JP7490976B2

JP7490976B2 - 電力変換器

Info

Publication number: JP7490976B2
Application number: JP2020019603A
Authority: JP
Inventors: 隆晃伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: JP2021126006A

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。特に、車載電池と車載蓄電器の間で電圧を変圧する電圧コンバータと、電流センサと、コントローラを備えている電力変換器に関する。

電気自動車に搭載される電力変換器は、車載電池と車載蓄電器の間に配置されている電圧コンバータによって車載電池の出力電圧を昇圧して電気自動車の走行用モータに伝達する。走行用モータに伝達する電圧を平滑化するために、電圧コンバータは、コンデンサ等の車載蓄電器と走行用モータに接続されている。また電力変換器は、走行用モータが発電した電力（回生電力）を電圧コンバータによって降圧して車載電池を充電する。電圧コンバータは、リアクトルに電流を流すことで、電気エネルギを磁気エネルギに変換して変圧する。電力変換器は、リアクトルを流れる電流を検知する電流センサを備えており、電力変換器のコントロ－ラは、電流センサの検知した電流値によって電圧コンバータのスイッチング素子を制御する。なお、本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。

リアクトルを流れる電流を検知する電流センサに誤差が生じると、電圧コンバータのスイッチング素子を的確に制御できない。電流センサに誤差を生じると、実際には電流が流れていないにも関わらず、電流センサの出力が０Ａ（ゼロアンペア）以外を示す。この現象は、ゼロ点（原点）のずれとして知られている。

ゼロ点のずれを補正する技術が例えば特許文献１に開示されている。電流センサのゼロ点がずれる量は、電流センサの温度によって異なる。特許文献１の電力変換器（特許文献１では、昇圧コンバータ装置と称している）は、電流センサが所定の温度範囲内の温度となったときに、ゼロ点のずれを補正する補正量を変更することで温度特性による誤差を小さくしている。

特開２０１９－１０６７４４号公報

電力変換器の電流センサは、磁性コアを備えている。電流センサは、計測対象である電流に起因して磁性コアに生じる磁束から電流値を計測する。また、リアクトルも、コイルを挿通する磁性コアを備えている。磁性コアを備えている電流センサやリアクトルに一定時間同じ方向に電流が流れると、電流センサやリアクトルが備える磁性コアが着磁する。その結果、電流センサの計測値にはヒステリシス誤差が含まれる。特許文献１の電力変換器は、ヒステリシス誤差が含まれている計測値に基づいて電流センサのゼロ点を補正するおそれがある。ヒステリシス誤差が含まれている計測値に基づいて電流センサのゼロ点を補正すると、ゼロ点がヒステリシス誤差の分だけずれる。ヒステリシス誤差によってずれたゼロ点を基準として電流値を計測すると、電力収支にずれが発生してしまう。本明細書では、ゼロ点を補正する際のヒステリシス誤差を小さくすることができる電力変換器を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、車載電池と車載蓄電器の間で電圧を変圧する電圧コンバータと、電流センサと、コントローラを備えている。電圧コンバータは、上側スイッチング素子と、上側スイッチング素子に直列に接続されている下側スイッチング素子と、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子の中点に一端が接続されており、他端が車載電池に接続されているリアクトルを備えている。電流センサは、磁性コアを備えており、リアクトルを流れる電流に起因して磁性コアに生じる磁束からリアクトルを流れる電流値を計測する。コントローラは、車両が停止状態にあり、電流センサの計測値またはその時間微分値が予め定められた閾値より小さく、かつ、車載蓄電器の電圧が電池電圧より高いという条件を満たすタイミングを選択して、所定時間の間、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子を交互にオンオフする。コントローラは、その後の電流センサの計測値に基づいて電流センサのゼロ点を補正する。

電流センサの計測値に誤差が含まれていると、リアクトルに電流が流れていない場合であっても、電流センサの計測値は０Ａにならない。コントローラは、電流センサの計測値またはその時間微分値が予め定められた閾値より小さく、車載蓄電器の電圧が電池電圧より高いという条件を満たすタイミングを選択して、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子を交互にオンオフする。ここで用いる閾値は、電流センサに電流が流れていないと推測できる値であり、生じ得る誤差またはその時間微分値よりは大きい値である。車載蓄電器の電圧が電池電圧より高いという条件を満たすタイミングで上側スイッチング素子と下側スイッチング素子が交互にオンオフされると、電流センサおよびリアクトルに流れる電流の向きが交互に入れ替わる。すなわち、車載蓄電器の電圧が電池電圧より高いという条件を満たすタイミングで上側スイッチング素子と下側スイッチング素子が交互にオンオフすると、電流センサおよびリアクトルに０Ａを跨ぐ波形を有する交流電流が流れる。０Ａを跨ぐ波形を有する交流電流は、ヒステリシス誤差を小さくする。上述した電力変換器のコントローラは、交流電流によりヒステリシス誤差が小さくなった後の電流センサの計測値に基づいてゼロ点を補正する。すなわち、本明細書が開示する電力変換器は、ゼロ点を補正する際のヒステリシス誤差を小さくすることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換器を搭載する電気自動車のブロック図である。電流センサの計測値の変化を示すグラフである。ヒステリシス曲線を示すグラフである。ゼロ点補正時にコントローラが実行する処理を示すフローチャートである。ゼロ点補正時の電流センサの計測値を示すグラフである。

図面を参照して実施例の電力変換器について説明する。図１は、実施例の電力変換器５を搭載している電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、メインバッテリ２、システムメインリレー４、電力変換器５、車載蓄電器７、インバータ２０、走行用モータ８を備えている。

メインバッテリ２は、モータ８を駆動するために電気自動車１００に搭載される電池である。すなわち、メインバッテリ２は車載電池である。メインバッテリ２の出力電圧は１００ボルトを超える。メインバッテリ２は、例えばリチウムイオン電池である。モータ８は、三相交流モータである。電力変換器５は、システムメインリレー４を介してメインバッテリ２に接続されているとともに、車載蓄電器７とインバータ２０を介してモータ８に接続されている。電力変換器５は、メインバッテリ２が出力する電圧をモータ８の駆動電圧に昇圧して車載蓄電器７に蓄電したり、車載蓄電器７の電圧をメインバッテリ２の電圧に降圧してメインバッテリ２を充電したりする。

システムメインリレー４は、コントローラ６によって制御される。システムメインリレー４は、ノーマルオープンタイプであり、電力が供給されていない間はオープン状態に保持される。車両のメインスイッチ３１がオフからオンに切り替えられると、コントローラ６は、システムメインリレー４を閉じ、メインバッテリ２を電力変換器５に接続する。車両のメインスイッチ３１がオンからオフに切り替えられると、コントローラ６は、システムメインリレー４を開き、メインバッテリ２を電力変換器５から切り離す。図示は省略しているが、電気自動車１００は、サブバッテリを備えている。サブバッテリは、コントローラ６やシステムメインリレー４などの小電力機器へ電力を供給する。

図中の矢印付き破線は信号の流れを示している。先に述べたように、コントローラ６は、システムメインリレー４を制御する。また、コントローラ６は、車速センサ３２やアクセル開度センサ３３のセンサデータに基づいて、モータ８の目標出力値を算出する。コントローラ６は、目標出力値が実現されるように、電力変換器５とインバータ２０を制御する。後述するように電力変換器５は、いくつかのスイッチング素子を備えており、コントローラ６は、電力変換器５の出力が目標出力値に一致するように、電力変換器５のスイッチング素子を制御する。

電力変換器５は、双方向電圧コンバータ１０と、コントローラ６を備えている。双方向電圧コンバータ１０の低電圧端１１（低電圧正極端１１ａ、低電圧負極端１１ｂ）がシステムメインリレー４を介してメインバッテリ２に接続されている。高電圧端１２（高電圧正極端１２ａ、高電圧負極端１２ｂ）が、平滑コンデンサ７とインバータ２０に接続されている。高電圧端１２は、平滑コンデンサ７とインバータ２０を介してモータ８に接続されている。

平滑コンデンサ７は、双方向電圧コンバータ１０の高電圧正極端１２ａと高電圧負極端１２ｂの間に接続されている。平滑コンデンサ７は、双方向電圧コンバータ１０とインバータ２０の間を流れる電圧の脈動を抑えるために電気自動車１００に搭載される車載蓄電器である。また、フィルタコンデンサ１４が、低電圧正極端１１ａと低電圧負極端１１ｂの間に接続されている。

インバータ２０は、双方向電圧コンバータ１０が出力して平滑コンデンサ７で平滑化した直流電力を交流電力に変換してモータ８に供給する。モータ８は、車両の慣性エネルギを使って発電する場合もある。モータ８が発電した電力は回生電力と呼ばれる。インバータ２０は、モータ８の回生電力（交流電力）を直流電力に変換して双方向電圧コンバータ１０に供給することもできる。インバータ２０の回路構成は良く知られているので、図示と説明は省略する。

双方向電圧コンバータ１０は、メインバッテリ２の電圧を昇圧して平滑コンデンサ７とインバータ２０に供給する昇圧機能と、平滑コンデンサ７とインバータ２０から供給される回生電力（直流電力）の電圧を降圧してメインバッテリ２へ供給する降圧機能を備えている。以下では、説明の便宜上、双方向電圧コンバータ１０を単純に電圧コンバータ１０と称する。

電圧コンバータ１０の回路構成を説明する。電圧コンバータ１０は、フィルタコンデンサ１４、リアクトル１５、スイッチング素子１６ａ、１６ｂ、還流ダイオード１７ａ、１７ｂを備えている。電圧コンバータ１０は、さらに、電流センサ１８と、電圧センサ１３ａ、１３ｂを備えている。２個のスイッチング素子１６ａ、１６ｂは、高電圧正極端１２ａと、高電圧負極端１２ｂの間に直列に接続されている。以下では、高電圧正極端１２ａに近い側のスイッチング素子１６ａを上側スイッチング素子１６ａと称し、高電圧負極端１２ｂに近い側のスイッチング素子１６ｂを下側スイッチング素子１６ｂと称する場合がある。スイッチング素子１６ａ、１６ｂは、ｎ型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、あるいは、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子１６ａ、１６ｂは、ターンオンすると、コレクタ（ドレイン）からエミッタ（ソース）へ電流を通す。

上側スイッチング素子１６ａには還流ダイオード１７ａが逆並列に接続されており、下側スイッチング素子１６ｂには還流ダイオード１７ｂが逆並列に接続されている。より詳しくは、上側スイッチング素子１６ａのコレクタ（ドレイン）に還流ダイオード１７ａのカソードが接続されており、エミッタ（ソース）に還流ダイオード１７ａのアノードが接続されている。下側スイッチング素子１６ｂと還流ダイオード１７ｂの接続関係も同様である。

リアクトル１５は、２個のスイッチング素子１６ａ、１６ｂの直列接続の中点と、低電圧正極端１１ａの間に接続されている。すなわち、リアクトル１５は、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂの中点に一端が接続されており、他端がシステムメインリレー４を介してメインバッテリ２に接続されている。図示は省略したが、リアクトル１５は、コイルと、磁性体で形成された圧粉コアを備えている。コイルは、圧粉コアに巻回されている。リアクトル１５のコイルに電流が流れると、コアに磁束が生じる。リアクトル１５は、コイルに流れた電流の電気エネルギを圧粉コアの磁気エネルギに変換することで、電圧を変圧する。

上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂの中点と、リアクトル１５の間に電流センサ１８が接続されている。電流センサ１８は、リアクトル１５に流れる電流を計測する。図１の上部の拡大図に示されるように、電流センサ１８は、磁性コア１８ａを備えている。磁性コア１８ａは、一部に切り欠きを備えているリング形状を有しており、磁性コア１８ａの切り欠きにはホール素子１８ｂが配置されている。磁性コア１８ａは、リアクトル１５に接続される導体（例えば、バスバ）を挿通させる。リアクトル１５に流れる電流が磁性コア１８ａを通過すると、その電流によって磁性コア１８ａに磁束が生じる。リアクトル１５を流れる電流に起因して磁性コア１８ａに生じた磁束は、ホール素子１８ｂによって出力電圧に変換される。磁性コア１８ａに生じる磁束は、リアクトル１５を流れる電流の大きさによって変化する。リアクトル１５を流れる電流が大きくなると、ホール素子１８ｂの出力電圧も大きくなる。リアクトル１５を流れる電流が小さくなると、ホール素子１８ｂの出力電圧も小さく。このように、電流センサ１８は、磁性コア１８ａに生じる磁束からリアクトル１５を流れる電流値を計測する。

電圧センサ１３ａは、低電圧正極端１１ａと低電圧負極端１１ｂの間の電圧を計測する。別言すれば、電圧センサ１３ａは、メインバッテリ２の電圧を計測する。電圧センサ１３ｂは、高電圧正極端１２ａと高電圧負極端１２ｂの間の電圧を計測する。別言すれば、電圧センサ１３ｂは、平滑コンデンサ７の電圧を計測する。

スイッチング素子１６ａ、１６ｂは、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、車速センサ３２とアクセル開度センサ３３のセンサデータに基づいて、電圧コンバータ１０のバッテリ側の電圧とインバータ側の電圧の目標電圧比を決定する。コントローラ６は、電流センサ１８と、電圧センサ１３ａ、１３ｂのセンサデータに基づいて、実際の電圧比が目標電圧比に一致するように、スイッチング素子１６ａ、１６ｂを制御する。

下側スイッチング素子１６ｂと還流ダイオード１７ａが主に昇圧機能に関与し、上側スイッチング素子１６ａと還流ダイオード１７ｂが主の降圧機能に関与する。コントローラ６は、目標電圧比が実現されるように、スイッチング素子１６ａ、１６ｂのそれぞれの駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成し、それぞれのスイッチング素子１６ａ、１６ｂに供給する。

図２を参照して、リアクトル１５を流れる電流の計測値ＩＬの変化について説明する。図２は、電気自動車１００（図１参照）の走行状況における電流センサ１８の計測値の変化を示している。図２の区間（Ａ１，Ａ２）では、電気自動車１００が停車している間の電流センサ１８の計測値を示している。図２（Ｂ）では、電気自動車１００が加速している間の電流センサ１８の計測値を示している。図２（Ｃ）では、電気自動車１００が一定の速度で走行している間の電流センサ１８の計測値を示している。図２（Ｄ）では、電気自動車１００が減速している間の電流センサ１８の計測値を示している。

また、図２では、メインバッテリ２（図１参照）からモータ８へ向かって電流センサ１８を流れる電流を正の値（すなわち、０Ａの上側）で表現している。モータ８からメインバッテリ２に向かって電流センサ１８を流れる電流を負の値（すなわち、０Ａの下側）で表現している。別言すれば、図２では、電圧コンバータ１０が昇圧しているときに電流センサ１８に流れる電流を正の値で示しており、電圧コンバータ１０が降圧しているときに電流センサ１８に流れる電流を負の値で示している。

図２（Ａ１）に示されるように、電気自動車１００（図１参照）が停車している場合は、電流センサ１８の計測値はほぼ０Ａである。その後、電気自動車１００が加速すると、電圧コンバータ１０は、メインバッテリ２の電圧を昇圧する。その結果、図２（Ｂ）に示されるように、電流センサ１８の計測値は、大きな正の値となる。その後、電気自動車１００の加速が終了して一定の速度で走行すると、電圧コンバータ１０は、昇圧も降圧も行わない。その結果、図２（Ｃ）に示されるように、電流センサ１８の計測値は、ほぼ０Ａとなる。さらに、電気自動車１００が減速すると、モータ８が発電した回生電力を電圧コンバータ１０が降圧してメインバッテリ２に供給する。その結果、図２（Ｄ）に示されるように、電流センサ１８の計測値は、大きな負の値となる。その後、電気自動車１００が減速を続け、電気自動車１００が停車すると、電圧コンバータ１０は昇圧も降圧も行わないため、図２（Ａ２）に示されるように、電流センサ１８の計測値は０Ａに近づく。

先に述べたように、電流センサ１８は、磁性コア１８ａ（図１参照）を備えている。電気自動車１００が加速、減速の際、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂはオンオフされる。その際、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂは発熱する。その結果、電流センサ１８の温度は高温になる。電流センサ１８の磁性コア１８ａの温度特性などの影響により、電流センサ１８のゼロ点がずれることがある。電流センサ１８のゼロ点がずれると、図２（Ａ２）に示されるように、電流センサ１８に電流が流れていないにも関わらず、電流センサ１８の計測値は０Ａとならない。電流センサ１８の計測値は、誤差ｄ１となる。このため、実施例の電力変換器５は、電流センサ１８のゼロ点を補正して、新たなゼロ点を基準としてリアクトル１５を流れる電流値を計測するゼロ点補正を行う。ゼロ点補正を行うことで、電流センサ１８のゼロ点がずれた場合であっても、電力収支を合わせることができる。

電流センサ１８と同様に、リアクトル１５も、磁性体で形成されている圧粉コアを備えている。磁性体に一定時間同じ方向に電流が流れると、その磁性体は着磁する。着磁した磁性体は、電流が流れているか否かに関係なく磁束を生じる。図１を参照して説明したように、電流センサ１８は、磁性コア１８ａの磁束をホール素子１８ｂが出力電圧に変換して電流値を計測する。そのため、電流センサ１８の磁性コア１８ａ、リアクトル１５の圧粉コアが着磁すると、リアクトル１５に電流が流れていない場合であっても、電流センサ１８は、着磁した磁束を変換して電流値として計測する。すなわち、電流センサ１８の磁性コア１８ａ、リアクトル１５の圧粉コアが着磁すると、電流センサ１８のゼロ点のずれが大きくなる。着磁の影響で大きくずれたゼロ点を用いてゼロ点補正を行うと、電力収支がずれる。

ここで、図３を用いて、電流センサ１８（図１参照）の磁性コア１８ａの一般的な特性を説明する。図３のグラフの横軸Ｉｉｎは、リアクトル１５（図１参照）を流れる電流（すなわち被測定電流）であり、縦軸Ｖｏｕｔは電流センサ１８の測定値（すなわち出力電圧）である。図３は、電流センサ１８の磁性コア１８ａの残留磁束のヒステリシス特性を示している。リアクトル１５に流れる電流が大きくなると、図３の矢印Ｉ１に示されるように、電流センサ１８の測定値も大きくなる。その後、磁性コア１８ａが着磁すると、矢印Ｉ２に示されるように、リアクトル１５に流れる電流が０Ａ（すなわち、図３の縦軸Ｖｏｕｔ上）になった場合であっても、電流センサ１８の出力電圧はヒステリシス誤差Ｈｄとなる。このような磁性コア１８ａのヒステリシス特性によって、一定時間リアクトル１５に電流が流れた場合には、電流センサ１８の計測値は、ヒステリシス誤差Ｈｄを含む。図２を参照して説明したように、図２（Ｄ）に示される区間では、電気自動車１００（図１参照）は、一定時間をかけて減速している。すなわち、電力変換器５（図１参照）は、一定時間降圧を行っている。その結果、電流センサ１８には、モータ８からメインバッテリ２（ともに図１参照）に向かう電流が一定時間流れる。すなわち、図２の誤差ｄ１には、ヒステリシス誤差Ｈｄが含まれる。このため、誤差ｄ１の値を新たなゼロ点に補正すると、ヒステリシス誤差Ｈｄ分だけ、ゼロ点がずれる。また、リアクトル１５（図１参照）の圧粉コアについても、磁性コア１８ａと同様にヒステリシス誤差が発生し、その影響により、電流センサ１８の計測値がずれる。

磁性コア１８ａの着磁により発生したヒステリシス誤差Ｈｄは、着磁した磁性コア１８ａに、０Ａを跨ぐ交流電流を流すことで小さくすることができる。着磁した磁性コア１８ａに、プラスＩｒとマイナスＩｒの間で０Ａを跨ぐ電流が磁性コア１８ａに流れると、図３の破線矢印に示すように、ヒステリシス曲線はらせん状に小さくなる。

図４を参照して、実施例の電力変換器５（図１参照）が備えているコントローラ６が、ゼロ点を補正する際に実行する処理について説明する。まず、コントローラ６は、電気自動車１００の車速が０Ｋｍ／ｈか否かを判定する（ステップＳ２）。先に述べたように、コントローラ６は、車速センサ３２からの信号を受信している。コントローラ６は、車速センサ３２からの信号に基づいて、電気自動車１００の車速が０Ｋｍ／ｈか否かを判定する。電気自動車１００の車速が０Ｋｍ／ｈでない場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、電気自動車１００が走行しているため、リアクトル１５および電流センサ１８に電流が流れている。そのためコントローラ６は、ゼロ点の補正を中止する。

電気自動車１００の車速が０Ｋｍ／ｈである場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、電気自動車１００は停止状態であるため、リアクトル１５および電流センサ１８（ともに、図１参照）に電流が流れていない可能性が高い。そのため、コントローラ６は、電流センサ１８の計測値ＩＬが閾値Ｉｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、閾値Ｉｔｈは、リアクトル１５および電流センサ１８に電流が流れていないと推測できる値である。さらに、閾値Ｉｔｈは、例えば電気自動車１００のエンジン（付図示）によるメインバッテリ２の充電等、車両停止時においてリアクトル１５および電流センサ１８に流れる可能性のある電流の値よりも小さい値である。このため、コントローラ６は、電流センサ１８の計測値ＩＬが閾値Ｉｔｈよりも大きい場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、メインバッテリ２が充電状態であると判定し、ゼロ点の補正を中止する。なお、コントローラ６は、計測値ＩＬの時間微分値を閾値と比較し、計測値ＩＬの時間微分値が閾値より大きい場合に、メインバッテリ２が充電状態であると判定してもよい。計測値ＩＬと閾値Ｉｔｈの比較に代えて、計測値ＩＬの時間微分値と閾値を比較することで、電流センサ１８の計測値ＩＬが瞬間的に閾値Ｉｔｈを超え、閾値Ｉｔｈ以下に戻るような異常を排除することができる。すなわち、より正確に電流センサ１８に電流が流れているかどうかを判定することができる。なお、閾値Ｉｔｈは前記誤差ｄ１が取り得る最大値より大きく設定されており、誤差によってステップＳ４がＮＯとなることはない。

電流センサ１８の計測値ＩＬが閾値Ｉｔｈよりも小さい場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、リアクトル１５および電流センサ１８（ともに、図１参照）に電流が流れていない状態であると判断できる。その場合、コントローラ６は、電圧センサ１３ａの計測値Ｖａと電圧センサ１３ｂの計測値Ｖｂを比較する（ステップＳ６）。すなわち、コントローラ６は、平滑コンデンサ７（図１参照）の電圧とメインバッテリ２（図１参照）の電圧を比較する。

電圧センサ１３ｂの計測値Ｖｂ（すなわち、平滑コンデンサ７の電圧）が電圧センサ１３ａの計測値Ｖａ（すなわち、メインバッテリ２の電圧）よりも大きい場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂ（ともに図１参照）を交互にオンオフする（ステップＳ８）ことによって、電圧コンバータ１０に０Ａを跨ぐ交流電流を通電することができる。電圧コンバータ１０に０Ａを跨ぐ交流電流を通電するために、ステップＳ６でＹＥＳとなるタイミングを選択して、ステップＳ８を実施する。

ステップＳ８では、コントローラ６が、所定時間が経過するまで（ステップＳ１２がＹＥＳとなるまで）、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂのオンオフを継続する。ここでの所定時間は、リアクトル１５の圧粉コアや電流センサ１８の磁性コア１８ａに発生したヒステリシス誤差を解消するために要する時間であり、リアクトル１５および電流センサ１８の磁性コアの材質や大きさ、または電圧コンバータ１０に流れる最大電流値等の条件により決定される。

上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂのオンオフを所定時間継続した後（ステップＳ１２がＹＥＳとなると）、コントローラ６は、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂをともにオフする（ステップＳ１４）。これにより、リアクトル１５および電流センサ１８を流れる交流電流が停止して、リアクトル１５および電流センサ１８に流れる電流の値が一定となる。また、０Ａを跨ぐ交流電流により、電流センサ１８のヒステリシス誤差Ｈｄ（図３参照）が小さくなっている。コントローラ６は、ヒステリシス誤差Ｈｄが小さくなった電流センサ１８の計測値に基づいて電流センサ１８のゼロ点を補正する（ステップＳ１６）。

図５を参照して、電流センサ１８（図１参照）のゼロ点が補正される際の電流の変化について説明する。図５は、図２（Ｄ）の一部および図２（Ａ２）を拡大したグラフである。図５に示されるように、電気自動車１００が減速（図５（Ｄ））を終了した後、電流センサ１８の計測値ＩＬは誤差ｄ１となる。先に述べたように、誤差ｄ１は、ヒステリシス誤差Ｈｄ（図３参照）を含んでいる。図４を参照して説明したように、コントローラ６は、電流センサ１８のゼロ点を補正する際、平滑コンデンサ７の電圧がメインバッテリ２の電圧よりも大きいタイミングを選択して、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂを交互にオンオフする。これによりＯＡを跨ぐ交流電流ＬＩがリアクトル１５および電流センサ１８に流れる。交流電流ＬＩは、リアクトル１５または電流センサ１８の着磁した磁性コアを流れ、ヒステリシス誤差Ｈｄを小さくする。コントローラ６は、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂをオンオフする期間を、昇圧または降圧時にオンオフする期間よりも短くすることが好ましい。その結果、交流電流ＬＩの値は、昇圧または降圧時よりも小さくなる。これにより、ヒステリシス誤差Ｈｄを短時間で小さくすることができる。

コントローラ６は、所定時間の間、交流電流ＬＩをリアクトル１５および電流センサ１８に流した後、上側スイッチング素子１６ａと下側スイッチング素子１６ｂをともにオフする。その結果、交流電流ＬＩが消滅し、計測値ＩＬは誤差ｄ２となる。ヒステリシス誤差Ｈｄが小さくなった誤差ｄ２は、誤差ｄ１よりも小さい。コントローラ６は、タイミングｔ０において、ヒステリシス誤差Ｈｄが小さくなった誤差ｄ２に基づいて電流センサ１８のゼロ点を補正する。その結果、電流センサ１８の計測値ＩＬは補正され、計測値ＩＬは０Ａとなる。

このように、実施例の電力変換器５は、電流センサ１８のゼロ点を補正する際に、０Ａを跨ぐ交流電流ＬＩをリアクトル１５および電流センサ１８に意図的に流すことで、リアクトル１５よび電流センサ１８の磁性コア１８ａのヒステリシス誤差を小さくする。すなわち、電力変換器５は、ヒステリシス誤差が小さくなった電流センサ１８の計測値に基づいてゼロ点を補正することができる。

実施例の留意点をいかに述べる。実施例の電流センサ１８は、リアクトル１５とスイッチング素子１６ａ、１６ｂの中点の間に設けられているが、これに限定されず、例えば、電流センサ１８は、リアクトル１５とフィルタコンデンサ１４の間に設けられていてもよい。また、電流センサ１８は、電圧コンバータ１０と別体で構成されてもよい。さらに、実施例のコントローラ６は、電気自動車１００の車速によって車両停止状態を判定しているが、これに限定されず、コントローラ６は、例えば、シフトレバーの位置がパーキングの位置にある場合に、車両が停止していると判定してもよい。さらに、交流電流ＬＩは、徐々に小さくなるように減衰させてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：メインバッテリ
４：システムメインリレー
５：電力変換器
６：コントローラ
７：平滑コンデンサ
８：モータ
１０：双方向電圧コンバータ
１１：低電圧端
１１ａ：低電圧正極端
１１ｂ：低電圧負極端
１２：高電圧端
１２ａ：高電圧正極端
１２ｂ：高電圧負極端
１３ａ：電圧センサ
１３ｂ：電圧センサ
１４：フィルタコンデンサ
１５：リアクトル
１６ａ：上側スイッチング素子
１６ｂ：下側スイッチング素子
１７ａ、１７ｂ：還流ダイオード
１８：電流センサ
１８ａ：磁性コア
１８ｂ：ホール素子
２０：インバータ
３１：メインスイッチ
３２：車速センサ
３３：アクセル開度センサ
１００：電気自動車

Claims

車載電池と車載蓄電器の間で電圧を変圧する電圧コンバータと、電流センサと、コントローラを備えている電力変換器であって、
前記電圧コンバータは、
上側スイッチング素子と、
前記上側スイッチング素子に直列に接続されている下側スイッチング素子と、
前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子の中点に一端が接続されており、他端が前記車載電池に接続されているリアクトルを備えており、
前記電流センサは、磁性コアを備えており、前記リアクトルを流れる電流に起因して前記磁性コアに生じる磁束から前記リアクトルを流れる電流値を計測し、
前記コントローラは、
車両が停止状態にあり、
前記電流センサの計測値またはその時間微分値が予め定められた閾値より小さく、
かつ、前記車載蓄電器の電圧が前記車載電池の電圧より高いという条件を満たすタイミングを選択して、
所定時間の間、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子を交互にオンオフし、
その後の前記電流センサの計測値に基づいて前記電流センサのゼロ点を補正する、電力変換器。