JP7277348B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、インバータ及び回転電機を備えた電力変換装置において、インバータに異常が発生した場合でも、回転電機の駆動を継続することができる電力変換装置が知られている。

特許文献１には、回転電機を構成する巻線の一端に第１インバータを介して第１蓄電池が接続され、巻線の他端に第２インバータを介して第２蓄電池が接続された電力変換装置が開示されている。この構成では、例えば、第１インバータを構成する１相の上アームスイッチ及び下アームスイッチに上下アーム短絡異常が発生した場合、第１インバータの上下アーム短絡異常が発生していない相の上アームスイッチがオンされ、下アームスイッチがオフされる。そして、第２インバータがスイッチング制御されることで、回転電機の駆動を継続することができる。

特許第６４２６４６５号公報

第１インバータの異常以外にも、第１蓄電池に異常が発生し得る。この場合、回転電機は、第２蓄電池のみを電源として駆動される。そのため、第１蓄電池に異常が発生した場合の電源電圧は、異常発生前よりも小さくなる。その結果、第１蓄電池に異常が発生した場合の回転電機の回転速度は、異常発生前に比べて低くなり得る。なお、第２蓄電池に異常が発生した場合にも、同様な問題が発生し得る。このため、蓄電池に異常が発生した場合においても、回転電機の駆動に用いる電源電圧の大きさを高めつつ、回転電機の駆動を継続することができる技術が望まれる。

そこで、本発明の主たる目的は、蓄電池に異常が発生した場合において、回転電機の駆動に用いる電源電圧の大きさを高めつつ、回転電機の駆動を継続することができる電力変換装置を提供することである。

本発明は、星形結線された巻線を有する回転電機と、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有するインバータと、前記直列接続体に並列接続されたコンデンサと、各相の前記上アームスイッチの高電位側端子、第１蓄電池の正極端子及び前記コンデンサの一端を接続する正極母線と、各相の前記下アームスイッチの低電位側端子、第２蓄電池の負極端子及び前記コンデンサの他端を接続する負極母線と、を備える電力変換装置において、前記正極母線又は前記負極母線の少なくとも一方に備えられ、オフにされることにより前記第１蓄電池又は前記第２蓄電池を前記インバータ及び前記コンデンサから電気的に遮断する遮断スイッチと、直列接続された前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池において前記第１蓄電池の負極側及び前記第２蓄電池の正極側と、前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、前記回転電機の駆動要求があるか否かを判定する駆動判定部と、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のいずれか一方に異常が発生していることを判定する異常判定部と、前記駆動要求があり、かつ、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のうち、いずれか一方であって前記遮断スイッチが接続された蓄電池に異常が発生していると判定した場合、異常が発生した蓄電池に接続された前記遮断スイッチをオフし、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のうち異常が発生していない蓄電池の電圧を昇圧して前記コンデンサに供給しつつ、前記コンデンサの端子電圧を用いて前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施する制御部と、を備える。

本発明では、第１蓄電池の負極側及び第２蓄電池の正極側と、巻線の中性点とが接続経路により電気的に接続されている。これにより、第１蓄電池及び第２蓄電池のいずれか一方と、各相巻線と、インバータと、コンデンサとは昇圧チョッパ回路を構成する。このため、第１蓄電池及び第２蓄電池のうち、いずれか一方であって遮断スイッチが接続された蓄電池に異常が発生していると判定された場合、その遮断スイッチがオフされ、異常が発生していない蓄電池を電源として、昇圧チョッパ回路によりコンデンサの端子電圧を昇圧することができる。これにより、回転電機の駆動に用いるコンデンサの端子電圧を異常が発生していない蓄電池の電圧よりも高めつつ、回転電機の駆動を継続することができる。

第１実施形態に係る電力変換装置の構成図。 駆動制御処理の手順を示すフローチャート。 等価回路を示す図。 異常時駆動モードにおける駆動制御の機能ブロック図。 駆動制御の各波形を示す図。 第１実施形態の変形例１に係る電力変換装置の構成図。 第１実施形態の変形例２に係る駆動制御の機能ブロック図。 第２実施形態に係る電力変換装置の構成図。 第３実施形態に係る電力変換装置の構成図。 異常時駆動モードにおける駆動制御の機能ブロック図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電力変換装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載されている。

図１に示すように、電力変換装置１０は、インバータ３０と、回転電機４０とを備えている。回転電機４０は、３相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを備えている。各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、電気角で１２０°ずつずれて配置されている。回転電機４０は、例えば永久磁石同期機である。本実施形態において、回転電機４０は車載主機であり、車両の走行動力源となる。

インバータ３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨとＵ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態では、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはＩＧＢＴが用いられている。このため、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬには、フリーホイールダイオードとしての各ダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬが逆並列に接続されている。

Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのエミッタと、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのコレクタとには、バスバー等のＵ相導電部材３２Ｕを介して、Ｕ相巻線４１Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上アームスイッチＱＶＨのエミッタと、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬのコレクタとには、バスバー等のＶ相導電部材３２Ｖを介して、Ｖ相巻線４１Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上アームスイッチＱＷＨのエミッタと、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬのコレクタとには、バスバー等のＷ相導電部材３２Ｗを介して、Ｗ相巻線４１Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの第２端同士は、中性点Ｏで接続されている。なお、本実施形態において、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、ターン数が同じに設定されている。これにより、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、例えばインダクタンスが同じに設定されている。

各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタと、組電池２０の正極端子とは、バスバー等の正極母線Ｌｐにより接続されている。各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタと、組電池２０の負極端子とは、バスバー等の負極母線Ｌｎにより接続されている。

電力変換装置１０は、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとを接続するコンデンサ３１を備えている。なお、コンデンサ３１は、インバータ３０に内蔵されていてもよいし、インバータ３０の外部に設けられていてもよい。

組電池２０は、単電池としての電池セルの直列接続体として構成されており、端子電圧が例えば数百Ｖとなるものである。本実施形態では、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧（例えば定格電圧）が互いに同じに設定されている。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池を用いることができる。なお、組電池２０は、例えば電力変換装置１０の外部に設けられている。

本実施形態では、組電池２０を構成する電池セルのうち、高電位側の複数の電池セルの直列接続体が第１蓄電池２１を構成し、低電位側の複数の電池セルの直列接続体が第２蓄電池２２を構成している。つまり、組電池２０が２つのブロックに分けられている。本実施形態では、第１蓄電池２１を構成する電池セル数と、第２蓄電池２２を構成する電池セル数とが同じである。このため、第１蓄電池２１の端子電圧（例えば定格電圧）と、第２蓄電池２２の端子電圧（例えば定格電圧）とが同じである。

組電池２０において、第１蓄電池２１の負極端子と第２蓄電池２２の正極端子とには中間端子Ｂが接続されている。

電力変換装置１０は、接続経路６０と、接続スイッチ６１とを備えている。接続経路６０は、組電池２０の中間端子Ｂと中性点Ｏとを電気的に接続する。接続スイッチ６１は、接続経路６０上に設けられている。本実施形態では、接続スイッチ６１としてリレーが用いられている。接続スイッチ６１がオンされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが電気的に接続される。一方、接続スイッチ６１がオフされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとの間が電気的に遮断される。

電力変換装置１０は、第１遮断スイッチ６２及び第２遮断スイッチ６３を備えている。各遮断スイッチ６２，６３は、例えばリレーである。ここで、正極母線Ｌｐには、組電池２０の正極端子から順に、コンデンサ３１の高電位側端子、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタが接続されている。第１遮断スイッチ６２は、正極母線Ｌｐのうち、組電池２０の正極端子との接続点及びコンデンサ３１の高電位側端子との接続点の間に備えられている。第１遮断スイッチ６２がオフにされることで、第１蓄電池２１は、電力変換装置１０から電気的に遮断される。

また、正極母線Ｌｐには、組電池２０の負極端子から順に、コンデンサ３１の低電位側端子、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタが接続されている。第２遮断スイッチ６３は、負極母線Ｌｎのうち、組電池２０の負極端子との接続点及びコンデンサ３１の低電位側端子との接続点の間に備えられている。第２遮断スイッチ６３がオフされることで、第２蓄電池２２は、電力変換装置１０から電気的に遮断される。

電力変換装置１０は、相電流センサ６４を備えている。相電流センサ６４は、各導電部材３２Ｕ～３２Ｗに流れる相電流を検出する。相電流センサ６４の検出値は、電力変換装置１０が備える制御装置７０に入力される。本実施形態において、制御装置７０が制御部に相当する。

電力変換装置１０は、電圧センサ６５を備えている。電圧センサ６５は、コンデンサ３１に並列接続されており、コンデンサ３１の端子電圧を検出する。電圧センサ６５の検出値は、制御装置７０に入力される。

電力変換装置１０は、監視ユニット５０を備えている。監視ユニット５０は、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧、温度及び内部抵抗等の検出値を検出する。

制御装置７０は、マイコンを主体として構成され、回転電機４０の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ３０を構成する各スイッチのスイッチング制御を行う。制御量は、例えばトルクである。各相において、各相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨと各相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとは交互にオンされる。

制御装置７０は、接続スイッチ６１、第１遮断スイッチ６２及び第２遮断スイッチ６３をオンオフする。ちなみに、制御装置７０は、自身が備える記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御機能を実現する。各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよいし、ハードウェア及びソフトウェアの双方によって実現されてもよい。

続いて、制御装置７０により実行される駆動制御について説明する。図２は、駆動制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置７０により、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０では、回転電機４０の駆動要求があるか否かを判定する。この駆動要求には、回転電機４０の駆動により車両を走行させる要求が含まれる。なお、本実施形態において、ステップＳ１０が駆動判定部に相当する。

ステップＳ１０において、駆動要求がないと判定した場合には、ステップＳ１１に進み、待機モードに設定する。そして、ステップＳ１２において、接続スイッチ６１をオフし、第１遮断スイッチ６２及び第２遮断スイッチ６３をオフする。待機モードにおいて、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬはオフする。

ステップＳ１０において駆動要求があると判定した場合には、ステップＳ１３に進み、第１蓄電池２１に異常が発生しており、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していないか否かを判定する。

ステップＳ１３において否定判定した場合には、ステップＳ１４に進み、第１蓄電池２１に異常が発生しておらず、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生しているか否かを判定する。ここで、制御装置７０は、監視ユニット５０と通信可能とされており、監視ユニット５０から受け取った各電池セルの検出値が、その設定範囲を超えていた場合又は監視ユニット５０から検出値を受け取ることができない場合、その電池セルが含まれる第１蓄電池２１又は第２蓄電池２２に異常が発生していると判定する。ここで、検出値には、電池セルの電圧、温度及び内部抵抗のうち少なくとも１つが含まれる。なお、本実施形態において、ステップＳ１３及びステップＳ１４が異常判定部に相当する。

ステップＳ１４において否定判定した場合には、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２に異常が発生していないと判定し、ステップＳ１５に進み、駆動モードに設定する。そして、ステップＳ１６において、接続スイッチ６１をオフし、第１遮断スイッチ６２及び第２遮断スイッチ６３をオンする。その後、ステップＳ１７において、駆動ＰＷＭ制御を行う。駆動ＰＷＭ制御では、回転電機４０を駆動させるべく、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。これにより、車両の駆動輪が回転し、車両を走行させることができる。

ステップＳ１３において肯定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、異常時駆動モードに設定する。そして、ステップＳ１９において、接続スイッチ６１をオンし、第１遮断スイッチ６２をオフし、第２遮断スイッチ６３をオンする。その後、ステップＳ２０において、異常時駆動ＰＷＭ制御を行う。

ステップＳ１４において肯定判定した場合には、ステップＳ２１に進み、異常時駆動モードに設定する。そして、ステップＳ２２において、接続スイッチ６１をオンし、第１遮断スイッチ６２をオンし、第２遮断スイッチ６３をオフする。その後、ステップＳ２３において異常時駆動ＰＷＭ制御を行う。

以下、第１蓄電池２１に異常が発生しており、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していない場合における異常時駆動モードの駆動制御について説明する。図３（ａ）に、第１蓄電池２１に異常が発生した場合における駆動制御で用いられる電力変換装置１０の等価回路を示す。第１蓄電池２１に異常が発生しているためステップＳ１９で説明したように、接続スイッチ６１はオンされ、第１遮断スイッチ６２はオフされ、第２遮断スイッチ６３はオンされる。図３（ａ）では、各相巻線４１Ｕ～４１Ｗを巻線４１として示し、各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨを上アームスイッチＱＨとして示し、各上アームダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨを上アームダイオードＤＨとして示している。また、各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬを下アームスイッチＱＬとして示し、各下アームダイオードＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬを下アームダイオードＤＬとして示している。

図３（ａ）の等価回路は、図３（ｂ）の等価回路として示すことができる。図３（ｂ）の回路は、第２蓄電池２２とコンデンサ３１との間で電力伝達が可能な昇圧チョッパ回路である。図３（ｂ）において、ＶＢＬは第２蓄電池２２の端子電圧を示す。ＶＲは巻線４１の端子電圧を示す。ＩＭｒは巻線４１の中性点Ｏに流れる電流を示し、第２蓄電池２２の放電電流が流れる場合にＩＭｒを負とし、充電電流が流れる場合にＩＭｒを正とする。Ｖｃはコンデンサ３１の端子電圧を示す。

図３（ｂ）を参照して、上アームスイッチＱＨがオフされ、下アームスイッチＱＬがオンされると、第２蓄電池２２、巻線４１及び下アームスイッチＱＬを含む回路が形成される。これにより、巻線４１に中性点電流ＩＭｒが負の方向に流れる。一方、上アームスイッチＱＨがオンされ、下アームスイッチＱＬがオフされると、第２蓄電池２２、巻線４１、上アームスイッチＱＨ及びコンデンサ３１を含む回路が形成される。これにより、第２蓄電池２２の端子電圧が昇圧されてコンデンサ３１に供給され、コンデンサ３１が充電される。

図４に、異常時駆動モードにおける駆動制御のブロック図を示す。図４は、回転電機４０の駆動後における車両走行中に実施される駆動制御の機能ブロック図である。

制御装置７０において、ｄ，ｑ軸指令電流設定部８０は、回転電機４０のトルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊を設定する。ｄ軸偏差算出部８１ｄは、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算することにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部８１ｑは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算することにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。ここで、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、相電流センサ６４の検出値及び回転電機４０の電気角に基づいて算出される。なお、電気角は、レゾルバ等の回転角センサの検出値であってもよいし、位置センサレス制御で推定された推定値であってもよい。

ｄ軸制御部８２ｄは、ｄ軸偏差算出部８１ｄにより算出されたｄ軸電流偏差ΔＩｄを０にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸電圧Ｖｄを算出する。ｑ軸制御部８２ｑは、ｑ軸偏差算出部８１ｑにより算出されたｑ軸電流偏差ΔＩｑを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸電圧Ｖｑを算出する。本実施形態では、各制御部８２ｄ，８２ｑのフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。

３相変換部８３は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ及び上記電気角に基づいて、３相固定座標系におけるＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗを算出する。駆動要求があると判定された場合のＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは、振幅が同じで、電気角で１２０度ずつ位相がずれた正弦波状の信号である。

制御装置７０は、異常時駆動制御部９０を備えている。異常時駆動制御部９０は、指令値設定部９１と、電圧偏差算出部９２と、電圧制御部９３と、Ｕ～Ｗ相重畳部９４Ｕ～９４Ｗとを備えている。

指令値設定部９１は、コンデンサ３１の指令端子電圧Ｖｃ＊を設定する。例えば、指令端子電圧Ｖｃ＊は、組電池２０の端子電圧に設定される。この場合、組電池２０の端子電圧は、監視ユニット５０から取得した組電池２０の端子電圧の検出値でもよいし、組電池２０の定格電圧でもよい。

電圧偏差算出部９２は、コンデンサ３１の指令端子電圧Ｖｃ＊から、電圧センサ６５により検出されたコンデンサ３１の端子電圧Ｖｃを減算することにより、電圧偏差ΔＶｃを算出する。

電圧制御部９３は、算出された電圧偏差ΔＶｃを０にフィードバック制御するための操作量として、オフセット補正量ＣＦを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。

Ｕ相重畳部９４Ｕは、Ｕ相指令電圧Ｖｕにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｕ相最終指令電圧「Ｖｕ＋ＣＦ」を算出する。Ｖ相重畳部９４Ｖは、Ｖ相指令電圧Ｖｖにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｖ相最終指令電圧「Ｖｖ＋ＣＦ」を算出する。Ｗ相重畳部９４Ｗは、Ｗ相指令電圧Ｖｗにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｗ相最終指令電圧「Ｖｗ＋ＣＦ」を算出する。

制御装置７０は、Ｕ～Ｗ相変調部９５Ｕ～９５Ｗを備えている。Ｕ相変調部９５Ｕは、Ｕ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｕ相変調率Ｍｕを算出する。ここで、電源電圧Ｖｄｃは、電圧センサ６５から取得したコンデンサ３１の端子電圧Ｖｃである。Ｖ相変調部９５Ｖは、Ｖ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｖ相変調率Ｍｖを算出する。Ｗ相変調部９５Ｗは、Ｗ相最終指令電圧を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｗ相変調率Ｍｗを算出する。

制御装置７０は、算出した各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに基づいて、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのスイッチング制御を行う。具体的には例えば、制御装置７０は、各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗとキャリア信号（例えば三角波信号）との大小比較に基づくＰＷＭ制御によりスイッチング制御を行えばよい。

図５に、本実施形態における駆動制御の各波形を示す。図５（ａ）は各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの推移を示し、図５（ｂ）は中性点電流ＩＭｒの推移を示し、図５（ｃ）はコンデンサ３１の端子電圧Ｖｃの推移を示し、図５（ｄ）は第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬの推移を示し、図５（ｅ）は回転電機４０におけるトルクの推移を示す。

図５（ｂ）に示すように、中性点電流ＩＭｒが負であることから、第２蓄電池２２が放電され、コンデンサ３１が充電される。そして、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｃは、第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬよりも大きな電圧に昇圧されている。なお、図５（ｃ），（ｄ）中の符号ＳＣは、第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬを示すスケールである。

コンデンサ３１の端子電圧Ｖｃが、第１，第２蓄電池２１，２２のうち異常が発生していない蓄電池（以下、正常側蓄電池）の端子電圧よりも高くされているため、図５（ａ）に示すように、トルク指令値Ｔｒｑ＊に応じた各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流すことができる。

なお、第１蓄電池２１に異常が発生しておらず、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していると判定した場合の駆動制御は、第１蓄電池２１に異常が発生しており、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していないと判定した場合の駆動制御に対応する処理を行うことで実施することができる。

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。

第１蓄電池２１の負極端子及び第２蓄電池２２の正極端子と、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの中性点Ｏとが接続経路６０により電気的に接続されている。これにより、第１蓄電池２１又は第２蓄電池２２と、インバータ３０と、コンデンサ３１と各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは昇圧チョッパ回路を構成する。このため、例えば、第１蓄電池２１に異常が発生しており、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していないと判定された場合、昇圧チョッパ回路により異常が発生していない第２蓄電池２２を電源として、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｃをコンデンサ３１の指令端子電圧Ｖｃ＊に昇圧することができる。この昇圧されたコンデンサ３１の端子電圧Ｖｃを用いることで、第１蓄電池２１に異常が発生する前における回転電機４０の駆動に用いる電圧の大きさを維持しつつ、回転電機４０を駆動することができる。

第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、接続経路６０に備えられた接続スイッチ６１がオンされる。一方、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２に異常が発生していないと判定された場合、接続スイッチ６１はオフされる。これにより、昇圧制御を実施しない場合に中性点Ｏと中間端子Ｂとの間に電流が流れることを抑制できる。

＜第１実施形態の変形例１＞
第１実施形態では、第１遮断スイッチ６２及び第２遮断スイッチ６３が備えられているが、電力変換装置１０は、そのいずれか一方を備えていてもよい。図６に、負極母線Ｌｎに第２遮断スイッチ６３が備えられている例を示す。なお、図６において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態においては、ステップＳ１０で駆動要求があると判定された後、ステップＳ１３の判定は実施せず、ステップＳ１４の判定を実施する。ステップＳ１４で、第１蓄電池２１に異常が発生しておらず、かつ、第２蓄電池２２に異常が発生していると判定された場合のみ、異常時駆動モードに移行する。そして、接続スイッチ６１をオンし、第２遮断スイッチ６３をオフすることで、異常時駆動ＰＷＭ制御を実施する。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第１実施形態の変形例２＞
本実施形態では、第１実施形態で説明した駆動制御に加え、回転電機４０のトルクに制限を課す。

第１実施形態では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、昇圧制御を実施することで、回転電機４０の駆動に用いるコンデンサの端子電圧Ｖｃを正常側蓄電池の端子電圧よりも高めた。これにより、電源電圧に比例する回転電機４０の回転速度が異常発生前に比べて小さくなることを抑制しつつ、回転電機４０を駆動することができる。

しかし、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のいずれか一方に異常が発生した場合、組電池２０の出力は半減するため、回転電機４０のトルクに制限を課す必要がある。

そこで、本実施形態では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、回転電機４０のトルク指令値Ｔｒｑ＊の制限値を異常発生前よりも小さくする。図７に、本実施形態の異常時駆動モードにおける駆動制御のブロック図を示す。トルク指令値Ｔｒｑ＊は、トルク指令値制限部８４により異常発生前に比べて小さい制限値に制限される。制限されたトルク指令値Ｔｒｑ＊は、指令電流設定部８０に入力される。

＜第２実施形態＞
第１実施形態において、回転電機４０及びインバータ３０としては、５相又は７相等、３相以外のものであってもよい。図８に、５相の場合における電力変換装置１０を示す。図８において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図８では、インバータ３０において、Ｘ相上，下アームスイッチＱＸＨ，ＱＸＬ及び各ダイオードＤＸＨ，ＤＸＬが追加され、Ｙ相上，下アームスイッチＱＹＨ，ＱＹＬ及び各ダイオードＤＹＨ，ＤＹＬが追加されている。また、回転電機４０において、Ｘ相巻線４１ＸとＹ相巻線４１Ｙとが追加されている。また、電力変換装置１０において、Ｘ相導電部材３２ＸとＹ相導電部材３２Ｙとが追加されている。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１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。

図９に、本実施形態における電力変換装置１０の構成を示す。電力変換装置１０は、中性点電流センサ６６を備えている。中性点電流センサ６６は、中性点Ｏに流れる電流を検出する。中性点電流センサ６６の検出値は、電力変換装置１０が備える制御装置７０に入力される。なお、図９において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図１０に、異常時駆動モードにおける駆動制御のブロック図を示す。異常時駆動制御部９０は、電流偏差算出部９６と、電流制御部９７とを備えている。なお、図１０において、先の図４に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

指令値設定部９１は、回転電機４０の駆動要求に基づき中性点電流指令値ＩＭｒ＊を設定する。例えば、指令値設定部９１は、回転電機４０のトルク指令値Ｔｒｑ＊を入力値とし、トルク指令値Ｔｒｑ＊が大きいほど、中性点電流指令値ＩＭｒ＊を大きな値に設定する。なお、指令値設定部９１は、回転電機４０の回転速度指令値を入力値とし、回転速度指令値が大きいほど、中性点電流指令値ＩＭｒ＊を大きな値に設定してもよい。

電流偏差算出部９６は、中性点電流指令値ＩＭｒ＊から、中性点電流センサ６６により検出された中性点電流ＩＭｒを減算することにより、中性点電流偏差ΔＩＭｒを算出する。

電流制御部９７は、算出された中性点電流偏差ΔＩＭｒを０にフィードバック制御するための操作量として、オフセット補正量ＣＦを算出し、このオフセット補正量ＣＦをＵ～Ｗ相重畳部９４Ｕ～９４Ｗに出力する。本実施形態では、このフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、中性点電流ＩＭｒを制御することで、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｃを回転電機４０の駆動要求に応じた電圧に昇圧することができる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜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。

・インバータ３０を構成する上，下アームスイッチＱＵＨ～ＱＹＬとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、高電位側端子はドレインとなり、低電位側端子はソースとなる。

・接続スイッチ６１としては、リレーに限らない。接続スイッチ６１として、例えば、ソース同士が接続された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴや、ＩＧＢＴが用いられてもよい。

・指令端子電圧Ｖｃ＊は、正常側蓄電池の端子電圧よりも高い値であって、かつ、組電池２０の端子電圧より低い値に設定されていてもよい。この場合、正常側蓄電池の端子電圧は、監視ユニット５０から取得した正常側蓄電池の端子電圧の検出値を用いればよい。

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…電力変換装置、３０…インバータ、ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチ、ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチ、３１…コンデンサ、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線、Ｌｐ…正極母線、Ｌｎ…負極母線、６０…接続経路、６２，６３…第１，２遮断スイッチ、７０…制御装置。

Claims (6)

1. 星形結線された巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ，４１Ｘ，４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
   上アームスイッチ（ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＸＨ，ＱＹＨ）及び下アームスイッチ（ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ，ＱＸＬ，ＱＹＬ）の直列接続体を有するインバータ（３０）と、
   前記直列接続体に並列接続されたコンデンサ（３１）と、
   各相の前記上アームスイッチの高電位側端子、第１蓄電池（２１）の正極端子及び前記コンデンサの一端を接続する正極母線（Ｌｐ）と、
   各相の前記下アームスイッチの低電位側端子、第２蓄電池（２２）の負極端子及び前記コンデンサの他端を接続する負極母線（Ｌｎ）と、を備える電力変換装置（１０）において、
   前記正極母線又は前記負極母線の少なくとも一方に備えられ、オフにされることにより前記第１蓄電池又は前記第２蓄電池を前記インバータ及び前記コンデンサから電気的に遮断する遮断スイッチ（６２，６３）と、
   直列接続された前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池において前記第１蓄電池の負極側及び前記第２蓄電池の正極側と、前記巻線の中性点（Ｏ）とを電気的に接続する接続経路（６０）と、
   前記回転電機の駆動要求があるか否かを判定する駆動判定部（７０）と、
   前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のいずれか一方に異常が発生していることを判定する異常判定部（７０）と、
   前記駆動要求があり、かつ、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のうち、いずれか一方であって前記遮断スイッチが接続された蓄電池に異常が発生していると判定した場合、異常が発生した蓄電池に接続された前記遮断スイッチをオフし、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のうち異常が発生していない蓄電池の電圧を昇圧して前記コンデンサに供給しつつ、前記コンデンサの端子電圧を用いて前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施する制御部（７０）と、を備える電力変換装置。
2. 前記遮断スイッチとして、前記正極母線に設けられた第１遮断スイッチ（６２）と、前記負極母線に設けられた第２遮断スイッチ（６３）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記駆動要求があり、かつ、前記第１蓄電池に異常が発生していると判定した場合、前記第１遮断スイッチをオフしてかつ前記第２遮断スイッチをオンにし、前記第２蓄電池の電圧を昇圧して前記コンデンサに供給しつつ、前記コンデンサの端子電圧を用いて前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施し、
   前記駆動要求があり、かつ、前記第２蓄電池に異常が発生していると判定した場合、前記第２遮断スイッチをオフしてかつ前記第１遮断スイッチをオンにし、前記第１蓄電池の電圧を昇圧して前記コンデンサに供給しつつ、前記コンデンサの端子電圧を用いて前記回転電機を駆動するように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング制御を実施する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記接続経路に設けられた接続スイッチ（６１）を備え、
   前記制御部は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、前記接続スイッチをオンした状態において前記スイッチング制御を行い、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に異常が発生していないと判定された場合、前記接続スイッチをオフする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記駆動要求に基づき設定される前記巻線の指令電圧に、前記コンデンサの指令端子電圧に基づき設定される補正量を反映させた最終指令電圧に基づいて、前記スイッチング制御を行う請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記回転電機のトルク指令値を制限値以下に制限し、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池のいずれか一方に異常が発生していると判定された場合、前記制限値を前記異常が発生していると判定される前よりも小さくする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の検出値を取得し、取得した前記第１蓄電池の検出値がその設定範囲を超えていた場合、前記第１蓄電池に異常が発生していると判定し、取得した前記第２蓄電池の検出値がその設定範囲を超えていた場合、前記第２蓄電池に異常が発生していると判定する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

Images