(57)【要約】【課題】インバータ回路のそれぞれのスイッチング素子に対応して備えられたすべての温度センサの異常を確実に診断することを課題とする。【解決手段】電力変換により得られた交流電力をモータ４に供給するインバータ回路１を構成する複数のスイッチング素子ＭＵ１〜ＭＷ２にそれぞれ対応して設けられ、対応するスイッチング素子の温度を検出する温度センサＳＵ１〜ＳＷ２のうち、診断対象となる温度センサに対応したスイッチング素子を駆動制御し、その際に温度センサで検出されて選択回路２で選択された温度と、診断対象の温度センサに対応して駆動されたスイッチング素子の電流に基づいて算出されて推定されたスイッチング素子の温度とに基づいて、温度センサの正常／異常を診断して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換により得られた電力を負荷に供給するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサで検出された最も高い温度を選択する選択手段と、
診断対象の前記温度センサに対応して駆動された前記スイッチング素子の電流に基づいて、前記スイッチング素子の温度を推定する温度推定手段と、
前記複数のスイッチング素子に対応して設けられた前記温度センサのうち、診断対象となる前記温度センサに対応した前記スイッチング素子を駆動制御し、前記温度センサで検出されて前記選択手段で選択された温度と、前記温度推定手段で推定された温度とに基づいて、前記温度センサの正常／異常を診断する診断制御手段と
を有することを特徴とするインバータ回路の温度センサ診断装置。
【請求項２】
電力変換により得られた電力を負荷に供給するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサで検出された最も高い温度を選択する選択手段と、
前記複数のスイッチング素子を予め設定された順序ですべて駆動制御し、それぞれのスイッチング素子の駆動に対応して前記選択手段でそれぞれ選択された温度のすべてが予め設定された所定の温度範囲内に収まっているか否かの判別結果に基づいて、前記温度センサの正常／異常を診断する診断制御手段と
を有することを特徴とするインバータ回路の温度センサ診断装置。
【請求項３】
前記診断制御手段は、診断対象の前記温度センサに対応した前記スイッチング素子を他のスイッチング素子に比べて連続して駆動される回数を多くし、診断対象の前記温度センサで検出される前記スイッチング素子の温度が他の温度センサで検出される前記スイッチング素子の温度よりも高くなるように設定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ回路の温度センサ診断装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、電動４輪駆動車両の駆動輪を選択的に駆動するモータ（負荷）に電力を供給し、
前記診断制御手段は、前記モータと前記駆動輪とを解放状態として前記温度センサの診断を実施する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ回路の温度センサ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換するインバータ回路に備えられた温度センサの異常を診断するインバータ回路の温度センサ診断装置に関し、特に車両を駆動するモータに電力を供給するインバータ回路の温度センサ診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動車両を駆動する交流式のモータには、車載されたバッテリから与えられる直流電力を電力変換して得られた交流電力が供給されている。この電力変換を行う装置としては、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワーデバイスで構成されたインバータ回路が多用されている。
【０００３】
このようなインバータ回路に用いられているパワーデバイスには、比較的大きな電流が流れるため、過電流による発熱により素子の温度が上昇して異常を招くおそれがあった。そこで、素子の近傍に温度センサを設け、素子の温度を監視する技術が従来から知られており、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこの種の技術においては、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路を構成する各相の素子毎、すなわちゲートの上側Ｕ相、上側Ｖ相、上側Ｗ相、ゲートの下側Ｕ相、下側Ｖ相、下側Ｗ相の６相の素子のすべてに温度センサが設けられている場合には、それらすべての温度センサで得られた検出信号を取得し、これらの検出信号を比較対比することで特異となっている素子温度を判別し、すべての温度センサの異常を診断することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、最近ではコスト削減の観点からインバータ回路の各相に設けられた温度センサの検出信号をすべて取得せず、例えば各相の素子温度のうち、温度センサで検出された最も高い素子温度のみが選択され、選択された素子温度で温度センサの異常を診断していた。
【０００６】
このような場合には、上述したように選択された相以外の他の相の素子温度との比較対比ができないので、すべての温度センサの異常を診断することができないという不具合を招くことになる。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、インバータ回路のそれぞれのスイッチング素子に対応して備えられたすべての温度センサの異常を確実に診断することができるインバータ回路の温度センサ診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、課題を解決するための第１の手段は、電力変換により得られた電力を負荷に供給するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出された最も高い温度を選択する選択手段と、診断対象の前記温度センサに対応して駆動された前記スイッチング素子の電流に基づいて、前記スイッチング素子の温度を推定する温度推定手段と、前記複数のスイッチング素子に対応して設けられた前記温度センサのうち、診断対象となる前記温度センサに対応した前記スイッチング素子を駆動制御し、前記温度センサで検出されて選択手段で選択された温度と、前記温度推定手段で推定された温度とに基づいて、前記温度センサの正常／異常を診断する診断制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
課題を解決するための第２の手段は、電力変換により得られた電力を負荷に供給するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出された最も高い温度を選択する選択手段と、前記複数のスイッチング素子を予め設定された順序ですべて駆動制御し、それぞれのスイッチング素子の駆動に対応して前記選択手段でそれぞれ選択された温度のすべてが予め設定された所定の温度範囲内に収まっているか否かの判別結果に基づいて、前記温度センサの正常／異常を診断する診断制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、インバータ回路のそれぞれのスイッチング素子に対応して備えられた温度センサの異常を確実に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係るインバータ回路の温度センサ診断装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の装置は、インバータ回路１、選択回路２ならびにコントロールユニット３を備えて構成されている。
【００１３】
インバータ回路１は、直流電源（図示せず）から直流電力を受けて、この直流電力を三相の交流電力に電力変換し、変換で得られた交流電力を例えば後述する電動車両を駆動する交流式のモータ４に供給する。インバータ回路１は、コントロールユニット３から与えられるスイッチング制御信号に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴからなる６つのスイッチング素子をスイッチング制御することで直流電力を三相の交流電力に変換する。変換で得られた三相の交流電力は、各相（Ｕ相、Ｖ相  Ｗ相）に対応した電力供給線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷを介してモータ４に供給される。
【００１４】
すなわち、インバータ回路１の上側Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１と下側Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ２との直列接続点とモータ４とを接続するＵ相の電力供給線ＬＵを介してＵ相の電力がモータ４に供給され、上側Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ１と下側Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ２との直列接続点とモータ４とを接続するＶ相の電力供給線ＬＶを介してＶ相の電力がモータ４に供給され、上側Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ１と下側Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ２との直列接続点とモータ４とを接続するＷ相の電力供給線ＬＷを介してＷ相の電力がモータ４に供給される。
【００１５】
各スイッチング素子のゲート近傍には、スイッチング素子の温度を検出する温度センサがそれぞれ設けられている。すなわち、上側Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１に対応して温度センサＳＵ１が設けられ、下側Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ２に対応して温度センサＳＵ２が設けられ、上側Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ１に対応して温度センサＳＶ１が設けられ、下側Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ２に対応して温度センサＳＶ２が設けられ、上側Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ１に対応して温度センサＳＷ１が設けられ、下側Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ２に対応して温度センサＳＷ２が設けられいる。
【００１６】
それぞれの温度センサＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２で検出された上下各相（各スイッチング素子）の温度検出信号は、選択回路２に与えられる。
【００１７】
Ｕ相の電力供給線ＬＵには、Ｕ相の電力供給線ＬＵを流れるの電流を検出するＵ相の電流センサＳＩＵが設けられ、Ｖ相の電力供給線ＬＶには、Ｖ相の電力供給線ＬＶを流れるの電流を検出するＶ相の電流センサＳＩＶが設けられ、Ｗ相の電力供給線ＬＷには、Ｗ相の電力供給線ＬＷを流れるの電流を検出するＷ相の電流センサＳＩＷが設けられている。各相の電流センサで検出された電流検出信号は、コントロールユニット３に与えられる。
【００１８】
選択回路２は、温度センサＳＵ１で検出された温度検出信号ＴＵ１、温度センサＳＵ２で検出された温度検出信号ＴＵ２、温度センサＳＶ１で検出された温度検出信号ＴＶ１、温度センサＳＶ２で検出された温度検出信号ＴＶ２、温度センサＳＷ１で検出された温度検出信号ＴＷ１、ならびに温度センサＳＷ２で検出された温度検出信号ＴＷ２を入力し、最も高い温度の温度検出信号を選択し、選択した温度検出信号をコントロールユニット３に与える。
【００１９】
コントロールユニット３は、インバータ回路１の各スイッチング素子をスイッチング制御して駆動制御するスイッチング制御信号をインバータ回路１の各スイッチング素子に供給し、インバータ回路１の電力変換動作を統御する。コントロールユニット３は、温度センサの異常を診断制御する診断制御手段として機能し、各温度センサＳＵ１〜ＳＷ２で検出された温度検出信号と各電力供給線の電流センサＳＩＵ，ＳＩＶ，ＳＩＷで検出された電流検出信号とに基づいて、各温度センサＳＵ１〜ＳＷ２が異常であるか否かを診断する。コントロールユニット３は、温度推定手段として機能し、スイッチング素子が駆動された際に各電流センサＳＩＵ、ＳＩＶ、ＳＩＷで検出された電流に基づいてスイッチング素子の温度を推定する。コントロールユニット３は、モータ４で駆動される車両の駆動力伝達機構（クラッチ）の駆動力の伝達制御（クラッチの締結／解放）を行う。
【００２０】
すなわち、コントロールユニット３は、本診断装置の動作を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。コントロールユニット３、上記各センサで得られた信号を読み込み、読み込んだ各信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、インバータ回路１の駆動、各温度センサの診断動作、ならびにモータで駆動される電動車両におけるモータ駆動に係わる動作を統括管理して制御する。
【００２１】
次に、図２に示す電動車両の概略構成図を参照して、モータ４で駆動される電動車両について説明する。
【００２２】
図２において、モータ４で得られた駆動力は、クラッチ５ならびにデファレンシャルギア６を介して電動車両の右駆動輪７Ｒと左駆動輪７Ｌに伝達制御される。すなわち、コントロールユニット３から与えられた伝達制御信号に基づいて、クラッチ５が締結された状態でモータ４が駆動されると、モータ４で得られた駆動力が右駆動輪７Ｒと左駆動輪７Ｌに伝達されて両駆動輪が駆動される一方、クラッチ５が解放されるとモータ４が駆動されている場合であってもモータ４で得られた駆動力は両駆動輪には伝達されず両駆動輪は駆動されない。
【００２３】
なお、電動車両においてモータ４で駆動される車輪は、前輪または後輪、もしくは前後輪の双方であってもよく、モータで前輪または後輪の一方が駆動される場合には、他方の車輪はエンジンで駆動される。
【００２４】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、各温度センサＳＵ１〜ＳＷ２の診断手順について説明する。図３において、先ず各温度センサＳＵ１〜ＳＷ２の診断が可能か否かを判別する（ステップＳ３０１）。この判別では、図２に示す電動４輪車両の駆動輪が停止されており、かつクラッチ５が解放され、さらにモータ４が停止してから予め設定された所定時間が経過してインバータ回路１の温度が安定しているか否かを確認する。ここで、所定時間は、回転駆動により発熱したモータ４の温度がモータ４の停止後低下し始めるが、その温度変化が所定より小さくなり変化がほぼなくなるまでの時間として設定される。実際には、温度センサの取付位置によって温度変化が異なるため、予め実験等を行ってその結果に基づいて設定される。
【００２５】
判別の結果、上記判別要件がすべて満足されて診断が可能である場合には、続いて診断の要件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ３０２）。この判別では、診断を実施する相（診断該当相）のスイッチング素子が連続して駆動（導通状態）された回数が他のスイッチング素子に比べて多いか否かを確認する。これは、診断該当相のスイッチング素子に対応して設けられて診断対象の温度センサで検出される温度が他に比べて最も高くなり選択回路２で選択されるためである。
【００２６】
この要件を満足させるために、例えば上Ｕ相が診断該当相である場合には、上Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１が少なくとも２回連続して駆動され、その際に下Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ２と下Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ２が駆動されてモータ４に駆動電流が供給されたことを判別する。なお、上記要件を満足させるならば、スイッチング素子の駆動方法に限定を与えるものではない。
【００２７】
判別の結果、上記要件が成立していない場合には、選択回路２で各温度センサの温度検出信号のうち最も温度が高い温度検出信号を選択した後（ステップＳ３０３）、診断該当相に対応したスイッチング素子を駆動し（ステップＳ３０４）、診断要件の設定を終了する（ステップＳ３０５）。
【００２８】
一方、上記ステップＳ３０２における判別の結果、上記診断の要件が成立した場合には、診断該当相に対応したスイッチング素子を駆動した際に各電流センサＳＩＵ、ＳＩＶ、ＳＩＷで検出された電流検出信号をコントロールユニット３に入力する（ステップＳ３０６）。
【００２９】
次に、診断該当相に対応した電流検出信号に基づいて、診断該当相のアーム部の消費電力を推定し、このアーム部の消費電力に基づいて診断該当相のスイッチング素子の温度を推定する（ステップＳ３０７）。
【００３０】
先ず、診断該当相のアーム部の消費電力Ｗは、スイッチング素子を流れて電流センサで検出された電流をＩ、アーム部の抵抗率をρ、アームの長さをｄとすると、次式（１）で算出される。
【００３１】
（数１）
Ｗ＝Ｉ２×（ρ×ｄ）  …（１）
そして、スイッチング素子の温度Ｔは、上式（１）で算出されたアーム部の消費電力Ｗを用いて、雰囲気温度をＴａ、アーム部のジャンクション熱抵抗をθｊａとすると、次式（２）で算出される。
【００３２】
（数２）
Ｔ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｗ  …（２）
なお、雰囲気温度Ｔａは図示しない気温センサを設置し、この気温センサで得られた温度を用いてもよいし、あるいは温度センサが正常な状態であると診断され、かつモータ４が停止した後十分時間が経過した時点で選択回路２で選択された温度検出信号を保持して用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、選択回路２で各温度センサで検出された温度のうちも最も高い温度を選択し、スイッチング素子の最高温度とする（ステップＳ３０８）。その後、先のステップＳ３０７で推定されたスイッチング素子の温度と、先のステップＳ３０８で取得された最高温度とを比較対比して、両者が予め設定された所定範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ３０９）。なお、推定されるスイッチング素子の温度は、スイッチング素子が駆動された回数に対応して算出されたアーム部の消費電力に基づいて算出される。
【００３４】
判別の結果、両者が所定の範囲内に収まっていない場合には、診断該当相の温度センサにおいては、他の相に比べてスイッチング素子が多く駆動されて温度が上昇し最高温度として選択回路２で選択されるべきところ（正常である場合）が選択されなかったことにより、診断該当相の温度センサが異常で最高温度を検出できなかったと推定する一方（ステップＳ３１０）、両者が所定の範囲内に収まっている場合には、診断該当相の温度センサは正常であると推定する（ステップＳ３１０）。その後、次に診断を実施する診断該当相に対応したスイッチング素子を駆動し（ステップＳ３１１）、再度上述した一連の処理を繰り返し実行する。
【００３５】
このように、上記実施例１においては、インバータ回路１の各相のスイッチング素子に対応して設けられた温度センサで検出された温度検出信号をすべてコントローラに入力することなく、温度検出信号の中から最も高い温度の検出信号を選択し、選択した温度検出信号だけを診断制御手段にに入力するような構成の診断手法においても、インバータ回路１の各相のスイッチング素子に対応して設けられたすべての温度センサの診断を確実に行うことができる。
【００３６】
この実施例の診断手法を、電動４輪駆動車両の駆動輪を駆動するモータ（負荷）に電源を供給するインバータ回路に適用した場合に、モータと駆動輪とを切り離した状態でモータに駆動電流を流して温度センサの診断を行うことで、車両の挙動に影響を与えることなく診断を実施することができる。また、モータと駆動輪とを切り離した状態の車両の一時停止時であっても温度センサの診断を行うことが可能となり、温度センサの異常を検出した際には、それを速やかに呈示して車両の走行を停止する等の対処を行うことで、車両走行の安全性を高めることができる。
【実施例２】
【００３７】
図４はこの発明の実施例２に係る診断手順を示すフローチャートである。この実施例２の特徴とするところは、図１に示す電流センサＳＩＵ、ＳＩＶ、ＳＩＷを削除し、診断時にインバータ回路１の各相に流れた電流に基づいて温度センサの温度を推定する手段を採用せずに温度センサの異常を診断するようにしたことにある。
【００３８】
図４において、先ず各温度センサＳＵ１〜ＳＷ２の診断が可能か否かを判別する（ステップＳ４０１）。この判別では、図２に示す電動４輪車両の駆動輪が停止されており、かつクラッチ５が解放され、さらにモータ４が停止してから予め設定された所定時間が経過してインバータ回路１の温度が安定しているか否かを確認する。
【００３９】
判別の結果、上記判別要件がすべて満足されて診断が可能である場合には、続いて診断の要件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ４０２）。この判別では、診断の要件として、予め設定された例えば図５に示すような駆動パターンでスイッチング素子が駆動されているか否かを確認する。
【００４０】
図５に示す駆動パターンでは、先ず初期状態（ＩＮＴ）で上Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１が連続して２回駆動され、２回目の駆動後にこのスイッチング素子ＭＵ１に対応して設けられた温度センサＳＵ１の診断を行い、続いて順に下Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ２→上Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ１→下Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１→上Ｗ相のスイッチング素子ＭＷ１→下Ｖ相のスイッチング素子ＭＶ２がこの順に連続して２回駆動され、２回目の駆動後に各スイッチング素子に対応して設けられた温度センサの診断を行う。なお、スイッチング素子を連続して駆動する回数は２回に限定されることはなく、少なくとも２回以上であって他のスイッチング素子よりも多く連続して駆動され、そのときに対応した温度センサ（正常の場合）で最も高い温度として検出されて選択されるようにすればよい。
【００４１】
図４に戻って、判別の結果、上記要件が成立していない場合には、選択回路２で各温度センサの温度検出信号のうち最も温度が高い温度検出信号を選択した後（ステップＳ４０３）、図５に示す駆動パターンとなるようにスイッチング制御信号に基づいて各スイッチング素子を駆動制御し（ステップＳ４０４）、診断要件の設定を終了する（ステップＳ４０５）。
【００４２】
一方、上記ステップＳ４０２における判別の結果、上記診断の要件が成立した場合には、例えば図５に示すパターン１の要件が成立して上Ｕ相のスイッチング素子ＭＵ１が２回連続して駆動されると、選択回路２で最も高い温度の温度検出信号を選択し、パターン１に対応して選択された温度検出信号として保持する（ステップＳ４０６）。
【００４３】
次に、図５に示すパターン１〜パターン６までのすべての駆動パターンを実行したか否かを判別する（ステップＳ４０７）。判別の結果、すべての駆動パターンを実行していない場合には、次の駆動パターンを実行するべくスイッチング制御信号を出力する（ステップＳ４０８）。
【００４４】
一方、図５に示す駆動パターンがすべて実行され、すべてのパターン１〜パターン６に対応して温度検出信号が選択された場合には、各パターン１〜パターン６に対応した温度検出信号が予め設定された所定の温度範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ４０９）。ここで、すべての温度センサＳＵ１〜ＳＷ２が正常である場合には、選択された温度検出信号は概ね同等の温度となり、それらの間の誤差は温度センサの製造上、構造上のばらつきに応じて決まるので、これらのばらつきを考慮して上記所定の温度範囲を設定するようにすればよい。
【００４５】
判別の結果、すべて温度検出信号が所定の温度範囲内に収まっている場合には、温度センサはすべて正常であると診断する。一方、所定の温度範囲内に収まっていない場合には、温度範囲内に収まっていない温度検出信号を取得した際の駆動パターンで駆動されたスイッチング素子に対応した温度センサが異常であると推定する（ステップＳ４１０）。
【００４６】
このように、上記実施例２においては、スイッチング素子が駆動された際に流れる電流に基づいてスイッチング素子の温度を推定する手段を設けることなく、温度センサを診断することが可能となり、構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係るインバータ回路の温度センサ診断装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係るインバータ回路で得られた電力が供給されるモータで駆動される電動４輪駆動車両の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２に係る処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る診断時のスイッチング素子の駆動パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…インバータ回路
２…選択回路
３…コントロールユニット
４…モータ
５…クラッチ
６…デファレンシャルギア
７Ｌ…左駆動輪
７Ｒ…右駆動輪
ＭＵ１，ＭＵ２，ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＷ１，ＭＷ２…スイッチング素子
ＳＩＵ，ＳＩＶ，ＳＩＷ…電流センサ
ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２…温度センサ
【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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