JP2009171702A - 車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの温度および冷媒の温度に基づいて、冷却系の異常を検知可能な車両駆動システムを提供する。
【解決手段】車両駆動システムは、リアクトルＬ１と、リアクトルに蓄積された電力を開放するスイッチング制御を行なうスイッチング回路（ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２）と、冷却水によりリアクトルＬ１およびスイッチング回路を冷却する冷却装置と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、スイッチング回路のスイッチング制御によって生じるリアクトルＬ１の損失、および、冷却水の温度に基づいて、リアクトルＬ１の温度を推定する。さらに制御装置３０は、その推定したリアクトルの推定温度と、温度センサ３６が検知したリアクトルの温度とに基づいて、冷却装置による冷却異常を検知する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両駆動システムに関し、特に、車両を駆動するためのモータを備える車両駆動システムに関する。

近年、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車のような、駆動源としてモータを搭載した自動車が環境の点から注目を集めている。

特開２００６−１４９０６４号公報（特許文献１）には、回転電機駆動システムと、その回転電機駆動システムを冷却する冷却装置と、その冷却装置の回転電機駆動システムに対する冷却能力の変動に応じて回転電機駆動システムを制御する制御装置とを備える車両駆動システムが開示されている。この車両駆動システムは、回転電機駆動システムの温度と、冷媒（冷却水）の温度との温度差に基づいて、回転電機駆動システムの動作を制御する。
特開２００６−１４９０６４号公報 特開２００４−１９４４７６号公報

特開２００６−１４９０６４号公報では、冷却水の温度と回転電機駆動システムとの温度差が小さい場合には、回転電機駆動システムの負荷率が制限されることが示されている。上記文献では、回転電機駆動システムの温度の一例として、リアクトル近傍に設置された温度センサが検知した温度が示されている。しかしながら、特開２００６−１４９０６４号公報では、冷却水の温度と回転電機駆動システムとの温度差から冷却系が異常であるか否かの判断が可能であるかどうかについては具体的に示されていない。

本発明の目的は、リアクトルの温度および冷媒の温度に基づいて、冷却系の異常を検知可能な車両駆動システムを提供することである。

本発明は要約すれば、車両駆動システムであって、リアクトルと、リアクトルに蓄積された電力を開放するスイッチング制御を行なうスイッチング回路と、冷媒を用いてリアクトルおよびスイッチング回路を冷却する冷却装置と、冷媒の温度を検知する第１の温度検知部と、リアクトルの温度を検知する第２の温度検知部と、スイッチング制御によって生じるリアクトルの損失、および、第１の温度検知部が検知した冷媒の温度に基づいて、リアクトルの温度を推定する温度推定部と、温度推定部が推定したリアクトルの推定温度と、第２の温度検知部が検知したリアクトルの検知温度とに基づいて、冷却装置による冷却異常を検知する異常検知部とを備える。

好ましくは、異常検知部は、検知温度が推定温度よりも高く、かつ、推定温度と検知温度との差分が所定値より大きい場合に、冷却異常を検知する。

好ましくは、リアクトルおよびスイッチング回路は、スイッチング制御によって、第１の直流電圧と第２の直流電圧とを相互に変換する。車両駆動システムは、リアクトルに流れる電流を検知する電流検知部と、第１の直流電圧を検知する第１の電圧検知部と、第２の直流電圧を検知する第２の電圧検知部とをさらに備える。温度推定部は、電流検知部が検知した電流と、第１および第２の電圧検知部がそれぞれ検知した第１および第２の直流電圧とに基づいて、リアクトルの損失を算出する。

より好ましくは、車両駆動システムは、充放電可能に構成された直流電源と、直流電源に対して電力を授受する電気負荷とをさらに備える。リアクトルおよびスイッチング回路は、直流電源から出力される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して電気負荷に第２の直流電圧を出力する一方、電気負荷から出力される第２の直流電圧を第１の直流電圧に変換して直流電源に第１の直流電圧を出力する。

さらに好ましくは、電気負荷は、第２の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、交流電圧を受けて車両を駆動するモータとを含む。

さらに好ましくは、車両駆動システムは、異常検知部が冷却異常を検知した場合に、モータの負荷率を制限する制御部をさらに備える。

本発明によれば、リアクトルの損失および冷媒の温度に基づいて算出されたリアクトルの推定温度と、検知されたリアクトルの温度とに基づいて冷却装置による冷却異常を検知する。冷却異常の場合（たとえば冷却水が停留したり、冷却水の流量が低下した場合）、推定温度と検知温度との差が大きくなる。よって、本発明によれば、リアクトルの温度および冷媒の温度に基づいて、冷却系の異常を検知することができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００の概略構成を示すブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、駆動輪２ａ，２ｂと、動力分配機構３と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリＢ１と、電力変換部（以下ではＰＣＵ（Power Control Unit）と呼ぶ場合もある）４０と、減速機７０と、電力変換部４０およびエンジン４を制御する制御装置３０とを備える。

バッテリＢ１は、充放電可能に構成された蓄電装置であり、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池によって構成される。

電力変換部４０は、バッテリＢ１から供給された直流電力を、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための交流電力に変換するインバータ（図示せず）を含む。このインバータは、双方向の電力変換が可能なように構成され、モータジェネレータＭＧ２の回生制動動作による発電電力およびモータジェネレータＭＧ１による発電電力（いずれも交流電力）を、バッテリＢ１の充電のための直流電力に変換する機能を併せ持つ。

電力変換部４０は、直流電圧のレベル変換を行なう昇降圧コンバータ（図示せず）をさらに含む。この昇降圧コンバータによって、バッテリＢ１の出力電圧よりも高い電圧を振幅とする交流電圧によってモータジェネレータＭＧ２を駆動できるので、モータ駆動効率を向上することができる。なお、電力変換部４０の構成の詳細は後述する。

エンジン４は、ガソリン等を燃料とする内燃機関であり、燃料の燃焼による熱エネルギを駆動力となる運動エネルギに変換して出力する。動力分配機構３は、エンジン４からの出力を、減速機７０を介して駆動輪２ａ，２ｂへ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路とに分割可能である。モータジェネレータＭＧ１は、動力分配機構３を介して伝達されたエンジン４からの出力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、電力変換部４０によって、バッテリＢ１の充電電力、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。なお、駆動輪２ａ，２ｂは前輪および後輪のいずれでもよい（以下では駆動輪２ａ，２ｂは前輪であるとする）。

モータジェネレータＭＧ２は、電力変換部４０から供給された交流電圧によって回転駆動されて、その出力は、減速機７０を介して駆動輪２ａ，２ｂへ伝達される。また、モータジェネレータＭＧ２が駆動輪２ａ，２ｂの減速に伴って回転される回生制動動作時には、モータジェネレータＭＧ２は発電機として作用する。

次にハイブリッド車両１００の走行時の動作について概略を説明する。ハイブリッド車両１００は、発進時、あるいは低速走行時および緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の低い領域を避けるために、エンジン４の出力を用いることなく、モータジェネレータＭＧ２のみによる出力で走行する。この場合には暖機運転が必要な場合を除いてエンジン４の運転が停止される。なお、暖機運転が必要な場合には、エンジン４はアイドル運転される。

通常走行時には、エンジン４が始動され、エンジン４からの出力は、動力分配機構３によって駆動輪２ａ，２ｂの駆動力と、モータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分割される。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジン４による出力をモータジェネレータＭＧ２からの出力でアシストして、駆動輪２ａ，２ｂが駆動される。制御装置３０は、動力分配機構３による動力分割比率を、全体の効率が最大となるようにエンジン４および電力変換部４０を制御する。

加速時には、エンジン４の出力が増加する。エンジン４の出力は動力分配機構３によって駆動輪２ａ，２ｂの駆動力と、モータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分割される。モータジェネレータＭＧ１の発電による電力はモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。つまり加速時にはエンジン４の駆動力にモータジェネレータＭＧ２の駆動力が加えられて駆動輪２ａ，２ｂが駆動される。

減速および制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪２ａ，２ｂによって回転駆動されて発電する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって生じた電力は、電力変換部４０によって直流電圧に変換されてバッテリＢ１の充電に用いられる。

図２は、図１に示したハイブリッド車両１００の構成をより詳細に示す図である。図２を参照して、ハイブリッド車両１００は、動力分配機構３と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、車輪２とを含む。なお、図１に示した駆動輪２ａ，２ｂを図２ではまとめて車輪２と示す。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１の回転シャフトを中空にし、その中をエンジン４の動力シャフトを貫通させることでモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構３、モータジェネレータＭＧ１、エンジン４を直線上に配置することができる。

ハイブリッド車両１００は、さらに、バッテリＢ１と、システムメインリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＢと、抵抗Ｒ１と、電源ラインＰＬ１と、接地ラインＳＬと、制御装置３０とを含む。

システムメインリレーＳＭＲＢは、バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲＧは、バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとの間に接続される。システムメインリレーＳＭＲＰおよび抵抗Ｒ１は、バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。

システムメインリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＢは、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥＧ，ＳＥＰ，ＳＥＢにそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。具体的にはシステムメインリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＢは、それぞれ、Ｈ（論理ハイ）の制御信号ＳＥＧ，ＳＥＰ，ＳＥＢによって導通状態に設定され、Ｌ（論理ロー）の制御信号ＳＥＧ，ＳＥＰ，ＳＥＢによって非導通状態に設定される。

ハイブリッド車両１００は、さらに、バッテリＢ１の端子間の電圧ＶＢを検知する電圧センサ１０と、バッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

ハイブリッド車両１００は、さらに、電力変換部４０を含む。電力変換部４０は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，２２と、電圧センサ１３，２１と、温度センサ３６とを含む。

平滑コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧を平滑化する。昇圧コンバータ１２は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。平滑コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。

昇圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジン４を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

電圧センサ２１は、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して、その検知した電圧ＶＬを制御装置３０に対して出力する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の端子間の電圧ＶＨを検知して、その検知した電圧ＶＨを制御装置３０に出力する。

抵抗Ｒ２は、平滑コンデンサＣ２と並列に電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。抵抗Ｒ２は、たとえばハイブリッド車両１００の停止時に平滑コンデンサＣ２を放電するために設けられる。

温度センサ３６は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検知して、その検知した温度ＴＬを制御装置３０に対して出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相の永久磁石同期モータである。各モータジェネレータはＵ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを含む。Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルは各々の一方端が中点に共に接続されている。

そして、Ｕ相コイルの他方端はＵ相アームに含まれる２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。Ｖ相コイルの他方端はＶ相アームに含まれる２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。Ｗ相コイルの他方端はＷ相アームに含まれる２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。モータジェネレータＭＧ１の場合、Ｕ相コイルの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続され、Ｖ相コイルの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続され、Ｗ相コイルの他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

ハイブリッド車両１００は、さらに、電流センサ２４，２５を含む。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検知し、その検知したモータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検知し、その検知したモータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

ハイブリッド車両１００は、さらに、ヘッドランプ等の補機類５２と、補機バッテリＢ２と、電源ラインＰＬ１と補機バッテリＢ２および補機類５２との間に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、制御装置３０から与えられる降圧指示に応じて、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ間の電圧を降圧して補機類５２への電力供給を行なうことが可能である。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値と、温度ＴＬと、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、起動指示ＩＧとを受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。昇圧コンバータ１２（ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２）は制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤに応じてオン／オフすることによりスイッチング制御を実行する。

昇圧コンバータ１２は、バッテリＢ１からの電力をインバータ１４，２２に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として機能する。この場合、制御信号ＰＷＵに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチング動作を行なうことによりリアクトルＬ１およびＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電圧ＶＬ（第１の直流電圧）を電圧ＶＨ（第２の直流電圧）に変換する。

一方、昇圧コンバータ１２は、モータジェネレータＭＧ２からの電力（あるいはモータジェネレータＭＧ１の電力）をインバータ１４，２２に供給する逆方向変換回路としても機能する。この場合、制御信号ＰＷＤによって、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチング動作を行なうことによりリアクトルＬ１およびＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電圧ＶＨを電圧ＶＬに変換する。

次に昇圧コンバータ１２による電圧変換動作の一例を示す。たとえばＩＧＢＴ素子をオフとし、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオンオフすることにより、昇圧コンバータ１２は昇圧回路として動作する。ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢ１の正極からリアクトルＬ１およびＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢ１の負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間にリアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがダイオードＤ１を介してインバータ１４，２２側に開放される。これにより平滑コンデンサＣ２の両極間の電圧が増大する。すなわち、電圧ＶＬが昇圧される。

一方、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフした状態でＩＧＢＴ素子Ｑ１をオンオフすることにより昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作する。ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４あるいは２２からの電流はＩＧＢＴ素子Ｑ１を経由してリアクトルＬ１およびバッテリＢ１へと流れる。ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢ１およびダイオードＤ２からなるループが形成されて、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢ１側に開放される。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

図２に示すように、昇圧コンバータ１２には、リアクトルＬ１の温度を検知する温度センサ３６が設けられる。この理由は、リアクトルＬ１の温度を監視することによって、昇圧コンバータ１２の過熱保護を実現するためである。リアクトルＬ１の過熱を保護するため、ハイブリッド車両１００には電力変換部４０を冷却するための冷却系（冷却装置）が設けられている。

図３は、ハイブリッド車両１００に搭載される冷却系の模式図である。図３を参照して、冷却系は、電力変換部（ＰＣＵ）４０を冷却するための冷媒である冷却水を循環させるポンプ４４と、冷却水の熱を放出させることにより冷却水を冷却するためのラジエータ４６と、ラジエータ４６によって冷却された冷却水の温度を測定し、その測定した温度ＴＣを出力する水温センサ４５とを含む。

なお、本実施の形態では、冷媒は冷却水であるが、冷媒の種類は特に限定されない。たとえば冷媒は油あるいは空気などでもよい。

制御装置３０は、水温センサ４５から温度ＴＣを受ける。制御装置３０は、冷却系が異常であると判定した場合には、入力されるトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２にある制限を施す。そして制御装置３０は、その制限されたトルク指令値に基づいて電力変換部４０を制御する。これにより、制御装置３０は、冷却系の異常時においてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の負荷率を制限する。

図４は、制御装置３０の機能ブロック図である。図４を参照して、制御装置３０は、ＭＧ（モータジェネレータ）制御部８１と、温度推定部８２と、異常検知部８３とを含む。

ＭＧ制御部８１は、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、電圧ＶＬ，ＶＨ，ＶＢと、電流ＩＢとに基づいて、昇圧コンバータ１２に対する制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤと、インバータ１４に対する駆動指示ＰＷＭＩ１および回生指示ＰＷＭＣ１と、インバータ２２に対する駆動指示ＰＷＭＩ２および回生指示ＰＷＭＣ２とを生成して出力する。

温度推定部８２は、図３に示す水温センサ４５から温度ＴＣを受ける。さらに温度推定部８２は、電流ＩＢと、電圧ＶＬ，ＶＨとを受ける。温度推定部８２は、電流ＩＢ、および電圧ＶＬ、ＶＨに基づいてリアクトルＬ１の損失を算出する。温度推定部８２は、その算出したリアクトルＬ１の損失、および、温度ＴＣに基づいて、リアクトルＬ１の温度を推定する。この推定温度は、冷却系が正常であるという条件でのリアクトルＬ１の温度を意味する。温度推定部８２は、その推定したリアクトルの温度を異常検知部８３に出力する。

異常検知部８３は、温度ＴＬを受けるとともに、温度推定部８２からリアクトルの推定温度を受ける。異常検知部８３は、リアクトルＬ１の推定温度と、温度ＴＬ（リアクトルＬ１の検知温度）とに基づいて、冷却系の異常を判断する。詳細には、リアクトルＬ１の推定温度と、温度ＴＣとの差が所定のしきい値（たとえば２０℃）よりも大きくなった場合に、異常検知部８３は冷却系に異常が生じたと判定する。このしきい値は、たとえば実験などによって、適切な値に予め定められる。異常検知部８３は、冷却系による冷却異常が生じたことを示す異常情報をＭＧ制御部８１に出力する。さらに、異常検知部８３は、リアクトルＬ１の推定温度に対する温度ＴＣの差（偏差）をＭＧ制御部８１に出力する。

ＭＧ制御部８１は、冷却系に異常が生じたことを示す情報を異常検知部８３から受けた場合、入力されるトルク指令値（ＴＲ１，ＴＲ２）にある割合を掛けた値を算出する。この割合は、異常検知部８３からの偏差に基づいて決定される。ＭＧ制御部８１は、その算出されたトルク指令値に基づいて、制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤ、駆動指示ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２および回生指示ＰＷＭＣ１，ＰＷＭＣ２を生成して出力する。

なおＭＧ制御部８１は、異常検知部８３から冷却系に異常が生じたことを示す情報を受けていない場合には、冷却系が正常であると判定する。

図５は、図３に示した電力変換部４０の内部における冷却水の流れを示す図である。図５を参照して、冷却水は電力変換部４０の内部を蛇行する。冷却水の温度を検出する水温センサ４５は、冷却水の流路の入口近傍に設けられる。リアクトルＬ１の温度を検出する温度センサ３６は、リアクトルＬ１の近傍に設けられる。温度センサ３６はリアクトルＬ１に近い位置に設けられることが好ましく、リアクトルＬ１に接して設けられていてもよい。温度センサ３１は、電力変換部４０に含まれるＩＧＢＴ素子（昇圧コンバータおよびインバータに含まれるＩＧＢＴ素子）の温度を検出するために設けられる。

冷却系に異常が生じた場合、冷却水の循環が停止したり、冷却水の流量が低下したりする。たとえばポンプ４４（図３参照）が故障した場合、冷却水の循環が停止する。また、冷却水が流れる水路（パイプ等）の目詰まりが生じることによって、冷却水の流量が低下する。このように冷却水の流れが止まったり、冷却水の流量が低下したりした場合、電力変換部４０の内部の素子の放熱性が低下する。これにより電力変換部４０が熱暴走する可能性が生じる。したがって、電力変換部４０を適切に動作させるためには、冷却水の流れが停止した（あるいは冷却水の流量が低下した）ことを検知する必要がある。

図５に示すように、電力変換部４０の内部にはＩＧＢＴ素子の温度を検知するための温度センサ３１が設けられている。冷却水の流れが停止した状態でＩＧＢＴ素子を動作させた場合、ＩＧＢＴ素子の温度が大幅に上昇すると考えられる。したがって、温度センサ３１が検知した温度に基づいて、冷却水の流れが停止したことを検知する方法が考えられる。

ただし、温度センサ３１は複数のＩＧＢＴ素子が配置された領域の中央付近に位置する。図５に示すように、ＩＧＢＴ素子ＱＡ，ＱＢは温度センサ３１の近くに配置されている。したがって、温度センサ３１が検知した温度と、ＩＧＢＴ素子ＱＡ（またはＩＧＢＴ素子ＱＢ）の温度との差は小さい。しかし、ＩＧＢＴ素子ＱＣ，ＱＤは、温度センサ３１から離れた場所に位置する。このため温度センサ３１が検知した温度と、ＩＧＢＴ素子ＱＣ（またはＩＧＢＴ素子ＱＤ）の温度との差が大きくなると考えられる。

たとえば温度センサ３１が検知した温度が、あるしきい温度を超えたときにすべてのＩＧＢＴ素子を停止させる制御が行なわれるとする。温度センサが検知した温度がそのしきい値に達した時点において、ＩＧＢＴ素子ＱＤの温度は、そのしきい温度よりも高くなる可能性が考えられる。このため上記した制御が有効に機能しなくなる。このような問題を防ぐために、ＩＧＢＴ素子ごとに温度センサを設けることが考えられる。しかし、温度センサの個数が多くなるため電力変換部のコストが上昇する。また、電力変換部の容積が増えることによって、車両における電力変換部の搭載スペースを確保することが困難になることも考えられる。

また、電力変換部４０の内部には冷却水の温度を検知する水温センサ４５が設けられている。しかし、水温センサ４５は、冷却水の流路の入口付近に設けられている。このため冷却水の流れが停止した場合、水温センサ４５が検知した温度は緩やかに上昇する（あるいはほとんど変化しない）と考えられる。したがって水温センサ４５により冷却水の流れが停止したことを検知するのは容易ではないと考えられる。

本実施の形態では、制御装置３０（温度推定部８２）が、水温センサ４５が検知した冷却水の温度と、実負荷量（ＩＢ，ＶＬ，ＶＨ）とを用いてリアクトルＬ１の温度を推定する。この推定温度は、冷却水が循環している場合（すなわち冷却系が正常である場合）のリアクトルＬ１の温度を意味する。そして、制御装置３０（異常検知部８３）は、温度センサ３６が検知したリアクトルＬ１の温度と、その推定温度とを用いて、冷却系の異常を検知する。

冷却水が水路内に停留している場合、リアクトルの温度は冷却水が停留する前の温度に比べて高くなる。制御装置３０（異常検知部８３）は、推定温度に対する温度センサ３６による検知温度の偏差を算出する。そして、その偏差がしきい値より大きい場合には、冷却系が異常である（すなわち冷却水が停留している）と判断する。

なお、上記方法と同様な方法として、ＩＧＢＴ素子の温度を推定して、その推定温度と実測温度（温度センサ３１が検知した温度）との差を求める方法が考えられる。しかし、ＩＧＢＴ素子の温度は、その素子の動作条件（たとえばスイッチング周波数等）に応じて細かく変動し得る。したがって、温度センサが検知した温度と推定温度との偏差を求めた場合に、その偏差が細かく変動し得る。このため、冷却系が異常であるか否かの判断が容易ではないと考えられる。

一方、リアクトルは、ＩＧＢＴ素子に比べて熱容量が大きい。したがって、動作条件が細かく変動しても、リアクトルの温度は、その動作条件の変動による影響を受けにくい。このため、冷却系の異常が生じた場合、偏差は単調に増加する。よって、冷却系が異常であるか否かの判断を容易に行なうことができる。

次に、リアクトルの温度を推定する方法について説明する。図６は、リアクトルＬ１の構造を概略的に示す図である。図６を参照して、リアクトルＬ１は、コア６１と、コア６１に巻かれた巻線６２とを含む。コア６１の材料は、一般的に鉄である。巻線６２の材料は、一般的に銅である。

リアクトルＬ１の温度は、以下の式（１）に従うものと推定される。
（リアクトル温度）＝（リアクトルの損失）×（熱抵抗）＋（冷却水の水温） …（１）
ここで熱抵抗は、定数である。熱抵抗の値は、たとえば実験によって予め求められる。冷却水の水温は、水温センサ４５によって検知される。

リアクトルの損失は、巻線６２の損失（すなわち銅損）と、コア６１の損失（すなわち鉄損）との和によって表わされる。銅損は以下の式（２）に従って表わすことができる。

（銅損）＝（巻線の抵抗）×（電流値）^２ …（２）
巻線の抵抗は、たとえば実験により予め求められる定数である（以下、この定数をＡとする）。巻線に流れる電流の値は、バッテリＢ１に入出力される電流ＩＢに等しい。

鉄損は以下の式（３）に従って表わすことができる。
（鉄損）＝（定数）×（昇圧後の電圧）／（昇圧前の電圧） …（３）
以下、式（３）における定数をＢとする。定数Ｂは、たとえば実験により予め求められる。「昇圧前の電圧」は電圧ＶＬである。「昇圧後の電圧」は電圧ＶＨである。すなわち「（昇圧後の電圧）／（昇圧前の電圧）」とは、昇圧コンバータ１２における昇圧比を表わす。

式（１）〜（３）から、リアクトルＬ１の推定温度は以下の式（４）に従って表わすことができる。

（リアクトルの推定温度）＝｛（Ａ×ＩＢ^２）＋Ｂ×（ＶＨ／ＶＬ）｝×Ｃ＋ＴＣ …（４）
ここでＣは熱抵抗である。温度推定部８２は、式（４）に、電流センサ１１が検知した電流ＩＢ、電圧センサ２１が検知した電圧ＶＬ、電圧センサ１３が検知した電圧ＶＨを代入することにより、リアクトルＬ１の温度を推定する。すなわち温度推定部８２は、リアクトルの損失、および、水温センサ４５が検知した冷却水の温度に基づいて、リアクトルの温度を推定する。

図７は、冷却系の異常時におけるリアクトルの温度および冷却水の温度の推移を示した図である。図７を参照して、時刻ｔ１において冷却系に異常が生じたため冷却水が停留する。ただし冷却水が停留しても、冷却水の水温ＴＣの変化は小さい。

一方、時刻ｔ１以後、温度センサ３６により測定されたリアクトルＬ１の温度（図中、測定値と示す）も上昇する。一方、リアクトル温度の推定値（上記の式（４）に従う推定温度）は上昇する。ただし、推定温度は、冷却水が正常に循環しているという条件でのリアクトルの温度であるため、温度測定値の時間に対する上昇率に比較して、温度推定値の時間に対する上昇率は小さい。

このため、時刻ｔ２において、温度推定値に対する温度測定値の偏差がしきい値より大きくなる。時刻ｔ２において異常検知部８３は、冷却系が異常であると判断する。そしてＭＧ制御部８１は、異常検知部８３により冷却系の異常が検知されると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の負荷率の制限を開始する。

図８は、制御装置３０によるモータジェネレータの制御処理を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示す処理は、たとえば一定の時間ごと、または所定の条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８および図４を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において、温度推定部８２は、水温センサ４５の検出値（温度ＴＣ）を取得する。ステップＳ２において、温度推定部８２は、電流センサ１１から電流ＩＢを取得し、電圧センサ２１から電圧ＶＬを取得し、電圧センサ１３から電圧ＶＨを取得する。

ステップＳ３において、温度推定部８２は、取得した温度ＴＣと、電流ＩＢと、電圧ＶＬ，ＶＨとを式（４）に代入することによりリアクトルＬ１の温度を推定する。そして温度推定部８２は、その推定した温度を異常検知部８３に出力する。

ステップＳ４において、異常検知部８３は、温度センサ３６（リアクトル温度センサ）の測定したリアクトルの温度ＴＬを取得する。

ステップＳ５において、異常検知部８３は、リアクトルＬ１の温度の実測値（温度センサ３６が検知した温度）からリアクトルＬ１の温度の推定値（ステップＳ３において算出された推定温度）を減算した結果、すなわち偏差がしきい値よりも大きいか否かを判定する。この偏差がしきい値以下の場合（ステップＳ５においてＮＯ）、全体の処理は終了する。この場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の負荷率制限制御は実行されない。

一方、ステップＳ５において算出された偏差がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、異常検知部８３は、冷却系の異常を示す情報、および、リアクトルＬ１の推定温度と実測温度との偏差の情報をＭＧ制御部８１に出力する。そして、処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、ＭＧ制御部８１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対する負荷率制限制御を実行する。この場合、ＭＧ制御部８１は、入力されるトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に、ある割合を掛けた値を算出する。この割合は、ステップＳ５において算出された偏差に基づいて決定される。

図９は、リアクトルの推定温度と実測温度との偏差に対する負荷率の関係を示す図である。図９を参照して、偏差がΔＴ１より小さい場合には、負荷率が１００％となる。この場合には、ＭＧ制御部８１は、入力されるトルク指令値に対する制限を行なわない。すなわちＭＧ制御部８１は、入力されるトルク指令値が得られるようにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する。

偏差がΔＴ１より大きくなると、負荷率は低下する。偏差がΔＴ２である場合に、負荷率は０％になる。たとえば、ＭＧ制御部８１は、図９に示した偏差と負荷率との関係をマップとして記憶する。ＭＧ制御部８１は、異常検知部８３から入力される偏差、およびそのマップに従って、トルク指令値に対する係数を算出する。ＭＧ制御部８１は、その算出した係数と入力されたトルク指令値とを乗算して、その乗算により得られたトルク指令値に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する。

ステップＳ６の処理が終了すると全体の処理が終了する。
このように、本実施の形態に係る車両駆動システムは、リアクトルＬ１と、リアクトルに蓄積された電力を開放するスイッチング制御を行なうスイッチング回路（ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２）と、冷却水を用いてリアクトルＬ１およびスイッチング回路を冷却する冷却装置（ポンプ４４およびラジエータ４６）と、冷却水の温度を検知する水温センサ４５と、リアクトルＬ１の温度を検知する温度センサ３６と、温度推定部８２と、異常検知部８３とを備える。温度推定部８２は、スイッチング回路のスイッチング制御によって生じるリアクトルＬ１の損失、および、水温センサ４５が検知した冷却水の温度ＴＣに基づいて、リアクトルＬ１の温度を推定する。異常検知部８３は、温度推定部８２が推定したリアクトルの推定温度と、温度センサ３６が検知したリアクトルの温度とに基づいて、冷却装置による冷却異常を検知する。冷却異常の場合（たとえば冷却水が停留したり、冷却水の流量が低下した場合）、推定温度と検知温度との差が大きくなる。よって、本実施の形態によれば、リアクトルの温度および冷媒の温度に基づいて、冷却系の異常を検知することができる。

また、本実施の形態によれば、異常検知部８３は、推定温度と検知温度との差が所定値より大きい場合に、冷却異常を検知する。検知温度が推定温度より大きいという条件のみによって冷却異常であると判定した場合、たとえば検知温度が推定温度が付近で細かく変動すると誤判定が生じ得る。推定温度と検知温度との差が所定値より大きい場合に冷却異常を検知することによって誤判定を防ぐことが可能になる。

また、本実施の形態によれば、車両駆動システムは、リアクトルＬ１に流れる電流（ＩＢ）を検知する電流センサ１１と、電圧ＶＬ（第１の直流電圧）を検知する電圧センサ２１と、電圧ＶＨ（第２の直流電圧）を検知する電圧センサ１３とをさらに備える。温度推定部８２は、電流センサ１１が検知した電流ＩＢと、電圧センサ２１，１３がそれぞれ検知した電圧ＶＬ，ＶＨとに基づいて、リアクトルＬ１の損失を算出する。リアクトルの損失は、銅損および鉄損の和である。本実施の形態によれば、電流ＩＢと、電圧ＶＬ，ＶＨとに基づいて銅損および鉄損を算出できるため、リアクトルの損失をより正確に求めることができる。したがって冷却系が正常である場合のリアクトルの温度をより正確に推定することができる。

また、本実施の形態によれば、車両駆動システムは、充放電可能に構成されたバッテリＢ１と、バッテリＢ１に対して電力を授受する電気負荷（インバータ２２およびモータジェネレータＭＧ２）と、ＭＧ制御部８１とをさらに備える。ＭＧ制御部８１は、異常検知部８３が冷却異常を検知した場合に、モータジェネレータＭＧ２（およびＭＧ１）の負荷率を制限する。これによって、リアクトルを含む電力変換部のさらなる温度上昇を抑制することができる。

また、図１には、前輪のみが駆動輪であるハイブリッド車両を示したが、さらに後輪駆動用の電動機を設けて、４ＷＤハイブリッドシステムを構成することも可能である。

また、図１には、動力分配機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに本発明を適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できることは言うまでもない。これらの自動車においても、リアクトルを含む昇降圧コンバータおよびインバータによって、バッテリの出力電圧よりも高い電圧を振幅とする交流電圧を生成し、その生成された交流電圧によってモータジェネレータを駆動するように構成することが考えられる。したがって、上述した自動車にも本発明が適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００の概略構成を示すブロック図である。 図１に示したハイブリッド車両１００の構成をより詳細に示す図である。 ハイブリッド車両１００に搭載される冷却系の模式図である。 制御装置３０の機能ブロック図である。 図３に示した電力変換部４０の内部における冷却水の流れを示す図である。 リアクトルＬ１の構造を概略的に示す図である。 冷却系の異常時におけるリアクトルの温度および冷却水の温度の推移を示した図である。 制御装置３０によるモータジェネレータの制御処理を説明するフローチャートである。 リアクトルの推定温度と実測温度との偏差に対する負荷率の関係を示す図である。

符号の説明

２ 車輪、２ａ，２ｂ 駆動輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、３１，３６ 温度センサ、４０ 電力変換部、４４ ポンプ、４５ 水温センサ、４６ ラジエータ、５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５２ 補機類、６１ コア、６２ 巻線、７０ 減速機、８１ ＭＧ制御部、８２ 温度推定部、８３ 異常検知部、１００ ハイブリッド車両、Ｂ１ バッテリ、Ｂ２ 補機バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８，ＱＡ〜ＱＤ ＩＧＢＴ素子、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、ＳＬ 接地ライン、ＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＢ システムメインリレー。

Claims (6)

1. リアクトルと、
   前記リアクトルに蓄積された電力を開放するスイッチング制御を行なうスイッチング回路と、
   冷媒を用いて前記リアクトルおよび前記スイッチング回路を冷却する冷却装置と、
   前記冷媒の温度を検知する第１の温度検知部と、
   前記リアクトルの温度を検知する第２の温度検知部と、
   前記スイッチング制御によって生じる前記リアクトルの損失、および、前記第１の温度検知部が検知した前記冷媒の温度に基づいて、前記リアクトルの温度を推定する温度推定部と、
   前記温度推定部が推定した前記リアクトルの推定温度と、前記第２の温度検知部が検知した前記リアクトルの検知温度とに基づいて、前記冷却装置による冷却異常を検知する異常検知部とを備える、車両駆動システム。
2. 前記異常検知部は、前記検知温度が前記推定温度よりも高く、かつ、前記推定温度と前記検知温度との差分が所定値より大きい場合に、前記冷却異常を検知する、請求項１に記載の車両駆動システム。
3. 前記リアクトルおよび前記スイッチング回路は、前記スイッチング制御によって、第１の直流電圧と第２の直流電圧とを相互に変換し、
   前記車両駆動システムは、
   前記リアクトルに流れる電流を検知する電流検知部と、
   前記第１の直流電圧を検知する第１の電圧検知部と、
   前記第２の直流電圧を検知する第２の電圧検知部とをさらに備え、
   前記温度推定部は、前記電流検知部が検知した前記電流と、前記第１および第２の電圧検知部がそれぞれ検知した前記第１および第２の直流電圧とに基づいて、前記リアクトルの前記損失を算出する、請求項１または２に記載の車両駆動システム。
4. 前記車両駆動システムは、
   充放電可能に構成された直流電源と、
   前記直流電源に対して電力を授受する電気負荷とをさらに備え、
   前記リアクトルおよび前記スイッチング回路は、前記直流電源から出力される前記第１の直流電圧を前記第２の直流電圧に変換して前記電気負荷に前記第２の直流電圧を出力する一方、前記電気負荷から出力される前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧に変換して前記直流電源に前記第１の直流電圧を出力する、請求項３に記載の車両駆動システム。
5. 前記電気負荷は、
   前記第２の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記交流電圧を受けて車両を駆動する回転電機とを含む、請求項４に記載の車両駆動システム。
6. 前記異常検知部が前記冷却異常を検知した場合に、前記回転電機の負荷率を制限する制御部をさらに備える、請求項５に記載の車両駆動システム。

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