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公開番号2024148593
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023061862
出願日2023-04-06
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機モビリティ株式会社
代理人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241010BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】大型化した専用の回転電機を必要とせずに、充電器の電圧が低い場合であっても直流電源を充電可能とする電力変換装置を得ることを目的とする。
【解決手段】電力変換装置は、直流電源に設けられたコンデンサ、直流電源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、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と、を直列に接続するとともに回転電機のコイル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、外部接続点の少なくともひとつと充電器とを接続する充電端子、直流電源電圧センサ、充電端子電圧センサ、および、直流電源電圧と、充電端子電圧とに対応して電力変換回路を制御する制御部、を備えたものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源の正極と負極の間に設けられたコンデンサ、
前記直流電源の正極に接続され、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と、前記直流電源の負極に接続され、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コイル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前記外部接続点の少なくともひとつと充電器とを接続する充電端子、
前記直流電源の正極と負極の間の電圧を検出する直流電源電圧センサ、
前記充電端子の電圧を検出する充電端子電圧センサ、および、
前記直流電源電圧センサによって検出された直流電源電圧と、前記充電端子電圧センサによって検出された充電端子電圧とに対応して前記電力変換回路を制御する制御部、を備えた電力変換装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記直流電源電圧が前記充電端子電圧よりも高い場合は、前記充電端子電圧を昇圧して前記直流電源を充電し、前記直流電源電圧が前記充電端子電圧以下の場合は前記充電端子電圧を前記直流電源に印加して充電する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記充電端子電圧を昇圧する場合は、前記充電端子が接続された前記レグとは別の前記レグの前記負極側のスイッチング素子をオンオフ制御する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記スイッチング素子または前記コイルの温度を検出し、前記充電端子が接続された前記レグとは別の前記レグが複数ある場合に、前記充電端子電圧を昇圧する場合は、複数の前記レグから選択されたレグの前記負極側のスイッチング素子を、前記スイッチング素子または前記コイルの温度に応じてオンオフ制御する請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子ごとの温度を検出するスイッチング素子温度センサが設けられ、
前記制御部は、前記充電端子電圧を昇圧する場合は、前記選択されたレグの前記負極側のスイッチング素子を、前記スイッチング素子温度センサによって検出されたスイッチング素子温度に応じてオンオフ制御する請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コイルごとの温度を検出するコイル温度センサが設けられ、
前記制御部は、前記充電端子電圧を昇圧する場合は、前記選択されたレグの前記負極側のスイッチング素子を、前記コイル温度センサによって検出されたコイル温度に応じてオンオフ制御する請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記外部接続点と前記充電端子との間にスイッチが設けられ、
前記制御部は前記スイッチを制御する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
複数の前記外部接続点と前記充電端子との間に夫々スイッチが設けられ、
前記制御部は前記複数のスイッチを制御する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記スイッチごとに温度を検出するスイッチ温度センサが設けられ、
前記制御部は、前記スイッチ温度センサによって検出されたスイッチ温度に応じて、前記スイッチを制御する請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記スイッチング素子または前記コイルの温度を検出し、前記スイッチング素子または前記コイルの温度に応じて前記スイッチを制御する請求項８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 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
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力に変換して車両を走行させる。電力の出力形態を変換して電動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（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）、等が一般的である。これらの電動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。
【０００３】
プラグ・イン・ハイブリッド自動車、電気自動車は、様々な場所で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。
【０００４】
そのような場合に、電力変換装置に接続された回転電機（電動機、発電機を総称して回転電機という）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。フローティング状態の中性点を有する回転電機のコイルを用いて、インバータのスイッチング素子を制御することで、充電器の電圧を直流電源の電圧よりも高くして直流電源に充電する方法が提案されている。（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１７５３６３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に示される技術では、充電器の電圧を昇圧するために回転電機のコイルの中性点に充電器からの電流を供給する必要がある。このため、回転電機のコイルの中性点から結線を取り出さなければならない。よって、回転電機が大型化し、重量の増加、コストアップの要因となる。回転電機のコイルの中性点から結線を取り出した専用の回転電機を用意しなければならない。また、回転電機の中性点と充電器の端子の間にスイッチを設ける必要もある。さらに、デルタ結線型の巻線を有する回転電機では、この技術による回転電機のコイルを用いた昇圧動作ができない。
【０００７】
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、大型化した専用の回転電機を必要とせずに、充電器の電圧が直流電源の電圧より低い場合であっても充電可能とす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】
【０００８】
本願に係る電力変換装置は、
直流電源の正極と負極の間に設けられたコンデンサ、
直流電源の正極に接続され、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と、直流電源の負極に接続され、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コイル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器とを接続する充電端子、
直流電源の正極と負極の間の電圧を検出する直流電源電圧センサ、
充電端子の電圧を検出する充電端子電圧センサ、および、
直流電源電圧センサによって検出された直流電源電圧と、充電端子電圧センサによって検出された充電端子電圧とに対応して電力変換回路を制御する制御部、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に係る電力変換装置によれば、大型化した専用の回転電機を必要とせずに、充電器の電圧が低い場合は昇圧し、充電器の電圧が高い場合は充電器の電圧をそのまま直流電源に供給して充電可能とする電力変換装置を得ることができる。
【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第一の回路構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の制御部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第二の回路構成図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の回路構成図である。
実施の形態３に係る電力変換装置の回路構成図である。
実施の形態４に係る電力変換装置の回路構成図である。
実施の形態５に係る電力変換装置の回路構成図である。
実施の形態６に係る電力変換装置の回路構成図である。
【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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