JP2017112792A - コンデンサの劣化診断方法および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータに並列接続されるコンデンサの劣化診断を低コスト、かつ、高精度で実現する技術を提供する。【解決手段】 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ主回路に並列接続されたコンデンサの劣化診断方法であって、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が所定値になるまで当該コンデンサを放電させる第１のステップと、コンデンサ３０＿１および３０＿２の放電時における極板間電圧の変化量に基づき当該コンデンサの容量を算出する第２のステップとを含むコンデンサの劣化診断方法に従って、電力変換装置１はコンデンサ３０＿１および３０＿２の劣化診断を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサの劣化診断技術に関し、特にインバータに供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサの劣化診断技術に関する。

インバータは、バッテリ等の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機等の負荷に供給する電力変換装置である。インバータに与えられる直流電力を平滑化するために、直流電源からみてインバータにはコンデンサ（以下、「平滑化コンデンサ」と呼ぶ）が並列接続されている。平滑化コンデンサに劣化（具体的には、静電容量の低下）が生じると、インバータに供給される直流電力のリップルが増加し、インバータの正常な動作に支障を来す虞がある。そこで、平滑化コンデンサの劣化を診断する技術が各種提案されている。

特許文献１には、スイッチと抵抗を直列接続してなる放電装置を有する劣化故障診断装置が開示されている。この放電装置は、劣化診断の対象となるコンデンサに並列接続される。劣化診断の際には、バッテリからインバータへの電力供給を停止し、放電装置のスイッチをＯＮする。この状態では、コンデンサの放電電流が放電装置の抵抗に流れ、コンデンサの極板間電圧がバッテリ電圧から徐々に低下する。放電開始からコンデンサの極板間電圧が所定電圧になるまでの時間（放電時間）を計測し、これを事前に測定した未劣化のコンデンサの放電時間と比較することで、コンデンサの劣化を診断する。

特許文献２には、平滑化コンデンサの極板間電圧を昇圧完了レベルまで昇圧する昇圧回路と、平滑化コンデンサに並列接続された抵抗とを有するパワーコンディショナ装置が開示されている。劣化診断の際には、パワーコンディショナ装置は、まず昇圧回路による昇圧を行い、昇圧完了レベルまでの昇圧が完了すると、コンデンサを放電させ、その放電電流を抵抗に流す。パワーコンディショナ装置は、放電開始からコンデンサの極板間電圧が基準電圧値になるまでの放電時間を計測し、これを事前に測定した未劣化のコンデンサの放電時間（基準放電時間）と比較することで、コンデンサの劣化を診断する。

特開平６−３８３６０号公報 特開２００８−４３０６１号公報

しかし、特許文献１および２に記載の技術によると、放電装置や昇圧回路の設置分だけコストが増加する。また、特許文献１および２に記載の技術のように、放電時間に基づきコンデンサの劣化診断を行うと、次のような問題が生じる。

放電時間は外部環境（例えば、周囲温度）の影響を受けやすく、周囲温度が著しく高い（低い）環境下で劣化診断を行った場合、通常の温度条件下（例えば、室温）で劣化診断を行った場合とは異なる放電時間が計測される可能性がある。

また、電動機を駆動する電力変換装置の他に、電力回生装置が設けられている場合には、回生電流等の影響により、コンデンサの極板間電圧が変動する場合がある。仮に、上記極板間電圧の変動が放電開始時刻に発生した場合、放電開始時刻におけるコンデンサの極板間電圧がバッテリ電圧（特許文献１）または昇圧完了レベル（特許文献２）からずれることになる。

図５は、コンデンサの放電特性を示す図である。図５において、縦軸は基準電圧値を１００とした場合のコンデンサの極板間電圧を示し、横軸は時間を示す。図５に示す例では、時刻０秒（放電開始時刻）におけるコンデンサの極板間電圧は、ケース１よりもケース２の方が低くなっている。図５に示すように、コンデンサの極板間電圧が基準電圧値に到達するまでの放電時間は、ケース２の方が短い。このように、放電時間は放電開始時刻におけるコンデンサの極板間電圧に依存する。従って、放電開始時刻におけるコンデンサの極板間電圧がバッテリ電圧（特許文献１）または昇圧完了レベル（特許文献２）からずれると、計測した放電時間に上記ずれ分に応じた誤差が含まれることになる。

以上説明したように、放電時間に基づきコンデンサの劣化診断を行う態様では、コンデンサの劣化を精度良く診断することができない場合がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータに並列接続されるコンデンサの劣化診断を低コスト、かつ、高精度で実現する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータ主回路に並列接続されたコンデンサの劣化診断方法であって、前記コンデンサの極板間電圧が所定値になるまで前記コンデンサを放電させる第１のステップと、前記コンデンサの放電時における極板間電圧の変化量に基づき前記コンデンサの容量を算出する第２のステップと、を含むコンデンサの劣化診断方法を提供する。

例えば、上記負荷が電動機である場合、すなわち電動機を駆動するインバータに並列接続されるコンデンサの劣化診断に本発明を適用する場合、第１のステップでは、インバータ主回路から電動機へ供給する交流電流のｑ軸成分を０にしつつ上記コンデンサを放電させる。この場合、電動機にはｄ軸成分（ｄ軸電流）のみを有する交流電流が出力される。電動機に流れた交流電流（ｄ軸電流）のほとんどは、電動機のステータ巻線の巻線抵抗においてジュール熱として消費される。ｑ軸成分がないため、トルクは発生しないからである。このジュール熱として消費される電力と放電に伴うコンデンサの静電エネルギーの変化量はほぼ等しくなる。コンデンサの静電エネルギーの変化量は、コンデンサの極板間電圧の変化量とコンデンサの容量とに基づき算出される。従って、ステータ巻線における消費電力の値を求めれば、上記極板間電圧の変化量を用いてコンデンサの容量を算出することが可能となる。そして、このようにして算出された容量を、例えば事前に測定された未劣化のコンデンサの容量と比較することにより、コンデンサの劣化を診断することができる。

また、コンデンサからインバータ主回路に流れ込んだ電流と、コンデンサの極板間電圧とに基づいて算出した電力を静電エネルギーの変化量とみなしてコンデンサの容量を算出しても良い。このような態様であれば、インバータ主回路による駆動制御の対象の負荷が電動機である場合は勿論、電動機以外の機器の場合であっても当該インバータ主回路に並列接続されるコンデンサの劣化診断を行うことが可能になる。インバータ主回路から負荷に流れ込んだ電流とその電圧の各々の計測値に基づいて算出した電力を静電エネルギーの変化量とみなしてコンデンサの容量を算出する場合も同様である。

上記いずれの態様であっても、コンデンサの容量は、第１のステップの開始時点および第１のステップの終了時点間のコンデンサの極板間電圧の変化量から算出される。従って、放電開始時刻におけるコンデンサの極板間電圧がどのような値であっても、その影響を受けてコンデンサの劣化診断の精度が落ちることはない。つまり、本発明によれば、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータに並列接続されるコンデンサの劣化診断を従来よりも高い精度で行うことが可能になる。

また、本発明によれば、特許文献１に記載の技術のように放電電流を消費させるための抵抗を別途用意する必要はなく、特許文献２に記載の技術のように昇圧回路を別途用意する必要もない。従って、本発明によれば、特許文献１や特許文献２に記載の技術を用いる場合に比較して、コストを削減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、低コスト、かつ、高精度でコンデンサの劣化診断を実現することができる。

本発明の第１実施形態である電力変換装置１の構成を示す回路図である。 同実施形態における電力変換装置１の変形例である電力変換装置１Ａの構成を示す回路図である。 本発明の第２実施形態である電力変換装置１Ｃの構成を示す回路図である。 本発明の第３実施形態である電力変換装置１Ｄの構成を示す回路図である。 コンデンサの放電特性を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態である電力変換装置１の構成を示す回路図である。電力変換装置１は、直流電源であるバッテリ１０から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷である電動機（本実施形態では、電気自動車のモータ）に供給するインバータである。図１に示すように、電力変換装置１は、電動機Ｍを駆動するインバータ主回路４０と、バッテリ１０およびインバータ主回路４０間の高電位側直流母線の途中に介挿されたスイッチ２０と、インバータ主回路４０に対して並列接続されたコンデンサ３０＿１および３０＿２と、インバータ主回路４０の入力側に接続された電圧検出センサ５０と、インバータ主回路４０の出力側に介挿された電流検出センサ６０と、制御部７０とにより構成されている。

コンデンサ３０＿１および３０＿２は、バッテリ１０が出力する直流電力を平滑化するための平滑化コンデンサである。本実施形態におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２は電解コンデンサであり、コンデンサ３０＿１の容量をＣ１、コンデンサ３０＿２の容量をＣ２とすると、コンデンサ３０＿１および３０＿２の合成容量はＣ１＋Ｃ２（以下、「Ｃ」と表記）となる。

インバータ主回路４０は、周知のインバータと同様、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子およびフライホイールダイオードの組を用いて構成されたブリッジ回路である。これらスイッチング素子のオン／オフ制御は、制御部７０から送信されるスイッチング信号によって行われ、これによりコンデンサ３０＿１および３０＿２により平滑化された直流電力は３相交流電力に変換される。

電圧検出センサ５０は、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧を測定し、その電圧値に応じた検出信号を制御部７０（電圧検出部７２）に出力する。電流検出センサ６０は、インバータ主回路４０が出力する２相（ｕ相、ｗ相）の交流電流を検出し、その電流値に応じた検出信号を制御部７０（インバータ制御部７１）に出力する。

制御部７０は、例えばＣＰＵであり、記憶部（図示略）に記憶されたプログラムを実行することにより、インバータ制御部７１と、電圧検出部７２と、容量算出部７３と、劣化判定部７４として機能する。

インバータ制御部７１は、インバータ主回路４０を構成する各スイッチング素子をスイッチングし、インバータ主回路４０を駆動する。より詳細には、インバータ制御部７１は、図示しないＶＣＵ（Vehicle Control Unit）から送信される電圧指令値（ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊）に基づき生成したスイッチング信号を各スイッチング素子に出力する。

インバータ主回路４０の駆動時、インバータ制御部７１は、コンデンサ３０＿１および３０＿２の劣化診断を割り込みで開始する。この処理は、例えば、一定時間間隔で、或いはユーザ等により劣化診断の開始の指示が与えられたことを契機として行われる。インバータ制御部７１は、例えば上記劣化診断の開始の指示を受信すると、スイッチ２０に図示しない制御信号（開放信号）を送信し、スイッチ２０を開放させる。

スイッチ２０の開放を契機として、バッテリ１０からインバータ主回路４０への電力供給が遮断されると、コンデンサ３０＿１および３０＿２の放電が開始する。このとき、インバータ制御部７１は、タイマー等を起動させて計時を開始する。インバータ制御部７１は、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点でスイッチ２０に図示しない制御信号（閉塞信号）を送信し、スイッチ２０を閉塞させる。これにより、バッテリ１０からインバータ主回路４０への電力供給が再開し、コンデンサ３０＿１および３０＿２の放電が停止する。

スイッチ２０が開放している間、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が電圧検出センサ５０で検出され、その検出信号が電圧検出部７２に出力される。電圧検出部７２は、受け取った検出信号にＡ／Ｄ変換を施し、その電圧波形を表す電圧波形サンプル列Ｖを容量算出部７３に送信する。コンデンサ３０＿１および３０＿２の放電電流は、インバータ主回路４０で交流電流に変換され、電動機Ｍのステータ巻線に出力される。本実施形態では、インバータ制御部７１はインバータ主回路４０に対して次のような制御を行い、ステータ巻線に出力される交流電流を制御する。

インバータ制御部７１は、劣化診断の実行時とその他の場合（以下、通常動作時）とでは異なる制御を行う。より詳細に説明すると、通常動作時のインバータ制御部７１は、図示しないＶＣＵから電流指令値（ｑ軸電流指令値ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値ｉｄ＊）を受け取ると、電流検出センサ６０から出力される検出信号の表す電流値のｑ軸成分ｉｑおよびｄ軸成分ｉｄが、それぞれｑ軸電流指令値ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値ｉｄ＊に一致するようにスイッチング信号を生成し、インバータ主回路４０の各スイッチング素子に送信する。

これに対して劣化診断の実行時のインバータ制御部７１はＶＣＵから与えられた電流指令値にかかわらず、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊を０に、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊を所定値Ｉｄ＊としてインバータ主回路４０のスイッチング制御を行う。上記各電流指令値に基づき生成されたスイッチング信号により、インバータ主回路４０における各スイッチング素子のオン／オフ制御が行われるため、電動機Ｍのステータ巻線には、ｑ軸電流ｉｑが出力されることはなく、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊＝Ｉｄ＊で指定された一定の電流値のｄ軸電流ｉｄのみ出力される。

ステータ巻線に放電電流（ｄ軸電流）が流れるに連れてコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーは減少する。放電開始時点からコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が閾値電圧Ｖｔｈまで減少した場合、その間のコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化量Ｅは次式のように表される。すなわち、放電開始時刻におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーと、閾値電圧Ｖｔｈに到達した時刻（放電開始時刻を起算点とした時刻であり、以下、この時刻を「時刻Ｔ」と呼ぶ）におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーとの差が、上記静電エネルギーの変化量となる。なお、次式において、Ｖ０は放電開始時刻におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧を表す。

……（１）

ここで、（１）式を変形すると、次式で示すように、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量（合成容量）Ｃが算出される。本実施形態では、次式に基づき算出される容量Ｃの値に基づき、コンデンサ３０＿１および３０＿２の劣化診断が行われる。

……（２）

（２）式において、閾値電圧Ｖｔｈとして、予め記憶部（図示略）に格納された閾値電圧Ｖｔｈを示すデータが用いられる。また、Ｖ０として、電圧検出部７２から受け取った電圧波形サンプル列Ｖの先頭のサンプル（放電開始時刻におけるサンプル）のサンプル値が用いられる。また、Ｅとして、次に示す算出方法に従って算出された値が用いられる。

放電に伴い変化したコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧に応じたエネルギーＥは、負荷や他の回路等で消費される。より詳細には、電動機Ｍへ供給される電力の一部はトルクに変換され、残りはジュール熱として消費される。電動機Ｍにおけるトルクの発生に寄与するのは、ｑ軸成分のみであり、ｄ軸成分は寄与しない。本実施形態では、劣化診断の間、ｑ軸成分が０となるようにインバータ主回路４０のスイッチング制御が行われる。つまり、コンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化分は、すべてジュール熱として消費される。

ステータ巻線（巻線抵抗Ｒ）における消費電力は、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が閾値電圧Ｖｔｈとなるまでに要した時間Ｔを用いて次式で表さる。

……（３）

容量算出部７３は、（３）式に従ってＥを算出する。より詳細には、容量算出部７３は、記憶部からステータ巻線の巻線抵抗値Ｒの値を読み出し、インバータ制御部７１からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびＴの各値を受け取り、上記各値を（３）式に代入してＥを算出する。そして、容量算出部７３は、記憶部から閾値電圧Ｖｔｈの値を読み出し、電圧検出部７２から受け取った電圧波形サンプル列Ｖから先頭のサンプル値Ｖ０を取り出し、上記各値および上記Ｅの算出結果を（２）式に代入してコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出する。そして、容量算出部７３は、その算出結果を劣化判定部７４に与える。

劣化判定部７４は、容量算出部７３から受け取ったコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量の算出結果と、事前に測定された未劣化のコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量とを比較し、その比較結果に基づきコンデンサ３０＿１および３０＿２の劣化の有無を判定する。例えば、算出されたコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃが未劣化の状態に比べて小さい場合、コンデンサ３０＿１または／および３０＿２が劣化しているとして、その旨を示す判定結果信号をＶＣＵ等へ出力する。

以上、本実施形態では、電動機Ｍのトルクの発生に寄与しないｄ軸電流のみ電動機Ｍに出力されるため、電動機に流れた交流電流（ｄ軸電流）のほとんどは、ステータ巻線の巻線抵抗でジュール熱として消費される。従って、このジュール熱として消費される電力を（２）式におけるコンデンサの静電エネルギーの変化量とみなして平滑化コンデンサの容量を算出することができる。そして、このようにして算出された容量に基づきその劣化を判定することにより、高精度で平滑化コンデンサの劣化診断を行うことが可能となる。

また、（１）式に示すように、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃは、放電開始時点および閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点間のコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧から算出される。従って、放電開始時刻におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧がどのような値であっても、その影響を受けてコンデンサの劣化診断の精度が落ちることはない。

また、本実施形態によれば、特許文献１に記載の技術のように放電電流を消費させるための抵抗を別途用意する必要はなく、特許文献２に記載の技術のように昇圧回路を別途用意する必要もない。従って、特許文献１や特許文献２に記載の技術を用いる場合に比較して、コストを削減することができる。

以上より、本実施形態によれば、高精度、かつ、低コストでコンデンサの劣化診断を実現することが可能となる。

加えて、本実施形態によれば、（３）式に示すように簡単な演算により巻線抵抗における消費電力が算出される。このため、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃの算出時に制御部７０にかかる処理負荷を低減することができる。

また、本実施形態によれば、閾値電圧Ｖｔｈの設定値をバッテリ電圧に近い値に設定し、コンデンサの放電期間を短くすることにより、劣化診断に要する時間を短縮することができる。ただし、この場合、（２）式の右辺の分母の演算時に桁落ちが発生し得るため、劣化診断の精度および時間に応じて閾値電圧Ｖｔｈを好適な値に設定することが望ましい。なお、上記実施形態では、コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈに達するまでコンデンサ３０＿１および３０＿２を放電させたが、コンデンサ３０＿１および３０＿２を予め定められた一定時間に亘って放電させ、放電開始時点の極板間電圧と、一定時間経過後の極板間電圧と、当該一定時間における巻線抵抗の消費電力とからコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを求めても良い。

また、本実施形態によれば、コンデンサの劣化のみならず、コンデンサの回路基板からの脱落や接触不良を検出することも可能となる。

＜第１実施形態の変形例１＞
図２は、本発明の第１実施形態の変形例である電力変換装置１Ａの構成を示す回路図である。ステータ巻線の巻線抵抗には温度依存性があり、周囲温度が著しく高い（低い）環境化で劣化診断を行う場合、その巻線抵抗値が変動する。本変形例に示す電力変換装置１Ａは、ステータ巻線の巻線抵抗値の変動を補正する機能を備えている。

図２と図１を対比すれば明らかように、電力変換装置１Ａは、温度検出センサ９０を有する点と、制御部７０に代えて制御部７０Ａを有する点が電力変換装置１と異なる。制御部７０Ａは、容量算出部７３に代えて容量算出部７３Ａを有する点が制御部７０と異なる。温度検出センサ９０は、ステータ巻線の温度を検出し、その温度に応じた検出信号を容量算出部７３Ａに出力する。容量算出部７３Ａは、温度検出センサ９０から受け取った検出信号の表す温度を特定し、その温度に基づきステータ巻線の巻線抵抗値を補正する。具体的には、容量算出部７３Ａは、複数の温度に対応付けて、その温度における巻線抵抗値を格納したテーブルを有しており、検出信号の示す温度に最も近い温度と対応付けて上記テーブルに格納されている巻線抵抗値を読み出すことで上記補正を行う。そして、容量算出部７３Ａは、補正後の巻線抵抗値を用いて（２）および（３）式に示す演算を行う。なお、温度検出センサ９０を外部要素としてもよい。

本実施形態によれば、ステータ巻線の巻線抵抗値の変動分に応じた誤差を含むことなく、平滑化コンデンサの容量を算出することができる。

＜第１実施形態の変形例２＞
上記実施形態において、厳密には、放電時におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化分は、ステータ巻線の巻線抵抗でジュール熱として消費される他、インバータ主回路４０においてもジュール熱として消費される。本変形例に示す電力変換装置は、インバータ主回路４０の消費電力を算出する機能を備えている。

本変形例の電力変換装置１Ａの容量算出部７３Ａは、周知の方法により、インバータ主回路４０の消費電力Ｅ’（例えば、インバータ主回路４０を構成する各スイッチング素子のドレイン損失の総和）を算出する。そして、容量算出部７３Ａは、次式に従って、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出する。

……（４）

本実施形態によれば、インバータ主回路４０の消費電力により放電時におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化量Ｅを補正し、補正後の上記変化量に基づきコンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出するため、より高い精度で劣化診断を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態である電力変換装置１Ｃの構成を示す回路図である。周知の通り、電力変換装置のなかには、バッテリから電力変換装置へ流れ込む電流を電流検出センサで検出し、その検出結果に応じた処理を実行するものがある。以下では、この種の電力変換装置に好適な機能を備えた電力変換装置１Ｃについて示す。

図１と図３とを対比すれば明らかなように、電力変換装置１Ｃは、電流検出センサ１００を有する点と、制御部７０に代えて制御部７０Ｃを有する点が電力変換装置１と異なる。制御部７０Ｃは、容量算出部７３に代えて容量算出部７３Ｃを有する点が制御部７０と異なる。電流検出センサ１００は、バッテリ１０からインバータ主回路４０へ流れ込む電流の経路の途中に設けられており、当該経路を流れる電流を検出し、その電流値に応じた検出信号を制御部７０Ｃ（容量算出部７３Ｃ）に出力する。

容量算出部７３Ｃは、上記検出信号にＡ／Ｄ変換を施し、その電流波形を表す電流波形サンプル列Ｉを取得する。そして、容量算出部７３Ｃは、次式に従って、放電時におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化量Ｅを算出する。次式における積分区間はｔ＝０〜Ｔであり、ｉ（ｔ）およびｖ（ｔ）の各値は、上記経路を流れる電流の電流値およびその電圧値（コンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧）を示す。容量算出部７３Ｃは、電流波形サンプル列Ｉおよび電圧波形サンプル列Ｖの各々について、同じ時刻のサンプル同士の積を算出し、当該積の総和を算出する。そして、容量算出部７３Ｃは、上記算出結果を（３）式におけるＥに替えて（２）式に代入し、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出する。

……（５）

本実施形態によれば、バッテリ１０からインバータ主回路４０へ流れ込む電流およびコンデンサ３０＿１および３０＿２の極板間電圧に基づき容量Ｃ（すなわち、両者の合成容量）を算出するため、インバータ主回路４０の消費電力や、その出力側にあるステータ巻線の巻線抵抗値の変動に起因する誤差を考慮する必要がない。また、劣化診断を電動機Ｍの制御と並列に行うことができるため、劣化診断の高速化を図ることも可能となる。また、バッテリから電力変換装置へ流れ込む電流を検出する電流検出センサを備えた電力変換装置であれば、その電流検出センサをコンデンサの劣化診断用のセンサとして有効利用することができる。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態である電力変換装置１Ｄの構成を示す回路図である。周知の通り、電力変換装置のなかには、インバータから電動機に印加される電圧を電圧検出センサで検出し、その検出結果に応じた処理を実行するものがある。以下では、この種の電力変換装置に好適な機能を備えた電力変換装置１Ｄについて示す。

図１と図４を対比すれば明らかなように、電力変換装置１Ｄは、電圧検出センサ１１０を有する点と、制御部７０に代えて制御部７０Ｄを有する点が電力変換装置１と異なる。制御部７０Ｄは、インバータ制御部７１に代えてインバータ制御部７１Ｄを有する点と、容量算出部７３に代えて容量算出部７３Ｄを有する点が制御部７０と異なる。電圧検出センサ１１０は、インバータ主回路４０から電動機Ｍへ流れ込む電流の経路の途中に設けられており、当該経路を流れる２相（ｕ相、ｗ相）の交流電流の電圧を検出し、その電圧値に応じた検出信号を容量算出部７３Ｄに出力する。インバータ制御部７１Ｄは、電流波形サンプル列Ｉｏｕｔを容量算出部７３Ｄに与える。

容量算出部７３Ｄは、電圧検出センサ１１０から出力される検出信号にＡ／Ｄ変換を施し、その電圧波形を表す電圧波形サンプル列Ｖｏｕｔを取得する。そして、容量算出部７３Ｄは、次式に従って、放電時におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化量Ｅを算出する。次式における積分区間はｔ＝０〜Ｔであり、ｉｏｕｔ（ｔ）およびｖｏｕｔ（ｔ）の各値は、上記経路を流れる交流電流およびその電圧値を示す。容量算出部７３Ｄは、電流波形サンプル列Ｉｏｕｔおよび電圧波形サンプル列Ｖｏｕｔの各々について、同じ時刻のサンプル同士の積を算出し、当該積の総和を算出する。そして、容量算出部７３Ｄは、上記算出結果を（３）式におけるＥに替えて（２）式に代入し、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出する。

……（６）

本実施形態によれば、インバータ主回路４０から電動機Ｍへ流れ込む電流およびその電圧に基づいて平滑化コンデンサの容量を算出するため、その出力先であるステータ巻線の巻線抵抗値の変動に起因する誤差を考慮する必要がない。また、劣化診断を電動機Ｍの制御と並列に行うことができるため、劣化診断の高速化を図ることも可能となる。また、インバータから電動機Ｍに印加される電圧を検出する電圧検出センサを備えた電力変換装置であれば、その電圧検出センサをコンデンサの劣化診断用のセンサとして有効利用することができる。

＜第３実施形態の変形例＞
ところで、インバータから電動機Ｍに印加される電圧を検出する電圧検出センサを有さない電力変換装置には上記第３実施形態に示した技術を適用することはできない。そこで、以下では、インバータから電動機Ｍに印加される電圧を検出する電圧検出センサを有さない電力変換装置への本発明の適用例について示す。

インバータから電動機Ｍに印加される電圧を検出する電圧検出センサを有さない電力変換装置の場合、インバータ制御部７１Ｄには、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊を示すデータを容量算出部７３Ｄに与える処理を実行させる。容量算出部７３Ｄは、次式に従って、放電時におけるコンデンサ３０＿１および３０＿２の静電エネルギーの変化量Ｅを算出する。次式における積分区間はｔ＝０〜Ｔであり、容量算出部７３Ｄは、電流波形サンプル列Ｉｏｕｔの各サンプルとｄ軸電圧指令値ｖｄ＊との積和を算出する。そして、容量算出部７３Ｄは、上記算出結果を（３）式におけるＥに替えて（２）式に代入し、コンデンサ３０＿１および３０＿２の容量Ｃを算出する。

……（７）

本実施形態によれば、インバータから電動機Ｍに印加される電圧を検出する電圧検出センサを有さない電力変換装置であっても、上記センサを別途設けることなくコンデンサの劣化診断を行うことができる。また、劣化診断を電動機Ｍの制御と並列に行うことができるため、劣化診断の高速化を図ることも可能となる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば、以下の通りである。

（１）上記第３実施形態に、第１実施形態の変形例２に記載の発明を適用してもよい。

（２）上記各実施形態では、コンデンサ３０＿１および３０＿２を含む電力変換装置への本発明の適用例について説明したが、コンデンサ３０＿１および３０＿２を外部要素としてもよい。また、上記実施形態では、コンデンサ３０＿１とコンデンサ３０＿２が、バッテリ１０からインバータ主回路４０へ供給される直流電力を平滑化する平滑化コンデンサの役割を担っていたが、当該平滑化コンデンサを１つの容量素子で構成してもよく、３つ以上の容量素子で構成してもよい。

（３）上記各実施形態において、制御部７０の各部の機能をハードウェアで実現してもよい。

（４）上記第２および第３実施形態では、インバータ主回路４０の駆動対象である負荷を電動機としたが、上記負荷は電動機に限定されるものではなく、電動機以外の負荷をインバータ主回路４０の駆動対象としてもよい。

１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ…電力変換装置、１０…バッテリ、２０…スイッチ、３０＿１，３０＿２…コンデンサ、４０…インバータ主回路、５０，１１０…電圧検出センサ、６０，１００…電流検出センサ、７０…制御部、７１，７１Ｄ…インバータ制御部、７２…電圧検出部、７３，７３Ａ，７３Ｃ，７３Ｄ…容量算出部、７４…劣化判定部、９０…温度検出センサ。

Claims (9)

1. 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータ主回路に並列接続されたコンデンサの劣化診断方法であって、
   前記コンデンサの極板間電圧が所定値になるまで前記コンデンサを放電させる第１のステップと、
   前記コンデンサの放電時における極板間電圧の変化量に基づき前記コンデンサの容量を算出する第２のステップと、
   を含むコンデンサの劣化診断方法。
2. 前記負荷は電動機であり、
   前記第１のステップでは、前記インバータ主回路から出力される交流電流のｑ軸成分が０となるように制御しつつ、前記コンデンサを放電させ、
   前記第２のステップでは、前記交流電流のｄ軸成分と、前記コンデンサの極板間電圧が所定値となるまでの時間と、ステータ巻線の巻線抵抗値とに基づき算出した当該ステータ巻線における消費電力を前記コンデンサの静電エネルギーの変化量とみなして前記コンデンサの容量を算出することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの劣化診断方法。
3. 前記第１のステップでは、前記交流電流のｄ軸成分が一定となるように制御することを特徴とする請求項２に記載のコンデンサの劣化診断方法。
4. 前記第２のステップでは、前記ステータ巻線の温度を検出し、当該温度に基づき前記ステータ巻線の巻線抵抗値を補正することを特徴とする請求項３に記載のコンデンサの劣化診断方法。
5. 前記第２のステップでは、前記コンデンサから前記インバータ主回路に流れ込む電流と、前記コンデンサの極板間電圧とに基づき算出した電力を前記コンデンサの静電エネルギーの変化量とみなして前記コンデンサの容量を算出することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの劣化診断方法。
6. 前記第２のステップでは、前記インバータ主回路から前記負荷へ流れる電流とその電圧の各々の計測値に基づき算出した電力を前記コンデンサの静電エネルギーの変化量とみなして前記コンデンサの容量を算出することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの劣化診断方法。
7. 前記第２のステップでは、前記インバータ主回路から前記負荷へ流れる電流と前記インバータ主回路の出力電圧指令値とに基づき算出した電力を前記コンデンサの静電エネルギーの変化量とみなして前記コンデンサの容量を算出することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの劣化診断方法。
8. 前記第２のステップでは、前記インバータ主回路の消費電力の分、前記コンデンサの静電エネルギーの変化量を補正することを特徴とする請求項２〜４、６または７のいずれか１の請求項に記載のコンデンサの劣化診断方法。
9. 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するインバータ主回路を有し、コンデンサが並列接続された電力変換装置であって、
   前記コンデンサの極板間電圧を検出し、その極板間電圧値に応じた検出信号を出力する電圧検出センサと、
   前記コンデンサの極板間電圧が所定値になるまで前記コンデンサを放電するよう前記インバータ主回路を制御するインバータ制御部と、
   前記検出信号を入力し、当該検出信号の表す前記コンデンサの放電時における極板間電圧の変化量に基づき前記コンデンサの容量を算出する容量算出部と、
   を有する電力変換装置。

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