(57)【要約】【課題】本明細書は、電気自動車用の電力変換装置が備えている複数の温度センサの異常を検知する。【解決手段】電力変換装置１０は、第１−第３温度センサ２３、３７、４４と、コントローラ５０を備えている。コントローラ５０は、インバータ２０のスイッチング素子の温度を計測する第１温度センサの計測値から冷媒の推定温度（第１推定温度）を算出し、充電器３０のスイッチング素子３２の温度を計測する第２温度センサ３７の計測値から冷媒の推定温度（第２推定温度）を算出する。第３温度センサ４４は、冷媒の温度を計測する。コントローラ５０は、第３温度センサが計測した冷媒の温度（計測温度）と第１、第２推定温度を比較する。コントローラ５０は、いずれか１つの温度と他の２つのそれぞれの温度との温度差の絶対値が所定の許容温度差を越えていた場合に、当該１つの温度に対応した温度センサで異常が生じていることを示す信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換用の第１スイッチング素子を含んでおり、車載電源の直流電力を走行用のモータの駆動電力に変換するインバータと、
電力変換用の第２スイッチング素子を含んでおり、外部電源の電力を前記車載電源の充電電力に変換する充電器と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子を冷却する冷却器と、
前記第１スイッチング素子の温度を計測する第１温度センサと、
前記第２スイッチング素子の温度を計測する第２温度センサと、
前記冷却器の冷媒の温度を計測する第３温度センサと、
コントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、
前記第１温度センサの計測値から前記冷媒の第１推定温度を算出し、
前記第２温度センサの計測値から前記冷媒の第２推定温度を算出し、
前記第３温度センサが計測した計測温度と前記第１推定温度と前記第２推定温度を比較し、いずれか１つの温度と他の２つのそれぞれの温度との温度差の絶対値が所定の許容温度差を越えていた場合に、当該１つの温度に対応した温度センサで異常が生じていることを示す信号を出力する、
電気自動車用の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電気自動車用の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、車載電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置を搭載している。走行用のモータを駆動する電力は数十キロワットと大きいため、電力変換装置の主要部品である電力変換用のスイッチング素子の発熱量が大きい。それゆえ、電力変換装置は、電力変換用のスイッチング素子を冷却する冷却器も備えている。冷却器の冷媒温度を適切な温度範囲に保持するため、冷却器には、冷媒温度を計測する温度センサが備えられている。なお、本明細書における電気自動車は、走行用のモータを備えていればよく、モータとエンジンを備えたハイブリッド車も含まれる。また、燃料電池とバッテリを搭載している燃料電池車も、本明細書における電気自動車に含まれる。
【０００３】
特許文献１に、電力変換装置の冷却器の温度センサの異常を検知する技術が開示されている。特許文献１の技術は、スイッチング素子の温度を計測する温度センサの計測値から冷媒の推定温度を算出する。冷却器の温度センサが計測した計測温度と推定温度との差の絶対値が所定値を超えているときにはウォータポンプをＨｉ駆動モードで駆動する。ウォータポンプをＨｉ駆動しても計測温度と推定温度との差の絶対値が所定値を超えているときに、冷却器の温度センサに異常が生じていると判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、冷却器の温度センサと、スイッチング素子の温度を計測する温度センサのいずれで異常が生じているのか判別できない。本明細書は、異常が生じている温度センサを特定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電力変換装置は、インバータと、充電器と、冷却器と、第１−第３温度センサと、コントローラを備えている。インバータは、電力変換用の第１スイッチング素子を含んでおり、車載電源の直流電力を走行用のモータの駆動電力（交流電力）に変換する。充電器は、電力変換用の第２スイッチング素子を含んでおり、外部電源の電力を車載電源の充電電力に変換する。冷却器は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を冷却する。第１温度センサは、第１スイッチング素子の温度を計測する。第２温度センサは、第２スイッチング素子の温度を計測する。第３温度センサは、冷却器の冷媒の温度を計測する。
【０００７】
コントローラは、第１温度センサの計測値から冷媒の第１推定温度を算出し、第２温度センサの計測値から冷媒の第２推定温度を算出する。コントローラは、第３温度センサが計測した計測温度と第１推定温度と第２推定温度を比較する。コントローラは、いずれか１つの温度と他の２つのそれぞれの温度との温度差の絶対値が所定の許容温度差を超えていた場合、当該１つの温度に対応した温度センサで異常が生じていることを示す信号を出力する。
【０００８】
本明細書が開示する電力変換装置では、３つの温度（第１、第２推定温度と計測温度）を比較することで、異常が生じている温度センサを特定することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の電力変換装置を含む電気自動車のブロック図である。
【図２】温度センサ監視処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置１０は、電気自動車１００に搭載されている。図１に、電力変換装置１０を含む電気自動車１００のブロック図を示す。電力変換装置１０は、バッテリ２の直流電力を、走行用のモータ３の駆動電力（交流電力）に変換するデバイスである。電力変換装置１０は、車両外部の電源の電力を使ってバッテリ２を充電する充電器も含んでいる。
【００１１】
電力変換装置１０は、電圧コンバータ６０、インバータ２０、充電器３０、冷却器４０、コントローラ５０を備えている。電圧コンバータ６０は、バッテリ２の電圧を昇圧してインバータ２０へ供給する昇圧機能と、インバータ２０から送られる回生電力（車両の慣性エネルギによってモータ３が発生した電力）を降圧してバッテリ２へ供給する降圧機能を有している。電圧コンバータ６０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧コンバータ６０の詳しい回路構成の説明は省略する。
【００１２】
インバータ２０は、電圧コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換するデバイスである。また、インバータ２０は、モータ３が発生した交流の回生電力を直流電力に変換することもできる。
【００１３】
インバータ２０は、上アームスイッチング素子２１ａと下アームスイッチング素子２１ｂの直列接続の組が３組並列に接続された回路構成を有している。上アームスイッチング素子２１ａには上ダイオード２２ａが逆並列に接続されている。下アームスイッチング素子２１ｂには下ダイオード２２ｂが逆並列に接続されている。３組の直列接続のそれぞれの中点から交流が出力される。以下では、上アームスイッチング素子２１ａ、下アームスイッチング素子２１ｂをまとめてスイッチング素子２１ａ、２１ｂと称する場合がある。
【００１４】
スイッチング素子２１ａ、２１ｂは、コントローラ５０によって制御される。インバータ２０は、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を計測する第１温度センサ２３も備えている。コントローラ５０は、第１温度センサ２３で計測された温度（すなわちスイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度）が所定の第１閾値温度を超えないように、スイッチング素子２１ａ、２１ｂを制御する。
【００１５】
充電器３０は、バッテリ２に接続されているとともに、コネクタ１２に接続されている。図示は省略しているが、コネクタ１２は、車両のボディに設けられている。コネクタ１２は、通常はカバーにより外部からは見えないようになっている。充電器３０は、コネクタ１２に接続される車両外部の交流電源の電力を直流電力に変換し、さらにバッテリ２の電圧まで昇圧した後にバッテリ２へ供給する。充電器３０は、昇圧コンバータ３１と、整流器３９を備えている。整流器３９は、コネクタ１２を介して車両外部から供給される交流電力を直流電力に変換する。整流器３９の具体的な回路構成は図示を省略してある。
【００１６】
昇圧コンバータ３１は、昇圧スイッチング素子３２、ダイオード３３、３４、リアクトル３５、フィルタコンデンサ３６、第２温度センサ３７を備えている。昇圧スイッチング素子３２は、正極線と負極線３１ｃの間に接続されている。昇圧スイッチング素子３２にはダイオード３３が逆並列に接続されている。リアクトル３５は、昇圧スイッチング素子３２の正極（コレクタ）と整流器３９の側の正極端３１ｂの間に接続されている。正極端３１ｂと負極線３１ｃの間にフィルタコンデンサ３６が接続されている。ダイオード３４は、リアクトル３５と昇圧スイッチング素子３２の中点と、昇圧コンバータ３１のバッテリ２の側の正極端３１ａとの間に接続されている。昇圧スイッチング素子３２をオンするとスイッチング素子３２とリアクトル３５の中点が負極電位となり、リアクトル３５に電流が流れ、リアクトル３５とフィルタコンデンサ３６に電気エネルギが蓄えられる。昇圧スイッチング素子３２がオフすると、リアクトル３５の誘導起電力によって正極端３１ａの電位が押し上げられる。その結果、バッテリ２の側の正極端３１ａの電位が整流器３９の側の正極端３１ｂの電位よりも高くなる。すなわち、整流器３９から供給される直流の電圧が高くなる。
【００１７】
第２温度センサ３７は、昇圧スイッチング素子３２の温度を計測する。昇圧スイッチング素子３２もコントローラ５０によって制御される。コントローラ５０は、第２温度センサ３７の計測値（すなわち昇圧スイッチング素子３２の温度）が所定の第２閾値温度を超えないように、昇圧スイッチング素子３２を制御する。
【００１８】
コントローラ５０は、上位コントローラ８０と通信可能に接続されている。上位コントローラ８０は、車両のシステム全体を統括するコントローラである。上位コントローラ８０は、車速とアクセル開度から、モータ３の目標出力を決定し、コントローラ５０に指令する。コントローラ５０は、受信した目標出力が実現されるように、電圧コンバータ６０とインバータ２０を制御する。あるいは、上位コントローラ８０は、コネクタ１２に外部電源のプラグが接続されたことを検知すると、充電器３０の起動をコントローラ５０へ指令する。一方、コントローラ５０は、電力変換装置１０でなんらかの異常が検知された場合、異常発生を示す信号を上位コントローラ８０へ送信する。
【００１９】
冷却器４０は、循環路４１と、ポンプ４３と、第３温度センサ４４を備えている。循環路４１は、インバータ２０と充電器３０を通過しているとともに、両端が外部のラジエータ７０に接続されている。なお、循環路４１は、電圧コンバータ６０も通過しているが、その図示は省略した。以下では、電圧コンバータ６０と冷却器４０の関係の説明は省略する。
【００２０】
スイッチング素子２１ａ、２１ｂ、昇圧スイッチング素子３２には、大電力が流れ得る。スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度、及び、昇圧スイッチング素子３２の温度を適切な温度範囲に保持するために冷却器４０が備えられている。
【００２１】
循環路４１の中の冷媒は、ポンプ４３で圧送され、充電器３０とインバータ２０を通る。冷媒は充電器３０を通過する間に昇圧スイッチング素子３２を冷却する。冷媒は、インバータ２０を通過する間にスイッチング素子２１ａ、２１ｂを冷却する。スイッチング素子から熱を吸収した冷却は、ラジエータ７０に戻され、温度が下げられる。冷媒は水あるいは不凍液である。第３温度センサ４４は、循環路４１を流れる冷媒の温度を計測する。ポンプ４３もコントローラ５０によって制御される。コントローラ５０は、第３温度センサ４４の計測値（すなわち冷媒の温度）が所定の温度範囲に保持されるようにポンプ４３を制御する。
【００２２】
第３温度センサ４４で異常が生じると、冷媒の温度を知ることができなくなり、コントローラ５０が冷却器４０を適切に制御できなくなる。冷却器４０が適切に制御できなくなると、インバータ２０のスイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を適正範囲に保持できなくなるおそれが生じる。また、第１温度センサ２３で異常が生じても、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの正確な温度を知ることができなくなり、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を適正範囲に保持できなくなるおそれが生じる。同様に、第２温度センサ３７で異常が生じると、昇圧スイッチング素子３２の温度を適正な温度範囲に保持できなくなるおそれが生じる。そこで、コントローラ５０は、第１−第３温度センサ２３、３７、４４の計測値を使って、いずれかの温度センサで異常が生じていないか監視する。
【００２３】
コントローラ５０は、第１温度センサ２３と第２温度センサ３７それぞれの計測値から冷却器４０の冷媒の温度を推定する。以下では、第１温度センサ２３の計測値から推定される冷媒温度を第１推定温度と称し、第２温度センサ３７の計測値から推定される冷媒温度を第２推定温度と称する。また、第３温度センサ４４が計測する冷媒温度を計測温度と称する。
【００２４】
第１温度センサ２３はスイッチング素子２１ａ、２１ｂの近くに配置されており、第１温度センサ２３の計測値は、本来はスイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を示す。一方、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの近傍を循環路４１が通っており、その内部を冷媒が流れている。スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度が上昇すれば、冷媒温度も上昇する。すなわち、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度（第１温度センサ２３の計測値）と冷媒温度には、スイッチング素子２１ａ、２１ｂと循環路４１の構造的な関係に基づく相関関係がある。その相関関係は、試験やシミュレーションによって予め求められており、コントローラ５０（コントローラ５０のソフトウエア）に組み込まれている。コントローラ５０は、その相関関係を使って、第１温度センサ２３の計測値から冷媒温度（第１推定温度）を推定する。
【００２５】
同様に、昇圧スイッチング素子３２の温度（第２温度センサ３７の計測値）と冷媒温度の間にも別の相関関係があり、その別の相関関係も予め求められている。別の相関関係もコントローラ５０（コントローラ５０のソフトウエア）に組み込まれている。コントローラ５０は、別の相関関係を使って、第２温度センサ３７の計測値から冷媒温度（第２推定温度）を推定する。相関関係は、温度センサの計測値と推定温度を関係付ける数式、あるいはマップの形式でコントローラ５０に組み込まれている。
【００２６】
図２に、コントローラ５０が実行する温度センサ監視処理のフローチャートを示す。図２を参照しつつ、温度センサ監視処理を説明する。図２の処理は、一定の周期で（例えば１秒毎に）実行される。
【００２７】
コントローラ５０は、第１−第３温度センサ２３、３７、４４の計測値を取得する（ステップＳ２）。図２では、第３温度センサ４４の計測値（すなわち計測温度）を記号Ｔｓで表している。
【００２８】
次にコントローラ５０は、第１温度センサ２３の計測値から第１推定温度Ｔｅ１を算出し（ステップＳ３）、第２温度センサ３７の計測値から第２推定温度Ｔｅ２を算出する（ステップＳ４）。温度センサの計測値から冷媒温度を推定する方法は前述したとおりである。
【００２９】
次にコントローラ５０は、第１推定温度Ｔｅ１と計測温度Ｔｓの温度差の絶対値を所定の許容温度差Ｔｔｈと比較する（ステップＳ５）。温度差（Ｔｅ１−Ｔｓ）の絶対値が許容温度差Ｔｔｈを超えていない場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、第１温度センサ２３と第３温度センサ４４は正常であると判断できる。その場合、コントローラ５０は、第２推定温度Ｔｅ２と計測温度Ｔｓの温度差の絶対値を所定の許容温度差Ｔｔｈと比較する（ステップＳ６）。ステップＳ６においても温度差（Ｔｅ２−Ｔｓ）の絶対値が許容温度差Ｔｔｈを超えていない場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、第２温度センサ３７も正常であると判断できる。ステップＳ６の判断がＹＥＳの場合、３個の温度センサ２３、３７、４４はいずれも正常であると判断することができる。この場合、コントローラ５０は、そのまま監視処理を終了する。この場合、コントローラ５０は、第３温度センサ４４の計測値（計測温度Ｔｓ）を用いて冷却器４０のポンプ４３を制御する。
【００３０】
ステップＳ５の判断がＹＥＳの場合、第１温度センサ２３と第３温度センサ４４はともに正常であると判断できる。このとき、ステップＳ６の判断がＮＯの場合（すなわち、第２推定温度Ｔｅ２と計測温度Ｔｓの温度差の絶対値が許容温度差Ｔｔｈを超えている場合）、第２温度センサ３７の計測値が異常であると判明する。このとき、コントローラ５０は、第２温度センサ３７で異常が生じていると判断する（ステップＳ７）。
【００３１】
一方、ステップＳ５の判断がＮＯの場合、第１温度センサ２３あるいは第３温度センサ４４のいずれかで異常が生じていると判明する。この場合、コントローラ５０は、ステップＳ８にて、第２推定温度Ｔｅ２と計測温度Ｔｓの温度差の絶対値を所定の許容温度差Ｔｔｈと比較する。ステップＳ８において温度差（Ｔｅ２−Ｔｓ）の絶対値が許容温度差Ｔｔｈを超えていない場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、第２温度センサ３７と第３温度センサ４４はともに正常であると判断できるから、結局、第１温度センサ２３で異常が生じていることが判明する（ステップＳ８：ＹＥＳ，Ｓ９）。他方、ステップＳ８において温度差（Ｔｅ２−Ｔｓ）の絶対値が許容温度差Ｔｔｈを超えている場合（ステップＳ８：ＮＯ）、第３温度センサ４４で異常が生じていると判断できる（ステップＳ８：ＮＯ、Ｓ１０）。
【００３２】
ステップＳ７、Ｓ９、Ｓ１０のいずれかの処理を実行したコントローラ５０は、温度センサの異常を示す信号を上位コントローラ８０へ出力する（ステップＳ１２）。温度センサの異常を示す信号には、異常を生じていると判断された温度センサの識別子も含まれる。従って、上位コントローラ８０は、どの温度センサで異常が生じているかを知ることができる。
【００３３】
温度センサの異常を示す信号を受信した上位コントローラ８０は、インストルメントパネルの警告灯を点灯させるとともに、温度センサの異常を示すメッセージ（異常が発生した温度センサの識別子を含む）をダイアグメモリに格納する。ダイアグメモリは、車両のメンテナンススタッフが参照するメモリである。メンテナンススタッフは、ダイアグメモリに格納された情報から、車両の状態を知ることができる。
【００３４】
図２の処理により、コントローラ５０は、異常が生じている温度センサを特定することができる。図２のステップＳ５からＳ１２までの処理は、次のように表現することができる。コントローラ５０は、計測温度Ｔｓと第１推定温度Ｔｅ１と第２推定温度Ｔｅ２を比較する。比較の結果、いずれか１つの温度と他の２つのそれぞれの温度との温度差の絶対値が所定の許容温度差Ｔｔｈを超えていた場合、コントローラ５０は、当該１つの温度に対応した温度センサで異常が生じていることを示す信号を出力する。第１推定温度Ｔｅ１に対応した温度センサは第１温度センサ２３であり、第２推定温度Ｔｅ２に対応した温度センサは第２温度センサ３７である。計測温度Ｔｓに対応した温度センサは第３温度センサ４４である。以上の処理により、コントローラ５０は、異常が発生している温度センサを特定することができる。
【００３５】
第３温度センサ４４で異常が生じていた場合、コントローラ５０は、第１推定温度Ｔｅ１あるいは第２推定温度Ｔｅ２を使って冷却器４０の制御を継続する。それゆえ、いずれかの温度センサに異常が生じても、しばらくは走行を続けることができる。なお、いずれかの温度センサで異常が生じた場合、上位コントローラ８０は、車両の一部の性能を制限して走行を継続する。例えば、上位コントローラ８０は、モータ３の上限出力を通常時よりも低く設定して走行を継続する。
【００３６】
また、第１温度センサ２３で異常が生じていた場合、コントローラ５０は、第３温度センサ４４の計測値を使ってスイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を推定する。スイッチング素子２１ａ、２１ｂの推定温度は、第１温度センサ２３の計測値から第１推定温度を算出するときに用いる相関関係を使って算出できる。コントローラ５０は、推定温度を使って、スイッチング素子２１ａ、２１ｂの温度を適切な温度範囲に保持する。
【００３７】
さらに、また、第２温度センサ３７で異常が生じていた場合、コントローラ５０は、第３温度センサ４４の計測値を使って昇圧スイッチング素子３２の温度を推定する。昇圧スイッチング素子３２の推定温度は、第２温度センサ３７の計測値から第２推定温度を算出するときに用いる相関関係を使って算出できる。コントローラ５０は、推定温度を使って、昇圧スイッチング素子３２の温度を適切な温度範囲に保持する。
【００３８】
本明細書が開示する技術に関する留意点を述べる。インバータ２０のスイッチング素子２１ａ、２１ｂが第１スイッチング素子の一例である。昇圧スイッチング素子３２が第２スイッチング素子の一例である。インバータ２０や充電器３０の回路構成は、図１の回路構成に限られない。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
２：バッテリ
３：モータ
１０：電力変換装置
１２：コネクタ
２０：インバータ
２１ａ、２１ｂ、３２：スイッチング素子
２２ａ、２２ｂ、３３、３４：ダイオード
２３：第１温度センサ
３０：充電器
３１：昇圧コンバータ
３５：リアクトル
３６：フィルタコンデンサ
３７：第２温度センサ
３９：整流器
４０：冷却器
４１：循環路
４３：ポンプ
４４：第３温度センサ
５０：コントローラ
６０：電圧コンバータ
７０：ラジエータ
８０：上位コントローラ
１００：電気自動車
【図１】
2020088872.tif 000003
【図２】
2020088872.tif 000004