wave signal).
  • a carrier signal for example, a triangular wave signal
  • FIG. 6 is a control block for equalization control implemented in that case.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as those shown in FIG. 4 above for convenience.
  • the d-axis deviation calculation unit 100d calculates the d-axis current deviation ⁇ Id by subtracting the d-axis current Idr from the d-axis command current Id *.
  • the q-axis deviation calculation unit 100q calculates the q-axis current deviation ⁇ Iq by subtracting the q-axis current Iqr from the q-axis command current Iq *.
  • the d-axis command current Id * and the q-axis command current Iq * are set based on the command torque of the rotary electric machine 40.
  • the d-axis current Idr and the q-axis current Iqr are calculated based on the detected value of the phase current sensor 63 and the electric angle of the rotary electric machine 40.
  • the electric angle may be a detected value of a rotation angle sensor such as a resolver, or may be an estimated value estimated by position sensorless control.
  • the d-axis control unit 101d calculates the d-axis voltage Vd as an operation amount for feedback-controlling the calculated d-axis current deviation ⁇ Id to 0.
  • the q-axis control unit 101q calculates the q-axis voltage Vq as an operation amount for feedback-controlling the calculated q-axis current deviation ⁇ Iq to 0.
  • proportional integration control is used as feedback control of the control units 101d and 101q.
  • the feedback control is not limited to the proportional integral control, and may be, for example, the proportional integral differential control.
  • the three-phase conversion unit 102 calculates the U to W phase command voltages Vu to Vw in the three-phase fixed coordinate system based on the d-axis voltage Vd, the q-axis voltage Vq, and the electric angle.
  • Each phase command voltage Vu to Vw is a signal (specifically, a sinusoidal signal) whose phase is shifted by 120 degrees at an electric angle.
  • the offset correction amount CF is added to the U to W phase command voltages Vu to Vw calculated by the three-phase conversion unit 102 in the U to W phase superimposition units 94U to 94W. As a result, the U to W phase final command voltage is calculated.
  • FIG. 7 shows the transition of each phase modulation rate Mu to Mw when the neutral point command current IM * is positive.
  • a current is supplied from the first storage battery 21 to the second storage battery 22, and the terminal voltages of the storage batteries 21 and 22 are equalized.
  • FIG. 8 shows the transition of each phase modulation rate Mu to Mw when the neutral point command current IM * is negative.
  • a current is supplied from the second storage battery 22 to the first storage battery 21, and the terminal voltages of the storage batteries 21 and 22 are equalized.
  • FIG. 9 shows each waveform when the neutral point command current IM * is set to a positive value.
  • 9 (a) shows the transition of each phase current Iu, Iv, Iw
  • FIG. 9 (b) shows the transition of the neutral point current IMr
  • FIG. 9 (c) shows the transition of the current IBH flowing through the first storage battery 21. The transition is shown
  • FIG. 9D shows the transition of the current IBL flowing through the second storage battery 22.
  • FIG. 10 shows each waveform when the neutral point command current IM * is set to a negative value.
  • 10 (a) to 10 (d) correspond to FIGS. 9 (a) to 9 (d) above.
  • a direct current is flowing in the connection path 60.
  • the intermediate terminal B and the neutral point O are electrically connected by the connection path 60. Therefore, when it is determined that there is an equalization request, the switching control of each switch QUAH to QWL is performed, so that the first storage battery 21 and the second storage battery 21 and the second through the inverter 30, the windings 41U to 41W, and the connection path 60 A current can be passed between the storage battery 22 and the terminal voltages of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 to be equalized. In this way, the existing windings 41U to 41W and the inverter 30 can be diverted to equalize the terminal voltages of the first storage battery 21 and the second storage battery 22. Therefore, since it is not necessary to add a dedicated reactor for equalization, the power conversion device 10 can be miniaturized.
  • connection switch 61 provided in the connection path 60 is turned on.
  • connection switch 61 is turned off. As a result, it is possible to suppress the flow of current between the neutral point O and the intermediate terminal B when there is no equalization request.
  • each phase winding 41U, 41V, 41W can be regarded as an equivalent circuit in which the windings are connected in parallel. Therefore, the inductance of the winding during equalization control can be reduced. As a result, the amount of change in the current flowing through the neutral point O can be increased in one switching cycle of each switch QUAH to QWL, and equalization control can be performed with a large current, for example, while the vehicle is stopped.
  • the electric compressor 110 is provided for air conditioning in the vehicle interior and is driven to circulate the refrigerant in the refrigeration cycle.
  • the DCDC converter 111 is driven to step down the output voltage of the second storage battery 22 and supply it to the low-voltage storage battery 120.
  • the low voltage storage battery 120 is, for example, a lead storage battery having a rated voltage of 12 V.
  • the control device 70 determines that there is an equalization request.
  • the control device 70 performs switching control of each switch QUAH to QWL so that a current flows from the first storage battery 21 to the second storage battery 22 via the inverter 30 and the connection path 60. Therefore, the terminal voltages of the second storage battery 22 and the first storage battery 21 are equalized.
  • the SOCs of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 are respectively. Can be suppressed from large variations.
  • the third embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the second embodiment.
  • the electric compressor 110 is connected in parallel to the first storage battery 21, and the DCDC converter 111 is connected in parallel to the second storage battery 22.
  • the same components as those shown in FIG. 11 above are designated by the same reference numerals for convenience.
  • control device 70 determines that at least one of the electric compressor 110 and the DCDC converter 111 is being driven, it determines that there is an equalization request.
  • the control device 70 applies a current for equalizing the terminal voltages of the second storage battery 22 and the first storage battery 21 via the inverter 30 and the connection path 60 to the first storage battery 21. Switching control of each switch QUAH to QWL is performed so that the current flows between the switch and the second storage battery 22.
  • control device 70 determines that the electric power taken out from the first storage battery 21 by driving the electric compressor 110 is larger than the electric power taken out from the second storage battery 22 by driving the DCDC converter 111, the control device 70 starts from the second storage battery 22. Switching control of each switch QUAH to QWL is performed so that a current flows through the first storage battery 21 via the inverter 30 and the connection path 60.
  • the control device 70 determines that the electric power taken out from the second storage battery 22 by driving the DCDC converter 111 is larger than the electric power taken out from the first storage battery 21 by driving the electric compressor 110, the first storage battery Switching control of each switch QUAH to QWL is performed so that a current flows from 21 to the second storage battery 22 via the inverter 30 and the connection path 60.
  • the SOCs of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 are large. It is possible to suppress the variation.
  • the rated voltage of each of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 is 400V. Therefore, the rated voltage of the assembled battery 20 is set to 800V.
  • the second storage battery 22 (corresponding to the "target battery") can be connected to the first charger 121 provided outside the vehicle, and the series connection body of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 is connected to the outside of the vehicle. It is possible to connect to the provided second charger 122.
  • the charging voltage of the second charger 122 is set higher than the charging voltage of the first charger 121.
  • the first charger 121 is compatible with quick charging
  • the second charger 122 is compatible with ultra-rapid charging.
  • the positive electrode side of the first charger 121 can be connected to the intermediate terminal B via the first switch SW1.
  • the negative electrode side of each of the first charger 121 and the second charger 122 can be connected to the negative electrode side of the second storage battery 22 via the second switch SW2.
  • the positive electrode side of the second charger 122 can be connected to the positive electrode side of the first storage battery 21 via the third switch SW3.
  • the first to third switches SW1 to SW3 are turned on or off by the control device 70.
  • step S30 it is determined whether or not there is a request for quick charging of the second storage battery 22 by the first charger 121.
  • step S30 If an affirmative determination is made in step S30, it is determined that there is an equalization request, and the process proceeds to step S31.
  • step S31 the first and second switches SW1 and SW2 are turned on, and the third switch SW3 is turned off. Also, the connection switch 61 is turned on.
  • step S32 switching control of each switch QUAH to QWL for three phases is performed so that a current flows from the second storage battery 22 to the first storage battery 21 via the inverter 30 and the connection path 60.
  • the assembled battery 20 can be properly charged by the first charger 121 while equalizing the terminal voltages of the first storage battery 21 and the second storage battery 22. it can.
  • FIG. 16 shows the transition of each waveform when the process of step S32 is performed. 16 (a) to 16 (d) correspond to the above 9 (a) to 9 (d).
  • step S30 If a negative determination is made in step S30, the process proceeds to step S33 to determine whether or not there is a request for ultra-rapid charging of the assembled battery 20 by the second charger 122.
  • step S32 If an affirmative judgment is made in step S32, the process proceeds to step S34, the second and third switches SW2 and SW3 are turned on, and the first switch SW1 is turned off. Also, the connection switch 61 is turned on. As a result, the assembled battery 20 is charged by the second charger 122.
  • step S33 If a negative determination is made in step S33, the first to third switches SW1 to SW3 and the connection switch 61 may be turned off.
  • the assembled battery 20 can be charged by the rapid charging of 400V by performing the equalization control.
  • the electric compressor 110 and the DCDC converter 111 can be connected in parallel to the second storage battery 22.
  • a high-voltage electric load corresponding to 400 V can be diverted in a system corresponding to ultra-rapid charging of 800 V. That is, the input voltage of the high-voltage electric load can be halved in the system corresponding to the ultra-rapid charging of 800 V.
  • the charging target of the first charger 121 may be the first storage battery 21 instead of the second storage battery 22.
  • FIG. 17 shows a power conversion device in the case of five phases.
  • the same components as those shown in FIG. 1 above are designated by the same reference numerals for convenience.
  • the installation location of the current sensor that detects the current flowing through the neutral point O is not limited to that illustrated in FIG.
  • a current sensor may be provided in each of the conductive members 32U, 32V, 32W in FIG.
  • the total value of the currents detected by the current sensors of the conductive members 32U, 32V, and 32W at the time of equalization control may be the neutral point current IMr.
  • the control device 70 does not have to synchronize the switching control of the upper arm switches QUAH, QVH, and QWH of all phases in the equalization control, and also controls the switching of the lower arm switches QUAL, QVL, and QWL of all phases. It does not have to be synchronized.
  • connection switch 61 is not limited to the relay.
  • connection switch 61 for example, a pair of N-channel MOSFETs in which sources are connected to each other or an IGBT may be used.
  • connection switch 61 is not essential. In this case, the intermediate terminal B and the neutral point O are always electrically connected.
  • the lower arm switch that constitutes the inverter is not limited to the IGBT, and may be, for example, an N-channel MOSFET.
  • the first storage battery and the second storage battery do not have to constitute an assembled battery.
  • energy is transferred between the first storage battery 21 and the second storage battery 22 for the purpose of equalizing the terminal voltages of the first storage battery 21 and the second storage battery 22. Not limited to this, energy may be exchanged between the first storage battery 21 and the second storage battery 22 without the purpose of equalizing the terminal voltage.
  • the command value setting unit 91 calculates, for example, an energy target value to be transferred from one of the first storage battery 21 and the second storage battery 22 to the other, and the calculated energy target value is calculated.
  • the neutral point command current IM * may be set based on.
  • the command value setting unit 91 transfers energy from the first storage battery 21 to the second storage battery 22, it calculates a positive energy target value, and the larger the positive energy target value, the more neutral it is. Set the point command current IM * to a large value.
  • the command value setting unit 91 transfers energy from the second storage battery 22 to the first storage battery 21, it calculates a negative energy target value, and the larger the absolute value of the negative energy target value, the more the neutral point. Set a large absolute value of the command current IM *.
  • the controls and methods thereof described in the present disclosure are provided by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized. Alternatively, the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and method thereof described in the present disclosure may be a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.

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Abstract

電力変換装置（１０）は、直列接続された第１蓄電池（２１）及び第２蓄電池（２２）において第１蓄電池の負極側及び第２蓄電池の正極側と、回転電機（４０）の巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ，４１Ｘ，４１Ｙ）の中性点（Ｏ）とを電気的に接続する接続経路（６０）と、インバータ（３０）、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すことにより第１蓄電池と第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、インバータの上アームスイッチ（ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＸＨ，ＱＹＨ）及び下アームスイッチ（ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ，ＱＸＬ，ＱＹＬ）のスイッチング制御を行う制御部（７０）と、を備える。

Description

電力変換装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年１０月３日に出願された日本出願番号２０１９－１８３１１７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、電力変換装置に関する。
　従来、特許文献１に見られるように、組電池を構成する各電池セルの端子電圧を均等化する電圧均等化装置が知られている。詳しくは、この装置は、隣り合う２つの電池セルに対応した２つのスイッチ素子と、リアクトルとを備えている。各スイッチ素子及びリアクトルにより昇降圧コンバータが形成され、このコンバータの動作により、各電池セルの間でエネルギの授受を行うことにより、各電池セルの端子電圧を均等化する。
特開２０１３－２４７６９０号公報
　特許文献１に記載の装置では、各電池セルの間でエネルギの授受を行うための専用のスイッチ素子及びリアクトルが必要となる。このため、装置が大型化する懸念がある。
　本開示は、小型化を図ることができる電力変換装置を提供することを主たる目的とする。
　本開示は、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すことにより前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、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。
　本開示では、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、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すことにより第１蓄電池と第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うことができる。
　以上説明した本開示によれば、回転電機の巻線及びインバータを流用して、第１蓄電池と第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うことができる。このため、電力変換装置の小型化を図ることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図２は、制御装置の処理手順を示すフローチャートであり、 図３は、等価回路を示す図であり、 図４は、停車時における制御装置の処理を示すブロック図であり、 図５は、指令電流の設定方法を示す図であり、 図６は、回転電機駆動時における制御装置の処理を示すブロック図であり、 図７は、第１蓄電池から第２蓄電池へ電力伝送する場合の変調率の推移を示すタイムチャートであり、 図８は、第２蓄電池から第１蓄電池へ電力伝送する場合の変調率の推移を示すタイムチャートであり、 図９は、第１蓄電池から第２蓄電池へ電力伝送する場合の相電流等の推移を示すタイムチャートであり、 図１０は、第２蓄電池から第１蓄電池へ電力伝送する場合の相電流等の推移を示すタイムチャートであり、 図１１は、第２実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図１２は、第３実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図１３は、第４実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図１４は、第５実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図１５は、制御装置の処理手順を示すフローチャートであり、 図１６は、外部の充電器からの充電中における相電流等の推移を示すタイムチャートであり、 図１７は、その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
　＜第１実施形態＞
　以下、本開示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、上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨと下アームスイッチ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。
　本実施形態では、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、ＳＯＣ、ＳＯＨ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、電流センサ６２と、相電流センサ６３とを備えている。電流センサ６２は、接続経路６０に流れる電流を検出する。相電流センサ６３は、少なくとも２相分の相電流を検出する。相電流センサ６３は、例えば、各導電部材３２Ｕ～３２Ｗのうち少なくとも２相分の導電部材に流れる電流を検出する。各電流センサ６２，６３の検出値は、電力変換装置１０が備える制御装置７０（制御部に相当）に入力される。
　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、上アームスイッチと下アームスイッチと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により実行される均等化制御について説明する。図２は、均等化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それぞれの端子電圧の均等化要求があるか否かを判定する。本実施形態では、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との差の絶対値が所定値ΔＶを超えていると判定した場合、均等化要求があると判断する。ここで、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とは、監視ユニット５０から取得すればよい。
　ステップＳ１０において均等化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。本実施形態において、この駆動要求には、回転電機４０の回転駆動により車両を走行させる要求が含まれる。
　ステップＳ１１において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。このモードを設定することにより、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬがオフされる。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において駆動要求があると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、回転電機４０の駆動モードに設定する。そして、ステップＳ１６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を介して電気的に接続される。その後、ステップＳ１６において、回転電機４０を回転駆動させるべく、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において均等化要求があると判定した場合には、ステップＳ１７に進み、均等化制御モードに設定する。ステップＳ１８では、接続スイッチ６１をオンする。
　ステップＳ１９では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧を均等化する均等化制御を行う。以下、この制御について説明する。
　図３（ａ）に、均等化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、ＩＢＬは第２蓄電池２２に流れる電流を示す。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、ＩＲは中性点Ｏに流れる電流を示す。巻線４１から中間端子Ｂへと向かう正方向に中性点Ｏに電流が流れる場合にＩＲは負となり、その逆方向に中性点Ｏに電流が流れる場合にＩＲは正となる。
　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に負方向に励磁電流を流すことができる。
　図４に、均等化制御のブロック図を示す。図４は、回転電機４０の駆動前における車両の停車中に実施される均等化制御の制御ブロックである。
　制御装置７０は、均等化制御部９０を備えている。均等化制御部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。詳しくは、指令値設定部９１は、第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨから第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬを減算することにより、判定電圧Ｖｊ（＝ＶＢＨ－ＶＢＬ）を算出する。指令値設定部９１は、算出した判定電圧Ｖｊが正の値の場合、中性点指令電流ＩＭ＊を正の値に設定し、詳しくは、図５に示すように、判定電圧Ｖｊが高いほど中性点指令電流ＩＭ＊を大きく設定する。
　指令値設定部９１は、算出した判定電圧Ｖｊが負の値の場合、中性点指令電流ＩＭ＊を負の値に設定し、詳しくは、判定電圧Ｖｊの絶対値が大きいほど中性点指令電流ＩＭ＊の絶対値を大きく設定する。
　中性点偏差算出部９２は、中性点指令電流ＩＭ＊から、電流センサ６２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。本実施形態において、中性点指令電流ＩＭ＊は直流信号である。
　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。図４の処理においては、停車中であるため、各相指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが０とされる。このため、各相最終指令電圧はオフセット補正量ＣＦとなる。
　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、３相分のスイッチ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。
　均等化制御は、停車中のみならず、回転電機４０が駆動されて車両が走行している場合においても実施することができる。図６は、その場合に実施される均等化制御の制御ブロックである。なお、図６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。
　制御装置７０において、ｄ軸偏差算出部１００ｄ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１００ｑ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軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊は、回転電機４０の指令トルクに基づいて設定される。また、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、相電流センサ６３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１０１ｄは、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１０１ｑは、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１０１ｄ，１０１ｑ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１０２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。各相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは、電気角で１２０度ずつ位相がずれた信号（具体的には正弦波状の信号）である。
　３相変換部１０２で算出されたＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗには、Ｕ～Ｗ相重畳部９４Ｕ～９４Ｗにおいてオフセット補正量ＣＦが加算される。これにより、Ｕ～Ｗ相最終指令電圧が算出される。
　ここで、図７に、中性点指令電流ＩＭ＊が正の場合における各相変調率Ｍｕ～Ｍｗの推移を示す。この場合、第１蓄電池２１から第２蓄電池２２へと電流が供給され、各蓄電池２１，２２の端子電圧が均等化される。
　図８に、中性点指令電流ＩＭ＊が負の場合における各相変調率Ｍｕ～Ｍｗの推移を示す。この場合、第２蓄電池２２から第１蓄電池２１へと電流が供給され、各蓄電池２１，２２の端子電圧が均等化される。
　図９に、中性点指令電流ＩＭ＊が正の値に設定される場合の各波形を示す。図９（ａ）は各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの推移を示し、図９（ｂ）は中性点電流ＩＭｒの推移を示し、図９（ｃ）は第１蓄電池２１に流れる電流ＩＢＨの推移を示し、図９（ｄ）は第２蓄電池２２に流れる電流ＩＢＬの推移を示す。一方、図１０に、中性点指令電流ＩＭ＊が負の値に設定される場合の各波形を示す。図１０（ａ）～（ｄ）は、先の図９（ａ）～（ｄ）に対応している。図９（ｂ）及び図１０（ｂ）それぞれに示すように、接続経路６０に直流電流が流れている。
　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。
　中間端子Ｂと中性点Ｏ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、均等化要求があると判定された場合、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、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て第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧を均等化することができる。このように、既存の巻線４１Ｕ～４１Ｗ及びインバータ３０を流用して、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧を均等化することができる。このため、均等化のための専用のリアクトルを追加する必要がないため、電力変換装置１０の小型化を図ることができる。
　均等化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、均等化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、均等化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。
　回転電機４０の駆動中に均等化要求があると判定された場合、回転電機４０を駆動しつつ第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧を均等化すべく、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御が行われる。これにより、回転電機４０の駆動制御と均等化制御とを両立させることができる。
　均等化制御において、全相の上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのスイッチング制御を同期させ、また、全相の下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのスイッチング制御を同期させる。これにより、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、巻線が並列接続された等価回路とみなすことができる。このため、均等化制御時における巻線のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬの１スイッチング周期において中性点Ｏに流れる電流の変化量を大きくすることができ、例えば停車中において、大きな電流で均等化制御を行うことができる。
　＜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。本実施形態では、図１１に示すように、第２蓄電池２２に、高圧電気負荷としての電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１が並列接続されている。なお、図１１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。
　電動コンプレッサ１１０は、車室内の空調のために設けられ、冷凍サイクルの冷媒を循環させるために駆動される。ＤＣＤＣコンバータ１１１は、第２蓄電池２２の出力電圧を降圧して低圧蓄電池１２０に供給するために駆動される。低圧蓄電池１２０は、例えば、定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池である。
　本実施形態において、制御装置７０は、電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１の少なくとも一方が駆動されていると判定した場合、均等化要求があると判定する。制御装置７０は、均等化要求があると判定した場合、第１蓄電池２１からインバータ３０及び接続経路６０を介して第２蓄電池２２に電流を流すように各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行うことにより、第２蓄電池２２及び第１蓄電池２１それぞれの端子電圧を均等化する。
　以上説明した本実施形態によれば、電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１の少なくとも一方の駆動により第２蓄電池２２から電力が持ち出される場合であっても、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれのＳＯＣが大きくばらつくことを抑制できる。
　＜第３実施形態＞
　以下、第３実施形態について、第２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、図１２に示すように、第１蓄電池２１に電動コンプレッサ１１０が並列接続され、第２蓄電池２２にＤＣＤＣコンバータ１１１が並列接続されている。なお、図１２において、先の図１１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。
　制御装置７０は、電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１の少なくとも一方が駆動されていると判定した場合、均等化要求があると判定する。制御装置７０は、均等化要求があると判定した場合、第２蓄電池２２及び第１蓄電池２１それぞれの端子電圧を均等化するための電流を、インバータ３０及び接続経路６０を介して第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間に流すように各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。
　例えば、制御装置７０は、電動コンプレッサ１１０の駆動により第１蓄電池２１から持ち出される電力が、ＤＣＤＣコンバータ１１１の駆動により第２蓄電池２２から持ち出される電力よりも大きいと判定した場合、第２蓄電池２２からインバータ３０及び接続経路６０を介して第１蓄電池２１に電流を流すように各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。また、例えば、制御装置７０は、ＤＣＤＣコンバータ１１１の駆動により第２蓄電池２２から持ち出される電力が、電動コンプレッサ１１０の駆動により第１蓄電池２１から持ち出される電力よりも大きいと判定した場合、第１蓄電池２１からインバータ３０及び接続経路６０を介して第２蓄電池２２に電流を流すように各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。
　以上説明した本実施形態によれば、電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１それぞれが持ち出す電力、駆動タイミング又は稼働率等が異なる場合であっても、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれのＳＯＣが大きくばらつくことを抑制できる。
　＜第４実施形態＞
　以下、第４実施形態について、第２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、図１３に示すように、第１蓄電池２１に、電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１が並列接続されている。なお、図１３において、先の図１１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。
　以上説明した本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
　＜第５実施形態＞
　以下、第５実施形態について、図１４を用いて、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１４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。
　本実施形態において、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの定格電圧は４００Ｖとされている。このため、組電池２０の定格電圧は８００Ｖとされている。
　第２蓄電池２２（「対象電池」に相当）は、車両外部に設けられる第１充電器１２１に接続可能とされており、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２の直列接続体は、車両外部に設けられる第２充電器１２２に接続可能とされている。第２充電器１２２の充電電圧は、第１充電器１２１の充電電圧よりも高く設定されている。第１充電器１２１は、急速充電に対応しており、第２充電器１２２は、超急速充電に対応している。
　中間端子Ｂには、第１スイッチＳＷ１を介して第１充電器１２１の正極側が接続可能とされている。第２蓄電池２２の負極側には、第２スイッチＳＷ２を介して第１充電器１２１及び第２充電器１２２それぞれの負極側が接続可能とされている。第１蓄電池２１の正極側には、第３スイッチＳＷ３を介して第２充電器１２２の正極側が接続可能とされている。本実施形態では、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３が制御装置７０によりオン又はオフされる。
　図１５を用いて、本実施形態にかかる均等化制御処理の手順について説明する。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Ｓ３０では、第１充電器１２１による第２蓄電池２２の急速充電の実施要求があるか否かを判定する。
　ステップＳ３０において肯定判定した場合には、均等化要求があると判定し、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンし、第３スイッチＳＷ３をオフする。また、接続スイッチ６１をオンする。
　ステップＳ３２では、第２蓄電池２２から第１蓄電池２１へとインバータ３０及び接続経路６０を介して電流を流すように、３相分の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。これにより、第２充電器１２２が無い場合であっても、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧を均等化しつつ、第１充電器１２１により組電池２０を適正に充電することができる。図１６に、ステップＳ３２の処理が行われる場合における各波形の推移を示す。図１６（ａ）～（ｄ）は、先の図９（ａ）～（ｄ）に対応している。
　ステップＳ３０において否定判定した場合には、ステップＳ３３に進み、第２充電器１２２による組電池２０の超急速充電の実施要求があるか否かを判定する。
　ステップＳ３２において肯定判定した場合には、ステップＳ３４に進み、第２，第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンし、第１スイッチＳＷ１をオフする。また、接続スイッチ６１をオンする。これにより、第２充電器１２２により組電池２０が充電される。
　なお、ステップＳ３３において否定判定した場合には、第１～第３スイッチＳＷ１～ＳＷ３及び接続スイッチ６１をオフすればよい。
　以上説明した本実施形態によれば、８００Ｖの超急速充電に対応したシステムにおいて、均等化制御が実施されることにより、４００Ｖの急速充電で組電池２０を充電することができる。
　また、本実施形態において、例えば第２蓄電池２２に電動コンプレッサ１１０及びＤＣＤＣコンバータ１１１を並列接続することができる。この場合、８００Ｖの超急速充電に対応したシステムにおいて、４００Ｖに対応した高圧電気負荷を流用することができる。つまり、８００Ｖの超急速充電に対応したシステムにおいて、高圧電気負荷の入力電圧を半減させることができる。
　＜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。
　・第５実施形態の図１４に示す構成において、第１充電器１２１の充電対象が、第２蓄電池２２ではなく第１蓄電池２１とされていてもよい。
　・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１７に、５相の場合における電力変換装置を示す。図１７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１７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。
　・中性点Ｏに流れる電流を検出する電流センサの設置場所は、図１に例示したものに限らない。例えば、図１の各導電部材３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗに電流センサが設けられていてもよい。この場合、均等化制御時において、各導電部材３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの電流センサにより検出された電流の合計値を中性点電流ＩＭｒとすればよい。
　・制御装置７０は、均等化制御において、全相の上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのスイッチング制御を同期させなくてもよく、また、全相の下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのスイッチング制御を同期させなくてもよい。
　・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。
　・接続スイッチ６１は必須ではない。この場合、中間端子Ｂと中性点Ｏが常時電気的に接続されることとなる。
　・インバータを構成する上，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。
　・第１蓄電池及び第２蓄電池が組電池を構成していなくてもよい。
　・上記各実施形態では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧の均等化を目的として、第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間でエネルギの授受が行われたがこれに限らず、端子電圧の均等化を目的とすることなく、第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間でエネルギの授受が行われてもよい。
　この場合、例えば、第１実施形態において、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧の均等化要求があるか否かの判定に代えて、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、一方から他方へのエネルギ授受の要求があるか否かの判定が実施される。この要求があると判定された場合、指令値設定部９１は、例えば、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、一方から他方へと授受するエネルギ目標値を算出し、算出したエネルギ目標値に基づいて中性点指令電流ＩＭ＊を設定してもよい。具体的には例えば、指令値設定部９１は、第１蓄電池２１から第２蓄電池２２へとエネルギを授受する場合、正のエネルギ目標値を算出し、正のエネルギ目標値が大きいほど、中性点指令電流ＩＭ＊を大きく設定する。一方、指令値設定部９１は、第２蓄電池２２から第１蓄電池２１へとエネルギを授受する場合、負のエネルギ目標値を算出し、負のエネルギ目標値の絶対値が大きいほど、中性点指令電流ＩＭ＊の絶対値を大きく設定する。
　・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。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (11)

  1. 　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すことにより前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、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。
  2. 　前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行う要求があるか否かを判定する要求判定部を備え、
    　前記制御部は、前記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すことにより前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、前記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。
  3. 　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２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の少なくとも一方に並列接続された電気負荷（１１０，１１１）を備える請求項２又は３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記要求判定部は、前記電気負荷が駆動されている場合、前記要求があると判定する請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のいずれかである対象電池（２２）が外部の第１充電器（１２１）により充電可能とされており、
    　前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の直列接続体が外部の第２充電器（１２２）により充電可能とされており、
    　前記第２充電器の充電電圧は、前記第１充電器の充電電圧よりも高く設定されている請求項２～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記要求判定部は、前記第１充電器により前記対象電池が充電されている場合、前記要求があると判定する請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記制御部は、前記回転電機の駆動中に前記要求があると判定された場合、前記回転電機を駆動しつつ前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、前記スイッチング制御を行う請求項２～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　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を流すことにより前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うべく、全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同期させる請求項２～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記要求判定部は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池それぞれの端子電圧の均等化要求があるか否かを判定し、
    　前記制御部は、前記均等化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すことにより前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池それぞれの端子電圧を均等化すべく、前記スイッチング制御を行う請求項２～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  11. 　前記制御部は、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との間でエネルギの授受を行うために前記接続経路に直流電流が流れるように前記スイッチング制御を行う請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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