(57)【要約】【課題】インバータ素子と冷媒との間の熱抵抗の悪化を検出する。【解決手段】モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ５１，５２の素子を冷媒で冷却する冷却器を有する車両の制御装置６０は、車両の動作状態が定常状態にある場合に、インバータの素子と冷媒との間の熱抵抗を算出する熱抵抗算出部と、算出した熱抵抗を所定の閾値と比較して熱抵抗の悪化を検出する熱抵抗悪化検出部とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するインバータの素子を冷媒で冷却する冷却器を有する車両の制御装置であって、
車両の動作状態が定常状態にある場合に、前記インバータの素子と前記冷媒との間の熱抵抗を算出する熱抵抗算出手段と、
前記算出した熱抵抗を所定の閾値と比較して前記熱抵抗の悪化を検出する熱抵抗悪化検出手段と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動するインバータの素子を冷媒で冷却する冷却器を有する車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用のモータと、当該モータを駆動するインバータとを有する電動車両では、インバータに冷媒が流通する冷却器を設けて、インバータの素子（スイッチング素子やダイオード）を冷媒で冷却している（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００３】
特許文献３には、ＩＧＢＴ素子に一定の電流を通流させ、そのＩＧＢＴ素子の初期状態の電圧を測定して第１熱抵抗を算出し、一定時間経過後、再度ＩＧＢＴ素子に一定の電流を通流して、ＩＧＢＴ素子の電圧を測定して第２熱抵抗を算出し、第１熱抵抗と第２熱抵抗との差異が予め設定された熱抵抗基準値に到達していた場合に、ＩＧＢＴ素子の劣化が進行していると判定する方法が記載されている。
【０００４】
特許文献４には、車両停止時において、点検モードに入り、ＩＧＢＴ素子に電流を流し、ＩＧＢＴ素子の電圧ドロップの電圧差と実効電流値とからＩＧＢＴ素子の熱抵抗を測定し、測定された熱抵抗に基づいて半導体装置の残存寿命を評価する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８８３３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５５８９号公報
【特許文献３】特開２００２−００５９８９号公報
【特許文献４】特開２００２−１１９０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ハイブリッド車に使用しているインバータは、小型化、高効率の冷却を行うため、非常に細かいフィンピッチの冷却器を使用している。背反として、異物や腐食による目詰まりが原因で、インバータ素子と冷媒との間の熱抵抗の経年劣化が起こり、インバータ素子の冷却性能が落ちる可能性がある。このような熱抵抗の悪化を検出することができれば、それに応じて対処することが可能となる。
【０００７】
そこで、本発明は、インバータ素子と冷媒との間の熱抵抗の悪化を検出することが可能な車両の制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る車両の制御装置は、モータを駆動するインバータの素子を冷媒で冷却する冷却器を有する車両の制御装置であって、車両の動作状態が定常状態にある場合に、前記インバータの素子と前記冷媒との間の熱抵抗を算出する熱抵抗算出手段と、前記算出した熱抵抗を所定の閾値と比較して前記熱抵抗の悪化を検出する熱抵抗悪化検出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インバータ素子と冷媒との間の熱抵抗の悪化を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る電動車両の構成の一例を示す概略図である。
【図２】熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第１の例を示すフローチャートである。
【図３】熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第２の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る電動車両１の構成の一例を示す概略図である。電動車両１は、走行用の駆動源として回転電機を有する車両である。図１の例では、電動車両１は、走行用の駆動源として内燃機関および回転電機を有するハイブリッド車両である。
【００１３】
図１において、電動車両１は、内燃機関としてのエンジン１０、回転電機としてのモータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配機構２０、直流電源３０、昇圧コンバータ４０、インバータ５１，５２、および制御装置６０を有する。
【００１４】
エンジン１０は、ガソリンや軽油などの燃料により動力を発生する動力源である。エンジン１０は動力分配機構２０に連結されており、エンジン１０の動力はモータＭＧ１と車両の車輪７０とに分配される。
【００１５】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得る発電電動機（モータジェネレータ）である。
【００１６】
図１の例では、モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ、３相交流同期発電電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを備えた固定子と、不図示の回転子とを含む。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端は、中性点で互いに接続され、他端はインバータ５１，５２に接続される。
【００１７】
モータＭＧ１は、主として発電機として動作する。具体的には、モータＭＧ１は、動力分配機構２０により分配されたエンジン１０の駆動力によって発電する。モータＭＧ１により発電された電力は、モータＭＧ２の駆動や直流電源３０の充電に利用される。
【００１８】
また、モータＭＧ１は、直流電源３０からの電力の供給を受けて電動機として動作し、エンジン１０をクランキングして始動させる。すなわち、モータＭＧ１は、エンジン１０を始動させる始動機としても用いられる。
【００１９】
モータＭＧ２は、主として電動機として動作する。具体的には、モータＭＧ２は、直流電源３０に蓄えられた電力およびモータＭＧ１により発電された電力の少なくとも一方により駆動される。モータＭＧ２は減速機８０を介して車輪７０に連結されており、モータＭＧ２の駆動力は減速機８０を介して車輪７０に付与される。これにより、モータＭＧ２は、エンジン１０をアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみにより車両を走行させたりする。
【００２０】
また、モータＭＧ２は、車両の回生制動時には、車輪７０により回転させられて発電機として動作する。モータＭＧ２により発電された回生電力は、直流電源３０の充電に利用される。
【００２１】
動力分配機構２０は、エンジン１０の動力をモータＭＧ１と車輪７０とに分配する。具体的には、動力分配機構２０は、エンジン１０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とに連結され、これらの間で動力を分配する。例えば、動力分配機構２０は、外歯歯車のサンギヤと、内歯歯車のリングギヤと、サンギヤに噛合すると共にリングギヤに噛合する複数のピニオンギヤと、複数のピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持するキャリアとを備え、サンギヤとリングギヤとキャリアとを回転要素とする遊星歯車機構として構成される。キャリアの回転軸はエンジン１０の出力軸に接続され、サンギヤの回転軸はモータＭＧ１の回転軸に接続され、リングギヤの回転軸であるリングギヤ軸はモータＭＧ２の回転軸に接続されると共に減速機８０を介して車輪７０に接続される。
【００２２】
直流電源３０は、モータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給するための電源であり、例えば、ニッケル水素やリチウムイオン等のバッテリや、キャパシタなど、充電可能な蓄電装置である。
【００２３】
昇圧コンバータ４０は、直流電源３０からの電圧（すなわち電源電圧）を昇圧して昇圧電圧をインバータ５１，５２に供給する。また、昇圧コンバータ４０は、インバータ５１，５２から供給される電圧を降圧して直流電源３０を充電する。すなわち、昇圧コンバータ４０は、直流電源３０とインバータ５１，５２との間で電圧変換を行う。
【００２４】
図１の例では、昇圧コンバータ４０は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを有する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、インバータ５１，５２の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。上アームのスイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、下アームのスイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタの接続点にはリアクトルＬ１の一方端が接続されている。このリアクトルＬ１の他方端は、直流電源３０の正極に接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、直流電源３０の負極に接続される。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２が配置される。上記リアクトルＬ１の他方端とアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ１が接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタとアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ２が接続される。昇圧コンバータ４０は、制御装置６０からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング（オン／オフ）することにより電圧変換を行う。
【００２５】
インバータ５１は、昇圧コンバータ４０から昇圧電圧を受けてモータＭＧ１を駆動制御する。具体的には、インバータ５１は、昇圧コンバータ４０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１に供給し、これによりモータＭＧ１を回転駆動する。また、インバータ５１は、モータＭＧ１で発電された交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ４０に供給する。すなわち、インバータ５１は、昇圧コンバータ４０とモータＭＧ１との間で電力変換を行う。
【００２６】
図１の例では、インバータ５１は、電源ラインとアースラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを含んで構成される。Ｕ相アームはスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の直列接続からなり、Ｖ相アームはスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の直列接続からなり、Ｗ相アームはスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６の直列接続からなる。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、例えばＩＧＢＴである。各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６が配置されている。Ｕ相アームのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の中間点はモータＭＧ１のＵ相コイルに接続され、Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の中間点はモータＭＧ１のＶ相コイルに接続され、Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６の中間点はモータＭＧ１のＷ相コイルに接続される。インバータ５１は、制御装置６０からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６をスイッチング（オン／オフ）することにより電力変換を行う。
【００２７】
インバータ５２は、昇圧コンバータ４０から昇圧電圧を受けてモータＭＧ２を駆動制御する。具体的には、インバータ５２は、昇圧コンバータ４０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ２に供給し、これによりモータＭＧ２を回転駆動する。また、インバータ５２は、モータＭＧ２で発電された交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ４０に供給する。すなわち、インバータ５２は、昇圧コンバータ４０とモータＭＧ２との間で電力変換を行う。
【００２８】
図１の例では、インバータ５２は、電源ラインとアースラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを含んで構成される。Ｕ相アームはスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の直列接続からなり、Ｖ相アームはスイッチング素子Ｑ２３，Ｑ２４の直列接続からなり、Ｗ相アームはスイッチング素子Ｑ２５，Ｑ２６の直列接続からなる。スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６は、例えばＩＧＢＴである。各スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６が配置されている。Ｕ相アームのスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の中間点はモータＭＧ２のＵ相コイルに接続され、Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ２３，Ｑ２４の中間点はモータＭＧ２のＶ相コイルに接続され、Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ２５，Ｑ２６の中間点はモータＭＧ２のＷ相コイルに接続される。インバータ５２は、制御装置６０からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６をスイッチング（オン／オフ）することにより電力変換を行う。
【００２９】
インバータ５１，５２のそれぞれに対しては、インバータの素子（スイッチング素子またはダイオードであり、以下適宜「インバータ素子」と総称する。）を冷却するための冷却器（不図示）が設けられている。冷却器は、冷媒（例えば冷却水）を通す冷媒流路と、当該冷媒流路を区画するフィンとを含んで構成される。一つの態様では、基板の一方にインバータ素子が設置されてインバータが構成され、基板の他方に冷媒流路やフィンが設けられて冷却器が構成される。冷却器は、インバータ５１，５２と一体に形成されて冷却器付き半導体装置を構成してもよい。冷却器は、冷媒配管を介して、冷媒を圧送するポンプや、外気との熱交換により冷媒を冷却するラジエータなどと接続される。なお、冷却器としては、例えば特許文献１，２に記載されたものなど、様々なタイプの冷却器を利用することができる。また、冷却器については、広く知られているので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３０】
制御装置６０は、車両の動作を制御する装置であり、昇圧コンバータ４０およびインバータ５１，５２を制御して、モータＭＧ１，ＭＧ２の動作を制御する。制御装置６０は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ECU： Electronic Control Unit）である。具体的には、制御装置６０の機能は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されることによって実現される。上記制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置６０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置６０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。例えば、制御装置６０は、エンジン１０を制御するエンジンＥＣＵと、モータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵと、これらを制御するハイブリッドＥＣＵとにより実現されてもよい。
【００３１】
制御装置６０には、アクセル開度や、車速、インバータ素子の両端電圧、インバータ素子に流れる電流、インバータの冷却器を流通する冷媒の温度、インバータ素子の温度など、制御に必要なデータが入力される。なお、これらのデータは、例えば各種のセンサによって検出される。
【００３２】
制御装置６０は、アクセル開度や車速などのデータに基づき、車輪７０（またはリングギヤ軸）に出力すべき要求トルクを算出し、この要求トルクに対応する要求動力が車輪７０（またはリングギヤ軸）に出力されるように、エンジン１０およびモータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御する。このような運転制御は広く知られているので、ここでは詳しい説明は省略するが、簡単に説明すると、制御装置６０は、エンジン１０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊、昇圧コンバータ４０の目標昇圧電圧ＶＨ＊、モータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。そして、制御装置６０は、エンジン１０が目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊によって示される運転ポイントで運転されるように、エンジン１０における吸入空気量制御、燃料噴射制御、点火制御などを行う。また、制御装置６０は、昇圧コンバータ４０の昇圧電圧（すなわちインバータ５１，５２の入力電圧）が目標昇圧電圧ＶＨ＊となるように、昇圧コンバータ４０のスイッチング制御を行う。また、制御装置６０は、モータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊を出力するようにインバータ５１のスイッチング制御を行い、モータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊を出力するようにインバータ５２のスイッチング制御を行う。スイッチング制御において、制御装置６０は、具体的には、昇圧コンバータ４０やインバータ５１，５２に対し、スイッチング素子をオンオフするためのＰＷＭ信号を供給する。
【００３３】
本実施の形態では、制御装置６０は、インバータの素子と冷媒との間の熱抵抗（以下、単に「熱抵抗」と称す）を計算することにより、熱抵抗の悪化を検出する制御を行う。具体的には、制御装置６０は、機能ブロックとして、熱抵抗算出部、熱抵抗悪化検出部、および処理実行部を有する。
【００３４】
熱抵抗算出部は、車両の動作状態が定常状態にある場合に、熱抵抗を算出する。一つの態様では、熱抵抗算出部は、車両の定常状態が所定時間連続した場合に、熱抵抗を算出する。定常状態は、例えば、アイドリングや高速走行など、動作点が安定している状態である。
【００３５】
熱抵抗悪化検出部は、熱抵抗算出部により算出された熱抵抗と所定の閾値とを比較して熱抵抗の悪化を検出する。具体的には、熱抵抗悪化検出部は、算出された熱抵抗が所定の閾値を超える場合に、熱抵抗が悪化していると判定する。
【００３６】
処理実行部は、熱抵抗悪化検出部により熱抵抗の悪化が検出された場合に、熱抵抗の悪化に応じた所定の処理を実行する。例えば、処理実行部は、利用者や、装置、ソフトウェアモジュールなどに対して、熱抵抗の悪化に関する警告を出力する。また例えば、処理実行部は、車両の動作モードをフェイルセーフモードへ移行させる。
【００３７】
一つの態様では、制御装置６０は、上記熱抵抗の悪化検出に関する処理を、インバータ５１，５２の全部のインバータ素子について行う。ただし、制御装置は、特定の一部のインバータ素子について行ってもよい。
【００３８】
図２は、熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第１の例を示すフローチャートである。以下、図２を参照して、熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第１の例を説明する。
【００３９】
ステップＳ１１では、制御装置６０は、車両の動作状態が定常状態にあるか否かを判断する。具体的には、制御装置６０は、インバータ素子の両端電圧（素子電圧）、インバータ素子の電流（素子電流）、およびインバータ素子に与えられるＰＷＭ信号のキャリア周波数が一定の状態が所定時間ｘ（秒）継続したか否かを判断する。ここで、時間ｘ（秒）としては、例えば、インバータ素子の温度が飽和する時間、すなわち熱抵抗の測定が可能となる時間に設定される。インバータ素子の温度が飽和する時間は、素子電流に依存するので、制御装置６０は、予め記憶されたマップを参照し、時間ｘ（秒）として素子電流に対応する時間を設定してもよい。
【００４０】
制御装置６０は、定常状態にあると判断するまでステップＳ１１の処理を繰り返し行い、定常状態にあると判断すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１２に進める。
【００４１】
ステップＳ１２では、制御装置６０は、インバータ素子の温度（素子温度）、素子電圧、素子電流、冷媒の温度（冷却水温）、およびＰＷＭ信号のキャリア周波数から熱抵抗を算出する。
【００４２】
ステップＳ１３では、制御装置６０は、ステップＳ１２で算出された熱抵抗と閾値とを比較し、熱抵抗が閾値を超えているか否かを判断する。
【００４３】
この場合において、第１の態様では、制御装置６０は、予め記憶されている閾値マップ（例えば熱抵抗悪化限界相当の損失マップ）を参照して、上記の閾値を設定する。
【００４４】
また、第２の態様では、制御装置６０は、インバータの初期の損失特性に対応する閾値マップを参照して、上記の閾値を設定する。具体的には、インバータの出荷検査時の損失データをもとにした閾値マップに従って、上記の閾値を設定する。例えば、インバータの出荷検査時の損失データより、それぞれのインバータに損失情報をある回路定数として入力し、それに応じた閾値マップを使用する。これにより、例えば、インバータのそれぞれのロットに対して最適な熱抵抗の悪化の検出を行うことが可能となる。
【００４５】
制御装置６０は、熱抵抗が閾値を超えていないと判断した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、処理をステップＳ１１に戻し、熱抵抗が閾値を超えていると判断した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１４に進める。
【００４６】
ステップＳ１４では、制御装置６０は、熱抵抗の悪化が検出された場合の処理を実行する。具体的には、制御装置６０は、過熱警告ランプを点灯させる処理や、車両の動作モードをフェイルセーフモードに移行させる処理を行う。
【００４７】
図３は、熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第２の例を示すフローチャートである。以下、図３を参照して、熱抵抗悪化検出制御ルーチンの第２の例を説明する。
【００４８】
ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理は、図２のステップＳ１１〜Ｓ１３の処理と同様である。
【００４９】
第２の例では、熱抵抗が閾値を超えている場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御装置６０は、ステップＳ２４に処理を進め、インバータ素子の温度による負荷率制限がなされているか否かを判断する。ここで、負荷率制限制御は、インバータ素子の温度によってモータ負荷率を制限する制御であり、インバータ素子の温度が所定の閾値を超えた場合に、負荷率制限がなされる。
【００５０】
制御装置６０は、負荷率制限がなされていないと判断した場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、処理をステップＳ２１に戻し、負荷率制限がなされていると判断した場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２５に進め、熱抵抗の悪化が検出された場合の処理を実行する。
【００５１】
なお、上記ステップＳ２４において、制御装置６０は、負荷率制限に関する判定に代えて、インバータ素子の温度が所定の閾値を超えているか否かを判断し、閾値を超えていない場合には処理をステップＳ２１に戻し、閾値を超えている場合に処理をステップＳ２５に進めてもよい。
【００５２】
上記第２の例において、熱抵抗の悪化に関する判定条件に加え、ステップＳ２４の素子温度に関する判定条件を設けたのは、例えば以下の理由による。すなわち、第１の例では熱抵抗の悪化検出のみにより過熱警告ランプが点灯することになるが、熱抵抗の悪化が検出されても、素子の熱性能については問題がない場合もあり、熱抵抗の悪化検出のみにより過熱警告ランプを点灯させるのは適切でない場合もあるからである。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  電動車両、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ、５１，５２  インバータ、６０  制御装置。
【図１】
2010213539.tif 000003
【図２】
2010213539.tif 000004
【図３】
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