JP7691644B2

JP7691644B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7691644B2
Application number: JP2022154992A
Authority: JP
Inventors: 尭志野澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2025-06-12
Anticipated expiration: 2042-09-28
Also published as: US12525893B2; JP2024048860A; US20240106343A1; CN117792140A

Description

本発明は電力変換装置に関する。

下記特許文献１に記載されているように、電動車両には、例えば外部電源と蓄電池との間で電力変換を行うための電力変換装置が設けられる。電力変換装置により、外部電源から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池に供給することや、蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換して外部へと出力すること、等が可能となる。

国際公開第２０１２／１４４０４５号

上記特許文献１に記載されているような、ＤＣ／ＡＣ変換を行うように構成された電力変換装置では、例えば蓄電池のような直流電源が接続される第１接続部と、例えば交流の電力消費機器や交流電源等が接続される第２接続部と、が設けられる。このような従来構成においては、第２接続部から交流電力を出力すること等はできるが、第２接続部から直流電力を出力することはできない。このため、例えば電動車両において、電気加熱式触媒（ＥＣＨ）用のヒーターに直流電力を供給するためには、ＤＣ／ＤＣ変換を行うように構成された電力変換装置を別途設ける必要があり、コスト増となる。尚、ヒーターに交流電力を供給することも可能ではあるが、その場合、エネルギー効率が低下することに加え、交流電力の出力に伴ってノイズが増加してしまう。

本発明は、簡易な構成で、ＤＣ／ＡＣ変換及びＤＣ／ＤＣ変換の両方を行うことのできる電力変換装置、を提供することを目的とする。

本発明に係る電力変換装置は、直流電源が接続される第１接続部と、交流電源又は電力消費機器が接続される第２接続部と、第１接続部と第２接続部との間で電力変換を行う変換部と、変換部の動作を制御する制御部と、を備える。制御部は、第２接続部において交流電力の入力又は出力が行われるように変換部の動作を制御する交流制御と、第２接続部において直流電力の出力が行われるように変換部の動作を制御する直流制御と、の両方を行う。

このような構成の電力変換装置では、変換部に対して制御部が行う制御の態様を変更するだけで、第２接続部において交流電力の入力又は出力が行われる制御（つまりＤＣ／ＡＣ変換）と、第２接続部において直流電力の出力が行われる制御（つまりＤＣ／ＤＣ変換）と、を切り替えることができる。

本発明によれば、簡易な構成で、ＤＣ／ＡＣ変換及びＤＣ／ＤＣ変換の両方を行うことのできる電力変換装置、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の全体構成を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態に係る電力変換装置の、変換部の動作を説明するための図である。図３は、第１実施形態に係る電力変換装置の、変換部の動作を説明するための図である。図４は、第１実施形態において、制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。図５は、第２接続部における出力電圧の変化の例を示す図である。図６は、第２接続部における出力電圧の変化の例を示す図である。図７は、第１実施形態の直流制御において、制御装置によって実行される具体的な処理の流れを示すフローチャートである。図８は、図７の処理が行われた場合における、スイッチング素子の温度変化の一例を示す図である。図９は、第２実施形態の直流制御において、制御装置によって実行される具体的な処理の流れを示すフローチャートである。図１０は、第３実施形態の直流制御において、制御装置によって実行される具体的な処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態について説明する。本実施形態に係る電力変換装置１０は、不図示の電動車両に搭載される装置である。電動車両は、蓄電池１２及び不図示の回転電機を備えており、蓄電池１２に蓄えられた電力を回転電機に供給することで、走行に必要な駆動力を発生させる。電力変換装置１０は、蓄電池１２から供給される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を回転電機に供給する。

図１に示されるように、電力変換装置１０は、制御装置１００と、変換部２００と、を備えている。制御装置１００は、変換部２００を含む電力変換装置１０の動作を制御する装置である。変換部２００は、ＤＣ／ＡＣ変換等の電力変換を行い得るように構成された回路である。

先ず変換部２００の構成について説明する。変換部２００は、コネクタＣＮ１１、ＣＮ１２、ＣＮ２と、第１変換部２１０と、第２変換部２２０と、を有している。

コネクタＣＮ１１は、外部から交流電力を受け入れる部分として構成されたコネクタである。コネクタＣＮ１１には、例えば、電動車両のＡＣインレットへと繋がる配線が接続される。ＡＣインレットから電動車両に交流電力が供給されると、当該電力は電力変換装置１０によって直流電力に変換され、蓄電池１２へと蓄えられる。

コネクタＣＮ１２は、直流電力を出力する部分として構成されたコネクタである。コネクタＣＮ１２には、電動車両に搭載された電力消費機器へと繋がる配線が接続される。電力消費機器は、電力変換装置１０から直流電力の動作を受けて動作する機器である。本実施形態では、電力消費機器として、電機加熱式触媒（ＥＨＣ）を加熱するためのヒーター１３が接続される場合の例について説明する。

図１に示されるように、電力変換装置１０の第１変換部２１０からは一対の配線２７１、２７２が伸びており、それぞれの配線が途中で分岐している。分岐した一組の配線はコネクタＣＮ１１へと接続されており、他の一組の配線はコネクタＣＮ１２へと接続されている。コネクタＣＮ１１に接続された配線の途中には、リレーＲＬ１が設けられている。同様に、コネクタＣＮ１２に接続された配線の途中には、リレーＲＬ２が設けられている。リレーＲＬ１、ＲＬ２のそれぞれの動作は、制御装置１００によって制御される。

後に説明するように、変換部２００は、配線２７１、２７２から交流電力を受け入れる動作と、同じ配線２７１、２７２から直流電力を出力する動作と、のそれぞれを行うことが可能となっている。変換部２００が交流電力を受け入れるように動作する際は、リレーＲＬ１が閉状態とされ、リレーＲＬ２が開状態とされ、コネクタＣＮ１１から配線２７１、２７２を介して交流電力が供給される。変換部２００が直流電力を出力するように動作する際は、リレーＲＬ１が開状態とされ、リレーＲＬ２が閉状態とされ、配線２７１、２７２からコネクタＣＮ１２を介して直流電力が出力される。

尚、変換部２００が、配線２７１、２７２から交流電力を出力する動作をも行い得る構成としてもよい。この場合、変換部２００が交流電力を出力するように動作する際は、リレーＲＬ１が閉状態とされ、リレーＲＬ２が開状態とされ、配線２７１、２７２からコネクタＣＮ１１を介して交流電力が出力される。

第１変換部２１０のうち、外側から配線２７１、２７２が繋がっている部分は、ＡＣインレットの先にある交流電源や、ヒーター１３のような電力消費機器が電気的に接続される部分となっている。当該部分のことを、「第２接続部２０２」とも称する。第２接続部２０２が、取り外し可能なコネクタとして構成されていてもよい。また、第２接続部２０２に、交流電源又は電力消費機器のいずれか一方のみが接続されるような態様であってもよい。

コネクタＣＮ２は、直流電源である蓄電池１２が接続される部分として構成されたコネクタである。本実施形態の変換部２００は、蓄電池１２からの直流電力をコネクタＣＮ２から受け入れる動作と、直流電力をコネクタＣＮ２から出力して蓄電池１２に充電させる動作と、の両方を行い得る構成となっているが、そのいずれか一方のみを行い得る構成としてもよい。また、コネクタＣＮ２に接続される直流電源は、本実施形態のように充放電が可能な蓄電池１２であってもよいが、放電のみが可能な電源であってもよい。直流電源が接続される部分であるコネクタＣＮ２のことを、以下では「第１接続部２０１」とも称する。変換部２００は、第１接続部２０１と第２接続部２０２との間で電力変換を行う部分、ということができる。

第１変換部２１０は、第２接続部２０２と後述の第２変換部２２０との間で、ＤＣ／ＡＣ変換等を行うように構成されたフルブリッジインバータ回路である。第１変換部２１０は、配線２６１と配線２６２との間に、第１スイッチング素子２１１、第２スイッチング素子２１２、第３スイッチング素子２１３、及び第４スイッチング素子２１４からなる４つのスイッチング素子を有している。これらはいずれもＮチャンネル型のＭＯＳ型ＦＥＴであり、そのドレイン―ソース間にはダイオードが並列に接続されている。

第１スイッチング素子２１１及び第２スイッチング素子２１２は、配線２６１と配線２６２との間において互いに直列に接続されている。同様に、第３スイッチング素子２１３及び第４スイッチング素子２１４も、配線２６１と配線２６２との間において互いに直列に接続されている。

第１スイッチング素子２１１及び第３スイッチング素子２１３は、配線２６１側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「上アーム」を構成している。第２スイッチング素子２１２及び第４スイッチング素子２１４は、配線２６２側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「下アーム」を構成している。

第１スイッチング素子２１１と第３スイッチング素子２１３との間には、配線２７１の一端が接続されている。配線２７１の途中には、平滑用のリアクトル２４５が配置されている。第２スイッチング素子２１２と第４スイッチング素子２１４との間には、配線２７２の一端が接続されている。配線２７２の途中には、平滑用のリアクトル２４６が配置されている。

第１スイッチング素子２１１、第２スイッチング素子２１２、第３スイッチング素子２１３、及び第４スイッチング素子２１４のそれぞれの開閉動作は、後述の制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、第１スイッチング素子２１１等の動作を制御することで、第１変換部２１０においてＤＣ／ＡＣ変換を行わせることができる。このような制御としては公知の方法を用いることができるので、その具体的な内容については説明を省略する。

また、制御装置１００は、第１スイッチング素子２１１等の動作を制御することで、第１変換部２１０からコネクタＣＮ２に向けて直流電力を出力させることもできる。当該制御の具体的な内容については後に説明する。

第２変換部２２０は、第１接続部２０１（コネクタＣＮ２）と第１変換部２１０との間で、ＤＣ／ＤＣ変換を行うように構成された回路である。第２変換部２２０では、２つのフルブリッジインバータ回路が、トランス２４１を介して互いに接続されている。

一方のフルブリッジインバータ回路は、４つのスイッチング素子２２１、２２２、２２３、２２４を有している。これらのスイッチング素子２２１、２２２、２２３、２２４は、第１変換部２１０から伸びている一対の配線２６１、２６２の間に配置されている。

スイッチング素子２２１及びスイッチング素子２２２は、配線２６１と配線２６２との間において互いに直列に接続されている。同様に、スイッチング素子２２３及びスイッチング素子２２４も、配線２６１と配線２６２との間において互いに直列に接続されている。

スイッチング素子２２１、２２３は、配線２６１側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「上アーム」を構成している。スイッチング素子２２２、２２４は、配線２６２側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「下アーム」を構成している。

スイッチング素子２２１とスイッチング素子２２３との間には、トランス２４１の一次側に繋がる配線の一方が接続されており、スイッチング素子２２２とスイッチング素子２２４との間には、トランス２４１の一次側に繋がる配線の他方が接続されている。尚、上記の「一次側」とは、変換部２００が、蓄電池１２への充電動作を行う場合における「一次側」のことである。

第２変換部２２０が有するもう一方のフルブリッジインバータ回路は、４つのスイッチング素子２３１、２３２、２３３、２３４を有している。これらのスイッチング素子２３１、２３２、２３３、２３４は、コネクタＣＮ２に繋がる一対の配線２５１、２５２の間に配置されている。

スイッチング素子２３１及びスイッチング素子２３２は、配線２５１と配線２５２との間において互いに直列に接続されている。同様に、スイッチング素子２３３及びスイッチング素子２３４も、配線２５１と配線２５２との間において互いに直列に接続されている。

スイッチング素子２３１、２３３は、配線２５１側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「上アーム」を構成している。スイッチング素子２３２、２３４は、配線２５２側に配置されており、フルブリッジインバータ回路の「下アーム」を構成している。

スイッチング素子２３１とスイッチング素子２３３との間には、トランス２４１の二次側に繋がる配線の一方が接続されており、スイッチング素子２３２とスイッチング素子２３４との間には、トランス２４１の二次側に繋がる配線の他方が接続されている。上記の「二次側」とは、変換部２００が、蓄電池１２への充電動作を行う場合における「二次側」のことである。

スイッチング素子２２１、２２２、２２３、２２４、２３１、２３２、２３３、２３４のそれぞれの開閉動作は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、スイッチング素子２２１等の動作を制御することで、第２変換部２２０においてＤＣ／ＤＣ変換を行わせることができる。このような制御としては公知の方法を用いることができるので、その具体的な内容については説明を省略する。

変換部２００のその他の構成について説明する。第１変換部２１０と第２変換部２２０との間においては、配線２６１と配線２６２との間を繋ぐ配線の途中に平滑用のコンデンサ２４３が配置されている。同様に、コネクタＣＮ２の近傍においても、配線２５１と配線２５２との間を繋ぐ配線の途中に平滑用のコンデンサ２４２が配置されている。

第２接続部２０２には、漏電検出器２８０が設けられている。漏電検出器２８０は、配線２７１、２７２を含む電力経路のどこかで生じた漏電を検出するためのセンサである。漏電検出器２８０として、本実施形態では零相変流器（ＺＣＴ）が用いられている。このため、漏電検出器２８０による漏電の検知は、配線２７１と配線２７２との間の電位差が周期的に変動している場合にのみ可能となっている。漏電検出器２８０は、漏電の検知結果を示す信号を制御装置１００に送信する。制御装置１００は、当該信号に基づいて、漏電の有無やその大きさを把握することができる。

第１変換部２１０には、４つの温度センサ２９１、２９２、２９３、２９４が設けられている。これらはそれぞれ、第１スイッチング素子２１１、第２スイッチング素子２１２、第３スイッチング素子２１３、及び第４スイッチング素子２１４の温度を検知するためのセンサであって、具体的には、第１スイッチング素子２１１等のそれぞれの近傍に配置されたサーミスタである。温度センサ２９１、２９２、２９３、２９４は、測定した温度を示す信号を制御装置１００へと送信する。制御装置１００は、当該信号に基づいて、第１スイッチング素子２１１等のそれぞれの温度を個別に把握することができる。温度センサ２９１、２９２、２９３、２９４は、変換部２００の温度を検知する「温度検知部」に該当する。温度センサ２９１等が設けられる位置は、第１スイッチング素子２１１等と同じ位置であってもよいが、第１スイッチング素子２１１等から離れた位置であってもよい。

引き続き図１を参照しながら、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置１００は、電動車両に搭載された上位ＥＣＵ１１からの要求に応じて、電力変換装置１０の動作を制御する。制御装置１００は、その機能を表す要素として、通信部１１０と、判定部１２０と、制御部１３０と、を備えている。

通信部１１０は、電動車両に搭載された他の機器との間で双方向通信を行うためのインターフェイスとなる部分である。制御装置１００は、通信部１１０を介して上位ＥＣＵ１１との間で通信を行い、上位ＥＣＵ１１からの制御信号を受信する処理等を行う。

判定部１２０は、漏電検出器２８０から出力された信号に基づいて、漏電の有無を判定する処理を行う部分である。

制御部１３０は、変換部２００の動作を制御する処理を行う部分である。制御部１３０は、変換部２００に設けられた各スイッチング素子（第１スイッチング素子２１１等）の開閉動作を個別に制御することで、変換部２００に電力変換を行わせる。先に述べたように、本実施形態の電力変換装置１０は、変換部２００でＤＣ／ＡＣ変換を行い第２接続部２０２から交流電力を入出力すること等に加え、変換部２００でＤＣ／ＤＣ変換を行い第２接続部２０２から直流電力を出力することも可能となっている。第２接続部２０２において交流電力の入力又は出力が行われるように、制御部１３０が変換部２００に対して行う制御のことを、以下では「交流制御」とも称する。第２接続部２０２において直流電力の出力が行われるように、制御部１３０が変換部２００に対して行う制御のことを、以下では「直流制御」とも称する。制御部１３０は、交流制御及び直流電力の両方を行うことができる。

例えば、ＡＣインレットから電動車両に交流電力が供給される際には、交流制御によって蓄電池１２への充電が行われる。このとき、制御部１３０は、第１変換部２１０の第１スイッチング素子２１１等にスイッチング動作を行わせることで、第１変換部２１０から第２変換部２２０へと直流電力を出力させる。制御部１３０は更に、第２変換部２２０のスイッチング素子２２１等にスイッチング動作を行わせることで、第２変換部２２０から蓄電池１２へと直流電力を出力させる。交流制御における各スイッチング素子の具体的な制御方法としては、公知の方法を採用し得るので、詳細な説明は省略する。

直流制御の具体的な方法について説明する。直流制御において、制御部１３０は、第２変換部２２０に含まれるスイッチング素子２２１等の動作を制御することで、第２変換部２２０においてＤＣ／ＤＣ変換を行わせる。これにより、配線２６１と配線２６２との間には直流の電圧が印加された状態となる。

制御部１３０は、上記のように第２変換部２２０においてＤＣ／ＤＣ変換を行わせると共に、第１変換部２１０に含まれる第１スイッチング素子２１１等の状態を図２のように切り替える。具体的には、制御部１３０は、第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４を閉状態とし、第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３を開状態とする。その結果、図２において矢印で示される経路で電流が流れ、第２接続部２０２からヒーター１３に向けて直流電力が供給される。

直流制御において、制御部１３０は、第１変換部２１０に含まれる第１スイッチング素子２１１等の状態を、図２ではなく図３のように切り替えてもよい。図３の例において、制御部１３０は、第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３を閉状態とし、第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４を開状態とする。この場合、図３において矢印で示されるように、図２の例とは逆方向経路で電流が流れ、第２接続部２０２からヒーター１３に向けて直流電力が供給される。

以上のように、本実施形態の制御部１３０が行う直流制御には、図２の状態とする制御と、図３の状態とする制御と、の２種類が含まれる。図２の状態とする直流制御のことを、以下では「第１直流制御」とも称する。図３の状態とする直流制御のことを、以下では「第２直流制御」とも称する。

直流制御において制御装置１００が行う具体的な処理の流れについて、図４を参照しながら説明する。当該処理の最初のステップＳ０１では、制御装置１００は、漏電検出要求の有無を判定する。「漏電検出要求」とは、漏電を検出する処理を電力変換装置１０に行わせるように、上位ＥＣＵ１１から制御装置１００へと送信される要求信号のことである。本実施形態では、直流制御に先立って電力変換装置１０に漏電検出を行わせるよう、上位ＥＣＵ１１が構成されている。このような態様に換えて、上位ＥＣＵ１１から直流制御の実行が指示されると、制御装置１００が予め（自らの判断で）漏電検出を行うような構成としてもよい。

上位ＥＣＵ１１からの漏電検出要求が未だ届いていない場合には、制御装置１００は、ステップＳ０１の処理を繰り返し実行し、漏電検出要求が届くまで待機する。漏電検出要求が届くと、ステップＳ０２に移行する。ステップＳ０２では、制御部１３０が検出制御を開始する。「検出制御」とは、第２接続部２０２において電力が入出力される経路である一対の配線２７１、２７２の間の電位差が矩形波状に変化するように、変換部２００の動作を制御する制御のことである。

例えば、第１スイッチング素子２１１及び第３スイッチング素子２１３を開状態とし、第２スイッチング素子２１２及び第４スイッチング素子２１４を閉状態とすると、配線２７１、２７２の間の電位差は０となる。検出制御において、制御部１３０は、上記のような状態と図２の状態とが交互に切り替わるように、第１スイッチング素子２１１等の動作を制御する。その結果、配線２７１、２７２の間の電位差は、図５に示されるように、所定の電圧Ｖ１と０Ｖとの間で交互に切り替わるよう矩形波状に変化する。図５に示される時刻ｔ０は、検出制御が開始された時刻である。

このとき、配線２７１と配線２７２との間の電位差が周期的に変動するので、漏電検出器２８０による漏電の検知が可能な状態となっている。検出制御の実行中において、漏電検出器２８０は、電力経路における漏電の有無や漏れ電流の大きさを示す信号を、制御装置１００に送信する。判定部１２０は、検出制御の実行中に漏電検出器２８０から送信される信号に基づいて、漏電の有無を判定する。検出制御を実行することで、漏電検出器２８０として比較的安価な零相変流器（ＺＣＴ）を用いた構成としながらも、漏電を検出することができる。

尚、検出制御においては、制御部１３０が、図２の状態と図３の状態とが交互に切り替わるように、第１スイッチング素子２１１等の動作を制御することとしてもよい。

図４に戻って説明を続ける。ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、漏電検出器２８０で検出された漏れ電流の大きさが、予め設定された閾値以下に収まっているか否か、が判定される。

漏れ電流が閾値を超えている場合には、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、異常、すなわち漏電が生じているとの判定が、判定部１２０によってなされる。ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、ヒーター１３への通電を停止する処理が、制御部１３０によって行われる。その後、図４に示される一連の処理を終了する。以上の処理が行われることにより、漏電が生じている状況のままヒーター１３への電力供給が継続されてしまうような事態が防止される。

ステップＳ０３において、漏れ電流が閾値以下に収まっていた場合には、ステップＳ０４に移行する。ステップＳ０４では、正常、すなわち漏電が生じていないとの判定が、判定部１２０によってなされる。その後、ステップＳ０５に移行する。

ステップＳ０５では、制御装置１００は、暖機要求の有無を判定する。「暖機要求」とは、ヒーター１３に直流電力を供給し電機加熱式触媒の加熱を開始させるように、上位ＥＣＵ１１から制御装置１００へと送信される要求信号のことである。

上位ＥＣＵ１１からの暖機要求が未だ届いていない場合には、制御装置１００は、ステップＳ０５の処理を繰り返し実行し、暖機要求が届くまで待機する。暖機要求が届くと、ステップＳ０６に移行する。ステップＳ０６では、制御部１３０によって直流制御が開始される。以降は、電力変換装置１０の第２接続部２０２からヒーター１３に向けて直流電力が供給され、電機加熱式触媒の加熱が行われる。このとき、配線２７１、２７２の間の電位差は、図６に示されるように一定の電圧Ｖ２に維持される。図６に示される時刻ｔ１は、直流制御が開始された時刻である。直流制御が行われているときの電圧Ｖ２は、検出制御が行われているときの電圧Ｖ１と同じであってもよいが、異なっていてもよい。

ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、ステップＳ０６以降においてヒーター１３に供給された電力量が、所定の目標値に到達したか否かが判定される。ここでいう「目標値」とは、電機加熱式触媒の温度を活性温度まで上昇させるのに必要な電力量として、予め設定された値のことである。目標値は固定値であってもよいが、外気温等の状況に応じて都度設定される値であってもよい。

ヒーター１３に供給された電力量が未だ目標値に到達していない場合には、制御装置１００は、ステップＳ０７の処理を繰り返し実行し、直流制御を継続する。

ヒーター１３に供給された電力量が目標値以上になると、ステップＳ０８に移行する。ステップＳ０８では、制御部１３０による直流制御が停止される。その後、図４に示される処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、直流制御によってヒーター１３には直流電力が供給されるので、高い効率でヒーター１３を動作させることができる。また、第１変換部２１０等のスイッチング動作に伴うノイズの発生を抑制することもできる。尚、直流制御に先立ち実行される検出制御ではノイズが発生するが、検出制御は、漏電の検出に必要な最低限の期間しか実行されないので、ノイズはほとんど問題とならない。

ステップＳ０６で開始される直流制御は、先に述べた第１直流制御（図２）であってもよいが、第２直流制御（図３）であってもよい。以下で述べるように、本実施形態では、直流制御実行中の状況に応じて、第１直流制御と第２直流制御との間で切り替えが行われる。

図７に示されるフローチャートは、図６のステップＳ０６以降において実行される処理の、更に具体的な流れを示すものである。

直流制御が開始されると、先ずステップＳ２１において第１直流制御が開始される。第１直流制御が行われているときには、図２に矢印で示されるように、第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４を通る経路で電流が流れるので、これら２つのスイッチング素子の温度が次第に上昇する。一方、第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３については、電流が通らないため、これら２つのスイッチング素子の温度は殆ど上昇しない。

ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、ステップＳ２１以降においてヒーター１３に供給された電力量が、所定の目標値に到達したか否かが判定される。当該判定は、図４のステップＳ０７で行われるものと同じである。電力量が目標値に到達した場合には、ステップＳ２８に移行し、制御部１３０による直流制御が停止される。

ステップＳ２２において、ヒーター１３に供給された電力量が未だ目標値に到達していない場合には、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３においては、その時点で行われている直流制御が、第１直流制御であるか否かが判定される。第１直流制御を実行中である場合にはステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４では、（電流が通っている）第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４のうち、いずれかの温度が、所定の上限温度を超えたか否かが判定される。「上限温度」とは、第１スイッチング素子２１１等の負荷が大きくなり過ぎないような適正な温度範囲の上限として、予め設定された温度である。第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４の温度がいずれも上限温度以下に収まっている場合には、第１直流制御を引き続き継続しながら、ステップＳ２２以降の処理が再度実行される。第１スイッチング素子２１１又は第４スイッチング素子２１４の温度が上限温度を超えた場合には、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５では、第１直流制御から第２直流制御へと切り替える処理が、制御部１３０により行われる。その後、第２直流制御を継続しながら、ステップＳ２２以降の処理が再度実行される。ステップＳ２５において第２直流制御に切り替えられた後は、第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４には電流が通らなくなるので、これらの温度は次第に低下して行く。

ステップＳ２３において第２直流制御が行われていたときには、ステップＳ２６へと移行する。ステップＳ２６では、（電流が通っている）第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３のうち、いずれかの温度が、上限温度を超えたか否かが判定される。この判定に用いられる上限温度は、ステップＳ２４の判定に用いられる上限温度と同じ温度でもよく、異なる温度でもよい。第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３の温度がいずれも上限温度以下に収まっている場合には、第２直流制御を引き続き継続しながら、ステップＳ２２以降の処理が再度実行される。第２スイッチング素子２１２又は第３スイッチング素子２１３の温度が上限温度を超えた場合には、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７では、第２直流制御から第１直流制御へと切り替える処理が、制御部１３０により行われる。その後、第１直流制御を継続しながら、ステップＳ２２以降の処理が再度実行される。ステップＳ２７において第１直流制御に切り替えられた後は、第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３には電流が通らなくなるので、これらの温度は次第に低下して行く。

図８には、以上のように直流制御が行われているときの、第１スイッチング素子２１１等の温度変化の一例が示されている。図８の「素子温度１」とは、第１スイッチング素子２１１及び第４スイッチング素子２１４の温度のことである。「素子温度２」とは、第２スイッチング素子２１２及び第３スイッチング素子２１３の温度のことである。これらはいずれも、温度センサ２９１、２９２、２９３、２９４によって測定され、図７のステップＳ２４、Ｓ２６の判定に用いられる。

時刻ｔ１０において上位ＥＣＵ１１から暖機要求が送信されると、第１直流制御が開始されることにより、第１スイッチング素子２１１等の温度（素子温度１）が次第に上昇して行く。その後、時刻ｔ１１において第１スイッチング素子２１１等の温度（素子温度１）が上限温度に到達すると、第２直流制御に切り替えられる。時刻ｔ１１以降は、第１スイッチング素子２１１等の温度（素子温度１）は次第に低下する一方で、第２スイッチング素子２１２等の温度（素子温度２）は次第に上昇する。その後、時刻ｔ１２において第２スイッチング素子２１２等の温度（素子温度２）が上限温度に到達すると、第１直流制御に切り替えられる。以降は同様に、時刻ｔ１３、ｔ１４においてスイッチング素子の温度が上限温度に到達する度に、第１直流制御と第２直流制御との間で制御が交互に切り替えられて行く。

このように、本実施形態に係る制御装置１００の制御部１３０は、温度センサ２９１等が検知した温度に基づいて、第１直流制御と第２直流制御との間を切り替える処理を行う。これにより、変換部２００の温度（この例では、第１変換部２１０に含まれるすべてのスイッチング素子の温度）を、上限温度以下の適正な温度範囲内に維持することができる。それぞれのスイッチング素子に求められる耐熱性能は低くなるので、第１スイッチング素子２１１等として、耐熱性の低い（つまり低コストな）スイッチング素子を用いることができる。

第１変換部２１０が備える４つのスイッチング素子のうち、直流制御の実行中において閉状態とされるのは２つのみであり、残りの２つは開状態となるので電流が流れない。個々のスイッチング素子に加えられる冷熱サイクルが半減されることとなるので、スイッチング素子に求められる耐熱性能が更に低くなるという利点も得られる。

尚、図７の例は、直流制御において第１直流制御が最初に行われる例となっているが、第２直流制御の方が最初に行われることとしてもよい。

また、第１直流制御と第２直流制御との間を切り替える処理は、本実施形態では４つの温度センサ２９１、２９２、２９３、２９４のそれぞれで測定された温度に基づいて行われるが、これらのうちの一部の温度のみに基づいて行われることとしてもよい。

第２実施形態について説明する。本実施形態では、直流制御において実行される処理の内容において第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図９に示される一連の処理は、図７に示される一連の処理に替えて、本実施形態の制御装置１００により実行されるものである。図９のステップＳ３１、ステップＳ３２、及びステップＳ３７で行われる処理は、それぞれ、図７のステップＳ２１、ステップＳ２２及びステップＳ２８で行われる処理と同じである。

ステップＳ３２において、ヒーター１３に供給された電力量が未だ目標値に到達していない場合には、本実施形態ではステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、現在の直流制御が開始されてから、所定期間が経過したか否かが判定される。ここでいう「現在の直流制御」とは、第１直流制御又は第２直流制御のうち、現在実行されている方の直流制御のことである。例えば、ステップＳ３３の処理が最初に行われた場合には、ステップＳ３１で開始された第１直流制御が「現在の直流制御」ということになる。

上記の「所定期間」とは、予め設定された一定の長さの期間のことである。本実施形態では、第１直流制御や第２直流制御を連続して実行し得る期間として、上記の所定期間が設定されている。

ステップＳ３３において、所定期間が経過していないと判定された場合には、現在の直流制御を引き続き継続しながら、ステップＳ３２以降の処理が再度実行される。現在の直流制御が開始されてから所定期間が経過したと判定された場合には、ステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、その時点で行われている直流制御が、第１直流制御であるか否かが判定される。第１直流制御を実行中である場合にはステップＳ３５に移行する。

ステップＳ３５では、第１直流制御から第２直流制御へと切り替える処理が、制御部１３０により行われる。その後、第２直流制御を継続しながら、ステップＳ３２以降の処理が再度実行される。

ステップＳ３３において第２直流制御が行われていたときには、ステップＳ３６へと移行する。ステップＳ３６では、第２直流制御から第１直流制御へと切り替える処理が、制御部１３０により行われる。その後、第１直流制御を継続しながら、ステップＳ３２以降の処理が再度実行される。

以上のような処理が行われる結果、本実施形態では、時間が経過するに従って第１直流制御と第２直流制御との間を交互に切り替える処理が、制御部１３０によって実行される。具体的には、制御部１３０は、一定の長さの「所定期間」が経過する毎に、第１直流制御と第２直流制御との間を切り替える。「所定期間」を、第１スイッチング素子２１１等の温度が上限温度を超えることの無いような長さの期間として予め設定しておけば、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。

尚、図９の例は、直流制御において第１直流制御が最初に行われる例となっているが、第２直流制御の方が最初に行われることとしてもよい。

第３実施形態について説明する。本実施形態では、直流制御において実行される処理の内容において第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図１０に示される一連の処理は、図７に示される一連の処理に替えて、本実施形態の制御装置１００により実行されるものである。最初のステップＳ４１では、図１０の処理が前回行われた際に実行された直流制御が、第１直流制御であったか否かが判定される。このような処理を実現するために、前回実行された直流制御の種類が、制御装置１００の有する不揮発性の記憶装置に記憶されることとすればよい。

前回は第１直流制御が実行されていた場合には、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２では、直流制御として第２直流制御が開始される。つまり、前回とは異なる方の直流制御が実行される。その後、後述のステップＳ４４に移行する。

ステップＳ４１において、前回は第２直流制御が実行されていた場合には、ステップＳ４３に移行する。ステップＳ４４では、直流制御として第１直流制御が開始される。つまり、前回とは異なる方の直流制御が実行される。

ステップＳ４２又はステップＳ４３の処理が実行された後は、直流制御を継続したままステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、図７のステップＳ２２と同様に、ヒーター１３に供給された電力量が目標値に到達するまで待機する処理が行われる。当該電力量が目標値に到達すると、ステップＳ４５に移行し、制御部１３０による直流制御が停止される。

本実施形態でも図９の第２実施形態と同様に、時間が経過するに従って第１直流制御と第２直流制御との間を交互に切り替える処理が、制御部１３０によって実行される。本実施形態では、図１０の処理が実行される毎に、直流制御として実行される制御が第１直流制御と第２直流制御との間で切り替えられる。図４や図１０に示される処理が、制御装置１００の起動時（例えば、電動車両のイグニッションスイッチがＯＮとされた時）に開始されるように構成されている場合には、制御部１３０は、起動される毎に第１直流制御と第２直流制御との間を交互に切り替えることとなる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：電力変換装置
２００：変換部
２０１：第１接続部
２０２：第２接続部
１３０：制御部

Claims

直流電源が接続される第１接続部と、
交流電源又は電力消費機器が接続される第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部との間で電力変換を行う変換部と、
前記変換部の動作を制御する制御部と、
前記第２接続部において電力が入出力される経路である一対の配線と、前記配線に設けられた漏電検出器と、を備え、
前記制御部は、
前記第２接続部において交流電力の入力又は出力が行われるように前記変換部の動作を制御する交流制御と、
前記第２接続部において直流電力の出力が行われるように前記変換部の動作を制御する直流制御と、の両方を行うとともに、
前記直流制御を行うに先立ち、
前記配線間の電位差が矩形波状に変化するように、前記変換部の動作を制御する検出制御、を行う電力変換装置。
前記検出制御が行われた際の、前記漏電検出器から出力された信号に基づいて、漏電の有無を判定する判定部、を更に備える、請求項１に記載の電力変換装置。
直流電源が接続される第１接続部と、
交流電源又は電力消費機器が接続される第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部との間で電力変換を行う変換部と、
前記変換部の動作を制御する制御部と、
前記変換部の温度を検知する温度検知部と、を備え、
前記変換部は、
直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、直列に接続された第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、を有する回路であって、
前記第１スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のそれぞれが上アームを構成し、前記第２スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のそれぞれが下アームを構成するフルブリッジ回路を含み、
前記制御部は、
前記第２接続部において交流電力の入力又は出力が行われるように前記変換部の動作を制御する交流制御と、
前記第２接続部において直流電力の出力が行われるように前記変換部の動作を制御する直流制御と、の両方を行い、
前記制御部が行う前記直流制御には、
前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を閉状態とし、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子を開状態とする第１直流制御と、
前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子を閉状態とし、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を開状態とする第２直流制御と、の両方が含まれ、
前記制御部は、前記温度検知部が検知した温度に基づいて、前記第１直流制御と前記第２直流制御との間を切り替える、電力変換装置。
前記温度検知部は、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子のうちの少なくとも一部の温度を検知するものであり、
前記制御部は、
前記第１直流制御を行っているときに、前記第１スイッチング素子又は前記第４スイッチング素子の温度が所定の上限温度を超えた場合には、前記第１直流制御から前記第２直流制御に切り替え、
前記第２直流制御を行っているときに、前記第２スイッチング素子又は前記第３スイッチング素子の温度が所定の上限温度を超えた場合には、前記第２直流制御から前記第１直流制御に切り替える、請求項３に記載の電力変換装置。
直流電源が接続される第１接続部と、
交流電源又は電力消費機器が接続される第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部との間で電力変換を行う変換部と、
前記変換部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記変換部は、
直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、直列に接続された第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、を有する回路であって、
前記第１スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のそれぞれが上アームを構成し、前記第２スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のそれぞれが下アームを構成するフルブリッジ回路を含み、
前記制御部は、
前記第２接続部において交流電力の入力又は出力が行われるように前記変換部の動作を制御する交流制御と、
前記第２接続部において直流電力の出力が行われるように前記変換部の動作を制御する直流制御と、の両方を行い、
前記制御部が行う前記直流制御には、
前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を閉状態とし、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子を開状態とする第１直流制御と、
前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子を閉状態とし、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を開状態とする第２直流制御と、の両方が含まれ、
前記制御部は、
時間が経過するに従って前記第１直流制御と前記第２直流制御との間を切り替える、電力変換装置。
前記制御部は、
所定期間が経過する毎に前記第１直流制御と前記第２直流制御との間を切り替える、請求項５に記載の電力変換装置。
前記制御部は、
起動される毎に前記第１直流制御と前記第２直流制御との間を切り替える、請求項５に記載の電力変換装置。