(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータと、インバータを冷却するインバータ冷却系と、インバータに設けられたスイッチ素子及び平滑コンデンサと、モータジェネレータと、バッテリと、を含むハイブリッド車両用駆動装置において、
インバータの冷媒温度を測定するインバータ冷媒温度測定手段と、
エンジンの冷媒温度を測定するエンジン冷媒温度測定手段と、
インバータ出力を測定するインバータ出力測定手段と、
車両が停車状態、かつ、バッテリ充電のためにエンジンがアイドリング回転をしている状況においてアイドリング継続時間を測定する低負荷時間測定手段と、
初期温度値と低負荷時間測定手段からの継続時間とインバータ冷媒温度とエンジン冷媒温度とインバータ出力とを含む指数関数式に基づいて平滑コンデンサの温度を推定する温度推定手段と、
温度推定手段により得られた推定温度が許容温度を上回る場合、インバータ出力を低減する出力低減動作、インバータ冷却系の冷却を促進する冷却促進動作、のいずれか一つ以上を実行して平滑コンデンサの過熱を防ぐ過熱防止手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
温度推定手段は、さらに、
車両が停車状態、かつ、アイドリングが継続した時間が所定時間以上となった場合には、オフセット値を平滑コンデンサの温度に加算して推定温度引き上げることを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
【請求項３】
エンジンと、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータと、インバータを冷却するインバータ冷却系と、インバータに設けられたスイッチング素子及び平滑コンデンサと、モータジェネレータと、バッテリと、を含むハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、
インバータ冷媒温度を測定するインバータ冷媒温度測定工程と、
エンジン冷媒温度を測定するエンジン冷媒温測定工程と、
インバータ出力を測定するインバータ出力測定工程と、
車両が停車状態、かつ、バッテリ充電のためにエンジンがアイドリング回転をしている状況においてアイドリング継続時間を測定する低負荷時間測定工程と、
初期温度値と低負荷時間測定工程からの継続時間とインバータ冷媒温度とエンジン冷媒温度とインバータ出力とを含む指数関数式に基づいて平滑コンデンサの温度を推定する温度推定工程と、
温度推定工程により得られた推定温度が許容温度を上回る場合、インバータ出力を低減する出力低減動作、インバータ冷却系の冷却を促進する冷却促進動作、のいずれか一つ以上を実行して平滑コンデンサの過熱を防ぐ過熱防止工程と、
を含むことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、
温度推定工程は、さらに、
車両が停車状態、かつ、アイドリングが継続した時間が所定時間以上となった場合には、オフセット値を平滑コンデンサの温度に加算して推定温度引き上げることを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エンジンと、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータと、インバータを冷却するインバータ冷却系と、インバータに設けられたスイッチ素子及び平滑コンデンサと、を含むハイブリッド車両用駆動装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジン及びモータの駆動力を用いて走行可能なハイブリッド車両には、主バッテリの電圧を昇圧するコンバータと、昇圧された電力を三相交流に変換してモータを駆動するインバータと、が設けられている。
【０００３】
コンバータ及びインバータ等（以下、インバータという。）には、ＩＧＢＴ等のような半導体スイッチング素子や平滑用のフィルムコンデンサ又はアルミ電解コンデンサ等（以下、平滑コンデンサという）が組み込まれている。使用されている半導体スイッチング素子は大電流通電に伴う発熱により許容温度以上となり、接合が破壊される可能性があり、同様に温度が過度に上昇することで平滑コンデンサにも悪影響が出る。
【０００４】
そこで、インバータの過度な温度上昇を防止するために、インバータ回路近傍に設けられた温度センサによりインバータ回路の素子温度を検出し、検出した温度が許容温度以上となる場合、インバータ回路の出力周波数を低下させ、半導体スイッチング素子の発熱量を低減する技術がある。しかし、半導体スイッチング素子から温度センサまでの放熱経路には伝熱抵抗と熱容量とに起因する熱伝導の遅れが存在し、過酷な条件下では、半導体スイッチング素子の発熱量の絞りが遅れ、過渡的にその温度が許容値を超える場合があった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、半導体スイッチング素子近傍の温度センサから継続的に検出した温度変化速度（単位時間に対する温度の変化）が、上昇方向でかつ所定値より大きい場合、半導体スイッチング素子に通電する電流の減少速度を増加させることにより、温度検出遅れにもかかわらす半導体スイッチング素子の温度を所定の許容温度以下に制御する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８３３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した技術は、発熱源である半導体スイッチング素子に対する技術であり、平滑コンデンサの許容温度以下に制御する装置又は制御は成されていなかった。また、ハイブリッド車両がアイドル運転中、かつ、バッテリ充電のためのエンジン運転によりモータジェネレータの駆動を継続する場合、走行風による冷却も行われず、インバータ自身の発熱とエンジン排熱との影響で平滑コンデンサの温度が上昇する場合がある。
【０００８】
例えば、アルミ電解コンデンサを平滑コンデンサに用いている場合、許容温度は約１０５度であるため、平滑コンデンサの外周部では許容温度以下となるが、電力変換を継続することにより内部では許容温度を超える場合があり、平滑コンデンサの劣化の原因となる。
【０００９】
そこで、本発明は、インバータの出力性能の低下を抑止するために平滑コンデンサの過熱を防ぎ、安定した性能を発揮することのできるハイブリッド車両用駆動装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上のような目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、エンジンと、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータと、インバータを冷却するインバータ冷却系と、インバータに設けられたスイッチ素子及び平滑コンデンサと、モータジェネレータと、バッテリと、を含むハイブリッド車両用駆動装置において、インバータの冷媒温度を測定するインバータ冷媒温度測定手段と、エンジンの冷媒温度を測定するエンジン冷媒温度測定手段と、インバータ出力を測定するインバータ出力測定手段と、車両が停車状態、かつ、バッテリ充電のためにエンジンがアイドリング回転をしている状況においてアイドリング継続時間を測定する低負荷時間測定手段と、初期温度値と低負荷時間測定手段からの継続時間とインバータ冷媒温度とエンジン冷媒温度とインバータ出力とを含む指数関数式に基づいて平滑コンデンサの温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段により得られた推定温度が許容温度を上回る場合、インバータ出力を低減する出力低減動作、インバータ冷却系の冷却を促進する冷却促進動作、のいずれか一つ以上を実行して平滑コンデンサの過熱を防ぐ過熱防止手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置において、温度推定手段は、さらに、車両が停車状態、かつ、アイドリングが継続した時間が所定時間以上となった場合には、オフセット値を平滑コンデンサの温度に加算して推定温度引き上げることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置の制御方法は、エンジンと、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータと、インバータを冷却するインバータ冷却系と、インバータに設けられたスイッチング素子及び平滑コンデンサと、モータジェネレータと、バッテリと、を含むハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、インバータ冷媒温度を測定するインバータ冷媒温度測定工程と、エンジン冷媒温度を測定するエンジン冷媒温測定工程と、インバータ出力を測定するインバータ出力測定工程と、車両が停車状態、かつ、バッテリ充電のためにエンジンがアイドリング回転をしている状況においてアイドリング継続時間を測定する低負荷時間測定工程と、初期温度値と低負荷時間測定工程からの継続時間とインバータ冷媒温度とエンジン冷媒温度とインバータ出力とを含む指数関数式に基づいて平滑コンデンサの温度を推定する温度推定工程と、温度推定工程により得られた推定温度が許容温度を上回る場合、インバータ出力を低減する出力低減動作、インバータ冷却系の冷却を促進する冷却促進動作、のいずれか一つ以上を実行して平滑コンデンサの過熱を防ぐ過熱防止工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、温度推定工程は、さらに、車両が停車状態、かつ、アイドリングが継続した時間が所定時間以上となった場合には、オフセット値を平滑コンデンサの温度に加算して推定温度引き上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を用いることにより、発熱源である半導体スイッチング素子の温度だけでなく、平滑コンデンサの温度を許容温度以下とするような制御を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１６】
図１は平滑コンデンサの過熱保護装置として機能する過熱保護ＥＣＵ２３を含むハイブリッド自動車１００の概略構成である。本発明の特徴的な事項の一つは、温度センサの検出遅れがあってもインバータの発熱源である半導体スイッチ素子だけでなく、平滑コンデンサに対しても所定の許容温度以下となるような制御を行うことである。
【００１７】
図１のハイブリッド自動車１００は、大きく分けてエンジン１３とモータジェネレータ３１とモータ３２との回転力を車輪１５に伝達する伝達系と、冷媒として冷却水を用いたエンジン冷却系及びインバータ冷却系と、これらを制御する制御系と、を有している。また、伝達系は、エンジン１３と、モータジェネレータ３１と、モータ３２と、遊星歯車機構１４と、デファレンシャルギア１６と、車輪１５と、を有し、遊星歯車機構１４に接続されたエンジン１３とモータジェネレータ３１及びモータ３２により車輪１５を回転させる。ここで、モータジェネレータ３１は遊星歯車機構１４を介してエンジン１３により回転され、ジェネレータとしても機能する。
【００１８】
エンジン冷却系は、冷却水の流れる順に、エンジン用ラジエータ１１と、ポンプ６２と、エンジン用冷却水通路５６と、エンジン１３内部に設けられた冷却水通路１３ａと、温度センサ４１と、エンジン用冷却水通路５７と、を有している。また、インバータ冷却系は、同様に冷却水の流れる順に、インバータ用ラジエータ１０と、ポンプ６１と、インバータ用冷却水通路５１と、インバータ３３内部に設けられた冷却水通路３３ａと、インバータ用冷却水通路５２と、インバータ３４内部に設けられた冷却水通路３４ａと、温度センサ４３と、インバータ用冷却水通路５３と、モータ３２内部に設けられた冷却水通路３２ａと、インバータ用冷却水通路５４と、モータジェネレータ３１内部に設けられた冷却水通路３１ａと、インバータ用冷却水通路５５と、を有している。
【００１９】
制御系は、全体を制御するハイブリッドＥＣＵ２１と、エンジン１３を制御するエンジンＥＣＵ２２と、インバータ３３，３４とバッテリ３５とを制御するモータＥＣＵ２４と、本発明の特徴の一つである過熱保護ＥＣＵ２３と、を有している。過熱保護ＥＣＵ２３は、エンジン水温度を測定する温度センサ４１と、インバータ３３，３４の雰囲気温度を測定する温度センサ４２と、インバータ水温度を測定する温度センサ４３と、に接続されている。また、過熱保護ＥＣＵ２３は、ハイブリッドＥＣＵ２１より、車両の各種情報を取得すると共に、モータＥＣＵ２４からインバータ３３，３４の出力値を取得する。
【００２０】
図２はインバータ３３と、バッテリ３５と、モータジェネレータ３１と、の構成を示している。図２のインバータ３３は、大容量の平滑・コンデンサ３７ａと高周波除去用のスナバ・コンデンサ３７ｂと、半導体スイッチング素子３６と、を有している。インバータ３３は、バッテリ３５からの直流電力をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相交流に変換してモータジェネレータ３１に出力することや、モータジェネレータ３１が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電することができる。一般的に、発熱源である半導体スイッチング素子３６の近傍に平滑・コンデンサ３７ａ及び高周波信号を平滑するスナバ・コンデンサ３７ｂが配置されているため、放熱には特別な配慮が必要である。
【００２１】
図３には平滑コンデンサの温度算出処理の流れが示されており、図４には熱保護ＥＣＵで推定される平滑コンデンサ推定温度の時間変化が示されている。ハイブリッド自動車が停車し、バッテリ充電のためにエンジンがアイドリング回転をしている状況において、図１，図３，図４と以下に示す式とを用いて処理の流れを説明する。なお、図中では平滑コンデンサを単にコンデンサと呼ぶ。
【００２２】
図１のハイブリッドＥＣＵ２１は、バッテリ３５を充電するために、エンジンＥＣＵ２２とモータＥＣＵ２４に指令を出し、エンジン１３の駆動力をモータジェネレータ３１に伝達させる。これにより、エンジン１３の駆動力は、遊星歯車機構１４によりモータジェネレータ３１に伝達され、モータジェネレータ３１を駆動してモータジェネレータ３１が発電をする。発電した交流電力は、インバータ３３にて直流電力に変換され、バッテリ３５を充電する。以下に、コンデンサの温度算出処理について示す。
【００２３】
図３のステップＳ１０において、ハイブリッド自動車がアイドル放置状態であることを検知すると、ステップＳ１２へ進み、アイドリング継続時間の計測を開始する。次に、ステップＳ１４において、式１と式２に示すコンデンサ温度算出処理を実行する。コンデンサ温度Ｔｃは、雰囲気温度Ｔａの初期値であるＴａｏから飽和温度Ａまでの指数関数で表すことができる。また、Ｔはコンデンサ温度上昇時定数であり、これらの関係を式１に示す。
【００２４】
Ｔｃ＝Ａ（１−ｅ-t/T）＋Ｔａｏ  ・・・（式１）
【００２５】
ここで、飽和温度Ａは、コンデンサ外部の雰囲気温度Ｔａと、エンジン水温度Ｔｅｗと、インバータ水温度Ｔｉｗと、インバータ出力Ｐｉと、係数α，β，γと、で表すことができ、その関係を式２に示す。
【００２６】
Ａ＝Ｔａ＋αＴｅｗ＋βＰｉ−γＴｉｗ  ・・・（式２）
【００２７】
ここで、飽和温度Ａと，係数α，β，γと、は実際のハイブリッド自動車の特性を測定することによりその定数を得ることができ、適合定数と呼ぶ。この適合定数は、コンデンサを始め、様々な温度を実測可能な実験用の車両を仕立て、その実験車両の実測値を基にして、最良と思われる数値の組み合わせとして得られた定数である。ここで、エンジン水温度Ｔｅｗと、インバータ水温度Ｔｉｗと、インバータ出力Ｐｉと、は過熱保護ＥＣＵ２３が温度センサ４１，４２，４３や外部機器から取得する認識値であり、これらの情報を用いてステップＳ１４にてコンデンサ温度Ｔｃが算出される。
【００２８】
次に、ステップＳ１５において、アイドル放置が所定時間以上放置されたかを判定し、もし所定時間以上放置された場合には、ステップＳ１６に移り、コンデンサ温度Ｔｃにオフセット値を加算して推定温度を高く見積もり、ステップＳ１７に移る。この処理は、図４の横軸時間、縦軸平滑コンデンサ温度のグラフに示されるように、雰囲気温度Ｔａｏから徐々に温度が上昇し、飽和温度Ａ付近まで上昇するまでの時間をアイドル放置時間しきい値として用い、以後はコンデンサ温度Ｔｃにオフセット加算し、コンデンサ温度を高めに推定するものである。
【００２９】
次に、ステップＳ１７において、推定されたコンデンサ温度Ｔｃが保護開始温度以上であるかを判定する。もし、保護開始温度以上である場合はステップＳ１８に移り、保護処理を実行する。ここで、特徴的なことは、コンデンサ温度Ｔｃと保護開始温度との温度差に基づいて、温度差の少ない順に、（１）図１のインバータ用のポンプ６１の吐出速度の増加、（２）図１のラジエータを冷却するファン１２回転速度の増加、（３）１と２との組み合わせ、（４）インバータ出力Ｐｉの低減、等を組み合わせて実行する。
【００３０】
ステップＳ２０にてコンデンサ温度Ｔｃが保護開始温度以下になるまでステップＳ１７〜Ｓ２０を繰り返す。もし、ステップＳ２０において、コンデンサ温度Ｔｃが保護開始温度以下と判定されると、ステップＳ２２の通常制御に移り、最初のステップＳ１０に戻る。
【００３１】
以上、上述したように、本実施形態を用いることにより、発熱源である半導体スイッチング素子の温度だけでなく、平滑コンデンサの温度を許容温度以下とするような制御を実現できる。このような処理により平滑コンデンサの劣化を防止することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、既存のハイブリッド車両に簡単に組み込むため、ハイブリッドＥＣＵやモータＥＣＵとは別の過熱防止ＥＣＵとしてコンデンサの温度制御を実施したが、これに限定するものではなく、ハイブリッドＥＣＵやモータＥＣＵ等に組み込んで実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る過熱保護ＥＣＵを含むハイブリッド自動車の構成の概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインバータの構成を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱保護ＥＣＵで処理されるコンデンサ温度算出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱保護ＥＣＵで推定される平滑コンデンサ推定温度の時間変化を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  インバータ用ラジエータ、１１  エンジン用ラジエータ、１２  ファン、１３  エンジン、１４  遊星歯車機構、１５  車輪、１６  デファレンシャルギア、２１  ハイビリッドＥＣＵ、２２  エンジンＥＣＵ、２３  過熱保護ＥＣＵ、２４  モータＥＣＵ、３１  モータジェネレータ、３２  モータ、３３，３４  インバータ、３５  バッテリ、３６  半導体スイッチング素子、３７ａ  平滑・コンデンサ、３７ｂ  スナバ・コンデンサ、４１，４２，４３  温度センサ、５１，５２，５３，５４，５５  インバータ用冷却水通路、５６，５７  エンジン用冷却水通路、６１，６２  ポンプ、１００  ハイブリッド自動車。
【図１】
0004967868.tif 000002
【図２】
0004967868.tif 000003
【図３】
0004967868.tif 000004
【図４】
0004967868.tif 000005