(57)【要約】【課題】  過負荷によるパワー素子の過熱破壊を防止しつつ、装置能力を十分に発揮することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】  制御装置２０は、インバータ１０からの電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を超えると電流集中状態であると判断する。そして、制御装置２０は、電流値ＩがＩｔｈ＿ｍａｘを超えるときを最短に、電流値Ｉが小さくなるほど電流制限時間を長く設定する。また、制御装置２０は、インバータ１０の冷却水温度が低いほど電流制限時間を長く設定する。たとえば、電流値ＩがＩｔｈ＿ｍａｘを超えているとき、制御装置２０は、冷却水温度がＴｗ３よりも低いＴｗ２であれば、電流制限時間をΔｔ１（Ｔｗ３）よりも長いΔｔ１（Ｔｗ２）に設定する。【選択図】        図５
2006025493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路と、
前記電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超え、かつ、その状態が所定時間継続したとき、前記出力電流を制限するように前記電力変換回路を制御する制御装置と、
前記電力変換回路を冷却する冷却体の温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記温度検出手段によって検出される前記冷却体温度が低いほど前記所定時間を長く設定する、電力変換装置。
【請求項２】
電力変換回路と、
前記電力変換回路からの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電力変換回路を冷却する冷却体の温度を検出する温度検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記出力電流が所定のしきい値を超え、かつ、その状態が所定時間継続したとき、前記出力電流を制限するように前記電力変換回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記出力電流が前記所定のしきい値を超えている範囲で前記出力電流が小さく、かつ、前記温度検出手段によって検出される前記冷却体温度が低いほど、前記所定時間を長く設定する、電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記出力電流の電流値および前記冷却体温度ごとに予め決定された前記所定時間を含むマップを有し、前記出力電流が前記所定のしきい値を超えているとき、前記マップに基づいて前記所定時間を設定する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換回路を冷却水によって冷却する冷却装置をさらに備え、
前記温度検出手段は、前記冷却水の温度を検出し、
前記制御装置は、前記温度検出手段によって検出される前記冷却水温度を用いて前記所定時間を設定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、インバータを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超えているか否かを判定する第１のステップと、
前記出力電流が前記所定のしきい値を超えていると判定されたとき、その状態の継続時間が所定時間を超えたか否かを判定する第２のステップと、
前記継続時間が前記所定時間を超えたと判定されたとき、前記出力電流を制限する第３のステップとを備え、
前記第２のステップにおいて、前記所定時間は、前記電力変換回路を冷却する冷却体の温度が低いほど長く設定される、電力変換装置の電流制限方法。
【請求項７】
電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超えているか否かを判定する第１のステップと、
前記出力電流が前記所定のしきい値を超えていると判定されたとき、その状態の継続時間が所定時間を超えたか否かを判定する第２のステップと、
前記継続時間が前記所定時間を超えたと判定されたとき、前記出力電流を制限する第３のステップとを備え、
前記第２のステップにおいて、前記出力電流が前記所定のしきい値を超えている範囲で前記出力電流が小さく、かつ、前記電力変換回路を冷却する冷却体の温度が低いほど、前記所定時間は、長く設定される、電力変換装置の電流制限方法。
【請求項８】
前記冷却体温度は、前記電力変換回路を冷却する冷却水の温度である、請求項６または請求項７に記載の電力変換装置の電流制限方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置およびその電流制限方法に関し、特に、過負荷時に出力電流を制限して素子の過熱破壊を防止する電力変換装置およびその電流制限方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどの電力変換装置において高負荷状態が継続すると、電力変換装置を構成するパワー素子が過熱破壊するため、高負荷状態が所定時間継続した場合には、電力変換装置からの出力電流を制限することが従来より行なわれている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、インバータを過負荷状態から保護するための技術を開示する。この特許文献１に開示された技術によると、インバータの出力電流を検出することによって過負荷電流が流れているか否かが判定され、過負荷電流が流れていると判定されると、その継続時間がカウントされる。そして、その過負荷電流の継続時間が所定時間を超えるとインバータが過負荷状態であると判定され、インバータを停止させる。
【特許文献１】特開平５−２６０７６１号公報
【特許文献２】特開平９−２１５３８８号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、電力変換装置（インバータ）を過負荷状態であると判定するための過負荷電流継続時間の設定方法については、何ら開示されていない。電力変換装置を過負荷状態であると判定して出力電流を制限するのは、電力変換装置を構成するパワー素子が過熱破壊するのを防止するためであるが、パワー素子が過熱破壊するに至るまでの時間は、そのときの出力電流値やパワー素子の冷却性に依存する。
【０００５】
そして、電力変換装置を過負荷状態であると判定するための過負荷電流継続時間を一定の所定時間とした場合には、最も厳しい条件でその所定時間を設定することとなるため、実際には過熱破壊を起こすような状態に至っていなくても電力変換装置の出力制限がかかり、電力変換装置の能力を不必要に制限してしまうこととなる。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、過負荷によるパワー素子の過熱破壊を防止しつつ、装置能力を十分に発揮することができる電力変換装置を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、過負荷によるパワー素子の過熱破壊を防止しつつ、装置能力を十分に発揮することができる電力変換装置の電流制限方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、電力変換装置は、電力変換回路と、電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超え、かつ、その状態が所定時間継続したとき、出力電流を制限するように電力変換回路を制御する制御装置と、電力変換回路を冷却する冷却体の温度を検出する温度検出手段とを備え、制御装置は、温度検出手段によって検出される冷却体温度が低いほど所定時間を長く設定する。
【０００９】
また、この発明によれば、電力変換装置は、電力変換回路と、電力変換回路からの出力電流を検出する電流検出手段と、電力変換回路を冷却する冷却体の温度を検出する温度検出手段と、電流検出手段によって検出された出力電流が所定のしきい値を超え、かつ、その状態が所定時間継続したとき、出力電流を制限するように電力変換回路を制御する制御装置とを備え、制御装置は、出力電流が所定のしきい値を超えている範囲で出力電流が小さく、かつ、温度検出手段によって検出される冷却体温度が低いほど、所定時間を長く設定する。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、出力電流の電流値および冷却体温度ごとに予め決定された所定時間を含むマップを有し、出力電流が所定のしきい値を超えているとき、マップに基づいて所定時間を設定する。
【００１１】
好ましくは、電力変換装置は、電力変換回路を冷却水によって冷却する冷却装置をさらに備え、温度検出手段は、冷却水の温度を検出し、制御装置は、温度検出手段によって検出される冷却水温度を用いて所定時間を設定する。
【００１２】
好ましくは、電力変換回路は、インバータを含む。
【００１３】
また、この発明によれば、電力変換装置の電流制限方法は、電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超えているか否かを判定する第１のステップと、出力電流が所定のしきい値を超えていると判定されたとき、その状態の継続時間が所定時間を超えたか否かを判定する第２のステップと、継続時間が所定時間を超えたと判定されたとき、出力電流を制限する第３のステップとを備え、第２のステップにおいて、所定時間は、電力変換回路を冷却する冷却体の温度が低いほど長く設定される。
【００１４】
また、この発明によれば、電力変換装置の電流制限方法は、電力変換回路からの出力電流が所定のしきい値を超えているか否かを判定する第１のステップと、出力電流が所定のしきい値を超えていると判定されたとき、その状態の継続時間が所定時間を超えたか否かを判定する第２のステップと、継続時間が所定時間を超えたと判定されたとき、出力電流を制限する第３のステップとを備え、第２のステップにおいて、出力電流が所定のしきい値を超えている範囲で出力電流が小さく、かつ、電力変換回路を冷却する冷却体の温度が低いほど、所定時間は、長く設定される。
【００１５】
好ましくは、冷却体温度は、電力変換回路を冷却する冷却水の温度である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明による電力変換装置においては、制御装置は、温度検出手段によって検出される冷却体温度が低いほど出力電流を制限するまでの所定時間を長く設定するようにしたので、高い冷却性を有しているにも拘わらずパワー素子が過熱破壊し得ると判断されて電力変換回路からの出力電流が制限されるという事態が回避される。
【００１７】
したがって、この発明によれば、パワー素子の過熱破壊を防止しつつ、電力変換装置の有する能力を十分に発揮させることができる。
【００１８】
また、この発明による電力変換装置においては、制御装置は、出力電流が所定のしきい値を超えている範囲で出力電流が小さく、かつ、温度検出手段によって検出される冷却体温度が低いほど、出力電流を制限するまでの所定時間を長く設定するようにしたので、出力電流の大きさおよび電力変換装置の冷却性からみて上記の所定時間を長く設定できるにも拘わらずパワー素子が過熱破壊し得ると判断されて電力変換回路からの出力電流が制限されるという事態が回避される。
【００１９】
したがって、この発明によれば、パワー素子の過熱破壊を防止しつつ、電力変換装置の有する能力を最大限に発揮させることができる。
【００２０】
また、この発明による電力変換装置においては、制御装置は、温度検出手段によって検出される冷却水温度を用いるようにしたので、既設の冷却水温度センサを利用できる。
【００２１】
したがって、この発明によれば、電力変換装置の電流制限制御を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による電力変換装置の構成を示す電気回路図である。
【００２４】
図１を参照して、この実施の形態による電力変換装置は、インバータ１０と、制御装置２０と、電流センサ３２〜３６と、温度センサ３８と、コンデンサＣと、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬとを備える。インバータ１０は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介して直流電源Ｂと接続される。また、インバータ１０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧと接続される。そして、コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続される。
【００２５】
直流電源Ｂは、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。直流電源Ｂは、発生した直流電力を電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介してインバータ１０に供給する。また、直流電源Ｂは、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介してインバータ１０により充電される。
【００２６】
モータジェネレータＭＧは、たとえば、３相交流同期電動発電機からなる。モータジェネレータＭＧは、インバータ１０からＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して３相交流電力を受け、その受けた３相交流電力によって回転トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧは、制動時に発電する回生電力をＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してインバータ１０に供給する。
【００２７】
インバータ１０は、Ｕ相アーム４２、Ｖ相アーム４４およびＷ相アーム４６からなる。Ｕ相アーム４２、Ｖ相アーム４４およびＷ相アーム４６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム４２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム４４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム４６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなる。
【００２８】
パワートランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧの各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
【００２９】
このインバータ１０は、制御装置２０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬから受ける直流電力を３相交流電力に変換し、その変換した３相交流電力をＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ１０は、モータジェネレータＭＧからＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して受ける３相交流電力を直流電力に整流して電源ラインＰＬに供給する。
【００３０】
電流センサ３２〜３６は、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインに設けられる。電流センサ３２〜３６は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインに流れる電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ検出し、その検出した電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを制御装置２０へ出力する。
【００３１】
温度センサ３８は、後述するこのインバータ１０の冷却システムにおける冷却水路に設けられる。温度センサ３８は、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗを検出し、その検出した冷却水温度Ｔｗを制御装置２０へ出力する。
【００３２】
コンデンサＣは、直流電源Ｂが接続される電源ラインＰＬの電圧平滑化のために設けられ、これによって、インバータ１０におけるスイッチング動作による直流電源Ｂへのリップルの影響が低減される。
【００３３】
制御装置２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値および各相電流値、ならびに直流電源Ｂの出力電圧に基づいてモータジェネレータＭＧの各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフするＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してインバータ１０へ出力する。
【００３４】
また、制御装置２０は、モータジェネレータＭＧによって発電される回生電力をインバータ１０により整流して直流電源Ｂを充電するため、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御する。
【００３５】
さらに、制御装置２０は、電流センサ３２〜３６から受ける電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、インバータ１０が電流集中状態にあるか否かを監視する。ここで、電流集中状態とは、たとえば、モータジェネレータＭＧがロックしたり高トルクかつ低速回転状態のとき、モータジェネレータＭＧに回転トルクを発生すべく、インバータ１０がモータジェネレータＭＧに直流に近い電流を継続して流している状態をいう。
【００３６】
そして、制御装置２０は、インバータ１０が電流集中状態であると判断すると、電流センサ３２〜３６から受ける電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび温度センサ３８から受ける冷却水温度Ｔｗに基づいて電流制限時間Δｔを決定し、その電流制限時間Δｔを超えて電流集中状態が継続した場合には、インバータ１０からの出力電流が制限されるようにパワートランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御する。ここで、電流制限時間Δｔは、インバータ１０を構成するパワー素子を過熱破壊させることなくインバータ１０が継続して電流を出力可能な時間である。
【００３７】
すなわち、電流集中時にインバータ１０からの出力電流を制限するのは、インバータ１０を構成するパワー素子の過熱破壊を防止するためであるが、制御装置２０は、電流集中時、インバータ１０からの出力電流値だけでなく、そのときのインバータ１０の冷却性（冷却水温度Ｔｗ）も考慮して電流制限時間Δｔを決定するので、冷却水温度Ｔｗが十分に低くインバータ１０の冷却性が高い状態にあるときにパワー素子が過熱破壊し得ると誤判断されてインバータ１０からの出力が不必要に制限されるという事態が回避される。
【００３８】
この実施の形態による電力変換装置においては、インバータ１０は、直流電源Ｂから出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ１０は、モータジェネレータＭＧによって発電された回生電力を整流して直流電源Ｂを充電する。
【００３９】
また、この電力変換装置においては、制御装置２０によって電力集中状態であると判断され、その電力集中状態がインバータ１０からの出力電流値およびインバータ１０の冷却水温度Ｔｗに基づいて決定される電流制限時間Δｔを経過すると、制御装置２０は、インバータ１０からの出力電流を制限するようにインバータ１０を制御し、インバータ１０は、制御装置２０からの制御信号に応じて出力電流を制限する。
【００４０】
なお、上記において、インバータ１０は、「電力変換回路」を構成する。
【００４１】
図２は、図１に示したインバータ１０の冷却システムの構成を示すブロック図である。
【００４２】
図２を参照して、この冷却システムは、インバータ１０と、モータジェネレータＭＧと、ラジエータ５０と、ウォーターポンプ６０と、冷却水路７２〜７８と、温度センサ３８とを備える。ラジエータ５０とインバータ１０との間に冷却水路７２が設けられ、インバータ１０とモータジェネレータＭＧとの間に冷却水路７４が設けられる。また、モータジェネレータＭＧとウォーターポンプ６０との間に冷却水路７６が設けられ、ウォーターポンプ６０とラジエータ５０との間に冷却水路７８が設けられる。
【００４３】
ラジエータ５０は、インバータ１０およびモータジェネレータＭＧから受熱した冷却水を冷却する。ウォーターポンプ６０は、図に示される矢印の方向に冷却水を循環させる。温度センサ３８は、冷却水路７２に配設され、インバータ１０の冷却直前の冷却水温度Ｔｗを検出し、その冷却水温度Ｔｗの検出値を制御装置２０（図示せず）へ出力する。
【００４４】
この冷却システムにおいては、インバータ１０とモータジェネレータＭＧとの冷却系が共通化され、インバータ１０は、ラジエータ５０からみてモータジェネレータＭＧの上流に配設される。そして、温度センサ３８は、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗを検出して制御装置２０へ出力する。
【００４５】
図３は、図１に示したインバータ１０において電流集中が発生したときの電流の変動を示す図である。
【００４６】
図３を参照して、縦軸は、電流集中が発生した相に対応するインバータ１０からの出力電流値Ｉを示し、横軸は、時間を示す。電流集中判定フラグは、電流集中状態の継続時間がΔｔ１（Ｔｗ）またはΔｔ２（Ｔｗ）で示される電流制限時間を経過するとオンされ、電流集中状態が回避されるとオフされるフラグである。
【００４７】
この実施の形態による電力変換装置においては、電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を超えると電流集中状態であると判定される。そして、電流集中状態の範囲内で電流値Ｉが小さいほど電流制限時間が長く設定される。なお、この図３では、電流集中時の電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ３，Ｉｔｈ＿ｍａｘによって４段階に区分される場合が示されている。すなわち、電流集中時の電流値Ｉは、Ｉｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ２＜Ｉ≦Ｉｔｈ３、Ｉｔｈ３＜Ｉ≦Ｉｔｈ＿ｍａｘ、Ｉｔｈ＿ｍａｘ＜Ｉに区分される。
【００４８】
線Ａは、電流集中時の電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ＿ｍａｘを超えたときの電流波形を示す。時刻ｔ１において、インバータ１０からの電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を超えると、制御装置２０は、電流集中状態であると判定する。その後、電流量が上昇し続け、電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ＿ｍａｘを超えると、制御装置２０は、電流制限時間をΔｔ１（Ｔｗ）に設定する。ここで、Δｔ１（Ｔｗ）は、後述するように、電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ＿ｍａｘを超えたときの電流制限時間Δｔ１がインバータ１０の冷却水温度Ｔｗに依存することを意味する。
【００４９】
そして、時刻ｔ２において、制御装置２０により電流集中状態であると判定されてからの継続時間がΔｔ１（Ｔｗ）を超えると、制御装置２０は、電流集中判定フラグをオンし、電流集中判定フラグがオンしている間、制御装置２０からの指令に応じてインバータ１０からの出力電流が制限される。
【００５０】
その後、時刻ｔ３において、電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を下回ると、制御装置２０は、電流集中判定フラグをオフし、インバータ１０からの出力電流の制限が解除される。
【００５１】
一方、線Ｂは、電流集中時の電流値ＩがＩｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２であるときの電流波形を示す。時刻ｔ１において、インバータ１０からの出力電流Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を超えると、制御装置２０は、電流集中状態であると判定する。その後、電流値Ｉは、しきい値Ｉｔｈ１としきい値Ｉｔｈ２との間を推移し、制御装置２０は、電流制限時間をΔｔ１（Ｔｗ）よりも長いΔｔ２（Ｔｗ）に設定する。ここで、Δｔ２（Ｔｗ）は、後述するように、電流集中時の電流値ＩがＩｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２の範囲にあるときの電流制限時間Δｔ２がインバータ１０の冷却水温度Ｔｗに依存することを意味する。
【００５２】
そして、時刻ｔ４において、制御装置２０により電流集中状態であると判定されてからの継続時間がΔｔ２（Ｔｗ）を超えると、制御装置２０は、電流集中判定フラグをオンし、電流集中判定フラグがオンしている間、制御装置２０からの指令に応じてインバータ１０からの出力電流が制限される。
【００５３】
その後、時刻ｔ５において、電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を下回ると、制御装置２０は、電流集中判定フラグをオフし、インバータ１０からの出力電流の制限が解除される。
【００５４】
すなわち、上記の考え方は、インバータ１０の発熱量が電流値に依存するため、電流値に応じて電流制限時間を設定するというものである。
【００５５】
なお、図において、電流値Ｉが定常状態であるときの小刻みな変動は、電流の脈動を示すものである。
【００５６】
図４は、図１に示したインバータ１０に含まれるパワートランジスタの電流集中時における単体熱特性を示す図である。なお、この単体熱特性は、オフライン測定などによって事前に取得される。
【００５７】
図４を参照して、縦軸は、パワートランジスタの素子温度を示し、横軸は、時間を示す。また、温度Ｔ１は、パワートランジスタの耐熱温度であり、温度Ｔ２は、パワートランジスタの耐熱温度Ｔ１からマージンΔＴだけ低い温度である。
【００５８】
曲線Ｃは、しきい値Ｉｔｈ＿ｍａｘを超えた電流値Ｉがパワートランジスタに流れているときの熱特性を示し、曲線Ｄは、Ｉｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２の範囲内にある電流値Ｉがパワートランジスタに流れているときの熱特性を示す。
【００５９】
この単体熱特性から電流値Ｉに対応する電流制限時間Δｔが仮決定される。すなわち、パワートランジスタの耐熱温度Ｔ１からΔＴだけマージンをみた温度Ｔ２を超えるまでの時間から電流制限時間Δｔが仮決定される。
【００６０】
したがって、曲線Ｃの場合、すなわちＩｔｈ＿ｍａｘ＜Ｉからなる電流値Ｉについては、電流制限時間はΔｔ１となり、、曲線Ｄの場合、すなわちＩｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２の範囲内にある電流値Ｉについては、電流制限時間はΔｔ２となる。
【００６１】
なお、この電流制限時間Δｔ１，Δｔ２は、電流値Ｉにのみ基づいて決定された値であり、次に述べるように、この電流制限時間Δｔ１，Δｔ２は、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗによって補正される。
【００６２】
図５は、電流制限時間Δｔの温度依存を説明するための図である。
【００６３】
図５を参照して、縦軸は、電流集中時にインバータ１０のパワートランジスタに流れる電流値Ｉを示し、横軸は、電流制限時間Δｔを示す。
【００６４】
上述したように、この実施の形態による電力変換装置においては、電流集中時、電流値Ｉが小さいほど電流制限時間が長く設定されるが、さらに、そのときのインバータ１０の冷却水温度Ｔｗが低いほど電流制限時間がさらに長く設定される。
【００６５】
線Ｅ，Ｆ，Ｇは、冷却水温度がそれぞれＴｗ３，Ｔｗ２，Ｔｗ１（Ｔｗ３＞Ｔｗ２＞Ｔｗ１）のときの電流制限時間を示す。たとえば、電流集中時における電流値ＩがＩｔｈ＿ｍａｘ＜Ｉのとき、冷却水温度がＴｗ３であれば、電流制限時間は、Δｔ１（Ｔｗ３）に設定される。そして、冷却水温度がＴｗ３よりも低いＴｗ２であれば、電流制限時間は、Δｔ１（Ｔｗ３）よりも長いΔｔ１（Ｔｗ２）に設定され、冷却水温度がＴｗ２よりもさらに低いＴｗ１であれば、電流制限時間は、Δｔ１（Ｔｗ２）よりもさらに長いΔｔ１（Ｔｗ１）に設定される。
【００６６】
また、たとえば、電流集中時における電流値ＩがＩｔｈ１＜Ｉ≦Ｉｔｈ２のときは、冷却水温度がＴｗ３であれば、電流制限時間は、Δｔ２（Ｔｗ３）に設定される。そして、冷却水温度がＴｗ３よりも低いＴｗ２であれば、電流制限時間は、Δｔ２（Ｔｗ３）よりも長いΔｔ２（Ｔｗ２）に設定され、冷却水温度がＴｗ２よりもさらに低いＴｗ１であれば、電流制限時間は、Δｔ２（Ｔｗ２）よりもさらに長いΔｔ２（Ｔｗ１）に設定される。
【００６７】
すなわち、上記の考え方は、冷却水温度Ｔｗが低く冷却システムによる冷却性が高い状態にあるときほど、電流集中時におけるパワートランジスタの温度上昇速度を抑えることができるから、冷却水温度Ｔｗが低いほど電流制限時間Δｔを長く設定するというものである。
【００６８】
図６は、電流制限時間Δｔを決定するマップの構成を示す図である。
【００６９】
図６を参照して、電流制限時間Δｔは、冷却水温度Ｔｗおよび電流値Ｉの大きさに応じて予めマップ化される。冷却水温度Ｔｗは、Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｍ）（ｍは２以上の自然数であり、Ｔｗ（ｉ）≦Ｔｗ（ｊ），ｉ＜ｊである。）に区分化され、電流値Ｉは、Ｉｔｈ（１）〜Ｉｔｈ（ｎ）（ｎは２以上の自然数であり、Ｉｔｈ（ｉ）≦Ｉｔｈ（ｊ），ｉ＜ｊである。）に区分化される。
【００７０】
図７は、図１に示した制御装置２０によって電流集中時に実行される電流制限制御のフローチャートである。
【００７１】
図７を参照して、インバータ１０から出力される各相電流値が電流センサ３２〜３６によって検出され（ステップＳ２）、制御装置２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のいずれかの電流値がしきい値Ｉｔｈ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。制御装置２０は、インバータ１０からの電流値がしきい値Ｉｔｈ１以下であると判定すると（ステップＳ４でＮＯ）、処理を終了する。
【００７２】
一方、制御装置２０は、インバータ１０からの電流値がしきい値Ｉｔｈ１を超えていると判定すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、電流集中状態が発生していると判断する。そして、制御装置２０は、温度センサ３８によって検出されたインバータ１０の冷却水温度Ｔｗを取得し（ステップＳ６）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などに格納された電流制限時間マップに基づいて、しきい値Ｉｔｈ１を超えた相の電流値Ｉおよび温度センサ３８によって検出された冷却水温度Ｔｗに応じた電流制限時間Δｔを設定する（ステップＳ８）。
【００７３】
電流制限時間Δｔが設定されると、制御装置２０は、電流集中判定フラグカウンタのカウントを開始する（ステップＳ１０）。この電流集中判定フラグカウンタは、電流集中状態の継続時間を計時するためのものである。そして、制御装置２０は、このカウント値が設定された電流制限時間Δｔを超えたか否かを判定し（ステップＳ１２）、カウント値が電流制限時間Δｔを超えたと判定すると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、出力電流を制限するようにインバータ１０のスイッチング動作を制御する（ステップＳ１４）。
【００７４】
一方、カウント値が電流制限時間Δｔを超えていないとき、または、カウント値が電流制限時間Δｔを超える前に電流値Ｉがしきい値Ｉｔｈ１を下回ることによってカウント値がリセットされたときは（ステップＳ１２でＮＯ）、制御装置２０は、処理を終了する。
【００７５】
以上のように、この実施の形態によれば、インバータ１０からの電流値Ｉが所定のしきい値Ｉｔｈ１を超えているとき、その電流値Ｉが小さく、かつ、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗが低いほど電流制限時間Δｔを長く設定するので、インバータ１０からの出力電流が不必要に制限される事態が回避される。したがって、この実施の形態によれば、パワートランジスタの過熱破壊を防止しつつ、インバータ１０の有する能力を十分に引出すことができる。
【００７６】
また、この実施の形態によれば、インバータ１０の冷却水温度を用いるようにしたので、既設の冷却水温度センサを利用でき、その結果、インバータ１０の電流制限制御を低コストで実現できる。
【００７７】
なお、上記においては、電流制限時間Δｔにインバータ１０の冷却性を反映させるため、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗを電流制限時間Δｔのパラメータに用いたが、インバータ１０の冷却性を反映させるパラメータとしては、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗに限られない。たとえば、インバータ１０が空冷される場合には、インバータ１０の冷却フィンの温度などを用い、冷却フィンの温度が低いほど電流制限時間Δｔを長く設定するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記においては、インバータ１０の冷却システムは、モータジェネレータＭＧと共通化されているが、インバータ１０の冷却システムとモータジェネレータＭＧの冷却システムとを個別に構成してもよい。
【００７９】
また、上記においては、電流制限時間Δｔは、インバータ１０の冷却水温度Ｔｗおよび電流値Ｉにより区分化されたマップを用いて設定されるものとしたが、マップを用いることなく、冷却水温度Ｔｗおよび電流値Ｉをパラメータとして電流制限時間Δｔの関数を生成し、その生成した関数を用いて電流制限時間Δｔを算出するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記の実施の形態においては、電力変換装置としてインバータ１０の場合を代表的に説明したが、この発明の適用範囲は、インバータに限られるものではなく、コンバータなどの電力変換装置にもこの発明を適用することができる。
【００８１】
また、この発明による電力変換装置は、近年の省エネおよび環境問題を背景に注目を集めているハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）に好適である。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【００８２】
このようなハイブリッド自動車や電気自動車において、上り坂における発進時などの高トルクかつ低速運転時や、何らかの理由でモータがロックしたときなどに電流集中が発生する。この場合、この発明による電力変換装置によれば、電流集中時の電流値および冷却水温度に基づいて電流制限時間が適切に設定されるので、インバータの出力制限が不必要になされることがなくなり、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動能力を最大限に引出すことができる。
【００８３】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の実施の形態による電力変換装置の構成を示す電気回路図である。
【図２】図１に示すインバータの冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すインバータにおいて電流集中が発生したときの電流の変動を示す図である。
【図４】図１に示すインバータに含まれるパワートランジスタの電流集中時における単体熱特性を示す図である。
【図５】電流制限時間の温度依存を説明するための図である。
【図６】電流制限時間を決定するマップの構成を示す図である。
【図７】図１に示す制御装置によって電流集中時に実行される電流制限制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１０  インバータ、２０  制御装置、３２〜３６  電流センサ、３８  温度センサ、４２  Ｕ相アーム、４４  Ｖ相アーム、４６  Ｗ相アーム、５０  ラジエータ、６０  ウォーターポンプ、７２〜７８  冷却水路、Ｂ  直流電源、Ｃ  コンデンサ、ＭＧ  モータジェネレータ、ＰＬ  電源ライン、ＳＬ  接地ライン、ＵＬ  Ｕ相ライン、ＶＬ  Ｖ相ライン、ＷＬ  Ｗ相ライン、Ｑ１〜Ｑ６  パワートランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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