特許 6285290 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6285290

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/04 20060101AFI20180215BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/04 M

   H02M7/48 M

   H02M7/48 E

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-124676(P2014-124676)

(22)【出願日】2014年6月17日

(65)【公開番号】特開2016-5371(P2016-5371A)

(43)【公開日】2016年1月12日

【審査請求日】2017年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】村上 達也

(72)【発明者】

【氏名】居安 誠二

(72)【発明者】

【氏名】吉田 秀治

(72)【発明者】

【氏名】加藤 章

【審査官】 ▲桑▼原 恭雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１７９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１８７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６０７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１２９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８７４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１９４８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００３３２７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００９４２４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

星型結線された第１巻線群（１４）及び第２巻線群（１６）を有する回転機（１０）と、
第１蓄電手段（２０ａ）と、
前記第１蓄電手段よりも定格電圧が高い第２蓄電手段（２０ｂ）と、
前記第１蓄電手段と前記第１巻線群との間に設けられ、複数の開閉手段（ＱＸｐ，ＱＸｎ，ＱＹｐ，ＱＹｎ，ＱＺｐ，ＱＺｎ）を有する第１電力変換器（１８ａ）と、
前記第２蓄電手段と前記第２巻線群との間に設けられ、複数の開閉手段（ＱＵｐ，ＱＵｎ，ＱＶｐ，ＱＶｎ，ＱＷｐ，ＱＷｎ）を有する第２電力変換器（１８ｂ）と、
前記第１巻線群の中性点（Ｎ１）と前記第２巻線群の中性点（Ｎ２）とを電気的に接続する接続経路（２３）と、
前記接続経路の電流値を検出する電流検出手段（２６）と、
前記第１電力変換器及び前記第２電力変換器の制御を行う制御装置（３０）と、を備え、
前記制御装置は、前記回転機の停止時に、前記第１電力変換器及び前記第２電力変換器を制御することにより、前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間での電力の授受を行い、
前記第１蓄電手段から前記第２蓄電手段への電力の供給の際に、前記電流検出手段により検出される前記電流値に基づいて、前記第１電力変換器による、前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間の電流の遮断と、前記第２電力変換器による、前記接続経路に印加される電圧の抑制とを、選択的に実行することを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記電流値が第１閾値（Ｉ１）よりも大きく、前記第１閾値よりも大きい第２閾値（Ｉ２）よりも小さい場合には、前記電流値が前記第１閾値となるように前記第２電力変換器を制御し、
前記電流値が前記第２閾値よりも大きい場合には、前記第１電力変換器を制御することにより、前記電流を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記電流値が第１閾値よりも大きく、前記第１閾値よりも大きい第３閾値（Ｉ３）よりも小さい場合には、前記電流値の上昇に伴い、前記電圧が単調減少するように前記第２電力変換器を制御し、
前記電流値が第３閾値よりも大きく、前記第３閾値よりも大きい第２閾値よりも小さい場合には、前記電流値が前記第３閾値となるように前記第２電力変換器を制御し、
前記電流値が前記第２閾値よりも大きい場合には、前記第１電力変換器により、前記電流を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記電流値が第１閾値よりも大きく、前記第３閾値よりも小さい場合には、前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間で授受される電力が一定となるように前記第２電力変換器を制御することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電流検出時に保護動作を行う電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、過電流検出時に保護動作を行う装置として、特許文献１記載の電力変換装置がある。特許文献１記載の電力変換装置では、過電流が検出された場合に、過電流保護装置からスイッチ回路の遮断を行い、過電流から回路を保護している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−１９１１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電力変換装置では、過電流が検出された場合には、直ちに停止している。すなわち、回路中の短絡に伴い大電流が流れた場合のみならず、短絡に起因しない一時的な電流の増加の場合においても、電流の遮断が行われる。

【0005】

ところで、特許文献１に記載の電力変換装置に係る制御を、複数の蓄電池間で電力の授受を行う電力変換装置に適用した場合、回路中の短絡に起因しない一時的な電流の増加の場合にも電流を遮断しているため、電力の授受速度が低下する。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、電力授受の速度を担保しつつ、且つ、負荷短絡時等の過電流から回路を保護することが可能な、電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、電力変換装置であって、星型結線された第１巻線群及び第２巻線群を有する回転機と、第１蓄電手段と、第１蓄電手段よりも定格電圧が高い第２蓄電手段と、第１蓄電手段と第１巻線群との間に設けられ、複数の開閉手段を有する第１電力変換器と、第２蓄電手段と第２巻線群との間に設けられ、複数の開閉手段を有する第２電力変換器と、第１巻線群の中性点と第２巻線群の中性点とを電気的に接続する接続経路と、接続経路の電流値を検出する電流検出手段と、第１電力変換器及び第２電力変換器の制御を行う制御装置と、を備え、制御装置は、回転機の停止時に、第１電力変換器及び第２電力変換器を制御することにより、第１蓄電手段と第２蓄電手段との間での電力の授受を行い、第１蓄電手段から第２蓄電手段への電力の供給の際に、電流検出手段により検出される電流値に基づいて、第１電力変換器による、第１蓄電手段と第２蓄電手段との間の電流の遮断と、第２電力変換器による、接続経路に印加される電圧の抑制とを、選択的に実行することを特徴とする。

【0008】

上記構成により、第２蓄電手段の充電に必要とされる電力が上昇する重負荷時等、接続経路に流れる電流が増加した場合には、電圧を抑制し、電池間での電力の授受を継続することができる。一方、回路中で短絡が発生した場合等の、接続経路に大電流が流れる場合には、電流を遮断することにより回路を保護することができる。したがって、電力の授受の速度を担保しつつ、負荷短絡時等の大電流から回路を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。

【図2】第１実施形態における、中性点電流と中性点電圧との関係を示す図。

【図3】第１実施形態において、制御装置が実行する制御を示すフローチャート。

【図4】第１実施形態において、中性点電流が第１閾値を超える場合の、中性点電流の変化と中性点電圧の変化とを示す図。

【図5】第１実施形態において、中性点電流が第２閾値を超える場合の、中性点電流の変化と中性点電圧の変化とを示す図。

【図6】第２実施形態における、中性点電流と中性点電圧との関係を示す図。

【図7】第２実施形態において、制御装置が実行する制御を示すフローチャート。

【図8】第３実施形態における、中性点電流と中性点電圧との関係を示す図。

【図9】第３実施形態において制御装置が実行する制御を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１実施形態）
以下、本発明に係る電力変換装置を車両に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0011】

図１に示すように、制御システムは、モータ１０、第１インバータ１８ａ、第２インバータ１８ｂ、及び制御装置３０を備えている。本実施形態では、モータ１０として、３相２重巻線回転機を用いている。より具体的には、モータ１０として、スタータ（電動機）及びオルタネータ（発電機）の機能を統合したＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いている。モータ１０を構成するロータ１２には、図示しないエンジンのクランク軸が機械的に接続されている。モータ１０をスタータとして動作させることにより、クランク軸に初期回転を付与してエンジンを始動させることができる。なお、モータ１０としては、例えば、巻線界磁型同期機や、永久磁石型同期機を用いることができる。なお、第１インバータ１８ａは第１電力変換器として機能し、第２インバータ１８ｂは第２電力変換器として機能する。

【0012】

モータ１０は、星型結線された第１巻線群１４と、星型結線された第２巻線群１６とを備えている。第１巻線群１４は、第１中性点Ｎ１を有し、Ｘ相巻線１４Ｘ、Ｙ相巻線１４Ｙ及びＺ相巻線１４Ｚからなる３相巻線である。第２巻線群１６は、第２中性点Ｎ２を有し、Ｕ相巻線１６Ｕ、Ｖ相巻線１６Ｖ及びＷ相巻線１６Ｗからなる３相巻線である。

【0013】

第１巻線群１４には、第１インバータ１８ａが電気的に接続され、第２巻線群１６には、第２インバータ１８ｂが電気的に接続されている。第１インバータ１８ａには、第１コンデンサ２２ａを介して第１蓄電手段である第１バッテリ２０ａが接続され、第２インバータ１８ｂには、第２コンデンサ２２ｂを介して第２蓄電手段である第２バッテリ２０ｂが接続されている。本実施形態では、第２バッテリ２０ｂとして、その端子間電圧が第１バッテリ２０ａの端子間電圧よりも高いものを用いている。例えば、第１バッテリ２０ａの端子間電圧は１２Ｖであり、第２バッテリ２０ｂの端子間電圧は４８Ｖである。各バッテリ２０ａ，２０ｂの負極端子には、共通のグランドＧＮＤが接続されている。

【0014】

第１インバータ１８ａは、開閉手段として、Ｘ相上アームスイッチＱＸｐと、Ｘ相下アームスイッチＱＸｎとの直列接続体と、Ｙ相上アームスイッチＱＹｐと、Ｙ相下アームスイッチＱＹｎとの直列接続体と、Ｚ相上アームスイッチＱＺｐと、Ｚ相下アームスイッチＱＺｎとの直列接続体とを備えている。

【0015】

Ｘ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｘ相巻線１４Ｘの第１端が接続されており、Ｙ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｙ相巻線１４Ｙの第１端が接続されており、Ｚ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｚ相巻線１４Ｚの第１端が接続されている。一方、Ｘ相巻線１４Ｘの第２端、Ｙ相巻線１４Ｙの第２端、及び、Ｚ相巻線１４Ｚの第２端は、第１中性点Ｎ１で接続されている。

【0016】

第２インバータ１８ｂは、第１インバータ１８ａと同様に、開閉手段として、Ｕ相上アームスイッチＱＵｐと、Ｕ相下アームスイッチＱＵｎとの直列接続体と、Ｖ相上アームスイッチＱＶｐと、Ｖ相下アームスイッチＱＶｎとの直列接続体と、Ｗ相上アームスイッチＱＷｐと、Ｗ相下アームスイッチＱＷｎとの直列接続体とを備えている。

【0017】

Ｕ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｕ相巻線１６Ｕの第１端が接続されており、Ｖ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｖ相巻線１６Ｖの第１端が接続されており、Ｗ相に対応する直列接続体の接続点には、Ｗ相巻線１６Ｗの第１端が接続されている。一方、Ｕ相巻線１６Ｕの第２端、Ｖ相巻線１６Ｖの第２端、及び、Ｗ相巻線１６Ｗの第２端は、第２中性点Ｎ２で接続されている。

【0018】

本実施形態では、第１インバータ１８ａ及び第２インバータ１８ｂの各スイッチとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチにはダイオードが逆方向に並列接続されている。

【0019】

第１巻線群１４の第１中性点Ｎ１と第２巻線群１６の第２中性点Ｎ２とは、中性点接続経路２３を介して電気的に接続されている。中性点接続経路２３には、オフ操作（開操作）によって中性点接続経路２３を電気的に開状態とし、オン操作（閉操作）によって中性点接続経路２３を電気的に閉状態とするリレー２８が設けられている。

【0020】

本実施形態に係る制御システムは、第１バッテリ２０ａの端子間電圧を検出する第１電圧センサ２４ａと、第２バッテリ２０ｂの端子間電圧を検出する第２電圧センサ２４ｂと、中性点接続経路２３に流れる電流を検出する中性点電流センサ２６とを備えている。また、第１巻線群１４の各相、第２巻線群１６の各相に流れる電流を検出する、図示しない電流センサも備えている。第１電圧センサ２４ａは第１電圧検出手段として機能し、第２電圧センサ２４ｂは第２電圧検出手段として機能し、中性点電流センサ２６は電流検出手段として機能する。なお、中性点接続経路２３に流れる電流は、スイッチング周期で変動する波形であって、上限値と下限値とを往復する三角波状の波形となる。そのため、本実施形態では、電流波形の上限値及び下限値の中央値（平均値）を、中性点電流Ｉｎｅｕと定義する。

【0021】

上記各種センサの検出値は、制御装置３０に取り込まれる。制御装置３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行することでモータ１０の制御を行う。このとき、制御装置３０は、リレー２８をオフ操作した状態で、モータ１０をスタータ及びオルタネータの一方として選択的に動作させるために、各センサの検出値に基づき、第１インバータ１８ａ及び第２インバータ１８ｂを構成する各スイッチを操作する。例えば、モータ１０の制御量（例えばトルク）を指令値に制御すべく、アームスイッチの直列接続体について、上アームスイッチをオン操作して、且つ、下アームスイッチをオフ操作する処理と、上アームスイッチをオフ操作して、且つ、下アームスイッチをオン操作する処理とを、交互に繰り返す。なお、モータ１０の制御は、例えば周知の電流ベクトル制御によって行えばよい。

【0022】

上述した処理により、モータ１０をスタータとして動作させる場合、第１インバータ１８ａは、第１バッテリ２０ａから出力された直流電圧を交流電圧に変換して第１巻線群１４に供給する。一方、モータ１０をオルタネータとして動作させる場合、第１インバータ１８ａは、第１巻線群１４から出力された交流電圧を直流電圧に変換して第１バッテリ２０ａに供給する。なお、第２インバータ１８ｂについても同様である。

【0023】

制御装置３０は、さらに、モータ１０の停止時において第１バッテリ２０ａと第２バッテリ２０ｂとの間での、電力授受処理を行う。電力授受処理は、リレー２８をオン操作した状態で、第１バッテリ２０ａの出力電圧を昇圧して第２バッテリ２０ｂに供給する昇圧処理と、第２バッテリ２０ｂの出力電圧を降圧して第１バッテリ２０ａに供給する降圧処理とを含む処理である。

【0024】

本実施形態において、昇圧処理及び降圧処理のそれぞれでは、第１インバータ１８ａを構成するＸ相上アームスイッチＱＸｐ、Ｙ相上アームスイッチＱＹｐ、Ｚ相上アームスイッチＱＺｐの全てをオン操作し、Ｘ相下アームスイッチＱＸｎ、Ｙ相下アームスイッチＱＹｎ、Ｚ相下アームスイッチＱＺｎの全てをオフ操作する。こうした操作を前提として、第２インバータ１８ｂを構成するＵ相上アームスイッチＱＵｐ、Ｖ相上アームスイッチＱＶｐ、Ｗ相上アームスイッチＱＷｐのいずれかと、それに対応するＵ相下アームスイッチＱＵｎ、Ｖ相下アームスイッチＱＶｎ、Ｗ相下アームスイッチＱＷｎのいずれかとを交互にオンオフ操作する。ここで、昇圧処理においては、第２電圧センサ２４ｂによって検出される電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとなり、第１電圧センサ２４ａによって検出される電圧が入力電圧Ｖｉｎとなる。一方、降圧処理においては、第１電圧センサ２４ａによって検出される電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとなり、第２電圧センサ２４ｂによって検出される電圧が入力電圧Ｖｉｎとなる。

【0025】

インバータの昇圧処理では、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎとデューティー比Ｄとを用いて、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）となることを利用し、上アームスイッチと下アームスイッチとを交互にオン／オフ操作する。すなわち、１スイッチング周期に対するＤ（＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）／Ｖｏｕｔ）の期間において、上アームスイッチをオン操作し、且つ、下アームスイッチをオフ操作し、（１−Ｄ）の期間において、下アームスイッチをオン操作し、且つ、上アームスイッチをオフ操作する。

【0026】

ここで、デューティー比Ｄを求める具体的な処理について説明する。まず、第２バッテリ２０ｂに対する印加電圧の目標値である目標電圧Ｖｏｕｔ’から、第２電圧センサ２４ｂによって検出された出力電圧Ｖｏｕｔを減算した値を、電圧偏差ΔＶｏｕｔとして算出する。本実施形態において、目標電圧Ｖｏｕｔ’は、第２バッテリ２０ｂの定格電圧Ｖ１（４８Ｖ）に設定されている。電圧偏差ΔＶｏｕｔを比例積分制御することにより、中性点接続経路２３に流す電流の目標値である目標中性点電流Ｉｎｅｕ’を算出する。中性点電流Ｉｎｅｕを目標中性点電流Ｉｎｅｕ’から減算することにより、電流偏差ΔＩｎｅｕを算出し、電流偏差ΔＩｎｅｕを比例積分制御することによって、スイッチの操作量を算出する。算出された操作量と出力電圧Ｖｏｕｔとを加算し、さらに入力電圧Ｖｉｎを用いて、上述したデューティー比Ｄを決定する。そして、決定されたデューティー比Ｄを用いて、上アームスイッチ及び下アームスイッチの制御を行う。

【0027】

一方、第２バッテリ２０ｂから第１バッテリ２０ａへ電力を供給する降圧処理の際には、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎとデューティー比Ｄとを用いて、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ・Ｄとなることを利用する。

【0028】

本実施形態では、制御装置３０は、昇圧処理を行って第１バッテリ２０ａから第２バッテリ２０ｂへ電力を供給する際に、回路を大電流から保護する制御を行う。

【0029】

図２は、本実施形態に係る制御を行う際の、中性点電流Ｉｎｅｕと目標電圧Ｖｏｕｔ’との関係を示している。本実施形態では、中性点電流Ｉｎｅｕが過電流であるか否かを判定する閾値を第１閾値Ｉ１とし、回路中で短絡が発生し、大電流が流れたと判定する閾値を第２閾値Ｉ２としている。

【0030】

中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さい場合には、目標電圧Ｖｏｕｔ’を定格電圧Ｖ１に設定して、上述した第２インバータ１８ｂの制御を行う。一方、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１を超えた場合には、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１となるように、目標中性点電流Ｉｎｅｕ’を第１閾値Ｉ１とする定電流制御を行う。定電流制御において、出力電圧Ｖｏｕｔは抑制されることとなるため、電圧抑制制御ということもできる。そして、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２を超えた場合には、中性点接続経路２３を通過する電流の遮断する電流遮断制御を行う。この電流遮断制御では、制御装置３０は、第１インバータ１８ａを構成するＸ相上アームスイッチＱＸｐ、Ｙ相上アームスイッチＱＹｐ、Ｚ相上アームスイッチＱＺｐの全てをオフ操作する。すなわち、第１バッテリ２０ａから第１巻線群１４及び第２巻線群１６への電流の流入を遮断する。

【0031】

図３は、制御装置３０が実行する制御を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期で実行される。

【0032】

まず、中性点電流Ｉｎｅｕが、第１閾値Ｉ１よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ１０１）。中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、中性点電流Ｉｎｅｕは過電流ではないため、目標電圧Ｖｏｕｔ’を定格電圧Ｖ１とする（Ｓ１０２）。一方、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ１０３）。

【0033】

中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、回路中で短絡は発生していないものの、中性点接続経路２３には過電流が流れているため、中性点電流Ｉｎｅｕを第１閾値Ｉ１に保つ、上述した定電流制御が行われる（Ｓ１０４）。

【0034】

一方、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、回路中に短絡が発生しているおそれがあるため、上述した電流遮断制御を行う（Ｓ１０５）。

【0035】

図４は、時間Ｔ１において、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも大きくなった場合の、中性点接続経路２３に流れる電流と中性点接続経路２３に印加される電圧の変化を示している。

【0036】

まず、時間Ｔ１までは、中性点接続経路２３に流れる電流の中間値である中性点電流Ｉｎｅｕは第１閾値Ｉ１を超えないため、中性点接続経路２３に印加される電圧はＶ１となっている。そして、時間Ｔ１において、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１以上となるため、時間Ｔ１において、上述した定電流制御が行われる。これにより、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１に維持されるとともに、中性点接続経路２３に印加される電圧が低下する。

【0037】

図５は、時間Ｔ２において回路中に短絡が発生し、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２を超えた場合の、中性点接続経路２３に流れる電流と中性点接続経路２３に印加される電圧の変化を示している。

【0038】

まず、時間Ｔ１までは、中性点電流Ｉｎｅｕは第１閾値Ｉ１を超えないため、中性点接続経路２３に印加される電圧はＶ１となっている。そして、時間Ｔ２において、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２以上となっているため、時間Ｔ２において、上述した電流遮断制御が行われる。電流遮断制御が行われることにより、中性点接続経路２３に印加される電圧はゼロになる。そして、回路中に残存する電力が回路中で消費され、それに伴い中性点接続経路２３に流れる電流も減少する。そして、中性点接続経路２３に流れる電流はやがてゼロとなる。

【0039】

本実施形態は、上記構成により、第２蓄電手段の充電に必要とされる電力が上昇する重負荷時等、中性点接続経路２３に流れる電流が増加した場合には、電圧を抑制し、第１バッテリ２０ａと第２バッテリ２０ｂとの間での電力の授受を継続することができる。一方、回路中で短絡が発生した場合等の、中性点接続経路２３に大電流が流れる場合には、電流を遮断することにより回路を保護することができる。したがって、電力の授受の速度を担保しつつ、負荷短絡時等の大電流から回路を保護することができる。

【0040】

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置と構成は共通しており、制御装置３０が実行する制御が異なっている。

【0041】

図６は、本実施形態に係る制御を行う際の、中性点電流Ｉｎｅｕと目標電圧Ｖｏｕｔ’との関係を示している。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、中性点電流Ｉｎｅｕが過電流であるか否かを判定する閾値を第１閾値Ｉ１とし、回路中で短絡が発生し、大電流が流れたと判定する閾値を第２閾値Ｉ２としている。さらに、本実施形態では、第１閾値Ｉ１よりも大きく第２閾値Ｉ２よりも小さい第３閾値Ｉ３を設けている。中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１以上であり、第３閾値Ｉ３未満である場合には、第１バッテリ２０ａから第２バッテリ２０ｂへ供給される電力を一定とする定電力制御を行う。すなわち、目標電圧Ｖｏｕｔ’について、Ｖｏｕｔ’＝Ｖ１・Ｉ１／Ｉｎｅｕとして算出し、中性点電流Ｉｎｅｕの第１閾値Ｉ１から第３閾値Ｉ３への上昇に伴い、目標電圧Ｖｏｕｔ’が単調減少するものとして、昇圧処理を行う。

【0042】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３以上であり、第２閾値Ｉ２未満である場合には、中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３となるように、目標中性点電流Ｉｎｅｕ’を第３閾値Ｉ３とする定電流制御を行う。そして、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２を超えた場合には、第１実施形態と同様に、中性点接続経路２３を通過する電流の遮断する電流遮断制御を行う。

【0043】

図７は、制御装置３０が実行する制御を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期で実行される。

【0044】

まず、中性点電流Ｉｎｅｕが、第１閾値Ｉ１よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ２０１）。中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、中性点電流Ｉｎｅｕは過電流ではないため、目標電圧Ｖｏｕｔ’を定格電圧Ｖ１とする（Ｓ２０２）。一方、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ２０３）。

【0045】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいと判定された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、第１バッテリ２０ａから第２バッテリ２０ｂへ供給される電力を一定とする（Ｓ２０４）。すなわち、上述した定電力制御を行う。

【0046】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ２０５）。中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、回路中で短絡は発生していないものの、中性点接続経路２３には過電流が流れているため、中性点電流Ｉｎｅｕを第３閾値Ｉ３に保つ定電流制御が行われる（Ｓ２０６）。

【0047】

そして、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、回路中に短絡が発生しているおそれがあるため、第１実施形態に準ずる電流遮断制御を行う（Ｓ２０７）。

【0048】

上記構成により、中性点電流Ｉｎｅｕが、過電流から回路を保護する必要が生ずる第１閾値Ｉ１よりも大きくなった場合においても、第１バッテリ２０ａと第２バッテリ２０ｂとの間で授受される電力を一定に保つことができる。そのため、中性点電流Ｉｎｅｕが、過電流から回路を保護する必要が生ずる値となった場合においても、中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも大きくならない限りは、電力の授受効率を維持することができる。

【0049】

＜第３実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置と構成は共通しており、制御装置３０が実行する制御が異なっている。

【0050】

図８は、本実施形態に係る制御を行う際の、中性点電流Ｉｎｅｕと目標電圧Ｖｏｕｔ’との関係を示している。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、中性点電流Ｉｎｅｕが過電流であるか否かを判定する閾値を第１閾値Ｉ１とし、回路中で短絡が発生し、大電流が流れたと判定する閾値を第２閾値Ｉ２としている。また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１閾値Ｉ１よりも大きく第２閾値Ｉ２よりも小さい第３閾値Ｉ３を設けている。中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１以上であり、第３閾値Ｉ３未満である場合には、目標電圧Ｖｏｕｔ’を、数式１に係る演算により求める。

【0051】

【数1】

すなわち、中性点電流Ｉｎｅｕの第１閾値Ｉ１から第３閾値Ｉ３への上昇に伴い、目標電圧Ｖｏｕｔ’が、定格電圧Ｖ１から、定格電圧Ｖ１よりも小さく０よりも大きい値であるＶ２まで単調減少するものとして、昇圧処理を行う。

【0052】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３以上であり、第２閾値Ｉ２未満である場合には、中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３となるように、目標中性点電流Ｉｎｅｕ’を第３閾値Ｉ３とする定電流制御を行う。そして、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２を超えた場合には、第１、第２実施形態と同様に、中性点接続経路２３を通過する電流を遮断する電流遮断制御を行う。

【0053】

図９は、制御装置３０が実行する制御を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期で実行される。

【0054】

まず、中性点電流Ｉｎｅｕが、第１閾値Ｉ１よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ３０１）。中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、中性点電流Ｉｎｅｕは過電流ではないため、目標電圧Ｖｏｕｔ’を定格電圧Ｖ１とする（Ｓ３０２）。一方、中性点電流Ｉｎｅｕが第１閾値Ｉ１よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ３０３）。

【0055】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいと判定された場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、目標電圧Ｖｏｕｔ’を数式１により算出し、算出された目標電圧Ｖｏｕｔ’を用いて昇圧処理を行う。すなわち、中性点電流Ｉｎｅｕの第１閾値Ｉ１から第３閾値Ｉ３へと上昇するのに伴い、目標電圧Ｖｏｕｔ’が直線的に減少する。

【0056】

中性点電流Ｉｎｅｕが第３閾値Ｉ３よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいか否かの判定がなされる（Ｓ３０５）。中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定された場合（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、回路中で短絡は発生していないものの、中性点接続経路２３には過電流が流れているため、中性点電流Ｉｎｅｕを第３閾値Ｉ３に保つ、上述した定電流制御が行われる（Ｓ３０６）。

【0057】

そして、中性点電流Ｉｎｅｕが第２閾値Ｉ２よりも小さいと判定されなかった場合（Ｓ３０５：ＮＯ）、回路中に短絡が発生しているおそれがあるため、第１実施形態及び第２実施形態に準ずる電流遮断制御を行う（Ｓ３０７）。

【0058】

本実施形態に係る電力変換装置は、上記構成により、第２実施形態に準ずる効果を奏する。

【0059】

＜変形例＞
・上記各実施形態において、中性点接続経路２３に設けた中性点電流センサ２６の検出値を用いて昇降圧処理を行うものとした。しかしながら、第１巻線群１４の各相、及び、第２巻線群１６の各相に設けられた電流センサの検出値を用いて、中性点接続経路２３に流れる電流を算出し、昇降圧処理を行うものとしてもよい。また、各相のうち、１相を除く各相に電流センサを設けるものとしてもよい。上述した各実施形態では、一対のアームスイッチを用いて昇圧を行うものを例示しているが、各相又は１相を除く各相に、目標中性点電流Ｉｎｅｕ’を各相の目標電流として分配するものとすることができる。こうすることにより、第２インバータ１８ｂの各アームスイッチに対する負荷が分散され、それに伴い、各アームスイッチの発熱を抑制することができる。また、３相巻線の特定の相の巻線のみに電流が流れるものとならず、３相巻線の各相に電流を分散させることができる。これにより、各相巻線における発熱を抑制することもできる。

【0060】

・上記第２実施形態では、中性点電流Ｉｎｅｕの第１閾値Ｉ１から第３閾値Ｉ３への変化に対して、定電力制御を行うものとし、第３実施形態では、目標電圧Ｖｏｕｔ’をＶ１からＶ２にかけて直線的に降下させるものとした。しかしながら、これらに限られず、目標電圧Ｖｏｕｔ’がＶ１からＶ２にかけて単調減少していればよい。

【0061】

上記各実施形態において、第１バッテリ２０ａの定格電圧を１２Ｖとし、第２バッテリ２０ｂの定格電圧を４８Ｖとした。しかしながら、第１バッテリ２０ａの定格電圧と第２バッテリ２０ｂの定格電圧はこれに限られず、第１バッテリ２０ａの定格電圧が第２バッテリ２０ｂの定格電圧よりも低ければよい。言い換えれば、２つのバッテリ間で昇圧処理を行って電力の授受を行う際に、低圧のバッテリに接続されたインバータで電流遮断制御を行い、高圧のバッテリに接続されたインバータで、電圧抑制制御を行うものであればよい。

【0062】

・上記実施形態において、回転電機を３相回転電気としたが、３相以外の多相回転電気であってもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０…モータ、１４…第１巻線群、１６…第２巻線群、１８ａ…第１インバータ、１８ｂ…第２インバータ、２０ａ…第１バッテリ、２０ｂ…第２バッテリ、２３…中性点接続経路、２６…中性点電流センサ、３０…制御装置、Ｎ１…第１中性点、Ｎ２…第２中性点、ＱＵｎ…Ｕ相下アームスイッチ、ＱＵｐ…Ｕ相上アームスイッチ、ＱＶｎ…Ｖ相下アームスイッチ、ＱＶｐ…Ｖ相上アームスイッチ、ＱＷｎ…Ｗ相下アームスイッチ、ＱＷｐ…Ｗ相上アームスイッチ、ＱＸｎ…Ｘ相下アームスイッチ、ＱＸｐ…Ｘ相上アームスイッチ、ＱＹｎ…Ｙ相下アームスイッチ、ＱＹｐ…Ｙ相上アームスイッチ、ＱＺｎ…Ｚ相下アームスイッチ、ＱＺｐ…Ｚ相上アームスイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】