JP7620928B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本開示は、ファンを内蔵する電力変換装置に関する。 This disclosure relates to a power conversion device with a built-in fan.
今後、世界的なＥＶの普及が見込まれる。ＥＶの普及には、ユーティリティの高いＥＶ充電器の開発が求められる。ＥＶ充電規格は多数存在しているが、一般的なＥＶ充電規格は、ＥＶとＥＶ充電器との整合部分のみを規定しているものが多い。ＥＶ自体あるいはＥＶ充電器自体は充電規格動作に連動して動作し、その連動に従えない場合は不具合となる。些細な不具合で動作が停止する場合、ＥＶ充電器は性能不十分と市場から評価され、市場シェア獲得の機会を失う。従って、ＥＶ充電器の各メーカは、あらゆる事象を想定した機器設計が求められる。 It is expected that EVs will become more widespread worldwide in the future. The spread of EVs will require the development of highly utility EV chargers. There are many EV charging standards, but many of the general EV charging standards only stipulate the compatibility between EVs and EV chargers. The EV itself or the EV charger itself operates in conjunction with the charging standard operation, and a failure to comply with this operation will result in a malfunction. If operation stops due to a minor malfunction, the EV charger will be viewed by the market as having insufficient performance, and an opportunity to gain market share will be lost. Therefore, each EV charger manufacturer will be required to design equipment that takes into account all possible eventualities.
ＥＶ充電器では充電時に、筐体内のスイッチングデバイス（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））などの発熱で庫内温度が１００℃を超える高温となることがある。冷却機構を搭載しない場合、高温により暫く停止した後、再度充電を開始する動作の繰り返しになることが想定される。そこで、冷却用のファンを内蔵することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。ファンを搭載する機器では、ファンの回転数が低回転閾値未満になると故障と判定する故障検出モードが搭載されていることが多い。 When charging an EV charger, the temperature inside the charger can exceed 100°C due to heat generated by switching devices inside the casing (e.g., MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors)). If no cooling mechanism is installed, it is expected that charging will stop for a while due to the high temperature, and then start again, repeatedly. Therefore, it is possible to consider incorporating a cooling fan (see, for example, Patent Document 1). Devices equipped with fans often have a failure detection mode that determines that a failure has occurred when the fan's rotation speed falls below a low rotation threshold.
ＥＶ充電器を寒冷地で屋外設置した場合、ファンが凍結して回転できない事象が発生し得る。上記故障検出モードでは、ファンの凍結を故障と判定し、システム全体が停止してしまうことがあった。 When an EV charger is installed outdoors in cold climates, the fan may freeze and become unable to rotate. In the failure detection mode described above, a frozen fan may be judged as a failure, causing the entire system to shut down.
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却用のファンが故障しているか凍結しているかを的確に判定することができる電力変換装置を提供することにある。 This disclosure has been made in light of these circumstances, and its purpose is to provide a power conversion device that can accurately determine whether a cooling fan has broken down or is frozen.
上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力変換装置は、筐体と、電力変換回路と、前記電力変換回路を冷却するためのファンと、前記ファンの回転数を計測する回転数センサと、前記筐体内の温度を計測する温度センサと、前記回転数センサから前記ファンの回転数を取得し、前記温度センサから温度を取得し、前記電力変換回路と前記ファンを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記温度が所定値よりも低い場合、前記ファンの回転数に基づく前記ファンの故障判定を保留する。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to one aspect of the present disclosure includes a housing, a power conversion circuit, a fan for cooling the power conversion circuit, a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the fan, a temperature sensor for measuring the temperature inside the housing, and a control unit for acquiring the rotation speed of the fan from the rotation speed sensor, acquiring the temperature from the temperature sensor, and controlling the power conversion circuit and the fan. If the temperature is lower than a predetermined value, the control unit suspends a failure determination of the fan based on the rotation speed of the fan.
本開示によれば、冷却用のファンが故障しているか凍結しているかを的確に判定することができる。 This disclosure makes it possible to accurately determine whether a cooling fan is broken or frozen.
図１は、実施の形態に係る分散型電源システム１の全体構成を示す図である。実施の形態に係る分散型電源システム１は、屋内に設置された電力変換システム１０、および屋外に設置された車両用電力変換装置２０を備える。電力変換システム１０は、太陽電池５用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１、定置型蓄電部６用のＤＣ／ＤＣコンバータ１３、インバータ１２、および制御部１４を備える。電力変換システム１０は、太陽光発電システム用のパワーコンディショナ機能と、蓄電システム用のパワーコンディショナ機能を一体化させた統合型の電力変換システム（パワーステーション（登録商標）とも呼ばれる）で構成されてもよいし、それぞれ独立した太陽光発電システム用のパワーコンディショナと、蓄電システム用のパワーコンディショナの組み合わせで構成されてもよい。
Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a
太陽電池５は光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接、直流電力に変換する発電装置である。太陽電池５として、ヘテロ接合太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池、薄膜シリコン太陽電池、化合物系太陽電池などを使用することができる。太陽電池５は、電力変換システム１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１１と接続され、発電した電力を電力変換システム１０に出力する。
The
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、太陽電池５と直流バスＢｄとの間に接続され、太陽電池５から出力される直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は例えば、昇圧チョッパで構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は基本制御として、太陽電池５の出力電力が最大になるようにＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking) 制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流バスＢｄの電圧の計測値が目標値を維持するように、または太陽電池５の発電電力の計測値が目標値を維持するように昇圧率を制御することもできる。この制御は、太陽電池５の発電量を抑制する必要がある場合に発動される。
The DC/
インバータ１２は、直流バスＢｄと分電盤３との間に接続される。インバータ１２は、直流バスＢｄから入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を分電盤３に出力する。分電盤３には、商用電力系統（以下、単に系統２という）が接続される。また分電盤３には負荷４が接続される。負荷４は宅内の負荷の総称である。インバータ１２は、系統２から分電盤３を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バスＢｄｃに出力することもできる。
The
定置型蓄電部６は電力を充放電可能であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池などの蓄電池、または電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタを備える。定置型蓄電部６は、電力変換システム１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により充放電制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、定置型蓄電部６と直流バスＢｄとの間に接続され、定置型蓄電部６を充放電するための双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。
The stationary
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、定電流（ＣＣ）または定電圧（ＣＶ）で定置型蓄電部６を充放電することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するように定置型蓄電部６を充放電することもできる。
The DC/
制御部１４は、電力変換システム１０全体を統括的に制御する。制御部１４は、太陽電池５用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２および定置型蓄電部６用のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の指令値をそれぞれ生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３をそれぞれ制御することができる。また制御部１４は、電動車７用のＤＣ／ＤＣコンバータ２１の指令値を生成して、車両用電力変換装置２０の制御部２２に通知することもできる。
The
車両用電力変換装置２０は、屋内の電力変換システム１０と電動車７を連携させ、電動車７に搭載された蓄電部を充放電するためのＶ２Ｈ機器である。車両用電力変換装置２０と電動車７は、直流の充放電ケーブル３０で接続される。充放電ケーブル３０の先端にはガンコネクタ３１が取り付けられており、ユーザがガンコネクタ３１を電動車７のインレットに差し込むことにより、車両用電力変換装置２０と電動車７が接続される。
The vehicle
代表的なＥＶ充電規格であるＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）Ｖ２Ｈガイドラインは、電動車と充電器（本実施の形態では車両用電力変換装置２０）との間の信号、通信、充放電シーケンスなどを規定している。充放電ケーブル３０内にはＣＡＮ（Controller Area Network）通信線が含まれている。車両用電力変換装置２０は、電動車７からＣＡＮ通信により、車両情報（車両ＩＤ、電池総容量、ＳＯＣ(State Of Charge)など)を取得することができる。
The CHAdeMO (registered trademark) V2H guidelines, a representative EV charging standard, stipulates signals, communications, charge/discharge sequences, etc. between an electric vehicle and a charger (in this embodiment, the vehicle power conversion device 20). A CAN (Controller Area Network) communication line is included in the charge/
車両用電力変換装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、制御部２２、温度センサ２３、ファン２４、駆動部２５、回転数センサ２６および報知部２７を備える。電動車７に搭載された蓄電部は、複数のセルを含む充放電可能な蓄電部であり、主に走行用モータを駆動するための電源として使用される。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセルなどを用いることができる。
The vehicle
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の一端は充放電ケーブル３０を介して電動車７の蓄電部に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の他端は、直流バスＢｄ（より具体的には電力変換システム１０と車両用電力変換装置２０を接続する直流ケーブル）に接続される。
One end of the DC/
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電動車７に搭載された蓄電部を充放電するための双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、定電流（ＣＣ）または定電圧（ＣＶ）で電動車７に搭載された蓄電部を充放電することができる。
The DC/
制御部２２は、車両用電力変換装置２０全体を統括的に制御する。制御部２２は、電動車７に搭載された蓄電部のＳＯＣを参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の指令値を生成する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の指令値として、電力変換システム１０の制御部１４または電動車７の制御部から通知される指令値を使用してもよい。
The
温度センサ２３は、車両用電力変換装置２０の筐体内の温度を計測して、計測した温度を制御部２２に出力する。温度センサ２３には例えば、サーミスタや熱電対を使用することができる。温度センサ２３は、筐体内のどの位置に設置されてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が実装された基板上に設置されてもよい。
The
ファン２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を冷却するためのファンである。本実施の形態では、ＰＷＭコントロール機能付きのＤＣファンを使用することを想定する。ＰＷＭコントロール機能付きのＤＣファンは、ＰＷＭデューティを付与することで回転速度を制御可能なファンである。ＰＷＭデューティを０に近づけるほど回転速度が遅くなり、ＰＷＭデューティを１に近づけるほど回転速度が速くなる。
The
回転数センサ２６は、ファン２４の回転数を計測して、計測した回転数を制御部２２に出力する。回転数センサ２６には例えば、ファンモータ１回転あたり２周期の矩形波信号を出力するパルスセンサを使用することができる。
The
制御部２２は、温度センサ２３から取得する温度をもとにファン２４の回転数を決定する。制御部２２は例えば、予め保持している、庫内温度とファン２４の回転数の関係を規定したマップを参照してファン２４の回転数を決定する。制御部２２は、決定したファン２４の回転数に応じたＰＷＭデューティを駆動部２５に供給する。駆動部２５は、制御部２２から供給されるＰＷＭデューティをもとに、ファンモータを駆動する。
The
制御部２２は、庫内温度が高温になった場合、ファン２４の回転数を上げる。また制御部２２は、庫内温度が高温になった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の電流指令値または電圧指令値を下げて、充放電電力を低下させることができる。制御部２２は、ファン２４の検査モードとして、所定のＰＷＭデューティを駆動部２５に供給し、回転数センサ２６から取得される回転数が所望の回転数にあるかを確認することで、ファン２４が正常に動作しているか否かを確認することができる。
When the temperature inside the cabinet becomes high, the
報知部２７は、ユーザに情報を提示するためのユーザインタフェースであり、例えば、ＬＥＤランプ、ディスプレイ、スピーカの少なくとも一つが設置される。
The
図２は、車両用電力変換装置２０の構成例を示す図である。図２に示す車両用電力変換装置２０は、縦長で長尺な箱型の筐体Ｈを備える。筐体Ｈ内の底部に配線スペースＳｗが設けられる。配線スペースＳｗの上に、第１基板Ｂ１、第２基板Ｂ２を密閉して配置するための密閉スペースＳｅが設けられる。密閉スペースＳｅは例えば、縦長で長尺な金属箱で構成される。金属箱内において上から順に、トランスＴＲ、第１基板Ｂ１、第２基板Ｂ２が、高さ方向に並べて配置される。
Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of a vehicle
第１基板Ｂ１には例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を構成するスイッチングデバイス（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子）、リアクトル、キャパシタ、および温度センサ２３が実装される。第２基板Ｂ２には例えば、制御部２２、駆動部２５、回転数センサ２６、リレーが実装される。
For example, the first board B1 is equipped with switching devices (power semiconductor elements such as MOSFETs and IGBTs) that constitute the DC/
金属箱のトランスＴＲ、第１基板Ｂ１、第２基板Ｂ２が配置されている面の背面に、ヒートシンクＨｓが設置される。ヒートシンクＨｓは、複数の放熱フィンを有する放熱部材である。 A heat sink Hs is installed on the rear side of the metal box, opposite the surface on which the transformer TR, the first board B1, and the second board B2 are arranged. The heat sink Hs is a heat dissipation member having multiple heat dissipation fins.
図３は、ヒートシンクＨｓとトランス（リアクトルＬ）、第１基板Ｂ１、第２基板Ｂ２の設置場所を示す斜視図である。トランス、リアクトル、スイッチングデバイスは温度が１００℃以上に上昇することがあり、それらの電子部品とヒートシンクＨｓは、できるだけ近い距離に配置されることが望ましい。 Figure 3 is a perspective view showing the locations of the heat sink Hs, the transformer (reactor L), the first board B1, and the second board B2. The temperature of the transformer, reactor, and switching device can rise to 100°C or higher, so it is desirable to place these electronic components and the heat sink Hs as close as possible.
図２に戻る。ファン２４は筐体Ｈ内の下方部に配置され、庫内温度を撹拌する。筐体Ｈの下部に下部通気口Ｖｂが設置され、筐体Ｈの上部に上部通気口Ｖｔが設置される。下部通気口Ｖｂから冷却用の空気が筐体Ｈ内に流入し、流入した空気がヒートシンクＨｓを通過して上昇し、上部通気口Ｖｔから外に抜けていく。筐体Ｈ内の主な発熱源であるトランスＴＲ、リアクトル、スイッチングデバイスが筐体Ｈ内の上方部に配置されているため、筐体Ｈ内の上方部の方が空気密度が低くなり、筐体Ｈ内で上昇気流が発生しやすくなっている。さらにファン２４が上向きの風を生成することで、空気の流通量を増加させることができる。
Returning to FIG. 2, the
本実施の形態では、充放電動作に付随して動作させるファン２４の動作状況の判別に注目する。家庭用の太陽光発電システム、蓄電システム、または両者を統合したハイブリッド蓄電システム（創蓄連携システムともいう）と連携する車両用電力変換装置２０では、消費電力の極小化と低コスト化が、特に求められる。
In this embodiment, attention is focused on determining the operating status of the
一般的に充放電動作はスイッチングデバイスを用いた電力変換動作で実施されるが、電力変換動作が長時間継続されると、筐体Ｈ内の温度が上昇する。放熱が不十分な場合、スイッチングデバイスや他の部品の耐熱許容範囲を超え、部品故障につながる。筐体Ｈ内の発熱を外部に放出あるいは筐体Ｈの内部の空気を攪拌することで、筐体Ｈ内の温度上昇を抑制し、長時間の充放電動作が可能となる。 Generally, charging and discharging operations are performed by power conversion operations using switching devices, but if the power conversion operations continue for a long time, the temperature inside the housing H will rise. If heat dissipation is insufficient, the heat tolerance range of the switching device and other components will be exceeded, leading to component failure. By releasing the heat generated inside the housing H to the outside or agitating the air inside the housing H, the temperature rise inside the housing H can be suppressed, making it possible to perform charging and discharging operations for a long time.
車両用電力変換装置２０は様々な利用シーンでの動作が求められる。寒冷地の家庭において複数の電動車７を所有し、複数の電動車７で一つの車両用電力変換装置２０を共用するシーンを考える。例えば、１台目の電動車７を１０時間で充電し、３時間休止後、２台目の電動車７を充電する予定の場合、３時間休止中に、低温かつ高湿度によりファン２４の回転部が凍結することも起こり得る。充電動作に付随して動作すべきファン２４が凍結して停止している場合に故障と判定すると、充電動作も停止してしまう。特に、車両用電力変換装置２０が寒冷地の屋外に設置される場所、夜間にファン２４の回転部が凍結しやすい。
The vehicle
筐体Ｈ内の電子部品については必要十分な湿気対策が可能であるが、機構部品(ファン、リレーなど)はその性質上、完全な湿気対策は困難である。本実施の形態では、庫内温度を参照しながら、ファン２４の凍結の有無を判別し、ファン２４が凍結している場合は早期に解凍することが可能な車両用電力変換装置２０を実現する。
While it is possible to provide sufficient moisture protection for the electronic components inside the housing H, it is difficult to provide complete moisture protection for the mechanical components (fans, relays, etc.) due to their nature. In this embodiment, a vehicle
図２において、ファン２４の近傍に、熱源を格納するための格納スペースが設けられる。第１格納スペースＳｈ１および第２格納スペースＳｈ２にはそれぞれ、熱伝導性が高い格納ボックスが設置される。第１格納スペースＳｈ１に設置される第１格納ボックスは、ファン２４の複数の羽根部を収容している矩形フレームとの間に空間を開けずに接触した状態で設置される。第２格納スペースＳｈ２に設置される第２格納ボックスは、当該矩形フレームとの間に空間を開けて非接触の状態で設置される。
In FIG. 2, a storage space for storing a heat source is provided near the
第１格納ボックスは、炎が発生しない熱源を格納するための格納ボックスであり、熱結合でファン２４を加熱するための格納ボックスである。第１格納ボックスには例えば、電熱ヒータが格納される。また、第１格納ボックスには使い捨てカイロを格納することもできる。寒冷地仕様ではない車両用電力変換装置２０では、電熱ヒータが設置されない機種が一般的である。使い捨てカイロは、非電気的な熱源であり、ユーザにより一時的に設置される熱源である。第１格納ボックスに電熱ヒータ以外の熱源が設置される仕様の場合、第１格納ボックスには、ユーザが熱源を出し入れするための扉が設置される。なお、第１格納ボックスは、ファン２４の矩形フレームのいずれの面（空気の吹出面を除く）に設置されてもよい。また、第１格納ボックスは、矩形フレームの複数の面（空気の吹出面を除く）に設置されてもよい。
The first storage box is a storage box for storing a heat source that does not generate flames, and is a storage box for heating the
第２格納ボックスは、炎が発生する熱源を格納するための格納ボックスであり、あぶり熱でファン２４を加熱するための格納ボックスである。第２格納ボックスの天面は開口されていてもよいし、空気孔が開いた蓋が被せられていてもよい。第２格納ボックスには例えば、ロウソク、ガスバーナー、ライター、火鉢を格納することができる。ロウソク、ガスバーナー、ライター、火鉢は、非電気的な熱源であり、ユーザにより一時的に設置される熱源である。第２格納ボックスには、ユーザが熱源を出し入れするための扉が設置される。
The second storage box is a storage box for storing a heat source that generates a flame, and is a storage box for heating the
車両用電力変換装置２０のＤＣ／ＤＣコンバータ２１、制御部２２、温度センサ２３、ファン２４、駆動部２５、回転数センサ２６、報知部２７、および電熱ヒータの動作電源は、通常、系統２から電力変換システム１０を介して供給される。停電時は太陽電池５または定置型蓄電部６から電力変換システム１０を介して電源供給を受けることができる。また、電動車７のシガーソケットに配線を接続して、電動車７から電源供給を受けることもできる。また、車両用電力変換装置２０内に非常用の蓄電池またはキャパシタが搭載されていてもよい。
The operating power of the DC/
家庭用の車両用電力変換装置２０は未使用時の消費電力を無くすため、基本的に、ユーザ操作に起因する起動タイミングで動作開始となる。ユーザは、車両用電力変換装置２０に設置された操作スイッチを直接操作して車両用電力変換装置２０の運転開始を指示することができる。また、ユーザは事前に運転開始時刻を設定して、車両用電力変換装置２０をタイマー運転させることもできる。
To eliminate power consumption when not in use, the home vehicle
また、車両用電力変換装置２０と、屋内に設置されたＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラが接続されている場合、ユーザは、ＨＥＭＳ端末からＨＥＭＳコントローラを介して車両用電力変換装置２０を操作することができる。また、ユーザが保持するスマートフォンと、車両用電力変換装置２０またはＨＥＭＳコントローラが連携している場合、ユーザは、スマートフォンから車両用電力変換装置２０を操作することもできる。
In addition, when the vehicle
ファン２４は基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作中に動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の停止中は動作しない。制御部２２はファン２４を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作中、常時固定の回転数で動作させてもよいし、庫内温度に応じて適応的に回転数を変化させながら動作させてもよい。
The
本実施の形態では、ファン２４の異常モードとして、経時劣化モード、故障モード、凍結モードの３つのモードが定義される。経時劣化モードは、ファン２４の長期間利用による回転数低下が観測される状態である。経時劣化したファン２４は、定回転数を維持できなくなる。ファン２４の経時劣化は、樹脂部分やベアリングの摩耗または腐食、ホコリの堆積などに起因して進行する。
In this embodiment, three abnormal modes of the
故障モードは、機械的または電気的な不具合により回転不能な状態である。例えば、筐体Ｈ内の部品が羽根の間に落下して羽根の間に挟まることで回転不能な状態、機構部分（ベアリングなど）の物理的な破損により回転不能な状態、電流線や信号線の断線で回転不能な状態、などが該当する。 A failure mode is a state in which rotation is impossible due to a mechanical or electrical malfunction. For example, a state in which rotation is impossible due to a part inside the housing H falling between the blades and becoming caught between the blades, a state in which rotation is impossible due to physical damage to a mechanical part (bearings, etc.), a state in which rotation is impossible due to a break in a current line or signal line, etc.
凍結モードは、回転部が凍結していることにより回転不能な状態である。ファン２４に通電しても回転しない場合、故障モードと凍結モードのいずれかの可能性があるが、本実施の形態では、故障モードと凍結モードを的確に判別する制御が導入されている。以下の説明では、故障モードは劣化モードも含む概念とする（広義の故障モード）。
In the frozen mode, the rotating parts are frozen and unable to rotate. If the
図４は、実施の形態に係る車両用電力変換装置２０の動作例１を示すフローチャートである。動作例１では、電熱ヒータが搭載されている車両用電力変換装置２０を前提とする。制御部２２は、ユーザ操作またはＨＥＭＳコントローラの制御に基づき運転開始が指示されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の運転を開始するとともに（Ｓ１０）、ファン２４の運転を開始する（Ｓ１１）。制御部２２は、温度センサ２３から庫内温度を取得し、回転数センサ２６からファン２４の回転数を取得する（Ｓ１２）。
Figure 4 is a flowchart showing a first operation example of the vehicle
制御部２２は、庫内温度と所定値（例えば、４℃）を比較する（Ｓ１３）。庫内温度が所定値未満の場合（Ｓ１３のＮ）、制御部２２は、ファン２４の回転数と閾値を比較する（Ｓ１４）。閾値はファン２４の回転数が正常であるか否かを判別するための閾値であり、使用するファン２４の仕様に応じた値に設定される。
The
ファン２４の回転数が閾値未満の場合（Ｓ１４のＹ）、制御部２２は電熱ヒータを稼働させる（Ｓ１５）。既に電熱ヒータが稼働している場合は稼働を継続する。ステップＳ１１０に遷移する。ファン２４の回転数が閾値以上の場合（Ｓ１４のＮ）、制御部２２は電熱ヒータを停止させる（Ｓ１６）。既に電熱ヒータが停止している場合は停止を継続する。ステップＳ１１０に遷移する。
If the rotation speed of the
ステップＳ１３において、庫内温度が所定値以上の場合（Ｓ１３のＹ）、制御部２２は、ファン２４の回転数と閾値を比較する（Ｓ１７）。ファン２４の回転数が閾値未満の場合（Ｓ１７のＹ）、制御部２２は、ファン２４が広義の故障モードにあると判定し、報知部２７から故障アラートを通知させる（Ｓ１８）。制御部２２は例えば、ファン故障ランプを点灯させる、ディスプレイにファン２４の故障メッセージを表示させる、スピーカからファン２４の故障メッセージを音声出力させる、の少なくとも一つを実行する。ファン２４の回転数が閾値以上の場合（Ｓ１７のＮ）、制御部２２は電熱ヒータを停止させる（Ｓ１９）。既に電熱ヒータが停止している場合は停止を継続する。ステップＳ１１０に遷移する。
In step S13, if the temperature inside the cabinet is equal to or higher than a predetermined value (Y in S13), the
制御部２２は、ユーザ操作またはＨＥＭＳコントローラの制御に基づく運転停止指示を取得するまで、または電動車７に搭載された蓄電部の充電が完了するまで（Ｓ１１０のＹ）、ステップＳ１２－ステップＳ１９の処理を繰り返す。
The
動作例１では、庫内温度が所定値未満の状態においてファン２４の回転数に基づくファン２４の故障判定が保留される。庫内温度が所定値未満の状態では、ファン２４が広義の故障モードにあるか凍結モードにあるか判別が難しいため、制御部２２は観察状態とし、庫内温度が上昇するまで故障判定を待機する。
In operation example 1, when the temperature inside the cabinet is below a predetermined value, the failure determination of the
図５は、実施の形態に係る車両用電力変換装置２０の動作例２を示すフローチャートである。動作例２では、ユーザにより運転開始時刻が指定された予約運転設定が事前になされることを前提とする。制御部２２は、ユーザにより入力された予約運転設定を取得する（Ｓ２０）。制御部２２は、運転開始予約時刻の所定時間前になると（Ｓ２１のＹ）、温度センサ２３から庫内温度を取得する（Ｓ２２）。
Figure 5 is a flowchart showing an operation example 2 of the vehicle
制御部２２は、庫内温度と所定値（例えば、４℃）を比較する（Ｓ２３）。庫内温度が所定値未満の場合（Ｓ２３のＮ）、制御部２２は、電熱ヒータを稼働させる（Ｓ２４）。既に電熱ヒータが稼働している場合は稼働を継続する。制御部２２は、運転開始予約時刻までの時間と、庫内温度と所定値との温度差をもとに電熱ヒータに供給する電力を決定する。制御部２２は例えば、予め保持している、運転開始予約時刻までの時間および温度差の組み合わせと、電熱ヒータに供給する電力の関係を規定したマップを参照して、電熱ヒータに供給する電力を決定する。ステップＳ２６に遷移する。
The
なお、庫内温度が所定値よりも低い状態で、ユーザの直接操作またはＨＥＭＳコントローラの制御により即時の運転開始指示を取得した場合、制御部２２は、事前の運転開始指示を取得した場合より、電熱ヒータの強度を強く設定する。制御部２２は例えば、速やかにファン２４を解凍させるために電熱ヒータに仕様上の最大電力を供給してもよい。
When the temperature inside the storage compartment is lower than a predetermined value and an immediate operation start instruction is received through direct operation by the user or control by the HEMS controller, the
ステップＳ２３において、庫内温度が所定値以上の場合（Ｓ２３のＹ）、制御部２２は、電熱ヒータを停止させる（Ｓ２５）。既に電熱ヒータが停止している場合は停止を継続する。ステップＳ２６に遷移する。
In step S23, if the temperature inside the cabinet is equal to or higher than the predetermined value (Y in S23), the
運転開始予約時刻に到達すると（Ｓ２６のＹ）、制御部２２は、図４に示したステップＳ１０以下の処理を実行する。運転開始予約時刻に到達するまでは（Ｓ２６のＮ）、ステップＳ２２－ステップＳ２５の処理を繰り返す。動作例２では、予約運転に備え、事前に電熱ヒータを稼働させることで、事前にファン２４の凍結を解凍させることができる。
When the reserved operation start time arrives (Y in S26), the
図６は、実施の形態に係る車両用電力変換装置２０の動作例３を示すフローチャートである。動作例３では、電熱ヒータが搭載されていない車両用電力変換装置２０を前提とする。制御部２２は、ユーザ操作またはＨＥＭＳコントローラの制御に基づき運転開始が指示されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の運転を開始するとともに（Ｓ３０）、ファン２４の運転を開始する（Ｓ３１）。制御部２２は、温度センサ２３から庫内温度を取得し、回転数センサ２６からファン２４の回転数を取得する（Ｓ３２）。
Figure 6 is a flowchart showing an operation example 3 of the vehicle
制御部２２は、庫内温度と所定値（例えば、４℃）を比較する（Ｓ３３）。庫内温度が所定値未満の場合（Ｓ３３のＮ）、制御部２２は、ファン２４の回転数と閾値を比較する（Ｓ３４）。ファン２４の回転数が閾値未満の場合（Ｓ３４のＹ）、制御部２２は、報知部２７から凍結アラートを通知させる（Ｓ３５）。制御部２２は例えば、ファン凍結ランプを点灯させる、ディスプレイにファン２４の凍結メッセージを表示させる、スピーカからファン２４の凍結メッセージを音声出力させる、の少なくとも一つを実行する。また制御部２２は、ユーザのスマートフォンに凍結アラートを通知してもよい。ユーザは、凍結アラートに気付くと、第１格納スペースＳｈ１または第２格納スペースＳｈ２に、使い捨てカイロなどの非電気的な熱源を設置して、ファン２４を加熱する。ステップＳ３１０に遷移する。
The
ステップＳ３４において、ファン２４の回転数が閾値以上の場合（Ｓ３４のＮ）、制御部２２は凍結アラートを解除する（Ｓ３６）。制御部２２は例えば、ファン凍結ランプを消灯させる、ディスプレイにファン２４の解凍メッセージを表示させる、スピーカからファン２４の解凍メッセージを音声出力させる、の少なくとも一つを実行する。また制御部２２は、ユーザのスマートフォンに解凍メッセージを通知してもよい。ユーザは、解凍メッセージに気付くと、第１格納スペースＳｈ１または第２格納スペースＳｈ２から、使い捨てカイロなどの非電気的な熱源を回収することができる。当初から凍結アラートが発動されていない場合は凍結アラートの非活性を継続する。ステップＳ３１０に遷移する。
In step S34, if the rotation speed of the
ステップＳ３３において、庫内温度が所定値以上の場合（Ｓ３３のＹ）、制御部２２は、ファン２４の回転数と閾値を比較する（Ｓ３７）。ファン２４の回転数が閾値未満の場合（Ｓ３７のＹ）、制御部２２は、ファン２４が広義の故障モードにあると判定し、報知部２７から故障アラートを通知させる（Ｓ３８）。ファン２４の回転数が閾値以上の場合（Ｓ３７のＮ）、制御部２２は凍結アラートを解除する（Ｓ３９）。当初から凍結アラートが発動されていない場合は凍結アラートの非活性を継続する。ステップＳ３１０に遷移する。
In step S33, if the temperature inside the cabinet is equal to or higher than a predetermined value (Y in S33), the
制御部２２は、ユーザ操作またはＨＥＭＳコントローラの制御に基づく運転停止指示を取得するまで、または電動車７に搭載された蓄電部の充電が完了するまで（Ｓ３１０のＹ）、ステップＳ３２－ステップＳ３９の処理を繰り返す。
The
なお動作例３は、電熱ヒータが搭載されている車両用電力変換装置２０において、停電などにより電熱ヒータの電源を確保できない状況（ブラックスタートの状況）になった場合にも適用可能である。
Note that operation example 3 can also be applied to a vehicle
本実施の形態では、制御部２２は、庫内温度が所定値よりも低く、かつファン２４の回転数が閾値未満の場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の通電を継続する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の損失に伴う発熱により庫内温度は自然に上昇していく。密閉スペースＳｅ内の電子部品の耐熱設計に十分な余裕がある場合、ファン２４の自然解凍を待つ設計でもよい。
In this embodiment, the
以上説明したように本実施の形態によれば、庫内温度が低温の場合、ファン２４の故障判定を保留することで、ファン２４が故障しているか凍結しているかの的確な判定が可能となる。また、ファン２４を解凍させるための電熱ヒータを搭載したり、その他の熱源を設置するスペースを確保したりすることで、凍結したファン２４を早期に解凍させることができる。また本実施の形態によれば、不要なシステム停止が抑制された、寒冷地仕様の車両用電力変換装置２０を低コストで生成することができる。
As described above, according to this embodiment, when the temperature inside the storage compartment is low, the failure judgment of the
以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure.
本開示に係るファン２４の故障モードと凍結モードの判定処理は、ファンを搭載している電力変換装置であれば、車両用電力変換装置２０以外の電力変換装置にも適用可能である。例えば、太陽光発電システムのパワーコンディショナ、蓄電システムのパワーコンディショナ、ハイブリッド蓄電システムのパワーコンディショナ、定置蓄電池用のコンバータ装置などに適用可能である。
The process of determining the failure mode and freezing mode of the
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following:
［項目１］
筐体（Ｈ）と、
電力変換回路（２１）と、
前記電力変換回路（２１）を冷却するためのファン（２４）と、
前記ファン（２４）の回転数を計測する回転数センサ（２６）と、
前記筐体（Ｈ）内の温度を計測する温度センサ（２３）と、
前記回転数センサ（２６）から前記ファン（２４）の回転数を取得し、前記温度センサ（２３）から温度を取得し、前記電力変換回路（２１）と前記ファン（２４）を制御する制御部（２２）と、を備え、
前記制御部（２２）は、前記温度が所定値よりも低い場合、前記ファン（２４）の回転数に基づく前記ファン（２４）の故障判定を保留する、
電力変換装置（２２）。
これによれば、ファン（２４）が故障しているか凍結しているかを的確に判定することができる。
［項目２］
前記制御部（２２）は、前記電力変換回路（２１）の通電時において、前記温度が前記所定値以上であって、かつ前記ファン（２４）の回転数が閾値未満の場合、前記ファン（２４）が故障していると判定する、
項目１に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、ファン（２４）の故障判定の精度を上げることができる。
［項目３］
前記ファン（２４）を加熱するための電熱ヒータ（Ｓｈ１）をさらに備え、
前記制御部（２２）は、前記温度が前記所定値よりも低い状態で、事前の運転開始指示または即時の運転開始指示に応じて、前記電熱ヒータ（Ｓｈ１）を稼働させる、
項目１に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、凍結したファン（２４）を早期に解凍させることができる。
［項目４］
前記制御部（２２）は、前記温度が所定値よりも低い状態で、即時の運転開始指示を取得した場合、事前の運転開始指示を取得した場合より、前記電熱ヒータ（Ｓｈ１）の強度を強く設定する、
項目３に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、運転開始後できるだけ早期に、凍結したファン（２４）を解凍させることができる。
［項目５］
前記制御部（２２）は、前記電熱ヒータ（Ｓｈ１）を稼働させた後、前記ファン（２４）の回転数が正常値になると、前記電熱ヒータ（Ｓｈ１）を停止させる、
項目３に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、無駄または有害な加熱を防止することができる。
［項目６］
前記ファン（２４）の近傍に、非電気的な熱源を一時的に設置するための設置スペース（Ｓｈ２）をさらに備える、
項目１に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、電熱ヒータ（Ｓｈ１）を搭載していない場合、または電熱ヒータ（Ｓｈ１）の電源が確保できない場合でも、凍結したファン（２４）を早期に解凍させることができる。
［項目７］
ユーザに情報を提示するための報知部（２７）をさらに備え、
前記制御部（２２）は、前記温度が前記所定値よりも低く、かつ前記ファン（２４）の回転数が閾値未満の場合、前記報知部（２７）から凍結アラートを出力させる、
項目１または６に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、ユーザに、非電気的な熱源の設置を促すことができる。
［項目８］
前記制御部（２２）は、前記温度が前記所定値よりも低く、かつ前記ファン（２４）の回転数が閾値未満の場合であっても、前記電力変換回路（２１）の通電を継続する、
項目１に記載の電力変換装置（２２）。
これによれば、ジュール熱で筐体（Ｈ）内を加温することができる。
[Item 1]
A housing (H);
A power conversion circuit (21);
a fan (24) for cooling the power conversion circuit (21);
a rotation speed sensor (26) for measuring the rotation speed of the fan (24);
A temperature sensor (23) for measuring a temperature inside the housing (H);
a control unit (22) that acquires the rotation speed of the fan (24) from the rotation speed sensor (26), acquires the temperature from the temperature sensor (23), and controls the power conversion circuit (21) and the fan (24);
When the temperature is lower than a predetermined value, the control unit (22) reserves the decision on a failure of the fan (24) based on the rotation speed of the fan (24).
A power conversion device (22).
This makes it possible to accurately determine whether the fan (24) is broken or frozen.
[Item 2]
the control unit (22) determines that the fan (24) is malfunctioning when the temperature is equal to or higher than the predetermined value and the rotation speed of the fan (24) is less than a threshold value while the power conversion circuit (21) is energized;
2. The power conversion device (22) according to
This can improve the accuracy of determining whether or not the fan (24) has a malfunction.
[Item 3]
Further comprising an electric heater (Sh1) for heating the fan (24),
The control unit (22) operates the electric heater (Sh1) in response to a prior operation start instruction or an immediate operation start instruction when the temperature is lower than the predetermined value.
2. The power conversion device (22) according to
This allows the frozen fan (24) to be thawed quickly.
[Item 4]
When the control unit (22) receives an immediate operation start instruction while the temperature is lower than a predetermined value, the control unit (22) sets the intensity of the electric heater (Sh1) to be stronger than when the control unit (22) receives a prior operation start instruction.
4. The power conversion device (22) according to
This allows the frozen fan (24) to be thawed as soon as possible after the start of operation.
[Item 5]
When the rotation speed of the fan (24) reaches a normal value after operating the electric heater (Sh1), the control unit (22) stops the electric heater (Sh1).
4. The power conversion device (22) according to
This prevents unnecessary or harmful heating.
[Item 6]
Further, an installation space (Sh2) for temporarily installing a non-electrical heat source is provided near the fan (24).
2. The power conversion device (22) according to
According to this, even if the electric heater (Sh1) is not installed or the power source for the electric heater (Sh1) cannot be secured, the frozen fan (24) can be thawed early.
[Item 7]
Further comprising a notification unit (27) for presenting information to a user,
When the temperature is lower than the predetermined value and the rotation speed of the fan is less than a threshold value, the control unit (22) causes the notification unit (27) to output a freeze alert.
7. The power conversion device (22) according to
This can encourage the user to install a non-electrical heat source.
[Item 8]
the control unit (22) continues energizing the power conversion circuit (21) even when the temperature is lower than the predetermined value and the rotation speed of the fan (24) is less than a threshold value.
2. The power conversion device (22) according to
This allows the inside of the housing (H) to be heated by Joule heat.
１ 分散型電源システム、 ２ 系統、 ３ 分電盤、 ４ 負荷、 ５ 太陽電池、 ６ 定置型蓄電部、 ７ 電動車、 １０ 電力変換システム、 １１ ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １２ インバータ、 １３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １４ 制御部、 ２０ 車両用電力変換装置、 ２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ、 ２２ 制御部、 ２３ 温度センサ、 ２４ ファン、 ２５ 駆動部、 ２６ 回転数センサ、 ２７ 報知部、 ３０ 充放電ケーブル、 ３１ ガンコネクタ、 Ｂｄ 直流バス、 Ｈ 筐体、 Ｈｓ ヒートシンク、 Ｌ リアクトル、 ＴＲ トランス、 Ｂ１ 第１基板、 Ｂ２ 第２基板、 Ｓｗ 配線スペース、 Ｓｈ１ 第１格納スペース、 Ｓｈ２ 第２格納スペース、 Ｖｂ 下部通気口、 Ｖｔ 上部通気口。 1 Distributed power system, 2 System, 3 Distribution board, 4 Load, 5 Solar cell, 6 Stationary power storage unit, 7 Electric vehicle, 10 Power conversion system, 11 DC/DC converter, 12 Inverter, 13 DC/DC converter, 14 Control unit, 20 Vehicle power conversion device, 21 DC/DC converter, 22 Control unit, 23 Temperature sensor, 24 Fan, 25 Drive unit, 26 Rotational speed sensor, 27 Notification unit, 30 Charge/discharge cable, 31 Gun connector, Bd DC bus, H Housing, Hs Heat sink, L Reactor, TR Transformer, B1 First board, B2 Second board, Sw Wiring space, Sh1 First storage space, Sh2 Second storage space, Vb Lower ventilation port, Vt Top vent.
Claims (8)
電力変換回路と、
前記電力変換回路を冷却するためのファンと、
前記ファンの回転数を計測する回転数センサと、
前記筐体内の温度を計測する温度センサと、
前記回転数センサから前記ファンの回転数を取得し、前記温度センサから温度を取得し、前記電力変換回路と前記ファンを制御し、前記ファンの回転数に基づく前記ファンの故障判定を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度が所定値よりも低い場合、前記ファンの回転数に基づく前記ファンの故障判定をスキップする、
電力変換装置。 A housing and
A power conversion circuit;
a fan for cooling the power conversion circuit;
A rotation speed sensor that measures the rotation speed of the fan;
A temperature sensor that measures a temperature inside the housing;
a control unit that acquires a rotation speed of the fan from the rotation speed sensor, acquires a temperature from the temperature sensor, controls the power conversion circuit and the fan , and performs a failure determination of the fan based on the rotation speed of the fan ,
The control unit skips a failure determination of the fan based on a rotation speed of the fan when the temperature is lower than a predetermined value.
Power conversion equipment.
請求項１に記載の電力変換装置。 the control unit determines that the fan is broken when the temperature is equal to or higher than the predetermined value and the rotation speed of the fan is less than a threshold value while the power conversion circuit is energized.
The power conversion device according to claim 1 .
前記制御部は、前記温度が前記所定値よりも低い状態で、事前の運転開始指示または即時の運転開始指示に応じて、前記電熱ヒータを稼働させる、
請求項１に記載の電力変換装置。 Further comprising an electric heater for heating the fan;
The control unit operates the electric heater in response to a prior operation start instruction or an immediate operation start instruction when the temperature is lower than the predetermined value.
The power conversion device according to claim 1 .
請求項３に記載の電力変換装置。 When the control unit receives an immediate operation start instruction while the temperature is lower than a predetermined value, the control unit sets the intensity of the electric heater to be stronger than when the control unit receives a prior operation start instruction.
The power conversion device according to claim 3 .
請求項３に記載の電力変換装置。 The control unit stops the electric heater when the rotation speed of the fan reaches a normal value after operating the electric heater.
The power conversion device according to claim 3 .
請求項１に記載の電力変換装置。 Further, an installation space for temporarily installing a non-electrical heat source is provided near the fan.
The power conversion device according to claim 1 .
前記制御部は、前記温度が前記所定値よりも低く、かつ前記ファンの回転数が閾値未満の場合、前記報知部から凍結アラートを出力させる、
請求項１または６に記載の電力変換装置。 Further comprising a notification unit for presenting information to a user,
The control unit causes the notification unit to output a freeze alert when the temperature is lower than the predetermined value and the rotation speed of the fan is less than a threshold value.
The power conversion device according to claim 1 or 6.
請求項１に記載の電力変換装置。 the control unit continues energizing the power conversion circuit even when the temperature is lower than the predetermined value and the rotation speed of the fan is less than a threshold value.
The power conversion device according to claim 1 .
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