電力轉換裝置的制作方法

電力轉換裝置
相關申請的援引
1.本技術以2019年10月30日申請的日本專利申請第2019-197370號為基礎，在此援引其記載內容。
技術領域
2.本公開涉及一種電力轉換裝置。


背景技術：

3.以前，進行將蓄電池的電能轉換成熱能來使升溫對象元件升溫的控制。專利文獻1公開了一種電力轉換裝置，該電力轉換裝置使用由電熱器加熱的熱交換流體來使作為升溫對象元件的蓄電池升溫?，F有技術文獻專利文獻
4.專利文獻1：日本專利特許第3451141號公報


技術實現要素：

5.若為了使蓄電池升溫而追加電加熱器，則有可能使電力轉換裝置大型化。
6.本公開是鑒于上述技術問題而作出的，其主要目的是提供一種能夠實現小型化的電力轉換裝置。
7.以下，對用于解決上述技術問題的方法及其作用效果進行說明。
8.為了解決上述技術問題，本公開是一種電力轉換裝置，上述電力轉換裝置具有輸入側端子、輸出側端子和開關部，在從與上述輸入側端子連接的蓄電部向與上述輸出側端子連接的供電對象進行電力傳輸的情況下，使上述開關部接通斷開，其中，上述開關部具有在反向導通電流流過該開關部的情況下，與接通時相比斷開時產生的導通損耗變大的特性，上述電力轉換裝置包括：判斷部，上述判斷部對是否存在伴隨上述電力傳輸的發熱量的增大請求進行判斷；以及控制部，上述控制部在判斷為存在上述增大請求的情況下，使進行上述電力傳輸時流過反向導通電流的上述開關部斷開，在判斷為不存在上述增大請求的情況下，使進行上述電力傳輸時流過反向導通電流的上述開關部接通。
9.在本公開中，在從與輸入側端子連接的蓄電部向與輸出側端子連接的供電對象進行電力傳輸的情況下，開關部被接通斷開。此時，伴隨反向導通電流流過開關部而產生導通損耗，并且由于該導通損耗而產生熱量。通過利用該熱量，能夠不需要用于使升溫對象元件升溫的發熱裝置、或是即使在設置有發熱裝置的情況下也能使該裝置小型化。因此，根據本公開，能夠實現電力轉換裝置的小型化。
10.另外，本公開的開關部具有在流過反向導通電流的情況下，與接通時相比斷開時產生的導通損耗變大的特性。著眼于該特性，在本公開中，在判斷為存在伴隨電力傳輸的發熱量的增大請求的情況下，使進行電力傳輸時流過反向導通電流的開關部斷開，在判斷為
不存在上述增大請求的情況下，使進行電力傳輸時流過反向導通電流的開關部接通。由此，能夠使存在上述增大請求時在開關部中產生的導通損耗比不存在上述增大請求時大。其結果是，能夠增大在電力轉換裝置中產生的熱量。
附圖說明
11.參照附圖和以下詳細的記述，可以更明確本公開的上述目的、其他目的、特征和優點。附圖如下所述。圖1是第一實施方式的電力轉換裝置的結構圖。圖2是通常模式下的控制部的功能框圖。圖3是表示通常模式下的各開關的操作狀態的推移的時序圖。圖4是發熱模式下的控制部的功能框圖。圖5是表示發熱模式下的各開關的操作狀態的推移的時序圖。圖6是表示控制部的處理步驟的流程圖。圖7是表示通常模式和發熱模式下的各開關的操作狀態和電流波形的推移的時序圖。圖8是表示通常模式下的各開關模式的電流路徑的圖。圖9是表示發熱模式下的各開關模式的電流路徑的圖。圖10是第二實施方式的發熱模式下的控制部的功能框圖。圖11是表示使指令電壓變化時的電流波形的推移的時序圖。圖12是第三實施方式的電力轉換裝置的結構圖。圖13是表示控制部的處理步驟的流程圖。圖14是表示第四實施方式的電力轉換裝置的各開關的操作狀態的推移和電流波形的推移的時序圖。圖15是表示存在暫時接通時的各開關模式的電流路徑的圖。圖16是第五實施方式的電力轉換裝置的結構圖。圖17是表示流過gan-hemt的反向導通電流的特性的圖。圖18是第六實施方式的電力轉換裝置的結構圖。
具體實施方式
12.＜第一實施方式＞以下，參照附圖，對將本公開的電力轉換裝置具體化的第一實施方式進行說明。本實施方式的電力轉換裝置裝設于插電式混合動力汽車或電動汽車等電動車輛。
13.如圖1所示，電力轉換系統包括作為蓄電部的蓄電池10、供電對象11、第一電容器12、第二電容器13以及電力轉換裝置20。
14.蓄電池10經由電力轉換裝置20向供電對象11供給電力。蓄電池10是能充放電的二次電池，例如是鋰離子電池。另外，供電對象11包括輸出電壓比蓄電池10低的低壓蓄電池和電負載中的至少一個。低壓蓄電池例如是鉛蓄電池。電負載例如是頭燈等。
15.電力轉換裝置20包括第一高電位側端子ch1、第一低電位側端子cl1、第一全橋電路30、第二高電位側端子ch2、第二低電位側端子cl2、第二全橋電路40以及變壓器50。在本
實施方式中，第一高電位側端子ch1和第一低電位側端子cl1相當于一對輸入側端子，第二高電位側端子ch2和第二低電位側端子cl2相當于一對輸出側端子。另外，第一全橋電路30相當于轉換電路。
16.第一全橋電路30包括第一開關q1～第四開關q4。另外，第二全橋電路40包括第五開關q5～第八開關q8。在本實施方式中，各開關q1～q8是n溝道mosfet，具有漏極、源極和柵極。各開關q1～q8在被接通時能夠使電流從漏極和源極中的一方流向另一方。各開關q1～q8在被斷開時能夠使電流經由內置的體二極管從源極向漏極方向反向導通。在本實施方式中，第五開關q5～第八開關q8相當于開關部。此外，在本實施方式中，漏極相當于高電位側端子，源極相當于低電位側端子。
17.在第一全橋電路30中，第一高電位側端子ch1與第一開關q1和第三開關q3的漏極連接。第一開關q1的源極與第二開關q2的漏極連接，第三開關q3的源極與第四開關q4的漏極連接。第二開關q2和第四開關q4的源極與第一低電位側端子cl1連接。第一高電位側端子ch1經由第一電容器12與第一低電位側端子cl1連接。另外，第一高電位側端子ch1與蓄電池10的正極端子連接，第一低電位側端子cl1與蓄電池10的負極端子連接。
18.在第二全橋電路40中，第二高電位側端子ch2與第五開關q5和第七開關q7的漏極連接。第五開關q5的源極與第六開關q6的漏極連接，第七開關q7的源極與第八開關q8的漏極連接。第六開關q6和第八開關q8的源極與第二低電位側端子cl2連接。第二高電位側端子ch2經由第二電容器13與第二低電位側端子cl2連接。另外，第二高電位側端子ch2經由供電對象11與第二低電位側端子cl2連接。
19.變壓器50具有第一線圈50a和第二線圈50b。第一線圈50a的第一端與第一開關q1的源極及第二開關q2的漏極連接，第一線圈50a的第二端與第三開關q3的源極及第四開關q4的漏極連接。第二線圈50b的第一端與第五開關q5的源極及第六開關q6的漏極連接，第二線圈50b的第二端與第七開關q7的源極及第八開關q8的漏極連接。
20.第一線圈50a和第二線圈50b彼此磁耦合。在第一線圈50a的第一端的電位相對于第二端的電位變高的情況下，在第二線圈50b處產生使其第一端的電位比第二端的電位高的感應電壓。另一方面，在第一線圈50a的第二端的電位相對于第一端的電位變高的情況下，在第二線圈50b處產生使其第二端的電位比第一端的電位高的感應電壓。
21.電力轉換系統包括第一電流傳感器60、第一電壓傳感器61、第二電流傳感器62、第二電壓傳感器63和溫度傳感器64。第一電流傳感器60對流過第一高電位側端子ch1的第一電流i1進行檢測，第一電壓傳感器61對作為第一高電位側端子ch1與第一低電位側端子cl1的端子間電壓的第一電壓v1進行檢測。在此，第一電流i1在蓄電池10中流過放電電流時為正，在流過充電電流時為負。
22.第二電流傳感器62對流過第二高電位側端子ch2的第二電流i2進行檢測，第二電壓傳感器63對作為第二高電位側端子ch2與第二低電位側端子cl2的端子間電壓的第二電壓v2進行檢測。在此，第二電流i2在電流從第二高電位側端子ch2向第五開關q5和第七開關q7的漏極方向流動時為正，在電流沿相反方向流動時為負。
23.溫度傳感器64對環境溫度t進行檢測。在此，在本實施方式中，環境溫度t是升溫對象元件的溫度。在本實施方式中，升溫對象元件例如是電力轉換裝置20。
24.各檢測值i1、v1、i2、v2、t被輸入到電力轉換裝置20所包括的控制部70?？刂撇?0
基于各檢測值i1、v1、i2、v2、t，向各開關q1～q8的柵極輸出驅動信號，從而使各開關q1～q8接通斷開。
25.接著，對本實施方式中實施的升溫控制進行說明。在本實施方式中，在環境溫度t高于設定溫度的情況下，設定為通常模式。另一方面，在環境溫度t為設定溫度以下的情況下設定為發熱模式，并且實施升溫控制。
26.圖2表示通常模式下的控制部70所實施的控制框圖。
27.控制部70包括指令電流設定部71。指令電流設定部71包括電流計算部72和最小值選擇部73。
28.電流計算部72將電力指令值p2*除以作為第二電壓傳感器63的檢測電壓的第二電壓v2，從而計算出指令電流i2f。指令電流i2f的符號的定義與第二電流i2的符號的定義相同。
29.最小值選擇部73選擇由電流計算部72計算出的指令電流i2f和電流限制值i2l中較小的值作為最終的指令電流iref2。電流限制值i2l設定成保護電力轉換系統免受過電流的影響。
30.從最小值選擇部73輸出的指令電流iref2通過第一限制器74來限制上限值或下限值。
31.控制部70包括電流控制器75。電流控制器75包括電流偏差計算部76、反饋控制部77和第二限制器78。電流偏差計算部76將從第一限制器74輸出的指令電流iref2減去作為第二電流傳感器62的檢測電流的第二電流i2，從而計算出電流偏差δi2。
32.反饋控制部77計算出電路間相位φ21，以作為用于將計算出的電流偏差δi2反饋控制為0的操作量。在本實施方式中，使用比例積分控制作為該反饋控制。另外，在反饋控制部77中使用的反饋控制不限于比例積分控制，例如也可以是比例積分微分控制。
33.由反饋控制部77計算出的電路間相位φ21通過第二限制器78來限制上限值或下限值，并輸入到pwm生成部79。在本實施方式中，電路間相位φ21被限制于從0
°
到規定相位為止的范圍內，在該范圍內，值越大，從電池10到供電對象11的傳輸電力越大。
34.pwm生成部79基于電路間相位φ21生成各開關q1～q8的驅動信號，并輸出到各開關q1～q8的柵極。
35.圖3表示通常模式下的各開關q1～q8的操作狀態的推移。圖3的(a)表示第一開關q1～第四開關q4的操作狀態的推移，圖3的(b)表示第五開關q5～第八開關q8的操作狀態的推移。
36.圖3的(a)的實線表示第一開關q1的操作狀態的推移。第一開關q1的操作狀態被翻轉后的操作狀態成為第二開關q2的操作狀態。圖3的(a)的虛線表示第三開關q3的操作狀態的推移。第三開關q3的操作狀態被翻轉后的操作狀態成為第四開關q4的操作狀態。例如，在圖3的(a)中，第一開關q1的接通期間為第二開關q2的斷開期間。
37.圖3的(b)的實線表示第五開關q5的操作狀態的推移。第五開關q5的操作狀態被翻轉后的操作狀態成為第六開關q6的操作狀態。圖3的(b)的虛線表示第七開關q7的操作狀態的推移。第七開關q7的操作狀態被翻轉后的操作狀態成為第八開關q8的操作狀態。例如，在圖3的(b)中，第五開關q5的接通期間為第六開關q6的斷開期間。
38.各開關q1～q8的一個開關周期tsw彼此相同。第一開關q1向斷開切換的時刻與第
三開關q3向斷開切換的時刻之間的相位差為電橋間相位φ1。在本實施方式中，電橋間相位φ1在第三開關q3向斷開切換的時刻相對于第一開關q1向斷開切換的時刻提前時為正。例如，在圖3的(a)中，電橋間相位φ1設定為180
°
。在此，一個開關周期tsw為360
°
。
39.第一開關q1向接通切換的時刻與第五開關q5向接通切換的時刻之間的相位差為電路間相位φ21。在本實施方式中，電路間相位φ21在第五開關q5向接通切換的時刻相對于第一開關q1向接通切換的時刻提前時為正。例如，圖3的(a)、(b)中的電路間相位φ21為正。
40.圖4表示發熱模式下的控制部70所實施的控制框圖。在發熱模式下，也由指令電流設定部71設定指令電流iref2，由電流控制器75進行反饋控制。與通常模式不同，在發熱模式下，計算出電橋間相位φ1，以作為用于將根據指令電流iref2和第二電流i2計算出的電流偏差δi2反饋為0的操作量。電橋間相位φ1通過第二限制器78來限制上限值或下限值，并輸入到pwm生成部79。
41.圖5表示發熱模式下各開關q1～q8的操作狀態的推移。圖5的(a)、(b)對應于先前的圖3的(a)、(b)。如圖5的(a)所示，控制部70基于電橋間相位φ1使第一開關q1～第四開關q4接通斷開，如圖5的(b)所示，使第五開關q5～第八開關q8固定為斷開。
42.圖6示出了由控制部70執行的處理的步驟。該處理例如以規定的控制周期反復執行。
43.在步驟s10中，對環境溫度t是否為設定溫度以下進行判斷。在本實施方式中，步驟s10相當于判斷部。
44.在步驟s10中作出否定判斷的情況下，前進到步驟s11，將控制模式設定為通常模式。在通常模式下，為了在蓄電池10與供電對象11之間進行電力傳輸，使各開關q1～q8接通斷開。此外，在本實施方式中，假設第一電壓v1和第一線圈50a的匝數之積大于第二電壓v2和第二線圈50b的匝數之積。即，通過該處理，使電力從蓄電池10傳輸到供電對象11。
45.在步驟s10中作出肯定判斷的情況下，前進到步驟s12，將控制模式設定為發熱模式。在發熱模式的情況下，使第一全橋電路30的各開關q1～q4接通斷開，并且將第二全橋電路40的各開關q5～q8固定為斷開。此外，在發熱模式下，也從電池10向供電對象11傳輸電力。
46.在步驟s13中，由指令電流設定部71設定指令電流iref2。
47.在步驟s14中，對各開關q1～q8進行控制，以使第二電流i2被控制為指令電流iref2。
48.圖7示出了通常模式和發熱模式下的各開關q1～q8的操作狀態的推移和電流波形的推移。圖7的(a)示出了第一開關q1～第四開關q4的操作狀態的推移。圖7的(b)示出了第五開關q5～第八開關q8的操作狀態的推移。
49.圖7的(c)示出了第一電流i1和第二電流i2的推移。圖7的(d)示出了第一電力p1、第二電力p2和損耗電力p1+p2。在此，第一電力p1是從蓄電池10向第一全橋電路30供給的電力的時間平均值，第二電力p2是從第二全橋電路40向供電對象11供給的電力的時間平均值。若第一電力p1為正，則從蓄電池10放電。另外，若第二電力p2為負，則向供電對象11供給電力。因此，第一電力p1與第二電力p2之和p1+p2成為損耗電力。在損耗電力p1+p2為正時，表示電能轉換為熱能并產生發熱。圖7的(e)是將圖7的(d)中的損耗電力p1+p2的縱軸放大
后的圖。圖7的(e)的通常模式和發熱模式下的縱軸的比例相同，用于對通常模式和發熱模式下的損耗電力p1+p2的大小進行比較。
50.以下，使用圖7～圖9對本實施方式的通常模式和發熱模式下的升溫控制進行說明。
51.在本實施方式的通常模式下，電橋間相位φ1設定為180
°
。為了將第二電流i2反饋控制為指令電流iref2，電路間相位φ21被計算為從0
°
到規定相位為止的范圍的值。
52.如圖7的(a)、(b)所示，在本實施方式的通常模式下，在一個開關周期tsw中，出現第一期間t1～第四期間t4。第一期間t1是第二開關q2、第三開關q3、第六開關q6、第七開關q7接通且第一開關q1、第四開關q4、第五開關q5、第八開關q8斷開的期間。第二期間t2是第一開關q1、第四開關q4、第六開關q6、第七開關q7接通且第二開關q2、第三開關q3、第五開關q5、第八開關q8斷開的期間。
53.第三期間t3是第一開關q1、第四開關q4、第五開關q5、第八開關q8接通且第二開關q2、第三開關q3、第六開關q6、第七開關q7斷開的期間。第四期間t4是第二開關q2、第三開關q3、第五開關q5、第八開關q8接通且第一開關q1、第四開關q4、第六開關q6、第七開關q7斷開的期間。
54.圖8的(a)示出了第一期間t1的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一高電位側端子ch1、第三開關q3、第一線圈50a、第二開關q2和第一低電位側端子cl1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有包括第二低電位側端子cl2、第六開關q6、第二線圈50b、第七開關q7和第二高電位側端子ch2的電流路徑。
55.由此，如圖7的(c)的通常模式所示，在第一期間t1中，第一電流i1沿正方向逐漸增大。另一方面，第二電流i2沿負方向逐漸增大。
56.圖8的(b)示出了第二期間t2的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一低電位側端子cl1、第四開關q4、第一線圈50a、第一開關和第一高電位側端子ch1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有與第一期間t1相同的電流路徑。
57.在第二期間t2中，在第一線圈50a中暫時產生使第一端的電位相比于第二端的電位變高的感應電壓。因此，如圖7的(c)的通常模式所示，第一電流i1的符號為負，并且其絕對值逐漸減小。另一方面，在第二線圈50b中暫時產生使第二端的電位相比于第一端的電位變高的感應電壓。因此，第二電流i2的符號保持為負，并且其絕對值逐漸減小。
58.圖8的(c)示出了第三期間t3的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一高電位側端子ch1、第一開關q1、第一線圈50a、第四開關q4和第一低電位側端子cl1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有包括第二低電位側端子cl2、第八開關q8、第二線圈50b、第五開關q5和第二高電位側端子ch2的電流路徑。
59.由此，如圖7的(c)的通常模式所示，在第三期間t3中，第一電流i1沿正方向逐漸增大。另一方面，第二電流i2沿負方向逐漸增大。
60.圖8的(d)示出了第四期間t4的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一低電位側端子cl1、第二開關q2、第一線圈50a、第三開關q3和第一高電位側端子ch1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有與第三期間t3相同的電流路徑。
61.在第四期間t4中，在第一線圈50a中暫時產生使得第二端的電位相比于第一端的電位變高的感應電壓。因此，如圖7的(c)的通常模式所示，第一電流i1的符號為負，并且其
絕對值逐漸減小。另一方面，在第二線圈50b中暫時產生使第一端的電位相比于第二端的電位變高的感應電壓。因此，第二電流i2的符號保持為負，并且其絕對值逐漸減小。
62.在圖7的(c)的通常模式中，用虛線表示第一期間t1～第四期間t4中的第一電流i1的時間平均值i1ave和第二電流i2的時間平均值i2ave。第一電流平均值i1ave為正的值，第二電流平均值i2ave為負的值。
63.如圖7的(d)的通常模式所示，第一電力p1為正的值，而第二電力p2為負的值。這表示在第一期間t1～第四期間t4中，從蓄電池10向供電對象11傳輸過電力。如圖7的(e)的通常模式所示，由于該電力傳輸，在各開關q1～q8等中發生電力的損耗，因此，損耗電力p1+p2為正的值。
64.接著，對本實施方式的發熱模式下的升溫控制進行說明。在本實施方式的發熱模式下，電橋間相位φ1為從0
°
到規定相位為止的范圍的值，以使第二電流i2被反饋控制為指令電流iref2。由于將電橋間相位φ1限制于從0
°
到規定相位為止的范圍，能夠防止在電橋間相位φ1過大時能從蓄電池10向供電對象11傳輸的電力變小。
65.如圖7的(a)所示，在本實施方式的發熱模式下，在一個開關周期tsw中，出現第五期間t5～第八期間t8。第五期間t5是第二開關q2、第三開關q3接通且第一開關q1、第四開關q4、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。第六期間t6是第一開關q1、第三開關q3接通且第二開關q2、第四開關q4、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。
66.第七期間t7是第一開關q1、第四開關q4接通且第二開關q2、第三開關q3、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。第八期間t8是第二開關q2、第四開關q4接通且第一開關q1、第三開關q3、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。
67.圖9的(a)示出了第五期間t5的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一高電位側端子ch1、第三開關q3、第一線圈50a、第二開關q2和第一低電位側端子cl1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有包括第二低電位側端子cl2、第六開關q6、第二線圈50b、第七開關q7和第二高電位側端子ch2的電流路徑。在這種情況下，反向導通電流流過內置于第六開關q6和第七開關q7的體二極管。
68.因此，如圖7的(c)的發熱模式所示，在第五期間t5中，第一電流i1沿正方向逐漸增大。另一方面，第二電流i2沿負方向逐漸增大。
69.圖9的(b)示出了第六期間t6的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一開關q1、第三開關q3和第一線圈50a的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有與第五期間t5相同的電流路徑。
70.在第六期間t6中，由于第一線圈50a并未與第一低電位側端子cl1連接，因此，如圖7的(c)的發熱模式所示，第一電流i1為0。在第一全橋電路30中，在第一線圈50a中暫時產生使第一端的電位相比于第二端的電位變高的感應電壓。由此，在第二線圈50b中暫時產生使第二端的電位相比于第一端的電位變高的感應電壓。因此，第二電流i2的符號保持為負，并且其絕對值逐漸減小。
71.圖9的(c)示出了第七期間t7的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一高電位側端子ch1、第一開關q1、第一線圈50a、第四開關q4和第一低電位側端子cl1的電流
路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有包括第二低電位側端子cl2、第八開關q8、第二線圈50b、第五開關q5和第二高電位側端子ch2的電流路徑。在這種情況下，反向導通電流流過內置于第五開關q5和第八開關q8的體二極管。
72.因此，如圖7的(c)的發熱模式所示，在第七期間t7中，第一電流i1沿正方向逐漸增大。另一方面，第二電流i2沿負方向逐漸增大。
73.圖9的(d)示出了第八期間t8的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第二開關q2、第一線圈50a和第四開關q4的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有與第七期間t7相同的電流路徑。
74.在第八期間t8中，由于第一線圈50a并未與第一高電位側端子ch1連接，因此，如圖7的(c)的發熱模式所示，第一電流i1為0。在第一全橋電路30中，在第一線圈50a中暫時產生使第二端的電位相比于第一端的電位變高的感應電壓。由此，在第二線圈50b中暫時產生使第一端的電位相比于第二端的電位變高的感應電壓。因此，第二電流i2的符號保持為負，并且其絕對值逐漸減小。
75.在圖7的(c)的發熱模式中，用虛線表示第五期間t5～第八期間t8中的第一電流i1的時間平均值i1ave和第二電流i2的時間平均值i2ave。第一電流平均值i1ave為正的值，第二電流平均值i2ave為負的值。
76.如圖7的(d)的發熱模式所示，第一電力p1為正的值，第二電力p2為負的值。這表示在第五期間t5～第八期間t8中，從蓄電池10向供電對象11傳輸過電力。由于該電力傳輸，在各開關q1～q8等中發生電力的損耗，因此，損耗電力p1+p2為正的值。
77.如圖7的(e)的通常模式和發熱模式所示，可知與通常模式下的損耗電力p1+p2的值相比，發熱模式的損耗電力p1+p2變大。這是因為，與在通常模式下電流反向導通被接通的第五開關q5～第八開關q8相比，在發熱模式下電流反向導通被斷開的第五開關q5～第八開關q8時的電壓下降更大。
78.根據以上詳述的本實施方式，能夠獲得以下效果。
79.在本實施方式中，在從蓄電池10向供電對象11進行電力傳輸的情況下，各開關q1～q8被接通斷開。此時，伴隨反向導通電流流過第五開關q5～第八開關q8而產生導通損耗，并且由于該導通損耗而產生熱量。通過利用該熱量，能夠不需要用于使加熱對象元件升溫的發熱裝置、或是即使在設置有發熱裝置的情況下也能使該裝置小型化。因此，根據本實施方式，能夠實現電力轉換裝置20的小型化。
80.另外，本實施方式的第五開關q5～第八開關q8具有在流過反向導通電流的情況下，與接通時相比斷開時產生的導通損耗變大的特性。著眼于該特性，在本實施方式中，在設定為發熱模式的情況下，第五開關q5～第八開關q8被斷開，在設定為通常模式的情況下，第五開關q5～第八開關q8被接通斷開。由此，能夠使設定為發熱模式時在第五開關q5～第八開關q8中產生的導通損耗比設定為通常模式時大。其結果是，能夠增大在電力轉換裝置20中產生的熱量。
81.＜第一實施方式的變形例＞
·
作為各開關q1～q8，不限于n溝道mosfet，也可以是igbt。在這種情況下，高電位側端子是集電極，低電位側端子是發射極。此外，在使用igbt的情況下，第一全橋電路30和第二全橋電路40具有分別相對于各開關q1～q8反向并聯連接的續流二極管。在這種情況
下，開關和續流二極管的組相當于開關部。
82.·
只要是能夠對第一線圈50a施加交流電壓的電路即可，不限于第一全橋電路30，也可以是其他電路。
83.＜第二實施方式＞以下，參照附圖，以與第一實施方式的不同點為中心對第二實施方式進行說明。在第一實施方式中，控制部70將第二電流i2控制為指令電流iref2，但是也可以對其進行變更。在本實施方式中，控制部70在發熱模式下將第二電壓v2控制為指令電壓v2*。
84.圖10是本實施方式的發熱模式下的控制部70所實施的控制框圖?？刂撇?0包括電壓控制器80。電壓控制器80包括電壓偏差計算部81、反饋控制部77和第二限制器78。
85.電壓偏差計算部81從指令電壓v2*減去作為第二電壓傳感器63的檢測電壓的第二電壓v2，從而計算出電壓偏差δv2。在本實施方式中，將發熱模式的指令電壓v2*的值設為vβ。vβ設為比通常模式的指令電壓v2*的值vα小的值。
86.反饋控制部77計算出電橋間相位φ1，以作為用于將計算出的電壓偏差δv2反饋為0的操作量。
87.由反饋控制部77計算出的電橋間相位φ1通過第二限制器78來限制上限值或下限值，并輸入到pwm生成部79。
88.pwm生成部79基于電橋間相位φ1生成各開關q1～q8的驅動信號，并將驅動信號輸出到各開關q1～q8的柵極。
89.圖11示出了在發熱模式下，將指令電壓v2*的值設為v2*＝vα時和設為v2*＝vβ時的各開關q1～q8的操作狀態和電流波形的推移等。圖11的(a)、(b)對應于先前的圖7的(a)、(b)。圖11的(c)示出了第一電壓v1和第二電壓v2。在設為v2*＝vα的情況和設為v2*＝vβ的情況下，縱軸的比例相同。圖11的(d)、(e)、(f)對應于先前的圖7的(c)、(d)、(e)。在圖11的(f)中，在設為v2*＝vα的情況和設為v2*＝vβ的情況下，縱軸的比例相同，用于對損耗電力p1+p2的大小進行比較。
90.如圖11的(c)所示，控制部70通過將指令電壓v2*設定得較低，能夠使第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差變大。因此，在圖11的(d)中，與將指令電壓v2*的值設為vα時相比，設為vβ(＜vα)時的第一電流i1和第二電流i2的振幅更大。
91.如圖11的(f)所示，可知與設為v2*＝vα時相比，設為v2*＝vβ時的損耗電力p1+p2變大。
92.這樣，在第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差較大時，反向導通電流增大。由此，能夠增大損耗電力p1+p2，從而能夠增大伴隨電力轉換的發熱量。
93.＜第二實施方式的變形例＞代替通過降低第二電壓v2來增大第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差，也可以通過升高第一電壓v1來增大第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差。在這種情況下，第一高電位側端子ch1和第一低電位側端子cl1與升壓轉換器連接，對從升壓轉換器到電力轉換裝置20的輸出電壓進行控制來增大上述電壓差即可。
94.＜第三實施方式＞以下，參照附圖，以與第二實施方式的不同點為中心對第三實施方式進行說明。在第一實施方式中，在電力轉換裝置的結構中使用了全橋電路，但是也可以進行改變。在本實
施方式中，將電力轉換裝置的結構設為升壓斬波電路。
95.圖12示出了本實施方式的結構圖。在圖12中，為了方便，對于與先前的圖1所示的結構相同的結構，標注相同的符號。電力轉換系統包括蓄電池10、供電對象11、電容器12和電力轉換裝置20。
96.電力轉換裝置20包括第一高電位側端子ch1、第一低電位側端子cl1、第二高電位側端子ch2、第二低電位側端子cl2、半橋電路90和電抗器91。在本實施方式中，半橋電路90相當于電力轉換電路。
97.半橋電路90包括第一開關q1和第二開關q2。在本實施方式中，第一開關q1和第二開關q2是igbt。第一開關q1的集電極與第二高電位側端子ch2連接。第一開關q1的發射極與第二開關q2的集電極連接。第二開關q2的發射極與第一低電位側端子cl1和第二低電位側端子cl2連接。第二高電位側端子ch2經由電容器12與第二低電位側端子cl2連接。另外，第二高電位側端子ch2經由供電對象11與第二低電位側端子cl2連接。
98.此外，第一開關q1和第二開關q2與作為續流二極管的第一二極管d1及第二二極管d2反向并聯連接。作為上述第一開關q1和第二開關q2，不限于igbt，也可以使用n溝道mosfet。在這種情況下，也可以不包括第一二極管d1和第二二極管d2。
99.電抗器91的第一端與第一高電位側端子ch1連接。電抗器91的第二端與第一開關q1的發射極及第二開關q2的集電極連接。第一高電位側端子ch1與蓄電池10的正極端子連接，第一低電位側端子cl1與蓄電池10的負極端子連接。
100.電力轉換系統包括第一電流傳感器60、第一電壓傳感器61、第二電流傳感器62、第二電壓傳感器63和溫度傳感器64。上述傳感器的檢測對象與第一實施方式相同。
101.控制部70基于各檢測值i1、v1、i2、v2、t，向第一開關q1和第二開關q2的柵極輸出驅動信號，從而使第一開關q1和第二開關q2接通斷開。
102.圖13示出了由控制部70執行的處理的步驟。該處理例如以規定的控制周期反復執行。另外，在圖13中，為了方便，對于與上述圖6所示的處理相同的處理，標注相同的符號。
103.在步驟s10中，對環境溫度t是否為設定溫度以下進行判斷。
104.在步驟s10中作出否定判斷的情況下，前進到步驟s15，將控制模式設定為通常模式。在通常模式下，將第一開關q1和第二開關q2交替地接通斷開。然后，在步驟s16中，將指令電壓v2*的值設定為vα。
105.在步驟s10中作出肯定判斷的情況下，前進到步驟s17，將控制模式設定為發熱模式。在發熱模式下，將第一開關q1固定為斷開，并且使第二開關q2接通斷開。然后，在步驟s18中，將指令電壓v2*的值設定為vβ。在此，vβ是比vα小的值。
106.在步驟s19中，對第二開關q2的占空比進行控制，以使第二電壓v2被控制為指令電壓v2*。占空比是第二開關q2的接通期間ton相對于一個開關周期tsw的比率(ton/tsw)。
107.在本實施方式中，在發熱模式下，通過將指令電壓v2*的值設定為比vα小的值即vβ來使第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差比通常模式小。因此，能夠增大流過第一開關q1的反向導通電流。因此，能夠增大損耗電力p1+p2，從而能夠增大伴隨電力轉換的發熱量。
108.＜第四實施方式＞以下，參照附圖，以與第一實施方式的不同點為中心對第四實施方式進行說明。在本實施方式中，改變發熱模式下的開關模式。
109.在發熱模式下，在第五開關q5～第八開關q8固定為斷開的情況下，若第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差較小，則流過第五開關q5～第八開關q8的反向導通電流變小。因此，無法增大損耗電力p1+p2，從而無法增大伴隨電力轉換的發熱量。因此，在本實施方式中，為了增大反向導通電流，設置暫時接通第五開關q5～第八開關q8的期間。
110.以下，使用圖14和圖15，對設置有暫時接通第五開關q5～q8的期間的存在暫時接通的升溫控制與將第五開關q5～q8固定為斷開的不存在暫時接通的升溫控制(即，第一實施方式的升溫控制)進行比較來說明。
111.圖14示出了不存在暫時接通和存在暫時接通時的各開關q1～q8的操作狀態等的推移。圖14的(a)示出了第一開關q1～第四開關q4的操作狀態的推移。圖14的(a)的實線示出了第一開關q1和第四開關q4的操作狀態的推移。第一開關q1和第四開關q4的操作狀態被翻轉后的操作狀態成為第二開關q2和第三開關q3的操作狀態。在本實施方式中，電橋間相位φ1設定為180
°
。圖14的(b)～(e)示出了第五開關q5～第八開關q8的操作狀態。圖14的(f)示出了第一電流i1的推移，圖14的(g)示出了第二電流i2的推移。
112.如圖14的(b)～(e)的存在暫時接通的情況所示，在本實施方式中的存在暫時接通的情況下，在一個開關周期tsw中存在暫時接通第五開關q5～第八開關q8的期間。在此，對圖14的(a)的存在暫時接通的情況所示的一個開關周期tsw內的第九期間t9～第十一期間t11進行說明。第九期間t9是第二開關q2、第三開關q3、第五開關q5、第八開關q8接通且第一開關q1、第四開關q4、第六開關q6、第七開關q7斷開的期間。第十期間t10是第二開關q2、第三開關q3接通且第一開關q1、第四開關q4、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。第十一期間t11是第一開關q1、第四開關q4接通且第二開關q2、第三開關q3、第五開關q5、第六開關q6、第七開關q7、第八開關q8斷開的期間。
113.圖15的(a)示出了第九期間t9的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一高電位側端子ch1、第三開關q3、第一線圈50a、第二開關q2和第一低電位側端子cl1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有包括第二高電位側端子ch2、第五開關q5、第二線圈50b、第八開關q8、第二低電位側端子cl2的電流路徑。
114.由此，如圖14的(f)的存在暫時接通的情況所示，在第九期間t9中，第一電流i1沿正方向逐漸增大。在第二全橋電路40中，除了由第二線圈50a引起的感應電壓之外，還施加有第二高電位側端子ch2與第二低電位側端子cl2之間的電壓，并且流過使接通的第五開關q5和第八開關q8正向導通的電流。其結果是，如圖14的(g)的存在暫時接通的情況所示，第二電流i2也沿正方向逐漸增大。
115.圖15的(b)示出了第十期間t10的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有與第九期間t9相同的電流路徑。在第二全橋電路40中，形成有包括第二低電位側端子cl2、第六開關q6、第二線圈50b、第七開關q7和第二高電位側端子ch2的電流路徑。在這種情況下，電流流過內置于第六開關q6和第七開關q7的體二極管。即，第六開關q6和第七開關q7反向導通。
116.如圖15的(b)所示，在第十期間t10中，電流在第一全橋電路30中沿與第九期間t9相同的路徑流動。因此，第一電流i1沿正方向持續流動。另一方面，在第二全橋電路40中，在第九期間t9中增大的電流沿第二電流i2的負方向流動。因此，如圖14的(g)的存在暫時接通的情況所示，第二電流i2的符號為負，并且其絕對值逐漸增大。
117.這樣，在本實施方式中，經由在第九期間t9中接通的第五開關q5和第八開關q8，正
向導通電流增大。在第十期間t10中，該增大的電流經由第六開關q6和第七開關q7作為反向導通電流流動。因此，即使在第一電壓v1與第二電壓v2的電壓差較小的情況下，也能夠增大反向導通電流。
118.圖15的(c)示出了第十一期間t11的電流路徑。在第一全橋電路30中，形成有包括第一低電位側端子cl1、第四開關q4、第一線圈50a、第一開關q1和第一高電位側端子ch1的電流路徑。另一方面，在第二全橋電路40中，形成有與第十期間t10相同的電流路徑。
119.在第十一期間t11中，在第一線圈50a中暫時產生使第一端的電位相比于第二端的電位變高的感應電壓。因此，如圖14的(f)的存在暫時接通的情況所示，第一電流i1的符號為負，并且其絕對值逐漸減小。另一方面，在第二全橋電路40中，電流沿與第十期間t10相同的路徑持續流動。因此，第二電流i2的符號保持為負，并且其絕對值逐漸減小。
120.如圖14的(g)所示，在發熱模式下，構成第二全橋電路40的各開關q5～q8中的流過正向導通電流的開關被暫時接通。因此，與各開關q5～q8被固定為斷開的情況相比，能夠增大反向導通電流。由此，能夠增大損耗電力p1+p2，從而能夠增大伴隨電力轉換的發熱量。
121.此外，最好在第二電流i2為0的時刻處，使正向導通的開關接通。由此，能夠迅速地增大第二電流i2的絕對值，從而增大由之后的反向導通電流引起的損耗。但是，即使在其他時刻處，也可以獲得與本實施方式相同的效果，因此，將開關暫時接通的時刻不限于第二電流i2為0的時刻。
122.另外，在增大了正向導通的開關的接通的時間寬度的情況下，反向導通電流增加，但是由反向導通電流引起的發熱時間減少。因此，若增大正向導通的開關的接通的時間寬度，則每一個開關周期的發熱量在迎來極大值之后轉為減少。通過預先設計這樣的特性或者隨時實施與熱量對應的時間寬度的反饋控制，也可以將正向導通的開關的接通的時間寬度設定為能得到期望的發熱量的時間寬度。
123.＜第五實施方式＞以下，參照附圖，以與第一實施方式的不同點為中心，對第五實施方式進行說明。在第一實施方式中，作為第五開關q5～第八開關q8的結構，使用了n溝道mosfet，但是也可以對其進行變更。在本實施方式中，第五開關q5～第八開關q8是gan-hemt。其中，gan是氮化鎵，hemt是高電子遷移率晶體管。
124.圖16示出了本實施方式的結構圖。在圖16中，為了方便，標注與先前的圖1所示的結構相同的符號。其中，該結構的第五開關q5～第八開關q8是gan-hemt。gan-hemt是具有在對柵極施加負電壓時反向導通時的電壓下降增大的特性的開關裝置。
125.圖17是表示流過gan-hemt的反向導通電流的特性的圖?？v軸表示反向導通電流量，橫軸表示電壓下降量。圖17中的箭頭的方向表示使柵極電壓vg向負側增大的方向?？芍谑箹艠O電壓vg向負側增大時，gan-hemt的由反向導通電流引起的電壓下降量增大。
126.在實施發熱模式的升溫控制的情況下，控制部70將第五開關q5～第八開關q8固定為斷開。在此，控制部70將在發熱模式下使第五開關q5～第八開關q8斷開時施加的柵極電壓設為負電壓。此時，控制部70將使第五開關q5～第八開關q8斷開時施加的柵極電壓與通常模式時相比向負側增大，從而增大由反向導通電流引起的電壓下降量。由此，能夠增大損耗電力p1+p2，從而能夠增大伴隨電力轉換的發熱量。
127.＜第六實施方式＞
以下，參照附圖，以與第一實施方式的不同點為中心對第六實施方式進行說明。在第六實施方式中，對第一實施方式的結構追加熱傳遞部。
128.圖18表示本實施方式的結構圖。在圖18中，為了方便，對于與先前的圖1所示的結構相同的結構，標注相同的符號。電力轉換裝置20包括熱傳遞部100。在本實施方式中，熱傳遞部100構成為將各開關q1～q8、變壓器50和供電對象11作為熱交換對象元件，并且能夠吸收由熱交換對象元件產生的熱量。熱傳遞部100將所吸收的熱量傳遞到升溫對象元件，從而使升溫對象元件升溫。升溫對象元件例如是供電對象11。
129.作為熱傳遞部100，例如，也可以包括使冷卻水在熱交換對象元件與升溫對象元件之間循環的循環路徑，經由該冷卻水使升溫對象元件升溫。另外，作為熱傳遞部100，除此之外，例如也可以使用氣體(空氣)作為冷卻流體。此外，作為熱傳遞部100，例如，也可以不使用冷卻流體，而是與熱交換對象元件及升溫對象元件抵接的散熱器等構成構件。
130.由此，能夠回收伴隨電力轉換而產生的熱量并傳遞到升溫對象元件，因此，能夠有效地使升溫對象元件的溫度上升。
131.＜其他實施方式＞另外，上述各實施方式也可以進行以下變更來實施。
132.·
在第三實施方式中，也可以使用gan-hemt作為第一開關q1。即使在這種情況下，通過將使第一開關q1斷開時的柵極電壓與通常模式相比向負側增大，能夠增大電流反向導通時的電壓下降量。因此，能夠增大伴隨電力轉換的發熱量。
133.·
本公開所記載的控制部及其方法也可以通過專用計算機來實現，該專用計算機通過構成處理器和存儲器而提供，上述處理器被編程為執行由計算機程序具體化的一個至多個功能?；蛘?，也可以是，本公開所記載的控制部及其方法通過專用計算機來實現，該專用計算機是通過由一個以上的專用硬件邏輯電路構成處理器而提供的?；蛘?，本公開所記載的控制部及其方法也可以由一個以上的專用計算機來實現，該專用計算機通過被編程為執行一個至多個功能的處理器及存儲器與由一個以上硬件邏輯電路構成的處理器的組合構成。此外，計算機程序也可以被存儲于計算機可讀的非暫時性有形存儲介質，以作為由計算機執行的指令。
134.雖然基于實施例對本公開進行了記述，但是應當理解為本公開并不限定于上述實施例、結構。本公開也包含各種各樣的變形例、等同范圍內的變形。除此之外，各種各樣的組合、方式、進一步包含有僅一個要素、一個以上或一個以下的其他組合、方式也屬于本公開的范疇、思想范圍。