JP2010110099A

JP2010110099A - 自動車用電力変換装置の保護装置

Info

Publication number: JP2010110099A
Application number: JP2008279036A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Ishida; 一仁石田; Masayuki Kikuchi; 正行菊地
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】
自動車用電力変換装置に電動機の誘起電圧による過電圧が印加された場合、過電圧から電力変換装置を保護する。
【解決手段】
本発明は半導体素子により構成されて直流電力を交流電力に変換または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置と、電力変換装置に電力を供給する電源と電力を遮断するための電力遮断器と前記電力変換装置で動作する電動機で構成される電力変換システムにおいて、直流側母線間に制限抵抗と継電器を直列に設置したことを特徴とする自動車用電力変換装置の保護装置を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流電力と交流電力との相互間で電力変換を行う自動車用電力変換装置の保護装置に関するものである。

自動車用電気駆動システムは、車両を駆動する電動機，電動機を制御する電力変換装置，緊急時に電源を遮断する遮断機等を有する開閉装置，リチウムイオンバッテリー等の二次電池による電源により構成されている。従来の電力変換装置の保護装置は、車両用電力変換装置であり、架線側からの過電圧保護について述べられている。

特開平８−１２６１０１号公報

自動車用電気駆動システムは、車両を駆動する電動機，電動機を制御する電力変換装置，緊急時に電源を遮断する遮断機等を有する遮断装置，リチウムイオンバッテリー等の二次電池による電源により構成されている。このようなシステムでは、システムの異常により回生動作時に遮断装置が動作し、電源と切り離されることがある。この場合、電力変換装置の停止により、電動機の誘起電圧が電力変換装置に印加されることになる。通常、電力変換装置内での短絡故障を防止するために、電力変換装置等の定格電圧より低い電圧に電動機の誘起電圧を抑えるように設定するか、電動機の誘起電圧以上に電力変換装置の定格電圧を設定するという制約がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、前記自動車用電気駆動システムにおいて、電動機の誘起電圧より低い定格電圧の電力変換装置でも短絡故障等の異常が生じることが無く使用することができる自動車用電力変換装置の保護装置を提供することである。

この発明に係わる自動車用電力変換装置の保護装置は、半導体素子と直流側母線に接続された平滑コンデンサで構成された電力変換装置において、前記平滑コンデンサと並列に直流母線に接続された電流制限抵抗と継電器等の電流を制御する構成部品を有し、前記電流を制御する構成部品の動作により、制限抵抗を介して直流母線間に電流を流すことにより、直流側の電圧を抑える。

この発明は、自動車用電気駆動システムの異常時に遮断装置により、電源と切り離された場合、電動機の誘起電圧により印加された過電圧を最小限の構成で、過電圧による電力変換装置の破損を防止することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは、同一の符号をつける。

まず、図１により電力変換装置を含むシステムの構成を説明する。図１は、本発明を適用する電力変換装置を含んだ自動車用電気駆動システムの一例である。電動機１は、電力変換装置２に交流母線１ａにより接続される。前記電力変換装置２は、直流母線２ａ，２ｂにより、遮断装置３を介して、リチウムイオン電池等の電源４に接続されている。前記電力変換装置２は、半導体素子（Ａ）２１，直流母線２ａ，２ｂ間に接続された平滑コンデンサ２２を有し、平滑コンデンサ２２と並列に直流母線２ａ，２ｂ簡に接続した制限抵抗器２３と制限抵抗器２３と直列に接続された継電器２４を有している。また、直流母線２ａ，２ｂに接続された電圧検出手段２５と電圧検出手段２５に接続された継電器駆動手段２６を有している。

次に、動作を説明する。図１において、遮断装置３が、閉となることにより、電力変換装置２に電力が供給され、半導体素子（Ａ）２１のスイッチング制御により、交流を生成し、交流母線１ａで接続された電動機１を制御する力行状態となる。また、電動機１の連れ回り時は、電動機１で発電した交流が、交流母線１ａを介して、電力変換装置に供給され、半導体素子（Ａ）２１で整流され直流に変換されて、遮断装置３を介して電源４に充電される回生状態となる。ここで、前記回生状態において、システム異常により、前記遮断装置３が、開に動作すると、電動機１の誘起電圧により直流母線２ａ，２ｂ間の電圧が上昇する。直流母線２ａ，２ｂ間の電圧は、電圧検出手段２５により監視され、閾値以上の電圧により継電器駆動手段２６に動作信号を送る。この動作信号により、継電器駆動手段２６が作動し、継電器２４が、閉に動作し、制限抵抗器２３を介して直流母線２ａ，２ｂ間に電流が流れる。この電流により、直流母線２ａ，２ｂ間の電圧が抑制される。

図２により、本発明の別の実施例について説明する。図２は、継電器２４に代わり半導体素子（Ｂ）２７を接続した構成である。

半導体素子（Ｂ）２７の動作を説明する。実施例１と同様に、回生状態において、システム異常により、前記遮断装置３が、開に動作すると、電動機１の誘起電圧により直流母線２ａ，２ｂ間の電圧が上昇する。直流母線２ａ，２ｂ間の電圧は、電圧検出手段２５により監視され、閾値以上の電圧により半導体素子駆動手段２８に動作信号を送る。この動作信号により、半導体素子駆動手段２８より、半導体素子（Ｂ）２７にゲート信号が入力され、制限抵抗器２３を介して半導体素子（Ｂ）２７に電流が流れる。この電流により、直流母線２ａ，２ｂ間の電圧が抑制される。

また、半導体素子（Ｂ）２７に流れる電流を制御し、電圧レベルに応じた電流を流すことも可能である。

図３に本発明の別の実施例について説明する。図３は、前記実施例２に対し、半導体素子（Ｂ）２７を動作させる手段を替えたものである。半導体素子駆動手段２８は、直流母線２ａ，２ｂに接続され、直流母線２ａ，２ｂ間の電圧を用いて半導体素子（Ｂ）２７の制御電圧を生成する。半導体素子駆動手段２８は、直流母線２ａ，２ｂ間の電圧を分圧して半導体素子２９の制御電圧を出力することで、直流母線２ａ，２ｂ間の電圧に応じて半導体素子（Ｂ）２７の電流を制御可能である。

本発明を自動車用電気駆動装置に適用した第１の実施例である。本発明を自動車用電気駆動装置に適用した第２の実施例である。本発明を自動車用電気駆動装置に適用した第３の実施例である。

符号の説明

１電動機
１ａ交流母線
２電力変換装置
２ａ，２ｂ直流母線
３遮断装置
４電源
２１半導体素子（Ａ）
２２平滑コンデンサ
２３制限抵抗器
２４継電器
２５電圧検出手段
２６継電器駆動手段
２７半導体素子（Ｂ）
２８半導体素子駆動手段

Claims

半導体素子により構成されて直流電力を交流電力に変換または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置と、電力変換装置に電力を供給する電源と電力を遮断するための電力遮断器と前記電力変換装置で動作する電動機で構成される電力変換システムにおいて、直流側母線間に制限抵抗と継電器を直列に設置したことを特徴とする自動車用電力変換装置の保護装置。
請求項１記載の電力変換装置の保護装置において、直流側母線間の電圧検知手段と電圧判定手段を有し、設定電圧により、継電器が開閉されることを特徴とした自動車用電力変換装置の保護装置。
請求項１の電力変換システムにおいて、電力遮断器の開動作と同期して、継電器の閉動作が行われることを特徴とした自動車用電力変換装置の保護装置。
半導体素子により構成されて直流電力を交流電力に変換または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置と、電力変換装置に電力を供給する電源と電力を遮断するための電力遮断器と前記電力変換装置で動作する電動機で構成される電力変換システムにおいて、制限抵抗器と電流を制御する半導体素子を直列に設置したことを特徴とする自動車用電力変換装置の保護装置。
請求項４記載の電力変換装置の保護装置において、直流側母線間の電圧検知手段と電圧判定手段を有し、設定電圧により、継電器が開閉されることを特徴とする自動車用電力変換装置。
請求項４記載の電力変換装置の保護装置において、前記電流を制御する半導体素子の作動電圧は、直流電圧を用いて可変させることを特徴とする自動車用電力変換装置の保護装置。