JP2012161168A - Device for determining element lifetime - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子寿命判定装置に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって電動機を駆動するインバータと、インバータを介して電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車のスイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定装置に関する。 The present invention relates to an element life determination device, and more specifically, an electric motor that can output power for traveling, an inverter that drives an electric motor by switching of a switching element that is cooled by a cooling liquid, and the electric motor and electric power via the inverter. The present invention relates to an element life determination apparatus that determines the life of a switching element of an electric vehicle including a battery capable of exchange.
従来、この種の素子寿命判定装置としては、直流電源の電力をインバータ装置のパワートランジスタのオンオフ駆動によりモータに供給すると共にエンジンを駆動することにより走行する自動車のインバータ装置において、パワートランジスタの寿命を判定するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、車両を駆動させる前に、所定期間だけ所定値の電流をモータに供給するようにインバータのパワートランジスタを駆動し、このときのパワートランジスタの熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値に基づいてパワートランジスタの寿命を判定している。 Conventionally, as this kind of element life determination device, in the inverter device of the automobile that runs by supplying the power of the DC power source to the motor by turning on and off the power transistor of the inverter device and driving the engine, the life of the power transistor is reduced. What is determined has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this device, before driving the vehicle, the power transistor of the inverter is driven so as to supply a current of a predetermined value to the motor for a predetermined period, the thermal resistance value of the power transistor at this time is calculated, and the calculated thermal resistance The lifetime of the power transistor is determined based on the value.
電気自動車に搭載されたインバータが有するパワートランジスタ素子の寿命を仕向け地への出荷前に判定する手法の1つとして、比較的高い試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの素子温度を実験などにより取得し、試験環境温度と仕向け地の最高気温との温度差を実験等で取得した素子温度からそのまま減ずることにより、仕向け地での実際の素子温度を推定し、推定した仕向け地での素子温度に基づいて素子の寿命を判定するものがある。しかしながら、走行中に環境温度としての外気温がインバータを収納するエンジンルーム内の温度等にそのまま反映されない場合があることを考慮すると、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定されてしまい、素子の寿命を適正に判定することができない可能性があった。 As one of the methods for determining the life of a power transistor element included in an inverter mounted on an electric vehicle before shipping to a destination, the element temperature when the vehicle travels in a predetermined traveling pattern under a relatively high test environment temperature. The actual element temperature at the destination is estimated by subtracting the temperature difference between the test environment temperature and the maximum temperature at the destination from the element temperature obtained through experiments. Some devices determine the lifetime of an element based on the element temperature. However, in consideration of the fact that the outside temperature as the environmental temperature may not be reflected as it is in the engine room that houses the inverter during driving, this method estimates that the element temperature at the destination is lower than the actual temperature. Therefore, there is a possibility that the lifetime of the element cannot be properly determined.
本発明の素子寿命判定装置は、電気自動車の収納部に収納されたインバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することを主目的とする。 The main object of the element lifetime determination apparatus of the present invention is to more appropriately determine the lifetime of the switching element of the inverter stored in the storage section of the electric vehicle.
本発明の素子寿命判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The element lifetime determination apparatus of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の素子寿命判定装置は、
車両前部の収納部に収納され走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動する前記収納部に収納されたインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える電気自動車が、所定の試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの前記スイッチング素子の最高温度である試験素子温度を取得する試験素子温度取得手段と、前記所定の試験環境温度から前記電気自動車の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差に基づく環境温度差を前記取得した試験素子温度から減ずることにより仕向地素子温度を推定する仕向地素子温度推定手段と、該推定した仕向地素子温度に基づいて前記スイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定手段と、を備える素子寿命判定装置において、
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第1の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第2の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする。
The device lifetime determination apparatus of the present invention is
An electric motor housed in a housing part at the front of the vehicle and capable of outputting driving power; an inverter housed in the housing part that drives the motor by switching of a switching element cooled by a coolant; A test element that acquires a test element temperature that is a maximum temperature of the switching element when an electric vehicle including the electric motor and a battery capable of exchanging electric power travels in a predetermined traveling pattern under a predetermined test environment temperature Estimating a destination element temperature by subtracting an environmental temperature difference based on a temperature difference obtained by subtracting a maximum temperature at a destination of the electric vehicle from the predetermined test environment temperature from the acquired test element temperature. Destination element temperature estimating means for determining the life of the switching element based on the estimated destination element temperature And element lifetime determination means, the element life determining apparatus comprising,
The environmental temperature difference is the storage with respect to the amount of change in the environmental temperature obtained from the relationship between the environmental temperature and the temperature in the storage portion when the electric vehicle travels in the predetermined traveling pattern under a plurality of environmental temperatures. The product of the first sensitivity reflecting the rate of change in temperature in the section and the temperature difference, the environmental temperature when the electric vehicle travels in the predetermined traveling pattern under the plurality of environmental temperatures, and the The sum of the product of the second sensitivity and the temperature difference reflecting the ratio of the amount of change in the temperature of the coolant to the amount of change in the environmental temperature obtained from the relationship with the temperature of the coolant.
It is characterized by that.
この本発明の素子寿命判定装置では、試験素子温度から環境温度差を減ずることにより仕向地素子温度を推定する際の環境温度差は、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度と収納部内の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対するインバータを収納する収納部内の温度の変化量の割合を反映する第1の感度と所定の試験環境温度から車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差との積とと、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度とスイッチング素子を冷却する冷却液の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対する冷却液の温度の変化量の割合を反映する第2の感度と温度差との積との和である。したがって、所定の試験環境温度と電気自動車の仕向け地の最高気温との温度差を第1の感度と第2の感度とを用いて補正することによって環境温度差を算出することになるから、環境温度差に、環境温度の変化に対する収納部内の温度の変化の程度と冷却液の温度の変化の程度とを反映させることができる。これにより、環境温度差をより適正に算出することができ、仕向地素子温度をより適正に推定することができる。この結果、インバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することができる。 In the element lifetime determination apparatus of the present invention, the environmental temperature difference when estimating the destination element temperature by subtracting the environmental temperature difference from the test element temperature is such that the electric vehicle travels in a predetermined traveling pattern under a plurality of environmental temperatures. From the first sensitivity and the predetermined test environment temperature that reflects the ratio of the change in the temperature in the storage unit housing the inverter to the change in the environmental temperature obtained from the relationship between the ambient temperature and the temperature in the storage unit The product of the temperature difference obtained by reducing the maximum temperature of the destination of the vehicle, the environmental temperature when the electric vehicle travels in a predetermined traveling pattern under a plurality of environmental temperatures, and the temperature of the coolant that cools the switching element The sum of the product of the second sensitivity and the temperature difference reflecting the ratio of the change amount of the coolant temperature to the change amount of the environmental temperature obtained from the relationship. Therefore, the environment temperature difference is calculated by correcting the temperature difference between the predetermined test environment temperature and the maximum temperature of the destination of the electric vehicle using the first sensitivity and the second sensitivity. The temperature difference can reflect the degree of change in temperature in the storage unit with respect to change in environmental temperature and the degree of change in temperature of the coolant. Thereby, an environmental temperature difference can be calculated more appropriately, and a destination element temperature can be estimated more appropriately. As a result, the life of the switching element of the inverter can be determined more appropriately.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例としての素子寿命判定装置の判定対象を含むハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、走行に必要な機器が車両前部のエンジンルーム21に格納された様子を説明する説明図であり、図3は、インバータ41,42の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン22と、エンジン22の運転制御を行なうエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動輪63a,63bにデファレンシャルギヤ62を介して連結された駆動軸32にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸32に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、モータMG1,MG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット(以下、ハイブリッドECUという)70とを備える。また、図2に示すように、車両前部のエンジンルーム21には、エンジン22と、ケース31に収納されたプラネタリギヤ30およびモータMG1,MG2と、ケース49に収納されたインバータ41,42とが格納されおり、車両後部の図示しないリヤシート後方には、バッテリ50が格納されている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
インバータ41,42は、図3に示すように、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26とにより構成されている。以下、トランジスタT11〜T16,T21〜T26を、それぞれまとめてT1,T2という。
As shown in FIG. 3, the
エンジンECU24は、エンジン22のクランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号など、エンジン22の状態を検出する各種センサからの信号を入力することによってエンジン22の運転制御を行なう。また、モータECU40は、インバータ42のトランジスタT2の温度を検出する温度センサ43からの素子温度Tsやインバータ41,42のトランジスタT1,T2を冷却水の循環により冷却する冷却系44に取り付けられて冷却水の温度を検出する水温センサ45からの冷却水温Twなど、モータMG1,MG2やインバータ41,42の状態を検出する各種センサからの信号を入力すると共にインバータ41,42のスイッチング素子としてのトランジスタT1,T2をスイッチング制御することによってモータMG1,MG2の駆動制御を行なう。
The engine ECU 24 controls the operation of the
ハイブリッドECU70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、格納したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ78と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドECU70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,車両周辺の気温を検出する外気温センサ90からの外気温Tz,エンジンルーム21内の雰囲気温度を検出する温度センサ92からのルーム内気温Ta,バッテリ50の状態を検出する各種センサからの信号などが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、エンジンECU24やモータECU40と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。さらに、ハイブリッドECU70は、車両外部の電子制御ユニット(以下、車外ECUという)100とも必要に応じて通信により接続可能であり、システム停止時に車外ECU100が接続されたときに、フラッシュメモリ78に記憶された情報を車外ECU100に通信により出力可能となっている。
The hybrid ECU 70 is configured as a microprocessor centered on the
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸32に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸32に出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されて駆動軸32に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸32に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力を駆動軸32に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
The
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20に関連する動作、特にインバータ42のトランジスタT2の寿命を判定する際の動作について説明する。図4は車外ECU100により実行される素子寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、車両の出荷前のシステム停止時にハイブリッドECU70と車外ECU100とが接続されたときに実行される。
Next, an operation related to the
素子寿命判定処理では、車外ECU100の図示しないCPUは、まず、比較的高い温度として予め定められた試験環境温度Tetmp(例えば40℃)を車両周辺の気温とした状態でハイブリッド自動車20が所定の走行パターンで走行したときのトランジスタT2の温度である試験素子温度Tstmpを取得する(ステップS100)。車両の走行は、実施例では、車両周辺の気温を調整可能な走行試験用の設備を用いて行なうものとした。また、所定の走行パターンは、実施例では、1日の24時間を第1から第4の4つの走行パターンで1回ずつ走行する時間とシステム停止した非起動時の時間とに区分したパターンを用いるものとした。素子温度Tstmpの取得は、実施例では、第1〜第4の走行パターンで走行している最中に温度センサ43により検出された素子温度Tsの各パターン毎の最高温度を試験素子温度Tstmp1〜Tstmp4としてハイブリッドECU70のフラッシュメモリ78に記憶したものと、試験環境温度Tetmpと同じ温度とみなしてフラッシュメモリ78に記憶された非起動時(システム停止時)の試験素子温度Tstmp5とを通信により入力することにより行なうものとした。なお、試験素子温度Tstmpは、説明の都合上、試験素子温度Tstmp1〜Tstmp5をまとめて表現したものとして用いる。
In the element life determination process, the CPU (not shown) of the
続いて、試験環境温度Tetmpから車両の仕向け地の各月の最高気温を減じて各月の温度差ΔT(j)(変数jは値1〜値12の整数、以下同じ)を算出する(ステップS110)。図5に、試験環境温度Tetmpから温度差ΔT(j)を算出する様子の一例と従来例において算出された推定素子温度Tsest(j)の一例とを示す。図示するように、試験環境温度Tetmpが40℃(太い実線枠内参照)で仕向け地の1月の最高気温が18℃の場合には、温度差ΔT(1)は22℃として算出され、仕向け地の2月の最高気温が21℃の場合には、同様にΔT(2)は19℃として算出される。また、こうして算出された温度差ΔT(j)をステップS100で取得した試験素子温度Tstmpからそのまま減ずる従来例の計算手法を用いると、従来例における仕向け地での各月のトランジスタT2の推定される最高温度である推定素子温度Tsest(j)を算出することができる。以下、実施例の素子寿命判定処理の説明を中断し、従来例の素子寿命判定処理について説明する。なお、図4の実施例の素子寿命判定処理のフローチャートでは、ステップS120〜S150の処理を除いて実施例と従来例とは共通の処理となるため、図4のフローチャートを用いて従来例の説明を行なう。
Subsequently, the maximum temperature of each month at the destination of the vehicle is subtracted from the test environment temperature Ttmp to calculate a temperature difference ΔT (j) (variable j is an integer of
従来例の素子寿命判定処理では、ステップS100で取得した試験素子温度Tstmp1〜Tstmp5から各月の温度差ΔT(j)を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Tsest1(j)〜Tsest5(j)を算出する。図5の例では、試験素子温度Tstmp1〜Tstmp5が90℃,95℃,80℃,100℃,40℃で(破線枠内参照)1月の温度差ΔT(1)が22℃であるため、1月の推定素子温度Tsest1(1)〜Tsest5(1)は、68℃,73℃,58℃,78℃,18℃として算出される。また、2月の推定素子温度Tsest1(2)〜Tsest5(2)は、同様に試験素子温度Tstmp1〜Tstmp5から温度差ΔT(2)(=19℃)を減じて算出される。なお、推定素子温度Tsest(j)は、説明の都合上、推定素子温度Tsest1(j)〜Tsest5(j)をまとめて表現したものとして用いる。 In the element lifetime determination process of the conventional example, the estimated element temperatures Tsest1 (j) to Tsest5 (j) at the destination are obtained by subtracting the monthly temperature difference ΔT (j) from the test element temperatures Tstmp1 to Tstmp5 acquired in step S100. Is calculated. In the example of FIG. 5, since the test element temperatures Tstmp1 to Tstmp5 are 90 ° C., 95 ° C., 80 ° C., 100 ° C., 40 ° C. (see the inside of the broken line frame), the temperature difference ΔT (1) in January is 22 ° C. The estimated element temperatures Tsest1 (1) to Tsest5 (1) for January are calculated as 68 ° C, 73 ° C, 58 ° C, 78 ° C, and 18 ° C. Similarly, the estimated element temperatures Tsest1 (2) to Tsest5 (2) in February are calculated by subtracting the temperature difference ΔT (2) (= 19 ° C.) from the test element temperatures Tstmp1 to Tstmp5. The estimated element temperature Tsest (j) is used as a collective expression of the estimated element temperatures Tsest1 (j) to Tsest5 (j) for convenience of explanation.
こうして推定素子温度Tsest(j)を算出すると、算出した各月の推定素子温度Tsest(j)に基づいて、所定の走行パターンで1日を走行しながら予め定められた予定使用年数Y(例えば、10年や15年など)に亘って車両を使用したときのトランジスタT2の温度の温度分布を取得する(ステップS160)。図6に従来例において所定の走行パターンで走行したときの各月の推定素子温度Tsest(j)の温度分布の一例を示し、図7に図6の推定素子温度Tsest(j)の温度分布を予定使用年数Y分の時間数に換算して得られる温度分布の一例を示す。実施例では、図6に示すように、非起動時を含んで走行パターン毎に各月の推定素子温度Tsest1(j)〜Tsest5(j)が5℃毎の温度区分のいずれの区分に何回該当するかをカウントすることにより、まず推定素子温度Tsest(j)の1年あたりの該当月の回数による温度分布を得る。例えば、図5の例の非起動時をみると15℃以上20℃未満となるのは1月と12月の2回であるから(図5の丸枠内参照)、図6の例では非起動時の15℃以上20℃未満の温度区分に2回と記録されることになる(図6の丸枠内参照)。そして、図7に示すように、図6の温度分布を非起動時を含んで走行パターン毎に1年分の時間数に換算し(図中上段参照)、温度区分毎に時間数の合計を求めて更に使用予定年数Y倍してY年分の予定使用時間を求めることにより(図中下段参照)、予定使用年数Yに亘って車両を使用したときのトランジスタT2の時間数による温度分布を取得するものとした。 When the estimated element temperature Tsest (j) is calculated in this way, based on the calculated estimated element temperature Tsest (j) of each month, a predetermined expected usage year Y (for example, a predetermined running pattern while traveling one day) (for example, The temperature distribution of the temperature of the transistor T2 when the vehicle is used for 10 years or 15 years is acquired (step S160). FIG. 6 shows an example of the temperature distribution of the estimated element temperature Tsest (j) for each month when the vehicle travels in a predetermined traveling pattern in the conventional example, and FIG. 7 shows the temperature distribution of the estimated element temperature Tsest (j) of FIG. An example of the temperature distribution obtained by converting into the number of hours for the expected years of use Y is shown. In the embodiment, as shown in FIG. 6, the estimated element temperature Tsest1 (j) to Tsest5 (j) of each month including the non-starting time is set to any number of the temperature classes every 5 ° C. By counting whether it corresponds, the temperature distribution by the frequency | count of the pertinent month per year of presumed element temperature Tsest (j) is first obtained. For example, when the non-start-up in the example of FIG. 5 is seen, the temperature becomes 15 ° C. or more and less than 20 ° C. twice in January and December (see the inside of the circle in FIG. 5). Two times are recorded in the temperature section of 15 ° C. or more and less than 20 ° C. at the time of start-up (see the inside of the circle in FIG. 6). Then, as shown in FIG. 7, the temperature distribution of FIG. 6 is converted into the number of hours for one year for each running pattern including the time of non-starting (see the upper row in the figure), and the total number of hours for each temperature category Obtain the estimated usage time for Y years by further multiplying the expected usage years Y (see the lower part of the figure), and the temperature distribution according to the number of hours of the transistor T2 when the vehicle is used over the expected usage years Y It was supposed to be acquired.
こうして予定使用年数Yに亘って車両を使用したときのトランジスタT2の時間数による温度分布を取得すると、この温度分布におけるY年分の予定使用時間のデータ(図6の最下段のデータ)を予め温度区分毎に実験などにより求めた換算係数を用いてトランジスタT2の定格値としての耐熱温度(例えば、120℃や140℃など)での使用時間にそれぞれ換算すると共に(ステップS170)、換算した使用時間の合計とトランジスタT2の定格値としての耐使用時間(例えば、数千時間など)またはこれより小さい時間閾値とを比較することによりトランジスタT2が予定使用年数Y分の使用に十分耐え得るかの判定、即ちトランジスタT2の寿命の判定を行なって(ステップS180)、素子寿命判定処理を終了する。以上、従来例の素子寿命判定処理について説明した。 Thus, when the temperature distribution according to the number of hours of the transistor T2 when the vehicle is used over the planned usage year Y is acquired, the data of the planned usage time for Y years (the lowermost data in FIG. 6) in this temperature distribution is obtained in advance. Using the conversion factor obtained by experiment for each temperature category, the usage time at the heat-resistant temperature (for example, 120 ° C. or 140 ° C.) as the rated value of the transistor T2 is converted (step S170), and the converted usage Whether the transistor T2 can sufficiently withstand the usage for the expected number of years Y by comparing the total time with the service life (eg, several thousand hours) as the rated value of the transistor T2 or a smaller time threshold The determination, that is, the lifetime of the transistor T2 is determined (step S180), and the element lifetime determination process is terminated. The element lifetime determination process of the conventional example has been described above.
実施例の素子寿命判定処理の説明に戻る。従来例では、仕向け地での推定素子温度Tsest(j)を計算する際に、ステップS110で算出された温度差ΔT(j)をステップS100で取得した試験素子温度Tstmpからそのまま減ずる計算手法を用いたが、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定される可能性があることを考慮して、実施例では以下のように異なる手法を採っている。実施例では、各月の温度差ΔT(j)を算出すると、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ90からの外気温Tzと温度センサ92からのルーム内温度Taとの関係をフラッシュメモリ78に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Tzの変化量に対するルーム内温度Taの変化量の割合を反映する第1感度αaを設定する(ステップS120)。図8に第1感度αaを設定する様子の一例を示す。図示するように、実施例では、求めた関数全域での外気温Tzの温度変化量ΔTzaに対するルーム内温度Taの温度変化量ΔTaの割合(傾き)に値0.5を乗じたものを第1感度αaとして設定するものとした。なお、外気温Tzとルーム内温度Taとは同じ単位を用いるから、第1感度αaは値0.5未満の正の値となる。値0.5を乗じる理由については、次に説明する。また、第1感度αaは、複数の温度区分毎に異なる割合(傾き)として求めてもよい。
Returning to the description of the element lifetime determination process of the embodiment. In the conventional example, when calculating the estimated element temperature Tsest (j) at the destination, a calculation method is used in which the temperature difference ΔT (j) calculated in step S110 is directly reduced from the test element temperature Tstmp acquired in step S100. However, in this method, in consideration of the possibility that the element temperature at the destination is estimated to be lower than the actual temperature, in the embodiment, a different method is adopted as follows. In the embodiment, when the temperature difference ΔT (j) for each month is calculated, the outside air temperature Tz from the outside
続いて、第1感度αaを設定するのに複数のデータを収集するための走行と同じ走行時、即ち、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ90からの外気温Tzと水温センサ45からの冷却水温Tw(外気温Tzと同じ単位)との関係をフラッシュメモリ78に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Tzの変化量に対する冷却水温Twの変化量の割合を反映する第2感度αaを設定する(ステップS130)。図9に第2感度αwを設定する様子の一例を示す。図8の例と同様に、実施例では、求めた関数全域での外気温Tzの温度変化量ΔTzwに対する冷却水温Twの温度変化量ΔTwの割合(傾き)に値0.5を乗じたものを第2感度αwとして設定するものとした。このように第1感度αaや第2感度αwを設定する際に値0.5を乗じるのは、ルーム内温度Taと冷却水温Twとが次に説明する推定環境温度差ΔTest(j)に影響する比率を1対1とするためである。したがって、車両によっては第1感度αaを求める際には値0.6を乗じて第2感度αwを求める際には値0.4を乗じるなどとしてもよい。また、第2感度αwも、複数の温度区分毎に異なる割合(傾き)として求めてもよい。
Subsequently, when setting the first sensitivity αa, the same driving as that for collecting a plurality of data, that is, when driving according to a predetermined driving pattern in a state where the environmental temperature of the vehicle is set to a plurality of different temperatures. The relationship between the outside air temperature Tz from the outside
こうして第1感度αaと第2感度αwとを設定すると、設定した第1感度αaと第2感度αwと温度差ΔT(j)とを用いて次式(1)により温度差ΔT(j)を補正して得られる推定環境温度差ΔTest(j)を計算し(ステップS140)、ステップS100で取得した試験素子温度Tstmpから推定環境温度差ΔTest(j)を減じたものを仕向け地での推定素子温度Tsest(j)として算出する(ステップS150)。したがって、第1感度αaによって外気温Tzに対するルーム内温度Taの変化の程度が反映されるよう温度差ΔT(j)を補正することができると共に、第2感度αwによって外気温Tzに対する冷却水温Twの変化の程度が反映されるよう温度差ΔT(j)を補正することができる。これにより、試験素子温度Tstmpからそのまま温度差ΔT(j)を減じて仕向け地での推定素子温度Tsest(j)を計算する従来例に比して、仕向け地での推定素子温度Tsest(j)をより適正に算出することができる。 When the first sensitivity αa and the second sensitivity αw are thus set, the temperature difference ΔT (j) is calculated by the following equation (1) using the set first sensitivity αa, second sensitivity αw, and temperature difference ΔT (j). The estimated environmental temperature difference ΔTest (j) obtained by the correction is calculated (step S140), and the estimated element at the destination is obtained by subtracting the estimated environmental temperature difference ΔTest (j) from the test element temperature Tstmp obtained in step S100. The temperature is calculated as Tsest (j) (step S150). Therefore, the temperature difference ΔT (j) can be corrected so that the first sensitivity αa reflects the degree of change in the room temperature Ta with respect to the outside air temperature Tz, and the cooling water temperature Tw with respect to the outside air temperature Tz can be corrected by the second sensitivity αw. The temperature difference ΔT (j) can be corrected so as to reflect the degree of change. Thereby, the estimated element temperature Tsest (j) at the destination is compared with the conventional example in which the estimated element temperature Tsest (j) at the destination is calculated by subtracting the temperature difference ΔT (j) from the test element temperature Tstmp. Can be calculated more appropriately.
ΔTest(j)=αa・ΔT(j)+αw・ΔT(j) (1) ΔTest (j) = αa ・ ΔT (j) + αw ・ ΔT (j) (1)
こうして推定環境温度差ΔTest(j)を計算すると、従来例と同様に、各月の推定素子温度Tsest(j)に基づいて所定の走行パターンで1日を走行しながら予定使用年数Yに亘って車両を使用したときのトランジスタT2の温度分布を取得し(ステップS160)、この温度分布におけるY年分の予定使用時間のデータをトランジスタT2の定格値としての耐熱温度での使用時間にそれぞれ換算すると共に(ステップS170)、換算した使用時間の合計とトランジスタT2の定格値としての耐使用時間等とを比較することによりトランジスタT2の寿命の判定を行なって(ステップS180)、寿命判定処理を終了する。こうした処理により、実施例では、インバータ42のトランジスタT2の寿命をより適正に判定することができる。
When the estimated environmental temperature difference ΔTest (j) is calculated in this way, as in the conventional example, the vehicle travels for one day with a predetermined traveling pattern based on the estimated element temperature Tsest (j) of each month over the estimated usage year Y. The temperature distribution of the transistor T2 when the vehicle is used is acquired (step S160), and the data on the expected usage time for Y years in this temperature distribution is converted into the usage time at the heat-resistant temperature as the rated value of the transistor T2, respectively. At the same time (step S170), the lifetime of the transistor T2 is determined by comparing the total of the converted usage time with the withstand time as the rated value of the transistor T2 (step S180), and the lifetime determination process is terminated. . By such processing, in the embodiment, the lifetime of the transistor T2 of the
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20が備えるインバータ42のトランジスタT2の寿命を判定する素子寿命判定装置によれば、試験素子温度Tstmpから環境温度差ΔTest(j)を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Tsest(j)を算出する際の環境温度差ΔTest(j)は、ハイブリッド自動車20が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Tzとエンジンルーム21のルーム内温度Taとの関係から得られる外気温Tzの変化量に対するルーム内温度Taの変化量の割合を反映する第1感度αaと、試験環境温度Tstmpから仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔT(j)との積と、ハイブリッド自動車20が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温TzとトランジスタT2の冷却水温Twとの関係から得られる外気温Tzの変化量に対する冷却水温Twの変化量の割合を反映する第2感度αwと、温度差ΔT(j)との積との和として算出されるから、仕向け地での推定素子温度Tsest(j)をより適正に算出することができる。この結果、インバータ42のトランジスタT2の寿命をより適正に判定することができる。なお、インバータ41のトランジスタT1の寿命についても同様に判定することができる。
According to the element lifetime determination apparatus that determines the lifetime of the transistor T2 of the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG2が「電動機」に相当し、インバータ42が「インバータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、ハイブリッド自動車20が「電気自動車」に相当し、ハイブリッド自動車20が試験環境温度Tetmpの下で所定の走行パターンで走行したときのトランジスタT2の最高温度である試験素子温度Tstmpを取得する図4の素子寿命判定処理のステップS100の処理を実行する車外ECU100と記憶したデータを車外ECU100に出力するハイブリッドECU70とが「試験素子温度取得手段」に相当し、試験環境温度Tetmpから車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔT(j)に基づく環境温度差ΔTetmp(j)を試験素子温度Tstmpから減ずることにより仕向け地での推定素子温度Tsest(j)を算出する図4の素子寿命判定処理のステップS110〜S150の処理を実行する際に、推定環境温度差ΔTest(j)を、ハイブリッド自動車20が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Tzとエンジンルーム21のルーム内温度Taとの関係から得られる外気温Tzの変化量に対するルーム内温度Taの変化量の割合を反映する第1感度αaと温度差ΔT(j)との積と、ハイブリッド自動車20が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Tzと冷却水温Twとの関係から得られる外気温Tzの変化量に対する冷却水温Twの変化量の割合を反映する第2感度αwと温度差ΔT(j)との積との和として算出する車外ECU100と、記憶したデータを車外ECU100に出力するハイブリッドECU70とが「仕向地素子温度推定手段」に相当し、算出した推定素子温度Tsest(j)に基づいて温度分布の取得や耐熱温度での使用時間への換算などによりトランジスタT2の寿命を判定する図4の素子寿命判定処理のステップS160〜S180の処理を実行する車外ECU100が「素子寿命判定手段」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the motor MG2 corresponds to an “electric motor”, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、電気自動車や素子寿命判定装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of electric vehicles and element life determination devices.
20 ハイブリッド自動車、21 エンジンルーム、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、31 ケース、32 駆動軸、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43 温度センサ、44 冷却系、45 水温センサ、49 ケース、50 バッテリ、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 駆動輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)、72 CPU、74 ROM、76 RAM、78 フラッシュメモリ、80 イグニッションスイッチ、82 シフトポジションセンサ、84 アクセルペダルポジションセンサ、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 外気温センサ、92 温度センサ、100 電子制御ユニット(車外ECU)、D11〜D16,D21〜D26 ダイオード、T11〜T16,T21〜T26 トランジスタ、MG1,MG2 モータ。 20 Hybrid Vehicle, 21 Engine Room, 22 Engine, 24 Electronic Control Unit for Engine (Engine ECU), 26 Crankshaft, 30 Planetary Gear, 31 Case, 32 Drive Shaft, 40 Electronic Control Unit for Motor (Motor ECU), 41, 42 Inverter, 43 Temperature sensor, 44 Cooling system, 45 Water temperature sensor, 49 Case, 50 Battery, 62 Differential gear, 63a, 63b Driving wheel, 70 Hybrid electronic control unit (hybrid ECU), 72 CPU, 74 ROM, 76 RAM, 78 flash memory, 80 ignition switch, 82 shift position sensor, 84 accelerator pedal position sensor, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, 90 outside air Sensor, 92 a temperature sensor, 100 an electronic control unit (outside ECU), D11-D16, D21-D26 diode, T11 to T16, T21~T26 transistor, MG1, MG2 motor.
Claims (1)
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第1の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第2の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする素子寿命判定装置。 An electric motor housed in a housing part at the front of the vehicle and capable of outputting driving power; an inverter housed in the housing part that drives the motor by switching of a switching element cooled by a coolant; A test element that acquires a test element temperature that is a maximum temperature of the switching element when an electric vehicle including the electric motor and a battery capable of exchanging electric power travels in a predetermined traveling pattern under a predetermined test environment temperature Estimating a destination element temperature by subtracting an environmental temperature difference based on a temperature difference obtained by subtracting a maximum temperature at a destination of the electric vehicle from the predetermined test environment temperature from the acquired test element temperature. Destination element temperature estimating means for determining the life of the switching element based on the estimated destination element temperature And element lifetime determination means, the element life determining apparatus comprising,
The environmental temperature difference is the storage with respect to the amount of change in the environmental temperature obtained from the relationship between the environmental temperature and the temperature in the storage portion when the electric vehicle travels in the predetermined traveling pattern under a plurality of environmental temperatures. The product of the first sensitivity reflecting the rate of change in temperature in the section and the temperature difference, the environmental temperature when the electric vehicle travels in the predetermined traveling pattern under the plurality of environmental temperatures, and the The sum of the product of the second sensitivity and the temperature difference reflecting the ratio of the amount of change in the temperature of the coolant to the amount of change in the environmental temperature obtained from the relationship with the temperature of the coolant.
A device life determination apparatus characterized by the above.
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JP2016159766A (en) * | 2015-03-02 | 2016-09-05 | 株式会社デンソー | Electronic control unit |
-
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- 2011-02-01 JP JP2011019353A patent/JP2012161168A/en active Pending
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