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公開番号2024063854
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-14
出願番号2022172001
出願日2022-10-27
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240507BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】半導体スイッチング素子の過熱をより適切に防止しつつ、過剰に電力変換装置の出力を制限することを抑制し効率的な電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電流を通電、遮断するスイッチング素子、スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出器、スイッチング素子を冷却する冷却器、冷却器を通過する冷却媒体の状態を検出する冷却媒体状態検出器、および、スイッチング素子を制御して電力変換を行うとともに、スイッチング素子の過熱防止制御を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、制御装置は、冷却媒体状態検出器によって検出された冷却媒体の状態に基づいて過熱防止制御の要否を判定するための温度閾値を決定し、素子温度検出器によって検出された温度が温度閾値よりも高い場合にスイッチング素子の作動を制限して過熱防止制御を行う電力変換装置。

【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電流を通電、遮断するスイッチング素子、
前記スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出器、
前記スイッチング素子を冷却する冷却器、
前記冷却器を通過する冷却媒体の状態を検出する冷却媒体状態検出器、および、
前記スイッチング素子を制御して電力変換を行うとともに、前記スイッチング素子の過熱防止制御を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、前記冷却媒体状態検出器によって検出された前記冷却媒体の状態に基づいて過熱防止制御の要否を判定するための温度閾値を決定し、前記素子温度検出器によって検出された温度が前記温度閾値よりも高い場合に前記スイッチング素子の作動を制限して過熱防止制御を行う電力変換装置。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記冷却媒体状態検出器は、前記冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出器である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記冷却媒体状態検出器は、前記冷却器の温度を検出する冷却器温度検出器である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記冷却媒体状態検出器によって検出された温度が高くなるに従って、前記温度閾値を高く設定する請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記素子温度検出器によって検出された温度が前記温度閾値よりも高い場合は、前記素子温度検出器によって検出された温度と前記温度閾値との差が大きくなるに従って前記スイッチング素子の作動を制限する制限率を高くする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却媒体状態検出器は、前記冷却媒体の流量を検出する冷却媒体流量検出器である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記冷却媒体流量検出器によって検出した冷却媒体の流量が多くなるに従って、前記温度閾値を高く設定する請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記冷却媒体状態検出器として、前記冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出器、および、前記冷却媒体の流量を検出する冷却媒体流量検出器、を備え、
前記制御装置は、前記冷却媒体温度検出器によって検出された前記冷却媒体の温度と、前記冷却媒体流量検出器によって検出された前記冷却媒体の流量と、に基づいて前記温度閾値を決定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記冷却媒体流量検出器によって検出した冷却媒体の流量が多くなるに従って前記温度閾値を高く設定し、かつ、前記冷却媒体状態検出器によって検出された温度が高くなるに従って、前記温度閾値を高く設定する請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記スイッチング素子は並列に複数設けられ、
前記素子温度検出器の数は、前記スイッチング素子の数よりも少ない請求項１に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電力の出力形態を変換するために電力変換装置が用いられる。電力変換装置として、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（Alternate 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）、直流電力の入力電圧と出力電圧のレベルを変化させるＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current / Direct Current Converter）、等が存在する。これらの電力変換装置は、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。
【０００３】
電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって流れる電流を制御する。そして、このスイッチング動作によって入力電力を変換して出力電力を得る。半導体スイッチング素子は、半導体スイッチング素子に流れる電流により電力損失が発生する。電力損失のほとんどが熱となって、半導体スイッチング素子の温度を上昇させる。半導体スイッチング素子は動作上限温度Ｔｊｍａｘが定まっており、この動作上限温度Ｔｊｍａｘを超えてもなお駆動し続けると、半導体スイッチング素子が過熱により性能劣化し、または破損する可能性がある。そのため、電力変換装置は、半導体スイッチング素子の過熱を防止するために発熱部を冷却する冷却器を備える場合がある。（動作上限温度Ｔｊｍａｘは不図示）
【０００４】
電力変換装置の半導体スイッチング素子の過熱を防止するために、半導体スイッチング素子の温度を検出可能な温度検出器を備え、検出温度が所定の閾値を超過した場合に電力変換装置の出力を低減する技術が開示されている。電力変換装置の出力を低減することで、半導体スイッチング素子の温度が動作上限温度Ｔｊｍａｘを超過しないように保護することができる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００１－１６９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、一部の半導体スイッチング素子の温度検出器による検出温度が所定の閾値を超過した場合に、一律に電力変換装置の出力を制限する。しかし、半導体スイッチング素子を冷却する冷却器の状態に応じて、半導体スイッチング素子の接合部の温度上昇の挙動が変化する事態に対応できない。このため、冷却器の状態によっては、半導体スイッチング素子の接合部の温度上昇の挙動がまだ許容される状態であるにもかかわらず、検出温度が所定の閾値を超過し過剰に出力を制限する場合があった。このような場合には、電力変換装置は半導体スイッチング素子の能力を必要以上に制限することとなり、性能を十分発揮できないこととなる。
【０００７】
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る。冷却器を有する電力変換装置において、冷却器を流れる冷却媒体の状態に基づいて電力変換装置の出力の制限を判定する検出温度の閾値を変更する。これにより、半導体スイッチング素子の過熱をより適切に防止しつつ、過剰に電力変換装置の出力を制限することを抑制し効率的な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に係る電力変換装置は、
電流を通電、遮断するスイッチング素子、
スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出器、
スイッチング素子を冷却する冷却器、
冷却器を通過する冷却媒体の状態を検出する冷却媒体状態検出器、および、
スイッチング素子を制御して電力変換を行うとともに、スイッチング素子の過熱防止制御を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、
制御装置は、冷却媒体状態検出器によって検出された冷却媒体の状態に基づいて過熱防止制御の要否を判定するための温度閾値を決定し、素子温度検出器によって検出された温度が温度閾値よりも高い場合にスイッチング素子の作動を制限して過熱防止制御を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願によれば、冷却器を有する電力変換装置において、冷却器を流れる冷却媒体の状態に基づいて電力変換装置の出力の制限を判定する検出温度の閾値を変更する。半導体スイッチング素子の温度検出器による検出温度がこの温度閾値より高い場合に電力変換装置の出力を制限する構成とすることができる。これによって、半導体スイッチング素子の過熱をより適切に防止しつつ、過剰に電力変換装置の出力を制限することを抑制し効率的な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の機能ブロック図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の固定された温度閾値と素子温度の関係を説明する第一の図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の固定された温度閾値と素子温度の関係を説明する第二の図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の冷却媒体温度と可変に設定された温度閾値の関係を説明する図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第一のタイムチャートである。
実施の形態１に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第二のタイムチャートである。
実施の形態１に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第一のタイムチャートである。
実施の形態１に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第二のタイムチャートである。
実施の形態１に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の冷却媒体温度と素子温度の関係を示す図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の冷却媒体温度と素子温度の関係を示す図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の第二の実施例の構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の第三の実施例の構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の第四の実施例の構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の第五の実施例の構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の第六の実施例の構成図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の構成図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の制御装置の機能ブロック図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の固定された温度閾値と素子温度の関係を説明する第一の図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の固定された温度閾値と素子温度の関係を説明する第二の図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の冷却媒体流量と可変に設定された温度閾値の関係を説明する図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第一のタイムチャートである。
実施の形態２に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第二のタイムチャートである。
実施の形態２に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第一のタイムチャートである。
実施の形態２に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の温度の推移を示す第二のタイムチャートである。
実施の形態２に係る電力変換装置の固定された温度閾値による過熱防止時の冷却媒体流量と素子温度の関係を示す図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の可変に設定された温度閾値による過熱防止時の冷却媒体流量と素子温度の関係を示す図である。
実施の形態３に係る電力変換装置の構成図である。
実施の形態３に係る電力変換装置の制御装置の機能ブロック図である。
実施の形態３に係る電力変換装置の冷却能力と可変に設定された温度閾値の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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