特許 7557403 電力変換モジュールおよび電力変換装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-18

(45)【発行日】2024-09-27

(54)【発明の名称】電力変換モジュールおよび電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240919BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 Y

H02M3/28 V

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021046089

(22)【出願日】2021-03-19

(65)【公開番号】P2022144894

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-10-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 健一

(72)【発明者】

【氏名】戸村 修二

(72)【発明者】

【氏名】杉山 隆英

(72)【発明者】

【氏名】杉本 和大

(72)【発明者】

【氏名】谷口 聡

(72)【発明者】

【氏名】市田 智士

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１２７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３４２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００５５９４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３０４９０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換モジュールであって、
スイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された結合巻線と、
前記結合巻線が発生する磁束を導くコアと、
前記結合巻線、前記スイッチング回路および前記コアを収容または固定する筐体と、を備え、
前記筐体における第１外面に前記コアの一端に対応する第１磁束通過面が形成され、前記筐体における第２外面に前記コアの他端に対応する第２磁束通過面が形成されており、
複数の前記電力変換モジュールが連なって配置されることで電力変換装置が構成され、
前記電力変換装置を構成する複数の前記電力変換モジュールのうちの隣接する２つの前記電力変換モジュールは、一方の前記電力変換モジュールにおける前記第２磁束通過面と、他方の前記電力変換モジュールにおける前記第１磁束通過面とが接触または対向するように配置されることを特徴とする電力変換モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換モジュールにおいて、
前記第１外面および前記第２外面は反対方向を臨むことを特徴とする電力変換モジュール。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電力変換モジュールにおいて、
前記コアは、前記結合巻線を構成する導線が周囲に巻き回された内側コア部材と、前記結合巻線を構成する導線の外側に位置する外側コア部材によって構成されており、
前記第１磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面によって形成され、
前記第２磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面によって形成され、
前記電力変換装置には、さらに、
複数の前記電力変換モジュールのうちの一端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面に接触または対向して設けられる第１終端コアと、
複数の前記電力変換モジュールのうちの他端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面に接触または対向して設けられる第２終端コアと、
を備えることを特徴とする電力変換モジュール。

【請求項4】

複数の電力変換モジュールを備える電力変換装置であって、
各前記電力変換モジュールは、
スイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された結合巻線と、
前記結合巻線が発生する磁束を導くコアと、
前記結合巻線、前記スイッチング回路および前記コアを収容または固定する筐体と、を備え、
前記筐体における第１外面に前記コアの一端に対応する第１磁束通過面が形成され、前記筐体における第２外面に前記コアの他端に対応する第２磁束通過面が形成されており、
複数の前記電力変換モジュールは連なって配置され、
複数の前記電力変換モジュールのうちの隣接する２つの前記電力変換モジュールは、一方の前記電力変換モジュールにおける前記第２磁束通過面と、他方の前記電力変換モジュールにおける前記第１磁束通過面とが接触または対向するように配置されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電力変換装置において、
各前記電力変換モジュールにおける前記第１外面および前記第２外面は反対方向を臨むことを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載の電力変換装置において、
複数の前記電力変換モジュールのそれぞれが備える前記コアは、前記結合巻線を構成する導線が周囲に巻き回された内側コア部材と、前記結合巻線を構成する導線の外側に位置する外側コア部材によって構成されており、
前記第１磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面によって形成され、
前記第２磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面によって形成され、
前記電力変換装置は、さらに、
複数の前記電力変換モジュールのうちの一端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面に接触または対向して設けられる第１終端コアと、
複数の前記電力変換モジュールのうちの他端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面に接触または対向して設けられる第２終端コアと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項7】

請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
複数の前記電力変換モジュールのうちの１つは、各前記電力変換モジュールを制御するコントローラを備え、
複数の前記電力変換モジュールのうちの１つである負荷モジュールは負荷装置に接続されており、
前記コントローラは、
複数の前記電力変換モジュールのうちの前記負荷モジュールでない複数の電源モジュールを、位相制御であって、各前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される負荷電力に基づいて、各前記電力変換モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する位相制御に基づいて制御することを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電力変換装置において、
前記位相制御は、
複数の前記電源モジュールのうちの１つである基準モジュールに対する基準制御値を、目標電力と前記負荷電力との差異に基づいて求める処理と、
複数の前記電源モジュールのうちの、前記基準モジュールでない通常モジュールに流れる電流と、前記基準モジュールに流れる電流との差異、および前記基準制御値に基づいて、前記通常モジュールに対する制御値を求める処理と、
前記基準制御値に基づいて、前記基準モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理と、
前記制御値に基づいて、前記通常モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理と、
を含むことを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の電力変換装置において、
各前記電源モジュールは、
前記筐体に収容または固定され、電力源から供給される電力の力率を調整しながら前記スイッチング回路に電力を供給する力率調整回路を含むことを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
各前記電源モジュールには、複数相の交流電圧のうちの対応する相電圧が印加されることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換モジュールおよび電力変換装置に関し、特に、電力変換モジュールが備える結合巻線およびコアの構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するための主機電池が搭載されている。主機電池が充電される際には、サービスステーションや、駐車場に設置された充電装置に電動車両が接続され、充電装置から供給される電力によって主機電池が充電される。また、ハイブリッド自動車では、充電装置の他、エンジンの駆動力や回生制動によって発電した電力によって主機電池が充電される。

【0003】

主機電池の他、電動車両にはアクセサリ機器に電力を供給する補機電池が搭載されている。補機電池には、主機電池から供給される電力や、充電装置から供給される電力によって充電されるものがある。各電池を充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、各電池を充電するために入力された電圧を適切な電圧に変換して各電池に印加する。

【0004】

以下の特許文献１には、主機電池および補機電池を充電する電力変換回路（電力変換装置）が記載されている。この電力変換回路は、プラグイン機能によって主機電池および補機電池に電力を供給すると共に、主機電池から補機電池に電力を供給する。この電力変換回路は３つのハーフブリッジ回路（スイッチング回路）を備えている。第１のハーフブリッジ回路は、外部の交流電源から出力される交流電力の力率を調整する。第１のハーフブリッジ回路から第２のハーフブリッジ回路にトランスを介して電力が供給され、ＡＣ／ＤＣコンバータとして動作する第２のハーフブリッジ回路は主機電池に電力を供給する。さらに、第２のハーフブリッジ回路から第３のハーフブリッジ回路にトランスを介して電力が供給され、ＡＣ／ＤＣコンバータとして動作する第３のハーフブリッジ回路は補機電池に電力を供給する。

【0005】

また、以下の特許文献２には、３系統のスイッチング回路がトランスで結合され、商用電源および２つのバッテリの相互間で双方向に電力が伝送される電力変換装置が記載されている。非特許文献１には、それぞれにバッテリが接続された３系統のスイッチング回路がトランスで結合され、３つのバッテリの相互間で双方向に電力が伝送される電力変換装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－１４７９４号公報

【文献】特開２０１５－１１９５９８号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】C Zhao, SD Round, JW Kolar ,“An isolated three-port bidirectional DC-DC converter with decoupled power flow management” IEEE Transactions on Power Electronics ( Volume: 23, Issue: 5, Sept. 2008)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

一般に、電動車両に搭載される補機電池は、車種によって出力電圧や用いられる個数が異なる。そのため、複数種の電動車両を生産する場合、車種に応じて複数種の電力変換装置を設計および生産する必要が生じ、設計および生産に要されるコストが増大してしまう場合がある。

【0009】

本発明の目的は、複数種の電力変換装置の設計および生産を単純化することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、電力変換モジュールであって、スイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された結合巻線と、前記結合巻線が発生する磁束を導くコアと、前記結合巻線、前記スイッチング回路および前記コアを収容または固定する筐体と、を備え、前記筐体における第１外面に前記コアの一端に対応する第１磁束通過面が形成され、前記筐体における第２外面に前記コアの他端に対応する第２磁束通過面が形成されており、複数の前記電力変換モジュールが連なって配置されることで電力変換装置が構成され、前記電力変換装置を構成する複数の前記電力変換モジュールのうちの隣接する２つの前記電力変換モジュールは、一方の前記電力変換モジュールにおける前記第２磁束通過面と、他方の前記電力変換モジュールにおける前記第１磁束通過面とが接触または対向するように配置されることを特徴とする。望ましくは、前記第１外面および前記第２外面は反対方向を臨む。望ましくは、前記コアは、前記結合巻線を構成する導線が周囲に巻き回された内側コア部材と、前記結合巻線を構成する導線の外側に位置する外側コア部材によって構成されており、前記第１磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面によって形成され、前記第２磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面によって形成され、前記電力変換装置には、さらに、複数の前記電力変換モジュールのうちの一端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面に接触または対向して設けられる第１終端コアと、複数の前記電力変換モジュールのうちの他端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面に接触または対向して設けられる第２終端コアと、を備える。

【0012】

また、本発明は、複数の電力変換モジュールを備える電力変換装置であって、各前記電力変換モジュールは、スイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された結合巻線と、前記結合巻線が発生する磁束を導くコアと、前記結合巻線、前記スイッチング回路および前記コアを収容または固定する筐体と、を備え、前記筐体における第１外面に前記コアの一端に対応する第１磁束通過面が形成され、前記筐体における第２外面に前記コアの他端に対応する第２磁束通過面が形成されており、複数の前記電力変換モジュールは連なって配置され、複数の前記電力変換モジュールのうちの隣接する２つの前記電力変換モジュールは、一方の前記電力変換モジュールにおける前記第２磁束通過面と、他方の前記電力変換モジュールにおける前記第１磁束通過面とが接触または対向するように配置されることを特徴とする。望ましくは、各前記電力変換モジュールにおける前記第１外面および前記第２外面は反対方向を臨む。

【0013】

望ましくは、複数の前記電力変換モジュールのそれぞれが備える前記コアは、前記結合巻線を構成する導線が周囲に巻き回された内側コア部材と、前記結合巻線を構成する導線の外側に位置する外側コア部材によって構成されており、前記第１磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面によって形成され、
前記第２磁束通過面は、前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面によって形成され、前記電力変換装置は、さらに、複数の前記電力変換モジュールのうちの一端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの一方の端面に接触または対向して設けられる第１終端コアと、複数の前記電力変換モジュールのうちの他端の１つにおける前記内側コア部材および前記外側コア部材のそれぞれの他方の端面に接触または対向して設けられる第２終端コアと、を備える。

【0014】

望ましくは、複数の前記電力変換モジュールのうちの１つは、各前記電力変換モジュールを制御するコントローラを備え、複数の前記電力変換モジュールのうちの１つである負荷モジュールは負荷装置に接続されており、前記コントローラは、複数の前記電力変換モジュールのうちの前記負荷モジュールでない複数の電源モジュールを、位相制御であって、各前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される負荷電力に基づいて、各前記電力変換モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する位相制御に基づいて制御する。

【0015】

望ましくは、前記位相制御は、複数の前記電源モジュールのうちの１つである基準モジュールに対する基準制御値を、目標電力と前記負荷電力との差異に基づいて求める処理と、複数の前記電源モジュールのうちの、前記基準モジュールでない通常モジュールに流れる電流と、前記基準モジュールに流れる電流との差異、および前記基準制御値に基づいて、前記通常モジュールに対する制御値を求める処理と、前記基準制御値に基づいて、前記基準モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理と、前記制御値に基づいて、前記通常モジュールが備える前記スイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理と、を含む。

【0016】

望ましくは、各前記電源モジュールは、前記筐体に収容または固定され、電力源から供給される電力の力率を調整しながら前記スイッチング回路に電力を供給する力率調整回路を含む。

【0017】

望ましくは、各前記電源モジュールには、複数相の交流電圧のうちの対応する相電圧が印加される。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、複数種の電力変換装置の設計および生産を単純化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】車両搭載用の電力変換装置の構成を示す図である。

【図2】電力変換モジュールの分解斜視図である。

【図3】電力変換モジュールの平面図である。

【図4】連ねられた状態の電源モジュール、主機電池モジュールおよび補機電池モジュールを示す図である。

【図5】内側コア部材および外側コア部材の断面を示す図である。

【図6】第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。

【図7】筐体に収容されたＷ相電源モジュール、Ｖ相電源モジュール、Ｕ相電源モジュールおよび電池モジュールを示す図である。

【図8】コントローラの構成を示す図である。

【図9】シミュレーション結果を示す図である。

【図10】シミュレーション結果を示す図である。

【図11】シミュレーション結果を示す図である。

【図12】シミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明を省略する。本明細書における上下左右の用語は、図面における方向を示す。方向を示すこれらの用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。

【0021】

図１には、本発明の実施形態に係る車両搭載用の電力変換装置１００の構成が示されている。電力変換装置１００は、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２、補機電池モジュール１０－３、電源コネクタ１８、第１終端コア１６Ｅ１および第２終端コア１６Ｅ２を備えている。電源モジュール１０－１は、力率調整回路１２（ＰＦＣ：Power Factor Correction）、スイッチング回路１４－１、結合巻線ＬＡ、リアクトルＬＢおよびコア１６を備えている。力率調整回路１２には電源コネクタ１８が接続されている。

【0022】

電源コネクタ１８には、サービスステーションや駐車場に設けられた充電装置等の外部装置３０が接続されている。外部装置３０は、電源コネクタ１８を介して力率調整回路１２に交流電力を供給する。力率調整回路１２は、電源コネクタ１８から自らに流入する電流および自らから電源コネクタ１８に流出する電流の時間波形を調整することで、外部装置３０から供給される電力の力率を調整すると共に、スイッチング回路１４－１に直流電圧を出力する。これによって力率調整回路１２は、力率を調整しながら、外部装置３０から電源コネクタ１８を介してスイッチング回路１４－１に電力を供給する。なお、力率調整回路１２は、力率を調整しながら、スイッチング回路１４－１から外部装置３０に電源コネクタ１８を介して電力を供給してもよい。

【0023】

スイッチング回路１４－１は、並列に接続されたスイッチングアームαおよびβを備えている。各スイッチングアームは、直列に接続された第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２を備えている。第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のエミッタ電極に他方のコレクタ電極が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のソース電極に他方のドレイン電極が接続されることをいう。

【0024】

スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、ＩＧＢＴのエミッタ電極にアノード電極が接続され、コレクタ電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ＭＯＳＦＥＴのソース電極にアノード電極が接続され、ドレイン電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。

【0025】

スイッチングアームαおよびβの両端は一対の直流端子をなし、スイッチングアームαおよびβの両端には力率調整回路１２が接続されている。スイッチングアームαが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点と、スイッチングアームβが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点との間には、直列接続された結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢが接続されている。結合巻線ＬＡは、コア１６に巻き回された導線によって形成されている。

【0026】

各スイッチングアームが備える第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２は交互にオンオフする。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１がオフからオンになると共に、第２スイッチング素子Ｓ２はオンからオフになる。そして、第１スイッチング素子Ｓ１がオンからオフになると共に、第２スイッチング素子Ｓ２はオフからオンになる。スイッチングアームαが備える各スイッチング素子のスイッチングタイミングと、スイッチングアームβが備える各スイッチング素子のスイッチングタイミングには、例えば、１８０°の位相差があってよい。スイッチング回路１４－１は、力率調整回路１２から出力される直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢに印加する。

【0027】

主機電池モジュール１０－２は、スイッチング回路１４－２、結合巻線ＬＡ、リアクトルＬＢおよびコア１６を備えている。スイッチング回路１４－２は、スイッチングアームＸおよびＹを備えている。スイッチングアームＸおよびＹは、それぞれスイッチングアームαおよびβと同様の構成を有し、同様の動作をする。スイッチング回路１４－２のスイッチングアームＸおよびＹの両端は一対の直流端子をなし、スイッチングアームＸおよびＹの両端には主機電池３２が接続されている。

【0028】

スイッチングアームＸが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点と、スイッチングアームＹが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点との間には、直列接続された結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢが接続されている。結合巻線ＬＡは、コア１６に巻き回された導線によって形成されている。スイッチング回路１４－２は、主機電池３２から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢに印加する。また、スイッチング回路１４－２は、結合巻線ＬＡの両端に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を主機電池３２に印加する。

【0029】

補機電池モジュール１０－３は、スイッチング回路１４－３、結合巻線ＬＡ、リアクトルＬＢおよびコア１６を備えている。スイッチング回路１４－３は、スイッチングアームＷおよびＺを備えている。スイッチングアームＷおよびＺは、それぞれスイッチングアームαおよびβと同様の構成を有し、同様の動作をする。スイッチング回路１４－３のスイッチングアームＷおよびＺの両端は一対の直流端子をなし、スイッチングアームＷおよびＺの両端には補機電池３４が接続されている。

【0030】

スイッチングアームＷが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点と、スイッチングアームＺが備える第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２の直列接続点との間には、直列接続された結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢが接続されている。結合巻線ＬＡは、コア１６に巻き回された導線によって形成されている。また、スイッチング回路１４－３は、結合巻線ＬＡの両端に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を補機電池３４に印加する。

【0031】

各コア１６、第１終端コア１６Ｅ１および第２終端コア１６Ｅ２は、磁性体によって形成されている。第１終端コア１６Ｅ１、第２終端コア１６Ｅ２、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３は、それぞれが備えるコア１６が、第１終端コア１６Ｅ１および第２終端コア１６Ｅ２と共に磁路を形成するように配置される。磁路は磁束を集中させて磁束を導く経路である。磁路には、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３のそれぞれが備える結合巻線ＬＡが発生した磁束が通過する。電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３のそれぞれの結合巻線ＬＡは、磁路を介して相互に磁気的に結合する。

【0032】

電力変換装置１００では、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３のスイッチングによって、外部装置３０から主機電池３２および補機電池３４に電力が供給され、主機電池３２および補機電池３４が充電される。また、主機電池３２から補機電池３４に電力が供給され、補機電池３４が充電されてもよい。

【0033】

上記では、電源モジュール１０－１に外部装置３０が接続される実施形態について説明した。電源モジュール１０－１には、電力供給事業者等による商用電源システムが接続されてもよい。

【0034】

また、上記では、１系統の補機電池モジュール１０－３および補機電池３４を備える実施形態が示された。電力変換装置には、複数系統の補機電池モジュール１０－３および補機電池３４が設けられてもよい。この場合、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および複数の補機電池モジュール１０－３のそれぞれが備えるコア１６が磁路を形成する。電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および複数の補機電池モジュール１０－３の各結合巻線ＬＡは、磁路を介して相互に磁気的に結合する。

【0035】

図２には、電力変換モジュール１０の分解斜視図が示されている。電力変換モジュール１０は、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３として用いられる。図２では、図面の右方向がｘ軸正方向とされている。また、図面の奥に向かう方向がｙ軸正方向とされ、上方向がｚ軸正方向とされている。図３には、電力変換モジュール１０の平面図が示されている。電力変換モジュール１０は、結合巻線ＬＡ、コア１６、回路基板４０、スイッチング素子Ｓ、冷却器４２および筐体４４を備えている。筐体４４は、ｚｘ平面に沿って広がり対向する一対のｚｘ平面壁４６と、一対のｚｘ平面壁４６の右端でｙｚ平面に沿って広がるｙｚ平面壁４８を含む。

【0036】

一対のｚｘ平面壁４６の左端にはボビン構造５０が形成されている。ボビン構造５０は、左側手前の角の空間を囲む枠構造を有している。枠構造は、右側の内壁面の一部と左側の内壁面の一部が、円弧（または円弧に近似した曲面）を描いて外側に膨らむように、矩形の内壁面を変形させた形状を有している。枠構造の内側には、ｚ軸方向を軸方向とする筒５２が設けられている。図２に示されている筒５２は円筒形状である。筒５２の形状は、角筒形状や円筒の円形断面を所定方向に縮小した形状であってもよい。筒５２は、その側面と枠構造の内壁との間に橋渡された梁５４によって、枠構造の内側に固定されている。

【0037】

枠構造の奥側の内壁面および手前側の内壁面には、コア１６を構成する外側コア部材２２が設けられている。手前側の外側コア部材２２の内壁面と奥側の外側コア部材２２の内壁面とは対向し、各外側コア部材２２の内壁面は、円弧（または円弧に近似した曲面）を描いて外側に膨らんでいる。枠構造に形成された左右の円弧形状の内壁面と、一対の外側コア部材２２の内壁面は、仮想的な共通の筒上にあってよい。

【0038】

筒５２の内側には、コア１６を形成する内側コア部材２０が固定されている。内側コア部材２０は、筒５２の内側に嵌め込まれる柱形状を有しｚ軸方向に延びている。図２に示されている例では、内側コア部材２０は円柱形状である。筒５２の周囲には、結合巻線ＬＡを形成する導線が巻き回されている。すなわち、一対の外側コア部材２２と、筒５２内の内側コア部材２０との間に結合巻線ＬＡが形成されている。結合巻線ＬＡを構成する導線の両端は、一対のｚｘ平面壁４６とｙｚ平面壁４８に囲まれた枠内領域３８に引き出されている。

【0039】

内側コア部材２０の上面および各外側コア部材２２の上面は、電力変換モジュール１０から磁束が流出し、または、電力変換モジュール１０に磁束が流入する第１磁束通過面となる。また、内側コア部材２０の下面および各外側コア部材２２の下面は、電力変換モジュール１０に磁束が流入し、または、電力変換モジュール１０から磁束が流出する第２磁束通過面となる。第１磁束通過面および第２磁束通過面は、磁束に大きな影響を与えない部材で内側コア部材２０および外側コア部材２２の表面が覆われた面であってもよい。

【0040】

枠内領域３８には冷却器４２が設けられている。冷却器４２は、ｙｚ平面壁４８を貫く冷媒流入管４２ｉｎ、ｙｚ平面壁４８を貫く冷媒流出管４２ｏｕｔおよび本体部４２Ｍを備えている。本体部４２Ｍは、冷媒流入管４２ｉｎおよび冷媒流出管４２ｏｕｔに結合する直方体部分と、枠内領域３８の下方を塞ぐスイッチング素子支持部分を備えている。スイッチング素子支持部分の上面には複数のスイッチング素子Ｓが固定されている。冷媒流入管４２ｉｎからは水等の冷媒が流入する。冷媒は、本体部４２Ｍの内部を流通しながら各スイッチング素子Ｓから熱を奪い、冷媒流出管４２ｏｕｔから流出する。

【0041】

スイッチング素子Ｓの上方は回路基板４０によって覆われ、スイッチング素子Ｓは回路基板４０に接続される。スイッチング素子Ｓは回路基板４０に固定されてもよい。回路基板４０には、スイッチング素子Ｓを動作させるための電子回路が固定されている。また、枠内領域３８に引き出された結合巻線ＬＡの両端は、回路基板４０に接続されている。

【0042】

このように、本実施形態に係る電力変換モジュール１０は、スイッチング回路と、スイッチング回路に接続された結合巻線ＬＡと、結合巻線ＬＡが発生する磁束を導くコア１６と、筐体４４とを備えている。筐体４４は、結合巻線ＬＡ、スイッチング回路およびコア１６を収容または固定している。筐体４４における第１外面（図２において上側を臨む面）にコア１６の一端に対応する第１磁束通過面が形成され、筐体４４における第２外面（図２において下側を臨む面）にコア１６の他端に対応する第２磁束通過面が形成されている。第１外面および第２外面は反対方向（図２の上方向および下方向）を臨んでいる。

【0043】

図４には、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３を連ねた状態が示されている。以下の説明では、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３のそれぞれを、これらの総称を用いて電力変換モジュールと称する場合がある。

【0044】

電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３は、右側の電力変換モジュールの第１外面が、左側の電力モジュールの第２外面に接触または対向するように重ねられている。これによって、電源モジュール１０－１の第２磁束通過面は、主機電池モジュール１０－２の第１磁束通過面に接触または対向し、主機電池モジュール１０－２の第２磁束通過面は、補機電池モジュール１０－３の第１磁束通過面に接触または対向する。電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３は着脱自在に連ねられてよい。

【0045】

第１終端コア１６Ｅ１および第２終端コア１６Ｅ２は板片状に形成されてよい。電源モジュール１０－１の第１磁束通過面に対して、内側コア部材２０と２つの外側コア部材２２の表面に接触または対向する第１終端コア１６Ｅ１が配置されている。補機電池モジュール１０－３の第２磁束通過面に対して、内側コア部材２０と２つの外側コア部材２２の表面に接触または対向する第２終端コア１６Ｅ２が配置されている。

【0046】

図５には、各電力変換モジュールを図４のＡＡ線で切断したときに現れる、各電力変換モジュールにおける内側コア部材２０－１～２０－３および外側コア部材２２－１～２２－３の断面が示されている。ただし、図５では、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３に属する構成要素の符号については、それぞれ、符号「－１」～「－３」が付されている。

【0047】

内側コア部材２０－ｋの周囲には結合巻線ＬＡ－ｋを構成する導線が巻き回されている。ただし、ｋは、１～３の整数である。電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３が連ねて配置されることで、内側コア部材２０－３、２０－２、２０－１、第１終端コア１６Ｅ１、図５の上側の外側コア部材２２－１、２２－２、２２－３、第２終端コア１６Ｅ２を経て内側コア部材２０－３に戻る磁路Ｆ１が形成される。また、内側コア部材２０－３、２０－２、２０－１、第１終端コア１６Ｅ１、図５の下側の外側コア部材２２－１、２２－２、２２－３、第２終端コア１６Ｅ２を経て内側コア部材２２－３に戻る磁路Ｆ２が形成される。結合巻線ＬＡ－ｋから発せられた磁束は、磁路Ｆ１およびＦ２を通って他の結合巻線に鎖交する。これによって、結合巻線ＬＡ－１～ＬＡ－３が相互に結合する。

【0048】

このように、電力変換装置１００は、複数の電力変換モジュール（電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３）を備えている。複数の電力変換モジュールは連なって配置されている。複数の電力変換モジュールは着脱自在に連なって配置されてもよい。複数の電力変換モジュールのうちの隣接する２つの電力変換モジュールは、一方の電力変換モジュールにおける第２磁束通過面と、他方の電力変換モジュールにおける第１磁束通過面とが接触または対向するように配置されている。

【0049】

複数の電力変換モジュールのそれぞれが備えるコア１６は、複数のコア部材によって構成されている。本実施形態における複数のコア部材は、内側コア部材２０および外側コア部材２２である。第１磁束通過面は、複数のコア部材の一方の端面によって形成され、第２磁束通過面は、複数のコア部材の他方の端面によって形成されている。

【0050】

電力変換装置１００は、さらに、複数の電力変換モジュールのうちの一端（図４における最も左側）の１つにおける複数のコア部材（内側コア部材２０および外側コア部材２２）の一方の端面に接触または対向して設けられる第１終端コア１６Ｅ１を備えている。電力変換装置１００は、さらに、複数の電力変換モジュールのうちの他端（図４における最も右側）の１つにおける複数のコア部材の他方の端面に接触または対向して設けられる第２終端コア１６Ｅ２を備えている。

【0051】

一般に、２つの巻線が結合する場合、２つの巻線の間の距離が大きい程、各巻線の漏れインダクタンスが大きくなり、２つの巻線の相互インダクタンスが小さくなる。そのため、２つの電力変換モジュールのそれぞれの結合巻線の距離を近付ける程、２つの電力変換モジュールの間で伝送される電力が大きくなる傾向がある。３個以上の複数の電力変換モジュールを連ねる場合、複数の電力変換モジュールのうちから２つを選んだ組のうち、２つの電力変換モジュールの間で伝送される電力が最も大きい組を隣接させることで、電力伝送効率が高くなる。

【0052】

本実施形態では、電源モジュール１０－１、主機電池モジュール１０－２および補機電池モジュール１０－３から２つを選んだ組のうち、電源モジュール１０－１および主機電池モジュール１０－２の組において伝送される電力が最も大きい。そして、電源モジュール１０－１および主機電池モジュール１０－２は隣接して配置されている。したがって、本実施形態によれば、電源モジュール１０－１および主機電池モジュール１０－２を隣接させない場合に比べて、電力伝送効率が大きくなる。

【0053】

ここでは、３つの電力変換モジュールが連ねられた電力変換装置１００が示されたが、連ねられる電力変換モジュールの個数は任意である。本実施形態に係る電力変換モジュールでは、複数の回路のそれぞれを個別に筐体に組み込み、同一の回路または異なる回路を任意の個数で組み合わせることが容易となる。これによって、複数種の電力変換装置の設計および生産を単純化することができる。

【0054】

また、ここでは、各電力変換モジュールが２つの外側コア部材２２を備え、複数の電力変換モジュールが連ねられることで、Ｅ型形状を向かい合わせた形状のコアが形成される実施形態が示された。各電力変換モジュールは、１つの外側コアを備えるものであってよい。この場合、複数の電力変換モジュールが連ねられることで、Ｕ型形状を向かい合わせた形状のコアが形成される。

【0055】

図６には、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置１０２の構成が示されている。電力変換装置１０２は、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、電池モジュール１０Ｂ、第１終端コア１６Ｅ１、第２終端コア１６Ｅ２、コントローラ５８、電力測定器６２、Ｕ相端子６０Ｕ、Ｖ相端子６０ＶおよびＷ相端子６０Ｗを備えている。Ｕ相電源モジュール１０Ｕの力率調整回路１２において交流電力が入出力される一対の交流端子のうちの一方はＵ相端子６０Ｕに接続されている。Ｖ相電源モジュール１０Ｖの力率調整回路１２において交流電力が入出力される一対の交流端子のうちの一方はＶ相端子６０Ｖに接続されている。Ｗ相電源モジュール１０Ｗの力率調整回路１２において交流電力が入出力される一対の交流端子のうちの一方はＷ相端子６０Ｗに接続されている。また、各力率調整回路１２において交流電力が入出力される一対の交流端子のうちの他方は、中性点Ｎで共通に接続されている。

【0056】

Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗは、図１に示された電源モジュール１０－１と同様の構造を有している。Ｕ相端子６０Ｕ、Ｖ相端子６０ＶおよびＷ相端子６０Ｗは、商用電源システムに接続される。商用電源システムからＵ相端子６０Ｕ、Ｖ相端子６０ＶおよびＷ相端子６０Ｗには、三相交流電圧が印加される。すなわち、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗのそれぞれには、三相交流の相電圧のうちの対応する相電圧が印加される。

【0057】

ここでは、各力率調整回路１２が中性点Ｎで共通に接続されている例が示されているが、各力率調整回路１２において交流電力が入出力される一対の交流端子には、個別に交流電力源が接続されてもよい。電力変換装置１０２は、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗと同様の電力変換モジュールを追加することで、四相以上の交流電力源に接続される構成としてもよい。各電力変換モジュールには、複数相の交流電圧のうちの対応する相電圧が印加される。

【0058】

各力率調整回路１２は、商用電源システムから供給される電力の力率を調整すると共に、各相のスイッチング回路１４－１に直流電圧を出力する。各相のスイッチング回路１４－１は、各相の力率調整回路１２から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を各相の結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢに印加する。

【0059】

これによって、各力率調整回路１２は、力率を調整しながら、商用電源システムからスイッチング回路１４－１に電力を供給する。また、各力率調整回路１２は、力率を調整しながら、スイッチング回路１４－１から商用電源システムに電力を供給してもよい。

【0060】

電池モジュール１０Ｂは、図１に示された主機電池モジュール１０－２と同様の構成を有している。スイッチング回路１４－２のスイッチングアームＸおよびＹの両端は一対の直流端子をなし、スイッチングアームＸおよびＹの両端には電池３６が接続されている。スイッチング回路１４－２は、電池３６から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を結合巻線ＬＡおよびリアクトルＬＢに印加する。また、スイッチング回路１４－２は、結合巻線ＬＡの両端に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を電池３６に印加する。

【0061】

Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｗ相電源モジュール１０Ｗおよび電池モジュール１０Ｂのそれぞれ（各電力変換モジュール）が備えるコア１６は、各電力変換モジュールが備える結合巻線ＬＡから発生した磁束に対する磁路を形成する。各電力変換モジュールが備える結合巻線ＬＡは相互に磁気的に結合する。電力変換装置１０２では、各電力変換モジュールのスイッチングによって、商用電源システムから電池３６に電力が供給され、電池３６から商用電源システムに電力が供給される。

【0062】

Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕおよび電池モジュール１０Ｂはこの順序で配置されている。Ｗ相電源モジュール１０Ｗの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離は、Ｖ相電源モジュール１０Ｖの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離よりも大きい。そして、Ｖ相電源モジュール１０Ｖの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離は、Ｕ相電源モジュール１０Ｕの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離よりも大きい。

【0063】

コントローラ５８は、各相のスイッチング回路１４－１および電池モジュール１０Ｂのスイッチング回路１４－２を制御する。コントローラ５８が各スイッチング回路を制御するため、電力変換装置１０２は、電池３６に供給される電力を測定する電力測定器６２、各相の結合巻線ＬＡに流れる電流を測定する電流センサ（図示せず）を備えている。

【0064】

図７には、筐体４４に収容されたＷ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕおよび電池モジュール１０Ｂが示されている。Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕおよび電池モジュール１０Ｂのそれぞれは、図２および図３に示された電力変換モジュールと同様の構造を有している。Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＵ相電源モジュール１０Ｕ、電池モジュール１０Ｂは、右側の電力変換モジュールの第１外面が、左側の電力変換モジュールの第２外面に接触または対向するように重ねられている。Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕおよび電池モジュール１０Ｂは、着脱自在に連ねられてよい。

【0065】

Ｗ相電源モジュール１０Ｗの第１磁束通過面に対して、内側コア部材２０と外側コア部材２２の表面に接触または対向する第１終端コア１６Ｅ１が配置されている。電池モジュール１０Ｂの第２磁束通過面に対して、内側コア部材２０と外側コア部材２２の表面に接触または対向する第２終端コア１６Ｅ２が配置される。

【0066】

コントローラ５８は、Ｗ相電源モジュール１０Ｗ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕおよび電池モジュール１０Ｂのうちいずれかの筐体４４内に収容されてよい。

【0067】

一般に、２つの巻線が結合する場合、２つの巻線の間の距離が大きい程、各巻線の漏れインダクタンスが大きくなり、２つの巻線の相互インダクタンスが小さくなる。したがって、２つの電力変換モジュール間の距離が大きい程、２つの結合巻線の間の距離が大きくなり、２つの電力変換モジュールの間で伝送される電力が小さくなる。

【0068】

図６および図７に示されているように、Ｗ相電源モジュール１０Ｗの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離は、Ｖ相電源モジュール１０Ｖの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離よりも大きい。そして、Ｖ相電源モジュール１０Ｖの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離は、Ｕ相電源モジュール１０Ｕの結合巻線ＬＡと、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡとの間の距離よりも大きい。

【0069】

このような各相の結合巻線ＬＡの位置関係において、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗを同位相でスイッチングすると、Ｕ相電源モジュール１０Ｕから電池モジュール１０Ｂに伝送される電力の方が、Ｖ相電源モジュール１０Ｖから電池モジュール１０Ｂに伝送される電力の方が大きくなる。そして、Ｖ相電源モジュール１０Ｖから電池モジュール１０Ｂに伝送される電力の方が、Ｗ相電源モジュール１０Ｗから電池モジュール１０Ｂに伝送される電力の方が大きくなる。すなわち、電池３６に供給される電力に相間ばらつきが生じてしまう。

【0070】

この場合、伝送電力が最も大きいＵ相電源モジュール１０Ｕの電力容量を大きくする必要が生じ、Ｕ相電源モジュール１０Ｕを大型とする必要が生じる。これによって、電力変換装置１０２全体が大型となることがある。

【0071】

また、Ｕ相の力率調整回路１２とＵ相端子６０Ｕとの間、Ｖ相の力率調整回路１２とＶ相端子６０Ｖとの間、および、Ｗ相の力率調整回路１２とＷ相端子６０Ｗとの間にはブレーカが挿入されてもよい。この場合において、電池３６に供給される電力に相間ばらつきがあると、伝送電力が最も大きいＵ相のブレーカが遮断し易くなり、所望の電力が電池３６に供給されない可能性が生じる。

【0072】

そこで、コントローラ５８は、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、およびＷ相電源モジュール１０Ｗをスイッチングする際の各相の位相関係を、各相で伝送される電力が近付けられるように、または一致するように調整する。これによって、特定の相の回路が大型となってしまうという問題が解決される。また、ブレーカが用いられる場合には、特定の相のブレーカが遮断し易くなって、十分な電力が電池３６に供給されない可能性が低くなる。

【0073】

図８には、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、Ｗ相電源モジュール１０Ｗおよび電池モジュール１０Ｂを制御するコントローラ５８の構成が示されている。コントローラ５８は、減算器７２、７６、８２、比例積分器７４、７８、８４、加算器８０および８６を含む。コントローラ５８は、プログラムを実行するプロセッサによって構成されてもよい。この場合、プロセッサがプログラムを実行することで、これらの構成要素（減算器７２、７６、８２、比例積分器７４、７８、８４、加算器８０および８６）が、コントローラ５８に構成される。

【0074】

コントローラ５８は、電池３６に供給される電力を電力測定器６２によって測定する。電力測定値Ｐｏｕｔが正であることは、電池３６が充電されていることを意味し、電力測定値Ｐｏｕｔが負であることは、電池３６が放電していることを意味する。

【0075】

コントローラ５８は、電力目標値Ｐｏｕｔ^＊から電力測定値Ｐｏｕｔを減算して得られる電力誤差を減算器７２によって求め、電力誤差を比例積分器７４によって比例積分し、Ｕ相制御値φｕを求める。コントローラ５８は、Ｕ相の結合巻線ＬＡに流れる電流の測定値であるＵ相電流測定値Ｉｕ、Ｖ相の結合巻線ＬＡに流れる電流の測定値であるＶ相電流測定値ＩｖおよびＷ相の結合巻線ＬＡに流れる電流の測定値であるＷ相電流測定値Ｉｗを取得する。Ｕ相電流測定値Ｉｕ、Ｖ相電流測定値ＩｖおよびＷ相電流測定値Ｉｗは、実効値であってよい。

【0076】

コントローラ５８は、Ｕ相電流測定値ＩｕからＶ相電流測定値Ｉｖを減算して得られるＶ相電流誤差を減算器７６によって求め、Ｖ相電流誤差を比例積分器７８によって比例積分し、比例積分値にＵ相制御値φｕを加算して得られるＶ相制御値φｖを加算器８０によって求める。

【0077】

コントローラ５８は、Ｕ相電流測定値ＩｕからＷ相電流測定値Ｉｗを減算して得られるＷ相電流誤差を減算器８２によって求め、Ｗ相電流誤差を比例積分器８４によって比例積分し、比例積分値にＵ相制御値φｕを加算して得られるＷ相制御値φｗを加算器８６によって求める。

【0078】

コントローラ５８は、電池モジュール１０Ｂのスイッチング回路１４－２のスイッチング位相に対して、Ｕ相電源モジュール１０Ｕのスイッチング回路１４－１のスイッチング位相がＵ相制御値φｕだけ進むように、電池モジュール１０ＢおよびＵ相電源モジュール１０Ｕのそれぞれのスイッチング回路を制御する。

【0079】

また、コントローラ５８は、電池モジュール１０Ｂのスイッチング回路１４－２のスイッチング位相に対して、Ｖ相電源モジュール１０Ｖのスイッチング回路１４－２のスイッチング位相がＶ相制御値φｖだけ進むように、電池モジュール１０ＢおよびＶ相電源モジュール１０Ｖのそれぞれのスイッチング回路を制御する。

【0080】

さらに、コントローラ５８は、電池モジュール１０Ｂのスイッチング回路１４－２のスイッチング位相に対して、Ｗ相電源モジュール１０Ｗのスイッチング回路１４－２のスイッチング位相がＷ相制御値φｗだけ進むように、電池モジュール１０ＢおよびＷ相電源モジュール１０Ｗのそれぞれのスイッチング回路を制御する。

【0081】

コントローラ５８が実行する制御によれば、電池３６に供給される電力の不足分を表す電力誤差が大きい程、Ｕ相制御値φｕ、Ｖ相制御値φｖおよびＷ相制御値φｗが大きくなり、各相の電源モジュールから電池３６に供給される電力が大きくなる。また、Ｖ相の電力供給量に対してＵ相の電力供給量が大きい程度を示すＶ相電流誤差が大きい程Ｖ相制御値φｖが大きくなり、Ｗ相の電力供給量に対してＵ相の電力供給量が大きい程度を示すＷ相電流誤差が大きい程Ｗ相制御値φｗが大きくなる。

【0082】

電力変換装置１０２では、Ｕ相制御値φｕが大きい程、Ｕ相電源モジュール１０Ｕから電池モジュール１０Ｂに供給される電力が大きくなる。同様に、Ｖ相制御値φｖが大きい程、Ｖ相電源モジュール１０Ｖから電池モジュール１０Ｂに供給される電力が大きくなり、Ｗ相制御値φｗが大きい程、Ｗ相電源モジュール１０Ｗから電池モジュール１０Ｂに供給される電力が大きくなる。したがって、コントローラ５８が実行する制御によれば、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗから電池３６に供給される電力の不足分が均等に電池３６に供給される。

【0083】

このように、コントローラ５８は、複数の電力変換モジュールのうちの負荷モジュールでない複数の電源モジュールを位相制御に基づいて制御する。ここで、負荷モジュールとは、負荷装置に接続される電力変換モジュールをいう。本実施形態においては、電池３６および電池３６に接続される装置（図示せず）が負荷装置に相当し、電池モジュール１０Ｂが負荷モジュールに相当する。

【0084】

位相制御は、各電源モジュールから負荷モジュールに供給される負荷電力に基づいて、各電源モジュールが備えるスイッチング回路のスイッチング位相を制御するものである。

【0085】

位相制御は、複数の電源モジュールのうちの１つである基準モジュールに対する基準制御値を、目標電力と負荷電力との差異、すなわち電力目標値Ｐｏｕｔ^＊と電力測定値Ｐｏｕｔとの差異に基づいて求める処理を含む。本実施形態では、Ｕ相電源モジュール１０Ｕが基準モジュールに相当し、Ｕ相制御値φｕが基準制御値に相当する。

【0086】

位相制御は、複数の電源モジュールのうちの基準モジュールでない通常モジュールに流れる電流と、基準モジュールに流れる電流との差異、および基準制御値に基づいて、通常モジュールに対する制御値を求める処理を含む。本実施形態では、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗが通常モジュールに相当し、Ｖ相制御値φｖおよびＷ相制御値φｗが、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗに対する制御値に相当する。位相制御は、基準制御値に基づいて、基準モジュールが備えるスイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理と、通常モジュールに対する制御値に基づいて、通常モジュールが備えるスイッチング回路のスイッチング位相を制御する処理を含む。

【0087】

図９および図１０には、電力変換装置１０２のシミュレーション結果が示されている。図９の横軸は時間を示し縦軸は電力を示す。電力特性９０Ｚは電力目標値Ｐｏｕｔ^＊を示す。電力特性９０Ｕ、９０Ｖおよび９０Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれから電池３６に供給される電力を示す。

【0088】

図１０の上段には、各相の結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形が示されている。図１０の下段には、各相の結合巻線ＬＡに流れる電流の時間波形が示されている。電圧時間波形９１Ｕ、９１Ｖおよび９１Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形である。電圧時間波形９１Ｂは、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形である。電圧時間波形９１Ｗの位相は、電圧時間波形９１Ｖの位相に対して進んでいる。そして、電圧時間波形９１Ｖの位相は、電圧時間波形９１Ｕの位相に対して進んでいる。

【0089】

電流時間波形９２Ｕ、９２Ｖおよび９２Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の結合巻線ＬＡに流れる電流の時間波形である。各電流の時間波形は、電圧時間波形９１Ｕ、９１Ｖおよび９１Ｗの位相関係に応じた時間波形となっている。

【0090】

図１１および図１２には、電力変換装置１０２において、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０ＶおよびＷ相電源モジュール１０Ｗを、仮に同相でスイッチングした場合のシミュレーション結果が示されている。図１１の横軸は時間を示し縦軸は電力を示す。電力特性９３Ｚは電力目標値Ｐｏｕｔ^＊を示す。電力特性９３Ｕ、９３Ｖおよび９３Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれから電池３６に供給される電力を示す。

【0091】

図１２の上段には、各相の結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形が示されている。図１２の下段には、各相の結合巻線ＬＡに流れる電流の時間波形が示されている。電圧時間波形９４Ｕ、９４Ｖおよび９４Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形である。電圧時間波形９４Ｂは、電池モジュール１０Ｂの結合巻線ＬＡの端子間電圧の時間波形である。電圧時間波形９４Ｕ、９４Ｖおよび９４Ｗの位相は揃っている。電流時間波形９５Ｕ、９５Ｖおよび９５Ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の結合巻線ＬＡに流れる電流の時間波形である。

【0092】

図９および図１１から明らかなように、本実施形態に係る電力変換装置１０２によれば、各相のスイッチングを同相とする場合に比べて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれから電池３６に供給される各電力が近付けられている。すなわち、本実施形態に係る電力変換装置１０２では、Ｕ相電源モジュール１０Ｕ、Ｖ相電源モジュール１０Ｖ、およびＷ相電源モジュール１０Ｗをスイッチングする際の各相の位相関係が、各相で伝送される電力が近付けられるように調整される。これによって、特定の相の回路が大型となってしまうという問題が解決される。また、各相にブレーカが設けられる場合には、特定の相のブレーカが遮断し易くなって、十分な電力が電池３６に供給されない可能性が低くなる。

【符号の説明】

【0093】

１０ 電力変換モジュール、１０－１ 電源モジュール、１０Ｕ Ｕ相電源モジュール、１０Ｖ Ｖ相電源モジュール、１０Ｗ Ｗ相電源モジュール、１０－２ 主機電池モジュール、１０－３ 補機電池モジュール、１０Ｂ 電池モジュール、１２ 電力調整回路、１４－１、１４－２、１４－３ スイッチング回路、１６ コア、１６Ｅ１ 第１終端コア、１６Ｅ２ 第２終端コア、１８ コネクタ、２０ 内側コア部材、２２ 外側コア部材、３０ 外部装置、３２ 主機電池、３４ 補機電池、３８ 枠内領域、４０ 回路基板、４２ 冷却器、４２ｉｎ、４２ 本体部、冷媒流入管、４２ｏｕｔ 冷媒流出管、４４ 筐体、４６ ｚｘ平面壁、４８ ｙｚ平面壁、５０ ボビン構造、５２ 筒、５４ 梁、５８ コントローラ、６０Ｕ Ｕ相端子、６０Ｖ Ｖ相端子、６０Ｗ Ｗ相端子、６２ 電力測定器、７２，７６，８２ 減算器、７４，７８，８４ 比例積分器、８０，８６ 加算器、９０Ｚ，９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗ，９３Ｚ，９３Ｕ，９３Ｖ，９３Ｗ 電力特性、９１Ｕ，９１Ｖ，９１Ｗ，９４Ｕ，９４Ｖ，９４Ｗ 電圧時間波形、９２Ｕ，９２Ｖ，９２Ｗ，９５Ｕ，９５Ｖ，９５Ｗ 電流時間波形、α，β，Ｘ，Ｙ スイッチングアーム、Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子，ＬＡ 結合素子、ＬＢ リアクトル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】