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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】P2024089390
(43)【公開日】2024-07-03
(54)【発明の名称】電力変換装置、プログラム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20240626BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 A
H02M7/12 601A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022204730
(22)【出願日】2022-12-21
(71)【出願人】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(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】伊藤 悠二
(72)【発明者】
【氏名】越智 健次
(72)【発明者】
【氏名】金 寛烈
(72)【発明者】
【氏名】中村 公計
【テーマコード（参考）】
5H006
【Ｆターム（参考）】
5H006CA02
5H006CB01
5H006CC01
5H006DA02
5H006DA04
5H006DB01
5H006DC02
5H006DC05
(57)【要約】
【課題】体格増加の抑制を図った電力変換装置及び電力変換装置のスイッチング制御を行うためのプログラムを提供する。
【解決手段】電力変換装置１０は、各上アームスイッチＳ１Ｈ～Ｓ４Ｈ、各下アームスイッチＳ１Ｌ～Ｓ４Ｌ、直流側コンデンサ５０及び第１～第３インダクタ６１～６３を備えている。電力変換装置１０は、各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減するための補償用コンデンサ７０と、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ７０の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチ８０とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】電力変換装置１０は、各上アームスイッチＳ１Ｈ～Ｓ４Ｈ、各下アームスイッチＳ１Ｌ～Ｓ４Ｌ、直流側コンデンサ５０及び第１～第３インダクタ６１～６３を備えている。電力変換装置１０は、各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減するための補償用コンデンサ７０と、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ７０の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチ８０とを備えている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数相の交流端子（Ｔａｃ１～Ｔａｃ４）と、
高電位側直流端子（ＴｄｃＨ）及び低電位側直流端子（ＴｄｃＬ）と、
を備え、
複数相の交流電流を流す複数相交流部（４３）又は単相交流電流を流す単相交流部（４１）が前記交流端子に接続可能に構成された電力変換装置（１０）において、
各相に対応して設けられた上，下アームスイッチ（Ｓ１Ｈ～Ｓ３Ｌ）と、
各相の前記上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路（ＬＨ）と、
各相の前記下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路（ＬＬ）と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部（５０）と、
各相に対応して設けられ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点と前記交流端子とを接続する電気経路（５１～５３）と、
各相の前記電気経路に設けられたインダクタ（６１～６３）と、
前記交流端子に前記単相交流部が接続されている場合において、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力される直流電流の脈動を低減する補償用蓄電部（７０，１７０，２７０，３７０）と、
前記直流側蓄電部に対する前記補償用蓄電部の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチ（８０，１８１，１８２，２８０，３８０）と、
を備える、電力変換装置。
高電位側直流端子（ＴｄｃＨ）及び低電位側直流端子（ＴｄｃＬ）と、
を備え、
複数相の交流電流を流す複数相交流部（４３）又は単相交流電流を流す単相交流部（４１）が前記交流端子に接続可能に構成された電力変換装置（１０）において、
各相に対応して設けられた上，下アームスイッチ（Ｓ１Ｈ～Ｓ３Ｌ）と、
各相の前記上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路（ＬＨ）と、
各相の前記下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路（ＬＬ）と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部（５０）と、
各相に対応して設けられ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点と前記交流端子とを接続する電気経路（５１～５３）と、
各相の前記電気経路に設けられたインダクタ（６１～６３）と、
前記交流端子に前記単相交流部が接続されている場合において、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力される直流電流の脈動を低減する補償用蓄電部（７０，１７０，２７０，３７０）と、
前記直流側蓄電部に対する前記補償用蓄電部の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチ（８０，１８１，１８２，２８０，３８０）と、
を備える、電力変換装置。
【請求項2】
前記交流端子として、第１交流端子（Ｔａｃ１）、第２交流端子（Ｔａｃ２）、第３交流端子（Ｔａｃ３）及び第４交流端子（Ｔａｃ４）が備えられ、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に、前記複数相交流部としての３相交流部が接続可能であり、前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続可能なように前記電力変換装置が構成されており、
前記上，下アームスイッチとして、
第１上アームスイッチ（Ｓ１Ｈ）及び第１下アームスイッチ（Ｓ１Ｌ）と、
第２上アームスイッチ（Ｓ２Ｈ）及び第２下アームスイッチ（Ｓ２Ｌ）と、
第３上アームスイッチ（Ｓ３Ｈ）及び第３下アームスイッチ（Ｓ３Ｌ）と、
が備えられ、
前記電気経路として、
前記第１上アームスイッチ及び前記第１下アームスイッチの接続点と前記第１交流端子とを接続する第１経路（５１）と、
前記第２上アームスイッチ及び前記第２下アームスイッチの接続点と前記第２交流端子とを接続する第２経路（５２）と、
前記第３上アームスイッチ及び前記第３下アームスイッチの接続点と前記第３交流端子とを接続する第３経路（５３）と、
が備えられ、
前記インダクタとして、
前記第１経路に設けられた第１インダクタ（６１）と、
前記第２経路に設けられた第２インダクタ（６２）と、
前記第３経路に設けられた第３インダクタ（６３）と、
が備えられ、
第４上アームスイッチ（Ｓ４Ｈ）及び第４下アームスイッチ（Ｓ４Ｌ）と、
接続経路（５４）と、
前記接続経路に設けられた単相充電スイッチ（５５）と、
補償用スイッチ（７１）と、
を備え、
前記第４上アームスイッチの高電位側端子は、前記高電位側経路に接続されており、
前記第４下アームスイッチの低電位側端子は、前記低電位側経路に接続されており、
前記接続経路は、前記第４上アームスイッチ及び前記第４下アームスイッチの接続点と前記第４交流端子とを接続し、
前記第３経路のうち前記第３インダクタよりも前記第３交流端子側の部分には、前記補償用スイッチを介して前記補償用蓄電部（７０）の第１端が接続されており、
前記補償用蓄電部の第２端には、前記低電位側経路又は前記高電位側経路が接続されており、
前記低電位側経路及び前記高電位側経路のうち前記補償用蓄電部が接続されていない方の経路と、前記補償用蓄電部及び前記補償用スイッチの接続点とが前記バイパススイッチ（８０）により接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に、前記複数相交流部としての３相交流部が接続可能であり、前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続可能なように前記電力変換装置が構成されており、
前記上，下アームスイッチとして、
第１上アームスイッチ（Ｓ１Ｈ）及び第１下アームスイッチ（Ｓ１Ｌ）と、
第２上アームスイッチ（Ｓ２Ｈ）及び第２下アームスイッチ（Ｓ２Ｌ）と、
第３上アームスイッチ（Ｓ３Ｈ）及び第３下アームスイッチ（Ｓ３Ｌ）と、
が備えられ、
前記電気経路として、
前記第１上アームスイッチ及び前記第１下アームスイッチの接続点と前記第１交流端子とを接続する第１経路（５１）と、
前記第２上アームスイッチ及び前記第２下アームスイッチの接続点と前記第２交流端子とを接続する第２経路（５２）と、
前記第３上アームスイッチ及び前記第３下アームスイッチの接続点と前記第３交流端子とを接続する第３経路（５３）と、
が備えられ、
前記インダクタとして、
前記第１経路に設けられた第１インダクタ（６１）と、
前記第２経路に設けられた第２インダクタ（６２）と、
前記第３経路に設けられた第３インダクタ（６３）と、
が備えられ、
第４上アームスイッチ（Ｓ４Ｈ）及び第４下アームスイッチ（Ｓ４Ｌ）と、
接続経路（５４）と、
前記接続経路に設けられた単相充電スイッチ（５５）と、
補償用スイッチ（７１）と、
を備え、
前記第４上アームスイッチの高電位側端子は、前記高電位側経路に接続されており、
前記第４下アームスイッチの低電位側端子は、前記低電位側経路に接続されており、
前記接続経路は、前記第４上アームスイッチ及び前記第４下アームスイッチの接続点と前記第４交流端子とを接続し、
前記第３経路のうち前記第３インダクタよりも前記第３交流端子側の部分には、前記補償用スイッチを介して前記補償用蓄電部（７０）の第１端が接続されており、
前記補償用蓄電部の第２端には、前記低電位側経路又は前記高電位側経路が接続されており、
前記低電位側経路及び前記高電位側経路のうち前記補償用蓄電部が接続されていない方の経路と、前記補償用蓄電部及び前記補償用スイッチの接続点とが前記バイパススイッチ（８０）により接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記直流側蓄電部の容量は、前記補償用蓄電部の容量よりも小さい、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
制御部（１００）を備え、
前記制御部は、
前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオンするとともに、前記バイパススイッチをオフし、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンする、請求項２又は３に記載の電力変換装置。
前記制御部は、
前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオンするとともに、前記バイパススイッチをオフし、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンする、請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御部は、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されているとともに、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から入力された直流電力を交流電力に変換して前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子から出力する状況であると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンし、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されているとともに、前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力する状況であると判定した場合、前記単相充電スイッチ、前記補償用スイッチ及び前記バイパススイッチをオフする、請求項４に記載の電力変換装置。
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されているとともに、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から入力された直流電力を交流電力に変換して前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子から出力する状況であると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンし、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部が接続されているとともに、前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力する状況であると判定した場合、前記単相充電スイッチ、前記補償用スイッチ及び前記バイパススイッチをオフする、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項6】
第１交流端子（Ｔａｃ１）、第２交流端子（Ｔａｃ２）、第３交流端子（Ｔａｃ３）及び第４交流端子（Ｔａｃ４）と、
高電位側直流端子（ＴｄｃＨ）及び低電位側直流端子（ＴｄｃＬ）と、
コンピュータ（１０１）と、
を備え、
３相交流電流を流す３相交流部（４３）が前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に接続可能であり、単相交流電流を流す単相交流部（４１）が前記第１交流端子及び前記第４交流端子に接続可能なように構成された電力変換装置（１０）に適用されるプログラムにおいて、
前記電力変換装置は、
第１上アームスイッチ（Ｓ１Ｈ）及び第１下アームスイッチ（Ｓ１Ｌ）と、
第２上アームスイッチ（Ｓ２Ｈ）及び第２下アームスイッチ（Ｓ２Ｌ）と、
第３上アームスイッチ（Ｓ３Ｈ）及び第３下アームスイッチ（Ｓ３Ｌ）と、
第４上アームスイッチ（Ｓ４Ｈ）及び第４下アームスイッチ（Ｓ４Ｌ）と、
前記第１，第２，第３上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路（ＬＨ）と、
前記第１，第２，第３下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路（ＬＬ）と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部（５０）と、
前記第１上アームスイッチ及び前記第１下アームスイッチの接続点と前記第１交流端子とを接続する第１経路（５１）と、
前記第２上アームスイッチ及び前記第２下アームスイッチの接続点と前記第２交流端子とを接続する第２経路（５２）と、
前記第３上アームスイッチ及び前記第３下アームスイッチの接続点と前記第３交流端子とを接続する第３経路（５３）と、
前記第１経路に設けられた第１インダクタ（６１）と、
前記第２経路に設けられた第２インダクタ（６２）と、
前記第３経路に設けられた第３インダクタ（６３）と、
補償用蓄電部（７０）と、
接続経路（５４）と、
前記接続経路に設けられた単相充電スイッチ（５５）と、
補償用スイッチ（７１）と、
バイパススイッチ（８０）と、
を備え、
前記第４上アームスイッチの高電位側端子は、前記高電位側経路に接続されており、
前記第４下アームスイッチの低電位側端子は、前記低電位側経路に接続されており、
前記接続経路は、前記第４上アームスイッチ及び前記第４下アームスイッチの接続点と前記第４交流端子とを接続し、
前記第３経路のうち前記第３インダクタよりも前記第３交流端子側の部分には、前記補償用スイッチを介して前記補償用蓄電部の第１端が接続されており、
前記補償用蓄電部の第２端には、前記低電位側経路又は前記高電位側経路が接続されており、
前記低電位側経路及び前記高電位側経路のうち前記補償用蓄電部が接続されていない方の経路と、前記補償用蓄電部及び前記補償用スイッチの接続点とが前記バイパススイッチにより接続されており、
前記コンピュータに、
前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオンするとともに、前記バイパススイッチをオフする処理と、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンする処理と、
を実行させる、プログラム。
高電位側直流端子（ＴｄｃＨ）及び低電位側直流端子（ＴｄｃＬ）と、
コンピュータ（１０１）と、
を備え、
３相交流電流を流す３相交流部（４３）が前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に接続可能であり、単相交流電流を流す単相交流部（４１）が前記第１交流端子及び前記第４交流端子に接続可能なように構成された電力変換装置（１０）に適用されるプログラムにおいて、
前記電力変換装置は、
第１上アームスイッチ（Ｓ１Ｈ）及び第１下アームスイッチ（Ｓ１Ｌ）と、
第２上アームスイッチ（Ｓ２Ｈ）及び第２下アームスイッチ（Ｓ２Ｌ）と、
第３上アームスイッチ（Ｓ３Ｈ）及び第３下アームスイッチ（Ｓ３Ｌ）と、
第４上アームスイッチ（Ｓ４Ｈ）及び第４下アームスイッチ（Ｓ４Ｌ）と、
前記第１，第２，第３上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路（ＬＨ）と、
前記第１，第２，第３下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路（ＬＬ）と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部（５０）と、
前記第１上アームスイッチ及び前記第１下アームスイッチの接続点と前記第１交流端子とを接続する第１経路（５１）と、
前記第２上アームスイッチ及び前記第２下アームスイッチの接続点と前記第２交流端子とを接続する第２経路（５２）と、
前記第３上アームスイッチ及び前記第３下アームスイッチの接続点と前記第３交流端子とを接続する第３経路（５３）と、
前記第１経路に設けられた第１インダクタ（６１）と、
前記第２経路に設けられた第２インダクタ（６２）と、
前記第３経路に設けられた第３インダクタ（６３）と、
補償用蓄電部（７０）と、
接続経路（５４）と、
前記接続経路に設けられた単相充電スイッチ（５５）と、
補償用スイッチ（７１）と、
バイパススイッチ（８０）と、
を備え、
前記第４上アームスイッチの高電位側端子は、前記高電位側経路に接続されており、
前記第４下アームスイッチの低電位側端子は、前記低電位側経路に接続されており、
前記接続経路は、前記第４上アームスイッチ及び前記第４下アームスイッチの接続点と前記第４交流端子とを接続し、
前記第３経路のうち前記第３インダクタよりも前記第３交流端子側の部分には、前記補償用スイッチを介して前記補償用蓄電部の第１端が接続されており、
前記補償用蓄電部の第２端には、前記低電位側経路又は前記高電位側経路が接続されており、
前記低電位側経路及び前記高電位側経路のうち前記補償用蓄電部が接続されていない方の経路と、前記補償用蓄電部及び前記補償用スイッチの接続点とが前記バイパススイッチにより接続されており、
前記コンピュータに、
前記第１交流端子及び前記第４交流端子に前記単相交流部が接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオンするとともに、前記バイパススイッチをオフする処理と、
前記第１交流端子、前記第２交流端子及び前記第３交流端子に前記３相交流部接続されていると判定した場合、前記単相充電スイッチ及び前記補償用スイッチをオフするとともに、前記バイパススイッチをオンする処理と、
を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、特許文献１に記載されているように、３相交流電源及び単相交流電源の双方に対応した電力変換装置が知られている。この電力変換装置は、３相それぞれに対応して設けられた上，下アームスイッチを備えている。各相の上アームスイッチの高電位側端子は、高電位側直流端子に接続され、各相の下アームスイッチの低電位側端子は、低電位側直流端子に接続されている。高電位側経路及び低電位側経路は直流側コンデンサによって接続されている。
【0003】
電力変換装置は、各相に対応して設けられたインダクタと、１相に対応して設けられた補償用コンデンサ及び切替スイッチとを備えている。切替スイッチの操作により、補償用コンデンサは、１相分のインダクタ及び下アームスイッチの直列接続体に並列接続されたり、この直列接続体から切り離されたりする。
【0004】
入力側となる交流端子に単相交流電源が電気的に接続される場合、インダクタ及び下アームスイッチの直列接続体に補償用コンデンサが並列接続されるように切替スイッチが操作される。この操作状態において、補償用コンデンサが接続された相の上，下アームスイッチのスイッチング制御が行われる。その結果、交流端子から入力された交流電力を直流電力に変換して直流端子から出力する場合において、直流端子から出力される直流電力の脈動を低減できる。これにより、直流側コンデンサの静電容量を低減でき、直流側コンデンサの小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許第８５０３２０８明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
交流端子に３相交流電源が電気的に接続される場合、インダクタ及び下アームスイッチの直列接続体から補償用コンデンサが切り離されるように切替スイッチが操作される。この場合、直流電力の脈動を低減するために補償用コンデンサを用いることができなくなる。その結果、直流側コンデンサの静電容量を大きくする必要が生じ、電力変換装置の体格が増加し得る。
【0007】
本発明は、電力変換装置の体格増加の抑制を図ることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、複数相の交流端子と、
高電位側直流端子及び低電位側直流端子と、
を備え、
複数相の交流電流を流す複数相交流部（例えば、３相交流電源又は３相交流負荷）又は単相交流電流を流す単相交流部（例えば、単相交流電源又は単相交流負荷）が前記交流端子に接続可能に構成された電力変換装置において、
各相に対応して設けられた上，下アームスイッチと、
各相の前記上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路と、
各相の前記下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部と、
各相に対応して設けられ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点と前記交流端子とを接続する電気経路と、
各相の前記電気経路に設けられたインダクタと、
前記交流端子に前記単相交流部が接続されている場合において、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力される直流電流の脈動を低減する補償用蓄電部と、
前記直流側蓄電部に対する前記補償用蓄電部の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチと、
を備える。
高電位側直流端子及び低電位側直流端子と、
を備え、
複数相の交流電流を流す複数相交流部（例えば、３相交流電源又は３相交流負荷）又は単相交流電流を流す単相交流部（例えば、単相交流電源又は単相交流負荷）が前記交流端子に接続可能に構成された電力変換装置において、
各相に対応して設けられた上，下アームスイッチと、
各相の前記上アームスイッチの高電位側端子及び前記高電位側直流端子を接続する高電位側経路と、
各相の前記下アームスイッチの低電位側端子及び前記低電位側直流端子を接続する低電位側経路と、
前記高電位側経路及び前記低電位側経路を接続する直流側蓄電部と、
各相に対応して設けられ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点と前記交流端子とを接続する電気経路と、
各相の前記電気経路に設けられたインダクタと、
前記交流端子に前記単相交流部が接続されている場合において、前記高電位側直流端子及び前記低電位側直流端子から出力される直流電流の脈動を低減する補償用蓄電部と、
前記直流側蓄電部に対する前記補償用蓄電部の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチと、
を備える。
【0009】
本発明は、直流側蓄電部に対する補償用蓄電部の並列接続の有無を切り替えるバイパススイッチを備えている。交流端子に複数相交流部が接続されている場合において、直流側蓄電部に対して補償用蓄電部が並列接続されるようにバイパススイッチが操作される。このため、交流端子に単相交流部が接続されている場合に直流電力の脈動を低減するための補償用蓄電部を平滑コンデンサとして用いることができる。その結果、直流側蓄電部の静電容量の増加を抑制することができ、ひいては電力変換装置の体格増加の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【図2】第１，第２ＤＣＤＣコンバータの一例を示す図。
【図3】蓄電池の充放電制御の手順を示すフローチャート。
【図4】３相充放電時における車載充電器を示す図。
【図5】単相充放電時における車載充電器を示す図。
【図6】３相充電制御処理のブロック図。
【図7】３相放電制御処理のブロック図。
【図8】単相充電制御処理のブロック図。
【図9】単相放電制御処理のブロック図。
【図10】単相充電制御時における電流，電圧等の推移を示すタイムチャート。
【図11】電流アンバランスの改善効果を示すタイムチャート。
【図12】各コンデンサの体格低減効果の一例を示す図。
【図13】第２実施形態に係る蓄電池の充放電制御の手順を示すフローチャート。
【図14】第３実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【図15】第４実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【図16】蓄電池の充放電制御の手順を示すフローチャート。
【図17】第５実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【図18】蓄電池の充放電制御の手順を示すフローチャート。
【図19】単相充放電時における車載充電器を示す図。
【図20】３相充放電時における車載充電器を示す図。
【図21】その他の実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【図22】その他の実施形態に係る車載充電器の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分及び／又は関連付けられる部分には同一の参照符号、又は百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分及び／又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【0012】
＜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。本実施形態に係る電力変換装置は、電気自動車などの車両に備えられ、具体的には車載充電器を構成するＡＣ－ＤＣコンバータである。車載充電器は、オンボードチャージャとも呼ばれる。
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。本実施形態に係る電力変換装置は、電気自動車などの車両に備えられ、具体的には車載充電器を構成するＡＣ－ＤＣコンバータである。車載充電器は、オンボードチャージャとも呼ばれる。
【0013】
電力変換装置は、交流端子及び直流端子を備えている。電力変換装置は、車両外部の交流電源に接続された交流端子を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流端子から出力する機能を備えている。直流端子から出力された直流電力は、車両に備えられた蓄電池に供給される。また、電力変換装置は、直流端子から入力された直流電力を交流電力に変換して交流端子から出力する機能を備えている。交流端子から出力された交流電力は、外部の交流電源を介して外部の電力系統に供給される。電力変換装置は、３相交流電源又は単相交流電源に接続可能である。
【0014】
図１に示すように、電力変換装置１０は、交流端子として第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２、第３交流端子Ｔａｃ３及び第４交流端子Ｔａｃ４を備えている。第１～第４交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ４のうち第１～第３交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ３は、図４に示すように、外部の３相交流電源４３に接続可能である。第１～第４交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ４のうち第１，第４交流端子Ｔａｃ１，Ｔａｃ４は、図５に示すように、外部の単相交流電源４１に接続可能である。
【0015】
電力変換装置１０は、直流端子として高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬを備えている。高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬは、車載充電器を構成する第１ＤＣＤＣコンバータ２０に接続されている。第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、車載充電器を構成する第２ＤＣＤＣコンバータ３０に接続されている。第２ＤＣＤＣコンバータ３０は、車両に搭載された充放電可能な蓄電池４０に接続されている。
【0016】
第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧を第２ＤＣＤＣコンバータ３０に出力する。また、第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、第２ＤＣＤＣコンバータ３０から入力された直流電圧を変圧し、変圧した直流電圧を高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬに出力する。第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、例えば、図２に示すように、絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。図２に示す例では、第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、ＤＡＢ（Dual Active Bridge）方式のものであり、第１フルブリッジ回路２１と、第２フルブリッジ回路２３と、各フルブリッジ回路２１，２３の間の電力伝達を行うトランス２２とを備えている。トランス２２は、第１フルブリッジ回路２１に接続された第１コイル２２Ａ、第２フルブリッジ回路２３に接続された第２コイル２２Ｂ、及び各コイル２２Ａ，２２Ｂと磁気結合するコア２２Ｃを備えている。なお、第１ＤＣＤＣコンバータ２０は、他の方式（例えばＬＬＣ方式）のものであってもよい。
【0017】
図２に示す例では、第２ＤＣＤＣコンバータ３０は、上，下アーム変圧用スイッチ３１Ｈ，３１Ｌ、第１コンデンサ３２、インダクタ３３及び第２コンデンサ３４を備えている。第２ＤＣＤＣコンバータ３０は、第１ＤＣＤＣコンバータ２０から入力された直流電圧を降圧し、降圧した直流電圧を蓄電池４０に出力する。また、第２ＤＣＤＣコンバータ３０は、蓄電池４０から入力された直流電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を第２ＤＣＤＣコンバータ３０に出力する。
【0018】
図１の説明に戻り、電力変換装置１０は、４相分の上，下アームスイッチとして、第１上アームスイッチＳ１Ｈ及び第１下アームスイッチＳ１Ｌの直列接続体と、第２上アームスイッチＳ２Ｈ及び第２下アームスイッチＳ２Ｌの直列接続体と、第３上アームスイッチＳ３Ｈ及び第３下アームスイッチＳ３Ｌの直列接続体と、第４上アームスイッチＳ４Ｈ及び第４下アームスイッチＳ４Ｌの直列接続体とを備えている。本実施形態において、各上，下アームスイッチＳ１Ｈ～Ｓ４Ｌは、ボディダイオードを有するＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、各上，下アームスイッチＳ１Ｈ～Ｓ４Ｌにおいて、高電位側端子はドレインであり、低電位側端子はソースである。第１～第３相のうち、例えば、第１相がＵ相であり、第２相がＶ相であり、第３相がＷ相である。
【0019】
電力変換装置１０は、第１，第２，第３，第４上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ，Ｓ４Ｈの高電位側端子と高電位側直流端子ＴｄｃＨとを接続する電気経路である高電位側経路ＬＨと、第１，第２，第３，第４下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ，Ｓ４Ｌの低電位側端子と低電位側直流端子ＴｄｃＬとを接続する電気経路である低電位側経路ＬＬとを備えている。高電位側経路ＬＨ及び低電位側経路ＬＬは、例えばバスバー等の導電部材である。
【0020】
電力変換装置１０は、高電位側経路ＬＨと低電位側経路ＬＬとを接続する直流側コンデンサ５０（「直流側蓄電部」に相当）を備えている。直流側コンデンサ５０は、平滑コンデンサとして機能し、例えば電解コンデンサである。
【0021】
電力変換装置１０は、第１経路５１、第２経路５２及び第３経路５３を備えている。第１経路５１は、第１上アームスイッチＳ１Ｈの低電位側端子及び第１下アームスイッチＳ１Ｌの高電位側端子と、第１交流端子Ｔａｃ１とを接続する電気経路である。第２経路５２は、第２上アームスイッチＳ２Ｈの低電位側端子及び第２下アームスイッチＳ２Ｌの高電位側端子と、第２交流端子Ｔａｃ２とを接続する電気経路である。第３経路５３は、第３上アームスイッチＳ３Ｈの低電位側端子及び第３下アームスイッチＳ３Ｌの高電位側端子と、第３交流端子Ｔａｃ３とを接続する電気経路である。
【0022】
電力変換装置１０は、第１経路５１に設けられた第１インダクタ６１、第２経路５２に設けられた第２インダクタ６２、及び第３経路５３に設けられた第３インダクタ６３を備えている。なお、各インダクタ６１～６３のインダクタンス値が同じ値であってもよく、各インダクタ６１～６３の定格電流（具体的には、温度上昇定格電流）が同じ値であってもよい。
【0023】
電力変換装置１０は、第４上アームスイッチＳ４Ｈの低電位側端子及び第４下アームスイッチＳ４Ｌの高電位側端子と、第４交流端子Ｔａｃ４とを接続する電気経路である接続経路５４を備えている。電力変換装置１０は、接続経路５４に設けられた第１単相充電スイッチ５５を備えている。第１単相充電スイッチ５５は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0024】
電力変換装置１０は、第２単相充電スイッチ５６を備えている。第２単相充電スイッチ５６は、第１経路５１のうち第１インダクタ６１よりも第１交流端子Ｔａｃ１側の部分と、第２経路５２のうち第２インダクタ６２よりも第２交流端子Ｔａｃ２側の部分とを接続する。第２単相充電スイッチ５６は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0025】
電力変換装置１０は、第１遮断スイッチ５７、第２遮断スイッチ５８及び第３遮断スイッチ５９を備えている。第１遮断スイッチ５７は、第１経路５１のうち、第２単相充電スイッチ５６との接続点と、第１交流端子Ｔａｃ１との間に設けられている。第２遮断スイッチ５８は、第２経路５２のうち、第２単相充電スイッチ５６との接続点と、第２交流端子Ｔａｃ２との間に設けられている。第３遮断スイッチ５９は、第３経路５３のうち、第３インダクタ６３と第３交流端子Ｔａｃ３との間に設けられている。各遮断スイッチ５７，５８，５９は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0026】
電力変換装置１０は、各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減するための構成として、補償用コンデンサ７０（「補償用蓄電部」に相当）及び補償用スイッチ７１の直列接続体を備えている。第３経路５３のうち第３遮断スイッチ５９よりも第３インダクタ６３側の部分には、補償用スイッチ７１が接続されている。補償用スイッチ７１には、補償用コンデンサ７０の第１端が接続され、補償用コンデンサ７０の第２端には、低電位側経路ＬＬが接続されている。補償用コンデンサ７０は、例えばフィルムコンデンサである。補償用スイッチ７１は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0027】
電力変換装置１０は、直流側コンデンサ５０に対して補償用コンデンサ７０を並列接続するためのバイパススイッチ８０を備えている。バイパススイッチ８０は、補償用スイッチ７１及び補償用コンデンサ７０を接続する電気経路と、高電位側経路ＬＨとを接続する。バイパススイッチ８０は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0028】
電力変換装置１０は、直流側電圧センサ９０、交流側電圧センサ９１及び補償用電圧センサ９２を備えている。直流側電圧センサ９０は、直流側コンデンサ５０の端子電圧を検出し、交流側電圧センサ９１は、第１交流端子Ｔａｃ１と第４交流端子Ｔａｃ４との電圧差を検出し、補償用電圧センサ９２は、補償用コンデンサ７０の端子電圧を検出する。
【0029】
電力変換装置１０は、第１～第３電流センサ９３Ａ～９３Ｃを備えている。第１電流センサ９３Ａは、第１インダクタ６１に流れる電流を検出し、第２電流センサ９３Ｂは、第２インダクタ６２に流れる電流を検出し、第３電流センサ９３Ｃは、第３インダクタ６３に流れる電流を検出する。各センサ９０～９２，９３Ａ～９３Ｃの検出値は、電力変換装置１０が備える制御部としての制御装置１００に入力される。
【0030】
制御装置１００は、マイコン１０１を主体として構成され、マイコン１０１は、ＣＰＵを備えている。マイコン１０１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及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、マイコン１０１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、マイコン１０１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、後述する図３，６～９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更新可能である。
【0031】
制御装置１００は、交流端子からの入力電力を電力変換装置１０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０を介して蓄電池４０に供給する充電制御、又は蓄電池４０からの入力電力を第２ＤＣＤＣコンバータ３０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び電力変換装置１０を介して交流端子から出力する放電制御を行う。この際、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０は、制御装置１００によりスイッチング制御される。なお、電力変換装置１０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０のそれぞれは、個別の制御装置により制御され得る。ただし、個別に制御されることは要部ではないため、図１には、電力変換装置１０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０を制御する制御装置１００が１つ示されている。
【0032】
図４に示すように、第１～第３交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ３には、ＥＶＳＥ（Electric Vehicle Service Equipment）４２を介して３相交流電源４３（「複数相交流部，３相交流部」に相当）が電気的に接続可能である。３相交流電源４３は、例えば系統電源である。３相交流電源４３において、３相の出力電圧の振幅及び周波数は同じであり、出力電圧及び出力電流の位相は各相で１２０°ずつずれている。図示しないが、第１～第３交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ３には、ＥＶＳＥ４２を介して３相交流負荷（「３相交流部」に相当）が電気的に接続可能である。なお、図４では、３相交流電源４３の中性点が第４交流端子Ｔａｃ４に接続されているが、中性点が第４交流端子Ｔａｃ４に接続されていなくてもよい。
【0033】
図５に示すように、第１交流端子Ｔａｃ１及び第４交流端子Ｔａｃ４には、ＥＶＳＥ４２を介して単相交流電源４１（「単相交流部」に相当）が電気的に接続可能である。本実施形態において、単相交流電源４１の出力電圧の振幅は３相交流電源４３の出力電圧の振幅と同じである。また、単相交流電源４１の出力電圧の周波数は３相交流電源４３の出力電圧の周波数と同じである。図示しないが、第１交流端子Ｔａｃ１及び第４交流端子Ｔａｃ４には、ＥＶＳＥ４２を介して単相交流負荷（「単相交流部」に相当）が電気的に接続可能である。
【0034】
制御装置１００は、３相／単相充電制御又は３相／単相放電制御を行う。以下、図３のフローチャートを用いて、この制御について説明する。
【0035】
ステップＳ１０では、３相充電制御又は３相放電制御の指示がなされているか否かを判定する。例えば、ＥＶＳＥ４２が備える処理部（例えばマイコン）からＣＡＮ通信等を介して送信される指示に基づいて、３相充電制御又は３相放電制御の指示がなされているか否かを判定すればよい。
【0036】
３相充電制御は、電力変換装置１０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０それぞれのスイッチング制御により、３相交流電源４３からの電力を蓄電池４０に充電する制御である。
【0037】
３相放電制御は、第２ＤＣＤＣコンバータ３０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び電力変換装置１０それぞれのスイッチング制御により、蓄電池４０からの電力を車両外部の系統電源である３相交流電源４３に供給する制御である。この制御は、Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）とも呼ばれる。また、３相放電制御は、第２ＤＣＤＣコンバータ３０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び電力変換装置１０それぞれのスイッチング制御により、蓄電池４０からの電力を３相交流負荷に供給する制御である。３相交流負荷が住居等の建物の電気機器の場合、この制御は、Ｖ２Ｈ（Vehicle to Home）とも呼ばれる。
【0038】
ステップＳ１０において否定判定した場合には、ステップＳ１１に進み、単相充電制御又は単相放電制御の指示がなされているか否かを判定する。例えば、ＥＶＳＥ４２の処理部から送信される指示に基づいて、単相充電制御又は単相放電制御の指示がなされているか否かを判定すればよい。
【0039】
単相充電制御は、電力変換装置１０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣＤＣコンバータ３０それぞれのスイッチング制御により、単相交流電源４１からの電力を蓄電池４０に充電する制御である。
【0040】
単相放電制御は、第２ＤＣＤＣコンバータ３０、第１ＤＣＤＣコンバータ２０及び電力変換装置１０それぞれのスイッチング制御により、蓄電池４０からの電力を単相交流負荷に供給する制御である。単相交流負荷が住居等の建物の電気機器の場合、この制御は、Ｖ２Ｈとも呼ばれる。
【0041】
ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、図５に示すように、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６、第１遮断スイッチ５７及び補償用スイッチ７１をオンにする。また、第２遮断スイッチ５８、第３遮断スイッチ５９及びバイパススイッチ８０をオフにする。
【0042】
ステップＳ１３では、単相充電制御又は単相放電制御を行う。まず、単相充電制御について説明すると、第１交流端子Ｔａｃ１及び第４交流端子Ｔａｃ４から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１上アームスイッチＳ１Ｈ、第１下アームスイッチＳ１Ｌ、第２上アームスイッチＳ２Ｈ及び第２下アームスイッチＳ２Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じであり、３相充電制御時の１スイッチング周期と同じである。
【0043】
また、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減すべく、第３上アームスイッチＳ３Ｈ及び第３下アームスイッチＳ３Ｌのスイッチング制御を行う。第３上アームスイッチＳ３Ｈと第３下アームスイッチＳ３Ｌとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌの１スイッチング周期は同じであり、第１，第２上、下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌの１スイッチング周期と同じである。
【0044】
また、単相充電制御において、第４交流端子Ｔａｃ４から単相交流電源４１を介して第１交流端子Ｔａｃ１へと向かう方向に電流が流れている第１期間において、第４下アームスイッチＳ４Ｌをオンするとともに第４上アームスイッチＳ４Ｈをオフする。一方、第１交流端子Ｔａｃ１から単相交流電源４１を介して第４交流端子Ｔａｃ４へと向かう方向に電流が流れている第２期間において、第４上アームスイッチＳ４Ｈをオンするとともに第４下アームスイッチＳ４Ｌをオフする。現在のタイミングが第１期間及び第２期間のいずれに含まれているかは、例えば、第１電流センサ９３Ａの検出値に基づいて判定されればよい。
【0045】
なお、第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌの１スイッチング周期は、単相交流電源４１の出力電圧１周期と同じ周期であり、第１，第２，第３上、下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｈ，Ｓ３Ｌの１スイッチング周期よりも長い。これは、第１～第３相については、インダクタ６１～６３に流れる電流のリプルを低減するための高周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ）のスイッチングが必要な一方、第４相については、単相交流電源４１の出力電圧の基本周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同等の周波数のスイッチングで足りるためである。
【0046】
続いて、単相放電制御について説明すると、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１及び第４交流端子Ｔａｃ４から出力すべく、第１上アームスイッチＳ１Ｈ、第１下アームスイッチＳ１Ｌ、第２上アームスイッチＳ２Ｈ及び第２下アームスイッチＳ２Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じであり、３相放電制御時の１スイッチング周期と同じである。
【0047】
また、単相放電制御において、第４交流端子Ｔａｃ４から単相交流電源４１を介して第１交流端子Ｔａｃ１へと向かう方向に電流が流れている第１期間において、第４上アームスイッチＳ４Ｈをオンするとともに第４下アームスイッチＳ４Ｌをオフする。一方、第１交流端子Ｔａｃ１から単相交流電源４１を介して第４交流端子Ｔａｃ４へと向かう方向に電流が流れている第２期間において、第４下アームスイッチＳ４Ｌをオンするとともに第４上アームスイッチＳ４Ｈをオフする。
【0048】
ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１４に進み、図４に示すように、第１遮断スイッチ５７、第２遮断スイッチ５８、第３遮断スイッチ５９及びバイパススイッチ８０をオンする。また、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６及び補償用スイッチ７１をオフにする。なお、第４上アームスイッチＳ４Ｈ及び第４下アームスイッチＳ４Ｌもオフにする。
【0049】
ステップＳ１５では、３相充電制御又は３相放電制御を行う。まず、３相充電制御について説明すると、第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとはデッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じである。
【0050】
続いて、３相放電制御について説明すると、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとはデッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じである。
【0051】
続いて、３相充電／放電制御について説明する。まず、図６を用いて、３相充電制御について説明する。図６は、制御装置１００により実行される３相充電制御のブロック図である。電圧制御部１１０は、直流側電圧センサ９０により検出された直流側コンデンサ５０の端子電圧（以下、直流電圧検出値Ｖｄｃｒ）を目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆに制御するためのｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆを算出する。詳しくは、電圧制御部１１０は、電圧偏差算出部１１１と、電圧フィードバック制御部１１２とを備えている。電圧偏差算出部１１１は、目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆから直流電圧検出値Ｖｄｃｒを差し引くことにより、電圧偏差ΔＶを算出する。目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆは、例えば、各上，下アームスイッチＳ１Ｈ～Ｓ４Ｌ及び第１ＤＣＤＣコンバータ２０の定格電圧に基づいて設定されればよい。
【0052】
電圧フィードバック制御部１１２は、電圧偏差ΔＶを０にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆを算出する。電圧フィードバック制御部１１２におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0053】
電気角算出部１１３は、交流側電圧センサ９１により検出された電圧（以下、交流電圧検出値Ｖ１ｒ）に基づいて、電気角θｅを算出する。本実施形態では、交流電圧検出値Ｖ１ｒのゼロクロスタイミング（具体的には例えば、ゼロアップクロスタイミング）の電気角θｅを０°とし、次のゼロアップクロスタイミングにおける電気角θｅを３６０°とする。これにより、交流電圧検出値Ｖ１ｒの１周期が電気角１周期（０°～３６０°）に対応する。本実施形態において、交流電圧検出値Ｖ１ｒは、第４交流端子Ｔａｃ４の電圧よりも第１交流端子Ｔａｃ１の電圧が高い場合を正とする。
【0054】
２相変換部１１４は、第１，第２，第３電流センサ９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃにより検出された電流（以下、第１，第２，第３電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒ，ｉ３ｒ）と、電気角θｅとに基づいて、３相固定座標系における第１，第２，第３電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒ，ｉ３ｒを、２相回転座標系（ｄｑ軸座標系）におけるｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに変換する。本実施形態において、第１，第２，第３電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒ，ｉ３ｒは、第１，第２，第３交流端子Ｔａｃ１，Ｔａｃ２，Ｔａｃ３側から第１，第２，第３インダクタ６１，６２，６３側に向かって流れる場合を正とする。
【0055】
電流制御部１１５は、ｄ軸偏差算出部１１６、ｄ軸フィードバック制御部１１７、ｑ軸偏差算出部１１８及びｑ軸フィードバック制御部１１９を備えている。
【0056】
ｄ軸偏差算出部１１６は、ｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆからｄ軸電流Ｉｄｒを差し引くことにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｄ軸フィードバック制御部１１７は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを０にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸目標電圧Ｖｄｒｅｆを算出する。ｄ軸フィードバック制御部１１７におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0057】
ｑ軸偏差算出部１１８は、ｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆからｑ軸電流Ｉｑｒを差し引くことにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。ｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆは、無効電流の目標値であり、本実施形態では力率を１にするために０に設定されている。力率を１にするとは、３相交流電源４３の第１，第２，第３出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と、第１，第２，第３電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒ，ｉ３ｒとの位相差を０にすることである。ｑ軸フィードバック制御部１１９は、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを０にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸目標電圧Ｖｑｒｅｆを算出する。ｑ軸フィードバック制御部１１９におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0058】
３相変換部１２０は、ｄ，ｑ軸目標電圧Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆ及び電気角θｅに基づいて、２相回転座標系におけるｄ，ｑ軸目標電圧Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆを、３相固定座標系における第１，第２，第３目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ３ｒｅｆに変換する。第１，第２，第３目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ３ｒｅｆは、電気角で位相が１２０°ずつずれており、正弦波状の信号である。正弦波状の信号は、電気角１８０°毎に０となる信号である。
【0059】
なお、３相変換部１２０は、第１直流電力Ｐ１、第２直流電力Ｐ２及び第３直流電力Ｐ３が等しくなるように、第１，第２，第３目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ３ｒｅｆを算出してもよい。第１，第２，第３直流電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、各交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ３と各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬとの間を第１，第２，第３インダクタ６１，６２，６３を介して伝達される個別の直流電力である。これにより、第１，第２，第３インダクタ６１，６２，６３に流れる電流の実効値が互いに同等の値（例えば１６Ａｒｍｓ）になる。
【0060】
ＰＷＭ生成部１２１は、第１，第２，第３目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ３ｒｅｆと、キャリア信号との大小比較に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）により、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌのゲートに供給する第１上，下アーム駆動信号と、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのゲートに供給する第２上，下アーム駆動信号と、第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌのゲートに供給する第３上，下アーム駆動信号とを生成する。キャリア信号は、例えば三角波信号であり、キャリア信号の１周期は、電気角１周期（０°～３６０°）よりも十分に短い。電気角１周期において、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌのスイッチングパターン、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのスイッチングパターン、及び第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌのスイッチングパターンは、位相が１２０°ずつずれている。
【0061】
続いて、図７を用いて、３相放電制御について説明する。３相放電制御において、直流電圧検出値Ｖｄｃｒを目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆに制御する処理は、第１ＤＣＤＣコンバータ２０のスイッチング制御により行われる。このため、３相放電制御のブロック図は、図７に示すように、図６の３相充電制御の処理に対して電圧制御部１１０が設けられないものとなる。３相放電制御においてｄ軸偏差算出部１１６に入力されるｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ（例えば、－１６Ａ）は、３相充電制御時のｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ（例えば、＋１６Ａ）とは異なる符号の値に設定される。
【0062】
続いて、単相充電／放電制御について説明する。まず、図８を用いて、単相充電制御について説明する。図８は、制御装置１００により実行される単相充電制御のブロック図である。制御装置１００は、電力伝達のための充電制御部１００Ａと、直流電力の脈動を低減するための脈動低減制御部１００Ｂとを備えている。
【0063】
充電制御部１００Ａにおいて、フィルタ部１３０は、直流電圧検出値Ｖｄｃｒにローパスフィルタ処理を施す。これにより、直流電圧検出値Ｖｄｃｒに含まれる、単相交流電源４１の出力電圧の高調波成分を除去する。高調波成分は、例えば、出力電圧の２次周波数（例えば、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ）の成分である。
【0064】
電圧制御部１３１は、電圧偏差算出部１３２と、電圧フィードバック制御部１３３とを備えている。電圧偏差算出部１３２は、フィルタ部１３０において高調波成分が除去された目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆから、直流電圧検出値Ｖｄｃｒを差し引くことにより、電圧偏差ΔＶを算出する。電圧フィードバック制御部１３３は、電圧偏差ΔＶを０にフィードバック制御するための操作量として目標電流振幅Ｉａｍｐｒｅｆを算出する。電圧フィードバック制御部１３３におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0065】
電気角算出部１１３は、交流電圧検出値Ｖ１ｒに基づいて、電気角θｅを算出する。正弦波生成部１３８は、電気角θｅに基づいて、正弦波信号「ｓｉｎ×θｅ」を生成する。
【0066】
電流制御部１３４は、目標電流算出部１３５、電流偏差算出部１３６及び電流フィードバック制御部１３７を備えている。
【0067】
目標電流算出部１３５は、目標電流振幅Ｉａｍｐｒｅｆに正弦波信号「ｓｉｎ×θｅ」を乗算することにより、目標電流Ｉａｃｒｅｆを算出する。目標電流Ｉａｃｒｅｆは、交流電圧検出値Ｖ１ｒと同じ周期で変動する。
【0068】
電流偏差算出部１３６は、目標電流Ｉａｃｒｅｆから、第１電流検出値ｉ１ｒ及び第２電流検出値ｉ２ｒの加算値を差し引くことにより、電流偏差ΔＩを算出する。第１電流検出値ｉ１ｒ及び第２電流検出値ｉ２ｒの加算値は、電流加算部１３９において算出される。
【0069】
電流フィードバック制御部１３７は、電流偏差ΔＩを０にフィードバック制御するための操作量として第１，第２目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆを算出する。電流フィードバック制御部１３７におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。本実施形態において、第１，第２目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆは、同位相の信号である。本実施形態では、第１直流電力Ｐ１及び第２直流電力Ｐ２が等しくなるように、第１，第２目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆが電流フィードバック制御部１３７において算出される。
【0070】
第１ＰＷＭ生成部１４０は、第１，第２目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆと、キャリア信号との大小比較に基づくパルス幅変調により、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌのゲートに供給する第１上，下アーム駆動信号と、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのゲートに供給する第２上，下アーム駆動信号とを生成する。本実施形態では、電気角１周期において、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌのスイッチングパターンと、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのスイッチングパターンとの位相差が０°である。つまり、第１上アームスイッチＳ１Ｈと第２上アームスイッチＳ２Ｈとのオン切替タイミング及びオフ切替タイミングが同期しており、第１下アームスイッチＳ１Ｌと第２下アームスイッチＳ２Ｌとのオン切替タイミング及びオフ切替タイミングが同期している。
【0071】
続いて、脈動低減制御部１００Ｂについて説明する。
【0072】
脈動低減制御部１００Ｂにおいて、目標補償電圧算出部１４１は、直流電力Ｐｄｃの脈動を低減するための補償用コンデンサ７０の端子電圧の目標値である目標補償電圧Ｖｃｐｒｅｆを算出する。具体的には、目標補償電圧算出部１４１は、脈動補償振幅Ｐｐｅａｋと、電気角θｅと、下式（ｅｑ１）とに基づいて、目標補償電圧Ｖｃｐｒｅｆを算出する。
【0073】
【数1】
【0074】
電圧制御部１４２は、補償電圧偏差算出部１４３と、補償電圧フィードバック制御部１４４とを備えている。補償電圧偏差算出部１４３は、目標補償電圧Ｖｃｐｒｅｆから、補償用電圧センサ９２により検出された電圧（以下、補償電圧検出値Ｖｃｐｒ）を差し引くことにより、補償電圧偏差ΔＶｐを算出する。補償電圧フィードバック制御部１４４は、補償電圧偏差ΔＶｐを０にフィードバック制御するための操作量として目標フィードバック電流Ｉ３ｆｂを算出する。補償電圧フィードバック制御部１４４におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0075】
フィードフォワード電流算出部１４５は、脈動補償振幅Ｐｐｅａｋと、電気角θｅと、下式（ｅｑ２）とに基づいて、目標フィードフォワード電流Ｉ３ｆｆを算出する。
【0076】
【数2】
【0077】
電流制御部１４６は、加算部１４７と、補償電流偏差算出部１４８と、補償電流フィードバック制御部１４９とを備えている。加算部１４７は、目標フィードバック電流Ｉ３ｆｂに目標フィードフォワード電流Ｉ３ｆｆを加えることにより、目標補償電流Ｉ３ｒｅｆを算出する。なお、フィードフォワード電流算出部１４５は必須ではない。この場合、「Ｉ３ｒｅｆ＝Ｉ３ｆｂ」となる。
【0078】
補償電流偏差算出部１４８は、目標補償電流Ｉ３ｒｅｆから第３電流検出値ｉ３ｒを差し引くことにより、補償電流偏差ΔＩｐを算出する。補償電流フィードバック制御部１４９は、補償電流偏差ΔＩｐを０にフィードバック制御するための操作量として第３目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ３を算出する。補償電流フィードバック制御部１４９におけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
【0079】
第２ＰＷＭ生成部１５０は、第３目標電圧Ｖｌｅｇ３ｒｅｆと、キャリア信号との大小比較に基づくパルス幅変調により、第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌのゲートに供給する第３上，下アーム駆動信号とを生成する。
【0080】
図１０に、単相充電制御時における補償電圧検出値Ｖｃｐｒ、単相交流電源４１の出力電圧Ｖａｃ，出力電流ｉａｃ、補償用コンデンサ７０に流れる電流ｉｃｐｒ、第１，第２電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒ、単相交流電源４１の出力電力Ｐａｃ、補償用コンデンサ７０の電力Ｐｃｐｒ（＝Ｖｃｐｒ×ｉｃｐｒ）、及び各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬから出力された直流電力Ｐｄｃの推移を示す。補償電圧検出値Ｖｃｐｒは、補償用コンデンサ７０の両端のうち、第３経路５３側の電圧よりも低電位側経路ＬＬ側の電圧が高い場合を正とする。単相交流電源４１の出力電圧Ｖａｃは、第４交流端子Ｔａｃ４側の電圧よりも第１交流端子Ｔａｃ１側の電圧が高い場合を正とする。単相交流電源４１の出力電流ｉａｃは、第４交流端子Ｔａｃ４側から第１交流端子Ｔａｃ１側に向かって流れる場合を正とする。補償用コンデンサ７０に流れる電流ｉｃｐｒは、補償用コンデンサ７０の両端のうち、第３経路５３側から低電位側経路ＬＬ側に向かって流れる場合を正とする。
【0081】
図１０に示す例では、単相交流電源４１の出力電圧Ｖａｃの周波数が５０Ｈｚであり、出力電圧Ｖａｃの実効値は２３０Ｖｒｍｓであり、目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆが８００Ｖに設定されている。また、直流電力Ｐｄｃが３相充電制御時の直流電力Ｐｄｃの２／３の値とされている。
【0082】
第１，第２上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌの高周波スイッチング制御及び第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌの５０Ｈｚのスイッチング制御により、図１０に示すように、単相交流電源４１の出力電圧Ｖａｃと、第１，第２電流検出値ｉ１ｒ，ｉ２ｒとの位相差が０（つまり、力率が１）になるような単相充電制御が実行されている。
【0083】
本実施形態では、単相充電制御時において、第１直流電力Ｐ１及び第２直流電力Ｐ２が等しくなるように、電流フィードバック制御部１２８において第１，第２目標電圧Ｖｌｅｇ１ｒｅｆ，Ｖｌｅｇ２ｒｅｆが算出される。このため、図１０に示す例では、第１，第２インダクタ６１，６２に流れる電流の実効値が１６Ａｒｍｓになっている。
【0084】
図１０に示す例では、単相交流電源４１の出力電力Ｐａｃ（つまり、電力変換装置１０の入力電力）は、単相交流電４１２の出力電圧Ｖａｃの基本周波数の２倍の周波数で脈動し、また、７３６０Ｗを中心として７３６０Ｗの振幅にて脈動する。この脈動成分を低減するための目標補償電圧Ｖｃｐｒｅｆに補償電圧検出値Ｖｃｐｒが制御されるように、第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌがスイッチング制御される。これにより、入力電力の脈動成分が補償用コンデンサ７０に無効電力として吸収され、各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬへ伝達される直流電力Ｐｄｃは、概ね７３６０Ｗで一定となる。その結果、直流側コンデンサ５０の静電容量を低減でき、直流側コンデンサ５０を小型化できる。
【0085】
続いて、図９を用いて、単相放電制御について説明する。単相放電制御においても、３相放電制御と同様に、直流電圧検出値Ｖｄｃｒを目標直流電圧Ｖｄｃｒｅｆに制御する処理は、第１ＤＣＤＣコンバータ２０のスイッチング制御により行われる。このため、単相放電制御の充電制御部１００Ａには、図９に示すように、図８に示した単相充電制御の電圧制御部１３１が設けられていない。また、単相放電制御の脈動低減制御部１００Ｂにおいて、目標補償電圧算出部１４１に入力される電気角に関するパラメータは、θに代えて「θ＋９０°」となる。これは、補償用コンデンサ７０の電力Ｐｃｐｒ（＝Ｖｃｐｒ×ｉｃｐｒ、図１０参照）の正負を反転させるためである。
【0086】
本実施形態では、上述したように、３相充放電制御が行われる場合においてバイパススイッチ８０がオンされる。以下、バイパススイッチ８０が設けられる理由について説明する。３相放電制御時においては、第１～第３インダクタ６１～６３を介して各交流端子Ｔａｃ１～Ｔａｃ３及び各直流端子ＴｄｃＨ，ＴｄｃＬの間でやり取りされる電力のアンバランスが発生し得る。アンバランスが発生すると、直流側コンデンサ５０の端子電圧Ｖｄｃｒが大きく変動するため、直流側コンデンサ５０の静電容量を大きくすることが要求される。しかしながら、この場合、直流側コンデンサ５０の体格が増加してしまう。
【0087】
特に、３相放電制御時においては、上記アンバランスが大きくなる。これは、３相充電制御時においては、車載充電器自体がアンバランスを抑制するように制御可能である一方、３相放電制御時においては、アンバランスを抑制するような制御がしにくい事情があるためである。３相充電制御時においては、例えば、図６に示す制御を停止して蓄電池４０への充電を一時的に中断し、その後図６に示す制御を再開してアンバランスを抑制するように電力変換装置１０のスイッチング制御を行うことができる。蓄電池４０への充電を一時的に中断したとしても、ユーザの利便性の大きな低下につながりにくい。これに対し、３相放電制御時においては、３相交流電源４３や３相交流負荷への給電を一時的に中断しにくい事情がある。Ｖ２Ｇにおいて、３相交流電源４３への給電を一時的に中断してしまうと、系統電源の周波数が一時的に低下してしまう。系統電源に接続される車両の数が多い場合、周波数の低下は大きなものとなってしまう。また、Ｖ２Ｈにおいて、３相交流負荷への給電を一時的に中断してしまうと、電気機器の動作が停止してしまい、ユーザの利便性が大きく低下してしまう。
【0088】
以上説明した理由から、３相充放電制御を継続しながらアンバランスを抑制する必要がある。そこで、本実施形態では、３相充放電制御が行われる場合においてバイパススイッチ８０がオンされる。これにより、単相充放電時に用いられる補償用コンデンサ７０が直流側コンデンサ５０に並列接続され、補償用コンデンサ７０が直流側コンデンサ５０の双方が平滑コンデンサとして機能する。その結果、直流側コンデンサ５０の静電容量の増加を抑制でき、ひいては直流側コンデンサ５０の体格の増加を抑制できる。
【0089】
図１１には、比較例及び本実施形態における３相交流電源４３の電圧Ｖ１～Ｖ３、第１～第３インダクタ６１～６３に流れる電流ｉ１～ｉ３、直流側コンデンサ５０の端子電圧Ｖｄｃｒ及び補償用コンデンサ７０に流れる電流ｉｃｐｒの推移を示す。比較例は、上記特許文献１の構成である。図１１に示す例は、第２，第３インダクタ６２，６３を介してやりとりされる電力に対して、第１インダクタ６１を介してやりとりされる電力に－２０％のアンバランスを与えた場合の計算結果である。本実施形態によれば、比較例に対して直流側コンデンサ５０の端子電圧Ｖｄｃｒの変動を７３％低減できる。その結果、直流側コンデンサ５０の静電容量を低減でき、図１２に示すように、直流側コンデンサ５０の体格を大きく低減することができる。
【0090】
一般に、コンデンサが吸収できる電力Ｐとコンデンサの静電容量Ｃとの関係は、下式（ｅｑ３）で表せる。下式（ｅｑ３）において、ωａｃはコンデンサの印加電圧の入力周波数を示し、Ｖｄｃはコンデンサの印加電圧の直流成分を示し、ΔＶｄｃはコンデンサの印加電圧の交流成分の変動幅を示す。
【0091】
【数3】
【0092】
＜第１実施形態の変形例＞
・制御装置１００は、単相充放電制御時において、第２単相充電スイッチ５６をオフに維持してもよい。この場合、制御装置１００は、単相充放電制御時において、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオフに維持すればよい。
・制御装置１００は、単相充放電制御時において、第２単相充電スイッチ５６をオフに維持してもよい。この場合、制御装置１００は、単相充放電制御時において、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオフに維持すればよい。
【0093】
・図１に示す構成から第２単相充電スイッチ５６が除かれてもよい。この場合も、制御装置１００は、単相充放電制御時において、第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオフに維持すればよい。
【0094】
＜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。本実施形態において、制御装置１００は、３相放電制御の指示があることを条件として、バイパススイッチ８０をオンし、直流側コンデンサ５０を補償用コンデンサ７０に並列接続する。
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。本実施形態において、制御装置１００は、３相放電制御の指示があることを条件として、バイパススイッチ８０をオンし、直流側コンデンサ５０を補償用コンデンサ７０に並列接続する。
【0095】
図１３は、制御装置１００により実行される３相／単相充電制御又は３相／単相放電制御のフローチャートである。なお、図１３において、ステップＳ２０～Ｓ２３の処理は、先の図３のステップＳ１０～Ｓ１３の処理と同じであり、ステップＳ２７の処理は、ステップＳ１５の処理と同じ処理である。
【0096】
ステップＳ２４の処理の完了後、ステップＳ２５に進み、３相充電制御及び３相放電制御のうち、３相放電制御の指示がなされているか否かを判定する。
【0097】
ステップＳ２５において３相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ２６に進み、バイパススイッチ８０をオンする。
【0098】
一方、ステップＳ２５において３相充電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ２８に進み、バイパススイッチ８０をオフする。これにより、電力のアンバランスが生じにくく、平滑コンデンサの静電容量の増加が不要な３相充電制御時において、バイパススイッチ８０に電流を流さない。その結果、バイパススイッチ８０（例えばリレー）の抵抗成分における損失を発生させず、電力変換装置１０で発生する損失を低減することができる。
【0099】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１，第２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。本実施形態では、図１４に示すように、補償用コンデンサ７０の第２端が、低電位側経路ＬＬではなく高電位側経路ＬＨに接続されている。
以下、第３実施形態について、第１，第２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。本実施形態では、図１４に示すように、補償用コンデンサ７０の第２端が、低電位側経路ＬＬではなく高電位側経路ＬＨに接続されている。
【0100】
以上説明した本実施形態によれば、第１，第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0101】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、第２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。本実施形態では、図１５に示すように、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ１７０の並列接続の有無を切り替える回路構成が変更されている。
以下、第４実施形態について、第２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。本実施形態では、図１５に示すように、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ１７０の並列接続の有無を切り替える回路構成が変更されている。
【0102】
電力変換装置１０は、第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２を備えている。第１バイパススイッチ１８１は、低電位側経路ＬＬと補償用コンデンサ１７０の第１端とを接続する。第２バイパススイッチ１８２は、補償用コンデンサ１７０の第２端と高電位側経路ＬＨとを接続する。各バイパススイッチ１８１，１８２がオンされると、直流側コンデンサ５０に対して補償用コンデンサ１７０が並列接続される。各バイパススイッチ１８１，１８２は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0103】
電力変換装置１０は、第１補償用スイッチ１７１及び第２補償用スイッチ１７２を備えている。第１補償用スイッチ１７１は、第３経路５３のうち第２遮断スイッチ５８と第３インダクタ６３との間の部分と、補償用コンデンサ１７０の第２端とを接続する。第２補償用スイッチ１７２は、第１経路５１のうち第１インダクタ６１よりも第１交流端子Ｔａｃ１側の部分と、補償用コンデンサ１７０の第１端とを接続する。各補償用スイッチ１７１，１７２は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0104】
図１６は、制御装置１００により実行される３相／単相充電制御又は３相／単相放電制御のフローチャートである。なお、図１６において、ステップＳ３０，Ｓ３１の処理は、先の図３のステップＳ１０，Ｓ１１の処理と同じであり、ステップＳ３７の処理は、図３のステップＳ１５の処理と同じ処理である。
【0105】
ステップＳ３１において単相充電制御又は単相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ３２に進み、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６及び第１遮断スイッチ５７をオンする。また、脈動低減制御を行うために、第１補償用スイッチ１７１及び第２補償用スイッチ１７２をオンする。
【0106】
ステップＳ３２では、第２遮断スイッチ５８及び第３遮断スイッチ５９をオフする。また、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ１７０の並列接続を解除するために、第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２をオフする。
【0107】
ステップＳ３３では、図３のステップＳ１３と同様に、単相充電制御又は単相放電制御を行う。この場合における第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌのスイッチング制御も、ステップＳ１３と同様である。
【0108】
また、ステップＳ１３では、単相充電制御時において高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減すべく、第３上アームスイッチＳ３Ｈ及び第３下アームスイッチＳ３Ｌのスイッチング制御を行う。第３上アームスイッチＳ３Ｈと第３下アームスイッチＳ３Ｌとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌの１スイッチング周期は同じであり、第１，第２上、下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌの１スイッチング周期と同じである。
【0109】
ステップＳ３０において３相充電制御又は３相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ３４に進み、第１遮断スイッチ５７、第２遮断スイッチ５８及び第３遮断スイッチ５９をオンする。また、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６、第１補償用スイッチ１７１及び第２補償用スイッチ１７２をオフする。
【0110】
ステップＳ３５では、３相充電制御及び３相放電制御のうち、３相放電制御の指示がなされているか否かを判定する。
【0111】
ステップＳ３５において３相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ３６に進み、第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２をオンする。
【0112】
一方、ステップＳ３５において３相充電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ３８に進み、第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２をオフする。これにより、第２実施形態と同様に、平滑コンデンサの静電容量の増加が不要な３相充電制御時において、電力変換装置１０で発生する損失を低減することができる。
【0113】
＜第４実施形態の変形例＞
図１６に示す処理のうち、ステップＳ３５，Ｓ３８の処理が無くてもよい。つまり、３相充電制御時にも第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２がオンされていてもよい。
図１６に示す処理のうち、ステップＳ３５，Ｓ３８の処理が無くてもよい。つまり、３相充電制御時にも第１バイパススイッチ１８１及び第２バイパススイッチ１８２がオンされていてもよい。
【0114】
＜第５実施形態＞
以下、第５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。本実施形態では、図１７に示すように、電力変換装置１０に、接続経路５４、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６、バイパススイッチ８０及び第４交流端子Ｔａｃ４等が備えられていない。
以下、第５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。本実施形態では、図１７に示すように、電力変換装置１０に、接続経路５４、第１単相充電スイッチ５５、第２単相充電スイッチ５６、バイパススイッチ８０及び第４交流端子Ｔａｃ４等が備えられていない。
【0115】
電力変換装置１０は、脈動を低減するための構成として、第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌ、補償用コンデンサ２７０及び補償用インダクタ２９０を備えている。第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌの接続点には、補償用インダクタ２９０の第１端が接続されている。補償用インダクタ２９０の第２端には、補償用コンデンサ２７０の第１端が接続され、補償用コンデンサ２７０の第２端には、低電位側経路ＬＬが接続されている。
【0116】
電力変換装置１０は、直流側コンデンサ５０に対する補償用コンデンサ２７０の並列接続の有無を切り替えるための構成として、バイパススイッチ２８０を備えている。バイパススイッチ２８０がオンされると、直流側コンデンサ５０に対して補償用コンデンサ２７０が並列接続される。バイパススイッチ２８０は、オンされている場合に双方向の電流の流通を許可し、オフされている場合に双方向の電流の流通を阻止する。
【0117】
図１８は、制御装置１００により実行される３相／単相充電制御又は３相／単相放電制御のフローチャートである。なお、図１８において、ステップＳ４０，Ｓ４１の処理は、先の図３のステップＳ１０，Ｓ１１の処理と同じである。
【0118】
ステップＳ４１において単相充電制御又は単相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ４２に進み、図１９に示すように、第２遮断スイッチ５８をオフし、第１遮断スイッチ５７及び第３遮断スイッチ５９をオンする。また、バイパススイッチ２８０及び第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオフする。
【0119】
ステップＳ４３では、単相充電制御又は単相放電制御を行う。まず、単相充電制御について説明すると、第１交流端子Ｔａｃ１及び第３交流端子Ｔａｃ３から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１上アームスイッチＳ１Ｈ、第１下アームスイッチＳ１Ｌ、第３上アームスイッチＳ３Ｈ及び第３下アームスイッチＳ３Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じである。
【0120】
また、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減すべく、第４上アームスイッチＳ４Ｈ及び第４下アームスイッチＳ４Ｌのスイッチング制御を行う。第４上アームスイッチＳ４Ｈと第４下アームスイッチＳ４Ｌとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。第４上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ４Ｌの１スイッチング周期は、例えば、第１，第３上、下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ３Ｈ，Ｓ３Ｌの１スイッチング周期と同じである。
【0121】
続いて、単相放電制御について説明すると、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１及び第３交流端子Ｔａｃ３から出力すべく、第１上アームスイッチＳ１Ｈ、第１下アームスイッチＳ１Ｌ、第３上アームスイッチＳ３Ｈ及び第３下アームスイッチＳ３Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じである。
【0122】
ステップＳ４０において３相充電制御又は３相放電制御の指示がなされていると判定した場合には、ステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、図２０に示すように、第１遮断スイッチ５７、第２遮断スイッチ５８及び第３遮断スイッチ５９をオンし、第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌをオフする。また、直流側コンデンサ５０に補償用コンデンサ２７０を並列接続するために、バイパススイッチ２８０をオンする。
【0123】
ステップＳ４５では、３相充電制御又は３相放電制御を行う。まず、３相充電制御について説明すると、第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。
【0124】
３相放電制御について説明すると、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。３相放電制御及び３相充電制御では、各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとはデッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。各相において、上，下アームスイッチの１スイッチング周期は同じである。
【0125】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を奏することができる。
【0126】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【0127】
【0128】
・図１７に示した電力変換装置１０が第４上，下アームスイッチＳ４Ｈ，Ｓ４Ｌ、補償用コンデンサ２７０、バイパススイッチ２８０及び補償用インダクタ２９０を備えていなくてもよい。この場合、電力変換装置１０は、脈動を低減するための構成として、図２２に示すように、補償用コンデンサ３７０、バイパススイッチ３８０及び切替スイッチ３７１を備えていればよい。補償用コンデンサ３７０の第１端には、バイパススイッチ３８０を介して高電位側経路ＬＨが接続されている。補償用コンデンサ３７０の第２端には、低電位側経路ＬＬが接続されている。切替スイッチ３７１は、第３インダクタ６３の一端を、第２遮断スイッチ５８又は補償用コンデンサ３７０の第１端のいずれかに接続する。
【0129】
制御装置１００は、単相充電制御又は単相放電制御において、第２遮断スイッチ５８、バイパススイッチ３８０及び第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオフし、第１遮断スイッチ５７をオンする。また、制御装置１００は、第３インダクタ６３の一端を補償用コンデンサ３７０の第１端に接続するように切替スイッチ３７１を操作する。
【0130】
制御装置１００は、単相充電制御において、第１交流端子Ｔａｃ１及び第２交流端子Ｔａｃ２から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ及び第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。
【0131】
制御装置１００は、単相充電制御において、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力される直流電力の脈動を低減すべく、第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。第３上，下アームスイッチＳ３Ｈ，Ｓ３Ｌは、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。
【0132】
制御装置１００は、単相放電制御において、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１及び第２交流端子Ｔａｃ２から出力すべく、第１上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ及び第２上，下アームスイッチＳ２Ｈ，Ｓ２Ｌのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは、デッドタイムを挟みつつ、同期して交互にオンされる。
【0133】
制御装置１００は、３相充電制御又は３相放電制御において、第１遮断スイッチ５７、第２遮断スイッチ５８及び第３遮断スイッチ５９をオンする。また、第３インダクタ６３の一端を第３遮断スイッチ５９に接続するように切替スイッチ３７１を操作する。また、バイパススイッチ３８０をオンする。これにより、直流側コンデンサ５０に補償用コンデンサ３７０が並列接続される。
【0134】
制御装置１００は、３相充電制御において、第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から入力された交流電力を直流電力に変換して高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。
【0135】
制御装置１００は、３相放電制御において、高電位側直流端子ＴｄｃＨ及び低電位側直流端子ＴｄｃＬから入力された直流電力を交流電力に変換して第１交流端子Ｔａｃ１、第２交流端子Ｔａｃ２及び第３交流端子Ｔａｃ３から出力すべく、第１，第２，第３上アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ及び第１，第２，第３下アームスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌのスイッチング制御を行う。
【0136】
・第１上アームスイッチが複数のＮチャネルＭＯＳＦＥＴの並列接続体で構成されていてもよい。第１下アームスイッチ及び第２～第４上，下アームスイッチについても同様である。
【0137】
・上，下アームスイッチとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴであってもよい。この場合、ＩＧＢＴのコレクタが高電位側端子に相当し、エミッタが低電位側端子に相当する。
【0138】
・直流側コンデンサ及び補償用コンデンサに代えて、例えば、充放電可能な小容量の蓄電池が備えられていてもよい。
【0139】
・ＤＣＤＣコンバータ２４の出力部に接続される蓄電部としては、蓄電池に限らず、例えば、大容量の電気二重層キャパシタ、又は蓄電池及び電気二重層キャパシタの双方であってもよい。
【0140】
・例えば第１実施形態において、制御装置１００は、単相充電制御時に第１，第２上，下アームスイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ、Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌをインターリーブ駆動してもよい。インターリーブ駆動は、第１上アームスイッチＳ１Ｈのオンへの切り替えタイミングと、第２上アームスイッチＳ２Ｈのオンへの切り替えタイミングとを電気角で１８０°ずらすスイッチング制御である。
【0141】
・電力変換装置が搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。また、電力変換装置の搭載先は、移動体に限らず、定置式の装置であってもよい。
【0142】
・電力変換装置としては、３相の交流電源及び交流負荷に対応可能なものに限らず、４相以上の交流電源及び交流負荷に対応可能なものであってもよい。
【0143】
・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。
【符号の説明】
【0144】
１０…電力変換装置、５４…接続経路、５５…第１単相充電スイッチ、５６…第２単相充電スイッチ、６１～６３…第１～第３インダクタ、７０…補償用コンデンサ、７１…補償用スイッチ、８０…バイパススイッチ、１００…制御装置、Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ，Ｓ４Ｈ…第１～第４上アームスイッチ、Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ，Ｓ４Ｌ…第１～第４下アームスイッチ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】