JP2009071914A - パワースイッチング素子の温度推定装置及び電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパワースイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度を適切に監視することとコストパフォーマンスの低下を回避することとの両立を図ることが困難なこと。
【解決手段】スイッチング素子ＳＷ４の近傍には、その温度を感知する感温ダイオードが設けられている。スイッチング素子ＳＷ１を流れる電流量が最大となる場合、スイッチング素子ＳＷ１の温度が最大温度Ｔｊｍａｘとなると考えられるため、この温度を推定する。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１を流れる電流量とスイッチング素子ＳＷ４を流れる電流量との相対的な大小関係とこれらの温度の相対的な大小関係との間の相関関係と、感温ダイオードの温度Ｔｖ２に基づき、最大温度Ｔｊｍａｘを推定する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、パワースイッチング素子の温度情報を取得するための装置及び該装置を搭載する電力変換システムに関する。

例えば下記特許文献１には、インバータを構成するパワースイッチング素子の温度を検出するための感温ダイオードを、インバータの略中央部に配置し、これによりインバータを構成するパワースイッチング素子の温度が過度に高くならないように監視することが記載されている。このように、インバータを備える半導体チップのうちの比較的温度が上昇しやすい部分に感温ダイオードを備えることで、パワースイッチング素子の温度が過度に上昇していないかどうかを監視することができる。
特許第３００８９００号公報

ところで、例えばインバータが車両の駆動輪と連結される電動機と接続されるものである場合には、車両の駆動輪が停止状態となることで電動機の出力軸が固定されるロック状態が生じ得る。この場合、インバータを構成するパワースイッチング素子のうちの特定のパワースイッチング素子を流れる電流が最大となる状態が継続することとなる。このため、インバータを構成する各パワースイッチング素子の温度に大きなばらつきが生じえる。そして、この際、上記特定のスイッチング素子の温度が過度に高くなるため、この特定のスイッチング素子の信頼性低下が特に懸念される。しかし、上記従来の技術では、インバータを構成するパワースイッチング素子の平均的な温度が感温ダイオードによって感知されることとなるため、特定のパワースイッチング素子の温度に関する高精度な情報を取得することができない。

こうした問題に対処すべく、インバータを構成するパワースイッチング素子のそれぞれに対応して各別の感温ダイオードを備えることも考えられるが、この場合には、部品点数が増加し、電力変換システムのコストパフォーマンスが低下する。

なお、上記車載インバータに限らず、複数のパワースイッチング素子を備えるものにあっては、これらの温度を適切に監視することとコストパフォーマンスの低下を回避することとの両立が困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数のパワースイッチング素子の温度を適切に監視することとコストパフォーマンスの低下を回避することとの好適な両立を図ることのできるパワースイッチング素子の温度推定装置及び電力変換システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、複数のパワースイッチング素子のうちの一部である対象スイッチング素子の温度を検出する検出手段の検出値と、前記複数のパワースイッチング素子のうちの対象スイッチング素子以外の特定のスイッチング素子を含む２つのスイッチング素子のそれぞれを流れる電流量とを入力とし、前記２つのスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係とこれらを流れる電流量との間の相関関係に基づき、前記特定のスイッチング素子の温度を推定する推定手段を備えることを特徴とする。

２つのスイッチング素子を流れる電流量の相対的な大小関係と、これら２つのスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係との間には、相関関係があることが発明者らによって見出されている。上記発明では、この点に着目し、基準となる温度としての検出値と上記相関関係とに基づき、特定のスイッチング素子の温度を推定することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のスイッチング素子のそれぞれを流れる電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のうちの温度が最大となるものを特定する特定手段を更に備え、前記推定手段は、前記温度が最大となるスイッチング素子が前記対象スイッチング素子でない場合に前記温度が最大となるスイッチング素子を前記特定のスイッチング素子としてその温度を推定することを特徴とする。

パワースイッチング素子は、その温度が過度に上昇すると信頼性の低下を招くおそれがある。このため、複数のパワースイッチング素子の温度のうちの最大値について、これを特に推定することが望まれる状況が生じやすい。この点、上記発明では、こうした要求に適切に応じることができる。

なお、上記請求項２記載の発明は、前記複数のパワースイッチング素子は、互いに電気的に接続されてなることを特徴としてもよい。この場合、複数のパワースイッチング素子は相互に連関しているため、温度が最大となるものが許容範囲を超える場合に複数のパワースイッチング素子の全てをオフとする設定となりやすい。このため、こうした場合には、最大温度となると想定されるものの温度情報を取得することが特に有効である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオン状態である場合、前記２つのスイッチング素子を前記特定のスイッチング素子及び前記対象スイッチング素子として前記推定を行うことを特徴とする。

対象スイッチング素子がオン状態である場合には、温度が最大となると想定される特定のスイッチング素子及び対象スイッチング素子の双方に電流が流れている。このため、上記相関関係を用いて特定のスイッチング素子の温度を好適に推定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のパワースイッチング素子は、冷却装置内の冷却流体にて冷却されており、前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオフ状態である場合、前記冷却流体の入口側の温度と前記対象スイッチング素子の温度との差に基づき、前記推定を行うことを特徴とする。

対象スイッチング素子がオフ状態である場合には、対象スイッチング素子と特定のスイッチング素子とについて、上記相関関係を直接的に利用することはできない。この点、上記発明では、冷却流体の入口側温度と対象スイッチング素子の温度との差に基づき、対象スイッチング素子よりも上流側のスイッチング素子の温度を推定しつつ、特定のスイッチング素子の温度を推定することができる。

なお、請求項４記載の発明は、前記冷却流体の入口側の温度と前記対象スイッチング素子の温度との差に基づき、前記２つのスイッチング素子のうちの１つとしての前記対象スイッチング素子の上流側に配置されて且つオン状態であるスイッチング素子の温度を推定し、該推定される温度と、前記対象スイッチング素子の上流側に配置されて且つ、オン状態であるスイッチング素子を流れる電流量と、前記特定のスイッチング素子を流れる電流量とを入力として、前記特定のスイッチング素子の温度を推定することを特徴としてもよい。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記複数のパワースイッチング素子は、多相回転機に接続されるインバータを構成するものであって且つ、前記冷却流体は、前記インバータの上側アーム側及び下側アーム側のいずれか一方から他方へと流動するものであり、前記対象スイッチング素子は、前記上側アーム及び前記下側アームのうちの前記冷却流体にとっての下流側のアームを構成するものであり、前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオフ状態である場合、前記冷却流体の入口側の温度と前記対象スイッチング素子の温度とに基づき前記冷却流体にとっての上流側のアーム且つ前記対象スイッチング素子と同一相のスイッチング素子の温度を推定する手段を備えることを特徴とする。

対象スイッチング素子の温度は、下流側のアーム近傍の冷却流体温度を近似する。このため、冷却流体の入口側の温度と対象スイッチング素子の温度とから、上流側のアーム側から下流側のアーム側へと流動する際の冷却流体の温度変化に関する情報を得ることができる。そして、上流側のアーム側から下流側のアーム側へと流動する際の冷却流体の温度変化に基づき、上記特定のスイッチング素子の温度を推定する。すなわち、上記冷却流体の温度変化は、上記特定のスイッチング素子の発熱量に関する情報を含んでいるため、これに基づき上記特定のスイッチング素子の温度を推定する。

請求項６記載の発明は、多相回転機に接続されて且つ上側アーム側及び下側アーム側のいずれか一方から他方へと冷却流体が流動することで冷却されるインバータについて、該インバータを構成する複数のスイッチング素子のうちの前記冷却流体にとっての下流側に配置される対象スイッチング素子の温度を検出する検出手段の検出値と、前記冷却流体の入口側の温度とに基づき、前記冷却流体にとっての上流側のアーム且つ前記対象スイッチング素子と同一の相のスイッチング素子の温度を推定する推定手段を備えることを特徴とする。

対象スイッチング素子の温度は、下流側のアーム近傍の冷却流体の温度を近似する。このため、冷却流体の入口側の温度と対象スイッチング素子の温度とから、上流側のアーム側から下流側のアーム側へと流動する際の冷却流体の温度変化に関する情報を得ることができる。そして、上流側のアーム側から下流側のアーム側へと流動する際の冷却流体の温度変化に基づき、上記特定のスイッチング素子の温度を推定する。すなわち、上記冷却流体の温度変化は、上記特定のスイッチング素子の発熱量に関する情報を含んでいるため、これに基づき上記特定のスイッチング素子の温度を推定する。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子は、回転機に接続されるインバータを構成するものであり、記推定手段は、前記回転機の回転速度が規定速度以下である場合に前記推定を行うことを特徴とする。

回転機の回転速度が小さい場合、特定のスイッチング素子を流れる電流量が最大となる期間が継続する現象が生じる。このため、特定のスイッチング素子の温度が過度に上昇し、その信頼性が低下するおそれがある。このため、請求項７記載の発明は、請求項１〜６記載の発明の適用価値が特に高い。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の温度推定装置と、前記インバータとを備えることを特徴とする電力変換システムである。

上記発明では、温度推定装置を備えるために、信頼性の高い電力変換システムを提供することができる。

以下、本発明にかかる温度推定装置及び電力変換システムをハイブリッド車に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。

図示されるモータジェネレータ１０は、ハイブリッド車の駆動輪と連結されており、車載動力発生装置として機能する。モータジェネレータ１０の３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、インバータ１２が接続されている。このインバータ１２は、３相インバータであり、高圧バッテリ１４の電圧をモータジェネレータ１０の３つの相に適宜印加する。詳しくは、インバータ１２は、３つの相のそれぞれと高圧バッテリ１４の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６との並列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２を直列接続する接続点がモータジェネレータ１０のＵ相と接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４を直列接続する接続点がモータジェネレータ１０のＶ相と接続されている。更に、スイッチング素子ＳＷ５及びスイッチング素子ＳＷ６を直列接続する接続点がモータジェネレータ１０のＷ相と接続されている。

ちなみに、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって構成されている。そして、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、入出力端子（コレクタ及びエミッタ端子）間を流れる電流と相関を有して且つこれよりも微少な電流であるセンス電流を出力するセンス端子を備えている。また、インバータ１２は、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に逆並列に接続されたフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６を備えている。

上記スイッチング素子ＳＷ４の近傍には、その温度を感知する感温ダイオードＤＳが配置されている。上記スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、ドライバユニット１６を介して、低圧バッテリ１８を電力源とするマイクロコンピュータ（マイコン２０）により操作される。ここでは、モータジェネレータ１０に対する指令電流を正弦波電流とし、指令電流を流すように周知のＰＷＭ制御等によって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を操作する。また、マイコン２０では、感温ダイオードＤＳの温度に基づき、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度が、これらの信頼性の低下を招くほど過度に上昇することのないように監視する。

ここで、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３、ＳＷ５，ＳＷ６のそれぞれと、ダイオードＤ１〜Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６のそれぞれとは、図２（ａ）に示すように１枚のカードＰＣ１〜ＰＣ３、ＰＣ５、ＰＣ６にパッケージ化されている。これらカードＰＣ１〜ＰＣ３、ＰＣ５、ＰＣ６は、高圧側の端子として、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３、ＳＷ５，ＳＷ６のコレクタ端子ＣＴとエミッタ端子ＥＴとを備えている。また、カードＰＣ１〜ＰＣ３、ＰＣ５、ＰＣ６は、低圧側端子として、スイッチング素子のゲート端子ＧＴ、センス端子ＳＴ、及び接地端子ＡＴとを備えている。また、スイッチング素子ＳＷ４、ダイオードＤ４及び感温ダイオードＤＳは、図２（ｂ）に示すように１枚のカードＰＣ４にパッケージ化されている。カードＰＣ４は、カードＰＣ１〜ＰＣ３、ＰＣ５、ＰＣ６の備える端子に加えて、更に感温ダイオードＤＳのアノード側及びカソード側と接続される端子ＤＴ１、ＤＴ１を備えている。

これらカードＰＣ１〜ＰＣ６は、図３に示すように冷却装置に収納されて冷却されている。図３は、冷却水を上面から見た平面図である。インバータ１２の上側アーム側から下側アーム側へと冷却流体（ここでは、冷却水）が流動することで、各カードＰＣ１〜ＰＣ６が冷却される。詳しくは、冷却水は、カードＰＣ１〜ＰＣ６の側面及び上面及び下面を流動する。ここで、カードＰＣ１〜ＰＣ６は、薄板状部材であるため、カードＰＣ１〜ＰＣ６は主に、その上面及び下面を流動する冷却水にて冷却される。

上記モータジェネレータ１０の回転速度が極端に小さくない限り、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に単位時間当たりに流れる電流の平均値は略均一となり、これらの発熱量も略均一となる。このため、こうした状況下にあっては、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度は、いずれも略等しくなる。ただし、冷却装置内の配置に起因して、冷却水にとって下流側且つ中央部のスイッチング素子ＳＷ４の温度が最大となりやすい傾向にあることから、スイッチング素子ＳＷ４近傍に感温ダイオードＤＳを配置する。これにより、回転速度が過度に小さくない限り、感温ダイオードＤＳによって感知される温度のみによって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度が信頼性の低下を招く程度に高くなるか否かを判断することができる。

ただし、モータジェネレータ１０の回転速度が略ゼロとなる状況下にあっては、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの特定のスイッチング素子を流れる電流が最大となる期間が継続することに起因して、特定のスイッチング素子の温度が過度に高くなるおそれがある。そしてこの場合には、感温ダイオードＤＳの感知する温度のみによっては、特定のスイッチング素子の温度を高精度に把握することができないおそれがある。

そこで本実施形態では、感温ダイオードＤＳの感知する温度に加えて、冷却装置の入口側（上流側）の冷却水の温度Ｔｗｉｎや、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる電流を用いて、温度が最大となると想定されるスイッチング素子の温度を推定する。以下、これについて詳述する。

図４に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの温度が最大となるスイッチング素子を特定する処理の手順を示す。この処理は、マイコン２０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モータジェネレータ１０の回転速度が規定速度以下となるロック状態か否かを判断する。ここで、規定速度は、特定のスイッチング素子を流れる電流が最大となる時間が継続することでその温度が過度に高くなって且つ、感温ダイオードＤＳの温度のみによってはその状況を把握することが困難となる速度に設定されている。そして、ロック状態でないと判断される場合には、ステップＳ１２において、最大温度Ｔｊｍａｘを、Ｖ相下側アームのスイッチング素子ＳＷ４の温度Ｔｖ１とする。すなわち、この場合には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に単位時間当たりに流れる電流量の平均値は、どれも略同一量であり、単位時間当たりの発熱量も略同一であると考えられる。このため、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度は略同一と考えられるものの、冷却装置内の幾何学的な配置に起因してスイッチング素子ＳＷ４の温度が他よりもわずかに高くなる傾向にある。このため、最大温度Ｔｊｍａｘをスイッチング素子ＳＷ４の温度Ｔｖ２とする。

一方、ステップＳ１０においてロック状態であると判断される場合には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる実電流から把握される値が最大となるものに基づき、温度が最大となるものを推定する。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１を流れる電流が最大となる場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ且つステップＳ１８：ＹＥＳ）、スイッチング素子ＳＷ１の温度Ｔｕ１が最大温度Ｔｊｍａｘであると判断する（ステップＳ２０）。また、スイッチング素子ＳＷ２を流れる電流が最大となる場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ且つステップＳ１８：ＮＯ）、スイッチング素子ＳＷ２の温度Ｔｕ２が最大温度Ｔｊｍａｘと判断する（ステップＳ２２）。なお、図４において、温度Ｔｖ１は、スイッチング素子ＳＷ３の温度であり、温度Ｔｗ１は、スイッチング素子ＳＷ５の温度であり、温度Ｔｗ２は、スイッチング素子ＳＷ６の温度である。このように、温度Ｔｘｙにおいて、ｘに、相に対応するアルファベットを付するとともに、ｙに、上側アームの温度である場合には「１」を、下側アームの温度である場合には「２」を付している。

図５に、上記最大温度Ｔｊｍａｘの推定にかかる処理の手順を示す。この処理は、マイコン２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ４０において、最大温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子ＳＷ４の温度Ｔｖ２であるか否かを判断する。この処理は、感温ダイオードＤＳの温度を最大温度Ｔｊｍａｘとして採用することができるか否かを判断するものである。そしてステップＳ４０において否定判断される場合には、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２では、スイッチング素子ＳＷ１の温度Ｔｕ１又はスイッチング素子ＳＷ５の温度Ｔｗ１が最大温度Ｔｊｍａｘであるか否かを判断する。この処理は、最大温度Ｔｊｍａｘとなるスイッチング素子（スイッチング素子ＳＷ１又はスイッチング素子ＳＷ５）と、スイッチング素子ＳＷ４とのそれぞれを流れる電流量の相対的な大小関係とこれらの温度間の相対的な大小関係との相関関係に基づき、最大温度Ｔｊｍａｘを推定可能か否かを判断するものである。

そして、ステップＳ４２において肯定判断される場合には、上記相関関係に基づく推定が可能と判断して、ステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４においては、上記相関関係に基づき最大温度Ｔｊｍａｘを推定する。この場合、モータジェネレータ１０を流れる各相電流間の関係は、例えば図６（ａ）に太線で示す領域Ａ内の関係となる。ここでは、スイッチング素子ＳＷ１からスイッチング素子ＳＷ４及びスイッチング素子ＳＷ６に電流が流れる場合を例示している。この場合、図６（ｂ）に示すように、電流が流れる影響で、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ６が発熱し、スイッチング素子ＳＷ１の温度が最大温度Ｔｊｍａｘとなる。

ここで、図７に示すように、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる電流（相電流）と、その温度上昇量ΔＴとの間には、相関関係がある。詳しくは、相電流が大きいほど温度上昇量ΔＴも大きくなる。ちなみに、図７においては、冷却水の温度が所定温度（例えば「２０℃」）とされており、温度上昇量ΔＴはこの温度を基準としている。図７の関係を用いることで、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流量とスイッチング素子ＳＷ１を流れる電流量とから、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ４の温度上昇量の相対的な関係を把握することができる。そして、これに感温ダイオードＤＳの感知する温度を加味することで、スイッチング素子ＳＷ１の温度Ｔｕ１を推定することができる。

詳しくは、本実施形態では、図７に示す関係を、比例関係によって近似する。この場合、スイッチング素子ＳＷ１を流れる電流Ｉｕと、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流Ｉｖと、それぞれの温度上昇量ΔＴｕ、ΔＴｖとの間には、下記の関係が成立する。

ΔＴｕ：ΔＴｖ＝Ｉｕ：Ｉｖ
ΔＴｕ＝ΔＴｖ・Ｉｕ／Ｉｖ
ここで、スイッチング素子ＳＷ４の温度上昇量ΔＴｖは、冷却装置の上流側の冷却水温度Ｔｗｉｎに対するスイッチング素子ＳＷ４の温度Ｔｖ２の差とすることができる。すなわち、「ΔＴｖ＝Ｔｖ２−Ｔｗｉｎ」とすることができる。このため、スイッチング素子ＳＷ１の温度上昇量ΔＴｕは、「（Ｔｖ２−Ｔｗｉｎ）・Ｉｕ／Ｉｖ」であり、スイッチング素子ＳＷ１の温度Ｔｕ１は、「Ｔｗｉｎ＋｛（Ｔｖ２−Ｔｗｉｎ）・Ｉｕ／Ｉｖ｝」と推定される。なお、最大温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子ＳＷ５の温度Ｔｗ１である場合も同様にして推定することができる。

一方、先の図５のステップＳ４２において否定判断される場合には、スイッチング素子ＳＷ４に電流が流れないことから、スイッチング素子ＳＷ４に流れる電流と先の図７に示した関係とに基づく最大温度Ｔｊｍａｘの推定ができないと判断し、ステップＳ４６に移行する。ステップＳ４６においては、スイッチング素子ＳＷ３の温度Ｔｖ１を推定する。ステップＳ４６に移行する場合、例えば図８（ａ）の領域Ｂに例示されるような状況となる。ここでは、スイッチング素子ＳＷ４がオフ状態であって且つスイッチング素子ＳＷ３がオン状態であると考えられる。このため、この温度Ｔｖ１を推定するなら、最大温度Ｔｊｍａｘが温度Ｔｖ１でなくても、最大温度Ｔｊｍａｘとなるスイッチング素子を流れる電流量とスイッチング素子ＳＷ３に流れる電流量とに先の図７の関係を適用することで、最大温度Ｔｊｍａｘを推定することができる。

ここでは、冷却水の温度上昇量をスイッチング素子の温度上昇量に変換する変換係数Ｋｃを用いて、「Ｔｖ１＝（Ｔｖ２−Ｔｗｉｎ）・Ｋｃ＋Ｔｗｉｎ」にて温度Ｔｖ１を推定する。ここで、変換係数Ｋｃは、スイッチング素子の熱抵抗を利用して以下のようにして導出される。

冷却水の温度上昇量ΔＴｗは、スイッチング素子の発熱量Ｗと、冷却水の比熱Ｃと、冷却水の比重ρと、冷却水の流量ｑとを用いて、下記の式にて定義される。

ΔＴｗ＝Ｗ／（Ｃ・ρ・ｑ）
また、スイッチング素子の温度上昇量ΔＴｊは、その熱抵抗Ｒを用いて、下記の式にて定義される。

ΔＴｊ＝Ｒ×Ｗ
ここで、熱抵抗Ｒは、冷却水が流れる状況下におけるスイッチング素子の発熱量とスイッチング素子の温度上昇量との関係を定める比例係数であり、例えば計測等によって取得される。以上から、発熱量Ｗを消去することで、「ΔＴｊ＝ΔＴｗ・Ｒ・Ｃ・ρ・ｑ」を得る。したがって、変換係数Ｋｃは、「Ｒ・Ｃ・ρ・ｑ」となる。ここで、スイッチング素子ＳＷ４での冷却水の温度は、感温ダイオードＤＳの感知する温度Ｔｖ２にて近似できる。このため冷却水の温度上昇量ΔＴｗは、「Ｔｖ２−Ｔｗｉｎ」となる。そして、スイッチング素子の温度上昇量ΔＴｊは、冷却水の温度Ｔｗｉｎに対する温度上昇量と考えられるから、スイッチング素子ＳＷ１の温度Ｔｖ１は、「Ｋｃ・ΔＴｗ＋Ｔｗｉｎ」となり、上述した式が導出される。

このステップＳ４６の処理が完了すると、先の図５に示すステップＳ４８に移行する。ステップＳ４８においては、最大温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子ＳＷ３の温度Ｔｖ１であるか否かを判断する。そして、ステップＳ４８において否定判断される場合には、上記ステップＳ４４の処理に移行する。すなわち、この場合には、最大温度Ｔｊｍａｘとなるのがスイッチング素子ＳＷ２又はスイッチング素子ＳＷ６である。このため、これとスイッチング素子ＳＷ３とのそれぞれを流れる電流に基づき、先の図７に示した関係を用いることで、最大温度Ｔｊｍａｘを推定することができる。

すなわち例えば、図８（ｂ）に例示するように、スイッチング素子ＳＷ２の温度が最大となる場合、スイッチング素子ＳＷ２を流れる電流量とスイッチング素子ＳＷ３を流れる電流量と、冷却水の温度Ｔｗｉｎと、スイッチング素子ＳＷ３の温度Ｔｖ１とに基づき、上述した手法により、スイッチング素子ＳＷ２の温度Ｔｕ２を推定することができる。

なお、先の図５に示したステップＳ４０、Ｓ４８において肯定判断される場合や、ステップＳ４４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）対象スイッチング素子（スイッチング素子ＳＷ４）の温度を検出する検出手段（感温ダイオードＤＳ）の検出値と、スイッチング素子ＳＷ４以外の特定のスイッチング素子及びスイッチング素子ＳＷ４の２つのスイッチング素子のそれぞれを流れる電流量とを入力とし、これら２つのスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係とこれらを流れる電流量との間の相関関係に基づき、特定のスイッチング素子の温度を推定した。これにより、特定のスイッチング素子の温度を推定することができる。

（２）スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの最大温度Ｔｊｍａｘを推定した。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性が低下するおそれが生じる状況となるか否かを好適に監視することができる。

（３）スイッチング素子ＳＷ４がオフ状態である場合、冷却装置の上流の冷却水温度Ｔｗｉｎに対するスイッチング素子ＳＷ４近傍の冷却水温度の上昇量からスイッチング素子ＳＷ３の温度を推定した。これにより、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流との間で図７に示した関係を利用することができない場合であれ、最大温度Ｔｊｍａｘを推定することができる。

（４）モータジェネレータ１０の回転速度が規定速度以下である場合に最大温度Ｔｊｍａｘの推定を行った。これにより、感温ダイオードＤＳの温度Ｔｖ２が最大温度Ｔｊｍａｘから大きく離間すると想定される状況下、最大温度Ｔｊｍａｘを適切に推定することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・先の図４においては、最大温度となるスイッチング素子を実電流に基づき特定したが、これに限らず、マイコン２０において生成される指令電流に基づき特定してもよい。

・先の図５のステップＳ４２において肯定判断される場合には、温度推定対象となる特定のスイッチング素子を流れる電流量とスイッチング素子ＳＷ４を流れる電流量との相対的な大小関係についての厳密な情報に基づき、特定のスイッチング素子の温度を推定した。しかし、この場合、例えば図９に示す領域Ｃのようにスイッチング素子ＳＷ４を流れる電流量が極微少量となる状況下(規定電流以下となる状況下)にあっては、その推定精度が低下する懸念がある。このため、こうした場合には、指令電流を用いるなどして、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ４を流れる電流についての領域Ｄの値に基づき、領域Ｃにおいて温度が最大となると想定されるスイッチング素子ＳＷ１の温度を推定することもできる。このように、最大の電流が流れる相において電流量が最大となる電気角領域を用いることで、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流が過度に小さくなることもなく、スイッチング素子ＳＷ１の温度が許容範囲内となり得るか否かを簡易的に判断することができる。

・先の図５のステップＳ４４においては、温度推定対象となる特定のスイッチング素子を含む２つのスイッチング素子ＳＷを流れる電流量の相対的な大小関係に基づき特定のスイッチング素子の温度を推定するに際し、電流量と温度上昇量との間に比例関係を想定したが、これに限らない。例えば、先の図７に示した計測結果が比例関係よりも２次曲線によってより高精度に近似可能と考えられるため、２次曲線を想定してもよい。

・上記実施形態では、インバータ１２を構成するスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの１つのスイッチング素子ＳＷ４のみについて、これの温度を検出するための感温ダイオードＤＳを設けたが、これに限らない。例えば下側アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のみについて、これらの温度を検出するための感温ダイオードＤＳを設けてもよい。この場合、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５のうちの特定のものの温度は、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のうちの特定のものの温度の検出値と、上側アーム及び下側アームの上記特定のものを流れる電流量同士の相対的な大小関係に基づき推定することができる。更に、これに代えて、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５のうちの特定のものの温度を、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のうちの上記特定のものと同一の相のものの温度の検出値と、上流での冷却水の温度Ｔｗｉｎとに基づき推定することもできる。そして、こうした推定手法によれば、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の全てについての高精度な温度情報を取得することもできる。

・冷却装置としては、先の図３に例示したものに限らない。例えば、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の上面又は下面のいずれか一方のみからこれらを冷却するものであってもよい。また、冷却装置内へのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の配置態様についても適宜変更してよい。

・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ６のそれぞれと、対応するダイオードＤ１〜Ｄ３，Ｄ５，Ｄ６のそれぞれとをパッケージ化したカードと、スイッチング素子ＳＷ４、ダイオードＤ４及び感温ダイオードＤＳを１つのカードにパッケージ化したカードとを同一の寸法としたが、これに限らない。

・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１〜Ｓ３，ＳＷ５，ＳＷ６のそれぞれと、対応するダイオードＤ１〜Ｄ３，Ｄ５，Ｄ６のそれぞれとを１つのカードにパッケージ化するとともに、スイッチング素子ＳＷ４、ダイオードＤ４及び感温ダイオードＤＳを１つのカードにパッケージ化したが、これに限らない。例えばスイッチング素子ＳＷ４、ダイオードＤ４を１つのカードにパッケージ化し、感温ダイオードＤＳをこれとは別に単独の部材としてもよい。

・温度推定対象としては、単一のインバータを構成するスイッチング素子に限らない。例えば図１０に例示されるように２つのモータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）に対応する２つのインバータを単一の冷却装置内に収納するものにおいて、上記インバータを構成する各スイッチング素子の温度を推定対象としてもよい。図１０では、ＭＧ１と接続されるインバータのＷ相のスイッチング素子と、ＭＧ２と接続されるインバータのＵ相のスイッチング素子とが隣接して配置されている。そして、ＭＧ１と接続されるインバータのＷ相の下側アームと、ＭＧ２と接続されるインバータのＵ相の下側アームとに感温ダイオードを配置している。この場合、ＭＧ１と接続されるインバータのＷ相の上側アームのスイッチング素子と、ＭＧ２と接続されるインバータのＵ相の下側アームのスイッチング素子以外については、上記実施形態と同様の手法で温度を高精度に推定することができる。ただし、上記２つのスイッチング素子の温度推定に際しては、冷却水の温度上昇量をスイッチング素子の温度上昇量に変換するに際し、隣接するインバータの発熱の影響を加味することが望ましい。また、上記実施形態において例示した推定手法に限らず、例えばＭＧ１と接続されるインバータのＷ相の上側アームのスイッチング素子の温度を、これを流れる電流量とＭＧ２に接続されるインバータのＵ相の下側アームのスイッチング素子に流れる電流量との相対的な大小関係に基づき推定してもよい。

・温度を検出する検出手段としては、感温ダイオードに限らず、例えばサイリスタ等であってもよい。

・温度推定対象となる特定のスイッチング素子としては、駆動輪に連結される車載回転機に接続されるインバータを構成するものに限らない。例えば電動パワーステアリングに接続されるインバータを構成するものであってもよい。この場合であっても、何らかの要因で操舵角の変位速度が極端に遅くなる際などには、特定のスイッチング素子の電流が最大となる状態が継続することでこのスイッチング素子の温度が過度に高くなることが懸念される。このため、こうした場合にも本発明の適用は有効である。

一実施形態にかかるシステムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかるＩＧＢＴのパッケージング態様を示す斜視図。 同実施形態にかかるインバータの冷却態様を示す平面図。 同実施形態にかかるインバータ内のスイッチング素子のうちの温度が最大のものを特定する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるスイッチング素子の温度の最大値の推定処理の手順を示す流れ図。 上記推定処理態様を示す図。 相電流とスイッチング素子の温度上昇量との関係を示す図。 上記推定処理態様を示す図。 上記実施形態の変形例を説明するための図。 上記実施形態の変形例におけるインバータの冷却態様を示す図。

符号の説明

１０…モータジェネレータ、１２…インバータ、１４…高圧バッテリ、１６…ドライバユニット、１８…低圧バッテリ、２０…マイコン（温度推定装置の一実施形態)、ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチング素子、ＤＳ…感温ダイオード。

Claims (8)

1. 複数のパワースイッチング素子のうちの一部である対象スイッチング素子の温度を検出する検出手段の検出値と、前記複数のパワースイッチング素子のうちの対象スイッチング素子以外の特定のスイッチング素子を含む２つのスイッチング素子のそれぞれを流れる電流量とを入力とし、前記２つのスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係とこれらを流れる電流量との間の相関関係に基づき、前記特定のスイッチング素子の温度を推定する推定手段を備えることを特徴とするパワースイッチング素子の温度推定装置。
2. 前記複数のスイッチング素子のそれぞれを流れる電流に基づき、前記複数のスイッチング素子のうちの温度が最大となるものを特定する特定手段を更に備え、
   前記推定手段は、前記温度が最大となるスイッチング素子が前記対象スイッチング素子でない場合に前記温度が最大となるスイッチング素子を前記特定のスイッチング素子としてその温度を推定することを特徴とする請求項１記載のパワースイッチング素子の温度推定装置。
3. 前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオン状態である場合、前記２つのスイッチング素子を前記特定のスイッチング素子及び前記対象スイッチング素子として前記推定を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のパワースイッチング素子の温度推定装置。
4. 前記複数のパワースイッチング素子は、冷却装置内の冷却流体にて冷却されており、
   前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオフ状態である場合、前記冷却流体の入口側の温度と前記対象スイッチング素子の温度との差に基づき、前記推定を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の温度推定装置。
5. 前記複数のパワースイッチング素子は、多相回転機に接続されるインバータを構成するものであって且つ、前記冷却流体は、前記インバータの上側アーム側及び下側アーム側のいずれか一方から他方へと流動するものであり、
   前記対象スイッチング素子は、前記上側アーム及び前記下側アームのうちの前記冷却流体にとっての下流側のアームを構成するものであり、
   前記推定手段は、前記対象スイッチング素子がオフ状態である場合、前記冷却流体の入口側の温度と前記対象スイッチング素子の温度とに基づき前記冷却流体にとっての上流側のアーム且つ前記対象スイッチング素子と同一の相のスイッチング素子の温度を推定する手段を備えることを特徴とする請求項４記載のパワースイッチング素子の温度推定装置。
6. 多相回転機に接続されて且つ上側アーム側及び下側アーム側のいずれか一方から他方へと冷却流体が流動することで冷却されるインバータについて、該インバータを構成する複数のスイッチング素子のうちの前記冷却流体にとっての下流側に配置される対象スイッチング素子の温度を検出する検出手段の検出値と、前記冷却流体の入口側の温度とに基づき、前記冷却流体にとっての上流側のアーム且つ前記対象スイッチング素子と同一の相のスイッチング素子の温度を推定する推定手段を備えることを特徴とするパワースイッチング素子の温度推定装置。
7. 前記複数のスイッチング素子は、回転機に接続されるインバータを構成するものであり、
   前記推定手段は、前記回転機の回転速度が規定速度以下である場合に前記推定を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の温度推定装置。
8. 請求項７記載の温度推定装置と、
   前記インバータとを備えることを特徴とする電力変換システム。

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