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公開番号2021182831
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2020087837
出願日20200520
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】衝突事故時においてコンデンサ電圧を速やかに低下させることができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【解決手段】電力変換装置10は、電力変換器11と、電力変換器11とインバータ12との間に接続された直流コンデンサ13と、衝突事故時に直流コンデンサ13を放電させる放電回路14とを備えた電力変換装置であって、衝突対象物と自車両が衝突するか否かを判定する衝突判定部141と、衝突判定の結果に応じてコンデンサ電圧指令値922を決定するコンデンサ電圧指令値決定部121と、コンデンサ電圧指令値922に基づいてコンデンサ電圧を制御するコンデンサ電圧制御部111とを備え、衝突判定において衝突対象物と自車両とが衝突すると判定された場合に、コンデンサ電圧を衝突すると判定される直前のコンデンサ電圧指令値よりも低くする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流電圧源から出力された直流電圧を交流電圧に変換してモータに出力するインバータと、前記直流電圧源と前記インバータとの間に接続され、前記直流電圧を昇圧または降圧して前記インバータに出力する電力変換器と、前記電力変換器と前記インバータとの間に接続された直流コンデンサと、衝突事故時に前記直流コンデンサを放電させる放電回路とを備えた電力変換装置であって、
衝突対象物と自車両とが衝突するか否かの衝突判定を行う衝突判定部と、
前記衝突判定の結果に応じて前記直流コンデンサのコンデンサ電圧の指令値を決定する電圧指令値決定部と、
前記指令値に基づいて前記コンデンサ電圧を制御するコンデンサ電圧制御部とを備え、
前記衝突判定において前記衝突対象物と前記自車両とが衝突すると判定された場合に、前記コンデンサ電圧を衝突すると判定される直前のコンデンサ電圧指令値よりも低くすることを特徴とする電力変換装置。
続きを表示(約 750 文字)【請求項2】
前記指令値を衝突すると判定される直前のコンデンサ電圧指令値よりも低くすると同時に、前記放電回路による前記直流コンデンサの放電を開始させる請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記コンデンサ電圧を衝突すると判定される直前のコンデンサ電圧指令値よりも低くした後に、前記放電回路による前記直流コンデンサの放電を開始させる請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記衝突判定により、前記衝突対象物と前記自車両とが衝突すると2回以上連続して判定された場合に、前記コンデンサ電圧を衝突すると判定される直前のコンデンサ電圧指令値よりも低くする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記衝突判定部は、前記自車両の走行情報と、前記自車両の周辺情報とに基づいて前記衝突判定を行う請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記衝突判定部は、前記自車両の走行情報と、前記自車両とは別の車両である他車両の周辺情報とに基づいて前記衝突判定を行う請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記衝突判定部は、前記自車両の走行情報と、前記自車両の周辺情報と、前記自車両とは別の車両である他車両の走行情報と、前記他車両の周辺情報とに基づいて前記衝突判定を行う請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記衝突判定において前記衝突対象物と前記自車両とが衝突すると判定された場合に、前記コンデンサ電圧を、前記直流電圧源から出力された直流電圧と等しくする請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、電力変換装置に関するものである。
続きを表示(約 7,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、車両の駆動源としてモータを備えた電動車両が知られている。このような車両では、バッテリなどの直流電圧源と駆動用インバータ(以下、インバータ)との間に昇圧コンバータなどの電力変換器と直流コンデンサが接続されている。直流電圧源から出力される直流電圧は、電力変換器によって昇圧または降圧されることにより、直流コンデンサに供給される直流コンデンサ電圧(以下、コンデンサ電圧)が制御される。このようにコンデンサ電圧を制御することにより所望の直流電圧をインバータに供給し、インバータの出力交流電圧を変化させることでモータの出力を制御する。また、車両周辺情報に基づいた運転状態予測に従ってコンデンサ電圧を制御することにより、車両の駆動性能の向上および損失の最適化を実施することもある(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2015−163042号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
衝突事故などの事故が生じた場合には、できるだけ速やかに直流コンデンサを放電させて、コンデンサ電圧を十分に下げることが求められている。しかしながら、特許文献1の技術では衝突時のコンデンサ電圧の処置について記載されていない。このため、衝突事故時においてコンデンサ電圧が十分低下するまでに時間がかかる虞がある。
【0005】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、衝突事故時においてコンデンサ電圧を速やかに下げることができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に開示される電力変換装置は、直流電圧源から出力された直流電圧を交流電圧に変換してモータに出力するインバータと、直流電圧源とインバータとの間に接続され、直流電圧を昇圧または降圧してインバータに出力する電力変換器と、電力変換器とインバータとの間に接続された直流コンデンサと、衝突事故時に直流コンデンサを放電させる放電回路とを備えた電力変換装置であって、衝突対象物と自車両とが衝突するか否かの衝突判定を行う衝突判定部と、衝突判定の結果に応じて直流コンデンサのコンデンサ電圧の指令値を決定する電圧指令値決定部と、指令値に基づいてコンデンサ電圧を制御するコンデンサ電圧制御部とを備え、衝突判定において衝突対象物と自車両とが衝突すると判定された場合に、コンデンサ電圧を衝突予測前の指令値電圧よりも低くするものである。
【発明の効果】
【0007】
本願に開示される電力変換装置によれば、衝突事故時においてコンデンサ電圧を速やかに下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
実施の形態1における電力変換装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態1に係るコンデンサ電圧制御を説明する図である。
実施の形態1に係る各機能部を実現するハードウェア構成を説明する図である。
実施の形態1における電力変換装置の動作を示すフロー図である。
実施の形態1における電力変換装置の動作の他の例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施の形態1.
実施の形態1を図1から図5に基づいて説明する。図1は、実施の形態1における電力変換装置の構成を示すブロック図である。電力変換装置10は、電動車両(図示無し)の駆動システムに適用される電力変換装置である。この駆動システムは、直流電圧源であるバッテリ91、電力変換装置10、およびモータ92により構成されている。電力変換装置10は、バッテリ91とモータ92との間に接続されており、バッテリ91に電力変換器11と、電力変換器11により昇圧または降圧された直流電圧を交流電圧に変換してモータ92に出力するインバータ12とを備える。また、電力変換器11とインバータ12との間には直流コンデンサ13が接続されるとともに、直流コンデンサ13の電荷を放電するための放電回路14が設けられている。上記「電動車両」は、バッテリ91の電力でモータ92を駆動して推進力を得る車両全般を指しており、例えばハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(EV)、燃料電池車(FCEV)などである。
【0010】
バッテリ91は、充放電可能な蓄電池等の二次電池により構成される。モータ92は、インバータ12によって供給される電流により発生する電磁力とモータ92内の磁力の相互作用によって回転し、電動車両の駆動力を発生させる。モータ92は、電動車両の減速によって減少する運動エネルギーを利用して発電を行う発電機としての機能を有してもよい。減速する電動車両から得られた電力は、インバータ12、電力変換器11を介してバッテリ91を充電する。
【0011】
電力変換器11は、例えば昇圧コンバータであり、バッテリ91が出力する直流電圧を昇圧または降圧することでインバータ12に要求される大きさの電圧に変換する。インバータ12に供給される直流電圧の大きさを電力変換器11を介して制御することで、モータ92の駆動力が制御される。回路構成上、電力変換器11は直流コンデンサ13を介してインバータ12に直流電圧を出力している。このため、電力変換器11は直流コンデンサ13のコンデンサ電圧を制御することでインバータ12に出力する直流電圧も出力する。
【0012】
インバータ12は、図示省略しているが、半導体スイッチを直列接続して構成したレグを3つ(モータ92が三相の場合)含むブリッジ回路により構成されている。
【0013】
直流コンデンサ13は、電力変換器11の出力における電力脈動を吸収するとともに、モータ92側の急峻な負荷変動に対して電力補償をする機能を持つ。
【0014】
放電回路14は、直流コンデンサ13と並列に接続され、事故発生時など、必要に応じて直流コンデンサ13に蓄積された電荷を放電する。放電回路14は、例えば定抵抗で電力を消費する定抵抗回路方式または半導体を用いた定電流回路方式などが用いられる。放電回路14は、直流コンデンサ13に蓄積された電荷を放電するものであり、後述するコンデンサ放電指示部142からの放電指示932を受けて直流コンデンサ13の放電を行う。放電回路14の構成としては、例えば放電指示932により回路を閉じるスイッチを備えたものを用いることができる。
【0015】
次に、電力変換器11によるコンデンサ電圧の制御について説明する。電力変換器11の制御システムは、電力変換器11に出力するゲート信号931を生成するコンデンサ電圧制御部111と、直流コンデンサ13のコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出部112と、コンデンサ電圧指令値922を決定するコンデンサ電圧指令値決定部121を備え、コンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値922となるように電力変換器11を制御する。この際、コンデンサ電圧検出部112により検出された実際のコンデンサ電圧はコンデンサ電圧検出値951としてコンデンサ電圧制御部111に送信される。コンデンサ電圧制御部111は、例えばP制御(Proportional Controller)、PI制御(Proportional―Integral Controller)、PID制御(Proportional―Integral―Differential Controller)などのフィードバック制御を行い、実際のコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値に追従するように電力変換器11に出力するゲート信号931のデューティを演算する。
【0016】
電力変換器11の制御システムは、さらに、正常時の電圧指令値である正常電圧指令値911を、運転指示情報901に基づいて演算する正常電圧指令値演算部131と、異常時の電圧指令値である異常電圧指令値912を記憶する異常電圧指令値記憶部132と、自車両が衝突するか否かの衝突判定を行う衝突判定部141と、放電回路14に対して放電指示932を出力することで直流コンデンサ13の放電を実施させるコンデンサ放電指示部142とを備える。また、電力変換器11の制御システムは、衝突判定部141の衝突判定の基礎となる衝突判定情報を取得する衝突判定情報取得部を備える。この衝突判定取得部は、自車走行情報902を取得する走行情報取得部151、自車周辺情報903を取得する周辺情報取得部152、および他車情報904を取得する他車情報取得部153を有している。
【0017】
コンデンサ電圧指令値決定部121は、正常電圧指令値演算部131から正常電圧指令値911を、異常電圧指令値記憶部132から異常電圧指令値912を取得するとともに、衝突判定部141から衝突判定信号921を取得し、衝突判定信号921のオン/オフに応じてコンデンサ電圧指令値922を決定する。
【0018】
正常電圧指令値演算部131は、運転指示情報901を取得し、運転指示情報901も基づいて正常電圧指令値911を演算する。運転指示情報901は、正常走行時の運転指示であり、これによって演算される正常電圧指令値911は、衝突を想定しない場合の電圧指令値となる。運転指示情報901は、正常走行時における運転者のアクセルワークを示す情報などである。正常電圧指令値911は、例えば加速時にはモータ92のトルクを増加させるように大きな値となり、加速が必要ないときはインバータ12のスイッチング損失を低減させるように小さな値となる。
【0019】
異常電圧指令値記憶部132には、異常電圧指令値912が予め記憶されている。異常電圧指令値912は、予め演算され、衝突予測前の指令値電圧よりも十分小さな固定値となっている。この固定値としては、例えばバッテリ91が出力する直流電圧(バッテリ電圧)と等しくすることが考えられる。この場合、衝突判定において衝突対象物と自車両とが衝突すると判定されたときは、コンデンサ電圧がバッテリ電圧と等しくなるように制御されることとなる。
【0020】
衝突判定部141は、衝突判定情報、すなわち自車走行情報902、自車周辺情報903、および他車情報904を、走行情報取得部151、周辺情報取得部152、および他車情報取得部153からそれぞれ取得し、取得した衝突判定情報に基づいて衝突判定を実施した結果を、衝突判定信号921としてコンデンサ電圧指令値決定部121およびコンデンサ放電指示部142にそれぞれ出力する。衝突判定信号921は、自車両が衝突をすると判定された場合はオン、衝突しないと判定された場合はオフとなる。図2は、実施の形態1に係るコンデンサ電圧制御を説明する図である。なお、図2では説明のため一部の構成を省略している。コンデンサ電圧指令値決定部121は、図に示すように選択器1211が設けられている。選択器1211は、正常電圧指令値911、異常電圧指令値912、および衝突判定信号921が入力され、衝突判定信号921のオン/オフに応じて出力を決定する。すなわち、衝突判定信号921がオンであるときは正常電圧指令値911をコンデンサ電圧指令値922としてコンデンサ電圧制御部111に出力し、衝突判定信号921がオフであるときは異常電圧指令値912をコンデンサ電圧指令値922としてコンデンサ電圧制御部111に出力する。コンデンサ電圧制御部111には、コンデンサ電圧指令値922とコンデンサ電圧検出値951が入力され、実際のコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値に追従するようにゲート信号931のデューティを演算し、演算したデューティにPWM(Pulse Width Modulation)変調を加えて生成したゲート信号931を出力する。
【0021】
衝突判定部141は、自車走行情報902、自車周辺情報903、および他車情報904が入力される。他車情報904には、他車走行情報および他車周辺情報が含まれる。衝突判定部141は、これらの衝突判定情報に基づいて自車両の衝突判定を行い、衝突判定信号921を選択器1211およびコンデンサ放電指示部142に出力する。衝突判定信号921は、衝突が起きると衝突判定部141が判定した場合はオン、衝突は起きないと衝突判定部141が判定した場合はオフとなる。
【0022】
コンデンサ放電指示部142は、衝突判定信号921を受信し、衝突判定信号921がオンである場合に放電指示932を出力する。
【0023】
衝突判定部141が衝突判定の基礎とする自車走行情報902は、自車両全体の走行に関する情報であり、例えば走行速度、走行位置、走行方向、走行状態、残り走行可能距離、制動距離などである。走行情報取得部151は、自車両の走行速度を計測する速度計、自車両の位置を特定するGPS(Global Positioning System)装置などを含む。残り走行距離および制動距離は、周囲の障害物の位置および路面状況の影響も受けるため、自車周辺情報903との組み合わせで取得してもよい。
【0024】
衝突判定部141が衝突判定の基礎とする自車周辺情報903は、自車両の周辺の情報であり、例えば周辺の他車両との接近距離、建物などの障害物との距離、歩行者との距離、地形、高度および路面の舗装などの路面状況、直線、カーブ、交差点などの道路情報、天候などを指す。周辺情報取得部152は、自車両に搭載されたカメラなど、天候、周辺の地形情報、混雑または障害物などの道路情報を画像情報から認識可能な画像認識装置、異物を検知するセンシング装置、自車両と障害物との距離を測定するレーダ装置、温度および湿度を測定する温湿測定装置などを含む。なお、自車周辺情報903は、予め定められた更新周期で更新される。
【0025】
衝突判定部141が衝突判定の基礎とする他車情報904は、他車走行情報、すなわち、自車両とは別の車両である他車両によって取得された自車走行情報902、および他車周辺情報、すなわち他車両で取得された自車周辺情報903含む。他車情報取得部153は、車車間通信などにより他車両から情報を受信可能な受信装置などである。
【0026】
実施の形態1の衝突判定部141による衝突判定には、自車走行情報902および自車周辺情報903のみに基づいて衝突判定を行うケース1と、他車情報904および自車走行情報902のみに基づいて衝突判定を行うケース2と、自車走行情報902、自車周辺情報903、および他車情報904に基づいて衝突判定を行うケース3とがある。ケース1では、自車走行情報902および自車周辺情報903より衝突可能性のある対象物(以下、衝突対象物)と自車両との間の距離と、衝突対象物への方向の自車両の制動距離とを比較して衝突判定を行う。衝突対象物と自車両との間の距離が制動距離よりも長い場合は衝突は起こらないと判定し、衝突判定信号921はオフとなる。衝突対象物と自車両との間の距離が制動距離以下である場合は衝突が起こると判定し、衝突判定信号921はオンとなる。衝突対象物が移動体である場合は、自車両と衝突対象物との相対速度を考慮することにより、衝突判定を正確に行うことができる。
【0027】
ケース2では、他車情報904の他車周辺情報および自車走行情報902から衝突対象物と自車両との間の距離および衝突対象物への方向の自車両の制動距離を演算し、ケース1の場合と同様にして衝突判定を行う。ケース2は、周辺情報取得部152の一部または全部が機能せず、自車の周辺情報を自車両では取得できない場合でも、他車が取得した周辺情報を用いることで衝突判定を行うことができる。
【0028】
ケース3では、自車走行情報902および自車周辺情報903に加え、他車情報904を用いることにより、衝突対象物と自車両との間の距離および衝突対象物への方向の自車両の制動距離を演算し、ケース1と同様にして衝突判定を行う。ケース3は、自車両が取得した情報だけでなく、他車両が取得した情報も用いることにより、衝突判定の簡素化と高精度化を可能にしている。例えば、衝突対象物が他車両である場合、当該他車両から走行情報を直接取り込むことで、衝突対象物までの距離および相対速度を直接演算できることとなり、自車周辺情報903から推定的に演算する場合よりも簡素かつ高精度に演算することができる。
【0029】
衝突判定部141による衝突判定の判定周期は、自車周辺情報903の更新周期の少なくとも1以上の整数倍に設定する。この整数倍が1倍、すなわち衝突判定の判定周期を自車周辺情報903の更新周期に同期させる場合、自車周辺情報903などの衝突判定情報の取得から衝突判定完了までの時間を最短にすることができる。
【0030】
ここで、実施の形態1に係る各機能部を実現するハードウェア構成について説明する。図3は、実施の形態1に係る各機能部を実現するハードウェア構成を説明する図である。コンデンサ電圧制御部111、正常電圧指令値演算部131、および衝突判定部141は、それぞれ、主にプロセッサ81と、主記憶装置としてのメモリ82および補助記憶装置83から構成される。プロセッサ81は、例えばCPU、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などで構成される。メモリ82はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置で構成され、補助記憶装置83はフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置またはハードディスクなどで構成される。補助記憶装置83には、プロセッサ81が実行する所定のプログラムが記憶されており、プロセッサ81は、このプログラムを適宜読み出して実行し、各種演算処理を行う。この際、上記所定のプログラムが一時的に補助記憶装置83からメモリ82に保存され、プロセッサ81はメモリ82からプログラムを読み出す。コンデンサ電圧制御部111、正常電圧指令値演算部131、および衝突判定部141よる処理は、上記のようにプロセッサ81が所定のプログラムを実行することで実現される。
(【0031】以降は省略されています)

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