JP7564759B2 - 電力変換装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置、及びプログラムに関する。

従来、インバータと、インバータに接続された回転電機とを備える電力変換装置が知られている。回転電機の巻線に通電されて回転電機が駆動されている場合において、回転電機の出力トルクと回転電機のロータに作用する負荷トルクとが釣り合うと、ロータの回転が停止する。この場合、回転電機の電気角が変化しなくなり、各相のうちいずれかの相の巻線に電流が集中し得る。その結果、インバータを構成するスイッチが過熱状態となり、インバータの信頼性が低下する懸念がある。なお、ロータが極低速回転する場合にも、各相のうちいずれかの相の巻線に電流が集中し得る。

特許文献１には、回転電機の駆動中において、ロータの回転が停止したり、ロータが極低速回転したりするモータロック状態になる期間にわたって、回転電機の指令トルクを低下させる技術が開示されている。指令トルクの低下により、各相の巻線に流れる電流が減少させる。

特開２０１２－２２８０９８号公報

モータロック状態となる期間にわたって指令トルクが低下させられると、各相の巻線に流れる電流は低下するものの、回転電機の出力トルクの低下も大きくなってしまう。このため、回転電機の駆動中に電流集中が発生する場合においてインバータを保護する技術については、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、回転電機の駆動中に電流集中が発生する場合において、インバータを適正に保護することができる電力変換装置及びプログラムを提供することを主たる目的とする。

本発明は、上，下アームスイッチの直列接続体を有し、該直列接続体が第１蓄電部及び第２蓄電部の直列接続体に並列接続されるインバータと、
前記インバータに電気的に接続された巻線を有する回転電機と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、
各相のうち少なくとも１相の前記巻線に流れる電流の絶対値が電流閾値を超えたと判定したことを条件として、各相のうち前記巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相の前記巻線に流れる電流の絶対値を低下させつつ、各相の前記巻線に流れる電流の絶対値を互いに近づけるように各相の前記巻線及び前記接続経路に電流を流すための前記上，下アームスイッチのスイッチング制御であるバランス制御を行う制御部と、を備える。

本発明の上記バランス制御によれば、電流集中が発生し、各相のうち少なくとも１相の巻線に流れる電流の絶対値が電流閾値を超えた状況において、各相のうち巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相の巻線に流れる電流の絶対値を低下させることができる。このため、インバータの信頼性が低下する事態の発生を抑制できる。

また、接続経路に電流を流すことにより、各相のうち電流の絶対値を低下させた相以外の相において巻線に流れる電流の絶対値を大きくし、各相の巻線に流れる電流の絶対値を互いに近づけることができる。このため、特許文献１に記載の技術と比較して、回転電機の出力トルクの低下を抑制したり、出力トルクを維持したりすることができる。

このように、本発明によれば、回転電機の駆動中に電流集中が発生する場合において、トルク低下の影響を抑制しつつ、インバータを適正に保護することができる。

電力変換装置の構成図。 制御装置の処理を示すブロック図。 電池温度Ｔｄ及び電流制限値Ｉｌｉｍの関係を示す図。 ＳＯＣ及び電流制限値Ｉｌｉｍの関係を示す図。 バランス制御処理を含む制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。 バランス制御が行われる場合における各相電流の推移を示すタイムチャート。 比較例における各相電流の推移を示すタイムチャート。 バランス制御を説明するための回路図。 バランス制御が行われる場合における各相電流、中性点電流及び出力トルクの計算結果を示すタイムチャート。 回転電機の電流位相の変更態様を説明するための図。 電流位相が変更された場合における各相電流の推移を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。

以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した一実施形態について、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、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されている。

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、単電池である電池セルの直列接続体として構成されている。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）は、例えば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（「第１蓄電部」に相当）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（「第２蓄電部」に相当）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。

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。監視ユニット５０の監視情報は、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。

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、制御装置７０に入力される。

制御装置７０は、マイコン７０ａを主体として構成され、マイコン７０ａは、ＣＰＵを備えている。マイコン７０ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン７０ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン７０ａは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、後述する図２～図５等に示す処理のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。

制御装置７０は、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。本実施形態において、制御量はトルクである。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をオン又はオフし、また、監視ユニット５０と通信可能とされている。

図２に、制御装置７０が実行する処理のブロック図を示す。

ｄ軸偏差算出部７１ｄ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７１ｑ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の制御量の指令値（以下、指令トルクＴｒｑ＊）に基づいて設定される。また、本実施形態において、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊は、最大トルク最小電流制御（ＭＴＰＡ）により設定される。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。

なお、指令トルクＴｒｑ＊は、車両ユーザのアクセル操作部材（例えば、アクセルペダル）の操作量に基づいて設定される。

ｄ軸制御部７２ｄ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７２ｑ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７２ｄ，７２ｑ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７３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（具体的には例えば、正弦波状の信号）である。

Ｕ相重畳部７４Ｕ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７４Ｖ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７４Ｗ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。なお、オフセット補正量ＣＦの算出方法については、後に詳述する。

なお、制御装置７０は、車両の走行要求信号を取得した場合、回転電機４０の駆動要求があると判定し、回転電機４０のロータを回転駆動させるためのスイッチング制御を行う。この場合、上述したように、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となる。一方、車両が停車中の場合、指令トルクＴｒｑ＊が０にされ、各相指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが０となる。このため、各相の最終指令電圧はオフセット補正量ＣＦとなる。

Ｕ相変調部７５Ｕは、Ｕ相最終指令電圧「Ｖｕ＋ＣＦ」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７５Ｖは、Ｖ相最終指令電圧「Ｖｖ＋ＣＦ」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７５Ｗは、Ｗ相最終指令電圧「Ｖｗ＋ＣＦ」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。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相比較部７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗの非反転入力端子には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗが入力される。Ｕ，Ｖ，Ｗ相比較部７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗの反転入力端子には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相キャリア生成部７７Ｕ、７７Ｖ，７７Ｗにより生成されたＵ，Ｖ，Ｗ相キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗが入力される。本実施形態において、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗは、漸増速度と漸減速度とが等しい三角波信号である。また、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗの振幅を１とする。各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗは、０を中心として、－１から１までの範囲の値を取る。本実施形態では、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗが共通のキャリア信号であるとする。

制御装置７０は、Ｕ相比較部７６Ｕから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｕ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのゲート信号を生成し、生成したゲート信号をＵ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのゲートに供給する。これにより、Ｕ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのスイッチング制御が行われる。同様に、制御装置７０は、Ｖ相比較部７６Ｖから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｖ相上，下アームスイッチＱＶＨ，ＱＶＬのスイッチング制御を行い、Ｗ相比較部７６Ｗから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｗ相上，下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬのスイッチング制御を行う。

上記オフセット補正量ＣＦは、電流バランス制御のために必要なパラメータである。以下、オフセット補正量ＣＦを算出するための構成について説明する。

指令値算出部８１は、相電流センサ６３の検出値に基づいて、中性点指令電流ＩＭ＊を算出する。中性点指令電流ＩＭ＊は、後述するモータロック状態となった場合において、各相電流の絶対値を等しくするために接続経路６０に流す電流の直流指令値である。中性点指令電流ＩＭ＊は、３相のうち巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相における相電流絶対値の低下量に相当し、また、残り２相における相電流絶対値の増加量の加算値に相当する。

制限部８２は、指令値算出部８１により算出された中性点指令電流ＩＭ＊の絶対値が電流制限値Ｉｌｉｍを超える場合、中性点指令電流ＩＭ＊の絶対値を電流制限値Ｉｌｉｍにして出力する。

制限部８２は、図３に示すように、監視ユニット５０から取得した組電池２０の温度（以下、電池温度Ｔｄ）が温度判定値Ｔｔｈ以上の場合、電流制限値Ｉｌｉｍを一定値にする。一方、電池温度Ｔｄが温度判定値Ｔｔｈを下回る場合、電池温度Ｔｄが低いほど、電流制限値Ｉｌｉｍを連続的又は段階的に小さくし、電池温度Ｔｄが所定温度になる場合に電流制限値Ｉｌｉｍを０にする。温度判定値Ｔｔｈは、低温環境下における組電池２０の劣化を抑制する観点から設定される。

組電池２０の低温時において接続経路６０を介して組電池２０に電流の直流成分が流れると、組電池２０の劣化が促進されてしまう。特に、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、上記直流成分により充電される側の蓄電池の劣化が促進されてしまう。そこで、電池温度Ｔｄに基づく電流制限値Ｉｌｉｍが設定されることにより、低温時における組電池２０の劣化を抑制する。

制限部８２は、図４に示すように、監視ユニット５０から取得した組電池２０のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓｔｈ以下の場合、電流制限値Ｉｌｉｍを一定値にする。一方、ＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓｔｈを超える場合、ＳＯＣが高いほど、電流制限値Ｉｌｉｍを連続的又は段階的に小さくし、ＳＯＣが所定ＳＯＣになる場合に電流制限値Ｉｌｉｍを０にする。ＳＯＣ判定値Ｓｔｈは、組電池２０の劣化を抑制する観点から設定される。ＳＯＣ判定値Ｓｔｈの設定に用いられるＳＯＣは、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、接続経路６０により電流を流すことにより充電される側の蓄電池のＳＯＣである。

蓄電池のＳＯＣが高い状態で蓄電池が充電されると、蓄電池の劣化が促進されてしまう。そこで、ＳＯＣに基づく電流制限値Ｉｌｉｍが設定されることにより、組電池２０の劣化を抑制する。なお、電流制限値Ｉｌｉｍの設定に用いられる蓄電量を示すパラメータとして、ＳＯＣに代えて、端子電圧又は電池容量［Ａｈ］が用いられてもよい。

中性点偏差算出部８３は、制限部８２から出力された中性点指令電流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。

中性点制御部８４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。

続いて、図５を用いて、制御装置７０により実行されるバランス制御の手順について説明する。

ステップＳ１０では、回転電機４０のロータの回転速度Ｎｍが速度閾値Ｎｔｈを下回るか否かを判定する。速度閾値Ｎｔｈは、ロータが回転停止状態、又は回転停止状態に近い状態でロータが回転する極低速回転状態であることを判定できる値に設定されている。なお、回転速度Ｎｍは、例えば、上記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、速度閾値Ｎｔｈと比較される値は、例えば、回転電機４０の電気角速度であってもよい。ステップＳ１０の条件は、バランス制御の実行条件の１つである。

ステップＳ１０において回転速度Ｎｍが速度閾値Ｎｔｈ以上であると判定した場合には、中性点指令電流ＩＭ＊を０にするとともに、接続スイッチ６１をオフにし、図２に示す処理を行う。

一方、ステップＳ１０において回転速度Ｎｍが速度閾値Ｎｔｈを下回ると判定した場合には、ステップＳ１１に進み、バランス制御の実行条件である第１条件及び第２条件の双方が成立しているか否かを判定する。

第１条件は、指令トルクＴｒｑ＊がトルク閾値Ｔｒｑｔｈを上回っているとの条件である。ここで、トルク閾値Ｔｒｑｔｈは、例えば回転電機４０の連続許容トルクに設定されればよい。

第２条件は、インバータ３０から回転電機４０の巻線への出力電流Ｉｉｎｖが電流閾値Ｉｔｈを上回っているとの条件である。ここで、電流閾値Ｉｔｈは、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬの信頼性の低下を防止する観点から設定され、例えば各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬの許容上限電流に設定されている。出力電流Ｉｉｎｖとしては、例えば、相電流センサ６３により検出された相電流のピーク値、相電流の実効値、又は回転電機４０の巻線に流れる電流ベクトルの振幅を用いることができる。

なお、ステップＳ１１において、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのうち少なくとも１つの温度が温度閾値を超えるとの第３条件が追加されてもよい。

ステップＳ１１において第１，第２条件の双方が成立していると判定した場合には、モータロック状態であると判定し、接続スイッチ６１をオンに切り替える。バランス制御の実行時においてのみ接続スイッチ６１をオンするため、電力変換装置１０の効率の低下を抑制できる。

モータロック状態は、例えば、車両が上り勾配の走行路面にある場合において、ユーザのアクセルペダル操作により、車両の走行速度が０近傍になることにより発生し得る。また、モータロック状態は、例えば、車両が段差を乗り越える場合に発生し得る。

続くステップＳ１２では、相電流センサ６３の検出値に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗそれぞれに相電流が流れているか否かを判定する。

ステップＳ１２においてＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗそれぞれに相電流が流れていると判定した場合には、ステップＳ１３に進み、図２に示す処理により中性点指令電流ＩＭ＊を算出する。そして、中性点電流ＩＭｒを中性点指令電流ＩＭ＊にフィードバック制御するとともに、回転電機４０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御すべく、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。つまり、バランス制御を行う。

図６に、バランス制御が行われる場合における各相電流の推移を示す。

時刻ｔ１においてモータロック状態になったと判定される。このため、バランス制御が開始され、中性点電流ＩＭｒが中性点指令電流ＩＭ＊に制御される。その結果、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの絶対値が等しくされる。図６に示す例では、時刻ｔ１においてＵ相電流ＩＵｒの絶対値がＩであるとする。バランス制御により、Ｕ相電流ＩＵｒの絶対値がＩ／４低下し、Ｕ相電流ＩＵｒの絶対値が３Ｉ／４となる。また、接続経路６０に３Ｉ／４の電流が流れることにより、Ｖ，Ｗ相電流ＩＶｒ，ＩＷｒが３Ｉ／４となる。

ちなみに、図７には、バランス制御が行われない比較例における各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの推移を示す。比較例では、Ｕ相電流ＩＵｒの絶対値がＩに維持されたままとなり、インバータ３０の信頼性が低下してしまう。

バランス制御について、図８を用いてさらに説明する。図８（ａ）は、モータロック状態になった場合において、Ｕ相巻線４１Ｕに電流が集中しているときを示している。この状態でバランス制御が行われると、図８（ｂ）に示すように、中性点Ｏ側に向かう方向に接続経路６０に電流「３Ｉ／４」が流れる。これにより、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒがＩ／４オフセットする。接続経路６０に流れる電流がＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗに分配されることにより、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの絶対値を均等化することができる。これにより、電流集中を解消することができる。

図９にバランス制御が行われる場合の計算結果を示す。図９（ａ）は各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒ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）は回転電機４０の出力トルクの推移を示す。図９において、時刻ｔ１は、モータロック状態であると判定されたタイミングである。バランス制御が行われる場合であっても、出力トルクが維持されている。

ちなみに、接続経路６０の電流許容値を、正極側母線Ｌｐ及び負極側母線Ｌｎの電流許容値以下にしてもよい。これにより、接続経路６０の断面積を小さくできる等、接続経路６０の体格及び重量を小さくできる。

先の図５の説明に戻り、バランス制御を行っている場合において、ステップＳ１０又はＳ１１で否定判定すると、モータロック状態が解消したと判定し、バランス制御を停止する。これにより、接続スイッチ６１がオフに切り替えられ、接続経路６０に電流が流れなくなる。

ステップＳ１２においていずれかの相に相電流が流れていないと判定した場合には、ステップＳ１４に進み、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御態様を変更することにより、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの絶対値を０以外の値にする。その後、ステップＳ１３に進み、バランス制御を行う。

モータロック状態になった場合において、各相のいずれかに電流が流れていない場合、残り２相の電流の絶対値は同じ又は同等になる。バランス制御では、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒを「ＩＭｒ／３」ずつしかオフセットできないため、バランス制御によって相電流絶対値がかえって増加してしまうおそれがある。このような事態の発生を抑制すべく、ステップＳ１４の処理を行う。

図１０を用いて、スイッチング制御態様の変更方法について説明する。図１０は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑで規定される座標系を示す。図１０において、ＣＰは、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊で定まる現在の電流ベクトルの先端（つまり、動作点）を示し、βは電流ベクトルの位相（以下、電流位相）を示す。ＣＩは、現在の電流ベクトルの大きさで規定される電流円を示し、Ｃｍｔｐａは、最大トルク最小電流制御により定まるｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を示し、Ｃｔｒは、現在の動作点ＣＰに対応する等トルク線を示す。

スイッチング制御態様の変更方法としては、例えば以下に説明するものが挙げられる。

・動作点ＣＰを等トルク線Ｃｔｒ上に位置させることを条件として、電流位相βを、最大トルク最小電流制御により定まる電流位相から変更する。この場合、電流位相βの変更前後において出力トルクの変化を抑制できる。

・動作点ＣＰを電流円ＣＩ上に位置させることを条件として、電流位相βを、最大トルク最小電流制御により定まる電流位相から変更する。

ステップＳ１４の処理によれば、図１１に示すように、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗに電流が流れる状態になる。図１１において、時刻ｔ１は、電流位相βが変更されたタイミングを示す。

以上詳述したように、本実施形態によれば、モータロック状態になった場合において、バランス制御が行われることにより、各相のうち巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相の巻線に流れる電流の絶対値が低下する。このため、インバータ３０の信頼性が低下する事態の発生を抑制できる。

また、接続経路６０に電流を流すことにより、各相のうち電流の絶対値を低下させた相以外の相において巻線に流れる電流の絶対値を大きくし、各相の巻線に流れる電流の絶対値を等しくする。このため、バランス制御の実行に伴い、回転電機４０の出力トルクが低下する事態の発生を抑制できる。

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

・図５のステップＳ１１において、インバータ３０の素子温度、回転電機４０及びインバータ３０を冷却する冷却流体（具体的には例えば、冷却水）の温度、又は回転電機４０及びインバータ３０の雰囲気温度が高いほど、電流閾値Ｉｔｈを連続的又は段階的に小さくしてもよい。これにより、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬの放熱量が小さくなる状況において、インバータ３０を構成する各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬを過熱異常から的確に保護することができる。なお、電流閾値Ｉｔｈの設定に用いられる上記素子温度は、例えば、感温ダイオードにより検出された温度であればよい。感温ダイオードは、例えば、インバータ３０の上，下アームスイッチそれぞれとモジュール化されている。また、電流閾値Ｉｔｈの設定に用いられる冷却流体の温度は、例えば、冷却流体の温度を検出するセンサの検出値であればよい。また、電流閾値Ｉｔｈの設定に用いられる雰囲気温度は、例えば、雰囲気温度を検出するセンサの検出値であればよい。

また、図５のステップＳ１１において、車両の走行速度が低いほど、電流閾値Ｉｔｈを連続的又は段階的に小さくしてもよい。

・上記実施形態では、バランス制御において、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの絶対値を等しくしたがこれに限らず、各相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒの絶対値のうち少なくとも２つを異なる値にしてもよい。この場合であっても、モータロック状態になった時点において最も絶対値が大きい相電流を低下させることはできる。

・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１２に、５相の場合における電力変換装置を示す。図１２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。

・図２において、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を定めるための制御としては、最大トルク最小電流制御に限らず、例えば図１０に示すＣｍｔｐａから動作点が外れる制御であってもよい。

・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。

・図１において、蓄電池に代えて、例えば電気二重層キャパシタが用いられてもよい。

・電力変換装置が搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。例えば、移動体が航空機の場合、航空機が備える回転電機は航空機の飛行動力源となり、移動体が船舶の場合、船舶が備える回転電機は船舶の航行動力源となる。また、電力変換装置の搭載先は、移動体に限らない。

１０…電力変換装置、２１，２２…第１，第２蓄電池、３０…インバータ、４０…回転電機、６０…接続経路、７０…制御装置。

Claims (13)

1. 上，下アームスイッチ（ＱＵＨ～ＱＹＬ）の直列接続体を有し、該直列接続体が第１蓄電部（２１）及び第２蓄電部（２２）の直列接続体に並列接続されるインバータ（３０）と、
   前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
   前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路（６０）と、
   各相のうち少なくとも１相の前記巻線に流れる電流の絶対値が電流閾値を超えたと判定したことを条件として、各相のうち前記巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相の前記巻線に流れる電流の絶対値を低下させつつ、各相の前記巻線に流れる電流の絶対値を互いに近づけるように各相の前記巻線及び前記接続経路に電流を流すための前記上，下アームスイッチのスイッチング制御であるバランス制御を行う制御部（７０）と、を備える電力変換装置（１０）。
2. 前記制御部は、前記回転電機のロータが回転停止状態又は極低速回転状態であると判定したことを条件として、前記バランス制御を行う、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記バランス制御を行うに先立ち、各相のうちいずれかの相の前記巻線に電流が流れていないと判定した場合、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御態様を変更することにより各相の前記巻線に電流が流れる状態にした後、前記バランス制御を行う、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記バランス制御の実行前において最大トルク最小電流制御により前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行っていた場合、前記最大トルク最小電流制御によって定まる電流位相を変更することにより、各相の前記巻線に電流が流れる状態にする、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記接続経路上に設けられ、オンされることにより前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と前記中性点とを電気的に接続し、オフされることにより前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部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、
   前記制御部は、前記バランス制御を行う場合に前記接続スイッチをオンに切り替える、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記バランス制御において、前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の温度が低いほど、前記接続経路に流す電流を小さくする、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、前記バランス制御において、前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部のうち、前記接続経路に電流を流すことによって充電される側の蓄電池のＳＯＣが高いほど、前記接続経路に流す電流を小さくする、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、前記バランス制御において、各相の前記巻線に流れる電流の絶対値を等しくする、請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記制御部は、前記インバータの素子温度が高いほど、前記電流閾値を小さくする、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 移動体に搭載される電力変換装置において、
    前記制御部は、前記移動体の移動速度が低いほど、前記電流閾値を小さくする、請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記制御部は、前記回転電機の制御量を指令値に制御するための変調率と、前記接続経路に流す電流を指令電流に制御するための変調率とに基づいて、前記バランス制御を行う、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記接続経路の電流許容値は、前記第１蓄電部の正極側及び前記第２蓄電部の負極側それぞれと前記インバータとを電気的に接続する経路の電流許容値以下である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 上，下アームスイッチ（ＱＵＨ～ＱＹＬ）の直列接続体を有し、該直列接続体が第１蓄電部（２１）及び第２蓄電部（２２）の直列接続体に並列接続されるインバータ（３０）と、
    前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
    前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路（６０）と、
    コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）に適用されるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    各相のうち少なくとも１相の前記巻線に流れる電流の絶対値が電流閾値を超えたと判定したことを条件として、各相のうち前記巻線に流れる電流の絶対値が最も大きい相の前記巻線に流れる電流の絶対値を低下させつつ、各相の前記巻線に流れる電流の絶対値を互いに近づけるように各相の前記巻線及び前記接続経路に電流を流すための前記上，下アームスイッチのスイッチング制御であるバランス制御を行う制御部（７０）として機能させるプログラム。

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