JP2008154424A - Circuit module temperature calculation apparatus, and circuit module temperature calculation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気回路モジュールに含まれる温度計算点における温度を、電気回路モジュールで発生する熱エネルギーに基づいて計算する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for calculating a temperature at a temperature calculation point included in an electric circuit module based on thermal energy generated in the electric circuit module.
モータジェネレータによって走行する車両には、モータジェネレータを制御するための電気回路モジュールが用いられる。電気回路モジュールには、電圧を昇降圧する昇降圧コンバータ回路、直流電圧を交流電圧に変換し交流電圧を直流電圧に変換するインバータ回路等が含まれる。一般に、そのような電気回路モジュールは、モータジェネレータによって車両を走行させるために必要な電力を処理するため発熱量が大きい。 An electric circuit module for controlling the motor generator is used for a vehicle that is driven by the motor generator. The electric circuit module includes a step-up / step-down converter circuit that steps up and down a voltage, an inverter circuit that converts a DC voltage into an AC voltage, and converts the AC voltage into a DC voltage. In general, such an electric circuit module generates a large amount of heat because it processes electric power necessary to drive the vehicle by a motor generator.
電気回路モジュールの発熱は、その寿命を短縮する原因となる。したがって、発熱量の大きい電気回路モジュールに対しては、温度上昇を回避するための対策を施す必要がある。そこで、電気回路モジュールが動作している状態における温度分布を計算し、計算結果を温度上昇を回避するための対策に適用することが考えられる。 Heat generation of the electric circuit module is a cause of shortening its life. Therefore, it is necessary to take measures for avoiding a temperature rise for an electric circuit module having a large calorific value. Therefore, it is conceivable to calculate the temperature distribution in a state where the electric circuit module is operating, and to apply the calculation result to a measure for avoiding the temperature rise.
本発明は、このような課題に対してなされたものであり、電気回路モジュールの温度計算点における温度を迅速かつ高精度に取得することが可能な回路モジュール温度計算装置、および電気回路モジュールの温度計算点における温度を迅速かつ高精度に取得する方法を提供する。 The present invention has been made for such a problem, and is a circuit module temperature calculation device capable of quickly and accurately obtaining the temperature at the temperature calculation point of the electric circuit module, and the temperature of the electric circuit module. Provided is a method for acquiring a temperature at a calculation point quickly and with high accuracy.
本発明に係る回路モジュール温度計算装置は、電気回路モジュールに含まれる点である温度計算点に与えられた熱エネルギーに対する当該温度計算点の応答特性を示す自己温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する自己関数回路と、前記温度計算点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記自己関数回路の入力端子に出力する自己電力源と、前記温度計算点から隔てられ前記電気回路モジュールに含まれる点である隔離点に与えられた熱エネルギーに対する前記温度計算点の応答特性を示す相互温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する相互関数回路と、前記隔離点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記相互関数回路の入力端子に出力する相互電力源と、前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量および前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量を測定する測定部と、前記自己電力源が電力を出力することによって前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、前記相互電力源が電力を出力することによって前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、を合成して得られる合成値に基づいて前記温度計算点における温度を求める温度計算部と、を備えることを特徴とする。 The circuit module temperature calculation apparatus according to the present invention uses, as an input immittance, a value based on a self-temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point with respect to thermal energy given to the temperature calculation point which is a point included in the electric circuit module. A self-function circuit having a self-power source that outputs to the input terminal of the self-function circuit an electric power equivalent to the thermal energy given to the temperature calculation point; and included in the electric circuit module separated from the temperature calculation point A mutual function circuit having a value based on a mutual temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point with respect to the thermal energy given to the isolation point as an input immittance, and equivalent to the thermal energy given to the isolation point Appearing at the input terminal of the self-function circuit and the mutual power source that outputs the power shown in FIG. A measuring unit for measuring a physical quantity and an electrical physical quantity appearing at an input terminal of the mutual function circuit; a value of an electrical physical quantity appearing at an input terminal of the self-function circuit when the self-power source outputs power; and the mutual power A temperature calculation unit for obtaining a temperature at the temperature calculation point based on a synthesized value obtained by synthesizing a value of an electrophysical quantity that appears at an input terminal of the mutual function circuit when the source outputs power; It is characterized by.
また、本発明に係る回路モジュール温度計算装置においては、前記自己温度関数および前記相互温度関数は時間についての関数であり、前記自己関数回路は、前記自己温度関数の時間変化率を所定のスケーリング定数倍とすることで導かれた関数、が示す値を入力イミタンスとして有するよう素子定数が決定された受動素子を含み、前記相互関数回路は、前記相互温度関数の時間変化率を前記スケーリング定数倍とすることで導かれた関数、が示す値を入力イミタンスとして有するよう素子定数が決定された受動素子を含む構成とすることが好適である。 In the circuit module temperature calculation apparatus according to the present invention, the self-temperature function and the mutual temperature function are functions with respect to time, and the self-function circuit sets a time change rate of the self-temperature function to a predetermined scaling constant. Including a passive element whose element constant is determined so as to have an input immittance as a value derived from the function derived by doubling, wherein the mutual function circuit has a time change rate of the mutual temperature function as the scaling constant multiple. It is preferable to include a passive element whose element constant is determined so as to have the value indicated by the function derived from the above as an input immittance.
また、本発明に係る回路モジュール温度計算方法は、電気回路モジュールに含まれる点である温度計算点に与えられた熱エネルギーに対する当該温度計算点の応答特性を示す自己温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する自己関数回路に、前記温度計算点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を入力するステップと、前記温度計算点から隔てられ前記電気回路モジュールに含まれる点である隔離点に与えられた熱エネルギーに対する前記温度計算点の応答特性を示す相互温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する相互関数回路に、前記隔離点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記相互関数回路の入力端子に入力するステップと、前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量および前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量を測定するステップと、を含み、前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、を合成して得られる合成値に基づいて前記温度計算点における温度を求めることを特徴とする。 The circuit module temperature calculation method according to the present invention inputs a value based on a self-temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point with respect to thermal energy given to the temperature calculation point which is a point included in the electric circuit module. A step of inputting power equivalently indicating thermal energy given to the temperature calculation point to the self-function circuit having immittance, and a separation point that is separated from the temperature calculation point and included in the electric circuit module A mutual function circuit having a value based on a mutual temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point with respect to the obtained thermal energy as an input immittance, and an electric power equivalently indicating the thermal energy given to the isolation point in the mutual function circuit Input to the input terminal of the self-function circuit, the electrical physical quantity appearing at the input terminal of the self-function circuit, and the correlation Measuring an electrophysical quantity appearing at the input terminal of the circuit, and combining the value of the electrophysical quantity appearing at the input terminal of the self-function circuit and the value of the electrophysical quantity appearing at the input terminal of the mutual function circuit. The temperature at the temperature calculation point is obtained based on the synthesized value obtained in this manner.
なお、イミタンスは、インピーダンスおよびアドミタンスの総称である。 Immitance is a general term for impedance and admittance.
本発明によれば、電気回路モジュールの温度計算点における温度を迅速かつ高精度に取得することが可能となる。 According to the present invention, the temperature at the temperature calculation point of the electric circuit module can be acquired quickly and with high accuracy.
図1に本発明の実施形態に係る車両駆動システムを示す。車両駆動システムは、電力回路10、モータジェネレータ14、電流センサ16、回転数センサ18、操作部20、制御部22、および回路モジュール温度計算装置24を備えて構成される。車両駆動システムは車両に搭載され、モータジェネレータ14によって車両を駆動する。また、車両の走行によってモータジェネレータ14が発生した電力を電力回路10に回収する。
FIG. 1 shows a vehicle drive system according to an embodiment of the present invention. The vehicle drive system includes a
電力回路10は、制御部22の制御に基づいてモータジェネレータ14に電力を出力し、または、モータジェネレータ14が発生した電力を制御部22の制御に基づいて回収する。電力回路10とモータジェネレータ14との間で授受される電力は、制御部22が電力回路10を制御することによって調整される。
The
電力回路10は、要素回路E1〜Emを備える電気回路モジュール12を含んで構成される。mは要素回路の数を示す自然数である。要素回路E1〜Emは制御部22によって制御される。要素回路E1〜Emとしては、モータジェネレータ14に出力する電圧を調整する昇降圧コンバータ回路、モータジェネレータ14に出力する3相交流電圧に直流電圧を変換し、モータジェネレータ14が発生した3相交流電圧を直流電圧に変換するインバータ回路等が適用される。モータジェネレータ14との間で授受される電力の調整は、要素回路E1〜Emの制御によって行われる。
The
電気回路モジュール12の内部または表面には、温度計算の対象となるn個の温度計算点P1〜Pnが定義される。ただし、nは温度計算点の数を示す自然数である。ここでは温度計算点の数nは要素回路の数mと等しいものとし、温度計算点P1〜Pnの位置を要素回路E1〜Emが設けられる位置にそれぞれ設定するものとする。
N temperature calculation points P1 to Pn to be subjected to temperature calculation are defined inside or on the surface of the
モータジェネレータ14は、電力回路10から取得した電力に基づいて回転し車両を駆動する。また、車両の走行によって発生した電力を電力回路10に出力する。
The
電流センサ16は、電力回路10とモータジェネレータ14との間で電力を授受するために設けられた導線に流れる電流を測定し、測定結果を電流測定値として制御部22に出力する。
The
回転数センサ18は、モータジェネレータ14の単位時間当たりの回転数を測定し、測定結果を回転数測定値として制御部22に出力する。
The
操作部20は、アクセルペダル、ブレーキペダル、チェンジレバー等を含む。制御部22は、車両が操作部20の操作に従った走行状態となるよう、電流測定値および回転数測定値に基づいて電力回路10を制御する。
The
回路モジュール温度計算装置24は、自己関数回路SCii(iは1〜nの自然数)、相互関数回路MCik(kはiとは異なる1〜nの自然数)、定電流源J11〜Jnn、電圧計V11〜Vnn、加算合計部Σ1〜n、接地導体26、温度計算制御部28、および記憶部30を備えて構成される。
The circuit module
自己関数回路SCii、相互関数回路MCik、定電流源J11〜Jnn、電圧計V11〜Vnnのそれぞれの一方の端子は接地導体26に接続される。
One terminal of each of the self-function circuit SCii, the mutual function circuit MCik, the constant current sources J11 to Jnn, and the voltmeters V11 to Vnn is connected to the
自己関数回路SCiiの接地導体26に接続されていない側の端子TPiiは、定電流源Jiiの接地導体26に接続されていない側の端子および電圧計Viiの接地導体26に接続されていない側の端子に接続される。
The terminal TPii on the side not connected to the
相互関数回路MCikの接地導体26に接続されていない側の端子TPikは、定電流源Jikの接地導体26に接続されていない側の端子および電圧計Vikの接地導体26に接続されていない側の端子に接続される。
The terminal TPik on the side not connected to the
定電流源Jiiは、温度計算制御部28の制御によって設定された電流を端子TPiiに出力する。定電流源Jikは、温度計算制御部28の制御によって設定された電流を端子TPikに出力する。
The constant current source Jii outputs the current set by the control of the temperature
図2(a)に自己関数回路SCiiの構成例を示す。自己関数回路SCiiは、並列接続された抵抗素子およびキャパシタによってそれぞれが構成されるp個の単位エレメントCR1〜CRpを直列に接続したものである(pは任意の自然数である)。単位エレメントCR1〜CRpは、それぞれ抵抗素子R1〜Rpを含み、抵抗素子R1〜Rpは互いに異なる抵抗値を有するものとすることができる。また、単位エレメントCR1〜CRpは、それぞれキャパシタC1〜Cpを含み、キャパシタC1〜Cpは互いに異なる静電容量を有するものとすることができる。相互関数回路MCikは、自己関数回路SCiiと同様の構成を有し、直列に接続された単位エレメントから構成される。自己関数回路SC11、SC22、・・・、SCnnおよび相互関数回路MC12、MC13、・・・、MCnn−1は互いに異なる数の単位エレメントを有するものとすることができ、互いに素子定数が異なる抵抗素子およびキャパシタによって構成することができる。 FIG. 2A shows a configuration example of the self-function circuit SCii. The self-function circuit SCii is a circuit in which p unit elements CR1 to CRp each formed by a resistance element and a capacitor connected in parallel are connected in series (p is an arbitrary natural number). The unit elements CR1 to CRp include resistance elements R1 to Rp, respectively, and the resistance elements R1 to Rp may have different resistance values. The unit elements CR1 to CRp include capacitors C1 to Cp, respectively, and the capacitors C1 to Cp can have different capacitances. The mutual function circuit MCik has a configuration similar to that of the self-function circuit SCii, and includes unit elements connected in series. The self-function circuits SC11, SC22,..., SCnn and the mutual function circuits MC12, MC13,..., MCnn-1 can have different numbers of unit elements and have different element constants. And a capacitor.
ここで、自己関数回路SCiiを構成する各抵抗素子および各キャパシタの素子定数、ならびに相互関数回路MCikを構成する各抵抗素子および各キャパシタの素子定数を決定する方法について説明する。 Here, a description will be given of a method for determining the element constants of each resistive element and each capacitor constituting the self-function circuit SCii and the element constants of each resistive element and each capacitor constituting the mutual function circuit MCik.
温度計算点P1〜Pnのそれぞれの温度Th1〜Thnは、温度計算点P1〜Pnにそれぞれ与えられた熱エネルギーH1〜Hnおよび熱伝達関数行列[F]によって次の(式1)のように表される。ただし、(式1)は複素周波数領域における表現であり、sは複素周波数変数を示す。 The respective temperatures Th1 to Thn of the temperature calculation points P1 to Pn are expressed as the following (formula 1) by the heat energy H1 to Hn and the heat transfer function matrix [F] given to the temperature calculation points P1 to Pn, respectively. Is done. However, (Formula 1) is an expression in the complex frequency domain, and s indicates a complex frequency variable.
熱伝達関数行列[F]の要素Fii(s)は、温度計算点Piに与えられた熱エネルギーHiに対する、当該温度計算点Piにおける温度の周波数応答特性を示す自己温度関数であり、熱伝達関数行列[F]の要素Fik(s)は、温度計算点Pkに与えられた熱エネルギーHkに対する、温度計算点Piにおける温度の周波数応答特性を示す相互温度関数である。 The element Fii (s) of the heat transfer function matrix [F] is a self-temperature function indicating the frequency response characteristic of the temperature at the temperature calculation point Pi with respect to the thermal energy Hi given to the temperature calculation point Pi. The element Fik (s) of the matrix [F] is a mutual temperature function indicating the frequency response characteristic of the temperature at the temperature calculation point Pi with respect to the thermal energy Hk given to the temperature calculation point Pk.
また、(式1)を時間領域で表現したものを(式2)に示す。tは時間変数でありτは畳み込み積分の積分変数である。積分記号は行列の要素の各々に対して積分演算を施すことを意味する。温度th1〜thnはそれぞれ温度Th1〜Thnを時間領域で表現したものである。熱エネルギーh1〜hnはそれぞれ熱エネルギーH1〜Hnを時間領域で表現したものである。熱伝達関数行列[f]は熱伝達関数行列[F]を時間領域で表現したものである。 Further, (Expression 2) represents (Expression 1) in the time domain. t is a time variable and τ is an integral variable of convolution integral. The integral symbol means that an integral operation is performed on each element of the matrix. The temperatures th1 to thn are the temperatures Th1 to Thn expressed in the time domain, respectively. Thermal energies h1 to hn represent thermal energies H1 to Hn in the time domain, respectively. The heat transfer function matrix [f] represents the heat transfer function matrix [F] in the time domain.
熱伝達関数行列[f]の要素fii(t)は、温度計算点Piに与えられた熱エネルギーに対する、当該温度計算点Piにおける温度のインパルス応答特性を示す自己温度関数であり、熱伝達関数行列[f]の要素fik(t)は、温度計算点Pkに与えられた熱エネルギーに対する、温度計算点Piにおける温度のインパルス応答特性を示す相互温度関数である。 The element fii (t) of the heat transfer function matrix [f] is a self-temperature function indicating the impulse response characteristic of the temperature at the temperature calculation point Pi with respect to the heat energy given to the temperature calculation point Pi, and the heat transfer function matrix The element fik (t) of [f] is a mutual temperature function indicating an impulse response characteristic of the temperature at the temperature calculation point Pi with respect to the thermal energy given to the temperature calculation point Pk.
熱伝達関数行列[f]の各要素は、温度計算点P1〜Pnのうちいずれか1つの温度計算点に時間波形がインパルス関数で表される熱エネルギーを与えたときの、温度計算点P1〜Pnのそれぞれにおける温度の時間応答波形を観測することで取得することができる。また、電気回路モジュール12を構成する材料の特性を予め取得することにより、熱伝達関数行列[F]または[f]をコンピュータシミュレーションによって取得することも可能である。
Each element of the heat transfer function matrix [f] includes temperature calculation points P1 to P1 when thermal energy whose time waveform is represented by an impulse function is given to any one of the temperature calculation points P1 to Pn. It can be obtained by observing the time response waveform of the temperature in each of Pn. In addition, by obtaining in advance the characteristics of the material constituting the
熱伝達関数行列[F]の各要素の値と同一のアドミタンスを有する回路は、抵抗素子およびキャパシタを含む回路によって実現することができる。この点については非特許文献1に記載されている。
A circuit having the same admittance as the value of each element of the heat transfer function matrix [F] can be realized by a circuit including a resistance element and a capacitor. This point is described in
例えば、複素周波数領域での熱伝達関数行列[F]の要素Fik(s)が1/(1/(A+sB)+1/(D+sQ))と表される場合には、その要素Fik(s)の値と同一のアドミタンスを有する回路は、抵抗値が1/Aである抵抗素子および静電容量がBであるキャパシタから構成される第1の単位エレメントEL1と、抵抗値が1/Dである抵抗素子および静電容量がQであるキャパシタから構成される第2の単位エレメントEL2とを直列に接続した図3に示すような回路となる。複素周波数領域の表現によって例を示したのは、交流回路網理論による説明が容易であるという理由によるものである。ここで、抵抗素子は、温度計算点Pkに与えられた熱エネルギーが、温度計算点Piにおいて電気回路モジュール12から外部へと放出されることを意味し、キャパシタは、温度計算点Piに熱が蓄積されることを意味する。
For example, when the element Fik (s) of the heat transfer function matrix [F] in the complex frequency domain is expressed as 1 / (1 / (A + sB) + 1 / (D + sQ)), the element Fik (s) A circuit having the same admittance as the value includes a first unit element EL1 including a resistance element having a resistance value of 1 / A and a capacitor having a capacitance of B, and a resistance having a resistance value of 1 / D. A circuit as shown in FIG. 3 is obtained by connecting in series a second unit element EL2 composed of an element and a capacitor having a capacitance of Q. The example is shown by the expression in the complex frequency domain because it is easy to explain by the AC network theory. Here, the resistance element means that the heat energy given to the temperature calculation point Pk is released from the
自己関数回路SCiiに含まれる単位エレメントCRの数、ならびに自己関数回路SCiiに含まれる各抵抗素子および各キャパシタの素子定数の決定に際しては、まず、温度計算点P1〜Pnのいずれか1つの温度計算点Pkに時間波形がステップ関数(ある時刻t0より前では値が零であり、時刻t0以後所定の値に立ち上がる関数)で表される熱エネルギーを与え、温度計算点P1〜Pnにおける温度の時間応答波形をそれぞれ温度計算点応答波形g1k(t)〜gnk(t)として取得する。これをk=1〜nの総てについて行い、温度計算点応答波形g11(t)〜gnn(t)のデータを取得する。 In determining the number of unit elements CR included in the self-function circuit SCii and the element constants of each resistance element and each capacitor included in the self-function circuit SCii, first, the temperature calculation of any one of the temperature calculation points P1 to Pn is performed. Thermal energy represented by a step function (a function whose value is zero before a certain time t0 and rises to a predetermined value after time t0) is given to the point Pk, and the time of temperature at the temperature calculation points P1 to Pn Response waveforms are acquired as temperature calculation point response waveforms g1k (t) to gnk (t), respectively. This is performed for all k = 1 to n, and data of temperature calculation point response waveforms g11 (t) to gnn (t) is acquired.
自己関数回路SCiiに含まれる単位エレメントCRの数、ならびに自己関数回路SCiiに含まれる各抵抗素子および各キャパシタの素子定数は、温度計算点応答波形gii(t)と、ステップ電流を自己関数回路SCiiの端子TPiiから入力したときの、端子TPiiに現れる応答電圧の時間波形とが一致するよう決定する。ここで、ステップ電流は、時間波形がステップ関数で表される電流をいう。同様にして、相互関数回路MCikに含まれる単位エレメントの数、ならびに相互関数回路MCikに含まれる各抵抗素子および各キャパシタの素子定数は、上述のように取得された温度計算点応答波形gik(t)と、ステップ電流を相互関数回路MCikの端子TPikに入力したときの、端子TPikに現れる応答電圧の時間波形とが一致するよう決定する。このような素子定数の決定は、実測または電気回路シミュレーションによって行うことができる。 The number of unit elements CR included in the self-function circuit SCii, and the element constants of each resistance element and each capacitor included in the self-function circuit SCii are the temperature calculation point response waveform gii (t) and the step current as the self-function circuit SCii. And the time waveform of the response voltage appearing at the terminal TPii when it is input from the terminal TPii is determined to match. Here, the step current refers to a current whose time waveform is represented by a step function. Similarly, the number of unit elements included in the mutual function circuit MCik, and the element constants of the respective resistance elements and capacitors included in the mutual function circuit MCik are the temperature calculation point response waveforms gik (t ) And the time waveform of the response voltage appearing at the terminal TPik when the step current is input to the terminal TPik of the mutual function circuit MCik. Such element constants can be determined by actual measurement or electric circuit simulation.
なお、ここでは、自己関数回路SCiiおよび相互関数回路MCikとして、直列に接続された単位エレメントCR1〜CRpから構成されるものを例として説明した。このような構成の他、直列に接続された抵抗素子R1〜Rp、および抵抗素子R1〜Rpのそれぞれの定電流源側の端子と接地導体26との間にそれぞれ接続されるキャパシタC1〜Cpを備えた図2(b)に示すような梯子型RC回路によって自己関数回路SCiiおよび相互関数回路MCikを構成することも可能である。梯子の段数pならびに抵抗素子R1〜RpおよびキャパシタC1〜Cpの各素子定数は、単位エレメントCR1〜CRpによる構成と同様、温度計算点応答波形g11(t)〜gnn(t)と、自己関数回路および相互関数回路のそれぞれの端子における応答電圧の時間波形とに基づいて決定することができる。
Note that, here, the self-function circuit SCii and the mutual function circuit MCik are described as an example constituted by unit elements CR1 to CRp connected in series. In addition to such a configuration, the resistance elements R1 to Rp connected in series, and the capacitors C1 to Cp connected between the terminals on the constant current source side of the resistance elements R1 to Rp and the
次に、回路モジュール温度計算装置24が温度測定点P1〜Pnの温度を計算する処理について説明する。
Next, a process in which the circuit module
温度計算制御部28は、制御部22から電流測定値、回転数測定値および電力回路10の制御状態に関する情報を取得する。電力回路10の制御状態に関する情報には、例えば、昇降圧コンバータ回路の昇圧比、インバータ回路が出力する電圧の周波数等に関する情報が含まれる。
The temperature
電気回路モジュール12が備える要素回路E1〜Emの動作状態は、モータジェネレータ14に流れる電流、モータジェネレータ14の単位時間当たりの回転数、電力回路10の制御状態等によって定まるモータジェネレータ14の制御状態によって異なる。すなわち、要素回路E1〜Emの中には、稼働状態となることによって熱を発しているものがあると共に、非稼働状態となり熱を発していないものもある。また、モータジェネレータ14の制御状態に応じて、稼働状態にある複数の要素回路の相互間では発生する熱の大きさに相違がある。
The operating states of the element circuits E1 to Em included in the
そこで、本実施形態では、モータジェネレータ14に流れる電流、モータジェネレータ14の単位時間当たりの回転数、電力回路10の制御状態等のモータジェネレータ14の制御状態を定める情報と、温度計算点P1〜Pnにおいて発生する熱エネルギーの値との間の対応関係を示す熱源分布テーブルを予め実測等によって取得し、記憶部30に記憶させておく。
Therefore, in the present embodiment, information for determining the control state of the
温度計算制御部28は、電流測定値、回転数測定値および電力回路10の制御状態に関する情報に対応して温度計算点P1〜Pnに発生する熱エネルギーの値を、記憶部30に記憶された熱源分布テーブルを参照することで取得する。そして、取得した値に基づいて定電流源J11〜Jnnが出力すべき電流を決定し、決定した電流が出力されるよう定電流源J11〜Jnnを制御する。
The temperature
電圧計V11〜V1nは、端子TP11〜TP1nと接地導体26との間の電圧をそれぞれ測定し、測定結果をそれぞれ電圧測定値MV11〜MV1nとして加算合計部Σ1に出力する。同様にして、電圧計V21〜V2nは、端子TP21〜TP2nと接地導体26との間の電圧をそれぞれ測定し、測定結果をそれぞれ電圧測定値MV21〜MV2nとして加算合計部Σ2に出力する。すなわち、電圧計Vi1〜Vinは、端子TPi1〜TPinと接地導体26との間の電圧をそれぞれ測定し、測定結果をそれぞれ電圧測定値MVi1〜MVinとして加算合計部Σiに出力する。
The voltmeters V11 to V1n measure voltages between the terminals TP11 to TP1n and the
加算合計部Σiは、電圧測定値MVi1〜MVinの加算合計値を算出し、温度指示電圧Tiとして温度計算制御部28に出力する。温度指示電圧T1〜Tnは、それぞれ温度計算点P1〜Pnにおける温度を等価的に示す。温度計算制御部28は、温度指示電圧T1〜Tnを制御部22および記憶部30に出力する。
The addition summation unit Σi calculates an addition total value of the voltage measurement values MVi1 to MVin, and outputs it to the temperature
制御部22は、温度指示電圧T1〜Tnに基づいて電力回路10を制御する。例えば、温度指示電圧T1〜Tnのうち、それぞれに定められた閾値を超えたものがある場合には、閾値を超えた温度指示電圧に対応する温度計算点の位置に存在する要素回路に流れる電流が制限されるよう、電力回路10を制御する。あるいは、電力回路10とモータジェネレータ14との間で授受される電力が低減されるよう電力回路10を制御することとしてもよい。
The
記憶部30は温度指示電圧T1〜Tnを記憶する。記憶された温度指示電圧T1〜Tnは、所定の装置によって読み出すことができ保守点検等に適用することができる。
The
本実施形態に係る車両駆動システムによれば、温度計算の対象となる温度計算点で発せられる熱エネルギーの寄与のみならず、他の温度計算点との間で授受される熱エネルギーをも考慮して、各温度計算点における温度が算出される。これによって、各温度計算点における温度を高精度に算出することができる。 According to the vehicle drive system according to the present embodiment, not only the contribution of thermal energy generated at the temperature calculation point to be subjected to temperature calculation, but also the thermal energy exchanged with other temperature calculation points is considered. Thus, the temperature at each temperature calculation point is calculated. Thereby, the temperature at each temperature calculation point can be calculated with high accuracy.
さらに、温度の算出は、予め取得された温度計算点応答波形g11(t)〜gnn(t)に基づいて素子定数が決定された自己関数回路SCiiおよび相互関数回路MCikを適用したハードウエア回路の応答電圧を実測することにより行われる。これによって、熱伝達関数行列[f]を用いた数値計算に基づく手法よりも、短時間で各温度計算点における温度を算出することができる。 Further, the temperature is calculated by a hardware circuit using the self-function circuit SCii and the mutual function circuit MCik whose element constants are determined based on the temperature calculation point response waveforms g11 (t) to gnn (t) acquired in advance. This is done by actually measuring the response voltage. Thus, the temperature at each temperature calculation point can be calculated in a shorter time than a method based on numerical calculation using the heat transfer function matrix [f].
一般に、(式2)に基づく数値計算により各温度計算点の温度を求めた場合、積分計算が収束するまでに長時間を要する。したがって、車両の走行状態に応じて各温度計算点で発生する熱エネルギーの値が急峻に変化する車両駆動システムにおいては、(式2)に基づく数値計算によって各温度計算点の温度を算出することは困難である。本実施形態に係る回路モジュール温度計算装置24によれば、短時間で各温度計算点における温度を算出することができる。
Generally, when the temperature at each temperature calculation point is obtained by numerical calculation based on (Equation 2), it takes a long time for the integral calculation to converge. Therefore, in a vehicle drive system in which the value of thermal energy generated at each temperature calculation point changes sharply according to the running state of the vehicle, the temperature at each temperature calculation point is calculated by numerical calculation based on (Equation 2). It is difficult. According to the circuit module
次に、モジュール温度計算装置24の変形例について説明する。図4に回路モジュール温度計算装置24Aを適用した車両駆動システムの構成を示す。回路モジュール温度計算装置24Aは、回路モジュール温度計算装置24が備える温度計算制御部28、自己関数回路SCiiおよび相互関数回路MCikを、それぞれ、温度計算制御部28A、スケーリング後自己関数回路SAiiおよびスケーリング後相互関数回路MAikに置き換えたものである。モジュール温度計算装置24と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
Next, a modification of the module
図5(a)にスケーリング後自己関数回路SAiiの構成を示す。スケーリング後自己関数回路SAiiは、自己関数回路SCiiと同様、並列接続された抵抗素子およびキャパシタによってそれぞれが構成されるp個の単位エレメントU1〜Upを直列に接続したものである。自己関数回路SCiiと同様、スケーリング後自己関数回路SAiiは図5(b)に示す梯子型RC回路によっても構成することができる。また、スケーリング後相互関数回路MAikは、スケーリング後自己関数回路SAiiと同様の構成を有する。 FIG. 5A shows the configuration of the scaled self-function circuit SAii. Similar to the self-function circuit SCii, the post-scaling self-function circuit SAii is formed by connecting p unit elements U1 to Up each composed of a resistance element and a capacitor connected in parallel. Similar to the self-function circuit SCii, the post-scaling self-function circuit SAii can also be configured by a ladder-type RC circuit shown in FIG. Further, the post-scaling mutual function circuit MAik has the same configuration as the post-scaling self-function circuit SAii.
スケーリング後自己関数回路SAiiの各抵抗素子および各キャパシタの素子定数は、温度計算点応答波形gii(t)の時間変化率をスケーリング定数a倍した温度計算点応答波形gii(at)に基づいて決定する。また、スケーリング後相互関数回路MAikの各抵抗素子および各キャパシタの素子定数は、温度計算点応答波形gik(t)の時間変化率をスケーリング定数a倍した温度計算点応答波形gik(at)に基づいて決定する。 The element constants of each resistance element and each capacitor of the post-scaling self-function circuit SAii are determined based on a temperature calculation point response waveform gii (at) obtained by multiplying the time change rate of the temperature calculation point response waveform gii (t) by a scaling constant a. To do. The element constants of the resistance elements and the capacitors of the scaled mutual function circuit MAik are based on a temperature calculation point response waveform gik (at) obtained by multiplying the time change rate of the temperature calculation point response waveform gik (t) by a scaling constant a. To decide.
スケーリング後自己関数回路SAiiの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量は、温度計算点応答波形gii(t)に基づいて決定された各抵抗値および各静電容量をそれぞれ1/√a倍したものとなる。同様に、スケーリング後相互関数回路MAikの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量は、温度計算点応答波形gik(t)に基づいて決定された各抵抗値および各静電容量をそれぞれ1/√a倍したものとなる。 The resistance value of each resistance element and the capacitance of each capacitor in the post-scaling self-function circuit SAii are 1 / √ for each resistance value and each capacitance determined based on the temperature calculation point response waveform gii (t). a times. Similarly, the resistance value of each resistance element and the capacitance of each capacitor of the scaled mutual function circuit MAik are the resistance value and each capacitance determined based on the temperature calculation point response waveform gik (t), respectively. 1 / √a times.
すなわち、スケーリング後自己関数回路SAiiの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量は、自己関数回路SCiiの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量をそれぞれ1/√a倍したものとなり、スケーリング後相互関数回路MAikの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量は、相互関数回路MCikの各抵抗素子の抵抗値および各キャパシタの静電容量をそれぞれ1/√a倍したものとなる。 That is, the resistance value of each resistance element and the capacitance of each capacitor of the scaled self-function circuit SAii are each 1 / √a times the resistance value of each resistance element of the self-function circuit SCii and the capacitance of each capacitor. The resistance value of each resistance element and the capacitance of each capacitor of the scaled mutual function circuit MAik are 1 / √a times the resistance value of each resistance element of the mutual function circuit MCik and the capacitance of each capacitor, respectively. Will be.
温度計算制御部28Aは、加算合計部Σ1〜Σnがそれぞれ出力する値を、それぞれスケーリング後温度指示電圧TS1〜TSnとして取得する。温度計算制御部28Aは、スケーリング後温度指示電圧TS1〜TSnの時間変化率を1/a倍し、それぞれ温度指示電圧T1〜Tnとして制御部22および記憶部32に出力する。
The temperature
このように素子定数を決定することによって、スケーリング後温度指示電圧TS1〜TSnの時間変化率は、温度指示電圧T1〜Tnの時間変化率に対しスケーリング定数a倍となる。したがって、スケーリング定数を1より大きくすれば、スケーリング後温度指示電圧TS1〜TSnの時間変化を急峻にすることができ、定電流源J11〜Jnnが所定の値の電流を出力してからスケーリング後温度指示電圧TS1〜TSnの値が収束するまでの時間を短縮することができる。これによって、温度指示電圧T1〜Tnを迅速に算出することができる。 By determining the element constant in this way, the time change rate of the post-scaling temperature instruction voltages TS1 to TSn becomes the scaling constant a times the time change rate of the temperature instruction voltages T1 to Tn. Therefore, if the scaling constant is made larger than 1, the time change of the temperature indication voltages TS1 to TSn after scaling can be made steep, and the temperature after scaling after the constant current sources J11 to Jnn output a current of a predetermined value. The time until the values of the command voltages TS1 to TSn converge can be shortened. Thereby, the temperature instruction voltages T1 to Tn can be calculated quickly.
本発明の実施形態に係る回路モジュール温度計算装置は、車両駆動システムに適用される電気回路モジュール12のみならず、一般の電気回路モジュールの温度分布の計算に適用することができる。図6に本発明の実施形態に係る回路モジュール温度計算装置を適用した電気回路システムの構成を示す。図1の車両駆動システムの構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
The circuit module temperature calculation apparatus according to the embodiment of the present invention can be applied to the calculation of the temperature distribution of not only the
電気回路システムは、制御部22、電気回路モジュール34、および回路モジュール温度計算装置36を備えて構成される。回路モジュール温度計算装置36は、回路モジュール温度計算装置24に表示部32を設けたものである。回路モジュール温度計算装置24に代えて、回路モジュール温度計算装置24Aに表示部32を設けたものとしてもよい。
The electric circuit system includes a
電気回路モジュール34に含まれる要素回路E1〜Emは、制御部22によって稼働または非稼働のいずれかの状態に制御される。
The element circuits E <b> 1 to Em included in the
制御部22は、稼働状態となるよう制御している要素回路を識別する稼働情報を温度計算制御部28に出力する。
The
記憶部30は、要素回路を識別する情報と、その要素回路が稼働状態になったときに発生する熱エネルギーとを対応付けた熱源分布テーブルを記憶する。この熱源分布テーブルは、実測によって予め取得される。例えば、要素回路E2が稼働状態であるときは、温度測定点P2には稼働に応じて所定の熱エネルギーが発生するため、要素回路E2を識別する情報に当該所定の熱エネルギーの値を熱源分布テーブルで対応付けておけばよい。
The
温度計算制御部28は、制御部22から取得した稼働情報および記憶部30に記憶されている熱源分布テーブルに基づいて、各温度計算点に発生する熱エネルギーの値を求める。そして、求められた熱エネルギーの値に基づいて定電流源J11〜Jnnが出力すべき電流を決定し、決定した電流が出力されるよう定電流源J11〜Jnnを制御する。このような制御によって、稼働状態にある要素回路に対応する定電流源からは、熱源分布テーブルに基づいて求められた熱エネルギーの値に基づいて定まる電流が出力され、非稼働状態にある要素回路に対応する定電流源からは電流が出力されない状態となる。
The temperature
温度計算制御部28は、加算合計部Σ1〜Σnからそれぞれ取得した温度指示電圧T1〜Tnを表示部32および記憶部30に出力する。表示部32は、温度指示電圧T1〜Tnに基づいて温度計算点P1〜Pnの温度を表示する。また、記憶部30に記憶された温度指示電圧T1〜Tnは、所定の装置によって読み出すことができる。
The temperature
本実施形態に係る電気回路システムによれば、電気回路モジュール34の温度計算点P1〜Pnの温度を迅速に計算することができる。計算された温度計算点P1〜Pnの温度は、電気回路モジュール34をシステムに搭載するときの放熱設計に活用することができる。また、温度計算点P1〜Pnの温度に基づいて、各要素回路を稼働状態にするか否かについての適応的な制御を行うことが可能となり、高温になることによる電気回路モジュール34の寿命の短縮を回避することができる。
According to the electric circuit system according to the present embodiment, the temperatures of the temperature calculation points P1 to Pn of the
なお、上述の実施形態では、温度計算点の数nを要素回路の数mと等しいものとし、温度計算点P1〜Pnの位置を要素回路E1〜Emが設けられる位置にそれぞれ設定するものとした。しかし、温度計算点の数nと要素回路の数mとはかならずしも同一とする必要はなく、電気回路モジュールの内部または表面の任意の位置に温度計算点P1〜Pnを定義することができる。この場合、このように定義された温度計算点に基づいて熱源分布テーブルを予め取得し、記憶部30に記憶させておけばよい。
In the above-described embodiment, the number n of temperature calculation points is equal to the number m of element circuits, and the positions of temperature calculation points P1 to Pn are set to positions where the element circuits E1 to Em are provided, respectively. . However, the number n of temperature calculation points and the number m of element circuits do not necessarily have to be the same, and the temperature calculation points P1 to Pn can be defined at arbitrary positions inside or on the surface of the electric circuit module. In this case, a heat source distribution table may be acquired in advance based on the temperature calculation points defined in this manner and stored in the
また、回路モジュール温度計算装置24,24Aおよび36は、端子TP11〜TPnnに定電流源によって電流を入力し、端子TP11〜TPnnに現れた電圧に基づいて各温度計算点の温度を等価的に示す値を取得する構成としている。このような構成の他、端子TP11〜TPnnに定電圧源によって電圧を印加し、端子TP11〜TPnnに流入する電流に基づいて各温度計算点の温度を等価的に示す値を取得する構成とすることも可能である。
Further, the circuit module
この場合、自己関数回路および相互関数回路は、直列接続されたインダクタおよび抵抗素子によってそれぞれが構成される単位エレメントLR1〜LRpを並列に接続した図7(a)に示す回路(図2(a)に示す回路に対する双対回路)によって構成する。単位エレメントLR1〜LRpはそれぞれインダクタL1〜Lpおよび抵抗素子R1〜Rpを含む。また、自己関数回路および相互関数回路は、直列に接続されたインダクタL1〜Lp、およびインダクタL1〜Lpのそれぞれの定電圧源側の端子と接地導体26との間にそれぞれ接続される抵抗素子R1〜Rpを備えた図7(b)に示すような梯子型RL回路(図2(b)の回路の双対回路)によって構成することもできる。温度計算点応答波形g11(t)〜gnn(t)の時間変化率をスケーリング定数a倍して構成する場合には、インダクタL1〜Lpのそれぞれのインダクタンス値を1/√a倍、抵抗素子R1〜Rpのそれぞれの抵抗値を√aとすればよい。
In this case, the self-function circuit and the mutual function circuit are circuits shown in FIG. 7A in which unit elements LR1 to LRp each constituted by an inductor and a resistance element connected in series are connected in parallel (FIG. 2A). Dual circuit). Unit elements LR1 to LRp include inductors L1 to Lp and resistance elements R1 to Rp, respectively. The self-function circuit and the mutual function circuit include the inductors L1 to Lp connected in series, and the resistance elements R1 connected between the terminals on the constant voltage source side of the inductors L1 to Lp and the
10 電力回路、12,34 電気回路モジュール、14 モータジェネレータ、16 電流センサ、18 回転数センサ、20 操作部、22 制御部、24,24A,36 回路モジュール温度計算装置、26 接地導体、28 温度計算制御部、30 記憶部、32 表示部、SCii 自己関数回路、MCik 相互関数回路、J11〜Jnn 定電流源、V11〜Vnn 電圧計、Σ1〜n 加算合計部、P1〜Pn 温度計算点、E1〜Em 要素回路、CR1〜CRp,EL1,EL2,U1〜Up,LR1〜LRp 単位エレメント、R1〜Rp 抵抗素子、C1〜Cp キャパシタ、L1〜Lp インダクタ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記温度計算点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記自己関数回路の入力端子に出力する自己電力源と、
前記温度計算点から隔てられ前記電気回路モジュールに含まれる点である隔離点に与えられた熱エネルギーに対する前記温度計算点の応答特性を示す相互温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する相互関数回路と、
前記隔離点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記相互関数回路の入力端子に出力する相互電力源と、
前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量および前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量を測定する測定部と、
前記自己電力源が電力を出力することによって前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、前記相互電力源が電力を出力することによって前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、を合成して得られる合成値に基づいて前記温度計算点における温度を求める温度計算部と、
を備えることを特徴とする回路モジュール温度計算装置。 A self-function circuit having, as an input immittance, a value based on a self-temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point to the thermal energy given to the temperature calculation point which is a point included in the electric circuit module;
A self-power source that outputs, to the input terminal of the self-function circuit, electric power equivalently representing thermal energy given to the temperature calculation point;
A mutual function circuit having, as an input immittance, a value based on a mutual temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point to thermal energy applied to an isolation point that is separated from the temperature calculation point and included in the electrical circuit module When,
A mutual power source that outputs, to the input terminal of the mutual function circuit, an electric power equivalent to the thermal energy given to the isolation point;
A measurement unit for measuring an electrophysical quantity appearing at an input terminal of the self-function circuit and an electrophysical quantity appearing at an input terminal of the mutual function circuit;
The value of the electrophysical quantity that appears at the input terminal of the self-function circuit when the self-power source outputs power, and the value of the electrophysical quantity that appears at the input terminal of the mutual function circuit when the mutual power source outputs power And a temperature calculation unit for obtaining a temperature at the temperature calculation point based on a combined value obtained by combining
A circuit module temperature calculation device comprising:
前記自己温度関数および前記相互温度関数は時間についての関数であり、
前記自己関数回路は、前記自己温度関数の時間変化率を所定のスケーリング定数倍とすることで導かれた関数、が示す値を入力イミタンスとして有するよう素子定数が決定された受動素子を含み、
前記相互関数回路は、前記相互温度関数の時間変化率を前記スケーリング定数倍とすることで導かれた関数、が示す値を入力イミタンスとして有するよう素子定数が決定された受動素子を含むことを特徴とする回路モジュール温度計算装置。 The circuit module temperature calculation device according to claim 1,
The self-temperature function and the mutual temperature function are functions with respect to time;
The self-function circuit includes a passive element whose element constant is determined so as to have, as an input immittance, a function derived by multiplying a time change rate of the self-temperature function by a predetermined scaling constant,
The mutual function circuit includes a passive element whose element constant is determined so as to have, as an input immittance, a value derived from a function derived by multiplying a time change rate of the mutual temperature function by the scaling constant multiple. Circuit module temperature calculation device.
前記温度計算点から隔てられ前記電気回路モジュールに含まれる点である隔離点に与えられた熱エネルギーに対する前記温度計算点の応答特性を示す相互温度関数、に基づく値を入力イミタンスとして有する相互関数回路に、前記隔離点に与えられる熱エネルギーを等価的に示す電力を前記相互関数回路の入力端子に入力するステップと、
前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量および前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量を測定するステップと、
を含み、
前記自己関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、前記相互関数回路の入力端子に現れる電気物理量の値と、を合成して得られる合成値に基づいて前記温度計算点における温度を求めることを特徴とする回路モジュール温度計算方法。 A self-function circuit having a value based on a self-temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point with respect to thermal energy given to the temperature calculation point, which is a point included in the electric circuit module, as an input immittance. Inputting power that is equivalent to given thermal energy;
A mutual function circuit having, as an input immittance, a value based on a mutual temperature function indicating a response characteristic of the temperature calculation point to thermal energy applied to an isolation point that is separated from the temperature calculation point and included in the electrical circuit module A step of inputting, to the input terminal of the mutual function circuit, electric power equivalently indicating the thermal energy given to the isolation point;
Measuring an electrophysical quantity appearing at an input terminal of the self-function circuit and an electrophysical quantity appearing at an input terminal of the mutual function circuit;
Including
Obtaining a temperature at the temperature calculation point based on a synthesized value obtained by synthesizing the value of the electrophysical quantity appearing at the input terminal of the self-function circuit and the value of the electrophysical quantity appearing at the input terminal of the mutual function circuit. Circuit module temperature calculation method characterized by the above.
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