(57)【要約】【課題】インバータを冷却する冷却装置を備えたシステムにおいて、インバータのスイッチング素子の発熱量に応じた適正な冷却性能でインバータを冷却できるようにする。【解決手段】第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数のうちの高い方をインバータ冷却制御用のスイッチング周波数として設定し、第１及び第２の交流モータ１２，１３のモータ出力のうちの大きい方をインバータ冷却制御用のモータ出力として設定する。これらのインバータ冷却制御用のスイッチング周波数とインバータ冷却制御用のモータ出力とに応じた目標冷却水流量を算出し、冷却装置４０の冷却水の流量が目標冷却水流量になるように電動ウォータポンプ３９を駆動する。これにより、スイッチング周波数の変化やモータ出力の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に応答良く対応して、冷却水の流量を変化させて冷却装置４０の冷却性能を変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の動力源となるモータを駆動するインバータと、該インバータを冷却する冷却装置とを備えた車両のインバータ冷却制御装置において、
前記インバータのスイッチング周波数に応じて前記冷却装置の冷却性能を制御するインバータ冷却制御手段を備えていることを特徴とする車両のインバータ冷却制御装置。
【請求項２】
前記冷却装置は、前記インバータとラジエタとの間で冷却媒体を循環させるポンプを備え、
前記インバータ冷却制御手段は、前記インバータのスイッチング周波数に応じて前記冷却媒体の流量を制御することで前記冷却装置の冷却性能を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両のインバータ冷却制御装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記インバータとラジエタとの間で冷却媒体を循環させるポンプと、前記ラジエタの冷却風を発生させるラジエターファンとを備え、
前記インバータ冷却制御手段は、前記インバータのスイッチング周波数に応じて前記冷却風の風量を制御することで前記冷却装置の冷却性能を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両のインバータ冷却制御装置。
【請求項４】
前記インバータ冷却制御手段は、前記モータの出力と前記インバータのスイッチング周波数とに応じて前記冷却装置の冷却性能を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両のインバータ冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の動力源となるモータを駆動するインバータと、該インバータを冷却する冷却装置とを備えた車両のインバータ冷却制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として交流モータを搭載した電気自動車やハイブリッド車が注目されている。このような電気自動車やハイブリッド車においては、二次電池等からなる直流電源に接続されたインバータで直流電圧を交流電圧に変換して交流モータを駆動するようにしたものがある。
【０００３】
このような電気自動車やハイブリッド車においては、インバータの過熱（スイッチング素子の過熱）による故障を防止するために、例えば、特許文献１（特開２００７−１６６８０４号公報）や特許文献２（特開２００８−７２８１８号公報）に記載されているように、インバータとラジエタとの間で冷却媒体（例えば冷却水）を循環させてインバータを冷却するようにしたものがある。
【０００４】
その際、上記特許文献１では、交流モータの要求出力から生成した電流指令に基づいて冷却媒体の流量を設定するようにしている。また、上記特許文献２では、インバータの温度（スイッチング素子の素子温度）を検出する温度センサを設け、この温度センサで検出したインバータの温度に基づいて冷却媒体の流量を設定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６８０４号公報
【特許文献２】特開２００８−７２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、インバータは、交流モータを駆動する際のスイッチング周波数に応じてスイッチング素子の発熱量が変化する（スイッチング周波数が高くなるほどスイッチング素子の発熱量が増加する）という特性があり、スイッチング素子の発熱量はスイッチング周波数の影響を大きく受ける。
【０００７】
しかし、上記特許文献１や上記特許文献２のインバータ冷却制御では、インバータのスイッチング周波数の影響を全く考慮していないため、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に応答良く対応することができず、スイッチング素子の発熱量に応じた適正な冷却性能でインバータを冷却することが困難であり、インバータの過剰冷却による燃費悪化を招く可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、インバータのスイッチング素子の発熱量に応じた適正な冷却性能でインバータを冷却することができ、車両性能を向上させることができる車両のインバータ冷却制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の動力源となるモータを駆動するインバータと、該インバータを冷却する冷却装置とを備えた車両のインバータ冷却制御装置において、インバータのスイッチング周波数に応じて冷却装置の冷却性能を制御するインバータ冷却制御手段を備えた構成としたものである。
【００１０】
この構成では、インバータのスイッチング周波数に応じて冷却装置の冷却性能を制御することができるため、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に応答良く対応して冷却装置の冷却性能を変化させることができ、スイッチング素子の発熱量に応じた適正な冷却性能でインバータを冷却することができる。これにより、インバータの過剰冷却による燃費悪化を防止することができ、車両性能を向上させることができる。
【００１１】
この場合、請求項２のように、インバータとラジエタとの間で冷却媒体（例えば冷却水）を循環させるポンプを備えたシステムでは、インバータのスイッチング周波数に応じて冷却媒体の流量を制御することで冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。このようにすれば、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に対応して、冷却媒体の流量を変化させて冷却装置の冷却性能を変化させることができる。
【００１２】
また、請求項３のように、ラジエタの冷却風を発生させるラジエターファンを備えたシステムでは、インバータのスイッチング周波数に応じて冷却風の風量を制御することで冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。このようにすれば、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に対応して、冷却風の風量を変化させて冷却装置の冷却性能を変化させることができる。
【００１３】
また、インバータは、モータの出力によってもスイッチング素子の発熱量が変化するため、請求項４のように、モータの出力とインバータのスイッチング周波数とに応じて冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。このようにすれば、モータの出力の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化と、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化の両方に応答良く対応して冷却装置の冷却性能を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２はインバータの冷却システムの概略構成を示す図である。
【図３】図３はインバータ冷却制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】図４は目標冷却水流量のマップの一例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の駆動システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１と第１の交流モータ１２と第２の交流モータ１３が搭載され、エンジン１１と第２の交流モータ１３が車輪１４を駆動する動力源となる。エンジン１１のクランク軸１５の動力は、動力分割機構１６で二系統に分割される。
【００１６】
この動力分割機構１６は、サンギヤとピニオンギヤとリングギヤ（いずれも図示せず）等からなる遊星ギヤ機構で構成されている。ピニオンギヤには、キャリア（図示せず）を介してエンジン１１のクランク軸１５が連結され、サンギヤには、主に発電機として使用する第１の交流モータ１２の回転軸が連結されている。また、リングギヤには、ペラ軸１７（駆動軸）が連結され、このペラ軸１７の動力がデファレンシャルギヤ機構３２や車軸３３等を介して車輪１４に伝達される。第２の交流モータ１３の回転軸は、減速ギヤ機構１８を介してペラ軸１７に連結されている。車軸３３と車輪１４との間には、車輪１４に制動力を作用させる油圧式のブレーキ装置３４が設けられている。
【００１７】
第１の交流モータ１２と第２の交流モータ１３は、パワーコントロールユニット２０を介してバッテリ２１に接続されている。このパワーコントロールユニット２０には、第１の交流モータ１２を駆動する第１のインバータ２２と、第２の交流モータ１３を駆動する第２のインバータ２３が設けられ、各交流モータ１２，１３は、それぞれインバータ２２，２３を介してバッテリ２１と電力を授受するようになっている。エンジン１１には、クランク軸１５が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられ、このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
ハイブリッドＥＣＵ２５は、ハイブリッド車全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ２６、シフトレバーの操作位置を検出するシフトスイッチ２７、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ２８、車速を検出する車速センサ２９等の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ２５は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ３０と、第１及び第２のインバータ２２，２３を制御して第１及び第２の交流モータ１２，１３の運転を制御するＭＧ−ＥＣＵ３１との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ＥＣＵ３０，３１によって車両の運転状態に応じてエンジン１１と第１の交流モータ１２と第２の交流モータ１３の運転を制御する。
【００１９】
例えば、発進時や低負荷時（エンジン１１の燃費効率が悪い領域）は、エンジン１１を停止状態に維持して、バッテリ２１の電力で第２の交流モータ１３を駆動し、この第２の交流モータ１３の動力のみで車輪１４を駆動して走行するモータ走行を行う。
【００２０】
エンジン１１を始動する場合には、バッテリ２１の電力で第１の交流モータ１２を駆動し、この第１の交流モータ１２の動力を動力分割機構１６を介してエンジン１１のクランク軸１５に伝達することで、クランク軸１５を回転駆動してエンジン１１を始動する。
【００２１】
通常走行時には、エンジン１１のクランク軸１５の動力を動力分割機構１６によって第１の交流モータ１２側とペラ軸１７側の二系統に分割し、その一方の系統の出力でペラ軸１７を駆動して車輪１４を駆動し、他方の系統の出力で第１の交流モータ１２を駆動して第１の交流モータ１２で発電し、その発電電力で第２の交流モータ１３を駆動して第２の交流モータ１３の動力でも車輪１４を駆動する。更に、急加速時には、第１の交流モータ１２の発電電力の他にバッテリ２１の電力も第２の交流モータ１３に供給して、第２の交流モータ１３の駆動分を増加させる。
【００２２】
減速時には、車輪１４の動力で第２の交流モータ１３を駆動して第２の交流モータ１３を発電機として作動させることで、車両の運動エネルギを第２の交流モータ１３で電力に変換してバッテリ２１に回収（充電）する。
【００２３】
次に、図２に基づいてインバータ２２，２３の冷却システムの概略構成を説明する。
パワーコントロールユニット２０には、インバータ２２，２３の冷却水通路（図示せず）が設けられ、このインバータ２２，２３の冷却水通路の出口とラジエタ３５の入口とが冷却水循環パイプ３６によって接続され、ラジエタ３５の出口とインバータ２２，２３の冷却水通路の入口とが冷却水循環パイプ３７によって接続されている。これにより、インバータ２２，２３の冷却水通路→冷却水循環パイプ３６→ラジエタ３５→冷却水循環パイプ３７→インバータ２２，２３の冷却水通路の経路で冷却水（冷却媒体）が循環する冷却水循環回路３８が形成されている。この冷却水循環回路３８の途中（例えば冷却水循環パイプ３７又は冷却水循環パイプ３６）に、冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ３９が設けられている。これらのインバータ２２，２３の冷却水通路、ラジエタ３５、冷却水循環パイプ３６，３７、電動ウォータポンプ３９等により冷却装置４０が構成されている。
【００２４】
ＭＧ−ＥＣＵ３１（又はハイブリッドＥＣＵ２５）は、図示しないモータ制御ルーチンを実行することで、第１及び第２の交流モータ１２，１３のトルク制御を次のようにして実行する。
【００２５】
第１の交流モータ１２のトルク指令値とモータ回転速度等に基づいて、例えば、正弦波ＰＷＭ制御方式又は矩形波制御方式等で三相電圧指令信号を生成して第１のインバータ２２に出力する。これにより、第１の交流モータ１２の出力トルクが目標トルク（トルク指令値）となるように第１のインバータ２２の各スイッチング素子（図示せず）のスイッチング動作を制御して第１の交流モータ１２に印加する交流電圧を制御する。
【００２６】
第２の交流モータ１３のトルク指令値とモータ回転速度等に基づいて、例えば、正弦波ＰＷＭ制御方式又は矩形波制御方式等で三相電圧指令信号を生成して第２のインバータ２３に出力する。これにより、第２の交流モータ１３の出力トルクが目標トルク（トルク指令値）となるように第２のインバータ２３の各スイッチング素子（図示せず）のスイッチング動作を制御して第２の交流モータ１３に印加する交流電圧を制御する。
【００２７】
その際、各インバータ２２，２３のスイッチング周波数は、車両の運転条件（例えば、車速、トルク指令値、モータ回転速度、冷却水温、モータ制御モード、アクセル開度、車両加速度等のうちの少なくとも１つ）に応じて予め適合された値に設定される。例えば、車速が低い領域（インバータ２２，２３の作動音が問題となる領域）ではインバータ２２，２３の作動音が小さくなるようにスイッチング周波数が設定される。尚、スイッチング周波数の設定方法は、適宜変更しても良い。
【００２８】
一般に、インバータ２２，２３は、交流モータ１２，１３を駆動する際のスイッチング周波数に応じてスイッチング素子の発熱量が変化する（スイッチング周波数が高くなるほどスイッチング素子の発熱量が増加する）という特性があり、スイッチング素子の発熱量はスイッチング周波数の影響を大きく受ける。
【００２９】
そこで、本実施例では、ＭＧ−ＥＣＵ３１（又はハイブリッドＥＣＵ２５）により後述する図３のインバータ冷却制御ルーチンを実行することで、インバータ２２，２３のスイッチング周波数に応じて冷却装置４０の冷却性能を制御するようにしている。
【００３０】
具体的には、第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数のうちの高い方をインバータ冷却制御用のスイッチング周波数として設定し、このインバータ冷却制御用のスイッチング周波数に応じて冷却水の流量を制御することで冷却装置４０の冷却性能を制御する。これにより、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に応答良く対応して、冷却水の流量を変化させて冷却装置４０の冷却性能を変化させることができる。
【００３１】
以下、ＭＧ−ＥＣＵ３１（又はハイブリッドＥＣＵ２５）が実行する図３のインバータ冷却制御ルーチンの処理内容を説明する。
【００３２】
図３に示すインバータ冷却制御ルーチンは、ＭＧ−ＥＣＵ３１（又はハイブリッドＥＣＵ２５）の電源オン中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうインバータ冷却制御手段としての役割を果たす。
【００３３】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、モータ制御によって設定された第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数のうちの高い方をインバータ冷却制御用のスイッチング周波数として設定する。
【００３４】
この後、ステップ１０３に進み、第１及び第２の交流モータ１２，１３のモータ出力（＝トルク指令値×モータ回転速度）を読み込んだ後、ステップ１０４に進み、第１及び第２の交流モータ１２，１３のモータ出力のうちの大きい方をインバータ冷却制御用のモータ出力として設定する。
【００３５】
この後、ステップ１０５に進み、図４に示す目標冷却水流量のマップを参照して、インバータ冷却制御用のスイッチング周波数とインバータ冷却制御用のモータ出力とに応じた目標冷却水流量を算出する。
【００３６】
一般に、インバータ２２，２３のスイッチング周波数が高くなるほどスイッチング素子の発熱量が増加する。また、交流モータ１２，１３のモータ出力が大きくなるほどスイッチング素子の発熱量が増加する。このような特性を考慮して、図４の目標冷却水流量のマップは、スイッチング周波数が高くなるほど、また、モータ出力が大きくなるほど、目標冷却水流量が多くなるように設定されている。この目標冷却水流量のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＭＧ−ＥＣＵ３１（又はハイブリッドＥＣＵ２５）のＲＯＭに記憶されている。
【００３７】
この後、ステップ１０６に進み、冷却装置４０の冷却水の流量が目標冷却水流量になるように電動ウォータポンプ３９を駆動する。これにより、スイッチング周波数とモータ出力とに応じて冷却水の流量を制御する。
【００３８】
以上説明した本実施例では、インバータ２２，２３のスイッチング周波数に応じて冷却水の流量を制御することで冷却装置４０の冷却性能を制御するようにしたので、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化に応答良く対応して、冷却水の流量を変化させて冷却装置４０の冷却性能を変化させることができ、スイッチング素子の発熱量に応じた適正な冷却性能でインバータ２２，２３を冷却することができる。これにより、インバータ２２，２３の過剰冷却による燃費悪化を防止することができ、車両性能を向上させることができる。
【００３９】
しかも、本実施例では、交流モータ１２，１３のモータ出力とインバータ２２，２３のスイッチング周波数とに応じて冷却装置４０の冷却性能を制御するようにしたので、モータ出力の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化と、スイッチング周波数の変化によるスイッチング素子の発熱量の変化の両方に応答良く対応して冷却装置４０の冷却性能を変化させることができる。
【００４０】
尚、上記実施例では、第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数のうちの高い方をインバータ冷却制御用のスイッチング周波数として設定するようにしたが、インバータ冷却制御用のスイッチング周波数の設定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、第１及び第２のインバータ２２，２３のスイッチング周波数の平均値をインバータ冷却制御用のスイッチング周波数として設定するようにしても良い。
【００４１】
また、第１及び第２の交流モータ１２，１３のモータ出力のうちの大きい方をインバータ冷却制御用のモータ出力として設定するようにしたが、インバータ冷却制御用のモータ出力の設定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、第１及び第２の交流モータ１２，１３のモータ出力の平均値をインバータ冷却制御用のモータ出力として設定するようにしても良い。
【００４２】
また、上記実施例では、スイッチング周波数やモータ出力に応じて冷却水の流量（電動ウォータポンプ３９の駆動量）を制御することで冷却装置４０の冷却性能を制御するようにしたが、冷却装置４０の冷却性能を制御する方法は、これに限定されず、例えば、ラジエタ３５の冷却風を発生させるラジエターファンを備えたシステムの場合には、スイッチング周波数やモータ出力に応じて冷却風の風量（ラジエターファンの駆動量）を制御することで冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。
【００４３】
更に、スイッチング周波数やモータ出力に応じて冷却水の流量（電動ウォータポンプ３９の駆動量）と冷却風の風量（ラジエターファンの駆動量）の両方を制御することで冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。
【００４４】
また、インバータ２２，２３に冷却風を送風する冷却ファンを備えた空冷式の冷却システムの場合には、スイッチング周波数やモータ出力に応じて冷却風の風量（冷却ファンの駆動量）を制御することで冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。
【００４５】
また、モータ出力とスイッチング周波数の両方に応じて冷却装置の冷却性能を制御する構成に限定されず、スイッチング周波数のみに応じて冷却装置の冷却性能を制御するようにしても良い。
【００４６】
また、上記実施例では、インバータを２つ備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、インバータを１つ備えたシステムやインバータを３つ以上備えたシステムに本発明を適用しても良い。
【００４７】
また、上記実施例では、エンジンの動力を動力分割機構で分割するスプリットタイプのハイブリッド車に本発明を適用したが、これに限定されず、パラレルタイプやシリーズタイプ等の他の方式のハイブリッド車に本発明を適用しても良い。更に、エンジンとモータの両方を動力源とするハイブリッド車に限定されず、モータのみを動力源とする電気自動車に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１１…エンジン（内燃機関）、１２，１３…交流モータ、１６…動力分割機構、２１…バッテリ、２２，２３…インバータ、２５…ハイブリッドＥＣＵ、３０…エンジンＥＣＵ、３１…ＭＧ−ＥＣＵ（インバータ冷却制御手段）、３５…ラジエタ、３６，３７…冷却水循環パイプ、３８…冷却水循環回路、３９…電動ウォータポンプ、４０…冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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