JP2012029468A - 電力変換システムの放電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることでコンデンサ16の両電極を短絡させる処理を行うことでコンデンサ16の充電電圧を規定電圧以下に制御する放電制御を行うに際し、モータジェネレータ10が回転するおそれがあること。
【解決手段】U相およびV相の高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることでコンデンサ16を放電するに際し、モータジェネレータ10に電流が流れる場合、高電位側のドライブユニットDUに電圧変更指令信号Rvを出力する。ドライブユニットDUでは、ゲート印加電圧を変更することで、モータジェネレータ10への電流の流出を解消させる。
【選択図】 図1
【解決手段】U相およびV相の高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることでコンデンサ16を放電するに際し、モータジェネレータ10に電流が流れる場合、高電位側のドライブユニットDUに電圧変更指令信号Rvを出力する。ドライブユニットDUでは、ゲート印加電圧を変更することで、モータジェネレータ10への電流の流出を解消させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、多相回転機の各端子をキャパシタの一対の電極の一方および他方に選択的に接続するための高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備える直流交流変換回路と、前記直流交流変換回路および前記キャパシタと直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段とを備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで前記キャパシタの両電極を短絡させる処理を行うことにより前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御する放電制御手段を備える電力変換システムの放電制御装置に関する。
この種の放電制御装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、電動機に接続されるインバータの高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とを同時にオン状態とすることで、インバータの入力端子に接続されるコンデンサの両電極を短絡し、コンデンサを放電させるものも提案されている。この制御装置では、コンデンサの両電極を短絡させる際に流れる電流が過度に大きくなることを回避すべく、放電制御時には通常時と比較して、スイッチング素子であるIGBTのゲートの電圧を低減させる手法と、スイッチング素子を間欠駆動する手法とのいずれかを用いている。
ところで、上記ゲート電圧を低減する手法を用いる場合、IGBTの特性ばらつき等に起因して、1の相と他の相とで、IGBTのコレクタエミッタ間電圧降下量が相違するおそれがある。そしてこの場合、上側アームのコレクタエミッタ間の電圧降下量が小さい相から大きい相へと電動機を介して電流が流れ、ひいては電動機が回転するおそれがある。
また、スイッチング素子を間欠駆動する手法の場合、互いに相違する相間で、スイッチング素子をオン状態とする期間が重複する場合などには、これら相間を電動機を介して電流が流れ、ひいては電動機が回転するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることでキャパシタの両電極を短絡させる処理を行うことによりキャパシタの充電電圧を規定電圧以下に制御する放電制御をより適切に行なうことのできる電力変換システムの放電制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明は、多相回転機の各端子をキャパシタの一対の電極の一方および他方に選択的に接続するための高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備える直流交流変換回路と、前記直流交流変換回路および前記キャパシタと直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段とを備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで前記キャパシタの両電極を短絡させる処理を行うことにより前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御する放電制御手段を備える電力変換システムの放電制御装置において、前記放電制御に伴って前記多相回転機に電流が流れるか否かを判断する判断手段と、前記多相回転機に電流が流れると判断される場合に前記放電制御の態様を変更する変更手段とを備えることを特徴とする。
上記発明では、多相回転機に電流が流れると判断される場合に放電制御の態様を変更することで、放電制御によって多相回転機が回転する事態が生じた場合に、これに適切に対処することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記放電制御手段は、前記多相回転機の複数の端子のそれぞれに接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子を用いて前記放電制御を行うものであり、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子は、いずれも電圧制御形のスイッチング素子であり、前記変更手段は、前記多相回転機に電流が流れると判断される場合、前記放電制御に用いられるスイッチング素子の導通制御端子に対する印加電圧を変更する電圧変更手段を備えることを特徴とする。
上記発明では、電圧変更手段を備えることで、スイッチング素子の入力端子および出力端子間の電圧降下量を変更することができ、ひいては多相回転機に電流が流れることを十分に抑制することができる。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記放電制御手段による放電制御は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方の非飽和領域の電流が、前記直流交流変換回路が本来の目的で使用される場合よりも小さくなるように前記少なくとも一方の導通制御端子に印加される電圧を設定しつつなされるものであることを特徴とする。
上記発明では、スイッチング素子を非飽和領域で駆動させることで放電制御時の電流を非飽和領域の電流に制限することができる。ただし、放電制御に用いる端子間で非飽和領域の電流が相違する場合等にあっては、これら端子間で電位が相違する事態が生じ、ひいては回転機に電流が流れるおそれがある。この点、上記発明では、電圧変更手段を備えることで、こうした事態が生じた場合に、多相回転機に電流が流れることを十分に抑制することができる。
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記放電制御手段は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子のいずれか一方の非飽和領域の電流がいずれか他方のものよりも小さくなるように前記いずれか一方および前記いずれか他方のそれぞれのスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧を設定するものであって且つ、前記いずれか他方がオン状態となっている間に前記いずれか一方のスイッチング状態を切り替えるようにして、該いずれか一方のオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことで前記両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うものであることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記判断手段は、前記多相回転機に電流が流れることで前記多相回転機の各端子と前記直流交流変換回路との接続が正常であるか否かを判断する手段を備え、前記変更手段は、前記正常であると判断される場合、前記多相回転機に無効電流を流すことで前記放電制御を行う無効電流制御手段を備えることを特徴とする。
上記発明では、無効電流制御手段を備えることで多相回転機が回転することを好適に回避しつつ放電制御を行うことができる。
請求項6記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記判断手段は、前記多相回転機に電流が流れることで前記多相回転機が回転するか否かを判断する手段を備え、前記変更手段は、前記回転すると判断される場合、前記放電制御を停止する停止手段を備えることを特徴とする。
上記発明では、停止手段を備えることで、多相回転機が回転することを好適に回避することができる。
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記停止手段は、前記放電制御に伴う前記多相回転機の回転量が所定以上となる場合に前記放電制御を停止することを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記判断手段は、前記多相回転機の回転角度を検出する角度検出手段による回転角度の検出値を用いて前記判断を行うことを特徴とする。
多相回転機に電流が流れることで回転機にトルクが生じると、回転機が回転を開始する。このため、回転角度の変化が検出される場合に多相回転機に電流が流れていると判断することができる。
請求項9記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記判断手段は、前記直流交流変換回路と前記多相回転機の端子との接続経路の電流を検出する相電流検出手段による相電流の検出値に基づき前記判断を行うことを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記判断手段は、前記多相回転機の1の端子に接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子のそれぞれを流れる電流を検出する素子電流検出手段による電流の検出値の差に基づき前記判断を行うことを特徴とする。
多相回転機の1の端子に接続される高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子を流れる電流に差がある場合、この電流は多相回転機に流れたと考えられる。
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる電力変換システムの放電制御装置を車載主機としての回転機に接続される電力変換システムの放電制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明にかかる電力変換システムの放電制御装置を車載主機としての回転機に接続される電力変換システムの放電制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるモータジェネレータ10は、車載主機であり、駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ10は、インバータIVと、リレーSMR2および抵抗体14並びにリレーSMR1の並列接続体とを介して高電圧バッテリ12に接続されている。ここで、高電圧バッテリ12は、その端子電圧が例えば百V以上の高電圧となるものである。また、インバータIV1の入力端子のうち、リレーSMR1,SMR2よりもインバータIV側には、コンデンサ16および放電抵抗18が並列接続されている。
インバータIVは、パワー素子としての高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。
上記高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(コレクタおよびエミッタ間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFDpおよび低電位側のフリーホイールダイオードFDnのカソードおよびアノードが接続されている。なお、上記スイッチング素子Swp,Swnは、いずれも絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にて構成されている。また、スイッチング素子Swp,Swnは、その入力端子および出力端子間に流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子Stを備えている。
センス端子Stの出力する微少電流は、シャント抵抗19を流れ、これによる電圧降下量が、スイッチング素子Sw#(#=p,n)を駆動するためのドライブユニットDUに取り込まれる。ドライブユニットDUは、シャント抵抗19における電圧降下量に基づき、スイッチング素子Sw#の入力端子および出力端子間に流れる電流が閾値電流Ith以上となると判断される場合に、スイッチング素子Sw#を強制的にオフ状態とする機能を有する。
一方、制御装置30は、低電圧バッテリ20を電源とする電子制御装置である。制御装置30は、制御対象としてのモータジェネレータ10の制御量を制御すべく、上記インバータIVを操作する。詳しくは、制御装置30は、モータジェネレータ10の回転角度θを検出する回転角度センサ24や、モータジェネレータ10を流れる電流iu,iv,iwを検出する電流センサ26等の各種センサの検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、およびW相のそれぞれについてのスイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、スイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。これにより、スイッチング素子Swp,Swnは、それらの導通制御端子(ゲート)に接続されるドライブユニットDUを介して制御装置30により操作される。また、制御装置30は、自身に作用する力に基づき加速度を検出する加速度検出手段(Gセンサ22)の検出値に基づき、車両の衝突を検知し、衝突が検知された場合、コンデンサ16を強制的に放電させる処理を行なうべく、U相およびV相のスイッチング素子Swp,SwnのドライブユニットDUに異常時放電指令disをそれぞれ出力する。
ちなみに、インバータIVを備える高電圧システムと、制御装置30を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号g*#(*=u,v,w、#=p,n)や、異常時放電指令disは、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。
図2に、スイッチング素子Sw#のドライブユニットDUのうち、特にスイッチング素子Sw#をオン・オフする駆動回路部の構成を示す。詳しくは、図2(a)は、W相のドライブユニットDUの構成を示し、図2(b)は、U相およびV相の下側アームのドライブユニットDUの構成を示し、図2(c)は、U相およびV相の上側アームのドライブユニットDUの構成を示す。
図2(a)に示されるように、W相のドライブユニットDUは、端子電圧VHの電源40を備え、電源40の電圧が充電用スイッチング素子42およびゲート抵抗44を介してスイッチング素子Sw#の導通制御端子(ゲート)に印加される。また、スイッチング素子Sw#のゲートは、ゲート抵抗44および放電用スイッチング素子46を介してスイッチング素子の出力端子(エミッタ)に接続され、これがゲートの放電経路となる。充電用スイッチング素子42や放電用スイッチング素子46は、操作信号gw#に応じて駆動制御部48によってオン・オフ操作される。これにより、スイッチング素子Sw#は、駆動制御部48によってオン・オフ操作されることとなる。
一方、U相やV相の下側アームのドライブユニットDUは、図2(b)に示されるように、基本的には、先の図2(a)に示したものと同一であるものの、駆動制御部48に、OR回路49による操作信号gjn(j=u,v)と異常時放電指令disとの論理和信号が入力されるようになっている。
また、U相の上側アームのドライブユニットDUは、図2(c)に示されるように、基本的には、先の図2(a)に示したものと同一であるものの、端子電圧VHの電源40に加えて、電源40の電圧を降圧するレギュレータ50を備えて、端子電圧VHよりも低い出力電圧VLをスイッチング素子Swpに印加可能とされている。詳しくは、電源40の出力端子およびレギュレータ50の出力端子は、異常時放電指令disに応じて切り替えられるセレクタ47によって選択的に充電用スイッチング素子42に接続される。具体的には、異常時放電指令disが出力されない通常時においては、電源40が充電用スイッチング素子42に接続され、異常時放電指令disが出力される異常時においてはレギュレータ50が充電用スイッチング素子42に接続される。
図3に、異常時放電指令disに基づく放電制御の態様を示す。詳しくは、図3(a)に、U相の高電位側のスイッチング素子Swpの状態の推移を示し、図3(b)に、U相の低電位側のスイッチング素子Swnの状態の推移を示し、図3(c)に、V相の高電位側のスイッチング素子Swpの状態の推移を示し、図3(d)に、V相の低電位側のスイッチング素子Swnの状態の推移を示し、図3(e)に、コンデンサ16の充電電圧の推移を示す。図示されるように、本実施形態では、U相およびV相の低電位側のスイッチング素子Swnをオン状態に維持した状態で、高電位側のスイッチング素子Swpを、オン状態およびオフ状態に周期的に切り替える。これにより、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方が同時期にオン状態となる期間が存在し、この期間においてコンデンサ16の両電極間がスイッチング素子Swp,Swnを介して短絡状態とされることで、コンデンサ16が放電される。
この際、先の図2に示したドライブユニットDUの構成の故に、高電位側のスイッチング素子Swpのゲート印加電圧の方が低電位側のスイッチング素子Swnのゲート印加電圧よりも低くなる。これにより、高電位側のスイッチング素子Swpは、非飽和領域において駆動されて且つ、低電位側のスイッチング素子Swnは、飽和領域において駆動されることとなる。これは、高電位側のスイッチング素子Swpよりも低電位側のスイッチング素子Swnのゲート印加電圧を高くしたために、高電位側のスイッチング素子Swpの方が低電位側のスイッチング素子Swnよりも非飽和領域の電流が小さくなるためである。これにより、放電制御によって高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnを流れる電流は高電位側のスイッチング素子Swpの非飽和領域の電流に制限されることとなる。
上記放電制御は、車両の衝突時等に行われる異常時放電制御である。ただし、本実施形態では、車両が通常時において停止し、リレーSMR1が開状態に切り替えられた際にも、モータジェネレータ10に無効電流を流すことで放電制御を行なう。これにより、放電抵抗18によるコンデンサ16の放電よりも迅速にコンデンサ16を放電させることができる。ちなみに、放電抵抗18は、例えば車両の牽引等によってモータジェネレータ10が発電状態となりコンデンサ16が充電される等の不測の事態に備えたものである。
なお、上記異常時放電制御時において、モータジェネレータ10に無効電流を流す手法を採用しないのは、衝突によってインバータIVとモータジェネレータ10とを接続する電気経路が断線するおそれがあるためである。このため、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とする処理を採用することで、インバータIVのみによってコンデンサ16の放電を可能とする。ここで、複数の相のスイッチング素子Swp,Swnを用いたのは、放電制御に用いるスイッチング素子Swp,Swnの温度が過度に上昇しないようにすることとコンデンサ16を迅速に放電することとの両立を図るためである。すなわち、1相のみによって異常時放電制御を行う場合、コンデンサ16の充電エネルギが単一のスイッチング素子Swpのジュール熱に変換されることとなるため、このスイッチング素子Swpの温度が上昇しやすい。これを回避するためには、先の図3に示した隣接する一対の放電期間の間の時間を伸長させることが必要となるが、この場合には、異常時放電制御に要する時間が伸長する。これに対し、複数相のスイッチング素子を用いることで、コンデンサ16の充電エネルギを、これら各相のスイッチング素子に分配することができ、ひいては異常時放電制御を迅速に行いつつもスイッチング素子Swpの温度上昇量を低減することができる。
ただし、複数相のスイッチング素子を用いる場合、これらのうちの1相の高電位側のスイッチング素子Swpから他の相の低電位側のスイッチング素子Swnに電流が流れることでモータジェネレータ10が回転するおそれがある。これは、U相とV相とでドライブユニットDUに個体差が生じることで、レギュレータ50の出力電圧VLにばらつきが生じたり、U相とV相とでスイッチング素子Swp、Swnに個体差が生じたりするためである。
そこで本実施形態では、異常時放電制御に際して、図4に示す処理によってモータジェネレータ10が回転するおそれがある場合には、放電制御態様を変更する。詳しくは、先の図2(c)のレギュレータ50の出力電圧VLを変更すべく、制御装置30から高電位側のスイッチング素子Swp用のドライブユニットDUに電圧変更指令信号Rvを出力する。図4は、本実施形態にかかる放電制御の変更処理の手順を示す。この処理は、制御装置30によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS10において、上記電流センサ26の検出値に基づき、U相およびV相間に電流が流れているか否かを判断する。そして、ステップS10において肯定判断される場合、モータジェネレータ10に電流が流れることでモータジェネレータ10が回転するおそれがあることから、ステップS12に移行する。ステップS12においては、上記電流がU相からV相に流れているか否かを判断する。そして、ステップS12において肯定判断される場合、ステップS14において、U相のレギュレータ50の出力電圧VLを低下操作する。すなわち、ステップS12において肯定判断される場合、高電位側のスイッチング素子Swpのコレクタエミッタ間電圧VceはU相の方がV相と比較して小さいと考えられることから、U相のゲート電圧Vgeを低下させてU相の高電位側のスイッチング素子Swpのコレクタエミッタ間電圧Vceを低下させる。一方、ステップS12において否定判断される場合には、ステップS16において、V相のレギュレータ50の出力電圧VLを低下操作する。
なお、ステップS14、S16の処理が完了する場合や、ステップS10において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
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。
(1)異常時放電制御によってモータジェネレータ10に電流が流れると判断される場合、レギュレータ50の出力電圧VLを変更した。これにより、モータジェネレータ10に電流が流れることを十分に抑制することができる。
(2)異常時放電制御時において、低電位側のスイッチング素子Swnのゲートに高電圧(端子電圧VH)を印加してオン状態に維持した状態で、高電位側のスイッチング素子Swpのゲートに低電圧(出力電圧VL)を断続的に印加してオン・オフ操作を繰り返すことで異常時放電制御を行った。これにより、オン・オフ操作を繰り返す側のゲート・エミッタ間の電位を安定させることができる等、異常時放電制御を好適に行なうことができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の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、モータジェネレータ10に電流が流れることでモータジェネレータ10とインバータIVとの接続経路が正常であると判断される場合、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とする処理からモータジェネレータ10への無効電流の通電に切り替える。
図5に、本実施形態にかかる無効電流通電への切替処理の手順を示す。この処理は、制御装置30によって、異常時放電制御がなされる場合に実行される。
この一連の処理では、まずステップS20において、異常時放電制御にU相およびV相を用いる旨を示すUV利用フラグがオフ状態となっているか否かを判断する。そして、ステップS20において否定判断される場合、ステップS22において、U相およびV相において、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることで、異常時放電制御を行う。そして、ステップS24では、回転角度センサ24によって検出される回転角度θが変化したか否かを判断する。この処理は、異常時放電制御によってモータジェネレータ10に電流が流れたか否かを判断するためのものである。そして、ステップS24において肯定判断される場合、ステップS26においてUV利用フラグをオフする。
続くステップS28では、V相およびW相の双方をオン状態とすることで、異常時放電制御を行う。そして、ステップS30では、回転角度センサ24によって検出される回転角度θが変化したか否かを判断する。この処理は、異常時放電制御によってモータジェネレータ10に電流が流れたか否かを判断するためのものである。そして、ステップS30において肯定判断される場合、ステップS32において異常時放電制御にV相およびW相を用いる旨を示すVW利用フラグをオフする。
一方、上記ステップS20において肯定判断される場合、ステップS34において、VW利用フラグがオフとなっているか否かを判断する。そして、ステップS34において否定判断される場合、ステップS28に移行する。一方、ステップS34において肯定判断される場合、ステップS36に移行し、モータジェネレータ10に無効電流を流すことでコンデンサ16を放電する。すなわち、ステップS34において肯定判断される場合には、U相、V相およびW相の全てについてモータジェネレータ10とインバータIVとの接続が正常であると考えられることから、コンデンサ16の放電制御をモータジェネレータ10の無効電流通電に切り替える。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(2)の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。
(3)異常時放電制御を行ってみることでモータジェネレータ10とインバータIVとの接続が正常であると判断される場合、モータジェネレータ10に無効電流を流すことでコンデンサ16を放電させた。これにより、モータジェネレータ10が回転することを好適に回避しつつ放電制御を行うことができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の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、異常時放電制御によってモータジェネレータ10が回転する場合、異常時放電制御自体を停止する。
図6に、本実施形態にかかる異常時放電制御の停止処理の手順を示す。この処理は、制御装置30によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS40において、異常時放電制御中であるか否かを判断する。そしてステップS40において肯定判断される場合、ステップS42において、回転角度θの変化量が規定量以上であるか否かを判断する。そして、ステップS42において肯定判断される場合、ステップS44において、放電制御を停止する。
なお、ステップS44の処理が完了する場合や、ステップS40、S42において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(2)の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。
(4)異常時放電制御によってモータジェネレータ10が規定量以上回転する場合、異常時放電制御を停止した。これにより、モータジェネレータ10が回転することを好適に回避することができる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の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、異常時放電制御を、図7に示す態様にて実行する。ここで、図7(a)〜図7(d)は、先の図3(a)〜図3(d)に対応している。本実施形態では、U相の高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とする放電制御と、V相の高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とする放電制御とを交互に行う。この際、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnともに、ゲート印加電圧を端子電圧VHとする代わりに、上記双方をオン状態とする各1回の時間を短くする。これにより、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方ともに飽和領域で駆動される。ちなみに、上記各1回の時間は、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方を流れる電流が上記閾値電流Ithに達しない程度に設定されることが望ましい。
こうした態様にて放電制御を行う場合であっても、ドライブユニットDUやスイッチング素子Swp,Swnの個体差等に起因してU相とV相とで、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とする期間が重複する場合には、モータジェネレータ10に電流が流れるおそれがある。
そこで本実施形態では、モータジェネレータ10に電流が流れる場合に、異常時放電制御を停止する。
図8に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図8において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、U相とV相とのそれぞれの低電位側のスイッチング素子Swnのセンス端子Stの出力電流に基づき検出されたそれらのコレクタ電流Icが、高電位側のドライブユニットDUに入力される。高電位側のドライブユニットDUでは、高電位側のスイッチング素子Swpのセンス端子Stの出力電流に基づき検出されたコレクタ電流と、入力されたコレクタ電流との差電流ΔIu,ΔIvをそれぞれ制御装置30に出力する。ここで、差電流ΔIu,ΔIvは、モータジェネレータ10に電流が流れているか否かを判断するためのパラメータである。すなわち、異常時放電制御時において、モータジェネレータ10に電流が流れていないなら、これら差電流ΔIu、ΔIvは、ゼロとなる。これに対し、これら差電流ΔIu,ΔIvの絶対値がゼロよりも大きいなら、モータジェネレータ10に電流が流れていると考えられる。
図9に、本実施形態にかかる異常時放電制御の停止処理の手順を示す。この処理は、制御装置30によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS50において、差電流ΔIj(j=u,v)の絶対値が閾値Δth以上であるか否かを判断する。この処理は、モータジェネレータ10に電流が流れるか否かを判断するためのものである。そしてステップS50において肯定判断される場合、ステップS52において、異常時放電制御を停止する。なお、ステップS52の処理が完了する場合や、ステップS50において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
<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。
<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。
「電圧変更手段について」
非飽和領域で駆動される側のスイッチング素子(スイッチング素子Swp)のゲート印加電圧を低減操作するものに限らず、非飽和領域で駆動される側のスイッチング素子のゲート印加電圧を増大操作するものであってもよい。これは、例えば先の図4のステップS12において肯定判断される場合にV相のゲート印加電圧を増大操作することで実現することができる。
非飽和領域で駆動される側のスイッチング素子(スイッチング素子Swp)のゲート印加電圧を低減操作するものに限らず、非飽和領域で駆動される側のスイッチング素子のゲート印加電圧を増大操作するものであってもよい。これは、例えば先の図4のステップS12において肯定判断される場合にV相のゲート印加電圧を増大操作することで実現することができる。
非飽和領域で駆動される側のスイッチング素子(スイッチング素子Swp)のゲート印加電圧を変更するものにも限らない。例えば飽和領域で駆動される側のスイッチング素子(スイッチング素子Swn)のゲート印加電圧を変更するものであってもよい。
電圧変更手段としては、非飽和領域でスイッチング素子を駆動させる場合に適用されるものに限らない。例えば先の第4の実施形態にかかる放電制御において適用してもよい。また、第4の実施形態における放電制御を変更して、U相およびV相を用いた放電期間を同一に制御する場合に電圧変更手段を適用してもよい。
電圧変更手段は、制御装置30によって構成されるものに限らない。例えば上側アームのドライブユニットDUによって構成されるものであってもよい。この場合、例えば電流センサ26の検出値をドライブユニットDUに入力すればよい。もっとも、モータジェネレータ10を介して電流が流れたことを示す入力パラメータとしては、電流センサ26の検出値に限らず、例えば回転角度センサ24の検出値であってもよい。
「判断手段について」
スイッチング素子を流れる電流の検出手段としては、センス端子Stの出力する微少電流を検出するものに限らない。例えば、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子の直列接続体とモータジェネレータ10との接続点よりも高電位側のスイッチング素子Swp側および低電位側のスイッチング素子Swn側のそれぞれに、ホール素子等の電流センサを設けてもよい。センス端子Stの出力する電流によるスイッチング素子を流れる電流の検出精度がスイッチング素子を非飽和領域で駆動することで低下することに鑑みれば、非飽和領域を利用して放電制御を行う場合には、上記電流センサの利用が特に有効である。
スイッチング素子を流れる電流の検出手段としては、センス端子Stの出力する微少電流を検出するものに限らない。例えば、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子の直列接続体とモータジェネレータ10との接続点よりも高電位側のスイッチング素子Swp側および低電位側のスイッチング素子Swn側のそれぞれに、ホール素子等の電流センサを設けてもよい。センス端子Stの出力する電流によるスイッチング素子を流れる電流の検出精度がスイッチング素子を非飽和領域で駆動することで低下することに鑑みれば、非飽和領域を利用して放電制御を行う場合には、上記電流センサの利用が特に有効である。
なお、判断手段の具体的な手法と変更手段の具体的な手法との組み合わせは、上記各実施形態において例示したものに限らない。
「直流交流変換回路について」
放電制御に際して高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされる直流交流変換回路(インバータIV)としては、車載主機としての回転機と高電圧バッテリ12との間の電力の授受を仲介するものに限らない。例えば、空調装置の備える回転機等、主機以外の回転機と高電圧バッテリ12との間の電力の授受を仲介するものであってもよい。
放電制御に際して高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされる直流交流変換回路(インバータIV)としては、車載主機としての回転機と高電圧バッテリ12との間の電力の授受を仲介するものに限らない。例えば、空調装置の備える回転機等、主機以外の回転機と高電圧バッテリ12との間の電力の授受を仲介するものであってもよい。
高電位側のスイッチング素子Swpや低電位側のスイッチング素子Swnとしては、IGBTに限らず、例えばパワーMOS型電界効果トランジスタ等の電界効果トランジスタであってもよい。
「非飽和領域でスイッチング素子を駆動させる手法について」
低電位側のスイッチング素子Swnをオン状態に保った状態で高電位側のスイッチング素子Swpのオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理にて放電制御を行うものに限らない。例えば、高電位側のスイッチング素子Swpをオン状態に保った状態で低電位側のスイッチング素子Swnのオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行なうものであってもよい。ただし、この場合であっても、オン状態およびオフ状態を複数回繰り返す側のゲート印加電圧の方を低く設定し、非飽和領域で動作させることが望ましい。また、例えば高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの同時のオン状態および同時のオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行なうものであってもよい。ここでも、これら高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの少なくとも一方を非飽和領域で動作させるべくゲート印加電圧を調節する。また、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方を、放電制御期間において一度だけオン状態とするものであってもよい。
低電位側のスイッチング素子Swnをオン状態に保った状態で高電位側のスイッチング素子Swpのオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理にて放電制御を行うものに限らない。例えば、高電位側のスイッチング素子Swpをオン状態に保った状態で低電位側のスイッチング素子Swnのオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行なうものであってもよい。ただし、この場合であっても、オン状態およびオフ状態を複数回繰り返す側のゲート印加電圧の方を低く設定し、非飽和領域で動作させることが望ましい。また、例えば高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの同時のオン状態および同時のオフ状態を複数回繰り返すことでコンデンサ16の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行なうものであってもよい。ここでも、これら高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの少なくとも一方を非飽和領域で動作させるべくゲート印加電圧を調節する。また、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方を、放電制御期間において一度だけオン状態とするものであってもよい。
「スイッチング素子のオン状態となる時間の制限による電流制限について」
上記第4の実施形態において例示したように、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの双方をオン状態とする相を、交互にU相およびV相とするものに限らない。例えばU相、V相およびW相に順次切り替えるものであってもよい。また、複数相において、同時に、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの双方をオン状態としてもよい。この場合であっても、実際にオン状態に切り替わるタイミングや実際にオフ状態に切り替わるタイミングが複数の相で相違する場合や、上側アームのコレクタエミッタ間電圧Vceが相間で相違する場合には、モータジェネレータ10を介して電流が流れるおそれがあるため、本発明の適用は有効である。
上記第4の実施形態において例示したように、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの双方をオン状態とする相を、交互にU相およびV相とするものに限らない。例えばU相、V相およびW相に順次切り替えるものであってもよい。また、複数相において、同時に、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとの双方をオン状態としてもよい。この場合であっても、実際にオン状態に切り替わるタイミングや実際にオフ状態に切り替わるタイミングが複数の相で相違する場合や、上側アームのコレクタエミッタ間電圧Vceが相間で相違する場合には、モータジェネレータ10を介して電流が流れるおそれがあるため、本発明の適用は有効である。
「放電制御手段について」
高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることで行われる放電制御を、異常時に限らず、通常時において、リレーSMR1を開状態に切り替える都度行ってもよい。
高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの双方をオン状態とすることで行われる放電制御を、異常時に限らず、通常時において、リレーSMR1を開状態に切り替える都度行ってもよい。
「そのほか」
・インバータIVの入力端子に高電圧バッテリ12が直接接続される構成に限らない。例えば、リアクトルと、リアクトルを介してコンデンサ16に並列接続されるスイッチング素子と、フリーホイールダイオードと、スイッチング素子とフリーホイールダイオードとの直列接続体に接続されるコンデンサとを備える昇圧コンバータを、インバータIVの入力端子に接続させてもよい。この場合、昇圧コンバータの出力端子に接続されたコンデンサとコンデンサ16とが放電制御の対象となり、コンデンサ16の電圧は、昇圧コンバータのコンデンサの電圧が低下するに連れてフリーホイールダイオードを介して放電されることとなる。
・インバータIVの入力端子に高電圧バッテリ12が直接接続される構成に限らない。例えば、リアクトルと、リアクトルを介してコンデンサ16に並列接続されるスイッチング素子と、フリーホイールダイオードと、スイッチング素子とフリーホイールダイオードとの直列接続体に接続されるコンデンサとを備える昇圧コンバータを、インバータIVの入力端子に接続させてもよい。この場合、昇圧コンバータの出力端子に接続されたコンデンサとコンデンサ16とが放電制御の対象となり、コンデンサ16の電圧は、昇圧コンバータのコンデンサの電圧が低下するに連れてフリーホイールダイオードを介して放電されることとなる。
・放電制御装置としては、車両に搭載されるものに限らず、例えば住宅に設けられる直流電源の電力を交流に変換する電力変換システムに適用されるものであってもよい。この場合、異常時とは、例えば地震等が検地された場合とすればよい。
10…モータジェネレータ、12…高電圧バッテリ(直流電源の一実施形態)、16…コンデンサ、30…制御装置、Swp…高電位側のスイッチング素子、Swn…低電位側のスイッチング素子Swn。
Claims (10)
- 多相回転機の各端子をキャパシタの一対の電極の一方および他方に選択的に接続するための高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備える直流交流変換回路と、前記直流交流変換回路および前記キャパシタと直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段とを備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで前記キャパシタの両電極を短絡させる処理を行うことにより前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御する放電制御手段を備える電力変換システムの放電制御装置において、
前記放電制御に伴って前記多相回転機に電流が流れるか否かを判断する判断手段と、
前記多相回転機に電流が流れると判断される場合に前記放電制御の態様を変更する変更手段とを備えることを特徴とする電力変換システムの放電制御装置。 - 前記放電制御手段は、前記多相回転機の複数の端子のそれぞれに接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子を用いて前記放電制御を行うものであり、
前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子は、いずれも電圧制御形のスイッチング素子であり、
前記変更手段は、前記多相回転機に電流が流れると判断される場合、前記放電制御に用いられるスイッチング素子の導通制御端子に対する印加電圧を変更する電圧変更手段を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換システムの放電制御装置。 - 前記放電制御手段による放電制御は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方の非飽和領域の電流が、前記直流交流変換回路が本来の目的で使用される場合よりも小さくなるように前記少なくとも一方の導通制御端子に印加される電圧を設定しつつなされるものであることを特徴とする請求項2記載の電力変換システムの放電制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子のいずれか一方の非飽和領域の電流がいずれか他方のものよりも小さくなるように前記いずれか一方および前記いずれか他方のそれぞれのスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧を設定するものであって且つ、前記いずれか他方がオン状態となっている間に前記いずれか一方のスイッチング状態を切り替えるようにして、該いずれか一方のオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことで前記両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うものであることを特徴とする請求項3記載の電力変換システムの放電制御装置。
- 前記判断手段は、前記多相回転機に電流が流れることで前記多相回転機の各端子と前記直流交流変換回路との接続が正常であるか否かを判断する手段を備え、
前記変更手段は、前記正常であると判断される場合、前記多相回転機に無効電流を流すことで前記放電制御を行う無効電流制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換システムの放電制御装置。 - 前記判断手段は、前記多相回転機に電流が流れることで前記多相回転機が回転するか否かを判断する手段を備え、
前記変更手段は、前記回転すると判断される場合、前記放電制御を停止する停止手段を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換システムの放電制御装置。 - 前記停止手段は、前記放電制御に伴う前記多相回転機の回転量が所定以上となる場合に前記放電制御を停止することを特徴とする請求項6記載の電力変換システムの放電制御装置。
- 前記判断手段は、前記多相回転機の回転角度を検出する角度検出手段による回転角度の検出値を用いて前記判断を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換システムの放電制御装置。
- 前記判断手段は、前記直流交流変換回路と前記多相回転機の端子との接続経路の電流を検出する相電流検出手段による相電流の検出値に基づき前記判断を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換システムの放電制御装置。
- 前記判断手段は、前記多相回転機の1の端子に接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子のそれぞれを流れる電流を検出する素子電流検出手段による電流の検出値の差に基づき前記判断を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換システムの放電制御装置。
Priority Applications (1)
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JP2010166144A JP2012029468A (ja) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | 電力変換システムの放電制御装置 |
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JP2017184548A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | アイシン精機株式会社 | 放電制御装置 |
-
2010
- 2010-07-23 JP JP2010166144A patent/JP2012029468A/ja active Pending
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