特開 2024-24148 電力変換器及び電力変換器の制御方法

(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】P2024024148

(43)【公開日】2024-02-22

(54)【発明の名称】電力変換器及び電力変換器の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20240215BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 P

H02M3/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022126756

(22)【出願日】2022-08-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】500091520

【氏名又は名称】株式会社アイケイエス

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】可知 純夫

(72)【発明者】

【氏名】松井 剛生

(72)【発明者】

【氏名】阿部 飛鳥

(72)【発明者】

【氏名】今井 尊史

(72)【発明者】

【氏名】後藤 隆雄

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS17

5H730BB57

5H730CC01

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FD41

5H730FF09

5H730FG05

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】スイッチング素子を用いた電力変換器の損傷を防ぐ。
【解決手段】電力変換器は、スイッチング素子のスイッチング動作により電力を変換して出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力の電気特性値を測定するセンサと、前記スイッチング素子をパルス信号でスイッチング動作させて前記電力変換部の出力を制御し、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化が所定の条件を満たしている場合、前記スイッチング素子の駆動を停止する制御部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子のスイッチング動作により電力を変換して出力する電力変換部と、
前記電力変換部の出力の電気特性値を測定するセンサと、
前記スイッチング素子をパルス信号でスイッチング動作させて前記電力変換部の出力を制御し、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化が所定の条件を満たしている場合、前記スイッチング素子の駆動を停止する制御部と、
を備える電力変換器。

【請求項2】

前記スイッチング素子が正常であって、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記時間変化と、前記センサで測定された前記電気特性値の時間変化との差の累積が予め定められた閾値以上の場合、前記スイッチング素子の駆動を停止する
請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

複数の前記電力変換部を並列に有し、
前記制御部は、出力の前記電気特性値が他の電力変換部の出力の前記電気特性値より予め定められた閾値以上に小さい電力変換部の前記スイッチング素子の駆動を停止する
請求項１に記載の電力変換器。

【請求項4】

前記電気特性値は、電流、電力、又は電圧である
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換器。

【請求項5】

スイッチング素子のスイッチング動作により電力を変換して出力する電力変換部と、
前記電力変換部の出力の電気特性値を測定するセンサと、
を有する電力変換器の制御方法であって、
前記スイッチング素子をパルス信号でスイッチング動作させて前記電力変換部の出力を制御するステップと、
前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化が所定の条件を満たしている場合、前記スイッチング素子の駆動を停止するステップと、
を備える電力変換器の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換器及び電力変換器の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング素子のオンオフを繰り返すことにより入力電圧を変換して出力する電圧変換装置の異常を検知する発明として、例えば特許文献１に開示された電圧変換装置がある。この電圧変換装置は、出力電圧を制御量とし、オンオフのデューティ比を操作する操作値が上限値以上、又は下限値以下である場合に異常を判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３２５２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シリコンカーバイドを用いるスイッチング素子による電圧変換においては、スイッチング素子に劣化が生じている場合、上限値より小さいデューティ比でも過電流が流れて破壊に至る場合がある。この場合、特許文献１の発明では、操作値が上限値以下であるため異常と判定されず、過電流となって電圧変換装置が損傷する虞がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング素子を用いた電力変換器の損傷を防ぐことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力変換器は、スイッチング素子のスイッチング動作により電力を変換して出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力の電気特性値を測定するセンサと、前記スイッチング素子をパルス信号でスイッチング動作させて前記電力変換部の出力を制御し、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化が所定の条件を満たしている場合、前記スイッチング素子の駆動を停止する制御部と、を備える。

【0007】

本発明の一態様に係る電力変換器は、前記スイッチング素子が正常であって、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化を記憶する記憶部を有し、前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記時間変化と、前記センサで測定された前記電気特性値の時間変化との差の累積が予め定められた閾値以上の場合、前記スイッチング素子の駆動を停止するようにしてもよい。

【0008】

本発明の一態様に係る電力変換器は、複数の前記電力変換部を並列に有し、前記制御部は、出力の前記電気特性値が他の電力変換部の出力の前記電気特性値より予め定められた閾値以上に小さい電力変換部の前記スイッチング素子の駆動を停止するようにしてもよい。

【0009】

本発明の一態様に係る電力変換器においては、前記電気特性値は、電流、電力、又は電圧であるようにしてもよい。

【0010】

本発明の一態様に係る電力変換器の制御方法は、スイッチング素子のスイッチング動作により電力を変換して出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力の電気特性値を測定するセンサと、を有する電力変換器の制御方法であって、前記スイッチング素子をパルス信号でスイッチング動作させて前記電力変換部の出力を制御するステップと、前記パルス信号のデューティ比又は周波数が所定値以上のときの前記電気特性値の時間変化が所定の条件を満たしている場合、前記スイッチング素子の駆動を停止するステップと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、スイッチング素子を用いた電力変換器の損傷を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、電力変換器の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、制御部の機能の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、ＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と測定値の時間変化の一例を示す図である。

【図5】図５は、ＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と測定値の時間変化の一例を示す図である。

【図6】図６は、制御部が行う処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】図７は、ＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変化と、測定値の時間変化の一例を示す図である。

【図8】図８は、ＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変化と、測定値の時間変化の一例を示す図である。

【図9】図９は、変形例に係る電力変換器の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には適宜同一の符号を付している。

【0014】

［実施形態］
＜電力システムの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。電力システム１は、電力変換器１１～１５と、電力要素２１～２５と、バス３０とを備えている。

【0015】

電力変換器１１～１３、１５は、直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。電力変換器１４は、直流電圧と交流電圧との変換を行うＡＣ／ＤＣ変換器である。バス３０は、電力システム１では直流バスであり、電力変換器１１～１５が接続されている。

【0016】

電力要素２１は、一例として電力の供給、消費および充電が可能な車載蓄電装置であり、電力変換器１１に接続される。車載蓄電装置は電気自動車ＥＶに搭載されており、移動する非定置型の蓄電装置の一例である。電力変換器１１は、電力要素２１が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力し、充電させる機能を有する。電力変換器１１はたとえば充電ステーションや住宅用充電設備に設けられるが、電気自動車ＥＶに搭載されてもよい。

【0017】

電力要素２２は、一例として電力の発電および供給が可能な太陽光発電装置であり、電力変換器１２に接続される。太陽光発電装置は、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置の一例である。電力変換器１２は、電力要素２２が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力する機能を有する。

【0018】

電力要素２３は、一例として電力の供給、消費および充電が可能な定置型蓄電装置であり、電力変換器１３に接続される。定置型蓄電装置は、常設される設備内蓄電装置の一例である。電力変換器１３は、電力要素２３が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２３に出力し、充電させる機能を有する。

【0019】

電力要素２４は、一例として商用電力系統であり、電力変換器１４に接続される。電力変換器１４は、電力要素２４が供給した交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２４に出力する。

【0020】

電力要素２５は、一例として電力の供給、消費および充電が可能なＺＥＨ（Net Zero Energy House）であり、電力変換器１５に接続される。ＺＥＨは、例えば太陽光発電装置や蓄電池、電力負荷であるエアコンや冷蔵庫などの電化製品などを有する。電力変換器１５は、電力要素２５が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２５に出力し、蓄電池を充電させ、電力負荷を動作させる機能を有する。

【0021】

＜電力変換器の構成＞
つぎに、電力変換器１１の具体的構成について説明する。図２は、電力変換器１１において本発明に係る部分の構成の一例を示す図である。電力変換器１１は、制御部１００、電力変換部１０１、及びセンサ１０３を有する。

【0022】

電力変換部１０１は、放電している電力要素２１から供給された直流電力の電圧を変換してバス３０に出力するＤＣ／ＤＣ変換器である。電力変換部１０１は、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力し、電力要素２１を充電することもできる。電力変換部１０１は、たとえばコイル、コンデンサ、ダイオード、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）で構成されたスイッチング素子１０１ａなどを含む電気回路で構成されている。スイッチング素子１０１ａはたとえば電界効果トランジスタや絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。電力変換部１０１は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のためのパルス信号であるＰＷＭ信号を制御部１００から取得し、取得したパルス信号のＰＷＭ制御によってスイッチング素子１０１ａを駆動して出力を制御する。

【0023】

センサ１０２は、電力変換部１０１のバス３０側の電力の電気特性値と、電力要素２１側の電力の電気特性値とを測定する。したがって、センサ１０２は、電力変換器１１に入力される電力の電気特性値と、電力変換器１１から出力する電力の電気特性値を測定する。センサ１０２は、電気特性値として電流値、電圧値、電力値などを測定することができる。センサ１０２は、測定部の一例である。センサ１０２は、電気特性値の測定値を制御部１００に出力する。

【0024】

制御部１００は、各種演算処理を行うプロセッサと記憶部とを含んで構成されている。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサを含んで構成される。記憶部は、プロセッサが演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどが格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。また、記憶部は、プロセッサが演算処理を行う際の作業スペースやプロセッサの演算処理の結果などを記憶するなどのために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。

【0025】

制御部１００の機能は、プロセッサが記憶部から各種プログラムを読み出して実行することで、電力変換部１０１を制御するための機能部として実現される。図３は、制御部１００の主に本発明に係る機能の構成を示す図である。制御部１００は、プログラムの実行によってソフトウエア的に実現される機能部である出力制御部１００ａ、判定部１００ｂ、及び記憶部１００ｃを備えている。

【0026】

判定部１００ｂは、センサ１０２から供給された測定値を用いて電力変換部１０１でＰＷＭ制御されるスイッチング素子１０１ａの異常を判定する。判定部１００ｂは、センサ１０２から供給された測定値が所定の条件を満たしている場合、スイッチング素子１０１ａに異常があると判定し、センサ１０２から供給された測定値が所定の条件を満たしていない場合、スイッチング素子１０１ａに異常がないと判定する。

【0027】

出力制御部１００ａは、電力変換部１０１の出力の目標値とセンサ１０２から入力された測定値との差が所定範囲以下となるように出力するＰＷＭ信号のデューティ比を設定するフィードバック制御を行う。具体的には、出力制御部１００ａは、センサ１０２から入力された測定値と、記憶部１００ｃから取得した目標値と、に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定して電力変換部１０１に出力する。この目標値は、例えば電力値又は電圧値である。なお、出力制御部１００ａが行うフィードバック制御は、たとえば記憶部１００ｃに記憶された比例ゲイン、積分時間、微分時間などのパラメータを読み出して実行されるＰＩＤ制御等の、公知の手法を用いて実行できる。また、出力制御部１００ａは、スイッチング素子１０１ａに異常があると判定部１００ｂが判定した場合、スイッチング素子１０１ａの駆動を停止する。

【0028】

なお、他の電力変換器１２、１３、１４、１５は、電力変換器１１と同様の構成を有していてもよい。ただし、電力変換器１４の電力変換部１０１は、電力要素２４から供給される交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力するＡＣ／ＤＣ変換と、バス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２４に出力するＤＣ／ＡＣ変換を行う。

【0029】

＜電力変換器の動作例＞
次に電力変換器１１の動作例について説明する。例えば電力要素２１から放電してバス３０へ電力を供給する場合、制御部１００は、センサ１０２で測定される電力変換部１０１のバス３０側の電気特性値が、バス３０へ供給する電力の目標値となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、ＰＷＭ信号を電力変換部１０１へ出力する。電力変換部１０１は、制御部１００から出力されたＰＷＭ信号でスイッチング素子１０１ａを駆動してスイッチング動作させ、電力要素２１から供給された直流電力の電圧を変換してバス３０に出力する。

【0030】

なお、本実施形態において制御部１００は、ＰＷＭ信号の出力に際し、ＰＷＭ信号の出力を開始してから時間経過とともにＰＷＭ信号のデューティ比を変更していく。図４は、電力要素２１からバス３０へ電力を供給するときに制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、センサ１０２で測定された測定値の時間変化の一例を示す図である。図４に示す実線の線Ｌ１１は、制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化であり、図４に示す破線の線Ｌ１２は、センサ１０２で測定された電力変換部１０１のバス３０側の測定値の時間変化である。電力変換部１０１のスイッチング素子１０１ａに異常がない場合、ＰＷＭ制御を開始してから線Ｌ１１で示すようにデューティ比を増加するにつれて、測定値も線Ｌ１２で示すように増加し、目標値に対応した操作量を出力すると、センサ１０２で測定される測定値が目標値に到達する。一方、スイッチング素子１０１ａに劣化が生じると、図４の一点鎖線Ｌ１３で示すように、測定値は異常がない場合より低い値となり、この状態が続くとスイッチング素子１０１ａが損傷することを発明者は観察した。

【0031】

また、バス３０から電力要素２１へ電力を供給して電力要素２１を充電する場合、制御部１００は、センサ１０２で測定される電力変換部１０１の電力要素２１側の電気特性値が、電力要素２１へ供給する電力の目標値となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、ＰＷＭ信号を電力変換部１０１へ出力する。電力変換部１０１は、制御部１００から出力されたＰＷＭ信号でスイッチング素子１０１ａを駆動し、バス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力する。

【0032】

図５は、バス３０から電力要素２１電力を供給するときに制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、センサ１０２で測定された測定値の時間変化の一例を示す図である。図５に示す実線の線Ｌ２１は、制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化であり、図５に示す破線の線Ｌ２２は、センサ１０２で測定された電力変換部１０１の電力要素２１側の測定値の時間変化である。電力変換部１０１のスイッチング素子１０１ａに異常がない場合、ＰＷＭ制御を開始してから線Ｌ２１で示すようにデューティ比を増加するにつれて、測定値も線Ｌ２２で示すように増加し、目標値に対応した操作量を出力すると、センサ１０２で測定される測定値が目標値に到達する。一方、スイッチング素子１０１ａに劣化が生じると、図５の一点鎖線Ｌ２３で示すように、測定値は異常がない場合より低い値となり、この状態が続くとスイッチング素子１０１ａが損傷することを発明者は観察した。

【0033】

そこで、発明者は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じた出力が得られていない状態を検出することにより、スイッチング素子１０１ａの異常を判定する技術を見出した。

【0034】

図６は、スイッチング素子１０１ａの異常を判定する処理の流れを示すフローチャートである。制御部１００は、バス３０への電力供給又は電力要素２１への電力供給の制御を開始すると、図６に示す処理を実行する。まず制御部１００は、制御開始時のデューティ比を設定してＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１１）。このデューティ比は、例えば後述する閾値未満のデューティ比であり、予め設定されている。電力変換部１０１においては、制御部１００から出力されたＰＷＭ信号でスイッチング素子１０１ａが駆動される。スイッチング素子１０１ａがＰＷＭ信号で駆動されることにより、電力変換部１０１の出力が変化する。制御部１００は、ＰＷＭ信号の出力後にセンサ１０２が測定した電気特性値の測定値を取得する（ステップＳ１２）。ここで取得する測定値は、例えば電流値であるが、電流値に限定されるものではなく、例えば電流値又は電圧値であってもよい。

【0035】

次に制御部１００は、ＰＷＭ信号のデューティ比が予め定められた閾値以上であるか判断する（ステップＳ１３）。なお、この閾値は、例えば予め実験により定められ、記憶部１００ｃに記憶されている。制御部１００は、ＰＷＭ信号のデューティ比が予め定められた閾値未満である場合（ステップＳ１３でＮＯ）、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加して出力し（ステップＳ１６）、処理の流れをステップＳ１２へ戻す。

【0036】

制御部１００は、ＰＷＭ信号のデューティ比が予め定められた閾値以上である場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、このデューティ比のＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値未満であるか判断する（ステップＳ１４）。なお、この閾値は例えば予め実験により定められる。目標とする電気特性値は、ステップＳ１２で取得する測定値が電流値である場合には電流値であり、ステップＳ１２で取得する測定値が電力値である場合には電力値であり、ステップＳ１２で取得する測定値が電圧値である場合には電圧値である。

【0037】

図７は、電力要素２１からバス３０へ電力を供給するときに制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変化と、センサ１０２で測定された測定値の時間変化の一例を示すグラフである。図７に示す実線の線Ｌ３１は、制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化であり、図７に示す破線の線Ｌ３２は、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変化であり、線Ｌ３３は、スイッチング素子１０１ａに異常があるときにセンサ１０２で測定された電力変換部１０１のバス３０側の測定値の時間変化である。制御部１００は、電力要素２１から放電してバス３０へ電力を供給する場合、図７に示すようにデューティ比が閾値以上であって、線Ｌ３３に示すように、デューティ比で目標とする電気特性値と測定値との差ｄｉｆｆ１が予め定められた閾値以上である場合、ステップＳ１４でＮＯと判断する。なお、ステップＳ１４で用いる閾値は、記憶部１００ｃに記憶されている。

【0038】

図８は、バス３０から電力要素２１へ電力を供給するときに制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化と、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変換と、センサ１０２で測定された測定値の時間変化の一例を示すグラフである。図８に示す実線の線Ｌ４１は、制御部１００が出力するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化であり、図８に示す破線の線Ｌ４２は、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値の時間変化であり、線Ｌ４３は、スイッチング素子１０１ａに異常があるときにセンサ１０２で測定された電力変換部１０１のバス３０側の測定値の時間変化である。制御部１００は、バス３０から電力要素２１へ電力を供給する場合、図８に示すようにデューティ比が閾値以上であって、線Ｌ４３に示すように、デューティ比で目標とする電気特性値と測定値との差ｄｉｆｆ２が予め定められた閾値以上である場合、ステップＳ１４でＮＯと判断する。なお、この閾値は、電力要素２１からバス３０へ電力を供給するときとは異なる閾値であってもよい。

【0039】

制御部１００は、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値以上である場合（ステップＳ１４でＮＯ）、差が閾値以上の状態が所定時間以上継続したか判断する（ステップＳ１７）。なお、この所定時間は、予め記憶部１００ｃに記憶されている。制御部１００は、例えば、電力要素２１からバス３０へ電力を供給する場合、図７に示すようにＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値以上の状態が時間ｔ１以上継続すると、ステップＳ１７でＹＥＳと判断する。また、制御部１００は、例えば、バス３０から電力要素２１へ電力を供給する場合、図８に示すようにＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値以上の状態が時間ｔ２以上継続すると、ステップＳ１７でＹＥＳと判断する。制御部１００は、ステップＳ１７でＹＥＳと判断した場合、０％のデューティ比のＰＷＭ信号を出力してスイッチング素子１０１ａの駆動を停止し、電力変換部１０１の出力を停止する（ステップＳ１８）。即ち制御部１００は、所定の条件として、ＰＷＭ信号のデューティ比が閾値以上であり、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値以上であり、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が閾値以上の状態が所定時間以上継続した、との条件を満たした場合、スイッチング素子１０１ａの駆動を停止する。

【0040】

制御部１００は、ＰＷＭ信号で目標とする電気特性値と測定値との差が予め定められた閾値未満である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ＰＷＭ信号のデューティ比が電力変換部１０１の出力の目標値に対応したデューティ比であるか判断する（ステップＳ１５）。制御部１００は、ＰＷＭ信号のデューティ比が電力変換部１０１の出力の目標値に対応したデューティ比ではない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、デューティ比を増加したＰＷＭ信号を出力し（ステップＳ１６）、処理の流れをステップＳ１２へ戻す。制御部１００は、ＰＷＭ信号のデューティ比が電力変換部１０１の出力の目標値に対応したデューティ比である場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、スイッチング素子１０１ａの異常を判定する処理を終了する。

【0041】

本実施形態によれば、スイッチング素子１０１ａが損傷する前に発生する現象を検知してスイッチング素子１０１ａの駆動を停止するため、電力変換部１０１の損傷を防ぐことができる。

【0042】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【0043】

上述した実施形態においては、ＰＷＭ制御により電力変換部１０１の出力を制御しているが、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御により電力変換部１０１の出力を制御してもよい。制御部１００は、ＰＦＭ制御により電力変換部１０１の出力を制御する場合、スイッチング素子１０１ａのオンオフを行なうパルス信号であるＰＦＭ信号について、デューティ比を固定しつつ、周波数を時間経過とともに変化させて電力変換部１０１へ出力する。電力変換部１０１は、制御部１００から出力されたＰＦＭ信号が示す周波数のパルスでスイッチング素子１０１ａを駆動して出力を制御する。電力変換部１０１は、ＰＦＭ信号の周波数が上がるにつれて出力の電気特性値を増加させる。

【0044】

制御部１００は、ＰＦＭ信号の出力を開始してから時間経過とともにＰＦＭ信号の周波数を増加させる。制御部１００は、ＰＦＭ信号の周波数が所定の閾値以上となったときに、ＰＦＭ信号の周波数で目標とする電気特性値と測定値との差が閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、スイッチング素子１０１ａの駆動を停止する信号を出力する。この変形例でも、スイッチング素子１０１ａが損傷する前に発生する現象を検知してスイッチング素子１０１ａの駆動を停止するため、電力変換部１０１の破壊を防ぐことができる。

【0045】

制御部１００は、電力変換部１０１のスイッチング素子１０１ａが正常であるときのＰＷＭ信号のデューティ比又はＰＦＭ信号の周波数の時間変化と測定値の時間変換の関係を記憶部１００ｃに記憶し、記憶した関係と測定値の時間変化との差の累積が予め定められた閾値以上となった場合、電力変換部１０１の出力を停止するようにしてもよい。

【0046】

電力変換器１１は、直流電力の電圧を変換する電力変換部を並列に備える構成であってもよい。図９は、電力変換部を並列に備える電力変換器１１Ａの構成を示すブロック図である。電力変換器１１Ａにおいては、直流電力の電圧を変換して出力する電力変換部１０１Ａと、同じく直流電力の電圧を変換して出力する電力変換部１０１Ｂとが並列に接続されている。センサ１０２は、電力変換部１０１Ａ、１０１Ｂのバス３０側の電力の電気特性値と、電力要素２１側の電力の電気特性値を測定する。制御部１００は、電力変換部１０１Ａ、１０１Ｂの出力側の電気特性値をセンサ１０２から取得する。制御部１００は、センサ１０２から取得した電力変換部１０１Ａの出力側の測定値と、センサ１０２から取得した電力変換部１０１Ｂの出力側の測定値とを比較し、一方の測定値が他方の測定値より小さく、その差が予め定められた閾値以上である場合、測定値が小さいほうの電力変換部のスイッチング素子１０１ａの駆動を停止するようにしてもよい。なお、並列にする電力変換部の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。

【0047】

上述した実施形態においては、制御部１００は、デューティ比が予め定められた閾値以上のときの測定値が予め定められた閾値未満である状態が所定時間以上継続した場合にスイッチング素子１０１ａの駆動を停止してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ 電力システム
１１、１２、１３、１４、１５ 電力変換器
２１、２２、２３、２４、２５ 電力要素
３０ バス
１００ 制御部
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 電力変換部
１０１ａ スイッチング素子
１０２ センサ
ＥＶ 電気自動車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】