JP2023172011A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置の電流センサのセンサ電源の故障に対応してリンプホーム機能を確保しつつ、センサ電源の数を最小化した電力変換装置を得ることを目的とする。
【解決手段】内燃機関と結合された第一の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換する第一の電力変換器、直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第二の回転電機に交流電流を供給する第二の電力変換器、バッテリの電圧を変更する直流電力変換器、第一の電力変換器と第一の回転電機との間の電流を計測する第一の電流センサ、第二の電力変換器と第二の回転電機との間の電流を計測する第二の電流センサ、バッテリと直流電力変換器との間の電流を計測する直流電力変換器用電流センサ、第一の電流センサと直流電力変換器用電流センサに電源を供給する第一のセンサ電源、および、第二の電流センサに電源を供給する第二のセンサ電源を備えた、電力変換装置。
【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置に関する。

内燃機関によって発電機を駆動して発電し、発電した電力によって電動機を駆動して駆動輪に動力を与えるハイブリッド車が実用化されている。ハイブリッド車はバッテリを有し、内燃機関の停止時はバッテリから電力を供給して車両の駆動輪に動力を与える。内燃機関の運転時には、内燃機関によって駆動された発電機の電力によってバッテリを充電する。また、内燃機関の運転中であっても必要時には発電機による発電電力とともに、バッテリから供給する電力を加えて電動機をより強力に駆動することができる。

ハイブリッド車の駆動用電動機としては、三相ブラシレスモータに代表される交流電動機が用いられる場合が多い。発電機によって発電した電流は直流電流に変換して直流電源とし、バッテリの充電に供する。そして、この直流電源から直流交流変換器（電力変換器）によって交流電流を生成し交流電動機を駆動する。

このようなハイブリッド車について、目標とする駆動出力を発生するように電動機の一次電流を直流交流変換器によってベクトル制御する。そして、直流交流変換器の出力に必要な電力を発生させるように内燃機関の出力を制御する。このとき、発電機の出力電流と、バッテリからの供給電流を電流センサによって計測して正確に供給電流を制御する技術が提案されている（例えば特許文献１）。

特開平５－１４６００８号公報

ハイブリッド車の駆動出力をより精度良く制御するためには、駆動輪を駆動する電動機に電力を供給する直流交流変換器の出力電流を計測する電流センサを用いることができる。発電機の出力電流を計測する電流センサ、バッテリからの供給電流を計測する電流センサとともに電動機を駆動する直流交流変換器の出力電流を計測する電流センサは重要なセンサである。これらのセンサが動作するための電源をすべて共通とした場合、センサ電源が失われるとすべての電流センサが使用不能となり、電流制御が困難となる。この結果、ハイブリッド車の走行が困難となってしまう。この問題に対する対応策について、特許文献１には記載されていない。

車両においては一部の部品が故障した場合に、性能が制限された状態であっても緊急避難のための走行を可能とすることが求められる。このような機能をリンプホームと称する。リンプホームは低速走行であっても自宅にたどり着けるという趣旨の機能である。

各種の電流センサのセンサ電源について、すべて独立したセンサ電源を確保すれば、いずれかのセンサ電源が故障した場合であっても、その他のセンサ電源によって他のセンサの利用を継続することができる。しかし、すべてのセンサ電源を独立に設けた場合、センサ電源の増加、センサ電源の供給配線の増加によって、電力変換装置の大型化、重量増加、コスト上昇を招くこととなる。車両に搭載する機器は、軽量化、小型化、低コスト化が求められている。したがって、故障耐性向上と軽量化、小型化、低コスト化推進との最適なバランスが求められる。

本願は、電力変換装置における前述の課題を解決するためになされたものであり、各種電流センサのセンサ電源の故障に対応してリンプホーム機能を確保しつつ、センサ電源の数を最小化した電力変換装置を得ることを目的とする。

本願に開示される電力変換装置は、
内燃機関の出力軸と結合された第一の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換して直流端子から出力する第一の電力変換器、
直流端子に接続され直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第二の回転電機に交流電流を供給する第二の電力変換器、
バッテリと直流端子との間に接続され電圧を変更する直流電力変換器、
第一の電力変換器と第一の回転電機との間に流れる電流を計測する第一の電流センサ、
第二の電力変換器と第二の回転電機との間に流れる電流を計測する第二の電流センサ、
バッテリと直流電力変換器との間に流れる電流を計測する直流電力変換器用電流センサ、
第一の電流センサと直流電力変換器用電流センサに電源を供給する第一のセンサ電源、および、
第二の電流センサに電源を供給する第二のセンサ電源、を備えたものである。

本願に係る電力変換装置によれば、内燃機関に駆動された第一の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換する第一の電力変換器の電流センサと、バッテリ電圧を昇圧する直流電力変換器の電流を計測する電流センサとに電源を供給する第一のセンサ電源と、駆動輪と結合された第二の回転電機に交流電流を供給する第二の電力変換器の電流センサに電源を供給する第二のセンサ電源を設けたので、センサ電源の故障に対応してリンプホーム機能を確保しつつ、センサ電源の数を最小化した電力変換装置を得ることができる。これによって、電力変換装置のセンサ電源の数を削減して小型化、軽量化、低コスト化を進めることができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第一の電力変換器の回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第二の電力変換器の回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のセンサ電源正常時の電力供給を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第一のセンサ電源故障時の電力供給を示す第一の図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第一のセンサ電源故障時の電力供給を示す第二の図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第二のセンサ電源故障時の電力供給を示す図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の第二のセンサ電源故障時の電力供給を示す図である。

以下、本願に係る電力変換装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

１．実施の形態１
＜電力変換装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の構成図である。電力変換装置１０は、車両１のバッテリ２、内燃機関６の出力軸と力学的に結合された第一の回転電機８ａ、駆動輪１７と力学的に結合された第二の回転電機８ｂと電気的に接続されている。ここで、力学的結合は、主軸の直接結合、減速装置およびクラッチを介した結合、ベルトによる回転伝達機構を介した結合であってもよい。図１では、内燃機関６はＥＮＧ、第一の回転電機８ａはＭ１、第二の回転電機８ｂはＭ２として示されている。

第一の回転電機８ａ、第二の回転電機８ｂは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線を備えた三相交流回転電機であってもよい。第一の回転電機８ａ、第二の回転電機８ｂは、負荷を回転駆動するとともに、負荷の回転エネルギーを電気エネルギーとして回生可能であってもよい。第一の回転電機８ａ、第二の回転電機８ｂには、ロータに永久磁石を備えた電動機、ロータに電磁石を備えた電動機、ブラシ式電動機、ブラシレス電動機などを用いることができる。

電力変換装置１０は、第一の電力変換器１３ａ、第二の電力変換器１３ｂ、直流電力変換器１２、制御装置１４、センサ電源１５、第一の電流センサ４、第二の電流センサ５、直流電力変換器用電流センサ３を備えている。車両１に搭載された内燃機関６の出力によって第一の回転電機８ａが駆動されて発電し、第一の電力変換器１３ａによって発電された交流電流が直流に変換されて正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂから出力される。

正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂから直流電流を供給された第二の電力変換器１３ｂは直流電流を交流電流に変換して第二の回転電機８ｂを回転させて駆動輪１７を駆動する。直流電力変換器１２は、車両１に搭載されたバッテリ２の電圧を変更して、正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂと直流電流を送受する。必要に応じて、バッテリ２から正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂに電流を供給し、バッテリ２を充電する場合は正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂから電流を受け取る。

第一の電力変換器１３ａ、第二の電力変換器１３ｂ、直流電力変換器１２を通過する電流は、第一の電流センサ４、第二の電流センサ５、直流電力変換器用電流センサ３によって検出される。第一の電流センサ４および直流電力変換器用電流センサ３は、第一のセンサ電源１５ａから第一のセンサ電源線９ａを介して電源を供給される。第二の電流センサ５は、第二のセンサ電源１５ｂから第二のセンサ電源線９ｂを介して電源を供給される。図１では、第一のセンサ電源１５ａと第二のセンサ電源１５ｂは、センサ電源１５に内蔵されている。しかし第一のセンサ電源１５ａと第二のセンサ電源１５ｂは、異なる場所に独立して設置してもよい。

制御装置１４は、第一の電流センサ４の検出信号を入力端子Ｉ１から、第二の電流センサ５の検出信号を入力端子Ｉ２から、直流電力変換器用電流センサ３の検出信号を入力端子ＩＣから入力する。制御装置１４は制御端子Ｃ２から、第二の電力変換器１３ｂを制御する。これによって、制御装置１４は車両１の必要とされる駆動力に応じて第二の回転電機８ｂを駆動する電流量を制御することができる。

制御装置１４は制御端子Ｃ１から、第一の電力変換器１３ａを制御する。これによって、制御装置１４は、車両１の必要とされる電力に応じて第一の回転電機８ａによって発電され供給される電流量を制御することができる。制御装置１４は、制御端子ＣＥからの信号によって内燃機関６の出力を調整することができる。制御装置１４は、内燃機関６の出力を調整し内燃機関６の回転数を制御することで、第一の回転電機８ａによる発電電流を制御することができる。

直流電力変換器１２は、バッテリ２の電圧を正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂの電圧まで昇圧する。バッテリ２からの供給電流またはバッテリ２への充電電流が、直流電力変換器用電流センサ３の信号として制御装置１４の入力端子ＩＣに伝達される。

＜制御装置のハードウェア構成＞
図２は、実施の形態１に係る制御装置１４のハードウェア構成図である。制御装置１４の各機能は、制御装置１４が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１４は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置９０（プロセッサとも称する）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３などのインターフェースを備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路などが備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

制御装置１４には、記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）などが備えられている。記憶装置９１は、演算処理装置９０に内蔵されていてもよい。入力回路９２は、入力信号、センサ、スイッチが接続され、これら入力信号、センサ、スイッチの信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器などを備えている。具体的には第一の電流センサ４、第二の電流センサ５、直流電力変換器用電流センサ３の信号などが入力される。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路などの電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路などを備えている。具体的には第一の電力変換器１３ａ、第二の電力変換器１３ｂ、直流電力変換器１２のスイッチング素子を駆動する出力信号などが出力される。

制御装置１４が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭなどの記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３などの制御装置１４の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置１４が用いる閾値、判定値などの設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭなどの記憶装置９１に記憶されている。制御装置１４の有する各機能は、それぞれソフトウェアのモジュールで構成されるものであってもよいが、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって構成されるものであってもよい。

＜直流電力変換器＞
図１の直流電力変換器１２は、バッテリ２の電圧と正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂの間の電圧を変換する電圧変換装置としての機能を有する。直流電力変換器１２は、ＤＣ－ＤＣコンバータとも称される。直流電力変換器１２は、リアクトル７、正極側スイッチング素子１６ｂ、負極側スイッチング素子１６ａ、およびリアクトル電流を検知する直流電力変換器用電流センサ３を備えている。

直流電力変換器１２は、低圧側電圧を平滑させる低圧側平滑コンデンサ２１、および、高圧側電圧を平滑させる高圧側平滑コンデンサ２２に接続されている。そして、制御装置１４によって正極側スイッチング素子１６ｂ、負極側スイッチング素子１６ａが制御される。

正極側スイッチング素子１６ｂと、負極側スイッチング素子１６ａは互いに直列に接続されており、直流電力変換器１２におけるスイッチング回路を構成している。負極側スイッチング素子１６ａは並列に複数のスイッチング素子が接続され構成される場合がある。正極側スイッチング素子１６ｂも並列に複数のスイッチング素子が接続され構成される場合がある。

正極側スイッチング素子１６ｂと負極側スイッチング素子１６ａは、制御装置１４の制御端子Ｇ１、Ｇ２からのゲート信号によりスイッチング制御される。正極側スイッチング素子１６ｂと負極側スイッチング素子１６ａは、例えば、それぞれフリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成される。スイッチング素子としては、この他、逆並列接続された寄生ダイオードを有するＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いることもできる。また、スイッチング素子としては、逆接続されたダイオードを有する通常のバイポーラトランジスタを用いてもよい。

直流電力変換器１２は、バッテリ２が出力する直流電力の電圧を昇圧して第一の電力変換器１３ａ、第二の電力変換器１３ｂに供給する。また、第一の回転電機８ａが発電した交流電流を第一の電力変換器１３ａで直流電流に変換し、この時の電圧を直流電力変換器１２で降圧してバッテリ２を充電する場合もある。即ち、直流電力変換器１２は、昇圧用変換器もしくは降圧用変換器として機能する。

＜第一の電力変換器＞
図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の第一の電力変換器１３ａの回路図である。第一の電力変換器１３ａは、第一の回転電機８ａの出力する三相交流電流を直流電流に変換する交流直流変換器として機能する。

第一の電力変換器１３ａは、正極側直流端子２３ａに接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側スイッチング素子１６ｄ、１６ｆ、１６ｈと、負極側直流端子２３ｂに接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側スイッチング素子１６ｃ、１６ｅ、１６ｇを有する。これらのスイッチング素子は、直流電力変換器１２の正極側スイッチング素子１６ｂ、負極側スイッチング素子１６ａと同様にＩＧＢＴなどにより構成され逆並列接続された還流ダイオードを備える。相ごとの正極側スイッチング素子は上側アーム、負極側スイッチング素子は下側アームと呼ばれ、各相の上側アームと下側アームは直列に接続され、それぞれの接続点からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電流を受け渡しする。

各相の接続点はそれぞれ、第一の回転電機８ａの巻線に接続され、各相の通過電流が相ごとの第一の電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃによって検出される。図１では、第一の電流センサ４の検出電流は制御装置１４の入力端子Ｉ１から入力されるとして説明した。実際にはＵ相の第一の電流センサ４ａ、Ｖ相の第一の電流センサ４ｂ、Ｖ相の第一の電流センサ４ｃの検出値が入力される３つの入力端子の総称を入力端子Ｉ１で示している。

第一の電力変換器１３ａの各スイッチング素子は、制御装置１４の制御端子Ｃ１１からＣ１６によって制御される。図１では制御端子Ｃ１１からＣ１６の総称を制御端子Ｃ１として示している。制御装置１４は、出力電流を計測する第一の電流センサ４の計測値をモニタしながら、第一の電力変換器１３ａの出力電流が目標値となるように各スイッチング素子、および内燃機関６の出力を制御する。即ち、第一の電流センサ４は、制御装置１４が第一の電力変換器１３ａの出力をフィードバック制御するために備えられている。

第一の電力変換器１３ａに供給された三相交流電流は、スイッチング素子によって整流されて直流電流に変換され、正極側直流端子２３ａ、負極側直流端子２３ｂに供給される。第一の回転電機８ａは、発電機として機能して電流を供給する場合と、電流を供給されて電動機として機能する場合とがある。第一の電力変換器１３ａは交流直流変換器として機能する場合と、直流交流変換器として機能する場合がある。内燃機関の停止時に、第一の電力変換器１３ａはバッテリ２から直流電力変換器１２によって電圧が変換された直流電流を交流電流に変換して第一の回転電機８ａを駆動し、内燃機関６を始動する。

＜第二の電力変換器＞
図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の第二の電力変換器１３ｂの回路図である。第二の電力変換器１３ｂは、正極側直流端子２３ａと負極側直流端子２３ｂから供給された直流電流を、第二の回転電機８ｂを駆動する三相交流電流に変換する直流交流変換器として機能する。

第二の電力変換器１３ｂは、正極側直流端子２３ａに接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側スイッチング素子１６ｊ、１６ｌ、１６ｎと、負極側直流端子２３ｂに接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側スイッチング素子１６ｉ、１６ｋ、１６ｍを有する。これらのスイッチング素子は、直流電力変換器１２および第一の電力変換器１３ａの正極側スイッチング素子１６ｂ、１６ｄ、１６ｆ、１６ｈ、負極側スイッチング素子１６ａ、１６ｃ、１６ｅ、１６ｇと同様にＩＧＢＴなどにより構成され逆並列接続された還流ダイオードを備える。相ごとの正極側スイッチング素子は上側アーム、負極側スイッチング素子は下側アームと呼ばれ、各相の上側アームと下側アームは直列に接続され、それぞれの接続点からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電流を受け渡しする。

各相の接続点はそれぞれ、第二の回転電機８ｂの巻線に接続され、各相の通過電流が相ごとの第二の電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃによって検出される。図１では、第二の電流センサ５の検出電流は制御装置の入力端子Ｉ２から入力されるとして説明したが、実際にはＵ相の第二の電流センサ５ａ、Ｖ相の第二の電流センサ５ｂ、Ｖ相の第二の電流センサ５ｃの検出値が入力される３つの端子の総称を入力端子Ｉ２として示している。

第二の電力変換器１３ｂの各スイッチング素子は、制御装置１４の制御端子Ｃ２１からＣ２６によって制御される。図１では制御端子Ｃ２１からＣ２６の総称を制御端子Ｃ２として示している。制御装置１４は、出力電流を計測する第二の電流センサ５の計測値をモニタしながら、第二の電力変換器１３ｂの出力電流が目標値となるように各スイッチング素子を制御する。即ち、第二の電流センサ５は、制御装置１４が第二の電力変換器１３ｂの出力をフィードバック制御するために備えられている。

第二の電力変換器１３ｂに供給された直流電流は、スイッチング素子によってデューティ制御されて三相交流電流に変換され、第二の回転電機８ｂのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに供給される。第二の回転電機８ｂは、電動機として機能して電流が供給されて駆動される場合と、発電機として機能して電流を供給する場合とがある。第二の電力変換器１３ｂは直流交流変換器として機能する場合と、交流直流変換器として機能する場合がある。車両１が減速する場合に第二の回転電機８ｂは駆動輪１７に駆動されて発電機として機能し、第二の電力変換器１３ｂは回生電力を交流直流変換してバッテリ２を充電する。

＜センサ電源＞
第一の電流センサ４、第二の電流センサ５、直流電力変換器用電流センサ３はセンサ電源１５からセンサ電源の供給を受ける。車載機器は小型化、軽量化、低コスト化が求められる。このため、センサ電源についても、電源の設置、センサへの配線について共有化して最小化することが望まれる。

図１に示すように、実施の形態１に係る電力変換装置１０では、第一の電流センサ４、第二の電流センサ５、直流電力変換器用電流センサ３の３個の電流センサが備えられている。これらのセンサの動作用の電源を第一のセンサ電源１５ａ、第二のセンサ電源１５ｂの二台とし、電源を供給するための配線を、第一のセンサ電源線９ａ、第二のセンサ電源線９ｂの二本として故障耐性の向上を図りながら、小型化、軽量化、低コスト化を進めている。なお、電流を計測する複数のセンサの素子は同じものでもよいが異なるセンサの素子を用いてもよい。

＜センサ電源正常時の電流の流れ＞
図５は、実施の形態１に係る電力変換装置のセンサ電源正常時の電力供給を示す図である。内燃機関６によって駆動される第一の回転電機８ａに与えられる動力の伝達が白矢印で示されている。第一の回転電機８ａよって発電された交流電流が第一の電力変換器１３ａで直流電流に変換される。

そして、変換された直流電流が第二の電力変換器１３ｂによって交流電流に変換され、第二の回転電機８ｂを駆動する。この一連の電流の流れが矢印で示されている。第二の回転電機８ｂによって駆動される駆動輪１７に与えられる動力の伝達が白矢印で示されている。図５では、第一の電流センサ４によって検出される電流がＩ１、第二の電流センサ５によって検出される電流がＩ２、直流電力変換器用電流センサ３によって検出される電流がＩＣとして示されている。

バッテリ２は直流電流を直流電力変換器１２と交換し、直流電力変換器１２は第一の電力変換器１３ａ、第二の電力変換器１３ｂと直流電流を交換する。図５には、第一のセンサ電源１５ａによって動作する電流センサを使用してフィードバック制御される変換器群が範囲２０ａで示されている。第二のセンサ電源１５ｂによって動作する電流センサを使用してフィードバック制御される変換器が範囲２０ｂで示されている。

＜第一のセンサ電源故障時の電流の流れ＞
図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の第一のセンサ電源１５ａ故障時の電力供給を示す第一の図である。第一のセンサ電源１５ａまたは第一のセンサ電源線９ａが失陥すると、第一の電流センサ４と直流電力変換器用電流センサ３はセンサ動作用の電源を失い電流を検出できなくなる。

この場合、制御装置１４が第一の電力変換器１３ａと直流電力変換器１２に対して電流フィードバック制御をすることができなくなる。そして、第一の電力変換器１３ａは通常通り駆動できず、直流電力変換器１２は昇圧動作および降圧動作ができないことを意味する。

直流電力変換器１２は直流電力変換器用電流センサ３を使用できなくなるので昇圧動作、降圧動作が困難となる。この場合、制御装置１４は、制御端子Ｇ１、Ｇ２から出力するゲート信号によって正極側スイッチング素子１６ｂを継続的にオン、負極側スイッチング素子１６ａを継続してオフすることによって、直流端子をバッテリ２と直結することができる。

このときの直流電力変換器の駆動状態を直結駆動と称する。直結駆動とすることで、バッテリ２から第二の電力変換器１３ｂへの電流の供給が可能となる。その時の電流の流れが矢印で示されている。この場合、第二のセンサ電源１５ｂが正常の場合は、第二の電力変換器１３ｂの出力電流は第二の電流センサによって検出可能である。よって第二の回転電機８ｂを電流フィードバック制御することができる。

図７は、実施の形態１に係る電力変換装置の第一のセンサ電源故障時の電力供給を示す第二の図である。第一の電力変換器１３ａは通常駆動は不可能であり、駆動を停止する。しかし、第一の電力変換器１３ａは駆動停止中であっても、各スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードにより三相全波整流回路として機能することができる。

このとき、制御装置１４からの指令によって、内燃機関６の回転数を上昇させることができる。そうすることによって、第一の回転電機８ａの発生する誘起電圧をバッテリ２の電圧より大きくなるように制御することができる。それにより、内燃機関６によって駆動した第一の回転電機８ａが発電した電流を三相全波整流により、第二の電力変換器１３ｂおよびバッテリ２へ供給することが可能となる。この時の電流の流れを図７に矢印で示している。

バッテリ２の電圧は例えば１４．７Ｖとして、第一の回転電機８ａの誘起電圧がこの電圧を上回る内燃機関６の回転数をあらかじめ計測して規定しておくことができる。制御装置１４はこの回転数以上となるように内燃機関６を制御することとしてもよい。また、バッテリ２の電圧を検出するバッテリ電圧センサを設けることもできる。このバッテリ電圧センサ検出値を上回る誘起電圧を発生する回転数となるように、制御装置１４が内燃機関６を制御することとしてもよい。

さらに、第一の回転電機８ａの出力電圧を検出する第一の回転電機電圧センサを設けて、第一の回転電機８ａの発生する誘起電圧を検出することとしてもよい。制御装置１４は第一のセンサ電源１５ａの異常を検出した場合に、第一の回転電機電圧センサによって検出した誘起電圧がバッテリ電圧センサによって検出されたバッテリ電圧よりも大きくなるように内燃機関の回転数を調整する。それにより、内燃機関６によって駆動した第一の回転電機８ａが発電した電流を三相全波整流により、第二の電力変換器１３ｂおよびバッテリ２へ供給することがより確実となる。

第一のセンサ電源１５ａ故障時であっても、第二の電力変換器１３ｂは通常駆動が可能である。第二の電流センサ５は第二のセンサ電源１５ｂからセンサ電源の供給を受けて動作するので、制御装置１４は、第二の電力変換器１３ｂをフィードバック制御することができる。直流電力変換器１２を直結駆動にすることで供給されるバッテリ２からの電流、および第一の電力変換器１３ａによる三相全波供給による電流によって、第二の電力変換器１３ｂは第二の回転電機８ｂを精度よく駆動することが可能である。

このように、第一のセンサ電源１５ａ故障時であっても車両１は第二の回転電機８ｂを制御可能である。直流電力変換器１２の直結制御によって直流端子の電圧は低下し、第二の電力変換器１３ｂによる第二の回転電機８ｂの駆動電流は制限される。しかし、駆動輪１７の駆動による車両１の走行は可能でありリンプホーム機能を確保することができる。さらに、内燃機関６の回転数を上昇させることで、第一の回転電機８ａによる発電電流によってバッテリ２を充電することも可能となる。それによって、バッテリ２のその時点での充電量による車両１の走行可能時間、および走行可能距離を延長することが可能となる。

＜第二のセンサ電源故障時の電流の流れ＞
図８は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の第二のセンサ電源１５ｂ故障時の電力供給を示す図である。第二のセンサ電源１５ｂまたは第二のセンサ電源線９ｂが失陥すると、第二の電流センサ５はセンサ動作用の電源を失い電流を検出できなくなる。

この場合、制御装置１４が第二の電力変換器１３ｂに対して電流フィードバック制御をすることができなくなる。しかし、制御装置１４は、第二の回転電機８ｂの必要な駆動電流に対し、第二の電力変換器１３ｂのスイッチング素子を必要な電流に対応してあらかじめ定めておいたパルス幅にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することで、第二の回転電機８ｂを見込駆動することができる。これにより、第二の電流センサ５を用いた出力電流の精度の高いフィードバック制御はできないが、リンプホーム機能を確保することができる。

第一の電力変換器１３ａの第一の電流センサ４と、直流電力変換器用電流センサ３とに電源を供給する第一のセンサ電源１５ａと、第二の電力変換器１３ｂの第二の電流センサ５に電源を供給する第二のセンサ電源１５ｂを設けたので、センサ電源の故障に対応してリンプホーム機能を確保しつつ、センサ電源の数を最小化した電力変換装置１０を得ることができる。これによって、電力変換装置１０のセンサ電源の数を削減して小型化、軽量化、低コスト化を進めることができる。

２．実施の形態２
図９は、実施の形態２に係る電力変換装置１０ａの第二のセンサ電源１５ｂ故障時の電力供給を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置１０ａの構成は、実施の形態１に係る電力変換装置１０の構成に対し、第三の電力変換器１３ｃを追加した点が異なる。制御装置１４ａは、第一の電力変換器１３ａ、直流電力変換器１２に加えて、第三の電力変換器１３ｃのスイッチング素子を制御する（制御装置１４ａは不図示）。

実施の形態２に係る電力変換装置１０ａを搭載した車両１ａは、第三の回転電機８ｃを備えている。図１では、第三の回転電機８ｃはＭ３と示されている。第三の回転電機８ｃは、後輪１７ａを駆動する走行用のリア電動機として用いられる。第三の回転電機８ｃが駆動する対象は駆動輪１７であってもよい。第三の回転電機８ｃは第三の電力変換器１３ｃによって電流が供給されて駆動される。上記以外の点は実施の形態２に係る電力変換装置１０ａは、実施の形態１に係る電力変換装置１０と同様である。

＜第二のセンサ電源故障時の電流の流れ＞
第二のセンサ電源１５ｂまたは第二のセンサ電源線９ｂが失陥すると、第二の電流センサ５はセンサ動作用の電源を失い電流を検出できなくなる。この場合、制御装置１４ａが第二の電力変換器１３ｂに対して電流フィードバック制御をすることができなくなる。

この場合であっても、第三の電力変換器１３ｃは通常通り駆動可能である。バッテリ２の電力を直流電力変換器１２によって電圧変換して直流端子に供給した電流、および第一の回転電機８ａの発電電力を第一の電力変換器によって直流端子に供給した電流を第三の電力変換器１３ｃへ供給することができる。よって、制御装置１４ａが第三の電力変換器１３ｃを制御して第三の回転電機８ｃに電流を供給させ、後輪１７ａを駆動して走行することが可能となる。

このとき、第二の電力変換器１３ｂは駆動を停止する。第二の回転電機８ｂは駆動輪１７によって引きずられて回転する。第二の回転電機８ｂが回転させられて逆起電力が発生する。第二の回転電機８ｂが発電機として機能し、駆動停止中の第二の電力変換器１３ｂのスイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードによる整流作用によって直流電流が発生する。この電流が第三の電力変換器１３ｃの制御に干渉する。駆動輪１７の回転速度が上昇するにしたがって、第二の回転電機８ｂの誘起電圧が上昇する。このため、第二の回転電機８ｂの誘起電圧を抑制するために、リンプホーム時の走行速度を所定速度以上に上昇させることができない。

しかし、この場合であっても制御装置１４ａが直流電力変換器１２を昇圧動作させることで、第二の回転電機８ｂの誘起電圧による外乱を抑制することができる。このために直流電力変換器１２の通常の場合の昇圧電圧よりも高い、妥当な昇圧電圧を予め定めておくことができる。そして、制御装置１４ａが直流電力変換器１２を予め定めた昇圧電圧まで昇圧動作させる。または、直流電力変換器１２の定格最大電圧まで昇圧することとしてもよい。

第三の電力変換器１３ｃによる第三の回転電機８ｃの駆動に際して、第三の電力変換器１３ｃの出力電流を検出する第三の電流センサを設けて、精度の高い電流フィードバック制御を実施してもよい。この場合、第三の電流センサのセンサ電源を第一のセンサ電源１５ａから供給を受けることとすることができる。このようにすれば、第二のセンサ電源１５ｂまたは第二のセンサ電源線９ｂが失陥した場合であっても、制御装置１４ａから第三の電力変換器１３ｃを精度よく電流フィードバック制御することができる。図９では、第三の電流センサによって検出される電流がＩ３として示されている。

実施の形態２において、第一のセンサ電源１５ａまたは第一のセンサ電源線９ａが失陥した場合は、制御装置１４ａによって第一の電力変換器１３ａを駆動停止し、直流電力変換器１２を直結制御する。この場合、実施の形態１と同様に対応でき、リンプホーム機能を確保できるので説明を省略する。

以上のように、実施の形態２に係る電力変換装置１０ａによれば、センサ電源の故障に対応して充実したリンプホーム機能を確保しつつ、センサ電源の数を最小化した電力変換装置１０ａを得ることができる。これによって、電力変換装置１０ａのセンサ電源の数を削減して小型化、軽量化、低コスト化を進めることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
内燃機関の出力軸と結合された第一の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換して直流端子から出力する第一の電力変換器、
前記直流端子に接続され直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第二の回転電機に交流電流を供給する第二の電力変換器、
バッテリと前記直流端子との間に接続され電圧を変更する直流電力変換器、
前記第一の電力変換器と前記第一の回転電機との間に流れる電流を計測する第一の電流センサ、
前記第二の電力変換器と前記第二の回転電機との間に流れる電流を計測する第二の電流センサ、
前記バッテリと前記直流電力変換器との間に流れる電流を計測する直流電力変換器用電流センサ、
前記第一の電流センサと前記直流電力変換器用電流センサに電源を供給する第一のセンサ電源、および、
前記第二の電流センサに電源を供給する第二のセンサ電源を備えた電力変換装置。
（付記２）
前記直流電力変換器を制御する制御装置を備え、
前記直流電力変換器は、正極側スイッチング素子と、負極側スイッチング素子と、リアクトルと、を有し、
前記制御装置は前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記直流電力変換器を直結駆動する付記１に記載の電力変換装置。
（付記３）
前記制御装置は前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記正極側スイッチング素子をオンし前記負極側スイッチング素子をオフする付記２に記載の電力変換装置。
（付記４）
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサ、および、
前記第一の回転電機の出力電圧を検出する第一の回転電機電圧センサを備え、
前記制御装置は前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記第一の回転電機電圧センサによって検出した誘起電圧が前記バッテリ電圧センサによって検出されたバッテリ電圧よりも大きくなるように内燃機関の回転数を調整する付記２または３に記載の電力変換装置。
（付記５）
前記制御装置は前記第一のセンサ電源および前記第二のセンサ電源が正常な場合は、前記第一の電流センサによって検出された電流値に基づいて前記第一の電力変換器を制御し、前記第二の電流センサによって検出された電流値に基づいて前記第二の電力変換器を制御し、前記直流電力変換器用電流センサによって検出された電流値に基づいて前記直流電力変換器を制御するとともに、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記第二の電力変換器を前記第二の電流センサによって検出された電流値を用いずに前記第二の電力変換器を制御する付記２から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（付記６）
前記直流端子に接続され直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第三の回転電機に交流電流を供給する第三の電力変換器を備え、
前記制御装置は前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記第二の電力変換器の駆動を停止し、前記第一の電力変換器と、前記第三の電力変換器と、前記直流電力変換器を制御する付記２から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（付記７）
前記第三の電力変換器と前記第三の回転電機との間に流れる電流を計測する第三の電流センサを備え、
前記第三の電流センサは、前記第一のセンサ電源から電源の供給を受ける付記６に記載の電力変換装置。
（付記８）
前記制御装置は、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記直流電力変換器によって前記直流端子の電圧を、前記第二のセンサ電源が正常な場合の通常電圧よりも高いあらかじめ定められた電圧に昇圧する付記６または７に記載の電力変換装置。
（付記９）
前記制御装置は、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記直流電力変換器によって前記直流端子の電圧を定格最大電圧に昇圧する付記８に記載の電力変換装置。
（付記１０）
前記第一の電力変換器は、前記内燃機関の始動時には前記直流端子から与えられた直流電流を交流電流に変換して前記第一の回転電機を駆動し、
前記第二の電力変換器は、電力回生時には前記第二の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換して前記直流端子に出力する付記１から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。

２ バッテリ、３ 直流電力変換器用電流センサ、４ 第一の電流センサ、５ 第二の電流センサ、６ 内燃機関、８ａ 第一の回転電機、８ｂ 第二の回転電機、８c 第三の回転電機、１０、１０ａ 電力変換装置、１２ 直流電力変換器、１３ａ 第一の電力変換器、１３ｂ 第二の電力変換器、１３ｃ 第三の電力変換器、１４、１４ａ 制御装置、１５ａ 第一のセンサ電源、１５ｂ 第二のセンサ電源、１６ａ 負極側スイッチング素子、１６ｂ 正極側スイッチング素子、１７ 駆動輪、１７ａ 後輪、

Claims (10)

1. 内燃機関の出力軸と結合された第一の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換して直流端子から出力する第一の電力変換器、
   前記直流端子に接続され直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第二の回転電機に交流電流を供給する第二の電力変換器、
   バッテリと前記直流端子との間に接続され電圧を変更する直流電力変換器、
   前記第一の電力変換器と前記第一の回転電機との間に流れる電流を計測する第一の電流センサ、
   前記第二の電力変換器と前記第二の回転電機との間に流れる電流を計測する第二の電流センサ、
   前記バッテリと前記直流電力変換器との間に流れる電流を計測する直流電力変換器用電流センサ、
   前記第一の電流センサと前記直流電力変換器用電流センサに電源を供給する第一のセンサ電源、および、
   前記第二の電流センサに電源を供給する第二のセンサ電源を備えた電力変換装置。
2. 前記直流電力変換器を制御する制御装置を備え、
   前記直流電力変換器は、正極側スイッチング素子と、負極側スイッチング素子と、リアクトルと、を有し、
   前記制御装置は、前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記直流電力変換器を直結駆動する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記正極側スイッチング素子をオンし前記負極側スイッチング素子をオフする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサ、および、
   前記第一の回転電機の出力電圧を検出する第一の回転電機電圧センサを備え、
   前記制御装置は、前記第一のセンサ電源の異常を検出した場合に、前記第一の回転電機電圧センサによって検出した誘起電圧が前記バッテリ電圧センサによって検出されたバッテリ電圧よりも大きくなるように内燃機関の回転数を調整する請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記制御装置は、前記第一のセンサ電源および前記第二のセンサ電源が正常な場合は、前記第一の電流センサによって検出された電流値に基づいて前記第一の電力変換器を制御し、前記第二の電流センサによって検出された電流値に基づいて前記第二の電力変換器を制御し、前記直流電力変換器用電流センサによって検出された電流値に基づいて前記直流電力変換器を制御し、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合は、前記第二の電力変換器を前記第二の電流センサによって検出された電流値を用いずに前記第二の電力変換器を制御する請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記直流端子に接続され直流電流を交流電流に変換し、駆動輪と結合された第三の回転電機に交流電流を供給する第三の電力変換器を備え、
   前記制御装置は、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記第二の電力変換器の駆動を停止し、前記第一の電力変換器と、前記第三の電力変換器と、前記直流電力変換器を制御する請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第三の電力変換器と前記第三の回転電機との間に流れる電流を計測する第三の電流センサを備え、
   前記第三の電流センサは、前記第一のセンサ電源から電源の供給を受ける請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記制御装置は、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記直流電力変換器によって前記直流端子の電圧を、前記第二のセンサ電源が正常な場合の通常電圧よりも高いあらかじめ定められた電圧に昇圧する請求項６に記載の電力変換装置。
9. 前記制御装置は、前記第二のセンサ電源の異常を検出した場合に前記直流電力変換器によって前記直流端子の電圧を定格最大電圧に昇圧する請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記第一の電力変換器は、前記内燃機関の始動時には前記直流端子から与えられた直流電流を交流電流に変換して前記第一の回転電機を駆動し、
    前記第二の電力変換器は、電力回生時には前記第二の回転電機が発生した交流電流を直流電流に変換して前記直流端子に出力する請求項１から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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