JP2026023601A - Power Conversion Device - Google Patents
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Abstract
【課題】専用の電圧検出器を設けることなく電圧検出器の異常の有無を判定し、電力変換装置の信頼性を向上しつつ、電力変換装置の小型軽量化、低コスト化を可能とする。
【解決手段】電力変換装置は、正極側のスイッチング素子と、負極側のスイッチング素子とを直列に接続するとともに回転電機の界磁巻線に接続された外部接続点が設けられたレグを複数有する電力変換回路、外部接続点の少なくともひとつと接続された充電端子、電源電圧検出器、電力変換回路電圧検出器、充電端子電圧検出器、および、電力変換回路を制御するとともに、故障診断をする場合は、充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、電源電圧と電力変換回路電圧と充電端子電圧とのうち二つずつを相互に比較して、異常の有無を判定する制御部、を備える。
【選択図】図1
The present invention is directed to a power conversion device that can be made smaller, lighter, and less expensive by determining whether or not a voltage detector is abnormal without providing a dedicated voltage detector and improving the reliability of the power conversion device.
[Solution] The power conversion device includes a power conversion circuit having multiple legs in which a positive-side switching element and a negative-side switching element are connected in series and each leg has an external connection point connected to the field winding of a rotating electric machine, a charging terminal connected to at least one of the external connection points, a power supply voltage detector, a power conversion circuit voltage detector, a charging terminal voltage detector, and a control unit that controls the power conversion circuit and, when diagnosing a fault, turns on the positive-side switching element of the leg having the external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, and compares two each of the power supply voltage, power conversion circuit voltage, and charging terminal voltage to determine whether or not there is an abnormality.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本開示は、電力変換装置に関する。 This disclosure relates to a power conversion device.
近年、プラグ・イン・ハイブリッド自動車(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)が普及している。これらの電動車両は、直流電源(バッテリとも称する)に蓄えられた電力を電力変換装置によって回転電機の回転力に変換して車両を走行させる。電動機、発電機を総称して回転電機という。電力の出力形態を変換して回転電機を制御する電力変換装置としては、交流電力を直流電力へ変換するAC/DCコンバータ(Alternating Current / Direct Current Converter)、直流電力から交流電力へ変換するインバータ(Inverter)、等が一般的である。これらの回転電機を制御する電力変換装置は、半導体スイッチング素子を備えた構成であることが多い。 In recent years, plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) and electric vehicles (EVs) have become popular. These electric vehicles run by converting the power stored in a DC power source (also called a battery) into the rotational force of a rotating electric machine using a power conversion device. Electric motors and generators are collectively called rotating electric machines. Common power conversion devices that convert the power output form and control rotating electric machines include an AC/DC (Alternating Current/Direct Current) converter, which converts AC power to DC power, and an inverter, which converts DC power to AC power. The power conversion devices that control these rotating electric machines often include semiconductor switching elements.
電動車両は、車両に搭載した直流電源に充電する必要がある。充電を行う際、通常は充電器を直接、直流電源に接続して充電する。しかし、充電器の供給電圧に対して、直流電源の定格電圧の方が高い場合、直流電源に充電ができないという問題が発生する。より高電圧の直流電源を有する高性能な車両が登場して、既設の充電設備の仕様とミスマッチとなる場合にもこのような問題が生じる。 Electric vehicles need to be charged using a DC power supply installed on the vehicle. Charging is typically done by connecting the charger directly to the DC power supply. However, if the rated voltage of the DC power supply is higher than the supply voltage of the charger, a problem occurs in which the DC power supply cannot be charged. This problem also arises when high-performance vehicles with higher-voltage DC power supplies appear, causing a mismatch with the specifications of existing charging equipment.
そのような場合に、電力変換装置に接続された回転電機のコイルを用いて、充電器の出力を昇圧し、高電圧によって直流電源を充電する技術が開示されている。(例えば特許文献1) In such cases, a technology has been disclosed that uses the coil of a rotating electrical machine connected to a power conversion device to boost the charger's output and charge a DC power source with high voltage (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に示される技術では、電力変換装置によって回転電機の各相のコイルを駆動する際に、電力変換回路に印加される直流電圧を検出することが不可欠である。要求されるトルク、要求される回転数、要求される電流などに応じて回転電機を制御するためには、電力変換回路に印加される直流電圧を検出することは極めて重要である。 In the technology disclosed in Patent Document 1, when the coils of each phase of a rotating electric machine are driven by a power conversion device, it is essential to detect the DC voltage applied to the power conversion circuit. Detecting the DC voltage applied to the power conversion circuit is extremely important in order to control the rotating electric machine according to the required torque, required rotation speed, required current, etc.
電力変換回路に印加される直流電圧を検出する電圧検出器が正常であることを前提として、電力変換装置が回転電機のコイルを駆動し、また充電器の電圧を昇圧して車両の直流電源を充電する。しかしながら、この電圧検出器の異常の有無を判定する方法について特許文献1には開示されていない。電圧検出器の異常の有無を判定するには、新たな電圧検出器を設けて電圧検出の信頼性を検証する方法があるが、そのような方法は、電力変換装置の大型化、重量の増加、高コストにつながる。 Assuming that the voltage detector that detects the DC voltage applied to the power conversion circuit is normal, the power conversion device drives the coil of the rotating electric machine and boosts the charger voltage to charge the vehicle's DC power supply. However, Patent Document 1 does not disclose a method for determining whether or not there is an abnormality in this voltage detector. One way to determine whether or not there is an abnormality in the voltage detector is to install a new voltage detector and verify the reliability of voltage detection, but this method leads to an increase in the size, weight, and cost of the power conversion device.
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものである。充電可能な電動車両において、電力変換回路に印加される直流電圧を検出する電圧検出器の異常の有無を判定するために新たな電圧検出器を設けること、および、そのための新たな配線を設けることなく、電圧検出器の異常の有無を判定することにより、電力変換装置の信頼性を向上しつつ、電力変換装置のメンテナンス性の向上、小型軽量化、および低コスト化を可能とすることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems. It aims to provide a new voltage detector in a rechargeable electric vehicle to determine whether or not there is an abnormality in the voltage detector that detects the DC voltage applied to the power conversion circuit, and to determine whether or not there is an abnormality in the voltage detector without providing new wiring for this purpose, thereby improving the reliability of the power conversion device while also improving the maintainability, size, weight, and cost of the power conversion device.
本開示に係る電力変換装置は、
直流電源の正極側に接続された正極側母線、
直流電源の負極側に接続された負極側母線、
正極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、負極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機の界磁巻線に接続された外部接続点と、が設けられたレグを複数有する電力変換回路、
電力変換回路の外部接続点の少なくともひとつと充電スイッチを介して接続された正極側充電端子、
負極側母線と接続された負極側充電端子、
直流電源の電圧を検出する電源電圧検出器、
電力変換回路の正極と負極間の電圧を検出する電力変換回路電圧検出器、
正極側充電端子と負極側充電端子間の電圧を検出する充電端子電圧検出器、および、
電力変換回路を制御して回転電機を駆動または停止するとともに、故障診断を行う場合は、充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、充電スイッチを導通し、電源電圧検出器によって検出された電源電圧と電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧とのうち二つずつを相互に比較し、比較した二つの電圧の差が予め定められた電圧差以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定し、比較した二つの電圧の差が電圧差よりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定し、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器が正常であることを判定し、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は正常と判定されていない電圧検出器が異常であると判定する制御部、を備えたものである。
The power conversion device according to the present disclosure comprises:
a positive busbar connected to the positive side of the DC power supply;
a negative busbar connected to the negative side of the DC power supply;
a power conversion circuit having a plurality of legs each provided with a positive-side switching element connected to a positive-side bus and having an anti-parallel-connected diode, a negative-side switching element connected to a negative-side bus and having an anti-parallel-connected diode, and an external connection point connecting the positive-side switching element and the negative-side switching element in series and connected to a field winding of a rotating electric machine;
a positive-side charging terminal connected to at least one of the external connection points of the power conversion circuit via a charging switch;
a negative charging terminal connected to the negative bus;
a power supply voltage detector for detecting the voltage of a DC power supply;
a power conversion circuit voltage detector for detecting a voltage between the positive and negative poles of the power conversion circuit;
a charging terminal voltage detector for detecting the voltage between the positive charging terminal and the negative charging terminal;
The power conversion circuit is controlled to drive or stop the rotating electric machine, and when performing a fault diagnosis, the control unit turns on the positive side switching element of the leg having the external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, compares two by two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and if the difference between the two compared voltages is within a predetermined voltage difference, determines that both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are normal, if the difference between the two compared voltages is greater than the predetermined voltage difference, determines that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal, and if none of the voltage detectors is determined to be abnormal, determines that all three voltage detectors are normal, and if any of the voltage detectors is determined to be abnormal, determines that the voltage detector that was not determined to be normal is abnormal.
本開示に係る電力変換装置によれば、直流電源を充電するために充電器を接続する充電端子側に設けられる充電端子電圧検出器または直流電源側に設けられる電源電圧検出器の検出値を用いて電力変換回路に印加される直流電圧を検出する電圧検出器の異常の有無を判断することが可能となる。これによって、充電可能な電動車両において、電力変換回路に印加される直流電圧を検出する電圧検出器が異常かどうかを判定するために新たな電圧検出器を設けること、および、そのための新たな配線を設けることなく、電圧検出器の異常の有無を判定することができる。よって、電力変換装置の信頼性を向上しつつ、電力変換装置のメンテナンス性の向上、小型軽量化、および低コスト化を可能とすることができる。 The power conversion device disclosed herein makes it possible to determine whether or not there is an abnormality in the voltage detector that detects the DC voltage applied to the power conversion circuit, using the detected value of a charging terminal voltage detector provided on the charging terminal side to which a charger is connected to charge the DC power source, or a power supply voltage detector provided on the DC power source side. This makes it possible to determine whether or not there is an abnormality in the voltage detector that detects the DC voltage applied to the power conversion circuit in a rechargeable electric vehicle, without having to provide a new voltage detector to determine whether there is an abnormality, and without providing new wiring for that purpose. This makes it possible to improve the reliability of the power conversion device, while also improving its maintainability, making it smaller, lighter, and less expensive.
本開示の実施の形態における電力変換装置について、図面を用いて説明する。図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 A power conversion device according to an embodiment of the present disclosure will be described using the drawings. The drawings are schematic, and for the sake of convenience, some components have been omitted or simplified. Furthermore, the relative sizes and positions of components shown in different drawings are not necessarily accurately depicted and may be changed as appropriate. In the following description, similar components will be denoted with the same reference numerals, and their names and functions will also be similar. Therefore, detailed descriptions of these components may be omitted to avoid duplication.
1.実施の形態1
<電力変換装置の構成>
図1は本開示に係る電力変換装置100の構成図である。図1に示す電力変換装置100は、充電可能な電動車両に搭載され、インバータ2、制御部20、開閉器4、およびコンデンサ22を備える。インバータ2は電力変換回路とも称する。電力変換装置100は、直流電源1、回転電機3、および充電器5に接続される。インバータ2は、コンデンサ22を内包してもよい。
1. First Embodiment
<Configuration of power conversion device>
Fig. 1 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to the present disclosure. The power conversion device 100 shown in Fig. 1 is mounted on a chargeable electric vehicle and includes an inverter 2, a control unit 20, a switch 4, and a capacitor 22. The inverter 2 is also referred to as a power conversion circuit. The power conversion device 100 is connected to a DC power source 1, a rotating electric machine 3, and a charger 5. The inverter 2 may include the capacitor 22.
直流電源1とインバータ2の間にコンタクタと呼ばれる電源スイッチ30が接続されていてもよい。電力変換装置100が、回転電機3を駆動もしくは停止している場合、および、直流電源1を充電している場合は、電源スイッチ30はオン(導通)状態である。また、開閉器4の正極側充電端子44aの手前に充電用のスイッチ等を接続しても良い。この場合、直流電源1を充電している場合に充電用のスイッチがオン(導通)状態となる。電源スイッチ30は省略され、直流電源1とインバータ2は直結されていてもよい。 A power switch 30 called a contactor may be connected between the DC power source 1 and the inverter 2. When the power conversion device 100 is driving or stopping the rotating electric machine 3, or when the DC power source 1 is charging, the power switch 30 is in the on (conducting) state. A charging switch or the like may also be connected before the positive charging terminal 44a of the switch 4. In this case, the charging switch is in the on (conducting) state when the DC power source 1 is charging. The power switch 30 may be omitted, and the DC power source 1 and inverter 2 may be directly connected.
<回転電機>
回転電機3は、電動機(モータ)、発電機(ジェネレータ)を含む概念である。実施の形態1に係る電力変換装置100に接続された回転電機3は、電動機または発電機と読み替えてもよい。電動機および発電機の両方の機能を有する回転電機3は、電力を駆動力に変換して力行運転し、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することも可能である。電動機と発電機とは、基本的に同一構造を有するものであり、どちらも力行運転および回生運転することが可能である。
<Rotating electric machines>
The rotating electric machine 3 is a concept that includes an electric motor (motor) and a generator (electric power generator). The rotating electric machine 3 connected to the power conversion device 100 according to the first embodiment may be interpreted as an electric motor or a generator. The rotating electric machine 3 having the functions of both an electric motor and a generator can convert electric power into driving force for power running, and can also convert the driving force back into electric power for regenerative operation with the same structure. The electric motor and the generator have basically the same structure, and both can be operated in power running and regenerative operation.
図1では回転電機3は、界磁巻線としてU相用のコイル17、V相用のコイル18、W相用のコイル19を有する三相の交流回転電機として記載している。コイルの数は、二相または、三相よりも相数が多い回転電機を使用してもよい。図1では回転電機3はスター結線(星形結線)の場合を示したが、デルタ結線であってもよい。 In Figure 1, the rotating electric machine 3 is shown as a three-phase AC rotating electric machine having a U-phase coil 17, a V-phase coil 18, and a W-phase coil 19 as field windings. A rotating electric machine with two phases or more than three phases may also be used. While Figure 1 shows the rotating electric machine 3 as being star-connected, it may also be delta-connected.
通常は、電力変換装置100は、直流電源1から供給された電力を、回転電機3の回転力に変換し電動車両を駆動する。また、車両の減速時には回転電機3が発電した回生電力を直流電源1に流し込んで充電する。 Normally, the power conversion device 100 converts the power supplied from the DC power source 1 into the rotational force of the rotating electric machine 3 to drive the electric vehicle. Furthermore, when the vehicle decelerates, the regenerative power generated by the rotating electric machine 3 is fed into the DC power source 1 to charge it.
<開閉器>
電動車両に搭載された直流電源1を充電するためには、電動車両を充電ステーションに駐車させて、充電器5を接続する(充電器5は、図1では不図示。図3に記載)。充電する場合には、充電器5を開閉器4の正極側充電端子44aと、負極側充電端子44bに接続する。負極側充電端子44bは負極側母線1bに接続されている。開閉器4は、正極側充電端子44aと負極側充電端子44bに接続されたコンデンサ23、正極側充電端子44aと負極側充電端子44bの間の充電端子電圧V3を検出する充電端子電圧検出器7、正極側充電端子44aの接続と切断を切り替える充電スイッチ29を備えている。
<Switch>
To charge the DC power supply 1 mounted on an electric vehicle, the electric vehicle is parked at a charging station and a charger 5 is connected (the charger 5 is not shown in FIG. 1 but is shown in FIG. 3). When charging, the charger 5 is connected to the positive charging terminal 44a and negative charging terminal 44b of the switch 4. The negative charging terminal 44b is connected to the negative bus 1b. The switch 4 is equipped with a capacitor 23 connected to the positive charging terminal 44a and negative charging terminal 44b, a charging terminal voltage detector 7 that detects the charging terminal voltage V3 between the positive charging terminal 44a and negative charging terminal 44b, and a charging switch 29 that switches between connection and disconnection of the positive charging terminal 44a.
電動車両の直流電源1に充電する場合、充電端子電圧V3を監視することは重要である。定格を超えて充電電力を供給すると充電器が劣化するおそれがあること、充分な電流を供給しないと急速充電ができないこと、および、飽和状態の直流電源1に過剰に充電することは直流電源1を劣化させる可能性があることが懸念されるからである。よって、電動車両の充電において、充電端子電圧検出器7は必須の検出器である。 When charging the DC power supply 1 of an electric vehicle, it is important to monitor the charging terminal voltage V3. This is because there is a concern that supplying charging power exceeding the rated capacity may cause deterioration of the charger, that rapid charging is not possible unless sufficient current is supplied, and that excessive charging of a saturated DC power supply 1 may cause deterioration of the DC power supply 1. Therefore, the charging terminal voltage detector 7 is an essential detector when charging an electric vehicle.
充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3の情報は制御部20に入力される。充電端子電圧検出器7は、開閉器4に内蔵しなくてもよい。正極側充電端子44aと充電スイッチ29の間の線区、または、充電スイッチ29とインバータ2の間の線区と負極側母線に対して印加される電圧が検出できればよい。 Information about the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7 is input to the control unit 20. The charging terminal voltage detector 7 does not need to be built into the switch 4. It is sufficient if it can detect the voltage applied to the line section between the positive charging terminal 44a and the charging switch 29, or the line section between the charging switch 29 and the inverter 2, and the negative bus.
インバータ2と開閉器4を動作させることで、充電器5から供給された電流を直流電源1に流し込んで充電させる。充電器5が接続されていない場合は、直流電源1からインバータ2を介して回転電機3に対して電力を供給する。そのとき、開閉器4は動作しておらず、開放されている。 By operating the inverter 2 and the switch 4, the current supplied from the charger 5 flows into the DC power supply 1, causing it to charge. When the charger 5 is not connected, power is supplied from the DC power supply 1 to the rotating electric machine 3 via the inverter 2. At that time, the switch 4 is not operating and is open.
図1では、インバータ2と回転電機3のW相のコイルを接続している接続線に、開閉器4が接続されている。しかし、この接続はW相のコイルを接続している接続線である必要はなく、U相、V相のコイルを接続している接続線に接続してもよい。また、開閉器4とインバータ2との接続線は一本である必要はなく、二本または三本であってもよい。また、回転電機3の有するコイルの相数が三相よりも多い場合は、開閉器4からの接続線も三本より多くてもよい。 In Figure 1, the switch 4 is connected to the connection wire connecting the inverter 2 and the W-phase coil of the rotating electric machine 3. However, this connection does not have to be the connection wire connecting the W-phase coil, and it may be connected to the connection wire connecting the U-phase and V-phase coils. Furthermore, the connection wire between the switch 4 and the inverter 2 does not have to be one, but may be two or three. Furthermore, if the number of phases of the coils of the rotating electric machine 3 is more than three, the number of connection wires from the switch 4 may also be more than three.
<直流電源>
直流電源1には、直流電源1の電源電圧V1を検出する電源電圧検出器21が設けられている。直流電源1には、電源電流検出器24が備えられていてもよい。電源電流検出器24は、直流電源1から電流を供給する場合の流出電流、および直流電源1に充電する場合の流入電流を、電源電流Ibとして検出する(電源電流検出器24、電源電流Ibは不図示)。
<DC power supply>
The DC power supply 1 is provided with a power supply voltage detector 21 that detects a power supply voltage V1 of the DC power supply 1. The DC power supply 1 may be provided with a power supply current detector 24. The power supply current detector 24 detects, as a power supply current Ib, an outflow current when a current is supplied from the DC power supply 1 and an inflow current when the DC power supply 1 is charged (the power supply current detector 24 and the power supply current Ib are not shown).
直流電源1に充電する場合は、短時間に急速充電する場合が考えられるので、電源電圧V1と電源電流Ibを監視することとしてもよい。充分な電流を供給しないと急速充電ができず、飽和状態の直流電源1に過剰に充電することは、直流電源1を劣化させる可能性があるからである。また、直流電源の残量によって電動車両の走行可能距離が変化するため、直流電源1の電源電圧V1と電源電流Ibを監視することは有用である。このため、充電可能な電動車両において、電源電流検出器24と電源電圧検出器21が設けられることが多い。 When charging the DC power supply 1, rapid charging may be required in a short period of time, so it is also possible to monitor the power supply voltage V1 and power supply current Ib. Rapid charging is not possible without sufficient current supply, and excessive charging of a saturated DC power supply 1 may cause deterioration of the DC power supply 1. Furthermore, since the driving distance of an electric vehicle varies depending on the remaining amount of DC power, it is useful to monitor the power supply voltage V1 and power supply current Ib of the DC power supply 1. For this reason, a power supply current detector 24 and a power supply voltage detector 21 are often provided in rechargeable electric vehicles.
電源電流検出器24によって検出された電源電流Ibと電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1の情報は制御部20に入力される。電源電圧検出器21は、直流電源1に設けられている必要はない。直流電源1とインバータ2の間の線区と負極側母線に対して印加される電圧が検出できるように設けられていてもよい。また、各スイッチング素子にシャント抵抗を設けて電流を検出することとしてもよい。さらに、電源電流検出器24、電源電圧検出器21によって検出された情報は制御部20に直接入力されず、別の制御装置、または通信装置を経由して入力されてもよい。 Information about the power supply current Ib detected by the power supply current detector 24 and the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21 is input to the control unit 20. The power supply voltage detector 21 does not need to be provided in the DC power supply 1. It may be provided so that it can detect the voltage applied to the line section between the DC power supply 1 and the inverter 2 and the negative busbar. Also, a shunt resistor may be provided in each switching element to detect the current. Furthermore, the information detected by the power supply current detector 24 and the power supply voltage detector 21 does not need to be input directly to the control unit 20, but may be input via another control device or communication device.
<電力変換回路>
電力変換装置100は、インバータ2の入力側の正極側母線1aと負極側母線1bの間に接続されたコンデンサ22と、インバータ2に印加される電力変換回路電圧V2を検出する電力変換回路電圧検出器6を備える。インバータ2は、複数のスイッチング素子8から13を備える電力変換回路である。インバータ2は、直流/交流の電力変換をする。インバータ2と回転電機3のコイルを接続する三本の接続線には相電流が流れる。相電流を検出する相電流検出器14、15、16によってU相、V相、W相の相電流Iu、Iv、Iwが検出される(相電流Iu、Iv、Iwは不図示)。相電流検出器14、15、16によって検出された各相の相電流Iu、Iv、Iwの情報は制御部20に入力される。
<Power conversion circuit>
The power conversion device 100 includes a capacitor 22 connected between a positive bus 1a and a negative bus 1b on the input side of an inverter 2, and a power conversion circuit voltage detector 6 that detects a power conversion circuit voltage V2 applied to the inverter 2. The inverter 2 is a power conversion circuit including a plurality of switching elements 8 to 13. The inverter 2 performs DC/AC power conversion. Phase currents flow through three connection lines connecting the inverter 2 to the coils of a rotating electric machine 3. Phase current detectors 14, 15, and 16 that detect the phase currents detect phase currents Iu, Iv, and Iw of the U, V, and W phases (phase currents Iu, Iv, and Iw are not shown). Information on the phase currents Iu, Iv, and Iw of each phase detected by the phase current detectors 14, 15, and 16 is input to a control unit 20.
制御部20は、スイッチング素子8から13のオン(導通)およびオフ(遮断)を切り替える駆動制御を行う。相電流検出器14、15、16は、電力変換装置の外部に設けてもよい。また、回転電機3内に相電流検出器14、15、16を設けてもよい。相電流Iu、Iv、Iwを検出する相電流検出器は、例えばシャント抵抗を用いて構成される。相電流検出器14から16は、ホール素子等を用いた相電流検出器であってもよい。 The control unit 20 performs drive control to switch the switching elements 8 to 13 on (conducting) and off (blocking). The phase current detectors 14, 15, and 16 may be provided outside the power conversion device. Alternatively, the phase current detectors 14, 15, and 16 may be provided within the rotating electric machine 3. The phase current detectors that detect the phase currents Iu, Iv, and Iw are configured using, for example, shunt resistors. The phase current detectors 14 to 16 may also be phase current detectors that use Hall elements, etc.
インバータ2に印加される電力変換回路電圧V2を検出する電力変換回路電圧検出器6、および相電流Iu、Iv、Iwを検出する相電流検出器14から16は、要求されるトルク、要求される回転数、要求される電流などに応じて回転電機3を制御するためには、極めて重要である。電力変換装置100は、インバータ2に印加される電力変換回路電圧V2に基づいてインバータ2を駆動する。よって、電力変換回路電圧検出器6の検出値の正当性を検証する必要がある。電力変換回路電圧検出器6の正常、異常を判定するには、電圧検出器を追加的に設けて電圧検出の信頼性を検証する方法がある。しかし、そのような手法は装置の大型化、重量の増加、高コストにつながる。 The power conversion circuit voltage detector 6, which detects the power conversion circuit voltage V2 applied to the inverter 2, and the phase current detectors 14 to 16, which detect the phase currents Iu, Iv, and Iw, are extremely important for controlling the rotating electric machine 3 according to the required torque, required rotation speed, required current, etc. The power conversion device 100 drives the inverter 2 based on the power conversion circuit voltage V2 applied to the inverter 2. Therefore, it is necessary to verify the validity of the detected value of the power conversion circuit voltage detector 6. One way to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal is to install an additional voltage detector and verify the reliability of the voltage detection. However, this approach leads to an increase in the size, weight, and cost of the device.
そこで、充電可能な電動車両に設けられた、電源電圧検出器21、充電端子電圧検出器7を用いて、電力変換回路電圧検出器6の異常を判定する方法を検討する。それによって、電力変換装置の信頼性を向上しつつ、電力変換装置のメンテナンス性および小型軽量化、低コスト化を可能とすることができる。 We therefore investigated a method for determining abnormalities in the power conversion circuit voltage detector 6 using a power supply voltage detector 21 and a charging terminal voltage detector 7 installed in a rechargeable electric vehicle. This will improve the reliability of the power conversion device while also enabling it to be easier to maintain, smaller, lighter, and less expensive.
<スイッチング素子>
インバータ2は、6つのスイッチング素子8から13をフルブリッジ接続した電力変換回路である。インバータ2には、直流電源1の正極側母線1aに接続され、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子8、9、10が設けられている。インバータ2には、直流電源1の負極側母線1bに接続され、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子11、12、13が設けられている。スイッチング素子8、11、スイッチング素子9、12、スイッチング素子10、13は、それぞれ正極側(上段側)のスイッチング素子と負極側(下段側)のスイッチング素子が直列に接続された3組のレグを構成し、直流電源1に対して並列に接続されている。正極側のスイッチング素子8、9、10と負極側のスイッチング素子11、12、13は夫々外部接続点によって直列に接続されている。
<Switching element>
The inverter 2 is a power conversion circuit in which six switching elements 8 to 13 are connected in a full bridge configuration. The inverter 2 is provided with positive-side switching elements 8, 9, and 10 connected to a positive-side bus 1a of the DC power supply 1 and having positive-side diodes connected in anti-parallel. The inverter 2 is provided with negative-side switching elements 11, 12, and 13 connected to a negative-side bus 1b of the DC power supply 1 and having negative-side diodes connected in anti-parallel. The switching elements 8, 11, the switching elements 9, 12, and the switching elements 10, 13 form three legs in which a positive-side (upper-stage) switching element and a negative-side (lower-stage) switching element are connected in series, and are connected in parallel to the DC power supply 1. The positive-side switching elements 8, 9, and 10 and the negative-side switching elements 11, 12, and 13 are connected in series via external connection points, respectively.
スイッチング素子8、11の外部接続点は回転電機3のU相のコイル17と接続されている。スイッチング素子9、12の外部接続点は回転電機3のV相のコイル18と接続されている。スイッチング素子10、13の外部接続点は回転電機3のW相のコイル19と接続されている。 The external connection points of switching elements 8 and 11 are connected to the U-phase coil 17 of the rotating electric machine 3. The external connection points of switching elements 9 and 12 are connected to the V-phase coil 18 of the rotating electric machine 3. The external connection points of switching elements 10 and 13 are connected to the W-phase coil 19 of the rotating electric machine 3.
スイッチング素子8から13は、それぞれ半導体である。スイッチング素子8から13は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、IGBTのエミッタ・コレクタ間に逆並列に接続されたダイオードとで構成されていてもよい。スイッチング素子の種類、個数はこれに限定されたものではなく、IGBTと逆接続されたダイオードの組合せ以外に、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードが内蔵されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SiC(Silicon Carbide)を使用したSiC-MOSFET等を、スイッチング素子としてそれぞれ単数または複数用いてもよい。 Switching elements 8 to 13 are each semiconductors. For example, switching elements 8 to 13 may be configured with an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode connected in anti-parallel between the emitter and collector of the IGBT. The type and number of switching elements are not limited to this. In addition to the combination of an IGBT and an anti-parallel diode, one or more switching elements may be used, such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) with a built-in parasitic diode between the source and drain, or a SiC-MOSFET using SiC (Silicon Carbide).
図1では、インバータ2から回転電機3のコイル17、18、19に結線されているU相、V相、W相の三相の接続線のうちW相のみ開閉器4と接続されている例を示している。充電端子電圧検出器7によって正極側充電端子44a、負極側充電端子44bに充電器5が接続されたことを検出した後に、制御部20が開閉器4の充電スイッチ29を操作してオンさせる。回転電機3のU相、V相、W相のコイルはスター結線(星形結線)され、中性点がフローティングされている。 Figure 1 shows an example in which only the W phase of the three-phase connection wires (U, V, and W phases) that run from the inverter 2 to the coils 17, 18, and 19 of the rotating electric machine 3 is connected to the switch 4. After the charging terminal voltage detector 7 detects that the charger 5 has been connected to the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b, the control unit 20 operates the charging switch 29 of the switch 4 to turn it on. The U, V, and W phase coils of the rotating electric machine 3 are star-connected, with the neutral point floating.
開閉器4の充電スイッチ29は、ダイオード、IGBTなどの半導体、またはリレーなどを用いても良い。充電器が接続される正極側充電端子44a、負極側充電端子44bには、充電器のリプル電圧の緩和及び瞬停の対策としてコンデンサ23が設けられている。 The charging switch 29 of the switch 4 may be a diode, a semiconductor such as an IGBT, or a relay. A capacitor 23 is provided at the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b to which the charger is connected, to reduce the ripple voltage of the charger and to prevent momentary power outages.
開閉器4の充電スイッチ29を設けることで、回転電機3が力行運転または回生運転されている場合に、充電スイッチ29をオフしてコンデンサ23および正極側充電端子44aを、インバータ2の外部接続点から切り離すことができる。これによって、開閉器4のコンデンサ23に電流が流れるのを防ぎ、この電流が流れることによる電力ロスの発生を抑制することができる。 By providing a charging switch 29 for the switch 4, when the rotating electric machine 3 is in power running or regenerative operation, the charging switch 29 can be turned off to disconnect the capacitor 23 and the positive charging terminal 44a from the external connection point of the inverter 2. This prevents current from flowing through the capacitor 23 for the switch 4, thereby reducing power loss caused by this current flow.
<制御部のハードウェア構成>
図2は、実施の形態1に係る電力変換装置100の制御部20のハードウェア構成図である。本実施の形態では、制御部20は、電力変換装置100を制御する制御装置である。制御部20の各機能は、制御部20が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御部20は、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
<Hardware configuration of the control unit>
2 is a hardware configuration diagram of the control unit 20 of the power conversion device 100 according to the first embodiment. In this embodiment, the control unit 20 is a control device that controls the power conversion device 100. Each function of the control unit 20 is realized by a processing circuit provided in the control unit 20. Specifically, the control unit 20 includes, as processing circuits, an arithmetic processing device 90 (computer) such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device 91 that exchanges data with the arithmetic processing device 90, an input circuit 92 that inputs external signals to the arithmetic processing device 90, and an output circuit 93 that outputs signals from the arithmetic processing device 90 to the outside.
演算処理装置90として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read only Memory)等が備えられている。入力回路92は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するAD変換部、入力回路等のインターフェース回路を備えている。入力回路92には、電源電圧検出器21、電力変換回路電圧検出器6、充電端子電圧検出器7、充電電圧検出器32、相電流検出器14から16、スイッチ温度検出器41、42、スイッチング素子温度検出器49から52などが接続されてもよい。出力回路93は、スイッチング素子、アクチュエータ等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90からの出力信号を変換して出力する駆動回路、通信回路等のインターフェース回路を備えている。出力回路93には、スイッチング素子8から13、充電スイッチ28、29、電源スイッチ30、充電電流制限スイッチ62などが接続されてもよい。 The arithmetic processing device 90 may be an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an IC (Integrated Circuit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), various logic circuits, various signal processing circuits, etc. Furthermore, multiple arithmetic processing devices 90 of the same or different types may be provided, with each device sharing the responsibility of executing various processes. The storage device 91 may be a RAM (Random Access Memory) configured to be able to read and write data from the arithmetic processing device 90, or a ROM (Read Only Memory) configured to be able to read data from the arithmetic processing device 90. The input circuit 92 is connected to various sensors and switches, and includes interface circuits such as an AD conversion unit and input circuit that inputs output signals from these sensors and switches to the arithmetic processing device 90. The input circuit 92 may be connected to a power supply voltage detector 21, a power conversion circuit voltage detector 6, a charging terminal voltage detector 7, a charging voltage detector 32, phase current detectors 14 to 16, switch temperature detectors 41 and 42, and switching element temperature detectors 49 to 52. The output circuit 93 is connected to electrical loads such as switching elements and actuators, and includes interface circuits such as a drive circuit and a communication circuit that converts and outputs output signals from the arithmetic processing unit 90 to these electrical loads. The output circuit 93 may also be connected to switching elements 8 to 13, charging switches 28 and 29, a power switch 30, a charging current limit switch 62, and the like.
制御部20が備える各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御部20の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御部20が用いる閾値、判定値等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。 The functions of the control unit 20 are realized by the arithmetic processing device 90 executing software (programs) stored in a storage device 91 such as a ROM, and working in cooperation with other hardware of the control unit 20, such as the storage device 91, input circuitry 92, and output circuitry 93. Setting data such as thresholds and judgment values used by the control unit 20 is stored in the storage device 91 such as a ROM as part of the software (programs).
制御部20の内部に搭載された各機能は、それぞれソフトウェアのモジュールで構成されるものであってもよい。各機能は、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって構成されるものであってもよい。 Each function implemented within the control unit 20 may be configured as a software module. Each function may also be configured as a combination of software and hardware.
<通常の電力変換動作>
通常の、電力変換装置100によって、回転電機3が駆動または停止されている場合を考える。充電器5が開閉器4の正極側充電端子44aと、負極側充電端子44bに接続されておらず、充電が実施されていない場合である。
<Normal power conversion operation>
Consider a normal case where the rotating electric machine 3 is driven or stopped by the power conversion device 100. This is the case where the charger 5 is not connected to the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b of the switch 4, and charging is not being performed.
この場合、電源スイッチ30はオン(導通)状態であり、充電スイッチ29はオフ(遮断)状態である。インバータ2は直流電源1から電力の供給を受けて、スイッチング素子8から13をオン、オフ駆動し、もしくは駆動停止する。このとき、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2は、電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1とほぼ等しくなる。電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔV以下であれば、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21は双方が正常と判定することができる(電圧差ΔVは不図示)。電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することができる。すなわち、新たに電圧検出器を設けることなく、電力変換回路電圧検出器6の正常、異常の判定、すなわち故障診断をおこなうことができる。 In this case, the power switch 30 is on (conducting) and the charging switch 29 is off (shutoff). The inverter 2 receives power from the DC power supply 1 and turns on, off, or stops driving the switching elements 8 to 13. At this time, the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6 is approximately equal to the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. By comparing the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, if the voltage difference is less than a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that both the power conversion circuit voltage detector 6 and the power supply voltage detector 21 are normal (voltage difference ΔV is not shown). If the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal. In other words, it is possible to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal, i.e., to perform a fault diagnosis, without installing a new voltage detector.
<充電制御>
充電器5が開閉器4の正極側充電端子44aと、負極側充電端子44bに接続されて、直流電源1の充電が開始される場合を考える。電源電圧V1と充電端子電圧V3の大小関係により、昇圧充電と直結充電の場合に分けられる。
<Charging control>
Consider a case where charger 5 is connected to positive charging terminal 44a and negative charging terminal 44b of switch 4, and charging of DC power supply 1 is initiated. Depending on the magnitude relationship between power supply voltage V1 and charging terminal voltage V3, the charging can be classified into boost charging and direct charging.
<直結充電(V1≦V3の場合)>
電源電圧検出器21の検出値である電源電圧V1と、充電端子電圧検出器7の検出値である充電端子電圧V3を比較する。充電器5が開閉器4に接続され、充電スイッチ29がオン、かつ、V1≦V3の場合、回転電機3のコイルを介さず、正極側のスイッチング素子10のダイオードを介して電流が流れる。このため、直流電源1が充電器5から伝達された充電端子電圧V3によって充電される。この場合を直結充電と称する。現在、直結充電が実施されているかどうかは、充電スイッチ29が接続されたレグ(図1ではW相のレグ)に接続された相電流検出器16を流れる電流よって判定することもできる。充電スイッチ29が接続された外部接続点(回転電機3のコイル19が接続されている)からレグの方向に電流が流れている場合は、直結充電が実施されていると判断することができる。充電スイッチ29が接続された外部接続点からレグの方向に電流が流れていない場合は、直結充電が実施されていないと判断することができる。
<Direct charging (when V1≦V3)>
The power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21 is compared with the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7. When the charger 5 is connected to the switch 4, the charging switch 29 is on, and V1≦V3, current flows through the diode of the positive-side switching element 10, bypassing the coil of the rotating electric machine 3. Therefore, the DC power supply 1 is charged by the charging terminal voltage V3 transmitted from the charger 5. This is referred to as direct charging. Whether direct charging is currently being performed can also be determined by the current flowing through the phase current detector 16 connected to the leg to which the charging switch 29 is connected (the W-phase leg in FIG. 1 ). If current flows from the external connection point to which the charging switch 29 is connected (to which the coil 19 of the rotating electric machine 3 is connected) toward the leg, it can be determined that direct charging is being performed. If current does not flow from the external connection point to which the charging switch 29 is connected toward the leg, it can be determined that direct charging is not being performed.
このとき、スイッチング素子としてMOSFETを使用した場合は、正極側のスイッチング素子10をオンさせることで、スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを介さずに電流を流すこととしてもよい。そのようにすることで、ダイオードへの電流の集中を回避することができる。また、MOSFETを用いた場合は、オン抵抗が小さいので電流がダイオードに流れる場合の順方向電圧降下よりも電圧降下が小さくなる。その結果、充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2の比較においても異常判定の精度向上を図ることができる。また、ダイオードへの電流の集中を回避することによって、半導体部品の過熱防止を図ることができる。 In this case, if a MOSFET is used as the switching element, the positive side switching element 10 can be turned on to allow current to flow without passing through the diode connected inversely in parallel to the switching element. This prevents current from concentrating in the diode. Furthermore, when a MOSFET is used, the on-resistance is small, so the voltage drop is smaller than the forward voltage drop when current flows through the diode. As a result, the accuracy of abnormality detection can be improved when comparing the charging terminal voltage V3 and the power conversion circuit voltage V2. Furthermore, by preventing current from concentrating in the diode, overheating of semiconductor components can be prevented.
スイッチング素子としてMOSFETを使用し、開閉器4の充電スイッチ29をオンにし、正極側スイッチング素子10を導通し、充電器5から直流電源1へ充電する場合を考える。充電器5から、正極側充電端子44a、充電スイッチ29、正極側スイッチング素子10を介して直流電源1へ電流が流れる。このとき、充電端子電圧V3は充電端子電圧検出器7によって検出される。 Let's consider a case where a MOSFET is used as the switching element, the charging switch 29 of the switch 4 is turned on, the positive side switching element 10 is conductive, and charging is performed from the charger 5 to the DC power supply 1. Current flows from the charger 5 to the DC power supply 1 via the positive side charging terminal 44a, the charging switch 29, and the positive side switching element 10. At this time, the charging terminal voltage V3 is detected by the charging terminal voltage detector 7.
<<V1、V2、V3の比較>>
このとき、充電器5から直流電源1へ流れる電流が安定して、充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2、電源電圧V1の電圧値が安定するのを待って比較する。充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2、電源電圧V1の単位時間あたりの変化量を表す電圧変化量ΔV3、ΔV2、ΔV1が所定の電圧変化量閾値ΔVthよりも小さくなってから、各電圧の比較を開始することとしてもよい(電圧変化量ΔV1、ΔV2、ΔV3、電圧変化量閾値ΔVthは不図示)。電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2、電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1、および、充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3を相互に比較する。三つの電圧値の二つずつを比較して電圧の差が所定の電圧差ΔV以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方が正常と判定する。比較した二つの電圧の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定する。
<<Comparison of V1, V2, and V3>>
At this time, comparison is performed after the current flowing from the charger 5 to the DC power supply 1 has stabilized and the voltage values of the charging terminal voltage V3, the power conversion circuit voltage V2, and the power supply voltage V1 have stabilized. Comparison of each voltage may be started after the voltage changes ΔV3, ΔV2, and ΔV1, which represent the changes per unit time of the charging terminal voltage V3, the power conversion circuit voltage V2, and the power supply voltage V1, have become smaller than a predetermined voltage change threshold ΔVth (the voltage changes ΔV1, ΔV2, ΔV3, and the voltage change threshold ΔVth are not shown). The power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21, and the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7 are compared with each other. Two of the three voltage values are compared, and if the voltage difference is within the predetermined voltage difference ΔV, both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are determined to be normal. If the difference between the two compared voltages is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it is determined that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal.
三つの電圧検出器のなかの二つずつをすべて比較して、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器すべてが正常であることを判定することとなる。そして、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は、正常と判定されていない電圧検出器が異常であると特定することができる。 Two of the three voltage detectors are compared, and if none of the voltage detectors are judged to be abnormal, it is determined that all three voltage detectors are normal. If any voltage detector is judged to be abnormal, it is possible to identify the voltage detector that is not judged to be normal as being abnormal.
正極側スイッチング素子10のオン電圧は、オフ状態の正極側スイッチング素子10の逆並列ダイオードの順方向電圧よりも小さいので、電流は正極側スイッチング素子10のみに流れると考えられる。しかし、正極側スイッチング素子をすべてオフしている場合は正極側スイッチング素子10のダイオードを介して流れる。このため、正極側スイッチング素子10の導通、遮断の状態の変化によって電力変換回路電圧V2と充電端子電圧V3の電圧差は、ダイオードの電圧降下の影響を受けることとなる。所定の電圧差ΔVをダイオードの電圧降下の影響を考慮して設定することによって、この影響を排除することができる。 Since the on-voltage of the positive-side switching element 10 is smaller than the forward voltage of the anti-parallel diode of the positive-side switching element 10 in the off state, it is thought that current flows only through the positive-side switching element 10. However, when all positive-side switching elements are off, current flows through the diode of the positive-side switching element 10. Therefore, the voltage difference between the power conversion circuit voltage V2 and the charging terminal voltage V3 is affected by the diode voltage drop due to changes in the conductive/cut-off state of the positive-side switching element 10. This effect can be eliminated by setting the specified voltage difference ΔV taking into account the effect of the diode voltage drop.
このようにすれば、多数決の原理で、異常な電流検出器を特定することができる。充電可能な電動車両の直流電源1に充電器5から充電する際に、充電電流Ic、充電端子電圧V3、電源電流Ib、電源電圧V1は相互に監視され互いに健全性の確認がされている場合が多い。よって、電源電圧V1と電力変換回路電圧V2のいずれかに異常があると判定された場合、または電力変換回路電圧V2と充電端子電圧V3のいずれかに異常があると判定された場合には、電力変換回路電圧V2を検出する電力変換回路電圧検出器6に異常があると判定してもよい。 In this way, an abnormal current detector can be identified by majority rule. When charging the DC power supply 1 of a rechargeable electric vehicle from the charger 5, the charging current Ic, charging terminal voltage V3, power supply current Ib, and power supply voltage V1 are often mutually monitored and their integrity is confirmed. Therefore, if it is determined that there is an abnormality in either the power supply voltage V1 or the power conversion circuit voltage V2, or if it is determined that there is an abnormality in either the power conversion circuit voltage V2 or the charging terminal voltage V3, it may be determined that there is an abnormality in the power conversion circuit voltage detector 6 that detects the power conversion circuit voltage V2.
<昇圧充電(V1>V3の場合)>
電源電圧検出器21の検出値である電源電圧V1と、充電端子電圧検出器7の検出値である充電端子電圧V3を比較する。充電器5が正極側充電端子44a、負極側充電端子44bを介して開閉器4に接続され、充電スイッチ29がオン、かつ、電源電圧V1>充電端子電圧V3の場合、昇圧充電を実施する。
<Boost charging (when V1 >V3)>
The power supply voltage V1, which is the value detected by the power supply voltage detector 21, is compared with the charging terminal voltage V3, which is the value detected by the charging terminal voltage detector 7. If the charger 5 is connected to the switch 4 via the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b, the charging switch 29 is on, and the power supply voltage V1 is greater than the charging terminal voltage V3, boost charging is performed.
<<負極側スイッチング素子11のオンオフ>>
制御部20は例えばインバータ2の負極側のスイッチング素子11をオンする。回転電機3のコイル17と19に電流が流れて磁気エネルギーが蓄積される。次に、インバータ2の負極側のスイッチング素子11をオフすると、インバータ2の正極側のスイッチング素子8のダイオードに電流が流れる。このため、回転電機3のコイル17と19に蓄えられた磁気エネルギーにより、充電器5の電圧が昇圧され、コンデンサ22によって平滑される。負極側のスイッチング素子11のオンオフを継続することで、充電器5から直流電源1に充電される。
<<On/Off of Negative-Side Switching Element 11>>
The control unit 20 turns on, for example, the switching element 11 on the negative electrode side of the inverter 2. Current flows through the coils 17 and 19 of the rotating electric machine 3, and magnetic energy is accumulated. Next, when the switching element 11 on the negative electrode side of the inverter 2 is turned off, current flows through the diode of the switching element 8 on the positive electrode side of the inverter 2. Therefore, the voltage of the charger 5 is boosted by the magnetic energy accumulated in the coils 17 and 19 of the rotating electric machine 3, and is smoothed by the capacitor 22. By continuing to turn on and off the switching element 11 on the negative electrode side, the DC power supply 1 is charged from the charger 5.
このように、回転電機3のコイルへの通電と遮断を繰り返して充電器5の電圧を昇圧し、直流電源1を充電する場合を昇圧充電と称する。昇圧充電が実施されている場合は、充電スイッチ29が接続されたレグ(図1ではW相のレグ)には電流が流れない。そのため、充電スイッチ29が接続された相電流検出器16の検出電流は0となる。そして、通電と遮断を繰り返す負極側スイッチング素子11には、回転電機3のU相のコイル17からレグ(図1ではU相のレグ)の方向に電流が流れることとなる。そのため、U相の相電流検出器14によって、コイル17からU相のレグ方向への電流を検出することができる。このように、充電スイッチ29が接続されたレグの相電流検出器16と、通電と遮断を繰り返す負極側スイッチング素子11が接続された相電流検出器14の検出した電流に基づいて、現在昇圧充電が実施されているか否かを判定することもできる。負極側スイッチング素子11に替えて、負極側スイッチング素子12が通電と遮断を繰り返す場合も同様である。 This process of repeatedly energizing and de-energizing the coil of the rotating electric machine 3 to boost the voltage of the charger 5 and charge the DC power source 1 is called boost charging. When boost charging is being performed, no current flows through the leg to which the charging switch 29 is connected (the W-phase leg in Figure 1). Therefore, the detected current of the phase current detector 16 to which the charging switch 29 is connected is zero. Current flows through the negative-side switching element 11, which is repeatedly energized and de-energized, from the U-phase coil 17 of the rotating electric machine 3 toward the leg (the U-phase leg in Figure 1). Therefore, the U-phase phase current detector 14 can detect the current flowing from the coil 17 toward the U-phase leg. In this way, it is possible to determine whether boost charging is currently being performed based on the current detected by the phase current detector 16 of the leg to which the charging switch 29 is connected and the phase current detector 14 to which the negative-side switching element 11, which is repeatedly energized and de-energized, is connected. The same applies when the negative-side switching element 12, instead of the negative-side switching element 11, repeatedly turns on and off.
このとき、昇圧された電圧は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2となり、電力変換回路電圧検出器6が正常であれば電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1とほぼ等しくなる。電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔV以下であれば、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21は双方が正常と判定することができる。電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することができる。 At this time, the boosted voltage becomes the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, and if the power conversion circuit voltage detector 6 is normal, it will be approximately equal to the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. By comparing the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, if the voltage difference is less than a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that both the power conversion circuit voltage detector 6 and the power supply voltage detector 21 are normal. If the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal.
<<負極側スイッチング素子12のオンオフ>>
上記に対し、制御部20がインバータ2の負極側のスイッチング素子12をオンすると、回転電機のコイル18と19に電流が流れて磁気エネルギーが蓄積される。次に、インバータ2の負極側のスイッチング素子12をオフすると、インバータ2の正極側のスイッチング素子9のダイオードに電流が流れる。このため、回転電機3のコイル18と19に蓄えられた磁気エネルギーにより、充電器5の電圧が昇圧され、コンデンサ22によって平滑される。負極側のスイッチング素子12のオンオフを継続することで、充電器5から直流電源1に充電される。
<<Turning ON/OFF the negative pole side switching element 12>>
In contrast to the above, when the control unit 20 turns on the negative-side switching element 12 of the inverter 2, current flows through the coils 18 and 19 of the rotating electric machine, and magnetic energy is accumulated. Next, when the negative-side switching element 12 of the inverter 2 is turned off, current flows through the diode of the positive-side switching element 9 of the inverter 2. Therefore, the voltage of the charger 5 is boosted by the magnetic energy accumulated in the coils 18 and 19 of the rotating electric machine 3, and is smoothed by the capacitor 22. By continuing to turn on and off the negative-side switching element 12, the DC power supply 1 is charged from the charger 5.
このとき、昇圧された電圧は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2となり、電力変換回路電圧検出器6が正常であれば電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1とほぼ等しくなる。電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔV以下であれば、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21は双方が正常と判定することができる。電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することができる。 At this time, the boosted voltage becomes the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, and if the power conversion circuit voltage detector 6 is normal, it will be approximately equal to the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. By comparing the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, if the voltage difference is less than a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that both the power conversion circuit voltage detector 6 and the power supply voltage detector 21 are normal. If the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal.
このように、インバータ2の負極側のスイッチング素子11または12をスイッチング制御することで、回転電機3のコイルによる昇圧回路を形成することができる。上記では、インバータ2の負極側のスイッチング素子11、または12を単独でスイッチング制御させた例を示した。 In this way, by controlling the switching of the negative-side switching element 11 or 12 of the inverter 2, a boost circuit can be formed using the coil of the rotating electric machine 3. The above example shows the case where the switching of the negative-side switching element 11 or 12 of the inverter 2 is independently controlled.
<<複数の負極側スイッチング素子の駆動>>
しかし、開閉器4と接続していない相の負極側のスイッチング素子、具体的にはスイッチング素子11と12を同時にスイッチング制御しても良い。そうすれば、分流されることによりスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
<<Driving a plurality of negative-side switching elements>>
However, the switching elements on the negative side of the phase not connected to the switch 4, specifically the switching elements 11 and 12, may be simultaneously switched. In this way, the current is shunted, thereby reducing the heat generated by the switching elements.
また、スイッチング素子の通電による温度上昇、コイルの通電による温度上昇を考慮して、インバータ2のスイッチング素子11と12を交互にスイッチング制御する、インターリーブ制御を実施しても良い。そうすれば、スイッチング素子11と12、および回転電機のコイル17と18が交互に通電されることにより温度上昇を低減することができる。 Furthermore, taking into account the temperature rise caused by energizing the switching elements and the coils, it is possible to implement interleaved control, in which the switching elements 11 and 12 of the inverter 2 are alternately switched. In this way, the switching elements 11 and 12 and the coils 17 and 18 of the rotating electric machine are alternately energized, thereby reducing the temperature rise.
この場合であっても、昇圧された電圧は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2となり、電力変換回路電圧検出器6が正常であれば電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1とほぼ等しくなる。電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔV以下であれば、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21は双方が正常と判定することができる。電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することができる。 Even in this case, the boosted voltage becomes the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, and if the power conversion circuit voltage detector 6 is normal, it will be approximately equal to the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. By comparing the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, if the voltage difference is less than or equal to a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that both the power conversion circuit voltage detector 6 and the power supply voltage detector 21 are normal. If the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal.
<異常のある電圧検出器の特定>
以上のように、新たに電圧検出器を設けること、および、そのための新たな配線を設けることなく、電力変換回路電圧検出器6の正常、異常の判定、すなわち故障診断を行うことができる。通常の電力変換動作の場合、および昇圧充電の実行時は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2と、電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1を比較することができるので、電圧差を所定の電圧差ΔVと比較して、双方が正常か、いずれかが異常であることを判定することができる。しかし、電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することしかできず、異常のある電圧検出器の特定ができない。
<Identifying the voltage detector with a malfunction>
As described above, it is possible to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal, i.e., to perform a fault diagnosis, without providing a new voltage detector or new wiring for that purpose. During normal power conversion operation and when boost charging is being performed, the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6 can be compared with the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21, and by comparing the voltage difference with a predetermined voltage difference ΔV, it is possible to determine whether both are normal or whether one is abnormal. However, if the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it is only possible to determine that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal, and it is not possible to identify which voltage detector is abnormal.
そこで、いずれかが異常である場合に、電源電圧V1と充電端子電圧V3の大小関係にかかわらず、開閉器4の充電スイッチ29をオンにし、正極側スイッチング素子10をオンする。充電スイッチ29をオンする際に、全相の負極側スイッチング素子を遮断状態とする。前述の直結充電の状態となる。このとき、充電器5が開閉器4の正極側充電端子44aと、負極側充電端子44bに接続されていない場合について考える。 Therefore, if either of these is abnormal, the charging switch 29 of the switch 4 is turned on and the positive side switching element 10 is turned on, regardless of the magnitude relationship between the power supply voltage V1 and the charging terminal voltage V3. When the charging switch 29 is turned on, the negative side switching elements of all phases are turned off, resulting in the direct charging state described above. At this time, consider the case where the charger 5 is not connected to the positive side charging terminal 44a and the negative side charging terminal 44b of the switch 4.
<充電器非接続の場合の故障診断>
充電器5が接続されていない場合の、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれが異常であるかを判定する手順について述べる。充電端子電圧検出器7の検出値である充電端子電圧V3を利用して、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれが異常であるかを判定することが可能である。充電スイッチ29をオンし、充電スイッチ29が接続されたW相のレグの正極側のスイッチング素子10をオンさせることで、正極側母線1aと開閉器4の正極側充電端子44aを電気的に接続させることができる。これによって、コンデンサ23が放電、または充電された後に、電源電圧V1、電力変換回路電圧V2、および、充電端子電圧V3がほぼ同一の値となる。充電端子電圧V3の単位時間あたりの変化量を表す電圧変化量ΔV3が所定の電圧変化量閾値ΔVthよりも小さくなってから、各電圧の比較を開始することとしてもよい(電圧変化量ΔV3は不図示)。
<Fault diagnosis when the charger is not connected>
The procedure for determining whether the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is malfunctioning when the charger 5 is not connected will be described. It is possible to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is malfunctioning by using the charging terminal voltage V3, which is the detected value of the charging terminal voltage detector 7. By turning on the charging switch 29 and the positive-side switching element 10 of the W-phase leg to which the charging switch 29 is connected, the positive bus 1a and the positive-side charging terminal 44a of the switch 4 can be electrically connected. As a result, after the capacitor 23 is discharged or charged, the power supply voltage V1, the power conversion circuit voltage V2, and the charging terminal voltage V3 become approximately the same value. Comparison of the voltages may be started after a voltage change ΔV3, which represents the change in the charging terminal voltage V3 per unit time, becomes smaller than a predetermined voltage change threshold ΔVth (voltage change ΔV3 is not shown).
<<V1、V2、V3の比較>>
このとき、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2、電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1、および、充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3を相互に比較する。三つの電圧値の二つずつを比較して比較した二つの電圧の差が所定の電圧差ΔV以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定する。比較した二つの電圧の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定する。
<<Comparison of V1, V2, and V3>>
At this time, the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21, and the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7 are compared with each other. Two of the three voltage values are compared, and if the difference between the two compared voltages is within a predetermined voltage difference ΔV, both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are determined to be normal. If the difference between the two compared voltages is greater than the predetermined voltage difference ΔV, one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is determined to be abnormal.
三つの電圧検出器のなかの二つずつをすべて比較して、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器すべてが正常であることを判定することとなる。そして、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は、正常と判定されていない電圧検出器が異常であると特定することができる。 Two of the three voltage detectors are compared, and if none of the voltage detectors are judged to be abnormal, it is determined that all three voltage detectors are normal. If any voltage detector is judged to be abnormal, it is possible to identify the voltage detector that is not judged to be normal as being abnormal.
これによって、充電可能な電動車両において、インバータ2に印加される直流電圧を検出する電力変換回路電圧検出器6が異常かどうかを判定するために新たな電圧検出器を設けることなく、電力変換回路電圧検出器6の異常を判定することができる。よって、電力変換装置100の信頼性を向上しつつ、電力変換装置100のメンテナンス性の向上、小型軽量化、および低コスト化を可能とすることができる。さらに、充電端子電圧検出器7による充電端子電圧V3の検出時には、回転電機3のコイル17から19への通電は不要である。このため、コイル17から19が発熱することもなく、消費電力が増大することもない。また、コイルの中性点にスイッチと接続端子が設けられた回転電機を備える必要もない。 This makes it possible to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6, which detects the DC voltage applied to the inverter 2 in a chargeable electric vehicle, is abnormal without providing a new voltage detector to determine whether it is abnormal. This improves the reliability of the power conversion device 100, while also improving the maintainability, size, weight, and cost of the power conversion device 100. Furthermore, when the charging terminal voltage detector 7 detects the charging terminal voltage V3, there is no need to energize the coils 17 to 19 of the rotating electric machine 3. Therefore, the coils 17 to 19 do not heat up, and power consumption does not increase. Furthermore, there is no need to provide a rotating electric machine with a switch and connection terminal at the neutral point of the coil.
<過渡電流の検出>
ここで、電力変換回路電圧検出器6の正常、異常判定をより迅速に実行する手法について説明する。相電流検出器16によって検出した相電流Iwに基づいて、コンデンサ22の電圧を推定し、電力変換回路電圧検出器6によって検出した電力変換回路電圧V2と比較する方法である。
<Transient current detection>
Here, we will explain a method for more quickly determining whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal. In this method, the voltage of the capacitor 22 is estimated based on the phase current Iw detected by the phase current detector 16, and is compared with the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6.
通常の電力変換動作の場合、および昇圧充電の実行時は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2と、電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1を比較することができる。そして、電圧差を所定の電圧差ΔVと比較して、双方が正常か、いずれかが異常であることを判定することができる。 During normal power conversion operation and when boost charging is being performed, the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6 can be compared with the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. The voltage difference can then be compared with a predetermined voltage difference ΔV to determine whether both are normal or whether one is abnormal.
電力変換回路電圧V2と、電源電圧V1の電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧V2と、電源電圧V1のいずれかが異常である。この場合に、電源スイッチ30を切断して直流電源1を電力変換装置100から切り離す。そして、充電スイッチ29をオンし、インバータ2の正極側スイッチング素子10をオンし、他のスイッチング素子8、9、11-13をすべてオフする。このようにすることによって、コンデンサ23の電位とコンデンサ22の電位がバランスするように相電流Iwが相電流検出器16を通過する。 If the voltage difference between the power conversion circuit voltage V2 and the power supply voltage V1 is greater than the predetermined voltage difference ΔV, either the power conversion circuit voltage V2 or the power supply voltage V1 is abnormal. In this case, the power switch 30 is turned off to disconnect the DC power supply 1 from the power conversion device 100. Then, the charge switch 29 is turned on, the positive-side switching element 10 of the inverter 2 is turned on, and all other switching elements 8, 9, 11-13 are turned off. In this way, the phase current Iw passes through the phase current detector 16 so that the potential of capacitor 23 and the potential of capacitor 22 are balanced.
よって、相電流Iwと経過時間とコンデンサ22の容量に基づいて、コンデンサ22の電圧変化量予測値ΔVPC22を算出することができる。電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2から求めた電圧変化量計測値ΔVC22と電圧変化量予測値ΔVPC22を比較する。電圧変化量計測値ΔVC22と電圧変化量予測値ΔVPC22を比較して、電圧変化量の差が、所定の電圧変化量差ΔVCd22よりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6が異常であると判定することができる。電圧変化量の差が、所定の電圧変化量差ΔVCd22以下の場合は、電力変換回路電圧検出器6が正常であると判定してもよい(電圧変化量計測値ΔVC22、電圧変化量予測値ΔVPC22、電圧変化量差ΔVCd22は不図示)。なお、電力変換回路電圧V2と、電源電圧V1の電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常なので、この場合は、電源電圧検出器21の異常を特定することができる。 Therefore, the predicted voltage change value ΔVPC22 of capacitor 22 can be calculated based on the phase current Iw, the elapsed time, and the capacitance of capacitor 22. The voltage change measured value ΔVC22 obtained from the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6 is compared with the voltage change predicted value ΔVPC22. By comparing the voltage change measured value ΔVC22 with the voltage change predicted value ΔVPC22, if the difference in the voltage change is greater than a predetermined voltage change difference ΔVCd22, it can be determined that the power conversion circuit voltage detector 6 is abnormal. If the difference in the voltage change is equal to or less than the predetermined voltage change difference ΔVCd22, it may be determined that the power conversion circuit voltage detector 6 is normal (the voltage change measured value ΔVC22, voltage change predicted value ΔVPC22, and voltage change difference ΔVCd22 are not shown). Furthermore, if the voltage difference between the power conversion circuit voltage V2 and the power supply voltage V1 is greater than the predetermined voltage difference ΔV, then either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal, and in this case, it is possible to identify the abnormality in the power supply voltage detector 21.
このようにすれば、コンデンサ22の過渡的な電圧変化を確認して、電力変換回路電圧検出器6の異常、正常を迅速に判定することができる。すなわち、コンデンサ22の電圧である電力変換回路電圧V2の過渡的な変化を電圧変化量予測値ΔVPC22として算出し、電力変換回路電圧検出器6にて検出した電力変換回路電圧V2の変化量である電圧変化量計測値ΔVC22と比較する。そして、電圧変化量の差が所定の電圧変化量差ΔVCd22よりも大きいかどうかを、電力変換回路電圧V2と充電端子電圧V3がバランスする前に判定をすることが可能となる。これによって電力変換回路電圧検出器6の異常、正常の判定時間を短縮することができる。 In this way, the transient voltage change of capacitor 22 can be confirmed, and the normality of the power conversion circuit voltage detector 6 can be quickly determined. That is, the transient change of the power conversion circuit voltage V2, which is the voltage of capacitor 22, is calculated as a predicted voltage change value ΔVPC22, and compared with the measured voltage change value ΔVC22, which is the change in the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6. It is then possible to determine whether the difference in voltage change is greater than a predetermined voltage change difference ΔVCd22 before the power conversion circuit voltage V2 and the charging terminal voltage V3 are balanced. This shortens the time required to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal.
2.実施の形態2
<電力変換装置の構成>
図3は、実施の形態2に係る電力変換装置100の構成図である。実施の形態2に係る電力変換装置100が、実施の形態1に係る電力変換装置100と異なるのは、正極側充電端子44a、負極側充電端子44bに充電器5が接続されているところである。実施の形態2に係る電力変換装置100のハードウェア構成は、実施の形態1に係る電力変換装置100とほぼ同等であり、充電電圧検出器32などの入力信号の追加とソフトウェア変更によって実現可能である。図2の制御部20のハードウェア構成は、実施の形態2についても適用可能である。
2. Second Embodiment
<Configuration of power conversion device>
3 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to the second embodiment. The power conversion device 100 according to the second embodiment differs from the power conversion device 100 according to the first embodiment in that a charger 5 is connected to the positive-side charging terminal 44a and the negative-side charging terminal 44b. The hardware configuration of the power conversion device 100 according to the second embodiment is substantially the same as that of the power conversion device 100 according to the first embodiment, and can be realized by adding input signals such as a charging voltage detector 32 and modifying the software. The hardware configuration of the control unit 20 in FIG. 2 can also be applied to the second embodiment.
<充電器>
充電器5は、充電用直流電源を内蔵する。そして、充電器5には充電電源電圧V4を検出する充電電圧検出器32、充電電流Icを検出する充電電流検出器25が設けられている(充電電流検出器25、充電電流Icは不図示)。また、充電器5の充電電源の電圧が、電力変換装置100が接続された直流電源1の電圧よりも低い場合に、電流の逆流を防ぐための逆流防止ダイオード26が設けられている。
<Charger>
The charger 5 has a built-in DC power supply for charging. The charger 5 is provided with a charging voltage detector 32 that detects the charging power supply voltage V4 and a charging current detector 25 that detects the charging current Ic (the charging current detector 25 and the charging current Ic are not shown). The charger 5 is also provided with a backflow prevention diode 26 that prevents a reverse current flow when the voltage of the charging power supply of the charger 5 is lower than the voltage of the DC power supply 1 to which the power conversion device 100 is connected.
電動車両の直流電源1に充電する場合、大電流を流し込んで急速充電することが要求される。このため、充電電流Icと充電電源電圧V4を検出することとしてもよい。 When charging the DC power supply 1 of an electric vehicle, it is necessary to supply a large current for rapid charging. For this reason, it is also possible to detect the charging current Ic and the charging power supply voltage V4.
定格を超えて充電電力を供給すると充電器5が劣化するおそれがあること、充分な電流を供給しないと急速充電ができないこと、および、飽和状態の直流電源1に過剰に充電することは直流電源1を劣化させる可能性があるからである。よって、電動車両の充電において、充電電圧検出器32、および、充電電流検出器25は有用である。 This is because supplying charging power exceeding the rated capacity may cause deterioration of the charger 5, rapid charging is not possible unless sufficient current is supplied, and excessive charging of a saturated DC power supply 1 may cause deterioration of the DC power supply 1. Therefore, the charging voltage detector 32 and charging current detector 25 are useful when charging electric vehicles.
<V3とV4の比較>
充電器5が接続された状態において、充電中は、電源スイッチ30、充電スイッチ29ともにオン(導通)状態である。そして、充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3は、充電電圧検出器32によって検出された充電電源電圧V4とほぼ同等となる。充電器5から電力変換装置100に向かって電流が流れ、直結充電または昇圧充電によって直流電源1に電力が伝達されるからである。その場合、電流は充電器5から電力変換装置100の開閉器4に流れる。
<Comparison between V3 and V4>
With the charger 5 connected, both the power switch 30 and the charging switch 29 are on (conducting) during charging. The charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7 is approximately equal to the charging power supply voltage V4 detected by the charging voltage detector 32. This is because current flows from the charger 5 toward the power conversion device 100, and power is transmitted to the DC power supply 1 by direct charging or boost charging. In this case, current flows from the charger 5 to the switch 4 of the power conversion device 100.
このとき、充電端子電圧V3と充電電源電圧V4を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、充電端子電圧V3と充電電源電圧V4のいずれかが異常であると判定できる。この場合に、どの電圧検出器が異常であるかを特定する。 At this time, the charging terminal voltage V3 and the charging power supply voltage V4 are compared, and if the voltage difference is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the charging terminal voltage V3 or the charging power supply voltage V4 is abnormal. In this case, which voltage detector is abnormal is identified.
故障診断に際して、インバータ2の正極側スイッチング素子10をオンする。そして、その他のスイッチング素子8、9、11-13をオフする。 During fault diagnosis, the positive-side switching element 10 of the inverter 2 is turned on. The other switching elements 8, 9, 11-13 are turned off.
<直結充電(V1≦V4の場合)>
電源電圧検出器21の検出値である電源電圧V1と、充電電圧検出器32の検出値である充電電源電圧V4を比較する。充電器5が開閉器4に接続され、充電スイッチ29がオン、かつ、V1≦V4の場合、回転電機3のコイルを介さず、正極側のスイッチング素子10のダイオードを介して電流が流れる。このため、直流電源1が接続された充電器5から伝達された電流によって充電される。
<Direct charging (when V1≦V4)>
The power supply voltage V1, which is the value detected by the power supply voltage detector 21, is compared with the charging power supply voltage V4, which is the value detected by the charging voltage detector 32. When the charger 5 is connected to the switch 4, the charging switch 29 is on, and V1≦V4, current flows through the diode of the positive-side switching element 10, not through the coil of the rotating electrical machine 3. Therefore, the DC power supply 1 is charged by the current transmitted from the connected charger 5.
このとき、スイッチング素子としてMOSFETを使用した場合は、正極側のスイッチング素子10をオンさせることで、スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを介さずに電流を流すこととしてもよい。そのようにすることで、ダイオードへの電流の集中を回避することができる。また、ダイオードの順方向電圧に対して、MOSFETのオン抵抗による電圧降下の方が小さくなる。これによって、半導体部品の過熱防止をはかることができる。また、電力変換回路電圧V2と充電端子電圧V3の比較においても判定精度を向上することに寄与する。 In this case, if a MOSFET is used as the switching element, the positive switching element 10 can be turned on to allow current to flow without passing through the diode connected in anti-parallel to the switching element. This prevents current from concentrating in the diode. Furthermore, the voltage drop due to the on-resistance of the MOSFET is smaller than the forward voltage of the diode. This helps prevent overheating of semiconductor components. It also contributes to improving the accuracy of the comparison between the power conversion circuit voltage V2 and the charging terminal voltage V3.
スイッチング素子としてMOSFETを使用し、開閉器4の充電スイッチ29をオンにし、正極側スイッチング素子10を導通し、充電器5から直流電源1へ充電する場合を考える。充電器5から、正極側充電端子44a、充電スイッチ29、正極側スイッチング素子10を介して直流電源1へ電流が流れる。このとき、充電電源電圧V4、充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2、および、電源電圧V1はバランスし、時間をかけて安定する。充電電源電圧V4、充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2、および、電源電圧V1の単位時間あたりの変化量を表す電圧変化量ΔV4、ΔV3、ΔV2、ΔV1が所定の電圧変化量閾値ΔVthよりも小さくなってから、各電圧の比較を開始することとしてもよい(電圧変化量ΔV4は不図示)。 Consider the case where a MOSFET is used as the switching element, the charging switch 29 of the switch 4 is turned on, the positive-side switching element 10 is conductive, and charging is performed from the charger 5 to the DC power supply 1. Current flows from the charger 5 to the DC power supply 1 via the positive-side charging terminal 44a, the charging switch 29, and the positive-side switching element 10. At this time, the charging power supply voltage V4, the charging terminal voltage V3, the power conversion circuit voltage V2, and the power supply voltage V1 balance and stabilize over time. Comparison of each voltage may begin once the voltage change amounts ΔV4, ΔV3, ΔV2, and ΔV1, which represent the change per unit time of the charging power supply voltage V4, the charging terminal voltage V3, the power conversion circuit voltage V2, and the power supply voltage V1, become smaller than a predetermined voltage change amount threshold ΔVth (voltage change amount ΔV4 is not shown).
<<V1、V2、V3、V4の比較>>
このとき、充電電源電圧V4、充電端子電圧V3、電力変換回路電圧V2、および、電源電圧V1、を相互に比較する。四つの電圧値の二つずつを比較して比較した二つの電圧の差が所定の電圧差ΔV以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定する。比較した二つの電圧の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれか異常と判定する。
<<Comparison of V1, V2, V3, and V4>>
At this time, the charging power supply voltage V4, charging terminal voltage V3, power conversion circuit voltage V2, and power supply voltage V1 are compared with one another. Two of the four voltage values are compared, and if the difference between the two compared voltages is within a predetermined voltage difference ΔV, both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are determined to be normal. If the difference between the two compared voltages is greater than the predetermined voltage difference ΔV, one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is determined to be abnormal.
四つの電圧検出器のなかの二つずつをすべて比較して、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は四つの電圧検出器すべてが正常であることを判定することとなる。そして、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は、正常と判定されていない電圧検出器が異常であると特定することができる。 If two of the four voltage detectors are compared and none of the voltage detectors are judged to be abnormal, it is determined that all four voltage detectors are normal. If any voltage detector is judged to be abnormal, it is possible to identify the voltage detector that is not judged to be normal as being abnormal.
このようにすれば、多数決の原理で、異常な電圧検出器を特定することができる。また、充電可能な電動車両の直流電源1に充電器5から充電する際に、充電電流Ic、充電電源電圧V4、電源電流Ib、電源電圧V1は相互に監視され互いに健全性の確認がされている場合が多い。よって、充電電源電圧V4または電源電圧V1と電力変換回路電圧V2の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧V2に異常があると判定してもよい。さらに、充電端子電圧検出器7による充電端子電圧V3の検出時には、回転電機3のコイル17から19への通電は不要である。このため、コイル17から19が発熱することもなく、消費電力が増大することもない。また、コイルの中性点にスイッチと接続端子が設けられた回転電機を備える必要もない。 In this way, an abnormal voltage detector can be identified by majority rule. Furthermore, when charging the DC power supply 1 of a rechargeable electric vehicle from the charger 5, the charging current Ic, charging power supply voltage V4, power supply current Ib, and power supply voltage V1 are often mutually monitored and their integrity is confirmed. Therefore, if the difference between the charging power supply voltage V4 or power supply voltage V1 and the power conversion circuit voltage V2 is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it may be determined that there is an abnormality in the power conversion circuit voltage V2. Furthermore, when the charging terminal voltage detector 7 detects the charging terminal voltage V3, it is not necessary to energize the coils 17 to 19 of the rotating electric machine 3. As a result, the coils 17 to 19 do not heat up and power consumption does not increase. Furthermore, there is no need to provide a rotating electric machine with a switch and connection terminal at the coil's neutral point.
<昇圧充電(V1>V4の場合)>
電源電圧検出器21の検出値である電源電圧V1と、充電電圧検出器32の検出値である充電電源電圧V4を比較する。充電器5が開閉器4に接続され、充電スイッチ29がオン、かつ、V1>V4の場合、充電器5が正極側充電端子44a、負極側充電端子44bを介して開閉器4に接続され、充電スイッチ29をオンし、例えば負極側スイッチング素子11をオンオフ制御して昇圧充電を実施する。
<Boost charging (when V1 >V4)>
The power supply voltage V1, which is the value detected by the power supply voltage detector 21, is compared with the charging power supply voltage V4, which is the value detected by the charging voltage detector 32. When the charger 5 is connected to the switch 4, the charging switch 29 is on, and V1>V4, the charger 5 is connected to the switch 4 via the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b, the charging switch 29 is turned on, and, for example, the negative switching element 11 is controlled on and off to perform boost charging.
または、負極側スイッチング素子11をオフし負極側スイッチング素子12をオンオフ制御する。もしくは、負極側スイッチング素子11と負極側スイッチング素子12を同時または交互にオンオフ制御する。 Alternatively, the negative side switching element 11 is turned off and the negative side switching element 12 is controlled to be turned on and off. Alternatively, the negative side switching element 11 and the negative side switching element 12 are controlled to be turned on and off simultaneously or alternately.
このため、回転電機3のコイル17と19、またはコイル18と19に蓄えられた磁気エネルギーにより、充電器5の電圧が昇圧され、コンデンサ22によって平滑される。負極側のスイッチング素子11または12もしくはスイッチング素子11および12のオンオフを継続することで、充電器5から直流電源1に充電される。 As a result, the voltage of the charger 5 is boosted by the magnetic energy stored in coils 17 and 19, or coils 18 and 19, of the rotating electric machine 3, and smoothed by capacitor 22. By continuously turning on and off the negative-side switching element 11 or 12, or switching elements 11 and 12, the charger 5 charges the DC power supply 1.
このとき、昇圧された電圧は、電力変換回路電圧検出器6によって検出された電力変換回路電圧V2となり、電力変換回路電圧検出器6が正常であれば電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1とほぼ等しくなる。電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔV以下であれば、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21は双方が正常と判定することができる。電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧検出器6と電源電圧検出器21のいずれかが異常と判定することができる。 At this time, the boosted voltage becomes the power conversion circuit voltage V2 detected by the power conversion circuit voltage detector 6, and if the power conversion circuit voltage detector 6 is normal, it will be approximately equal to the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. By comparing the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, if the voltage difference is less than a predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that both the power conversion circuit voltage detector 6 and the power supply voltage detector 21 are normal. If the voltage difference is greater than the predetermined voltage difference ΔV, it can be determined that either the power conversion circuit voltage detector 6 or the power supply voltage detector 21 is abnormal.
また、充電可能な電動車両の直流電源1に充電器5から充電する際に、充電電流Ic、充電電源電圧V4、電源電流Ib、電源電圧V1は相互に監視され互いに健全性の確認がされている場合が多い。よって、電源電圧V1と電力変換回路電圧V2の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、電力変換回路電圧V2を検出する電力変換回路電圧検出器6に異常があると判定してもよい。また、同様に、充電端子電圧V3と充電電源電圧V4を比較して、電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、充電端子電圧V3を検出する充電端子電圧検出器7に異常があると判定してもよい。 Furthermore, when charging the DC power supply 1 of a rechargeable electric vehicle from the charger 5, the charging current Ic, charging power supply voltage V4, power supply current Ib, and power supply voltage V1 are often mutually monitored and their integrity is confirmed. Therefore, if the difference between power supply voltage V1 and power conversion circuit voltage V2 is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it may be determined that there is an abnormality in the power conversion circuit voltage detector 6 that detects the power conversion circuit voltage V2. Similarly, it may also be determined that there is an abnormality in the charging terminal voltage detector 7 that detects the charging terminal voltage V3 by comparing the charging terminal voltage V3 with the charging power supply voltage V4 and finding that the voltage difference is greater than a predetermined voltage difference ΔV.
これによって、充電可能な電動車両において、インバータ2に印加される直流電圧を検出する電力変換回路電圧検出器6または正極側充電端子44a、負極側充電端子44bの間の電圧を検出する充電端子電圧検出器7が異常かどうかを判定するために新たな電圧検出器を設けること、および、そのための新たな配線を設けることが不要となる。そして、電力変換回路電圧検出器6または充電端子電圧検出器7の異常の有無を判定することができる。よって、電力変換装置100の信頼性を向上しつつ、電力変換装置100のメンテナンス性の向上、小型軽量化、および低コスト化を可能とすることができる。 This eliminates the need to install a new voltage detector or new wiring to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6, which detects the DC voltage applied to the inverter 2, or the charging terminal voltage detector 7, which detects the voltage between the positive charging terminal 44a and the negative charging terminal 44b, is malfunctioning in a chargeable electric vehicle. This makes it possible to determine whether the power conversion circuit voltage detector 6 or the charging terminal voltage detector 7 is malfunctioning. This improves the reliability of the power conversion device 100, while also enabling the device to be easier to maintain, smaller, lighter, and less expensive.
<昇圧充電(V1>V4の場合)の場合の異常な電圧検出器の特定>
電源電圧V1>充電電源電圧V4の場合において、異常のある電圧検出器を特定するためには、インバータ2の正極側スイッチング素子10を導通(オン)し、その他のスイッチング素子8、9、11から13を遮断(オフ)する。そして、充電スイッチ29を導通(オン)する。
<Identifying an abnormal voltage detector during boost charging (when V1>V4)>
When the power supply voltage V1 is greater than the charging power supply voltage V4, in order to identify the voltage detector having an abnormality, the positive side switching element 10 of the inverter 2 is turned on (on), and the other switching elements 8, 9, 11 to 13 are turned off (off), and the charging switch 29 is turned on (on).
このとき、直流電源1の電流が、スイッチング素子10を介して開閉器4のコンデンサ23に流れ込む。電源電圧V1、電力変換回路電圧V2、充電端子電圧V3がバランスして電圧が安定する。充電器5には逆流防止ダイオード26が設けられているので、充電電圧検出器32によって検出される充電電源電圧V4は影響を受けない。 At this time, the current from the DC power supply 1 flows into the capacitor 23 of the switch 4 via the switching element 10. The power supply voltage V1, power conversion circuit voltage V2, and charging terminal voltage V3 are balanced, stabilizing the voltage. The charger 5 is equipped with a backflow prevention diode 26, so the charging power supply voltage V4 detected by the charging voltage detector 32 is not affected.
電源電圧V1、電力変換回路電圧V2、充電端子電圧V3の三つの電圧値の二つずつを比較して電圧の差が所定の電圧差ΔV以内の場合は双方の電圧検出器が正常と判定する。電圧の差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は電圧値を比較したいずれかの電圧検出器が異常と判定する。 Two of the three voltage values (power supply voltage V1, power conversion circuit voltage V2, and charging terminal voltage V3) are compared, and if the voltage difference is within a specified voltage difference ΔV, both voltage detectors are determined to be normal. If the voltage difference is greater than the specified voltage difference ΔV, one of the voltage detectors whose voltage values were compared is determined to be abnormal.
三つの電圧検出器のなかの二つずつをすべて比較して、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器すべてが正常であることを判定することとなる。そして、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は、正常と判定されていない電圧検出器が異常であると特定することができる。 Two of the three voltage detectors are compared, and if none of the voltage detectors are judged to be abnormal, it is determined that all three voltage detectors are normal. If any voltage detector is judged to be abnormal, it is possible to identify the voltage detector that is not judged to be normal as being abnormal.
三つの電圧検出器すべてが正常であることを判定した場合に、最初に充電端子電圧V3と充電電源電圧V4のいずれかが異常であると判定している場合は、充電電源電圧V4を検出した充電電圧検出器32が異常であることを確定してもよい。また、電源電圧検出器21、電力変換回路電圧検出器6、充電端子電圧検出器7の三つの電圧検出器のうち一つだけが異なる電圧値を示している場合、その電圧検出器の異常を確定することができる。
<過渡電流の検出>
ここで、電力変換回路電圧検出器6の正常、異常判定をより迅速に実行する手法について説明する。電源電圧検出器21によって検出された電源電圧V1よりも充電電圧検出器32によって検出された充電電源電圧V4のほうが低い場合に限定して、充電端子電圧検出器7の異常の有無を特定する。相電流検出器16によって検出した相電流Iwに基づいて、コンデンサ23の電圧を推定し、充電端子電圧検出器7によって検出した充電端子電圧V3と比較する方法である。
If it is determined that all three voltage detectors are normal, and it is first determined that either the charging terminal voltage V3 or the charging power supply voltage V4 is abnormal, it may be determined that the charging voltage detector 32 that detected the charging power supply voltage V4 is abnormal. Also, if only one of the three voltage detectors, power supply voltage detector 21, power conversion circuit voltage detector 6, and charging terminal voltage detector 7, indicates a different voltage value, it can be determined that that voltage detector is abnormal.
<Transient current detection>
Here, we will explain a method for more quickly determining whether the power conversion circuit voltage detector 6 is normal or abnormal. The presence or absence of an abnormality in the charging terminal voltage detector 7 is determined only when the charging power supply voltage V4 detected by the charging voltage detector 32 is lower than the power supply voltage V1 detected by the power supply voltage detector 21. In this method, the voltage of the capacitor 23 is estimated based on the phase current Iw detected by the phase current detector 16, and is compared with the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7.
通常の電力変換動作の場合、および昇圧充電の実行時は、充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3と、充電電圧検出器32によって検出された充電電源電圧V4を比較することができる。そして、電圧差を所定の電圧差ΔVと比較して、双方が正常か、いずれかが異常であることを判定することができる。 During normal power conversion operation and when boost charging is being performed, the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7 can be compared with the charging power supply voltage V4 detected by the charging voltage detector 32. The voltage difference can then be compared with a predetermined voltage difference ΔV to determine whether both are normal or whether one is abnormal.
<V1>V4の場合>
充電端子電圧V3と、充電電源電圧V4の電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、充電端子電圧V3と、充電電源電圧V4のいずれかが異常である。この場合に、電源電圧V1よりも充電電源電圧V4のほうが低い場合、すなわち昇圧充電が必要な場合に、インバータ2の正極側スイッチング素子10をオンし、他のスイッチング素子8、9、11-13をすべてオフする。このようにすることによって、コンデンサ23の電位とコンデンサ22の電位がバランスするように相電流Iwが相電流検出器16を通過する。そして、V1>V4なので、逆流防止ダイオード26によって、充電器5の影響は排除することができる。
<For V1 and V4>
If the voltage difference between charging terminal voltage V3 and charging power supply voltage V4 is greater than a predetermined voltage difference ΔV, either charging terminal voltage V3 or charging power supply voltage V4 is abnormal. In this case, if charging power supply voltage V4 is lower than power supply voltage V1, i.e., if boost charging is required, positive side switching element 10 of inverter 2 is turned on and all other switching elements 8, 9, 11-13 are turned off. In this manner, phase current Iw passes through phase current detector 16 so that the potentials of capacitors 23 and 22 are balanced. Since V1 > V4, the influence of charger 5 can be eliminated by backflow prevention diode 26.
このとき、相電流Iwと経過時間とコンデンサ23の容量に基づいて、コンデンサ23の電圧変化量予測値ΔVPC23を算出することができる。充電端子電圧検出器7によって検出された充電端子電圧V3から求めた電圧変化量計測値ΔVC23と電圧変化量予測値ΔVPC23を比較する。電圧変化量計測値ΔVC23と電圧変化量予測値ΔVPC23を比較して、電圧変化量の差が、所定の電圧変化量差ΔVCd23よりも大きい場合は、充電端子電圧検出器7が異常であると判定することができる。電圧変化量の差が、所定の電圧変化量差ΔVCd23以下の場合は、充電端子電圧検出器7が正常であると判定してもよい(電圧変化量計測値ΔVC23、電圧変化量予測値ΔVPC23、電圧変化量差ΔVCd23は不図示)。なお、充電端子電圧V3と、充電電源電圧V4のいずれかが異常の場合は、充電端子電圧検出器7が正常のときには充電電圧検出器32が異常と特定することができる。 At this time, the predicted voltage change value ΔVPC23 of capacitor 23 can be calculated based on the phase current Iw, the elapsed time, and the capacitance of capacitor 23. The measured voltage change value ΔVC23 calculated from the charging terminal voltage V3 detected by charging terminal voltage detector 7 is compared with the predicted voltage change value ΔVPC23. By comparing the measured voltage change value ΔVC23 with the predicted voltage change value ΔVPC23, if the difference in the voltage change is greater than a predetermined voltage change difference ΔVCd23, it can be determined that charging terminal voltage detector 7 is abnormal. If the difference in the voltage change is equal to or less than the predetermined voltage change difference ΔVCd23, it can be determined that charging terminal voltage detector 7 is normal (measured voltage change value ΔVC23, predicted voltage change value ΔVPC23, and voltage change difference ΔVCd23 are not shown). If either charging terminal voltage V3 or charging power source voltage V4 is abnormal, it can be determined that charging voltage detector 32 is abnormal if charging terminal voltage detector 7 is normal.
このようにすれば、コンデンサ23の過渡的な電圧変化を確認して、充電端子電圧検出器7の異常、正常を迅速に判定することができる。すなわち、コンデンサ23の電圧である充電端子電圧V3の過渡的な変化を電圧変化量予測値ΔVPC23として算出し、充電端子電圧検出器7にて検出した充電端子電圧V3から求めた電圧変化量計測値ΔVC23と比較して、電圧変化量の差が所定の電圧変化量差ΔVCd23よりも大きいかどうかを、電力変換回路電圧V2と充電端子電圧V3がバランスする前に判定をすることが可能となる。これによって、充電端子電圧検出器7の異常、正常判定時間を短縮することができる。 In this way, the transient voltage change of capacitor 23 can be confirmed, and the normality of the charging terminal voltage detector 7 can be quickly determined. Specifically, the transient change of the charging terminal voltage V3, which is the voltage of capacitor 23, is calculated as a predicted voltage change value ΔVPC23, and this is compared with the measured voltage change value ΔVC23 obtained from the charging terminal voltage V3 detected by the charging terminal voltage detector 7. It is then possible to determine whether the difference in voltage change is greater than a predetermined voltage change difference ΔVCd23 before the power conversion circuit voltage V2 and the charging terminal voltage V3 are balanced. This shortens the time required to determine whether the charging terminal voltage detector 7 is normal or abnormal.
3.実施の形態3
<電力変換装置の構成>
図4は、実施の形態3に係る電力変換装置100の構成図である。実施の形態3に係る電力変換装置100が、実施の形態2に係る電力変換装置100と異なるのは、インバータ2の正極側スイッチング素子9、10、負極側スイッチング素子11、12にスイッチング素子温度検出器49、50、51、52が設けられている点、および、正極側充電端子44aは、インバータ2の複数の外部接続点と充電スイッチ28、29を介して夫々接続されている点である。
3. Third Embodiment
<Configuration of power conversion device>
4 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to embodiment 3. The power conversion device 100 according to embodiment 3 differs from the power conversion device 100 according to embodiment 2 in that switching element temperature detectors 49, 50, 51, and 52 are provided on the positive-side switching elements 9 and 10 and the negative-side switching elements 11 and 12 of the inverter 2, and that the positive-side charging terminal 44a is connected to a plurality of external connection points of the inverter 2 via charging switches 28 and 29, respectively.
実施の形態3に係る電力変換装置100のハードウェア構成は、実施の形態2に係る電力変換装置100とほぼ同等であり、スイッチング素子温度検出器49から51などの入力信号の追加と充電スイッチ28などの出力信号の追加、およびソフトウェア変更によって実現可能である。図2の制御部20のハードウェア構成は、実施の形態3についても適用可能である。 The hardware configuration of the power conversion device 100 according to embodiment 3 is substantially the same as that of the power conversion device 100 according to embodiment 2, and can be realized by adding input signals such as switching element temperature detectors 49 to 51, adding output signals such as the charging switch 28, and modifying the software. The hardware configuration of the control unit 20 in FIG. 2 can also be applied to embodiment 3.
<直結充電(V1≦V4の場合)のスイッチング素子の過熱防止>
インバータ2のスイッチング素子の過熱状況を通電電流の算出によって推定し、直結充電のために駆動する正極側のスイッチング素子を切り替えることとしてもよい。スイッチング素子9、10に設けたスイッチング素子温度検出器49、50によって各素子の過熱状況を検出して切り替えることとしてもよい。
<Preventing overheating of switching elements during direct charging (when V1≦V4)>
The overheating state of the switching elements of inverter 2 may be estimated by calculating the current flowing therethrough, and the switching element on the positive side to be driven for direct charging may be switched. The overheating state of each element may be detected by switching element temperature detectors 49, 50 provided in switching elements 9, 10.
図4では、正極側充電端子44aは、インバータ2の複数の外部接続点と夫々に設けられた充電スイッチ28、29を介して接続されている。そして、インバータ2の、充電スイッチ28、29と接続されたアームの正極側スイッチング素子9、10は夫々スイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度検出器49、50を有している。制御部20は、故障診断をする場合は、正極側充電端子44aに接続可能な正極側スイッチング素子9、10の中でスイッチング素子温度検出器によって検出された温度が最も低い正極側スイッチング素子のみを導通とし、他の正極側スイッチング素子を遮断する。この場合、温度が最も低い正極側スイッチング素子に接続する充電スイッチを導通とし、それ以外の充電スイッチを遮断する。このようにすれば、充電および故障診断を実施する際に、スイッチング素子の過熱を防ぎ、直結充電および故障診断を実施することができる。 In FIG. 4, the positive-side charging terminal 44a is connected to multiple external connection points of the inverter 2 via charging switches 28, 29, respectively. The positive-side switching elements 9, 10 of the arms connected to the charging switches 28, 29 of the inverter 2 each have a switching element temperature detector 49, 50 that detects the temperature of the switching element. When performing fault diagnosis, the control unit 20 turns on only the positive-side switching element 9, 10 that has the lowest temperature detected by the switching element temperature detector and turns off the other positive-side switching elements among the positive-side switching elements 9, 10 that can be connected to the positive-side charging terminal 44a. In this case, the charging switch connected to the positive-side switching element with the lowest temperature is turned on, and the other charging switches are turned off. This prevents overheating of the switching elements when charging and fault diagnosis are performed, making it possible to perform direct charging and fault diagnosis.
<昇圧充電(V1>V4の場合)のスイッチング素子の過熱防止>
インバータ2の負極側スイッチング素子の過熱状況、回転電機3のコイルの過熱状況を通電電流の算出によって推定し、昇圧のために駆動する負極側のスイッチング素子を切り替えることとしてもよい。充電器5から受領した電力を昇圧して、直流電源1を充電するために、実施の形態1で説明したように、負極側スイッチング素子11または負極側スイッチング素子12をオンオフ制御する。その際、温度が低いと推定できる方の負極側スイッチング素子を選択してオンオフ制御することとしてもよい。また、電流の通電、遮断を繰り返す対象の回転電機3のコイルについても、温度が低い方のコイルの組み合わせを使用することとしてもよい。
<Preventing overheating of switching elements during boost charging (when V1 >V4)>
The overheating state of the negative-side switching element of the inverter 2 and the overheating state of the coils of the rotating electric machine 3 may be estimated by calculating the current flow, and the negative-side switching element to be driven for boosting may be switched. As described in the first embodiment, in order to boost the power received from the charger 5 and charge the DC power supply 1, the negative-side switching element 11 or the negative-side switching element 12 is on/off controlled. In this case, the negative-side switching element that can be estimated to have a lower temperature may be selected and on/off controlled. Furthermore, for the coils of the rotating electric machine 3 that are repeatedly subjected to current flow and interruption, the combination of coils with a lower temperature may be used.
この場合、負極側スイッチング素子11、12にスイッチング素子温度検出器51、52を設けて検出された温度が低い方の負極側スイッチング素子をオンオフ制御することとしてもよい。また、回転電機3のコイル17から19にもそれぞれ温度検出器を設けて温度を検出し、低温のコイルを利用することとしてもよい。 In this case, switching element temperature detectors 51, 52 may be provided on the negative-side switching elements 11, 12, and the negative-side switching element with the lower detected temperature may be controlled on and off. Temperature detectors may also be provided on each of the coils 17 to 19 of the rotating electric machine 3 to detect the temperature, and the coil with the lower temperature may be used.
このようにすれば、スイッチング素子、コイルの過熱を防ぎ、効率よく昇圧することができる。温度検出器はインバータ2のすべてのスイッチング素子に設けてもよい。また、インバータ2のすべての外部接続線を、充電スイッチを介して正極側充電端子44aに接続してもよい。そうすれば、選択するスイッチング素子、コイルについて選択肢が増えるからである。 This prevents overheating of the switching elements and coils and allows for efficient voltage boosting. Temperature detectors may be provided for all switching elements of the inverter 2. Also, all external connection lines of the inverter 2 may be connected to the positive charging terminal 44a via a charging switch. This increases the number of options for selecting switching elements and coils.
4.実施の形態4
<電力変換装置の構成>
図5は、実施の形態4に係る電力変換装置100の構成図である。実施の形態4に係る電力変換装置100が、実施の形態3に係る電力変換装置100と異なるのは、インバータ2の正極側スイッチング素子9、10、負極側スイッチング素子11、12に設けられたスイッチング素子温度検出器49、50、51、52に替えて、充電スイッチ28、29にスイッチ温度検出器41、42を設けた点である。
4. Fourth Embodiment
<Configuration of power conversion device>
5 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to embodiment 4. The power conversion device 100 according to embodiment 4 differs from the power conversion device 100 according to embodiment 3 in that switch temperature detectors 41 and 42 are provided on the charging switches 28 and 29 instead of the switching element temperature detectors 49, 50, 51, and 52 provided on the positive side switching elements 9 and 10 and the negative side switching elements 11 and 12 of the inverter 2.
実施の形態4に係る電力変換装置100のハードウェア構成は、実施の形態3に係る電力変換装置100とほぼ同等であり、スイッチング素子温度検出器49から51の入力信号に替えてスイッチ温度検出器41、42の入力信号を追加し、ソフトウェア変更によって実現可能である。図2の制御部20のハードウェア構成は、実施の形態4についても適用可能である。 The hardware configuration of the power conversion device 100 according to embodiment 4 is substantially the same as that of the power conversion device 100 according to embodiment 3, and can be realized by adding input signals from switch temperature detectors 41 and 42 instead of the input signals from switching element temperature detectors 49 to 51, and by modifying the software. The hardware configuration of the control unit 20 in Figure 2 can also be applied to embodiment 4.
正極側充電端子44aは、電力変換装置100の複数の外部接続点とスイッチ温度検出器41、42を有した充電スイッチ28、29を介して夫々接続されている。制御部20は、スイッチ温度検出器41、42によって検出された温度がもっとも低いスイッチを制御する。充電スイッチ28または29に電流が流れスイッチが発熱して故障することを防止するためである。 The positive charging terminal 44a is connected to multiple external connection points of the power conversion device 100 via charging switches 28 and 29, each equipped with switch temperature detectors 41 and 42. The control unit 20 controls the switch with the lowest temperature detected by the switch temperature detectors 41 and 42. This is to prevent current from flowing through the charging switch 28 or 29, causing the switch to overheat and fail.
このように構成することによって、実施の形態4に係る電力変換装置100は、充電および故障診断を実施する際に、充電スイッチ28、29の発熱を防止し、電力変換装置100の信頼性向上に寄与することができる。実施の形態3において説明した、スイッチング素子の過熱防止、コイルの過熱防止と同様に充電スイッチの過熱防止による効率的な充電とスイッチの劣化防止を両立させることができる。 By configuring in this manner, the power conversion device 100 according to embodiment 4 can prevent heat generation in the charging switches 28 and 29 when charging and performing fault diagnosis, thereby contributing to improved reliability of the power conversion device 100. Similar to the prevention of overheating of the switching elements and coils described in embodiment 3, preventing overheating of the charging switches can achieve both efficient charging and prevention of switch degradation.
5.実施の形態5
<電力変換装置の構成>
図6は、実施の形態5に係る電力変換装置100の構成図である。実施の形態5に係る電力変換装置100が、実施の形態2に係る電力変換装置100と異なるのは、充電器5aに充電電流制限部を設けた点が異なる。充電電流制限部は、充電電流制限スイッチ62、電流制限抵抗63、逆流防止ダイオード26a、26bからなる。
5. Fifth Embodiment
<Configuration of power conversion device>
6 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to embodiment 5. The power conversion device 100 according to embodiment 5 differs from the power conversion device 100 according to embodiment 2 in that a charge current limiting unit is provided in the charger 5a. The charge current limiting unit is made up of a charge current limiting switch 62, a current limiting resistor 63, and backflow prevention diodes 26a and 26b.
充電電流制限スイッチ62がオフ(遮断)状態にある場合は、充電電流が電流制限抵抗63によって制限される。充電電流制限スイッチ62がオン(導通)状態にある場合は、充電電流が制限されない。逆流防止ダイオード26a、26bによって充電器に電流が流れ込むことを防止している。 When the charging current limiting switch 62 is in the OFF (shut-off) state, the charging current is limited by the current limiting resistor 63. When the charging current limiting switch 62 is in the ON (conducting) state, the charging current is not limited. Backflow prevention diodes 26a and 26b prevent current from flowing into the charger.
実施の形態5に係る電力変換装置100のハードウェア構成は、実施の形態2に係る電力変換装置100とほぼ同等であり、充電電流制限スイッチ62出力を追加し、ソフトウェア変更によって実現可能である。図2の制御部20のハードウェア構成は、実施の形態5についても適用可能である。 The hardware configuration of the power conversion device 100 according to embodiment 5 is substantially the same as that of the power conversion device 100 according to embodiment 2, and can be realized by adding the output of the charging current limit switch 62 and modifying the software. The hardware configuration of the control unit 20 in Figure 2 can also be applied to embodiment 5.
実施の形態5に係る電力変換装置100では、制御部20は、故障診断をする場合に充電器5に充電電流の制限を指示する。具体的には、充電電流制限スイッチ62を遮断(オフ)状態となるよう、充電器5に指示する。 In the power conversion device 100 according to embodiment 5, the control unit 20 instructs the charger 5 to limit the charging current when performing a fault diagnosis. Specifically, it instructs the charger 5 to turn the charging current limit switch 62 off.
電力変換装置100は、電力変換回路電圧V2と電源電圧V1を比較して、その電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合は、いずれかの電圧検出器が異常であるとして、故障診断を開始する。また、充電電源電圧V4と充電端子電圧V3を比較して、その電圧差が所定の電圧差ΔVよりも大きい場合も、いずれかの電圧検出器が異常であるとして、故障診断を開始する。 The power conversion device 100 compares the power conversion circuit voltage V2 with the power supply voltage V1, and if the voltage difference is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it determines that one of the voltage detectors is abnormal and begins fault diagnosis. It also compares the charging power supply voltage V4 with the charging terminal voltage V3, and if the voltage difference is greater than a predetermined voltage difference ΔV, it determines that one of the voltage detectors is abnormal and begins fault diagnosis.
二つの電圧検出器の検出電圧の乖離を示す所定の電圧差ΔVは、配線等の電圧降下を考慮して設定する。充電器5から直流電源1に向かって流れる充電電流を通常時より小さく制限することで、配線等の電圧降下を小さくすることができる。よって、充電電流の制限によって電圧検出器の異常判定の精度を向上することができる。 The predetermined voltage difference ΔV, which indicates the difference between the detected voltages of the two voltage detectors, is set taking into account voltage drop in wiring, etc. By limiting the charging current flowing from the charger 5 to the DC power source 1 to a value lower than normal, it is possible to reduce voltage drop in wiring, etc. Therefore, limiting the charging current can improve the accuracy of voltage detector abnormality detection.
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 While the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to the application of a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations. Therefore, countless variations not illustrated are contemplated within the scope of the technology disclosed herein. For example, this includes cases where at least one component is modified, added, or omitted, and even cases where at least one component is extracted and combined with components from other embodiments.
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。 The various aspects of this disclosure are summarized below as appendices.
(付記1)
直流電源の正極側に接続された正極側母線、
前記直流電源の負極側に接続された負極側母線、
前記正極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、前記負極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機の界磁巻線に接続された外部接続点と、が設けられたレグを複数有する電力変換回路、
前記電力変換回路の外部接続点の少なくともひとつと充電スイッチを介して接続された正極側充電端子、
前記負極側母線と接続された負極側充電端子、
前記直流電源の電圧を検出する電源電圧検出器、
前記電力変換回路の正極と負極間の電圧を検出する電力変換回路電圧検出器、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子間の電圧を検出する充電端子電圧検出器、および、
前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止するとともに、故障診断を行う場合は、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧とのうち二つずつを相互に比較し、比較した二つの電圧の差が予め定められた電圧差以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定し、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器が正常であることを判定し、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は正常と判定されていない電圧検出器が異常であると判定する制御部、を備えた電力変換装置。
(付記2)
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合に、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧を比較して電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合に前記故障診断を行う付記1に記載の電力変換装置。
(付記3)
前記制御部は、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の単位時間あたりの変化量を表す電圧変化量があらかじめ定められた電圧変化量閾値よりも小さくなった場合に、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と、前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の相互の比較を開始する付記1または2に記載の電力変換装置。
(付記4)
前記正極側充電端子は、充電用直流電源の正極側と逆流防止ダイオードを介して接続され、
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記故障診断を行う場合は、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧のうち二つずつを相互に比較する付記1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記5)
前記充電用直流電源の電圧を検出する充電電圧検出器を備え、
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合または前記直流電源を充電している場合に、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧を比較して電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合に前記故障診断を行う付記4に記載の電力変換装置。
(付記6)
前記制御部は、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧、前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧、および、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の単位時間あたりの変化量を表す夫々の電圧変化量があらかじめ定められた電圧変化量閾値よりも小さくなった場合に、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧、前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧、および、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の相互の比較を開始する付記4または5に記載の電力変換装置。
(付記7)
充電用直流電源の電圧を検出する充電電圧検出器を備え、
前記正極側充電端子は、前記充電用直流電源の正極側と逆流防止ダイオードを介して接続され、
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記充電用直流電源の電圧をそのまま前記直流電源に与えて充電する直結充電を実施する際に故障診断を行う場合に、前記電力変換回路の前記スイッチング素子のなかで前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を除くすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧とのうち二つずつを相互に比較し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定し、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は四つの電圧検出器が正常であることを判定し、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は正常と判定されていない電圧検出器が異常であると判定する付記1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記8)
前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグに相電流検出器が設けられ、
前記制御部は、前記相電流検出器によって前記充電スイッチが接続された外部接続点から前記レグに向かって電流が流れていることを検出することで直結充電が実施されていることを判定する付記7に記載の電力変換装置。
(付記9)
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合または前記直流電源を充電している場合に、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧を比較して電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合に前記故障診断を行う付記7または8に記載の電力変換装置。
(付記10)
前記制御部は、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧、前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧、および、前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧の単位時間あたりの変化量を表す夫々の電圧変化量があらかじめ定められた電圧変化量閾値よりも小さくなった場合に、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧、前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧、および、前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧の相互の比較を開始する付記7から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記11)
前記レグごとの外部接続点と前記回転電機の界磁巻線の間に流れる相電流を検出する前記レグごとに設けられた相電流検出器、
充電用直流電源の電圧を検出する充電電圧検出器、および、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子の間に接続された充電端子コンデンサ、を備え、
前記正極側充電端子は、前記充電用直流電源の正極側と逆流防止ダイオードを介して接続され、
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記充電用直流電源の電圧を昇圧して前記直流電源を充電する昇圧充電を実施する際に故障診断をする場合に、前記電力変換回路の前記スイッチング素子のなかで前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記相電流検出器によって検出された相電流と経過時間と前記充電端子コンデンサの容量に基づいて算出した電圧上昇予測値と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の電圧上昇値を比較して電圧上昇値の差が予め定められた上昇値差よりも大きい場合は前記充電端子電圧検出器の異常を判定する付記1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記12)
前記制御部は、前記相電流検出器によって前記充電スイッチが接続された外部接続点から前記レグに向かって電流が流れておらず、かつ、前記回転電機の界磁巻線から他のレグに向かって電流が流れていることを検出することで昇圧充電が実施されていることを判定する付記11に記載の電力変換装置。
(付記13)
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合または前記直流電源を充電している場合に、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧を比較して電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合に前記故障診断をする付記11または12に記載の電力変換装置。
(付記14)
前記レグごとの外部接続点と前記回転電機の界磁巻線の間に流れる相電流を検出する前記レグごとに設けられた相電流検出器、
前記正極側母線と前記負極側母線の間に接続された電力変換回路コンデンサ、および、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子の間に接続された充電端子コンデンサ、を備え、
前記正極側母線は、前記直流電源と電源スイッチを介して接続し、
前記制御部は、故障診断をする場合は、前記電源スイッチを遮断し、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記相電流検出器によって検出された相電流と経過時間と前記電力変換回路コンデンサの容量に基づいて算出した電圧変化量予測値と電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧の電圧変化量を比較して電圧変化量の差が予め定められた変化量差よりも大きい場合は電力変換回路電圧検出器の異常を判定する付記1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記15)
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合または前記直流電源を充電している場合に、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧を比較してその差が予め定められた電圧差よりも大きい場合に前記故障診断をする付記14に記載の電力変換装置。
(付記16)
前記充電用直流電源は、充電電流制限部を有し、
前記制御部は、前記故障診断をする場合に前記充電電流制限部に充電電流の制限を指示する付記4から13のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記17)
前記正極側充電端子は、前記電力変換回路の複数の外部接続点と夫々に設けられた充電スイッチを介して接続され、
前記電力変換回路の、前記充電スイッチと接続されたアームの正極側スイッチング素子は夫々スイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度検出器を有し、
前記制御部は、前記故障診断をする場合は、前記正極側充電端子に接続可能な正極側スイッチング素子の中で前記スイッチング素子温度検出器によって検出された温度が最も低い正極側スイッチング素子を導通する付記1から16のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記18)
前記正極側充電端子は、前記電力変換回路の複数の外部接続点と夫々スイッチ温度検出器を有した充電スイッチを介して接続され、
前記制御部は、前記故障診断をする場合は、前記充電スイッチの中で前記スイッチ温度検出器によって検出された温度が最も低い充電スイッチを導通する付記1から17のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(付記19)
前記電力変換回路の逆並列接続されたダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続されたダイオードを有する負極側のスイッチング素子は、MOS-FETを用いた付記1から18のいずれか一項に記載の電力変換装置。
(Appendix 1)
a positive busbar connected to the positive side of the DC power supply;
a negative busbar connected to the negative side of the DC power supply;
a power conversion circuit having a plurality of legs each provided with a positive-side switching element connected to the positive-side bus and having an anti-parallel-connected diode, a negative-side switching element connected to the negative-side bus and having an anti-parallel-connected diode, and an external connection point connecting the positive-side switching element and the negative-side switching element in series and connected to a field winding of a rotating electric machine;
a positive-side charging terminal connected to at least one of the external connection points of the power conversion circuit via a charging switch;
a negative charging terminal connected to the negative bus;
a power supply voltage detector that detects the voltage of the DC power supply;
a power conversion circuit voltage detector for detecting a voltage between the positive and negative poles of the power conversion circuit;
a charging terminal voltage detector for detecting a voltage between the positive charging terminal and the negative charging terminal; and
a control unit that controls the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine, and when performing a fault diagnosis, turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, compares two by two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and determines that both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are normal if the difference between the two compared voltages is within a predetermined voltage difference, and determines that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal if the difference between the two compared voltages is greater than the predetermined voltage difference, and determines that all three voltage detectors are normal if none of the voltage detectors are determined to be abnormal, and determines that the voltage detector that was not determined to be normal is abnormal if any of the voltage detectors is determined to be abnormal.
(Appendix 2)
The power conversion device described in Appendix 1, wherein the control unit, when controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine, compares the power supply voltage detected by the power supply voltage detector with the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and performs the fault diagnosis if the voltage difference is greater than the voltage difference.
(Appendix 3)
3. The power conversion device according to claim 1, wherein the control unit starts a comparison of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector when a voltage change amount representing a change amount per unit time of the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector becomes smaller than a predetermined voltage change amount threshold.
(Appendix 4)
the positive charging terminal is connected to the positive side of a charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
The power conversion device according to any one of appendixes 1 to 3, wherein, when performing the fault diagnosis, the control unit turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, and compares two each of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector.
(Appendix 5)
a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
The power conversion device described in Appendix 4, wherein the control unit, when controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine or when charging the DC power supply, compares the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector with the charging voltage detected by the charging voltage detector, and performs the fault diagnosis if the voltage difference is greater than the voltage difference.
(Appendix 6)
The power conversion device according to claim 4 or 5, wherein the control unit starts a comparison of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector when each of the voltage change amounts representing the change per unit time of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector becomes smaller than a predetermined voltage change amount threshold.
(Appendix 7)
a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
the positive charging terminal is connected to the positive side of the charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
4. The power conversion device according to any one of appendices 1 to 3, wherein, when performing a fault diagnosis during direct charging in which the voltage of the charging DC power supply is directly supplied to the DC power supply for charging, the control unit turns off all of the switching elements of the power conversion circuit except for a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns on the charging switch, compares two by two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and the charging voltage detected by the charging voltage detector, and determines that both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are normal if a difference between the two compared voltages is within the voltage difference, and determines that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal if the difference between the two compared voltages is greater than the voltage difference, and determines that all four voltage detectors are normal if none of the voltage detectors are determined to be abnormal, and determines that the voltage detector that is not determined to be normal if any of the voltage detectors is determined to be abnormal.
(Appendix 8)
a phase current detector is provided in a leg having an external connection point to which the charging switch is connected;
The power conversion device according to claim 7, wherein the control unit determines that direct charging is being performed by detecting, with the phase current detector, that a current is flowing from an external connection point to which the charging switch is connected toward the leg.
(Appendix 9)
The power conversion device according to claim 7 or 8, wherein the control unit, when controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine or when charging the DC power supply, compares the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector with the charging voltage detected by the charging voltage detector, and performs the fault diagnosis if the voltage difference is greater than the voltage difference.
(Appendix 10)
The power conversion device according to any one of appendices 7 to 9, wherein the control unit starts a comparison of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and the charging voltage detected by the charging voltage detector when each of the voltage change amounts representing the change per unit time of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and the charging voltage detected by the charging voltage detector becomes smaller than a predetermined voltage change amount threshold.
(Appendix 11)
a phase current detector provided for each leg to detect a phase current flowing between the external connection point for each leg and a field winding of the rotating electric machine;
a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
a charging terminal capacitor connected between the positive charging terminal and the negative charging terminal;
the positive charging terminal is connected to the positive side of the charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
4. The power conversion device according to claim 1, wherein, when diagnosing a fault while performing boost charging to boost the voltage of the charging DC power supply and charge the DC power supply, the control unit turns on the positive-side switching element of the leg having the external connection point to which the charging switch is connected among the switching elements of the power conversion circuit and turns off all other switching elements, turns on the charging switch, compares a voltage rise prediction value calculated based on the phase current detected by the phase current detector, the elapsed time, and the capacitance of the charging terminal capacitor with a voltage rise value of the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and determines that the charging terminal voltage detector is abnormal if the difference in voltage rise value is greater than a predetermined rise value difference.
(Appendix 12)
The power conversion device described in Appendix 11, wherein the control unit determines that boost charging is being performed by detecting, using the phase current detector, that no current is flowing from the external connection point to which the charging switch is connected toward the leg, and that a current is flowing from a field winding of the rotating electric machine toward another leg.
(Appendix 13)
The power conversion device according to claim 11 or 12, wherein the control unit, when controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine or when charging the DC power supply, compares the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector with the charging voltage detected by the charging voltage detector, and performs the fault diagnosis if the voltage difference is greater than the voltage difference.
(Appendix 14)
a phase current detector provided for each leg to detect a phase current flowing between the external connection point for each leg and a field winding of the rotating electric machine;
a power conversion circuit capacitor connected between the positive bus and the negative bus; and
a charging terminal capacitor connected between the positive charging terminal and the negative charging terminal;
the positive busbar is connected to the DC power supply via a power switch;
When performing a fault diagnosis, the control unit turns off the power switch, turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, compares a voltage change prediction value calculated based on the phase current detected by the phase current detector, the elapsed time, and the capacitance of the power conversion circuit capacitor with a voltage change amount of the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and determines an abnormality in the power conversion circuit voltage detector if the difference in the voltage change amount is greater than a predetermined difference in change amount.
(Appendix 15)
The power conversion device according to claim 14, wherein the control unit, when controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine or when charging the DC power supply, compares the power supply voltage detected by the power supply voltage detector with the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and performs the fault diagnosis if the difference between the power supply voltage detected by the power supply voltage detector and the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector is greater than a predetermined voltage difference.
(Appendix 16)
the charging DC power supply has a charging current limiting unit,
14. The power conversion device according to claim 4, wherein the control unit instructs the charge current limiting unit to limit the charge current when performing the fault diagnosis.
(Appendix 17)
the positive charging terminal is connected to a plurality of external connection points of the power conversion circuit via charging switches respectively provided thereto;
a switching element temperature detector for detecting the temperature of each of the positive-side switching elements of the arm connected to the charging switch in the power conversion circuit;
17. The power conversion device according to any one of appendices 1 to 16, wherein, when performing the fault diagnosis, the control unit conducts a positive-side switching element that has the lowest temperature detected by the switching element temperature detector among the positive-side switching elements connectable to the positive-side charging terminal.
(Appendix 18)
the positive charging terminal is connected to a plurality of external connection points of the power conversion circuit via charging switches each having a switch temperature detector;
18. The power conversion device according to any one of appendices 1 to 17, wherein, when performing the fault diagnosis, the control unit conducts electricity to a charging switch among the charging switches whose temperature detected by the switch temperature detector is the lowest.
(Appendix 19)
Supplementary notes 1 to 18, wherein a positive-side switching element having an anti-parallel-connected diode of the power conversion circuit and a negative-side switching element having an anti-parallel-connected diode are MOS-FETs. The power conversion device according to any one of claims 1 to 18.
1 直流電源、1a 正極側母線、1b 負極側母線、3 回転電機、5、5a 充電器、6 電力変換回路電圧検出器、7 充電端子電圧検出器、8、9、10、11、12、13 スイッチング素子、14、15、16 相電流検出器、17、18、19 コイル、20 制御部、21 電源電圧検出器、22、23 コンデンサ、26、26a、26b 逆流防止ダイオード、28、29 充電スイッチ、30 電源スイッチ、32 充電電圧検出器、41、42 スイッチ温度検出器、44a 正極側充電端子、44b 負極側充電端子、49、50、51、52 スイッチング素子温度検出器、62 充電電流制限スイッチ、63 電流制限抵抗、100 電力変換装置 1 DC power supply, 1a Positive busbar, 1b Negative busbar, 3 Rotating electric machine, 5, 5a Charger, 6 Power conversion circuit voltage detector, 7 Charging terminal voltage detector, 8, 9, 10, 11, 12, 13 Switching element, 14, 15, 16 Phase current detector, 17, 18, 19 Coil, 20 Control unit, 21 Power supply voltage detector, 22, 23 Capacitor, 26, 26a, 26b Backflow prevention diode, 28, 29 Charging switch, 30 Power switch, 32 Charging voltage detector, 41, 42 Switch temperature detector, 44a Positive charging terminal, 44b Negative charging terminal, 49, 50, 51, 52 Switching element temperature detector, 62 Charging current limiting switch, 63 Current limiting resistor, 100 Power conversion device
Claims (19)
前記直流電源の負極側に接続された負極側母線、
前記正極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、前記負極側母線に接続され、逆並列接続されたダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機の界磁巻線に接続された外部接続点と、が設けられたレグを複数有する電力変換回路、
前記電力変換回路の外部接続点の少なくともひとつと充電スイッチを介して接続された正極側充電端子、
前記負極側母線と接続された負極側充電端子、
前記直流電源の電圧を検出する電源電圧検出器、
前記電力変換回路の正極と負極間の電圧を検出する電力変換回路電圧検出器、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子間の電圧を検出する充電端子電圧検出器、および、
前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止するとともに、故障診断を行う場合は、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧とのうち二つずつを相互に比較し、比較した二つの電圧の差が予め定められた電圧差以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定し、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は三つの電圧検出器が正常であることを判定し、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は正常と判定されていない電圧検出器が異常であると判定する制御部、を備えた電力変換装置。 a positive busbar connected to the positive side of the DC power supply;
a negative busbar connected to the negative side of the DC power supply;
a power conversion circuit having a plurality of legs each provided with a positive-side switching element connected to the positive-side bus and having an anti-parallel-connected diode, a negative-side switching element connected to the negative-side bus and having an anti-parallel-connected diode, and an external connection point connecting the positive-side switching element and the negative-side switching element in series and connected to a field winding of a rotating electric machine;
a positive-side charging terminal connected to at least one of the external connection points of the power conversion circuit via a charging switch;
a negative charging terminal connected to the negative bus;
a power supply voltage detector that detects the voltage of the DC power supply;
a power conversion circuit voltage detector for detecting a voltage between the positive and negative poles of the power conversion circuit;
a charging terminal voltage detector for detecting a voltage between the positive charging terminal and the negative charging terminal; and
a control unit that controls the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine, and when performing a fault diagnosis, turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, compares two by two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and determines that both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are normal if the difference between the two compared voltages is within a predetermined voltage difference, and determines that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal if the difference between the two compared voltages is greater than the predetermined voltage difference, and determines that all three voltage detectors are normal if none of the voltage detectors are determined to be abnormal, and determines that the voltage detector that was not determined to be normal is abnormal if any of the voltage detectors is determined to be abnormal.
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記故障診断を行う場合は、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧のうち二つずつを相互に比較する請求項1に記載の電力変換装置。 the positive charging terminal is connected to the positive side of a charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
2. The power conversion device according to claim 1, wherein, when performing the fault diagnosis, the control unit turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, and compares two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, and the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector.
前記制御部は、前記電力変換回路を制御して前記回転電機を駆動または停止している場合または前記直流電源を充電している場合に、前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧を比較して電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合に前記故障診断を行う請求項4に記載の電力変換装置。 a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
5. The power conversion device according to claim 4, wherein, when the control unit is controlling the power conversion circuit to drive or stop the rotating electric machine or when the DC power supply is being charged, the control unit compares the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector with the charging voltage detected by the charging voltage detector, and performs the fault diagnosis if the voltage difference is greater than the voltage difference.
前記正極側充電端子は、前記充電用直流電源の正極側と逆流防止ダイオードを介して接続され、
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記充電用直流電源の電圧をそのまま前記直流電源に与えて充電する直結充電を実施する際に故障診断を行う場合に、前記電力変換回路の前記スイッチング素子のなかで前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を除くすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記電源電圧検出器によって検出された電源電圧と前記電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧と前記充電電圧検出器によって検出された充電電圧とのうち二つずつを相互に比較し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差以内の場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器の双方を正常と判定し、比較した二つの電圧の差が前記電圧差よりも大きい場合は比較した二つの電圧を検出した二つの電圧検出器のいずれかが異常と判定し、いずれの電圧検出器も異常と判定されない場合は四つの電圧検出器が正常であることを判定し、いずれかの電圧検出器が異常と判定されている場合は正常と判定されていない電圧検出器が異常であると判定する請求項1に記載の電力変換装置。 a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
the positive charging terminal is connected to the positive side of the charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
2. The power conversion device according to claim 1, wherein, when performing a fault diagnosis during direct charging in which the voltage of the charging DC power supply is directly supplied to the DC power supply for charging, the control unit turns off all of the switching elements of the power conversion circuit except for a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns on the charging switch, compares two by two of the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the power conversion circuit voltage detected by the power conversion circuit voltage detector, the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and the charging voltage detected by the charging voltage detector, and determines that both of the two voltage detectors that detected the two compared voltages are normal if a difference between the two compared voltages is within the voltage difference, determines that one of the two voltage detectors that detected the two compared voltages is abnormal if the difference between the two compared voltages is greater than the voltage difference, determines that all four voltage detectors are normal if none of the voltage detectors are determined to be abnormal, and determines that the voltage detector that is not determined to be normal if any of the voltage detectors is determined to be abnormal.
前記制御部は、前記相電流検出器によって前記充電スイッチが接続された外部接続点から前記レグに向かって電流が流れていることを検出することで直結充電が実施されていることを判定する請求項7に記載の電力変換装置。 a phase current detector is provided in a leg having an external connection point to which the charging switch is connected;
8. The power conversion device according to claim 7, wherein the control unit determines that direct charging is being performed by detecting, with the phase current detector, that a current is flowing from an external connection point to which the charging switch is connected toward the leg.
充電用直流電源の電圧を検出する充電電圧検出器、および、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子の間に接続された充電端子コンデンサ、を備え、
前記正極側充電端子は、前記充電用直流電源の正極側と逆流防止ダイオードを介して接続され、
前記負極側充電端子は、前記充電用直流電源の負極側に接続され、
前記制御部は、前記充電用直流電源の電圧を昇圧して前記直流電源を充電する昇圧充電を実施する際に故障診断をする場合に、前記電力変換回路の前記スイッチング素子のなかで前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記相電流検出器によって検出された相電流と経過時間と前記充電端子コンデンサの容量に基づいて算出した電圧上昇予測値と前記充電端子電圧検出器によって検出された充電端子電圧の電圧上昇値を比較して電圧上昇値の差が予め定められた上昇値差よりも大きい場合は前記充電端子電圧検出器の異常を判定する請求項1に記載の電力変換装置。 a phase current detector provided for each leg to detect a phase current flowing between the external connection point for each leg and a field winding of the rotating electric machine;
a charging voltage detector for detecting the voltage of the charging DC power supply;
a charging terminal capacitor connected between the positive charging terminal and the negative charging terminal;
the positive charging terminal is connected to the positive side of the charging DC power supply via a backflow prevention diode;
the negative charging terminal is connected to the negative side of the charging DC power supply,
2. The power conversion device according to claim 1, wherein, when diagnosing a fault while performing boost charging in which the voltage of the charging DC power supply is boosted to charge the DC power supply, the control unit turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected among the switching elements of the power conversion circuit and turns off all other switching elements, turns on the charging switch, compares a voltage rise prediction value calculated based on the phase current detected by the phase current detector, the elapsed time, and the capacitance of the charging terminal capacitor with a voltage rise value of the charging terminal voltage detected by the charging terminal voltage detector, and determines that the charging terminal voltage detector is abnormal if a difference in voltage rise value is greater than a predetermined rise value difference.
前記正極側母線と前記負極側母線の間に接続された電力変換回路コンデンサ、および、
前記正極側充電端子と前記負極側充電端子の間に接続された充電端子コンデンサ、を備え、
前記正極側母線は、前記直流電源と電源スイッチを介して接続し、
前記制御部は、故障診断をする場合は、前記電源スイッチを遮断し、前記充電スイッチが接続された外部接続点を有するレグの正極側スイッチング素子を導通し、前記電力変換回路の他のすべてのスイッチング素子を遮断し、前記充電スイッチを導通し、前記相電流検出器によって検出された相電流と経過時間と前記電力変換回路コンデンサの容量に基づいて算出した電圧変化量予測値と電力変換回路電圧検出器によって検出された電力変換回路電圧の電圧変化量を比較して電圧変化量の差が予め定められた変化量差よりも大きい場合は電力変換回路電圧検出器の異常を判定する請求項1に記載の電力変換装置。 a phase current detector provided for each leg to detect a phase current flowing between the external connection point for each leg and a field winding of the rotating electric machine;
a power conversion circuit capacitor connected between the positive bus and the negative bus; and
a charging terminal capacitor connected between the positive charging terminal and the negative charging terminal;
the positive busbar is connected to the DC power supply via a power switch;
2. The power conversion device according to claim 1, wherein, when performing a fault diagnosis, the control unit turns off the power switch, turns on a positive-side switching element of a leg having an external connection point to which the charging switch is connected, turns off all other switching elements of the power conversion circuit, turns on the charging switch, compares a voltage change prediction value calculated based on the phase current detected by the phase current detector, the elapsed time, and the capacitance of the power conversion circuit capacitor with a voltage change amount of the power conversion circuit detected by the power conversion circuit voltage detector, and determines an abnormality in the power conversion circuit voltage detector if a difference in the voltage change amount is larger than a predetermined difference in change amount.
前記制御部は、前記故障診断をする場合に前記充電電流制限部に充電電流の制限を指示する請求項4から13のいずれか一項に記載の電力変換装置。 the charging DC power supply has a charging current limiting unit,
The power conversion device according to claim 4 , wherein the control unit instructs the charge current limiting unit to limit the charge current when performing the fault diagnosis.
前記電力変換回路の、前記充電スイッチと接続されたアームの正極側スイッチング素子は夫々スイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度検出器を有し、
前記制御部は、前記故障診断をする場合は、前記正極側充電端子に接続可能な正極側スイッチング素子の中で前記スイッチング素子温度検出器によって検出された温度が最も低い正極側スイッチング素子を導通する請求項1から15のいずれか一項に記載の電力変換装置。 the positive charging terminal is connected to a plurality of external connection points of the power conversion circuit via charging switches respectively provided thereto;
a switching element temperature detector for detecting the temperature of each of the positive-side switching elements of the arm connected to the charging switch in the power conversion circuit;
16. The power conversion device according to claim 1, wherein, when performing the fault diagnosis, the control unit conducts a positive-side switching element that has the lowest temperature detected by the switching element temperature detector among the positive-side switching elements connectable to the positive-side charging terminal.
前記制御部は、前記故障診断をする場合は、前記充電スイッチの中で前記スイッチ温度検出器によって検出された温度が最も低い充電スイッチを導通する請求項1から15のいずれか一項に記載の電力変換装置。 the positive charging terminal is connected to a plurality of external connection points of the power conversion circuit via charging switches each having a switch temperature detector;
16. The power conversion device according to claim 1, wherein when performing the fault diagnosis, the control unit conducts the charging switch having the lowest temperature detected by the switch temperature detector among the charging switches.
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