JP2013081301A - マルチフェーズコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】車両搭載電源を充電することができ、且つ、他の電圧変換手段を用いなくても、その車両搭載電源からの出力電圧を昇降圧させて出力することも可能なマルチフェーズコンバータを提供する。
【解決手段】３相マルチフェーズコンバータ１は、通常運転モードと外部充放電モードにおいて運転されるものである。外部充放電モードでは、コントローラ８の指令信号に基づいて、リレースイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオフにし、また、各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ６のスイッチング操作を適宜制御することにより、Ｕ相パワーモジュール１１を含む回路部分を電圧の昇降圧用のコンバータ３００として機能させ、且つ、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３を含む回路部分をＡＣ／ＤＣ変換用のインバータ４００として機能させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチフェーズコンバータ、例えば、車載電池を電源として用いる際に特に有用な車両搭載用マルチフェーズコンバータに関する。

一般に、ハイブリッド自動車、電気自動車等の電力駆動車両は、モータに駆動電力を供給する電池、及び、電池電圧を昇圧し、且つ、その昇圧後の電圧をモータ駆動回路に出力するための昇圧コンバータを備えている。この昇圧コンバータは、電流のスイッチングにより誘導起電力を発生するインダクタや、そのスイッチングを行うためのスイッチング回路等を有しており、入力電圧に誘導起電力を加えた昇圧電圧をモータ駆動回路に出力する。すなわち、昇圧コンバータは、電池電圧よりも大きい電圧をモータ駆動回路に出力することができる。

また、近時、商業用電源のコンセント、その他の外部電源装置等から電力を供給して車載電池を充電する車両搭載型の充電装置が開発されてきており、本出願人は、例えば特許文献１において、装置規模を小型化することが可能な車両搭載用マルチフェーズコンバータを提案している。

図５に示す如く、この車両搭載用マルチフェーズコンバータは、車両搭載電源１００と負荷２００との間に設けられており、パワーモジュール１１１，１１２，１１３、インダクタＬ１１，Ｌ１２、４つのリレースイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４、外部電源プラグ７０、及び、平滑コンデンサ４を有するものである。かかる構成においては、リレースイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４をオフすることにより、車両搭載電源１００からの出力電圧をパワーモジュール１１３によって昇圧した後、パワーモジュール１１１，１１２による単相インバータ動作によって、インダクタＬ１１，Ｌ１２、及び、外部電源プラグ７０を介して、図示しない商業用交流電源へ電力が供給される。

特開２０１０−２２０４４３号公報

ところで、かかる車載電池に商業用電源から電力を補給して充電するのとは逆に、商業用電源への送電が停止されてしまうといったような非常時又は緊急時等においては、その車載電池を、各種装置や機器へ電力供給するための電源として利用できると好適である。

しかし、通常の家庭用電源の出力電圧がＡＣ１００Ｖであるのに対し、車載電池の電圧はそれよりも高い電圧、例えば２００Ｖ程度であることが多い。この車載電池に、上記の特許文献１に記載されているようなマルチチフェーズコンバータ（図５）を適用した場合、それに備わる電圧変換回路の特性上、電源電圧を昇圧させることしかできないので、車載電圧よりも低い電圧（１００Ｖ等）を出力することができず、そのままでは、一般家庭用の非常用又は緊急用電源としては適さない。また、その場合、ＡＣ１００Ｖを出力するためには、マルチチフェーズコンバータ以外に降圧可能な別の電圧変換手段を追設する必要がある。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、車載電池等の車両搭載電源を充電することができ、且つ、他の電圧変換手段を用いなくても、その車両搭載電源からの出力電圧を昇圧だけではなく降圧させて出力することも可能なマルチフェーズコンバータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるマルチフェーズコンバータは、車両に搭載された車両搭載電源に接続され、且つ、その車両搭載電源の一方極に接続される第１のインダクタを有する少なくとも１つの第１のパワーモジュールと、車両搭載電源に接続され、且つ、その車両搭載電源の一方極に接続される第２のインダクタを有する少なくとも２つの第２のパワーモジュールとを備えており、車両搭載電源と少なくとも２つの第２のパワーモジュールとを接続する第１の線路には、各第２のインダクタと車両搭載電源の一方極とを接続又は遮断する開閉スイッチが設けられており、且つ、車両搭載電源と少なくとも２つの第２のパワーモジュールとを接続する第２の線路には、少なくとも２つの第２のパワーモジュールと車両搭載電源の一方極又は他方極との接続を切り換える切換スイッチとが設けられており、車両搭載電源から車両を駆動するための電力を出力する通常運転モードとして、開閉スイッチを閉じ、切換スイッチを、少なくとも２つの第２のパワーモジュールが車両搭載電源の他方極に接続されるように切り換え、且つ、車両搭載電源が外部から充電され又は車両搭載電源から外部へ電力が出力される外部充放電モードとして、開閉スイッチを開き、切換スイッチを、少なくとも２つの第２のパワーモジュールが前記車両搭載電源の一方極に接続されるように切り換える制御部を更に備え、第２のインダクタと開閉スイッチとの間に外部電源又は外部負荷が接続されるように構成されている。

このような構成においては、制御部による開閉スイッチ及び切換スイッチの制御、並びに、各パワーモジュールの例えばスイッチング制御により、通常運転モードでは、車両搭載電源の出力電圧を昇圧した後の電力が、車両駆動用電力としてマルチフェーズコンバータから出力される。また、外部充放電モードでは、少なくとも第１のパワーモジュールを含む回路部分と、少なくとも２つのパワーモジュールを含む回路部分が遮断分離される。これにより、少なくとも第１のパワーモジュールを含む回路部分が、例えばフライバックモードで動作することにより、そこに入出力される電圧を調整（昇降圧）する機能を有するコンバータとして機能する。また、少なくとも２つの第２のパワーモジュールを含む回路部分が、例えばＡＣ／ＤＣ変換を行うインバータとして機能し、そのインバータ側に外部電源又は外部負荷が接続されることにより、外部電源によって車両搭載電源が充電され、或いは、車両搭載電源からの出力電圧が昇降圧された電力が外部へ出力される。

より具体的には、少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、少なくとも２つの第２のパワーモジュールのそれぞれが、２つのスイッチング素子を有しており、第１のインダクタが、各第１のパワーモジュールの２つのスイッチング素子間と、車両搭載電源の一方極との間に設けられており、第２のインダクタが、各第２のパワーモジュールの前記２つのスイッチング素子間と、車両搭載電源の一方極との間に設けられており、切換スイッチが、少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、少なくとも２つの第２のパワーモジュール間と、車両搭載電源との間に設けられている構成が挙げられる。

また、第２のパワーモジュールを３つ備えており、外部充放電モードにおいては、３相交流電圧を出力するように構成しても好適である。このようにすれば、３相交流電力で駆動するような例えば家庭以外に設置された外部負荷（機器、装置等）との系統連携を図り易くなる利点がある。

さらに、第１のパワーモジュールを少なくとも２つ備えるようにしても有用である。このようにすれば、電圧変換回路の出力を、第１のパワーモジュールの系統数に応じて増大させることができる。

加えて、制御部が、少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、少なくとも２つの第２のパワーモジュールのうち、使用するパワーモジュール及び使用しないパワーモジュールを適宜選択し、スイッチング素子の制御を行うようにしても有用である。すなわち、第１のパワーモジュール及び第２のパワーモジュールの系統数（アーム数）は、それぞれ、１つ以上及び２つ以上であれば、特に制限されず、但し、その際、全てのパワーモジュール系統、或いは、それらのパワーモジュールに備わる全てのスイッチング素子（アーム）を使用する必要はなく、例えば、外部充放電モードにおいて、上記のコンバータとインバータの出力バランスを考慮し、及び／又は、外部負荷に必要とされる電圧等を考慮して、使用するパワーモジュール及び使用しないパワーモジュールを決定するようにしても構わない。

本発明によれば、車両搭載電源、第１及び第２のパワーモジュール、開閉スイッチ、及び切換スッチ、並びに、それらを制御する制御部を、マルチフェーズコンバータの回路構成部材として備え、通常運転モードと外部充放電モードでの運転を行うので、車両搭載電源を充電することができ、且つ、他の電圧変換手段を用いなくても、その車両搭載電源からの出力電圧を昇圧だけではなく降圧させて出力することが可能となる。これにより、非常時や緊急時等において、車両搭載電源を、商業用電源の代替外部電源として有効に用いることができる。

本発明によるマルチフェーズコンバータの好適な一実施形態を示すシステム構成図であり、そのマルチフェーズコンバータを通常運転モードで運転している状態を示す図である。 図１に示すマルチフェーズコンバータを外部充放電モードで運転している状態を示すシステム構成図である。 図２に示すシステム構成図の回路展開図である。 本発明によるマルチフェーズコンバータの好適な他の一実施形態（ソフトスイッチング機能が付設されたもの）を示すシステム構成図である。 従来のマルチフェーズコンバータの一例を示すシステム構成図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本発明によるマルチフェーズコンバータの好適な一実施形態を示すシステム構成図であり、そのマルチフェーズコンバータを後記の通常運転モードで運転している状態を示す図である。３相マルチフェーズコンバータ１は、車両に設置された二次電池や燃料電池等の車両搭載電源１００から出力される電圧を昇圧し、車両を駆動するための駆動モータ、駆動インバータ、発電モータ、補機等の負荷２００にその昇圧電力を供給するものである（通常運転モード）。また、商業用電源等の外部電源から電力を取得して車両搭載電源１００を充電するとともに、例えば商業用電源等の停電等の非常時に、車両搭載電源１００から出力される電圧を適宜の使用電圧に昇圧又は降圧してその電力を車両外部の機器や装置へ供給（放電）するコンバータとしても機能する（外部充放電モード）。

この３相マルチフェーズコンバータ１は、Ｕ相パワーモジュール１１、Ｖ相パワーモジュール１２、及びＷ相パワーモジュール１３を装備するものである。それらの各パワーモジュール１１，１２，１３は、それぞれ、インダクタＬ１（第１のインダクタ）及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、インダクタＬ２（第２のインダクタ）及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４、並びに、インダクタＬ３（第２のインダクタ）及びスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を有している。

スイッチング素子Ｓ１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、その他のバイポーラトンンジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体装置２１に、図示の如くダイオード３１が接続されたものである。すなわち、半導体装置２１のコレクタ端子とエミッタ端子との間に、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード３１が接続されている。この場合、半導体装置２１のエミッタ端子からコレクタ端子に向かって流れる電流は、ダイオード３１が順方向バイアスとなることにより、そのダイオード３１を流通する。同様に、スイッチング素子Ｓ２乃至Ｓ６は、それぞれ、半導体装置２２乃至２６に、ダイオード３２乃至３６が接続されたものである。

Ｕ相パワーモジュール１１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続節点Ｃ１には、インダクタＬ１の一端が接続され、そのインダクタＬ１の他端は、車両搭載電源１００の正極（一方極）に接続されている。また、Ｖ相パワーモジュール１２のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の接続節点Ｃ２、及び、Ｗ相パワーモジュール１３のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の接続節点Ｃ３には、それぞれ、インダクタＬ２，Ｌ３の一端が接続されている。それらのインダクタＬ２，Ｌ３の他端は、リレースイッチＳＷ２，ＳＷ３（ともに開閉スイッチ）を介して車両搭載電源１００の正極（一方極）に接続されている。

また、インダクタＬ２とリレースイッチＳＷ２との間、及び、インダクタＬ３とリレースイッチＳＷ３との間には、単相電源プラグ７の一方極及び他方極が接続されている。この単相電源プラグ７には、外部電源又は外部負荷が接続されるようになっている（図示においては、単相電源プラグ７をオス型で示したが、入出力部分の形態は、これに限定されない。）。

このように、Ｕ相パワーモジュール１１が「少なくとも１つの第１のパワーモジュール」に相当し、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３が「少なくとも２つの第２のパワーモジュール」に相当する。また、「開閉スイッチ」であるリレースイッチＳＷ２，ＳＷ３は、車両搭載電源１００とそれぞれＶ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３とを結ぶ線路６１，６１（第１の線路）に設けられており、インダクタＬ２，Ｌ３と車両搭載電源１００の正極とを接続又は遮断する。

また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の図示上端（スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６との接続節点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とは反対側の端）は、平滑コンデンサ４の一端に共通に接続されている。さらに、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の図示下端（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３との接続節点Ｃ１，Ｃ２とは反対側の端）間には、リレースイッチＳＷ１（切換スイッチ）が設けられている。このリレースイッチＳＷ１は、スイッチング素子Ｓ４側の接点５１を基点として、スイッチング素子Ｓ２側の接点５２と、車両搭載電源１００の正極に接続されている接点５３とを切り換えるように動作する。

このリレースイッチＳＷ１が、接点５１，５２を接続した状態（図１に示す状態；以下この状態を「オン」という。）では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の図示下端（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５との接続節点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とは反対側の端）は、平滑コンデンサ４の他端、及び、車両搭載電源１００の負極（他方極）に共通に接続される。一方、このリレースイッチＳＷ１が、接点５１，５３を接続した状態（後述する図２に示す状態；以下この状態を「オフ」という。）では、スイッチング素子Ｓ２の図示下端が車両搭載電源１００の負極に接続され、スイッチング素子Ｓ４，Ｓ６の図示下端は、平滑コンデンサ４の他端、及び、車両搭載電源１００の正極（一方極）に共通に接続される。

このように、「切換スイッチ」であるリレースイッチＳＷ１は、車両搭載電源１００とＶ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３とを結ぶ線路６２，６２，６２（第２の線路）に設けられており、それらのＶ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３と車両搭載電源１００の正極又は負極との接続を切り換えるように動作する。

また、スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ６（半導体装置２１乃至２６）、及び、リレースイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３には、コントローラ８（制御部）が接続されており（図示において接続線路を省略）、このコントローラ８からの指令信号に基づいて、それらのスイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ６、及び、リレースイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の開閉又は切り換えが行われるように構成されている。
（通常運転モード）

このように構成された３相マルチフェーズコンバータ１を用いた通常運転モードにおいては、コントローラ８からの指令に基づき、図１に示す如く、リレースイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオンにする。このモードでは、車両搭載電源１００の出力電圧を昇圧した電圧が、３相マルチフェーズコンバータ１の出力電圧として、車両の駆動モータ等の負荷２００へ出力されるような制御を行う。

スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ６のうち、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５をオフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオンにすると、それらに接続されたインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３を介して車両搭載電源１００の正極から、オン状態のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に電流が流れる。それから、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオフにすると、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３に誘導起電力が発生し、このとき、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のダイオード３１，３３，３５はオンになり、平滑コンデンサ４の両端、及び、その先に接続された負荷２００に、車両搭載電源１００の出力電圧にその誘導起電力が加算された電圧が印加される。

この際、車両搭載電源１００の出力電圧に誘導起電力が加算された電圧が、平滑コンデンサ４の端子間電圧以上の場合には、平滑コンデンサ４の充電電圧が維持され、又は、平滑コンデンサ４が充電される。かかる運転により、車両搭載電源１００の出力電圧よりも大きい電圧が負荷２００側へ供給される。なお、この点において、平滑コンデンサ４は、出力コンデンサとして機能する。

また、車両搭載電源１００の出力電圧に誘導起電力が加算された電圧が、平滑コンデンサ４の端子間電圧よりも小さい場合、平滑コンデンサ４からは、オン状態のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５、及びそれらに接続されるインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、車両搭載電源１００に電流が流れ得る。この場合、車両搭載電源１００が充電可能に構成されたものであれば、充電される。

コントローラ８は、以上の原理に基づき、車両搭載電源１００の出力電圧にインダクタ誘導起電力が加算された電圧を平滑コンデンサ４に印加し、平滑コンデンサ４の端子間電圧が、車両の走行制御に応じた電圧になるように、且つ、負荷２００側へ供給されるように、スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ６を制御してＤＣ電力を出力する。なお、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３に発生する誘導起電力は、それらのスイッチングタイミングやデューティを適宜に変化させることにより、所望に調整することができる。
（外部充放電モード）

図２は、図１に示すマルチフェーズコンバータを外部充放電モードで運転している状態を示すシステム構成図であり、図３は、その回路展開図である。３相マルチフェーズコンバータ１を用いた外部充放電モードにおいては、コントローラ８からの指令に基づき、図２に示す如く、リレースイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオフにする。このモードでは、以下に示す４通りの動作モードを実現することが可能となり、その際、Ｕ相パワーモジュール１１を含む回路部分が電圧調整（昇降圧）用のコンバータ３００として機能し、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３を含む回路部分がインバータ４００として機能する（図３参照）。

（１）降圧・放電モード
このモードでは、車両搭載電源１００からの出力電圧を降圧し、車両搭載電源１００からの出力電圧よりも低い電圧を有するＡＣ電力を外部へ供給する。これは、例えば、車両搭載電源１００電圧が２００Ｖであるときに、単相電源プラグ７に接続した１００Ｖ又はそれより低い電圧で駆動する負荷（家庭用の電化製品等）を運転するときに有効である。この場合、コントローラ８は、Ｕ相パワーモジュール１１をフライバック制御によって動作させ（フライバックモード）且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング操作を適宜制御することにより、例えば、デューティを適宜調整して、車両搭載電源１００から出力される電圧を降圧し、平滑コンデンサ４を充電する。そして、コントローラ８の制御により、その充電された平滑コンデンサ４を電源として、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３を動作させ、単相電源プラグ７にＡＣ電力を出力する。

（２）昇圧・放電モード
このモードでは、車両搭載電源１００からの出力電圧を昇圧し、車両搭載電源１００からの出力電圧よりも高い電圧を有するＡＣ電力を外部へ供給する。これは、例えば、車両搭載電源１００電圧が２００Ｖ未満であるときに、単相電源プラグ７に接続した２００Ｖ又はそれより高い電圧で駆動する負荷（工業用機器等）を運転するときに有効である。この場合、コントローラ８は、Ｕ相パワーモジュール１１をフライバック制御によって動作させ（フライバックモード）且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング操作を適宜制御することにより、例えば、デューティを適宜調整して、車両搭載電源１００から出力される電圧を昇圧し、平滑コンデンサ４を充電する。そして、コントローラ８の制御により、その充電された平滑コンデンサ４を電源として、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３を動作させ、単相電源プラグ７にＡＣ電力を出力する。

（３）降圧・充電モード
このモードでは、単相電源プラグ７に外部電源を接続し、そこから、３相マルチフェーズコンバータ１に車両搭載電源１００の電圧よりも高いＡＣ電力を入力し、その電圧を降圧して車両搭載電源１００を充電する。この場合、コントローラ８は、外部電源から供給されたＡＣ入力を、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３によってＤＣ変換し、平滑コンデンサ４を充電する。そして、Ｕ相パワーモジュール１１をフライバック制御によって動作させ（フライバックモード）且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング操作を適宜制御することにより、例えば、デューティを適宜調整して、平滑コンデンサ４からの出力電圧を降圧し、車両搭載電源１００を充電する。

（４）昇圧・充電モード
このモードでは、単相電源プラグ７に外部電源を接続し、そこから、３相マルチフェーズコンバータ１に車両搭載電源１００の電圧よりも低いＡＣ電力を入力し、その電圧を昇圧して車両搭載電源１００を充電する。この場合、コントローラ８は、外部電源から供給されたＡＣ入力を、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３によってＤＣ変換し、平滑コンデンサ４を充電する。そして、Ｕ相パワーモジュール１１をフライバック制御によって動作させ（フライバックモード）且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング操作を適宜制御することにより、例えば、デューティを適宜調整して、平滑コンデンサ４からの出力電圧を昇圧し、車両搭載電源１００を充電する。

このように構成された３相マルチフェーズコンバータ１によれば、通常運転モードにおいて、車両搭載電源１００からの出力電圧を昇圧して、車両の駆動モータ等の負荷２００に電力を供給することができる。また、それだけではなく、外部充放電モードにおいて、外部電源から供給される電力を利用し、その電圧を適宜昇降圧して（つまり、外部電源の電圧の大小に依らず）、車両搭載電源１００を充電することができるとともに、且つ、車両搭載電源１００から出力電圧を利用し、その電圧を適宜昇降圧して（つまり、車両搭載電源１００の電圧の大小に依らず）、外部の負荷（機器、装置等）に電力を供給して動作させることが可能となる。よって、３相マルチフェーズコンバータ１の他に余計な電圧変換手段を用いなくても、車両搭載電源１００からの出力電圧を所望の電圧に昇降圧させて種々の外部負荷を動作させることが可能となる。これにより、商業用電源や外部電源等が喪失してしまう非常時や緊急時に、独立した電源として有効に使用することができる。

なお、上述したとおり、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、車両搭載電源１００の出力電圧に含まれるリップル成分を充放電によって更に低減するべく、車両搭載電源１００と例えばインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３との間に適宜のコンデンサを設けてもよい。また、平滑コンデンサ４の両極端側に適宜の開閉スイッチを設けてもよく、通常運転モードにおいて、単相電源プラグ７の電極間に電圧が生じないように、その電極手前に適宜の開閉スイッチを設置してもよい。

さらに、パワーモジュールの数は図示より多くてもよく、外部充放電モードにおいてコンバータ３００及びインバータ４００の一部を構成する各パワーモジュールを増設しても構わない。例えば、Ｖ相パワーモジュール１２及びＷ相パワーモジュール１３に加えて更にパワーモジュールを１系統追設してインバータ４００を構成すれば、外部充放電モードにおいては、３相交流電圧を出力することが可能となり、３相交流電力で駆動するような例えば家庭以外に設置された外部負荷（機器、装置等）との系統連携を図り易くなる。この場合、単相電源プラグ７に替えて又は加えて、適宜の電源プラグを設置すればよく、また、インバータ４００における３系統のパワーモジュールのうち、１系統を使用しないようにすれば、図２に示すのと同様に動作が可能である。

また、Ｕ相パワーモジュール１１に加えて更にパワーモジュールを１系統以上追設してコンバータ３００を構成すれば、車両搭載電源１００の出力が同じでも、コンバータ３００からの出力を、パワーモジュールの系統数に応じて増大させることができる。

このように、コンバータ３００及びインバータ４００を構成するパワーモジュールの数に制限はないものの、電力効率等を最適化する観点から、コントローラ８が、使用するべき系統を適宜選択してコンバータ３００とインバータ４００との出力バランスを平衡化するような制御を行うように構成することが好ましい。さらにまた、３相マルチフェーズコンバータ１が搭載される車両は、３相マルチフェーズコンバータ１が搭載される移動手段全般を含む概念であり、ハイブリッド自動車、電気自動車等に加え、それら以外にも、例えば、二輪自動車、三輪自動車、船舶、鉄道車両等が含まれる。

また、Ｕ相パワーモジュール１１（第１のパワーモジュール）にソフトスイッチング機能を付加しても有用である。この場合の構成としては、例えば、図４に示す如く、スイッチング素子Ｓ１と車両搭載電源１００との間にソフトスイッチング回路９を設けた構成が挙げられる。このソフトスイッチング回路９は、直列接続したコンデンサ８１及びダイオード８２をスイッチング素子Ｓ１の両端に跨設し、インダクタＬ１と車両搭載電源１００との間にインダクタＬ４を設け、さらに、接続節点Ｃ４，Ｃ５間に、リレースイッチＳＷ４に跨設されたダイオード８３、及び、リレースイッチＳＷ４の一端に結線されたダイオード８４を直列接続した構成を有する。

以上説明したとおり、本発明は、マルチフェーズコンバータ、それを備える一般的な車両、それらを含む機器、システム、設備等、及び、それらの製造に広く且つ有効に利用することができる。

１…３相マルチフェーズコンバータ１（マルチフェーズコンバータ）、４…平滑コンデンサ、７…単相電源プラグ、８…コントローラ（制御部）、９…ソフトスイッチング回路、１１…Ｕ相パワーモジュール（第１のパワーモジュール）、１２…Ｖ相パワーモジュール（第２のパワーモジュール）、１３…Ｗ相パワーモジュール（第２のパワーモジュール）、２１，２２，２３，２４，２５，２６…半導体装置、３１，３２，３３，３４，３５，３６…ダイオード、５１，５２，５３…接点、６１…線路（第１の線路）、６２…線路（第２の線路）、８１…コンデンサ、８２，８３，８４…ダイオード、１００…車両搭載電源、２００…負荷、３００…コンバータ、４００…インバータ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…接続節点、Ｌ１…インダクタ（第１のインダクタ）、Ｌ２，Ｌ３…インダクタ（第２のインダクタ）、Ｌ４…インダクタ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６…スイッチング素子、ＳＷ１…リレースイッチ（切換スイッチ）、ＳＷ２，ＳＷ３…リレースイッチ（開閉スイッチ）、ＳＷ４…リレースイッチ、１１１，１１２，１１３…パワーモジュール、Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタ、ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４…リレースイッチ、７０…外部電源プラグ。

Claims (5)

1. 車両に搭載された車両搭載電源に接続され、且つ、前記車両搭載電源の一方極に接続される第１のインダクタを有する少なくとも１つの第１のパワーモジュールと、
   前記車両搭載電源に接続され、且つ、前記車両搭載電源の一方極に接続される第２のインダクタを有する少なくとも２つの第２のパワーモジュールと、
   を備えており、
   前記車両搭載電源と前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールとを接続する第１の線路には、前記各第２のインダクタと前記車両搭載電源の一方極とを接続又は遮断する開閉スイッチが設けられており、且つ、前記車両搭載電源と前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールとを接続する第２の線路には、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールと前記車両搭載電源の一方極又は他方極との接続を切り換える切換スイッチとが設けられており、
   前記車両搭載電源から前記車両を駆動するための電力を出力する通常運転モードとして、前記開閉スイッチを閉じ、前記切換スイッチを、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールが前記車両搭載電源の他方極に接続されるように切り換え、且つ、前記車両搭載電源が外部から充電され又は前記車両搭載電源から外部へ電力が出力される外部充放電モードとして、前記開閉スイッチを開き、前記切換スイッチを、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールが前記車両搭載電源の一方極に接続されるように切り換える、制御部を更に備え、
   前記第２のインダクタと前記開閉スイッチとの間に、外部電源又は外部負荷が接続される、
   マルチフェーズコンバータ。
2. 前記少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールが、それぞれ、２つのスイッチング素子を有しており、
   前記第１のインダクタは、前記各第１のパワーモジュールの前記２つのスイッチング素子間と、前記車両搭載電源の一方極との間に設けられており、
   前記第２のインダクタは、前記各第２のパワーモジュールの前記２つのスイッチング素子間と、前記車両搭載電源の一方極との間に設けられており、
   前記切換スイッチは、前記少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュール間と、前記車両搭載電源との間に設けられている、
   請求項１記載のマルチフェーズコンバータ。
3. 前記第２のパワーモジュールを３つ備えており、前記外部充放電モードにおいては、３相交流電圧を出力可能に構成されている、
   請求項１又は２記載のマルチフェーズコンバータ。
4. 前記第１のパワーモジュールを少なくとも２つ備える、
   請求項１乃至３の何れか１項記載のマルチフェーズコンバータ。
5. 前記制御部は、前記少なくとも１つの第１のパワーモジュール、及び、前記少なくとも２つの第２のパワーモジュールのうち、使用するパワーモジュール及び使用しないパワーモジュールを適宜選択し、前記スイッチング素子の制御を行う、
   請求項１乃至４の何れか１項記載のマルチフェーズコンバータ。

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