JP7452224B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、電力変換部に対して並列に接続されたコンデンサと、コンデンサを初期充電するための初期充電回路と、を備える電力変換装置、たとえば、電気自動車や鉄道車両に搭載される電力変換装置に関する。

従来、電力変換部に対して並列に接続されたコンデンサと、コンデンサを初期充電するための初期充電回路と、を備える電力変換装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、直流電源であるバッテリと、インバータ（電力変換部）と、コンデンサと、初期充電回路と、を備えた電力変換装置が記載されている。上記特許文献１に記載の電力変換装置では、インバータは、バッテリから入力される直流電力を交流電力に変換して永久磁石型同期電動機（負荷）に出力するように構成されている。コンデンサは、インバータの入力側にインバータに対して並列に接続されている。初期充電回路は、コンデンサの正極側にコンデンサに対して直列に接続されている。また、初期充電回路は、抵抗器を含み、抵抗器を介してコンデンサを初期充電するように構成されている。

特許第５９９８５４８号公報

ここで、上記特許文献１に記載のような従来の電力変換装置において、初期充電を行う際に、コンデンサやインバータ（電力変換部）を構成する部品の故障等によって、コンデンサの電極間が短絡する場合がある。この場合、コンデンサの正極側と負極側との電位差がゼロになる。これにより、抵抗器の負側の電位は、コンデンサの負極側の電位（ゼロ）になる。その結果、バッテリからの電圧（電位差）が全て抵抗器に印加されることになる。このため、比較的大きな電流が抵抗器に流れるので、抵抗器が過熱・焼損する場合がある。このため、従来では、初期充電を行う際に、コンデンサ等の異常を検知することが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、初期充電を行う際に、コンデンサ等の異常を検知することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力する電力変換部と、電力変換部の入力側に電力変換部に対して並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの入力側にコンデンサに対して直列に接続されるとともに、抵抗器を含み、抵抗器を介してコンデンサを初期充電するための初期充電回路と、コンデンサの電圧に基づいて、コンデンサの初期充電を開始してから完了するまでの間に、コンデンサが正常に充電されない充電異常状態であるか否かを検出する異常検出部と、を備え、異常検出部は、コンデンサの初期充電を開始した時点からコンデンサの初期充電が完了する時点までの期間を、コンデンサの初期充電を開始した時点からコンデンサの電極間が短絡していることを判定するための所定の第１時間を経過するまでの第１期間と、所定の第１時間が経過した時点からコンデンサの初期充電が完了する時点までの第２期間とに分割し、第２期間において、コンデンサの電圧が上昇しない状態が所定の第２時間以上継続したときにコンデンサの充電異常状態と判断するように構成されている。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、異常検出部は、第２期間におけるコンデンサの電圧上昇過程において、コンデンサの電圧が上昇しない状態が所定の第２時間以上継続したときにコンデンサの充電異常状態とする判断を、時間経過にしたがって複数回行うように構成されている。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、異常検出部は、第２期間において、直流電源から入力される電圧と前記コンデンサの電圧との差に基づいて所定の第２時間を設定するように構成されている。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、異常検出部は、コンデンサの初期充電を開始してから完了するまでの間に、コンデンサが正常に充電されない充電異常状態であるか否かを検出するように構成されている。これにより、初期充電を行う際に、コンデンサ等の異常を検知することができる。また、コンデンサの電圧に基づいて、充電異常状態であるか否かを検出するので、コンデンサ等の異常を比較的容易に検知することができる。また、充電異常状態が検出されたことに基づいて、抵抗器に流れる電流を抵抗器が過熱・焼損しないように調整することができる。

本発明によれば、上記のように、初期充電を行う際に、コンデンサ等の異常を検知することができる。

本発明の一実施形態による電力変換装置の全体構成を示した図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置において初期充電が正常に行われている状態を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の初期充電時の異常検知１を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の初期充電時の異常検知１を行うタイミングを決定する方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の初期充電時の異常検知２を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の初期充電時の異常検知３を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置における初期充電のフローである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図６を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、電力変換装置１００は、インバータ１０と、遮断器盤２０と、を備える。インバータ１０は、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷３００に出力するように構成されている。すなわち、インバータ１０の入力側には、バッテリなどの直流電源２００が設けられている。また、インバータ１０の出力側には、モータなどの負荷３００が設けられている。遮断器盤２０は、インバータ１０と直流電源２００との間に設けられている。すなわち、遮断器盤２０は、インバータ１０の上位側に設けられている。遮断器盤２０は、上位ブレーカ２１と、トリップ装置２２と、を含む。上位ブレーカ２１は、直流電源２００からインバータ１０に入力される電流を遮断可能に構成されている。トリップ装置２２は、上位ブレーカ２１を遮断させる制御を行う装置である。なお、遮断器盤２０は、特許請求の範囲の「遮断部」の一例である。

インバータ１０は、電力変換部１１と、コンデンサ１２と、初期充電回路１３と、制御部１５ａと、入力電圧検出部１６と、コンデンサ電圧検出部１７と、を備える。

電力変換部１１は、上位側の直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷３００に出力するように構成されている。電力変換部１１は、（図示しない）複数のスイッチング素子を含む。スイッチング素子は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。

コンデンサ１２は、電力変換部１１の入力側に電力変換部１１に対して並列に接続されている。コンデンサ１２は、インバータ１０に対する過負荷時や電力変換部１１の遮断時における急激な直流中間電圧の上昇や低下を抑制するために設けられている。なお、「直流中間電圧」は、直流電源と電力変換部１１との間の電圧を意味する。

初期充電回路１３は、コンデンサ１２の正極側にコンデンサ１２に対して直列に接続されている。初期充電回路１３は、抵抗器１３ａと、リレー１３ｂ（ＲＹ１）と、リレー１３ｃ（ＲＹ２）と、を含む。抵抗器１３ａとリレー１３ｃとは、互いに直列接続されている。また、抵抗器１３ａおよびリレー１３ｃと、リレー１３ｂとは、互いに並列接続されている。抵抗器１３ａは、１つの抵抗器１３ａまたは直列接続された複数の抵抗器１３ａを含む。なお、図１では、簡略化して、１つの抵抗器１３ａが設けられているように図示している。なお、リレー１３ｃは、特許請求の範囲の「スイッチ」の一例である。

初期充電回路１３は、抵抗器１３ａを介してコンデンサ１２を初期充電するために設けられている。また、電力変換装置１００は、リレー１３ｃがＯＮ状態になることによって、抵抗器１３ａを介して、コンデンサ１２の初期充電が開始されるように構成されている。具体的には、コンデンサ１２を初期充電する際に、直流電源２００から直流電力が入力される状態において、リレー１３ｂおよびリレー１３ｃがＯＦＦ状態から、リレー１３ｂがＯＦＦ状態かつリレー１３ｃがＯＮ状態になることによって、直流電源２００から入力された電流が、抵抗器１３ａおよびリレー１３ｃを介して、コンデンサ１２に蓄電（充電）される。

制御部１５ａは、電力変換部１１の動作を制御するように構成されている。具体的には、制御部１５ａは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、スイッチング素子を動作させる。また、図示しないが、制御部１５ａは、リレー１３ｂおよびリレー１３ｃを動作させる（ＯＮとＯＦＦとを切り換える）制御も行うように構成されている。

入力電圧検出部１６は、直流電源２００から入力される直流電力の入力電圧Ｖ_ｉｎを検出するように構成されている。なお、入力電圧Ｖ_ｉｎは、実際に検出される値（検出値）には変動があるが、変動範囲が電力変換装置１００の仕様で定められている。

コンデンサ電圧検出部１７は、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃを検出するように構成されている。図２に示すように、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃは、コンデンサ１２が正常に充電された場合、時間の経過に伴って、入力電圧Ｖ_ｉｎに近づくように徐々に大きくなる。

ここで、図１に示すように、本実施形態では、電力変換装置１００は、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃに基づいて、コンデンサ１２の初期充電を開始してから完了するまでの間に、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であるか否かを検出する異常検出部１５ｂを備える。なお、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態は、コンデンサ１２や電力変換部１１の部品（スイッチング素子等）の故障、リレー１３ｃの接点不良等によって生じる。コンデンサ１２や電力変換部１１の部品が故障した場合、コンデンサ１２の電極間が短絡する場合がある。コンデンサ１２の電極間が短絡した場合、入力電圧Ｖ_ｉｎの全てが抵抗器１３ａに印加される。これにより、比較的大きな電流が抵抗器１３ａに流れ続ける。抵抗器１３ａに比較的大きな電流が長時間流れることによって、抵抗器１３ａが焼損（故障）してしまう。また、リレー１３ｃの接点不良が生じた場合、コンデンサ１２側に電流が流れなくなるので、コンデンサ１２に充電されなくなる。

電力変換装置１００では、異常検出部１５ｂは、以下に説明する３種類の異常検知を行うように構成されている。

まず、図３に示すように、本実施形態では、異常検出部１５ｂは、第１の異常検知（異常検知１）として、コンデンサ１２の初期充電を開始した時点から時間ｔ_１が経過した時点で、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが所定の閾値Ｖ_ｔｈ１以下である場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。具体的には、コンデンサ１２の初期充電を開始した後にコンデンサ１２が充電されない場合（図３のコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃの状態）には、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃは殆ど上昇しない。したがって、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点で閾値Ｖ_ｔｈ１以下であるか否かに基づいて、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であると判断することができる。なお、時間ｔ_１は、特許請求の範囲の「所定の第１時間」の一例である。また、閾値Ｖ_ｔｈ１は、特許請求の範囲の「所定の第１閾値」の一例である。

ここで、本実施形態では、異常検知１における時間ｔ_１は、時間ｔ_１と、異常検出部１５ｂにより充電異常状態が検出されてから初期充電回路１３の入力側に設けられ電力変換部１１に入力される電流を遮断するための遮断器盤２０の遮断が完了するまでの遮断時間ｔ_ｓ（遮断器盤２０の遮断の遅れ時間）との合計が、コンデンサ１２の初期充電を開始してから遮断器盤２０の遮断が完了するまでに、抵抗器１３ａに流れる電流により上昇する抵抗器１３ａの温度が抵抗器１３ａの最高使用温度Ｔ_ｍａｘを超過しない時間である許容時間ｔ_ａｌｌ未満になるように設定されている。なお、遮断時間ｔ_ｓは、遮断器盤２０の仕様によって定められている。一方、許容時間ｔ_ａｌｌは、抵抗器１３ａに流れる電流により上昇する抵抗器１３ａの温度変化ΔＴ、抵抗器１３ａに入力（印加）される入力電圧Ｖ_ｉｎ、抵抗値Ｒの比熱ｃ_ｐ、抵抗器１３ａの重量ｍ、抵抗器１３ａの直列数Ｎ、および、抵抗器１３ａの抵抗値Ｒをパラメータとして算出することができる。また、上記のパラメータのうち、抵抗器１３ａの抵抗値Ｒおよび抵抗器１３ａの直列数Ｎが調整可能なパラメータである。したがって、本実施形態では、許容時間ｔ_ａｌｌは、抵抗器１３ａの抵抗値Ｒおよび抵抗器１３ａの直列数Ｎに基づいて設定されている。

異常検知１における時間ｔ_１に算出を以下に具体的に説明する。まず、初期充電異常時の大電流等に起因する抵抗値Ｒの発熱分の温度変化ΔＴは以下の式（１）で表される。

ここで、Ｒ_ｔｈ、Ｅ_Ｒ、ｃ_ｐ、ｍおよびＮは、それぞれ、抵抗器１３ａの熱抵抗、抵抗器１３ａに生じる熱エネルギー、抵抗器１３ａの比熱、抵抗器１３ａの重量、および、抵抗器１３ａの直列数である。

抵抗器１３ａに生じる熱エネルギーＥ_Ｒは、以下の式（２）で表される。

ここで、ｔ_ａｌｌは、入力電圧Ｖ_ｉｎが抵抗器１３ａに印加されている時間である。

式（２）を式（１）に代入すると、以下の式（３）が算出される。

式（３）において、Ｖ_ｉｎ、ｃ_ｐ、ｍおよびΔＴは、部品の特性や仕様により決定される。

そこで、抵抗器１３ａの抵抗値Ｒおよび抵抗器１３ａの直列数Ｎを調整して、式（３）から、許容時間ｔ_ａｌｌを設定する。たとえば、抵抗器１３ａの最高使用温度Ｔ_ｍａｘに基づいて、抵抗器１３ａの許容可能な温度上昇値（温度変化）を略６００Ｋとすると、式（３）は、以下の式（４）のように表すことができる。

図４に示すように、上記の式（４）に基づいて、ΔＴとｔ_ａｌｌとの関係をグラフに表すことができる。なお、図４では、直列数Ｎが１～３の場合のΔＴとｔ_ａｌｌとの関係を示した温度上昇特性直線が示されている。ここで、抵抗器１３ａの最高使用温度Ｔ_ｍａｘに基づく、抵抗器１３ａの許容可能な温度上昇値（温度変化）ΔＴの上限が略６００Ｋとすると、図４のΔＴが略６００Ｋ以上の領域（上側の領域）は使用禁止領域となる。また、遮断時間ｔ_ｓが、たとえば、略２０ｍｓとすると、許容時間ｔ_ａｌｌが時間ｔ１と遮断時間ｔ_ｓとの和であるので、遮断時間ｔ_ｓが略２０ｍｓ以下の領域は（左側の領域）は使用禁止領域となる。これにより、使用可能な領域が限定される。たとえば、抵抗器１３ａの直列数Ｎが１の場合（実線）は、温度上昇特性直線の全てが使用禁止領域内にあるので、抵抗器１３ａの直列数Ｎは１を選択しない。抵抗器１３ａの直列数Ｎが２の場合（鎖線）は、ｔ_ａｌｌが略２０ｍｓから略３１ｍｓの間において、温度上昇特性直線が使用可能な領域内になるので、時間ｔ_１（許容時間ｔ_ａｌｌ－遮断時間ｔ_ｓ）を、たとえば、略１１ｍｓ（＝略３１ｍｓ－略２０ｍｓ）よりも小さく設定する。一方、抵抗器１３ａの直列数Ｎが３の場合（一点鎖線）は、温度上昇特性直線の変化が抵抗器１３ａの直列数Ｎが２の場合よりも緩やかであり、温度上昇特性直線が設計可能な領域内にある時間が比較的長い。したがって、時間ｔ_１を、略１１ｍｓよりも長く設定することができる。時間ｔ_１が小さくなる程、閾値Ｖ_ｔｈ１の大きさを小さくする必要があるので、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃとの兼ね合いで抵抗器１３ａの直列数Ｎを選択するのが好ましい。

次に、本実施形態では、図５に示すように、異常検出部１５ｂは、第２の異常検知（異常検知２）として、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からコンデンサ１２の初期充電が完了する時点までの間の時間ｔ_２の間に、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない（略一定または低下する）状態が時間ｔ_３以上継続した場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。具体的には、異常検知１において、初期充電異常が検知されない場合でも、初期充電の途中から初期充電異常が生じてコンデンサ１２にさらに充電することできずに、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない（略一定または低下する）状態のままとなる場合がある。この場合、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない（略一定または低下する）状態が時間ｔ_３以上継続したか否かに基づいて、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であると判断することができる。なお、電力変換装置１００では、異常検知２は、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からコンデンサ１２の初期充電が完了する時点までの間の時間ｔ_２の間に亘って、繰り返し行われるように構成されている。なお、時間ｔ_２は、特許請求の範囲の「（コンデンサの初期充電を開始した時点からコンデンサの初期充電が完了する時点までの間の）所定の期間」の一例である。また_、時間ｔ_３は、特許請求の範囲の「所定の第２時間」の一例である。

ここで、本実施形態では、異常検知２において、異常検出部１５ｂは、時間ｔ_３を、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧検出部１６により検出された入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶの大きさに応じて変更するように構成されている。具体的には、正常時にコンデンサ１２が充電されている場合には、コンデンサ１２の初期充電が完了する時点に近づくにしたがって、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶが小さくなるので、正常が異常かを判定するための時間（時間ｔ_３）を長くする必要がある。

異常検知２は、たとえば、以下のような流れで行われる。まず、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点において、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶに基づいて、時間ｔ_３を算出する。そして、算出した時間ｔ_３の間、異常検知２を行う。正常であれば、その時点において、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶに基づいて、時間ｔ_３を新たに算出する。そして、新たに算出した時間ｔ_３の間、異常検知２を行う。以上の流れを、初期充電異常が検出されない限り、コンデンサ１２の初期充電が完了する時点までの時間ｔ_２の間に亘って繰り返す。

次に、本実施形態では、図６に示すように、異常検出部１５ｂは、第３の異常検知（異常検知３）として、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４が経過した時点）で、コンデンサ１２の初期充電が完了せずにコンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが（閾値Ｖ_ｔｈ１よりも大きい）閾値Ｖ_ｔｈ２以下である場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。具体的には、異常検知２において、初期充電異常が検知されない場合でも、時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４が経過した時点）付近において、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃの変化が著しく緩やかな上昇となり、異常検知２によって検出が困難な状態になる場合がある。一方、コンデンサ１２が正常に充電され、コンデンサ１２の初期充電が完了する際には、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃは、入力電圧Ｖ_ｉｎに略等しい値となる。したがって、閾値Ｖ_ｔｈ２を、直流電源２００から入力される直流電力の入力電圧Ｖ_ｉｎに基づいて設定することによって、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４が経過した時点）で、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが（閾値Ｖ_ｔｈ１よりも大きい）閾値Ｖ_ｔｈ２以下であるか否かに基づいて、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であると判断することができる。なお、閾値Ｖ_ｔｈ２は、充電完了と見なす時間が長くなることを抑制するために、たとえば、略０．９５Ｖ_ｉｎに設定することが考えられる。なお、時間ｔ_４は、特許請求の範囲の「所定の第３時間」の一例である。また_、閾値Ｖ_ｔｈ２は、特許請求の範囲の「所定の第２閾値」の一例である。

ここで、本実施形態では、図３、図５および図６に示すように、異常検出部１５ｂは、充電異常状態を検出した場合に、電力変換部１１に入力される電流を遮断するように、遮断器盤２０にブレーカトリップ信号を出力するように構成されている。具体的には、図３に示すように、異常検出部１５ｂは、異常検知１において、充電異常状態であると判断した場合、ブレーカトリップ信号を、遮断器盤２０のトリップ装置２２に送信する。トリップ装置２２は、異常検出部１５ｂから送信されたブレーカトリップ信号を受信すると、上位ブレーカ２１を遮断させる制御を行う。上位ブレーカ２１は、異常検出部１５ｂが充電異常状態であると判断（検知）してから遮断時間ｔ_ｓが経過後に、直流電源２００からインバータ１０に入力される電流を遮断する動作を完了する。異常検知２および３においても、異常検出部１５ｂが充電異常状態であると判断した後、同様の処理が行われる。なお、ブレーカトリップ信号は、特許請求の範囲の「遮断信号」の一例である。

図１に示すように、トリップ装置２２、異常検出部１５ｂおよび制御部１５ａには、制御電源４００が接続されている。トリップ装置２２、異常検出部１５ｂおよび制御部１５ａは、制御電源４００から電力が供給されることによって、動作するように構成されている。また、異常検出部１５ｂおよび制御部１５ａは、インバータ制御部１５の構成要素として設けられている。インバータ制御部１５は、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等である。

（初期充電のフロー）
次に、図７を参照して、電力変換装置１００における初期充電のフローを説明する。

まず、ステップＳ１において、制御電源４００から、トリップ装置２２、異常検出部１５ｂおよび制御部１５ａに電力を供給する。また、作業者によって手動により、上位ブレーカ２１を投入する（遮断状態を解除する）。

次に、ステップＳ２において、制御部１５ａによる制御により、リレー１３ｃ（ＲＹ２）をＯＮ状態にする。

次に、ステップＳ３において、異常検出部１５ｂが異常検知１を行う。

次に、ステップＳ４において、異常検知１において、異常が検出されたか否かを判断する。ステップＳ４において、異常が検出された場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ４において、異常が検出されない場合には、ステップＳ６に進む。

次に、ステップＳ５において、遮断器盤２０にブレーカトリップ信号を出力して、フローを終了する。

また、ステップＳ６において、異常検出部１５ｂが異常検知２を行う。

次に、ステップＳ７において、異常検知２において、異常が検出されたか否かを判断する。異常検知２において、異常が検出された場合には、ステップＳ５に進む。異常検知２において、異常が検出されない場合には、ステップＳ８に進む。

次に、ステップＳ８において、異常検出部１５ｂが異常検知３を行う。

次に、ステップＳ９において、異常検知３において、異常が検出されたか否かを判断する。ステップＳ９において、異常が検出された場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ９において、異常が検出されない場合には、フローを終了する。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、コンデンサ１２の初期充電を開始してから完了するまでの間に、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であるか否かを検出する異常検出部１５ｂを備える。これにより、初期充電を行う際に、コンデンサ１２等の異常を検知することができる。また、コンデンサ１２の電圧に基づいて、充電異常状態であるか否かを検出するので、コンデンサ１２等の異常を比較的容易に検知することができる。また、充電異常状態が検出されたことに基づいて、抵抗器１３ａに流れる電流を抵抗器１３ａが過熱・焼損しないように調整することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、初期充電回路１３の入力側に設けられ、電力変換部１１に入力される電流を遮断するための遮断器盤２０を備える。そして、異常検出部１５ｂは、充電異常状態を検出した場合に、電力変換部１１に入力される電流を遮断するように、遮断器盤２０に遮断信号を出力するように構成されている。これにより、異常検出部１５ｂが充電異常状態を検出した場合に、制御部１５ａによって出力される遮断信号により、初期充電回路１３に入力される電流を遮断することができる。その結果、初期充電を行う際に、コンデンサ１２等の異常に起因して初期充電回路１３の抵抗器１３ａが過熱・焼損してしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃを検出するコンデンサ電圧検出部１７を備える。そして、異常検出部１５ｂは、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点で、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが閾値Ｖ_ｔｈ１以下である場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。これにより、コンデンサ１２が短絡などの異常状態である場合、コンデンサ１２に初期充電を行ってもコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しないので、時間ｔ_１が経過した時点でコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが所定の閾値Ｖ_ｔｈ１以下である場合に、充電異常状態であると容易に判断することができる。

また、本実施形態では、上記のように、異常検出部１５ｂは、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からコンデンサ１２の初期充電が完了する時点までの間の時間ｔ_２の間に、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない状態が時間ｔ_３以上継続した場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。これにより、上述したように、コンデンサ１２が短絡などの異常状態である場合、コンデンサ１２に初期充電を行ってもコンデンサ１２の電圧が上昇しないので、コンデンサ１２の電圧が上昇しない状態が時間ｔ_３以上継続した場合に、充電異常状態であると容易に判断することができる。また、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点で充電異常状態ではないものの、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点以降に充電異常状態が生じた場合でも、コンデンサ１２の充電異常状態を検出することができるので、初期充電を行う際の比較的長い時間に亘って、コンデンサ１２等の異常を検知することができる。

また、本実施形態では、上記のように、異常検出部１５ｂは、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４が経過した時点）で、コンデンサ１２の初期充電が完了せずにコンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが（閾値Ｖ_ｔｈ１よりも大きい）閾値Ｖ_ｔｈ２以下である場合に、充電異常状態であると判断するように構成されている。これにより、上述したように、コンデンサ１２が短絡などの異常状態である場合、コンデンサ１２に初期充電を行ってもコンデンサ１２の電圧が上昇しないので、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点で、コンデンサ１２の電圧が（閾値Ｖ_ｔｈ１よりも大きい）閾値Ｖ_ｔｈ２以下である場合に、初期充電が完了せずに充電異常状態であると容易に判断することができる。また、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４が経過した時点）まで、コンデンサ１２の充電異常状態を検出することができるので、上記の時間ｔ_１が経過した時点で充電異常状態を判断すること、および、コンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない状態が時間ｔ_３以上継続した場合に充電異常状態を判断することと併用することによって、コンデンサ１２の初期充電が完了するまでの間、コンデンサ１２等の異常を確実に検知することができる。

また、本実施形態では、上記のように、時間ｔ_１は、時間ｔ_１と、異常検出部１５ｂにより充電異常状態が検出されてから初期充電回路１３の入力側に設けられ電力変換部１１に入力される電流を遮断するための遮断器盤２０の遮断が完了するまでの遮断時間ｔ_ｓとの合計が、コンデンサ１２の初期充電を開始してから遮断器盤２０の遮断が完了するまでに、抵抗器１３ａに流れる電流により上昇する抵抗器１３ａの温度が抵抗器１３ａの最高使用温度Ｔ_ｍａｘを超過しない時間である許容時間ｔ_ａｌｌ未満になるように設定されている。これにより、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点において充電異常状態であるか否かを判断するための、時間ｔ_１を、遮断時間ｔ_ｓと許容時間ｔ_ａｌｌとに基づいて、抵抗器１３ａの温度が抵抗器１３ａの最高使用温度Ｔ_ｍａｘを超過しないように設定することができる。その結果、充電異常状態であるか否かを判断するためのタイミングを、抵抗器１３ａが最高使用温度Ｔ_ｍａｘを超過することによって抵抗器１３ａが故障してしまうのを防止することが可能なように適切に設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、初期充電回路１３は、１つの抵抗器１３ａまたは直列接続された複数の抵抗器１３ａを含む。そして、許容時間ｔ_ａｌｌは、抵抗器１３ａの抵抗値Ｒおよび抵抗器１３ａの直列数Ｎに基づいて設定されている。これにより、許容時間ｔ_ａｌｌの算出するためのパラメータのうちの調整可能なパラメータである抵抗器１３ａの抵抗値Ｒおよび抵抗器１３ａの直列数Ｎを調整して、許容時間ｔ_ａｌｌを適切な値に容易に設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、直流電源２００から入力される直流電力の入力電圧Ｖ_ｉｎを検出する入力電圧検出部１６を備える。そして、異常検出部１５ｂは、時間ｔ_３を、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧検出部１６により検出された入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶの大きさに応じて変更するように構成されている。これにより、異常検出時のコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶに基づいて充電異常状態であると判断することが可能な時間ｔ_３を適切に設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、閾値Ｖ_ｔｈ２は、直流電源２００から入力される直流電力の入力電圧Ｖ_ｉｎに基づいて設定されている。これにより、閾値Ｖ_ｔｈ２を、充電が正常に完了した場合のように直流電源２００から入力される直流電力の入力電圧Ｖ_ｉｎに近い値になるように設定することによって、コンデンサ１２の初期充電が完了せずに充電異常状態であると判断することが可能な適切な値に容易に設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、初期充電回路１３は、抵抗器１３ａと直列に接続されたリレー１３ｃを含む。そして、電力変換装置１００は、リレー１３ｃがＯＮ状態になることによって、抵抗器１３ａを介してコンデンサ１２の初期充電が開始されるように構成されている。これにより、リレー１３ｃがＯＮ状態になるまで、初期充電が開始されないので、意図せずに初期充電が開始されてしまうのを抑制することができる。その結果、異常検出部１５ｂは、コンデンサ１２が正常に充電されない充電異常状態であるか否かを、初期充電の開始から確実に検出することができる。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、初期充電回路１３が、抵抗器１３ａと直列に接続されたリレー１３ｃ（スイッチ）を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、初期充電回路が、抵抗器と直列に接続された接触器を含むように構成してもよい。なお、接触器は、特許請求の範囲の「スイッチ」の一例である。

また、上記実施形態では、異常検出部１５ｂが、時間ｔ_３（所定の第２時間）を、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃと入力電圧検出部１６により検出された入力電圧Ｖ_ｉｎとの差分ΔＶの大きさに応じて変更するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異常検出部が、所定の第２時間を、コンデンサ電圧検出部により検出されたコンデンサの電圧の大きさに応じて変更するように構成してもよい。その場合、電力変換装置が、直流電源から入力される直流電力の入力電圧を検出する入力電圧検出部を備えないように構成してもよい。また、異常検出部１５ｂは、所定の第２時間を、一定の時間に設定してもよい。

また、上記実施形態では、異常検出部１５ｂが、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からさらに時間ｔ_２が経過した時点（コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_４（所定の第３時間）が経過した時点）で、コンデンサ１２の初期充電が完了せずにコンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが（閾値Ｖ_ｔｈ１（所定の第１閾値）よりも大きい）閾値Ｖ_ｔｈ２（所定の第２閾値）以下である場合に、充電異常状態であると判断する（異常検知３を行う）ように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異常検出部が、異常検知３を行わないように構成してもよい。その場合、異常検出部が、異常検知１または２の少なくともいずれかを行うように構成すればよい。

また、上記実施形態では、異常検出部１５ｂが、コンデンサ１２の初期充電を開始してから時間ｔ_１が経過した時点からコンデンサ１２の初期充電が完了する時点までの間の時間ｔ_２（（コンデンサの初期充電を開始した時点からコンデンサの初期充電が完了する時点までの間の）所定の期間）の間に、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅ_ｄｃが上昇しない状態が時間ｔ_３（所定の第２時間）以上継続した場合に、充電異常状態であると判断する（異常検知２を行う）ように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異常検出部１５ｂが、コンデンサ１２の初期充電を開始した時点から初期充電が完了する時点までの間の任意の所定の期間で異常検知２を行うように構成してもよい。すなわち、異常検知２を行う所定の期間は、上記の時間ｔ_１や時間ｔ_２の一部または全部であってよく、時間ｔ_１から時間ｔ_２に跨る期間の一部または全部であってよい。また、異常検出部が、異常検知２を行わないように構成してもよい。その場合、異常検出部が、異常検知１または３の少なくともいずれかを行うように構成すればよい。

また、上記実施形態では、異常検出部１５ｂが、コンデンサ１２の初期充電を開始した時点から時間ｔ_１（所定の第１時間）が経過した時点で、コンデンサ電圧検出部１７により検出されたコンデンサ１２の電圧Ｅｄｃが閾値Ｖ_ｔｈ１（所定の第１閾値）以下である場合に、充電異常状態であると判断する（異常検知１を行う）ように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異常検出部が、異常検知１を行わないように構成してもよい。その場合、異常検出部が、異常検知２または３の少なくともいずれかを行うように構成すればよい。

また、上記実施形態では、電力変換装置１００が、初期充電回路１３の入力側に設けられ、電力変換部１１に入力される電流を遮断するための遮断器盤２０を備えるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換装置が、遮断器盤を備えないように構成してもよい。

１１ 電力変換部
１２ コンデンサ
１３ 初期充電回路
１３ａ 抵抗器
１３ｃ リレー（スイッチ）
１５ｂ 異常検出部
１６ 入力電圧検出部
１７ コンデンサ電圧検出部
２０ 遮断器盤（遮断部）
１００ 電力変換装置
２００ 直流電源
３００ 負荷
Ｅ_ｄｃ コンデンサの電圧
Ｎ 抵抗器の直列数
Ｒ 抵抗器の抵抗値
ｔ_１ 時間（所定の第１時間）
ｔ_２ 時間（（コンデンサの初期充電を開始した時点からコンデンサの初期充電が完了する時点までの間の）所定の期間）
ｔ_３ 時間（所定の第２時間）
ｔ_４ 時間（所定の第３時間）
ｔ_ｓ 遮断時間
ｔ_ａｌｌ 許容時間
Ｔ_ｍａｘ 抵抗器の最高使用温度
Ｖ_ｉｎ 直流電力の入力電圧
Ｖ_ｔｈ１ 閾値（所定の第１閾値）
Ｖ_ｔｈ２ 閾値（所定の第２閾値）
ΔＶ コンデンサの電圧と直流電力の入力電圧との差分

Claims (3)

1. 直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に出力する電力変換部と、
   前記電力変換部の入力側に前記電力変換部に対して並列に接続されたコンデンサと、
   前記コンデンサの入力側に前記コンデンサに対して直列に接続されるとともに、抵抗器を含み、前記抵抗器を介して前記コンデンサを初期充電するための初期充電回路と、
   前記コンデンサの電圧に基づいて、前記コンデンサの初期充電を開始してから完了するまでの間に、前記コンデンサが正常に充電されない充電異常状態であるか否かを検出する異常検出部と、を備え、
   前記異常検出部は、前記コンデンサの初期充電を開始した時点から前記コンデンサの初期充電が完了する時点までの期間を、前記コンデンサの初期充電を開始した時点から前記コンデンサの電極間が短絡していることを判定するための所定の第１時間を経過するまでの第１期間と、前記所定の第１時間が経過した時点から前記コンデンサの初期充電が完了する時点までの第２期間とに分割し、前記第２期間において、前記コンデンサの電圧が上昇しない状態が所定の第２時間以上継続したときに前記コンデンサの充電異常状態と判断するように構成されている、電力変換装置。
2. 前記異常検出部は、前記第２期間における前記コンデンサの電圧上昇過程において、前記コンデンサの電圧が上昇しない状態が所定の第２時間以上継続したときに前記コンデンサの充電異常状態とする判断を、時間経過にしたがって複数回行うように構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記異常検出部は、前記第２期間において、前記直流電源から入力される電圧と前記コンデンサの電圧との差に基づいて前記所定の第２時間を設定するように構成されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。

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