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公開番号2021027762
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146001
出願日20190808
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人あいち国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低温環境下のエネルギ効率を向上させることができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置1は、電力変換部3と、コンデンサ2と、負荷6と、出力制御部4とを備える。電力変換部3は、入力電力を変換して出力する。コンデンサ2は、入力電力の電圧を平滑化する。負荷6は、電力変換部3の出力Pの供給先である。出力制御部4は、電力変換部3の出力Pを制御する。電力変換装置1の稼働中において、出力制御部4は、コンデンサ2の温度Tcに関連する温度関連情報に基づいて、電力変換部3の出力Pを所定の出力上限値Pb以下に制限するよう構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
入力電力を変換して出力する電力変換部(3)と、
上記入力電力の電圧を平滑化するコンデンサ(2)と、
上記電力変換部の出力(P)の供給先である負荷(6)と、
上記電力変換部の出力を制御する出力制御部(4)とを備えた電力変換装置(1)であって、
上記電力変換装置の稼働中において、
上記出力制御部は、上記コンデンサの温度(Tc)に関連する温度関連情報に基づいて、上記電力変換部の出力を所定の出力上限値(Pb)以下に制限するよう構成されている、電力変換装置。
続きを表示(約 390 文字)【請求項2】
上記出力上限値は上記温度関連情報に基づいて設定される、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
上記コンデンサの温度を測定又は推定する温度取得部(5)を有し、
上記出力上限値は、上記温度取得部にて取得した上記コンデンサの温度に基づいて算出するよう構成されている、請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
上記温度関連情報は、上記電力変換部への上記入力電力の入力開始時点からの経過時間(t)であって、上記経過時間が所定の時間(t0)未満の間は、上記電力変換部の出力が上記出力上限値以下に制限されるよう構成されている、請求項1又は2に記載の電力変換装置。
【請求項5】
上記電力変換装置は、充電装置として用いられ、上記負荷は、二次電池である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、電力変換を行う電力変換装置として、コンデンサを含む電子部品を備えたものがある。コンデンサには、低温になるに従って大きな値となる等価直列抵抗(以下、「ESR」という。)と呼ばれる抵抗成分が存在する。そして、コンデンサが低温である場合において、電力変換装置を稼働する際、コンデンサに電流が出入りすることによってESRに起因したサージ電圧が発生することがある。サージ電圧の発生により、電力変換装置を構成する電子部品が損傷するおそれがある。
【0003】
特許文献1に開示された電力変換装置を備えた電動機は、電力変換装置が低温である場合において、電動機を駆動させることなく、まずはコンデンサを昇温させるために少量の電流を流す。そして、コンデンサの温度が上がり、ESRが小さくなってから電動機の駆動に充分な電流を流す。これにより、サージ電圧による電子部品の損傷を防ぎつつ、電動機を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2009−60776号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、電動機を駆動させない間に流す電流は、装置の稼働に寄与するものではない。つまり、特許文献1における電動機は、電動機が稼働しない状態でコンデンサの昇温のためだけに電流を流している。すなわち、コンデンサの昇温のためだけに電力消費することとなり、エネルギ効率の観点から改善の余地がある。
【0006】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、低温環境下のエネルギ効率を向上させることができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、入力電力を変換して出力する電力変換部(3)と、
上記入力電力の電圧を平滑化するコンデンサ(2)と、
上記電力変換部の出力(P)の供給先である負荷(6)と、
上記電力変換部の出力を制御する出力制御部(4)とを備えた電力変換装置(1)であって、
上記電力変換装置の稼働中において、
上記出力制御部は、上記コンデンサの温度(Tc)に関連する温度関連情報に基づいて、上記電力変換部の出力を所定の出力上限値(Pb)以下に制限するよう構成されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【0008】
上記電力変換装置において、出力制御部は、電力変換装置の稼働中に、コンデンサの温度に関連する温度関連情報に基づいて、電力変換部の出力を所定の出力上限値以下に制限する。それゆえ、電力変換装置を稼働させながらコンデンサの昇温を行うことができる。これにより、低温環境下においても、電力変換装置を稼働させつつコンデンサのESRを低下させることができる。
【0009】
換言すると、電力変換装置の稼働のための通電に伴う発熱をコンデンサの昇温に利用することで、低温環境下におけるエネルギ効率を向上させている。その一方で、コンデンサが充分に昇温するまでの間、出力を制限することで、サージ電圧の発生を抑制しながら電力変換装置を稼働させることができる。
【0010】
以上のごとく、上記態様によれば、低温環境下のエネルギ効率を向上させることができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施形態1における、電力変換装置の回路図。
実施形態1における、コンデンサ温度と、上位指令値と、出力上限値との関係を示す図。
実施形態1における、出力制御の手順を示すフローチャート。
実施形態2における、コンデンサ温度と、上位指令値と、出力上限値との関係を示す図。
実施形態3における、コンデンサ温度と、上位指令値と、出力上限値との関係を示す図。
実施形態3における、出力制御の手順を示すフローチャート。
実施形態4における、コンデンサ温度と、上位指令値と、出力上限値との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(実施形態1)
電力変換装置に係る実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
本形態における電力変換装置1は、図1に示すごとく、電力変換部3と、コンデンサ2と、負荷6と、出力制御部4とを備える。電力変換部3は、入力電力を変換して出力する。コンデンサ2は、入力電力の電圧を平滑化する。負荷6は、電力変換部3の出力Pの供給先である。出力制御部4は、電力変換部3の出力Pを制御する。電力変換装置1の稼働中において、出力制御部4は、コンデンサ2の温度Tcに関連する温度関連情報に基づいて、電力変換部3の出力Pを所定の出力上限値Pb以下に制限するよう構成されている。
【0013】
本形態における電力変換装置1は、充電装置として用いられる。また、負荷6は、二次電池である。本形態における電力変換装置1は、例えば、車両に搭載される二次電池の充電装置である。
【0014】
電力変換装置1は、図1に示すごとく、AC−DCコンバータ16を備えている。AC−DCコンバータ16は、ダイオードブリッジ回路14と、昇圧チョッパ回路15とを備えている。
【0015】
なお、本形態の電力変換装置1において、AC−DCコンバータ16を構成する配線及びAC−DCコンバータ16と電力変換部3とを繋ぐ配線のうち、高電位側の配線を高電位側配線7という。また、AC−DCコンバータ16を構成する配線及びAC−DCコンバータ16と電力変換部3とを繋ぐ配線のうち、低電位側の配線を低電位側配線71という。
【0016】
ダイオードブリッジ回路14は、4個のダイオードD1、D2、D3、D4で構成されている。ダイオードD2のカソードが、ダイオードD1のアノードに接続されている。また、ダイオードD4のカソードが、ダイオードD3のアノードに接続されている。ダイオードD1、D3のカソードは、高電位側配線7に接続されている。また、ダイオードD2、D4のアノードは、低電位側配線71に接続されている。ダイオードブリッジ回路14は、交流電源12から送られる交流電力を、全波整流する。
【0017】
また、昇圧チョッパ回路15は、図1に示すごとく、リアクトル13と、半導体スイッチ11と、ダイオードD5とを備える。昇圧チョッパ回路15は、ダイオードブリッジ回路14と、コンデンサ2との間に配置される。
【0018】
リアクトル13は、高電位側配線7において、一端がダイオードブリッジ回路14に接続されている。また、リアクトル13の他端は、ダイオードD5のアノードに接続されている。ダイオードD5のカソードは、高電位側配線7において、コンデンサ2に接続されている。リアクトル13には、ダイオードブリッジ回路14にて全波整流された入力電力が供給される。
【0019】
半導体スイッチ11は、リアクトル13とダイオードD5とを繋ぐ高電位側配線7と、ダイオードブリッジ回路14とコンデンサ2とを繋ぐ低電位側配線71との間を接続している。半導体スイッチ11としては、例えば、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタの略)、又はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略)を用いることができる。
【0020】
リアクトル13は、半導体スイッチ11がオン操作されることで、磁気エネルギを蓄える。具体的には、半導体スイッチ11がオン操作されると、ダイオードブリッジ回路14と、リアクトル13と、半導体スイッチ11とを含む閉回路が形成される。リアクトル13は、当該閉回路に入力電力が供給されることで、磁気エネルギを蓄える。
【0021】
また、入力電力は、半導体スイッチ11がオフ操作されることで、リアクトル13から、ダイオードD5を介してコンデンサ2へと供給される。当該入力電力は、リアクトル13に蓄えられた磁気エネルギが加算されているため、リアクトル13に入力される前の入力電力よりも電圧が高くなっている。
【0022】
また、昇圧チョッパ回路15は、半導体スイッチ11の制御により、入力電力を昇圧させる。昇圧チョッパ回路15にて昇圧された入力電力は、コンデンサ2を介して電力変換部3へ入力される。
【0023】
半導体スイッチ11は、制御部(図示略)によってオン/オフ制御される。本形態において、制御部は、CPU及びメモリを備えたマイクロコンピュータである。
【0024】
コンデンサ2は、図1に示すごとく、AC−DCコンバータ16と、電力変換部3との間に配置される。コンデンサ2は、AC−DCコンバータ16と電力変換部3とを繋ぐ高電位側配線7と、AC−DCコンバータ16と電力変換部3とを繋ぐ低電位側配線71との間を接続している。コンデンサ2は、リアクトル13から供給された入力電力を平滑化する。コンデンサ2によって平滑化された入力電力は、電力変換部3へ供給される。本形態において、コンデンサ2は、電解コンデンサである。
【0025】
電力変換部3は、コンデンサ2と、負荷6との間に配置される。本形態の電力変換装置1において、電力変換部3は、DC−DCコンバータである。電力変換部3は、コンデンサ2によって平滑化された入力電力の電圧を変換して、出力電力を負荷6に供給する。
【0026】
電力変換部3は、開示を省略するが、複数の半導体スイッチと、トランスとを有する。
【0027】
出力制御部4は、電力変換部3の複数の半導体スイッチを制御することで、電力変換部3の出力Pを制御する。つまり、出力制御部4は、電力変換部3の半導体スイッチのオンとオフの時間の割合を変えることで、電力変換部3の出力Pを制御する。本形態において、電力変換部3の半導体スイッチは、例えば、MOSFET、又はIGBTである。また、本形態において、出力制御部4は、CPU及びメモリを備えたマイクロコンピュータである。
【0028】
また、出力制御部4は、電力変換部3の出力Pを所定の出力上限値Pb以下に制限する。出力上限値Pbは温度関連情報に基づいて設定される。
【0029】
また、電力変換装置1は、図1に示すごとく、コンデンサ2の温度Tcを測定又は推定する温度取得部5を有する。出力上限値Pbは、温度取得部5にて取得したコンデンサ2の温度Tcに基づいて算出するよう構成されている。
【0030】
温度取得部5は、図1に示すごとく、出力制御部4に接続されている。本形態において、温度取得部5は、温度センサである。温度取得部5としての温度センサは、例えばコンデンサ2の表面に取り付けられ、コンデンサ2の表面の温度を直接測定する。本形態において、温度関連情報は、コンデンサ2の表面温度Tcである。
(【0031】以降は省略されています)

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