JP2005269832A - 温度検出装置および温度検出用プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子温度検出部8は、温度検出の対象とするIGBTで発生する熱量P[W]を算出し、冷却システムの熱抵抗R[℃/W]を用いて冷却システムを循環する冷却水温Tw[℃]および当該IGBTの温度Tj[℃]間の温度差ΔT'j[℃]を算出する。発熱量P[W]の算出は、半導体モジュールの各相に流れる電流値、半導体モジュールにかかる直流電圧値、各IGBTの駆動情報、および前回の検出(たとえば、100μsec前)で得られたIGBTの温度に基づいて行う。半導体素子温度検出部8は、算出した温度差ΔT'j[℃]から過渡的な影響を除いた温度上昇ΔTj[℃]を算出した上で、IGBTの温度Tj[℃](=Tw[℃]+ΔTj[℃])を算出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、温度検出対象物に印加される電圧値、温度検出対象物に対するベクトル制御情報、温度検出対象物を冷却する冷却システムの冷媒温度、および温度検出対象物と冷媒との間の熱抵抗に基づいて温度検出対象物の温度を演算するようにしたものである。
(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態による温度検出装置を用いて半導体モジュールの温度を検出する電気車両の要部構成を説明する図である。図1において、6つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)Tua、Tub、Tva、Tvb、TwaおよびTwbによって半導体モジュールが構成されている。半導体モジュールは、車両を駆動するモータ5へ電力を供給するためのインバータを構成し、各IGBTを所定のキャリア周波数でスイッチングすることによってバッテリBによる直流電源を3相交流電源に変換する。3相は、U相、V相およびW相が対応し、IGBTTuaおよびTubがU相を、IGBTTvaおよびTvbがV相を、IGBTTwaおよびTwbがW相を、それぞれ構成する。
(1)温度検出装置の半導体素子温度検出部8は、温度検出の対象とするIGBTにおいて発生する熱量P[W]を算出し(発熱(損失)モデル10)、冷却システムの熱抵抗R[℃/W]を用いて冷却システムを循環する冷却水温Tw[℃]および当該IGBTの温度Tj[℃]間の温度差ΔT'j[℃]を算出する(熱抵抗モデル11)。発熱量P[W]の算出は、半導体モジュールの各相に流れる電流値、半導体モジュールにかかる直流電圧値、各IGBTの駆動情報、および前回の検出(たとえば、100μsec前)で得られたIGBTの温度に基づいて行う。この方式によれば、温度センサをIGBTに直接設けることなしに、IGBTの温度を得ることができる。複数のIGBTを組み合わせて半導体モジュールを構成する場合でも温度センサを1つだけ備えればよいので、IGBTごとに温度センサをそれぞれ設ける場合に比べて、半導体モジュールの小型化および低コスト化に効果が得られる。
図8は、本発明の第二の実施形態による温度検出装置を用いて半導体モジュールの温度を検出する電気車両の要部構成を説明する図である。図8において、図1の構成要素と同一のものには同一番号の符号を記して説明を省略する。図1との相違点は、半導体素子温度検出部8の代わりに半導体素子温度検出部8Aが設けられている点である。
(1)温度検出装置の半導体素子温度検出部8Aは、温度検出の対象とするIGBTにおいて発生する熱量P[W]を算出し(発熱(損失)モデル10A)、冷却システムの熱抵抗R[℃/W]を用いて冷却システムを循環する冷却水温Tw[℃]および当該IGBTの温度Tj[℃]間の温度差ΔT'j[℃]を算出する(熱抵抗モデル11)。発熱量P[W]の算出は、電流制御部7で決定されるdおよびq軸電流値、dおよびq軸電圧値、半導体モジュールにかかる直流電圧値、および前回(たとえば、10μsec前)検出されたIGBTの温度に基づいて行う。第二の実施形態でも、温度センサをIGBTに直接設けることなしに、IGBTの温度を得ることができる。したがって、第一の実施形態と同様に、複数のIGBTを組み合わせて半導体モジュール化する場合でも半導体モジュールの小型化および低コスト化に効果が得られる。
(2)第二の実施形態では、少なくともモータ駆動周波数の1周期の間はIGBTの温度がほぼ一定であると仮定して演算するので、過渡モデルの時定数により決まる回転数以上でないと正しい結果が得られないが、過渡モデルの時定数により決まる最低限の演算周期(たとえば、50msec)で、最高回転数まで適用が可能である。
上述した第一の実施形態による温度検出装置と、第二の実施形態による温度検出装置とをモータ5の回転速度(単位時間当たりの回転数)に応じて切り換えてもよい。この場合には、モータ5の回転速度が所定速度より低い場合は第一の実施形態による温度検出を行い、モータ5の回転速度が所定速度以上になると第二の実施形態による温度検出を行う。
冷却システムを循環する冷却水温Tw[℃]を水温センサを用いて直接検出する代わりに、冷却水以外の温度を用いて冷却水温Tw[℃]を演算によって求めてもよい。図10は、本発明の第四の実施形態による温度検出装置を有する車両の要部構成を説明する図である。図10において、図1の構成要素と同一のものには同一番号の符号を記して説明を省略する。図1との相違点は、水温センサ9の代わりに温度センサ13が設けられるとともに、冷却水温検出部14が設けられている点である。温度センサ13は、半導体温度モジュールの周辺(たとえば、6つのIGBTの中でIGBTTwaに一番近い位置)の温度を検出し、温度検出信号を冷却水温検出部14へ送信する。冷却水温検出部14は、温度検出信号を用いて所定の演算を行うことにより、温度センサ13が配設されている位置の温度を得る。
TWW[℃]=T13[℃]+ΔTWW[℃] (19)
第五の実施形態は、冷却水温Tw[℃]を演算によって求める構成の変形例である。図12は、第五の実施形態による温度検出装置を有する車両の要部構成図である。図12において、図10(第四の実施形態)の構成要素と同一のものには同一番号の符号を記して説明を省略する。図10との相違点は、温度センサ13の代わりにオンチップセンサ15が設けられるとともに、冷却水温検出部14Aが設けられている点である。オンチップセンサ15は、半導体温度モジュールの中で最も温度が高くなるIGBT(たとえば、IGBTTwa)のチップ中央の温度を検出するように配設され、温度検出信号を冷却水温検出部14Aへ送信する。冷却水温検出部14Aは、温度検出信号を用いて所定の演算を行うことにより、オンチップセンサ15が配設されている位置の温度を得る。
ΔT'WW[℃]=R15[℃/W]×PTwa[W] (20)
TWW[℃]=T15[℃]+ΔTWW[℃] (21)
2…U相電流センサ
3…V相電流センサ
4…W相電流センサ
5…モータ
6…位置センサ
7…電流制御部
8、8A…半導体素子温度検出部
9…水温センサ
10、10A〜C…発熱(損失)モデル
11、11B〜C…熱抵抗モデル
12、12B〜C…過渡(熱容量)モデル
13…温度センサ
14、14A…冷却水温検出部
15…オンチップセンサ
20…保護回路
Claims (13)
- 所定の駆動比率で駆動される温度検出対象物に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記温度検出対象物に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記温度検出対象物を冷却する冷却システムの冷媒の温度を演算する冷媒温度演算手段と、
前記検出された電流値、前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対する駆動比率情報、前記温度検出対象物と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記冷媒の温度に基づいて前記温度検出対象物の温度を演算する温度演算手段とを備えることを特徴とする温度検出装置。 - 所定の駆動比率で駆動される温度検出対象物に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記温度検出対象物を冷却する冷却システムの冷媒の温度を演算する冷媒温度演算手段と、
前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対するベクトル制御情報、前記温度検出対象物と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記冷媒の温度に基づいて前記温度検出対象物の温度を演算する温度演算手段とを備えることを特徴とする温度検出装置。 - 交流モータへ供給する交流電力を生成するようにスイッチング駆動される温度検出対象物の温度を演算する請求項1に記載の第1の温度検出装置と、
前記温度検出対象物の温度を演算する請求項2に記載の第2の温度検出装置と、
前記交流モータの回転速度が所定速度より低い場合は前記第1の温度検出装置による演算温度を選択し、前記回転速度が前記所定速度以上の場合は前記第2の温度検出装置による演算温度を選択する制御手段とを備えることを特徴とする温度検出装置。 - 請求項1に記載の温度検出装置において、
前記冷媒温度演算手段は、前記温度検出対象物の周辺の温度を検出し、前記検出された電流値、前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対する駆動比率情報、前記温度を検出した位置と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記検出した周辺の温度に基づいて前記冷媒の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項2に記載の温度検出装置において、
前記冷媒温度演算手段は、前記温度検出対象物の周辺の温度を検出し、前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対するベクトル制御情報、前記温度を検出した位置と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記検出した周辺の温度に基づいて前記冷媒の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項1に記載の温度検出装置において、
前記温度検出対象物は複数存在し、
前記冷媒温度演算手段は、前記複数の温度検出対象物のうち1つの温度検出対象物の温度を検出し、前記検出された電流値、前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対する駆動比率情報、前記温度を検出した位置と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記検出した温度検出対象物の温度に基づいて前記冷媒の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項2に記載の温度検出装置において、
前記温度検出対象物は複数存在し、
前記冷媒温度演算手段は、前記複数の温度検出対象物のうち1つの温度検出対象物の温度を検出し、前記検出された電圧値、前記温度検出対象物に対するベクトル制御情報、前記温度を検出した位置と前記冷媒との間の熱抵抗、および前記検出した温度検出対象物の温度に基づいて前記冷媒の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項6または7に記載の温度検出装置において、
前記冷媒温度演算手段が温度を検出する温度検出対象物は、前記複数の温度検出対象物のうち最も温度が高くなる温度検出対象物であることを特徴とする温度検出装置。 - 請求項1または2に記載の温度検出装置において、
前記温度演算手段は、前記温度検出対象物における発熱量を演算し、前記演算した熱量および前記熱抵抗を用いて前記温度検出対象物と前記冷媒との間の温度差を演算し、前記演算した温度差から前記冷却システムの過渡応答分を除く演算を行い、前記演算された冷媒の温度に前記過渡応答分を除いた温度差を加算して前記温度検出対象物の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項4〜7のいずれか一項に記載の温度検出装置において、
前記冷媒温度演算手段は、前記温度検出対象物における発熱量を演算し、前記演算した熱量および前記熱抵抗を用いて前記検出した温度と冷媒温度との間の温度差を演算し、前記演算した温度差から前記冷却システムの過渡応答分を除く演算を行い、前記検出された温度に前記過渡応答分を除いた温度差を加算して前記冷媒の温度を演算することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項9に記載の温度検出装置において、
前記温度検出対象物は交流モータへ供給する交流電力を生成するスイッチング素子であり、
前記温度演算手段は、前記温度検出対象物の温度に応じて前記発熱量を補正し、前記交流モータの回転速度および前記発熱量に応じて前記熱抵抗を補正し、前記回転速度に応じて前記過渡応答分をそれぞれ補正することを特徴とする温度検出装置。 - 請求項10に記載の温度検出装置において、
前記温度検出対象物は交流モータへ供給される交流電力を生成するスイッチング素子であり、
前記冷媒温度演算手段は、前記温度検出対象物の温度に応じて前記発熱量を補正し、前記交流モータの回転速度および前記発熱量に応じて前記熱抵抗を補正し、前記回転速度に応じて前記過渡応答分をそれぞれ補正することを特徴とする温度検出装置。 - 温度検出対象物における発熱量を演算する処理と、
前記演算した熱量と、前記温度検出対象物および前記温度検出対象物を冷却する冷却システムの冷媒間の熱抵抗とを用いて前記温度検出対象物および前記冷媒間の温度差を演算する処理と、
前記演算した温度差から前記冷却システムの過渡応答分を除く処理と、
入力された冷媒の温度もしくは演算された冷媒の温度に前記過渡応答分を除いた温度差を加算して前記温度検出対象物の温度を演算する処理とをコンピュータ装置で実行する温度検出用プログラム。
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