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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024154732
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20241024BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023068729
(22)【出願日】2023-04-19
(71)【出願人】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】100175134
【弁理士】
【氏名又は名称】北 裕介
(74)【代理人】
【識別番号】100207859
【弁理士】
【氏名又は名称】塩谷 尚人
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 洋祐
(72)【発明者】
【氏名】楠本 将大
(72)【発明者】
【氏名】滝 雅人
(72)【発明者】
【氏名】福田 純一
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770BA02
5H770BA20
5H770CA06
5H770DA03
5H770DA10
5H770DA41
5H770EA30
5H770HA02Y
5H770HA03W
5H770HA07Z
5H770JA10X
5H770JA17Z
(57)【要約】
【課題】外部充電制御を簡易に実施できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置２０は、バッテリ１０と、回転電機３０と、充電器１１と、を備えるシステムに適用される。電力変換装置２０は、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れる電流を制御する各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬを有し、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨのドレインを接続している正極側経路Ｌｐが、バッテリ１０の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相下アームスイッチＳＵＬ～ＳＷＬのソースを接続している負極側経路Ｌｎが、バッテリ１０の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ４０と、負極側経路Ｌｎに、充電器１１の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部８１と、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに、充電器１１の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部８０と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】電力変換装置２０は、バッテリ１０と、回転電機３０と、充電器１１と、を備えるシステムに適用される。電力変換装置２０は、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れる電流を制御する各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬを有し、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨのドレインを接続している正極側経路Ｌｐが、バッテリ１０の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相下アームスイッチＳＵＬ～ＳＷＬのソースを接続している負極側経路Ｌｎが、バッテリ１０の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ４０と、負極側経路Ｌｎに、充電器１１の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部８１と、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに、充電器１１の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部８０と、を備える。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
充放電可能な蓄電部（１０）と、
複数相の電機子巻線（３２Ｕ～３２Ｗ）を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機（３０）と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器（１１）と、を備えるシステムに適用される電力変換装置（２０）において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチ（ＳＵＨ～ＳＷＬ）を相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路（Ｌｐ）が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路（Ｌｎ）が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ（４０）と、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部（８１）と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路（３４Ｕ～３４Ｗ，４２Ｕ～４２Ｗ，５０Ｕ～５０Ｗ）のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部（８０）と、を備える、電力変換装置。
複数相の電機子巻線（３２Ｕ～３２Ｗ）を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機（３０）と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器（１１）と、を備えるシステムに適用される電力変換装置（２０）において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチ（ＳＵＨ～ＳＷＬ）を相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路（Ｌｐ）が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路（Ｌｎ）が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ（４０）と、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部（８１）と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路（３４Ｕ～３４Ｗ，４２Ｕ～４２Ｗ，５０Ｕ～５０Ｗ）のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部（８０）と、を備える、電力変換装置。
【請求項2】
前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記回転電機の出力トルクを所定値以下にしつつ、前記充電器の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧を蓄電部に供給する昇圧動作を行うべく、前記電流スイッチのスイッチング制御を行う制御部と、を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
各相のうち、前記回転電機のロータ（３１）における電気角に応じて定められる相であり、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流すｑ軸電流を０又は０付近の値とした場合に、前記線電流経路に流れる電流の向きが他の相とは逆向きである相を特定相とし、
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記スイッチング制御が行われることに先立ち、前記充電入力相が前記特定相となるように、前記ロータの電気角を調整する処理、及び前記充電入力相を定める処理の少なくともいずれかである事前処理を行う処理部を備える、請求項２に記載の電力変換装置。
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記スイッチング制御が行われることに先立ち、前記充電入力相が前記特定相となるように、前記ロータの電気角を調整する処理、及び前記充電入力相を定める処理の少なくともいずれかである事前処理を行う処理部を備える、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路を接続する充電経路（Ｌｃ，Ｌｕ～Ｌｗ）と、
各相の前記充電経路に設けられた充電スイッチ（Ｑｕ～Ｑｗ）と、を備え、
前記処理部は、前記事前処理として、前記ロータの電気角に基づいて、前記各充電スイッチのうちいずれかをオンすることにより、前記充電入力相を定める処理を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
各相の前記充電経路に設けられた充電スイッチ（Ｑｕ～Ｑｗ）と、を備え、
前記処理部は、前記事前処理として、前記ロータの電気角に基づいて、前記各充電スイッチのうちいずれかをオンすることにより、前記充電入力相を定める処理を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路のうちいずれかを接続する充電経路（Ｌｅ）を備え、
前記充電入力相は、前記充電経路を介して前記正極側接続部と前記線電流経路とが接続された相であり、
前記処理部は、前記事前処理として、前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲内に、前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
前記充電入力相は、前記充電経路を介して前記正極側接続部と前記線電流経路とが接続された相であり、
前記処理部は、前記事前処理として、前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲内に、前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲には、第１範囲と、前記第１範囲外の第２範囲とが含まれ、
前記処理部は、前記事前処理として、前記第１範囲及び前記第２範囲のうち現状における前記ロータの電気角から近い方である特定範囲に前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、請求項５に記載の電力変換装置。
前記処理部は、前記事前処理として、前記第１範囲及び前記第２範囲のうち現状における前記ロータの電気角から近い方である特定範囲に前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記回転電機のロータ（３１）の電気角に基づいて、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比であって、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比を設定する設定部を備え、
前記制御部は、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比が前記設定部により設定された前記電流比になるように、前記スイッチング制御を行う、請求項２～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記制御部は、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比が前記設定部により設定された前記電流比になるように、前記スイッチング制御を行う、請求項２～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記制御部は、前記スイッチング制御において、
前記蓄電部の電圧及び前記充電器の充電電力の電圧に基づいて、前記昇圧動作の昇圧比を算出し、
前記昇圧比及び前記電流比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチのデューティ比を算出し、
各相の上アームの前記電流スイッチ及び前記充電入力相における下アームの前記電流スイッチをオフすると共に、前記デューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチをオンオフする、請求項７に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記スイッチング制御において、
前記蓄電部の電圧及び前記充電器の充電電力の電圧に基づいて、前記昇圧動作の昇圧比を算出し、
前記昇圧比及び前記電流比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチのデューティ比を算出し、
各相の上アームの前記電流スイッチ及び前記充電入力相における下アームの前記電流スイッチをオフすると共に、前記デューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチをオンオフする、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記各電流スイッチには、逆並列にダイオード（ＤＵＨ～ＤＷＬ）が接続されており、
前記充電器の充電電力の電圧が前記蓄電部の電圧よりも高い場合に、前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記電流スイッチをオフする制御部を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
前記充電器の充電電力の電圧が前記蓄電部の電圧よりも高い場合に、前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記電流スイッチをオフする制御部を備える、請求項１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、インバータを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の電力変換装置としては、電気自動車等の蓄電部と、蓄電部の充電電力を供給する充電器を備えるシステムに適用されるものが知られている。電力変換装置は、充電器から蓄電部へ電力を供給する外部充電制御を行う際に、充電器の出力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を蓄電部へ供給する昇圧動作を行うべく、インバータのスイッチング制御を行う。これにより、電力変換装置とは別に昇圧コンバータを設けることなく外部充電制御を行うことが可能となり、システムの小型化が図られる。このような技術の例として、特許文献１に開示された技術が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１６０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
外部充電制御を簡易に実施できる電力変換装置が望まれている。
【0005】
例えば、特許文献１には、３レベルインバータの直流側に接続された２つのコンデンサの中間端子に充電器の正極側が接続される構成が記載されている。この構成を２レベルインバータに採用した場合、インバータ及びインバータに接続されたコンデンサの構造を変更することが必要となることに起因して、外部充電制御を簡易に実施できないことが懸念される。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、外部充電制御を簡易に実施できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、
充放電可能な蓄電部と、
複数相の電機子巻線を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器と、を備えるシステムに適用される電力変換装置において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチを相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータと、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部と、を備える。
充放電可能な蓄電部と、
複数相の電機子巻線を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器と、を備えるシステムに適用される電力変換装置において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチを相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータと、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部と、を備える。
【0008】
本発明によれば、各相において上下アームの各電流スイッチの接続点及び各電機子巻線の端部を接続している線電流経路のうち少なくとも１相の線電流経路に、充電器の正極側が電気的に接続可能とされると共に、負極側経路に、充電器の負極側が電気的に接続可能とされる。この場合、電力変換装置及び回転機器において構造が変更されることを抑制しつつ、インバータ及び巻線を介して充電器を蓄電部に電気的に接続できる。そのため、インバータに昇圧動作を行わせるための構成を簡易に実現できる。その結果、外部充電制御を簡易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る充電システムの全体構成図。
【図2】昇圧動作の一例を示す図。
【図3】昇圧動作の一例を示す図。
【図4】制御装置が行う処理の機能ブロック図。
【図5】充電入力相と、特定相との対応関係を示す図。
【図6】制御装置が行う制御の処理手順を示すフローチャート。
【図7】通常充電制御の一例を示す図。
【図8】第２実施形態に係る充電システムの全体構成図。
【図9】特定範囲の説明に用いる図。
【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。本実施形態において電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両に搭載されている。
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。本実施形態において電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両に搭載されている。
【0011】
図１に示すように、充電システムは、バッテリ１０、電力変換装置２０及び回転電機３０を備えている。バッテリ１０は、充放電可能な２次電池であり、例えば百Ｖ以上となる端子電圧を有している。バッテリ１０は、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。なお、本実施形態において、バッテリ１０が「蓄電部」に相当する。
【0012】
回転電機３０は、車載主機であり、そのロータ３１が車両の駆動輪と動力伝達可能とされている。回転電機３０は、ブラシレスの同期機であり、例えば永久磁石同期機である。回転電機３０は、電機子巻線であるＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを備えている。各相巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは、電気角で互いに１２０°ずれている。各相巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは、インバータ４０を介してバッテリ１０に接続されている。
【0013】
電力変換装置２０は、インバータ４０を備えている。インバータ４０は、上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨと、下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬ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ＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬ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、より具体的にはＳｉＣ（シリコンカーバイド）系材料や、ＧａＮ（窒化ガリウム）系材料などによって構成されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられている。各スイッチＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬには、ボディダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが内蔵されている。なお、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬとして、Ｓｉで構成されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられてもよい。この場合、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続される。各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬが、「電流スイッチ」に相当する。
【0014】
各相上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨの高電位側端子であるドレインには、バスバー等の正極側経路Ｌｐを介して、バッテリ１０の正極端子が接続されている。各相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの低電位側端子であるソースには、バスバー等の負極側経路Ｌｎを介して、バッテリ１０の負極端子が接続されている。
【0015】
本実施形態において、インバータ４０は、インバータケース４１に収容されており、回転電機３０は、モータケース３３に収容されている。インバータケース４１及びモータケース３３は、互いに離間した位置に配置されている。インバータケース４１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相インバータ端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗを有している。モータケース３３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相モータ端子３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗを有している。
【0016】
充電システムは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗを備えている。各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗは、例えば、ケーブル又はバスバーである。各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗは、インバータケース４１及びモータケース３３それぞれの外部に設けられている。
【0017】
各相において、上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨ及び下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの接続点が、巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの端部に電気的に接続されている。具体的には、Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの接続点が、Ｕ相インバータ端子４２Ｕ、Ｕ相導電部材５０Ｕ及びＵ相モータ端子３４Ｕを介して、Ｕ相巻線３２Ｕの第１端に接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの接続点が、Ｖ相インバータ端子４２Ｖ、Ｖ相導電部材５０Ｖ及びＶ相モータ端子３４Ｖを介して、Ｖ相巻線３２Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの接続点が、Ｗ相インバータ端子４２Ｗ、Ｗ相導電部材５０Ｗ及びＷ相モータ端子３４Ｗを介して、Ｗ相巻線３２Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの第２端は中性点で接続されている。
【0018】
インバータ４０は、バッテリ１０から供給される電圧を平滑化するコンデンサ４３を備えている。コンデンサ４３は、正極側経路Ｌｐ及び負極側経路Ｌｎを電気的に接続している。なお、コンデンサ４３は、インバータ４０の外部に設けられていてもよい。
【0019】
充電システムは、電圧センサ６０、電流センサ６１及び回転角センサ６２を備えている。電圧センサ６０は、コンデンサ４３の電圧を検出する。電流センサ６１は、各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに流れる電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する。回転角センサ６２は、例えばレゾルバにより構成され、回転電機３０を構成するロータ３１の電気角を検出する。各センサ６０～６２の検出値は、電力変換装置２０が備える制御装置７０に入力される。
【0020】
制御装置７０は、ＣＰＵや各種メモリを備えるマイクロコンピュータを主体として構成される。マイクロコンピュータが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイクロコンピュータがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイクロコンピュータは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、図６等に示す処理のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えばＯＴＡ（Over The Air）等、インターネット等の通信ネットワークを介してダウンロード及び更新が可能である。
【0021】
制御装置７０は、回転電機３０の駆動制御と、外部充電制御とを行う。回転電機３０の駆動制御は、車両を走行させるためのであって、回転電機３０の制御量（例えばトルク）を指令値に制御するための制御である。制御装置７０は、インバータ４０が有する各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬを交互にオンするためのスイッチング指令を生成する。スイッチング指令は、オン指令又はオフ指令である。
【0022】
外部充電制御は、車両の停車中において、充電システムが備える充電器１１からバッテリ１０へと電力を供給する制御である。充電器１１は、バッテリ１０、電力変換装置２０、各種センサ６０～６２を備える車両の外部に設けられている。充電器１１は、例えば、定置式の充電器であり、急速充電器とも呼ばれる。充電器１１は、例えば、直流電源であるが、交流電源であってもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータが必要となる。
【0023】
ここで、外部充電制御を簡易に実施できる電力変換装置が望まれている。
【0024】
例えば、外部充電制御を実施するための構成として、３レベルインバータの直流側に接続された２つのコンデンサの中間端子に、充電器の正極側を接続する構成が考えられる。しかしながら、この構成を２レベルインバータに採用した場合、インバータ及びインバータに接続されたコンデンサの構造を変更することが必要となることに起因して、外部充電制御を簡易に実施できないことが懸念される。
【0025】
また、例えば、回転電機の各相巻線の中性点に、充電器の正極側を接続する構成が考えられる。しかしながら、この構成を採用した場合、回転電機の構造を変更することが必要となることに起因して、外部充電制御を簡易に実施できないことが懸念される。
【0026】
上述した点に鑑みて、本実施形態に係る電力変換装置２０は、以下の構成を備えている。
【0027】
電力変換装置２０は、正極側接続部８０及び負極側接続部８１を備えている。負極側接続部８１は、負極側充電経路Ｌｄを介してインバータ４０の負極側経路Ｌｎに接続されている。正極側接続部８０は、正極側充電経路Ｌｃを介して各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに接続されている。正極側充電経路Ｌｃは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相接続経路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。本実施形態では、Ｕ相接続経路Ｌｕを介して正極側接続部８０及びＵ相導電部材５０Ｕが接続され、Ｖ相接続経路Ｌｖを介して正極側接続部８０及びＶ相導電部材５０Ｖが接続され、Ｗ相接続経路Ｌｗを介して正極側接続部８０及びＷ相導電部材５０Ｗが接続されている。
【0028】
なお、各相接続経路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに代えて、各相インバータ端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ又は各相モータ端子３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗに接続されてもよい。本実施形態において、各相モータ端子３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗ、各相インバータ端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ及び各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗが「線電流経路」に相当する。
【0029】
各相接続経路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗには、各相充電スイッチＱｕ，Ｑｖ，Ｑｗが設けられている。また、負極側充電経路Ｌｄには、負極側充電スイッチＱｎが設けられている。各相充電スイッチＱｕ，Ｑｖ，Ｑｗ及び負極側充電スイッチＱｎは、機械式リレー又は半導体スイッチング素子である。各相充電スイッチＱｕ，Ｑｖ，Ｑｗ及び負極側充電スイッチＱｎは、制御装置７０により駆動される。
【0030】
正極側接続部８０が充電器１１の正極端子に接続可能とされ、負極側接続部８１が充電器１１の負極端子に接続可能とされている。具体的には、正極側接続部８０及び負極側接続部８１により構成される車両のインレットが、充電器１１側のコネクタに接続可能に構成されている。車両のユーザ（例えばドライバ）又は作業者により車両のインレット及び充電器１１側のコネクタが接続され、正極側接続部８０及び負極側接続部８１を介して充電器１１及びバッテリ１０が電気的に接続される。これにより、外部充電制御が実行可能な状態とされる。
【0031】
制御装置７０は、外部充電制御中において、充電器１１の充電電力の電圧がバッテリ１０の電圧よりも低い場合に、充電器１１の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧をバッテリ１０に供給する昇圧動作を行う。昇圧動作中において、回転電機３０及びインバータ４０は充電器１１の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータとして機能する。制御装置７０は、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちオンされた充電スイッチの相に応じて、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御を行うことにより、回転電機３０及びインバータ４０を昇圧コンバータとして機能させる。
【0032】
具体的には、制御装置７０は、昇圧動作において、充電スイッチがオンされた相の下アームスイッチ、及び各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨをオフする。また、制御装置７０は、昇圧動作において、各相のうち充電スイッチがオンされた相以外の相の下アームスイッチをオンオフする。
【0033】
図２及び図３に、昇圧動作の一例を示す。ここでは、Ｗ相充電スイッチＱｗがオンされ、正極側接続部８０を介して充電器１１の正極端子及びＷ相導電部材５０Ｗが接続されている場合の昇圧動作について説明する。この場合、制御装置７０は、昇圧動作中において、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及びＷ相下アームスイッチＳＷＬをオフすると共に、Ｕ，Ｖ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬをオンオフする。
【0034】
図２に、Ｕ，Ｖ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬがオンされると共に、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及びＷ相下アームスイッチＳＷＬがオフされる場合の電流経路を示す。この場合、充電器１１、正極側接続部８０、正極側充電経路Ｌｃ、Ｗ相接続経路Ｌｗ、Ｗ相導電部材５０Ｗ、Ｗ相巻線３２Ｗ、Ｕ，Ｖ相巻線３２Ｕ，３２Ｖ、Ｕ，Ｖ相導電部材５０Ｖ，５０Ｗ、Ｕ，Ｖ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ、負極側経路Ｌｎ、負極側充電経路Ｌｄ及び負極側接続部８１を含む閉回路が形成される。これにより、各相巻線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗに磁気エネルギが蓄積される。
【0035】
図３に、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬがオフされる場合の電流経路を示す。この場合、充電器１１、正極側接続部８０、正極側充電経路Ｌｃ、Ｗ相接続経路Ｌｗ、Ｗ相導電部材５０Ｗ、Ｗ相巻線３２Ｗ、Ｕ，Ｖ相巻線３２Ｕ，３２Ｖ、Ｕ，Ｖ相導電部材５０Ｖ，５０Ｗ、Ｕ，Ｖ相上アームダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ、正極側経路Ｌｐ、バッテリ１０、負極側充電経路Ｌｄ及び負極側接続部８１を含む閉回路が形成される。これにより、充電器１１の出力電圧が昇圧され、昇圧された電圧がバッテリ１０へと供給される。
【0036】
なお、Ｕ相充電スイッチＱｕがオンされると、正極側接続部８０を介して充電器１１の正極端子及びＵ相導電部材５０Ｕが接続される。この場合、制御装置７０は、昇圧動作中において、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及びＵ相下アームスイッチＳＵＬをオフすると共に、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＶＬ，ＳＷＬをオンオフする。Ｖ相充電スイッチＱｖがオンされると、正極側接続部８０を介して充電器１１の正極端子及びＶ相導電部材５０Ｖが接続される。この場合、制御装置７０は、昇圧動作中において、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及びＶ相下アームスイッチＳＶＬをオフすると共に、Ｕ，Ｗ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＷＬをオンオフする。
【0037】
各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれか２つがオンされ、正極側接続部８０を介して充電器１１の正極端子及び各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗのうちいずれか２つが接続されている場合に、昇圧動作を行うことが可能である。例えば、Ｕ，Ｖ相充電スイッチＱｕ，Ｑｖがオンされると、正極側接続部８０を介して充電器１１の正極端子及びＵ，Ｖ相導電部材５０Ｕ，５０Ｖが接続される。この場合、制御装置７０は、昇圧動作中において、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及びＵ，Ｖ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬをオフすると共に、Ｗ相下アームスイッチＳＷＬをオンオフする。
【0038】
制御装置７０は、外部充電制御において、回転電機３０の出力トルクを所定値以下にしつつ、昇圧動作を行うべく、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御を行う。なお、所定値は、車両が動かない程度の小さいトルクであればよい。例えば、所定値は、回転電機３０が出力可能な最大トルクの１５％以下、１０％以下又は５％以下のトルクである。
【0039】
以下では、制御装置７０が行う外部充電制御について説明する。図４に、外部充電制御を行う制御装置７０の構成を示す。
【0040】
制御装置７０は、処理部７１を備えている。処理部７１には、回転電機３０のロータ３１の電気角θが入力される。処理部７１は、回転電機３０のロータ３１の電気角θとして、回転角センサ６２の検出値を用いることが可能である。
【0041】
処理部７１は、昇圧動作を行うための各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御に先立ち、充電入力相を定める事前処理を行う。充電入力相は、各相のうち、昇圧動作中に各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる電流の向きが、正極側接続部８０側から各相巻線３２Ｕ～３２Ｗ側に向かう向きとなる相である。
【0042】
ここで、処理部７１は、事前処理として、回転電機３０のロータ３１の電気角θに基づいて、充電入力相が特定相となるように、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかをオンする。特定相は、各相のうち、回転電機３０のロータ３１における電気角θに応じて定められる相である。特定相は、回転電機３０の出力トルクが所定値以下となるように、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流すｑ軸電流を０又は０付近の値とした場合に、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる電流の向きが他の相とは逆向きとなる相である。
【0043】
図５に、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流すｑ軸電流を０とした場合における各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる線電流の波形と、特定相と、充電入力相との対応関係を示す。本実施形態では、充電入力相は、各相のうち充電スイッチＱｕ～Ｑｗがオンされた相である。なお、図５では、実線によりＵ相導電部材５０Ｕに流れる電流を示し、破線によりＶ相導電部材５０Ｖに流れる電流を示し、一点鎖線によりＷ相導電部材５０Ｗに流れる電流を示す。各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに流れる電流の符号は、各相において、上，下アームスイッチの接続点から巻線の第１端へと流れる方向を正とし、巻線の第１端から上，下アームスイッチの接続点へと流れる方向を負とする。
【0044】
例えば、回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°である場合、Ｕ，Ｖ相導電部材５０Ｕ，５０Ｖに流れる線電流の符号が負であり、Ｗ相導電部材５０Ｗに流れる線電流の符号が正である。そのため、回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°である場合の特定相は、Ｗ相である。処理部７１は、特定相がＷ相である場合、Ｗ相充電スイッチＱｗをオンする。これにより、充電入力相が特定相であるＷ相に定められる。なお、回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°である場合に限らず、３０°≦θ＜９０°及び２１０°≦θ＜２７０°である場合の特定相は、Ｗ相である。この場合、処理部７１は、同様にして、Ｗ相充電スイッチＱｗをオンする。
【0045】
回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°である場合に充電入力相がＷ相に定められたのと同様にして、電気角θに応じて充電入力相が以下のように定められている。０°≦θ＜３０°、１５０°≦θ＜２１０°及び３３０°≦θ＜３６０°である場合の特定相は、Ｕ相である。処理部７１は、特定相がＵ相である場合、Ｕ相充電スイッチＱｕをオンする。これにより、充電入力相が特定相であるＵ相に定められる。
【0046】
９０°≦θ＜１５０°及び２７０°≦θ＜３３０°である場合の特定相は、Ｖ相である。処理部７１は、特定相がＶ相である場合、Ｖ相充電スイッチＱｖをオンする。これにより、充電入力相が特定相であるＶ相に定められる。
【0047】
図４の説明に戻り、制御装置７０は、設定部７２を備えている。処理部７１は、事前処理が完了したことを伝達する伝達信号Ｓｇを、設定部７２に出力する。伝達信号Ｓｇには、充電入力相の情報が含まれる。設定部７２は、伝達信号Ｓｇを受信した場合に、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる電流の大きさの比である電流比Ｉｒを設定する。言い換えると、設定部７２は、充電入力相が定められた後において、電流比Ｉｒを設定する。設定部７２は、回転電機３０のロータ３１の電気角θに基づいて、回転電機３０の出力トルクが所定値以下となるように、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比Ｉｒを設定する。設定部７２は、回転電機３０のロータ３１の電気角θとして、回転角センサ６２の検出値を用いることが可能である。
【0048】
例えば、図５に示すように、設定部７２は、回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°である場合、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れるｑ軸電流が０となるように電流比Ｉｒを、｜Ｉｕ｜：｜Ｉｖ｜：｜Ｉｗ｜＝１：１：２に設定する。なお、設定部７２は、回転電機３０のロータ３１の電気角θが２４０°以外である場合にも、電気角θが２４０°の場合と同様に、電流比Ｉｒを設定することが可能である。
【0049】
制御装置７０は、算出部７３を備えている。算出部７３には、電流比Ｉｒ、バッテリ１０の電圧を示す電圧情報ＶＨ及び充電器１１の充電電力の電圧を示す電圧情報Ｖｉｎが入力される。算出部７３は、電流比Ｉｒに基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのオン時間を算出する。算出部７３は、バッテリ１０の電圧情報ＶＨ及び充電器１１の充電電力の電圧情報Ｖｉｎに基づいて、昇圧動作における昇圧比を算出する。そして、算出部７３は、昇圧比と各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのオン時間とに基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのオフ時間を算出する。これにより、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのデューティ比が算出される。デューティ比は、スイッチの１スイッチング周期に対するオン期間の比率である。昇圧動作中において、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及び充電入力相の下アームスイッチは、オフされる。
【0050】
なお、設定部７２は、バッテリ１０の電圧情報ＶＨとして、電圧センサ６０の検出値やバッテリ１０の定格電圧の情報を用いることが可能である。また、設定部７２は、充電器１１の充電電力の電圧情報Ｖｉｎとして、制御装置７０に対して上位のＥＣＵから送信される充電器１１の情報を用いることが可能である。この場合、上位のＥＣＵが充電器１１の充電電力の電圧情報Ｖｉｎを取得することが必要となる。
【0051】
図６に、制御装置７０により実行される制御の処理手順を示す。この制御は所定周期ごとに繰り返し実行される。
【0052】
ステップＳ１０では、外部充電制御を行うか否かを判定する。外部充電制御を行うか否かの判定は、制御装置７０に対して上位のＥＣＵからの送信情報に基づいて行うことが可能である。具体的には、上位のＥＣＵからの送信情報に基づいて、正極側接続部８０及び負極側接続部８１を介して充電器１１及びバッテリ１０が電気的に接続された状態であり、かつ指令トルクが０であるかを判定する。ステップＳ１０において否定判定した場合、ステップＳ１７に進む。一方、ステップＳ１０において肯定判定した場合、負極側充電スイッチＱｎをオンし、ステップＳ１１に進む。
【0053】
ステップＳ１１では、昇圧動作を行うか否かを判定する。昇圧動作を行うか否かの判定は、バッテリ１０の電圧と充電器１１の充電電力の電圧との比較に基づいて行うことが可能である。充電器１１の充電電力の電圧がバッテリ１０の電圧より低い場合に、昇圧動作を行うと判定し、ステップＳ１２に進む。一方、充電器１１の充電電力の電圧がバッテリ１０の電圧より高い場合に、昇圧動作を行わないと判定し、ステップＳ１６に進む。なお、バッテリ１０の電圧としては、電圧センサ６０の検出値やバッテリ１０の定格電圧を用いることが可能である。充電器１１の充電電力の電圧としては、制御装置７０に対して上位のＥＣＵから送信される情報を用いることが可能である。
【0054】
ステップＳ１２では、回転電機３０のロータ３１の電気角θを取得する。回転電機３０のロータ３１の電気角θとしては、回転角センサ６２の検出値を用いることが可能である。ステップＳ１３では、取得した電気角θに基づいて、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかをオンする事前処理を行う。これにより、充電入力相が定められる。ステップＳ１３において、制御装置７０は、処理部７１として機能する。
【0055】
ステップＳ１４では、回転電機３０のロータ３１の電気角θに基づいて、回転電機３０の出力トルクが所定値以下になるように、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比Ｉｒを設定する。ステップＳ１４において、制御装置７０は、設定部７２として機能する。ステップＳ１５では、昇圧動作を行うためのスイッチング制御を行う。具体的には、バッテリ１０の電圧情報ＶＨ及び充電器１１の充電電力の電圧情報Ｖｉｎに基づいて、昇圧比を算出する。そして、電流比Ｉｒ及び昇圧比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのデューティ比を算出する。そして、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及び充電入力相の下アームスイッチをオフすると共に、算出したデューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチをオンオフする。これにより、回転電機３０及びインバータ４０を昇圧コンバータとして機能させ、外部充電制御を実行することが可能となる。ステップＳ１５において、制御装置７０は、算出部７３として機能する。
【0056】
ステップＳ１６では、通常充電制御を行う。通常充電制御では、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬをオフし、かつ各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうち少なくとも１つをオンする。この場合、充電器１１の充電電力は、オンされた充電スイッチの相における上アームダイオードを介してバッテリ１０に供給される。例えば、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗをオンして通常充電制御を行うことが可能である。この場合、図７に示すように、充電器１１、正極側接続部８０、正極側充電経路Ｌｃ、各相接続経路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ、各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ、各相上アームダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ、正極側経路Ｌｐ、バッテリ１０、負極側充電経路Ｌｄ及び負極側接続部８１を含む閉回路が形成される。これにより、充電器１１からバッテリ１０へと電力が供給される。本実施形態において、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理が「制御部」に相当する。
【0057】
ステップＳ１７では、回転電機３０の駆動制御を行う。この場合、例えば、制御量を、回転電機３０のトルクとし、指令値を、上位の制御装置から入力される指令トルクとして、電流フィードバック制御を行う。電流フィードバック制御は、各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに流れる電流を、指令トルクに基づいて設定される指令電流にするフィードバック制御である。各相導電部材５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに流れる電流としては、電流センサ６１の検出値を用いることが可能である。
【0058】
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。
【0059】
電力変換装置２０において、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに、充電器１１の正極端子が電気的に接続可能とされると共に、負極側経路Ｌｎに、充電器１１の負極端子が電気的に接続可能とされる。この場合、回転電機３０及びインバータ４０において構造が変更されることを抑制しつつ、インバータ４０及び各相巻線３２Ｕ～３２Ｗを介して充電器１１をバッテリ１０に電気的に接続できる。そのため、インバータ４０に昇圧動作を行わせるための構成を簡易に実現できる。その結果、外部充電制御を簡易に実施することができる。
【0060】
正極側接続部８０及び負極側接続部８１を介して充電器１１及びバッテリ１０が電気的に接続された状態において、回転電機３０の出力トルクを所定値以下にしつつ、昇圧動作を行うべく、スイッチング制御が行われる。これにより、回転電機３０のロータ３１が意図せず回転することを抑制しつつ、外部充電制御を実施することができる。そのため、回転電機３０のロータ３１が意図せず回転することに起因して、外部充電制御を実施できない事態の発生を抑制でき、外部充電制御を簡易に実施することができる。
【0061】
スイッチング制御が行われることに先立ち、充電入力相が特定相となるように、各充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかをオンする事前処理が行われる。充電入力相が特定相に一致した状態では、昇圧動作中において、回転電機３０の出力トルクが所定値以下となるように、電機子巻線に流すｑ軸電流を０又は０付近の値に制御することが可能となる。そのため、事前処理が行われた後において、昇圧動作を行うためのスイッチング制御が行われることにより、外部充電制御中において、回転電機３０のロータ３１が意図せず回転することを的確に抑制することができる。
【0062】
正極側接続部８０及び各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗを接続する各相接続経路Ｌｕ～Ｌｗが備えられ、各相接続経路Ｌｕ～Ｌｗには各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗが設けられている。この構成では、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかがオンされることにより、充電入力相を定めることが可能となる。そこで、本実施形態によれば、回転電機３０のロータ３１の電気角θに基づいて、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかをオンすることにより、充電入力相が定められる。これにより、充電入力相を特定相に的確に一致させることができる。
【0063】
回転電機３０のロータ３１の電気角θに基づいて、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる線電流の大きさの比であって、回転電機３０の出力トルクが所定値以下となるように、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比が設定される。そして、各相導電部材５０Ｕ～５０Ｗに流れる電流の大きさが設定された電流比になるように、スイッチング制御が行われる。これにより、回転電機３０のロータ３１が回転することを抑制するのに好適なスイッチング制御を実施することができる。
【0064】
バッテリ１０の電圧情報ＶＨ及び充電器１１の充電電力の電圧情報Ｖｉｎに基づいて、昇圧比が算出され、昇圧比及び電流比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチのデューティ比が算出される。そして、各相上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ及び充電入力相の下アームスイッチがオフされると共に、デューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における各下アームスイッチがオンオフされる。これにより、充電器１１の充電電力の電圧を、バッテリ１０を充電可能な電圧に昇圧しつつ、回転電機３０のロータ３１が回転することを抑制するのに好適なスイッチング制御を実施することができる。
【0065】
充電器１１の充電電力の電圧がバッテリ１０の電圧よりも高い場合に、正極側接続部８０及び負極側接続部８１を介して充電器１１及びバッテリ１０が電気的に接続された状態において、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬがオフされる。充電器１１の充電電力の電圧がバッテリ１０の電圧よりも高い場合では、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗがオンされた相の上アームダイオードを介して、充電器１１の出力電流がバッテリ１０に供給される。これにより、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御を行うことなく、外部充電制御を行うことができる。そのため、外部充電制御を簡易に実施することができる。
【0066】
＜第２実施形態＞
以下、第２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。
以下、第２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。
【0067】
図８に、本実施形態に係る充電システムの全体構成図を示す。本実施形態において、正極側接続部８０は、正極側充電経路Ｌｅを介して各相導電部材５０Ｕ～５０ＷのうちＷ相導電部材５０Ｗのみと接続されている。正極側充電経路Ｌｅには、Ｗ相充電スイッチＱｗが設けられている。なお、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。
【0068】
以下では、本実施形態に係る制御装置７０が行う外部充電制御について説明する。
【0069】
上述した構成では、充電入力相がＷ相に定められる。一方で、回転電機３０のロータ３１の電気角θを変化させ、特定相を変更することが可能である。そこで、処理部７１は、事前処理として、回転電機３０のロータ３１の電気角θを特定範囲内の値とするように、回転電機３０のロータ３１の電気角θを調整する処理を行う。ここで、特定範囲は、回転電機３０のロータ３１における電気角θの範囲であって、充電入力相が特定相となる電気角θの範囲である。具体的には、充電入力相が特定相となる電気角θの範囲には、第１範囲と、第１範囲の最小値及び最大値に１８０°を加算した値から定められる第２範囲とがある。例えば、図９に示すように、充電入力相がＷ相に定められている場合、３０°≦θ≦９０°が第１範囲Ａ１であり、２１０°≦θ≦２７０°が第２範囲Ａ２である。
【0070】
処理部７１は、事前処理において、第１範囲及び第２範囲のうち現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θから近い方を特定範囲とし、特定範囲内に回転電機３０のロータ３１の電気角θが含まれるように、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬをオンオフさせて各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流し、回転電機３０のロータ３１を回転させる。例えば、処理部７１は、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θに対して、第１範囲の中央値までの角度及び第２範囲の中央値までの角度が小さい方を特定範囲とすればよい。
【0071】
具体的には、図９に示すように、処理部７１は、事前処理において、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが１８０°である場合に、第２範囲Ａ２を特定範囲とし、第２範囲Ａ２内に電気角θが含まれるように、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬをオンオフさせて各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流し、回転電機３０のロータ３１を回転させる。これにより、事前処理において、電気角θを第１範囲Ａ１内の値とする場合に比べて、回転電機３０のロータ３１が回転することを抑制できる。なお、図９では、実線によりＵ相導電部材５０Ｕに流れる電流を示し、破線によりＶ相導電部材５０Ｖに流れる電流を示し、一点鎖線によりＷ相導電部材５０Ｗに流れる電流を示している。
【0072】
また、例えば、処理部７１は、事前処理において、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが１８０°である場合に、電気角θを、第２範囲Ａ２内の中央値である２４０°より小さい値まで変化させてもよいし、２４０°まで変化させてもよいし、２４０°より大きい値まで変化させてもよい。処理部７１は、事前処理において、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが１８０°である場合に、第１範囲Ａ１内に電気角θが含まれるように、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬをオンオフさせて各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流し、ロータ３１を回転させてもよい。
【0073】
本実施形態では、先の図６のステップＳ１２において、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θを取得する。言い換えると、事前処理を行う前の回転電機３０のロータ３１の電気角θを取得する。
【0074】
ステップＳ１３において、事前処理として、特定範囲内に回転電機３０のロータ３１の電気角θが含まれるように、回転電機３０のロータ３１を回転させ、ロータ３１の電気角θを調整する処理を行う。事前処理は、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬをオンオフさせ、各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流すことにより実行可能である。その後、Ｗ相充電スイッチＱｗ及び負極側充電スイッチＱｎをオンし、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４，Ｓ１５の処理は、第１実施形態と同様である。
【0075】
なお、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが、特定範囲内の値である場合には、ロータ３１の電気角θを調整する処理を行わなくてもよい。また、回転電機３０のロータ３１の電気角θを調整する処理を行うよりも前に、Ｗ相充電スイッチＱｗ及び負極側充電スイッチＱｎをオンし、充電器１１の充電電力を電源として各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流し、回転電機３０のロータ３１を回転させることにより、回転電機３０のロータ３１の電気角θを調整してもよい。
【0076】
本実施形態では、正極側充電経路Ｌｅを介して正極側接続部８０とＷ相導電部材５０Ｗとが接続されたＷ相が充電入力相となる。この場合、回転電機３０のロータ３１における電気角θの範囲であって、充電入力相が特定相となる電気角θの範囲が第１範囲Ａ１及び第２範囲Ａ２に定められる。そこで、充電入力相が特定相となる第２範囲Ａ２内に回転電機３０のロータ３１の電気角θが含まれるように、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのオンオフによって各相巻線３２Ｕ～３２Ｗに電流を流すことにより回転電機３０のロータ３１を回転させ、回転電機３０のロータ３１の電気角θが調整される。これにより、回転電機３０のロータ３１が回転させられ、充電入力相を特定相に的確に一致させることができる。
【0077】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【0078】
・第２実施形態において、正極側接続部８０は、正極側充電経路Ｌｅを介して各相導電部材５０Ｕ～５０ＷのうちＵ相導電部材５０Ｕのみと接続され、正極側充電経路Ｌｅには、Ｕ相充電スイッチＱｕが設けられてもよい。この場合、Ｕ相が充電入力相となり、充電入力相が特定相となる電気角θの範囲が０°≦θ＜３０°、１５０°≦θ＜２１０°及び３３０°≦θ＜３６０°に定められる。
【0079】
また、正極側接続部８０は、正極側充電経路Ｌｅを介して各相導電部材５０Ｕ～５０ＷのうちＶ相導電部材５０Ｖのみと接続され、正極側充電経路Ｌｅには、Ｖ相充電スイッチＱｖが設けられてもよい。この場合、Ｖ相が充電入力相となり、充電入力相が特定相となる電気角θの範囲が９０°≦θ≦１５０°及び２７０°≦θ≦３３０°に定められる。
【0080】
・第１実施形態において、先の図６のステップＳ１３の事前処理として、各相充電スイッチＱｕ～Ｑｗのうちいずれかをオンする処理と、回転電機３０のロータ３１の電気角θを調整する処理とを行ってもよい。
【0081】
例えば、事前処理として、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが０°≦θ＜３０°、１５０°≦θ＜２１０°及び３３０°≦θ＜３６０°である場合には、回転電機３０のロータ３１の電気角θを調整する処理を行い、現状における回転電機３０のロータ３１の電気角θが０°≦θ＜３０°、１５０°≦θ＜２１０°及び３３０°≦θ＜３６０°以外の値である場合には、Ｖ，Ｗ相充電スイッチＱｖ，Ｑｗのうちいずれかをオンする処理を行ってもよい。この場合、各相接続経路Ｌｕ～ＬｗのうちＵ相接続経路Ｌｕを省略することが可能である。
【0082】
・インバータに接続される蓄電部は、蓄電池に限らず、充放電可能なコンデンサであってもよい。
【0083】
・回転電機としては、各相の巻線が星形結線されるものに限らず、Δ結線されるものであってもよい。
【0084】
・インバータ、回転電機及び制御装置の搭載先としては、車両に限られず、例えば航空機又は船舶等の移動体であってもよい。移動体が航空機の場合、回転電機は航空機の飛行動力源となり、移動体が船舶の場合、回転電機は船舶の航行動力源となる。また、インバータ、回転電機及び制御装置の搭載先としては、移動体に限られない。
【0085】
・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。
【0086】
・以下、上述した各実施形態から抽出される特徴的な構成を記載する。
［構成１］
充放電可能な蓄電部（１０）と、
複数相の電機子巻線（３２Ｕ～３２Ｗ）を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機（３０）と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器（１１）と、を備えるシステムに適用される電力変換装置（２０）において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチ（ＳＵＨ～ＳＷＬ）を相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路（Ｌｐ）が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路（Ｌｎ）が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ（４０）と、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部（８１）と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路（３４Ｕ～３４Ｗ，４２Ｕ～４２Ｗ，５０Ｕ～５０Ｗ）のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部（８０）と、を備える、電力変換装置。
［構成２］
前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記回転電機の出力トルクを所定値以下にしつつ、前記充電器の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧を蓄電部に供給する昇圧動作を行うべく、前記電流スイッチのスイッチング制御を行う制御部と、を備える、構成１に記載の電力変換装置。
［構成３］
各相のうち、前記回転電機のロータ（３１）における電気角に応じて定められる相であり、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流すｑ軸電流を０又は０付近の値とした場合に、前記線電流経路に流れる電流の向きが他の相とは逆向きである相を特定相とし、
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記スイッチング制御が行われることに先立ち、前記充電入力相が前記特定相となるように、前記ロータの電気角を調整する処理、及び前記充電入力相を定める処理の少なくともいずれかである事前処理を行う処理部を備える、構成２に記載の電力変換装置。
［構成４］
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路を接続する充電経路（Ｌｃ，Ｌｕ～Ｌｗ）と、
各相の前記充電経路に設けられた充電スイッチ（Ｑｕ～Ｑｗ）と、を備え、
前記処理部は、前記事前処理として、前記ロータの電気角に基づいて、前記各充電スイッチのうちいずれかをオンすることにより、前記充電入力相を定める処理を行う、構成３に記載の電力変換装置。
［構成５］
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路のうちいずれかを接続する充電経路（Ｌｅ）を備え、
前記充電入力相は、前記充電経路を介して前記正極側接続部と前記線電流経路とが接続された相であり、
前記処理部は、前記事前処理として、前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲内に、前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、構成３に記載の電力変換装置。
［構成６］
前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲には、第１範囲と、前記第１範囲外の第２範囲とが含まれ、
前記処理部は、前記事前処理として、前記第１範囲及び前記第２範囲のうち現状における前記ロータの電気角から近い方である特定範囲に前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、構成５に記載の電力変換装置。
［構成７］
前記回転電機のロータ（３１）の電気角に基づいて、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比であって、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比を設定する設定部を備え、
前記制御部は、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比が前記設定部により設定された前記電流比になるように、前記スイッチング制御を行う、構成２～６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
［構成８］
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記制御部は、前記スイッチング制御において、
前記蓄電部の電圧及び前記充電器の充電電力の電圧に基づいて、前記昇圧動作の昇圧比を算出し、
前記昇圧比及び前記電流比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチのデューティ比を算出し、
各相の上アームの前記電流スイッチ及び前記充電入力相における下アームの前記電流スイッチをオフすると共に、前記デューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチをオンオフする、構成７に記載の電力変換装置。
［構成９］
前記各電流スイッチには、逆並列にダイオード（ＤＵＨ～ＤＷＬ）が接続されており、
前記充電器の充電電力の電圧が前記蓄電部の電圧よりも高い場合に、前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記電流スイッチをオフする制御部を備える、構成１～８のいずれか１つに記載の電力変換装置。
［構成１］
充放電可能な蓄電部（１０）と、
複数相の電機子巻線（３２Ｕ～３２Ｗ）を有し、前記蓄電部を電源として駆動する回転電機（３０）と、
前記蓄電部の充電電力を供給する充電器（１１）と、を備えるシステムに適用される電力変換装置（２０）において、
前記電機子巻線に流れる電流を制御する上下アームの電流スイッチ（ＳＵＨ～ＳＷＬ）を相数分有し、各相における上アームの前記電流スイッチの高電位側端子を接続している正極側経路（Ｌｐ）が、前記蓄電部の正極側に電気的に接続可能とされ、かつ各相における下アームの前記電流スイッチの低電位側端子を接続している負極側経路（Ｌｎ）が、前記蓄電部の負極側に電気的に接続可能とされたインバータ（４０）と、
前記負極側経路に、前記充電器の負極側が電気的に接続可能とされた負極側接続部（８１）と、
各相において上下アームの前記各電流スイッチの接続点及び前記各電機子巻線の端部を接続している線電流経路（３４Ｕ～３４Ｗ，４２Ｕ～４２Ｗ，５０Ｕ～５０Ｗ）のうち少なくとも１相の線電流経路に、前記充電器の正極側が電気的に接続可能とされた正極側接続部（８０）と、を備える、電力変換装置。
［構成２］
前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記回転電機の出力トルクを所定値以下にしつつ、前記充電器の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧を蓄電部に供給する昇圧動作を行うべく、前記電流スイッチのスイッチング制御を行う制御部と、を備える、構成１に記載の電力変換装置。
［構成３］
各相のうち、前記回転電機のロータ（３１）における電気角に応じて定められる相であり、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流すｑ軸電流を０又は０付近の値とした場合に、前記線電流経路に流れる電流の向きが他の相とは逆向きである相を特定相とし、
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記スイッチング制御が行われることに先立ち、前記充電入力相が前記特定相となるように、前記ロータの電気角を調整する処理、及び前記充電入力相を定める処理の少なくともいずれかである事前処理を行う処理部を備える、構成２に記載の電力変換装置。
［構成４］
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路を接続する充電経路（Ｌｃ，Ｌｕ～Ｌｗ）と、
各相の前記充電経路に設けられた充電スイッチ（Ｑｕ～Ｑｗ）と、を備え、
前記処理部は、前記事前処理として、前記ロータの電気角に基づいて、前記各充電スイッチのうちいずれかをオンすることにより、前記充電入力相を定める処理を行う、構成３に記載の電力変換装置。
［構成５］
前記正極側接続部及び各相の前記線電流経路のうちいずれかを接続する充電経路（Ｌｅ）を備え、
前記充電入力相は、前記充電経路を介して前記正極側接続部と前記線電流経路とが接続された相であり、
前記処理部は、前記事前処理として、前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲内に、前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、構成３に記載の電力変換装置。
［構成６］
前記充電入力相が前記特定相となる電気角の範囲には、第１範囲と、前記第１範囲外の第２範囲とが含まれ、
前記処理部は、前記事前処理として、前記第１範囲及び前記第２範囲のうち現状における前記ロータの電気角から近い方である特定範囲に前記ロータの電気角が含まれるように、前記電流スイッチのオンオフによって前記各電機子巻線に電流を流すことにより前記ロータを回転させ、前記ロータの電気角を調整する処理を行う、構成５に記載の電力変換装置。
［構成７］
前記回転電機のロータ（３１）の電気角に基づいて、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比であって、前記回転電機の出力トルクが前記所定値以下となるように、前記電機子巻線に流れるｑ軸電流が０又は０付近の値となる電流比を設定する設定部を備え、
前記制御部は、各相の前記線電流経路に流れる電流の大きさの比が前記設定部により設定された前記電流比になるように、前記スイッチング制御を行う、構成２～６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
［構成８］
各相のうち、前記昇圧動作中に前記線電流経路に流れる電流の向きが、前記正極側接続部側から前記電機子巻線側に向かう向きである相を充電入力相とし、
前記制御部は、前記スイッチング制御において、
前記蓄電部の電圧及び前記充電器の充電電力の電圧に基づいて、前記昇圧動作の昇圧比を算出し、
前記昇圧比及び前記電流比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチのデューティ比を算出し、
各相の上アームの前記電流スイッチ及び前記充電入力相における下アームの前記電流スイッチをオフすると共に、前記デューティ比に基づいて、各相のうち充電入力相以外の相における下アームの前記電流スイッチをオンオフする、構成７に記載の電力変換装置。
［構成９］
前記各電流スイッチには、逆並列にダイオード（ＤＵＨ～ＤＷＬ）が接続されており、
前記充電器の充電電力の電圧が前記蓄電部の電圧よりも高い場合に、前記正極側接続部及び前記負極側接続部を介して前記充電器及び前記蓄電部が電気的に接続された状態において、前記電流スイッチをオフする制御部を備える、構成１～８のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【符号の説明】
【0087】
１０…バッテリ、１１…充電器、２０…電力変換装置、３０…回転電機、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線、４０…インバータ、５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相導電部材、８０…正極側接続部、８１…負極側接続部、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチ…ＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチ…ＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】