JP2012166593A - ハイブリッド車両用駆動装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度推定に必要なデータが欠損した場合であってもコンデンサ温度推定を継続させることにより、インバータの必要以上の出力性能低下を抑止し、安定した性能を発揮することのできるハイブリッド車両駆動装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】インバータＥＣＵは、Ｓ３０においてエンジン水温データが取得できるかどうかを判定し、取得できる場合には、従来の飽和温度Ａを用いたコンデンサ飽和温度推定を実行する。エンジン水温を取得できないと判断した場合には、平滑コンデンサ温度の推定方法を変更し、Ｓ３４，Ｓ３６において、上記情報を取得して平滑コンデンサ温度Ｔcを推定する。もし、推定した平滑コンデンサ温度Ｔcが保護しきい値を超えた場合には、インバータＥＣＵはＳ４２を実行し、インバータ出力制限、インバータポンプ、ファン速度を制御することで平滑コンデンサ温度Ｔcを低下させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両用駆動装置に関し、特に、エンジンの冷媒温度と、インバータの冷媒温度と、バッテリからの電力をモータジェネレータに供給するインバータ出力と、に基づいてコンデンサの温度を推定するコンデンサ温度推定手段を有し、推定されたコンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御するハイブリッド車両用駆動装置及び制御方法に関する。

従来から、エンジンとモータジェネレータにより車両を駆動するハイブリッド車両が知れている。このようなハイブリッド車両には、モータジェネレータを制御するインバータと、走行性能を向上させる目的でインバータに供給するバッテリの電圧を昇圧するコンバータと、を有するものがある。コンバータやインバータ等には、大電流に対応した半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）や大容量の平滑コンデンサ、フィルタコンデンサ、リアクトル等が組み込まれ、温度センサにより温度測定が行われている。

ハイブリッド車両では、限られた車両のスペースにコンバータやインバータ等を搭載するため、個々のモジュールを別々に搭載せずに複数のモジュールを統合したパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）を搭載している。ＰＣＵは数多くの素子によって構成されており、特に、ＰＣＵ内の平滑コンデンサは、電荷容量を増加させるため複数の平滑コンデンサを並列接続している。

特許文献１には、インバータの冷媒温度と、エンジン冷媒温度と、インバータ出力と、に基づいて平滑コンデンサの温度を推定する温度推定手段と、推定された平滑コンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、インバータ回路内のスイッチング素子の温度センサやインバータ回路の出力端である交流モータのコイル温度センサにより平滑コンデンサの温度を推定する技術が開示され、特許文献３には、インバータの運転状態値としてモータ電流値や冷却水温度に基づいてコンデンサの温度を取得するモータ駆動システムが開示されている。また、特許文献４には、コンデンサの温度を、コンデンサ以外の部位の温度センサで測定したインバータ装置の起動時の温度と、前記装置への通電電流値及び通電時間とに基づいて推定する電動機の制御方法が開示され、さらに、特許文献５には、インバータ装置におけるパワー部の温度を温度センサにより測定し、予め設定されたパワー部の温度とコンデンサの温度との関係を示すマップ又は関係式を用いてコンデンサの温度を求める制御装置が開示されている。

特開２００９−１２７０２号公報 特開２０１０−４１７９４号公報 特開２００９−１８９１８１号公報 特開２００９−０６０７７６号公報 特開２００８−１３６３２７号公報

複数の平滑コンデンサそれぞれに温度センサを取り付けることは困難であるため、上述した温度推定方法により推定すると共に、耐熱性に優れた平滑コンデンサを使用することで平滑コンデンサの過熱保護として余裕をもった設計がなされている。しかし、このような設計では過熱保護は可能となるが、装置の大きさである体格、製造コスト等、最適な設計とならない場合がある。また、平滑コンデンサの体格が大きくなるとＰＣＵ内に収まらず、ＰＣＵの小型化が実現できない場合もある。

そこで、上述した特許文献１の温度推定の精度を向上させる方法が考えられるが、特許文献１は、エンジン水温を用いたコンデンサ温度推定方法であるため、エンジン水温を取得する必要があり、エンジンＥＣＵとの通信が何らかの原因で途切れた場合、コンデンサ温度推定ができなくなることにより必要以上にインバータの出力を制限することで、インバータの出力性能が低下する恐れがある。

そこで、本発明では、温度推定に必要なデータが欠損した場合であってもコンデンサ温度推定を継続させることにより、インバータの必要以上の出力性能低下を抑止し、安定した性能を発揮することのできるハイブリッド車両駆動装置及び制御方法を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、エンジンの冷媒温度と、インバータの冷媒温度と、バッテリからモータジェネレータに出力される電力であるインバータ出力と、に基づいてコンデンサの温度を推定するコンデンサ温度推定手段を有し、推定されたコンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御するハイブリッド車両用駆動装置において、コンデンサ温度推定手段は、エンジンの冷媒温度が取得できない場合、コンデンサの温度を、インバータの制御で認識している電圧値、電流値によって上昇温度を推定する昇温推定手段と、車両の運転状況を示す車両速度から下降温度を推定する降温推定手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るハイブリッド車両用駆動制御装置において、昇温推定手段は、予め決められた時間における、平均コンデンサ電圧、モータジェネレータへ供給される実行電流の時間積、バッテリからインバータに供給されるバッテリ電流の時間積、及びコンデンサ初期温度に基づいて推定することを特徴とする。

また、本発明に係るハイブリッド車両用駆動制御装置において、降温推定手段は、予め決められた時間における、走行風導入による冷却要素となる車両の平均車速に基づいて推定することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置の制御方法は、エンジンの冷媒温度と、インバータの冷媒温度と、バッテリからモータジェネレータに出力される電力であるインバータ出力と、に基づいてコンデンサの温度を推定するコンデンサ温度推定工程を有し、推定されたコンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御するハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、コンデンサ温度推定工程は、エンジンの冷媒温度が取得できない場合、コンデンサの温度を、インバータの制御で認識している電圧値、電流値によって上昇温度を推定する昇温推定工程と、車両の運転状況を示す車両速度から下降温度を推定する降温推定工程と、を含むことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置の制御方法。

また、本発明に係るハイブリッド車両用駆動制御装置の制御方法において、昇温推定工程は、予め決められた時間における、平均コンデンサ電圧、モータジェネレータへ供給される実行電流の時間積、バッテリからインバータに供給されるバッテリ電流の時間積及びコンデンサ初期温度となるインバータの初期温度に基づいて推定し、降温推定工程は、予め決められた時間における、走行風導入による冷却要素となる車両の平均車速に基づいて推定することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両駆動装置及び制御方法を用いることにより、温度推定に必要なデータが欠損した場合であってもコンデンサ温度推定を継続することができ、インバータの必要以上の出力性能低下を抑止するという効果がある。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置を有するハイブリッド車両の概要を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置のインバータＥＣＵで処理される平滑コンデンサ温度算出処理の流れを示すフローチャート図である。 図２に示した平滑コンデンサ温度算出処理において、エンジン水温が検出できない場合の平滑コンデンサ温度算出処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の実施形態に係るインバータＥＣＵで処理される平滑コンデンサ推定温度の時間変化を説明する説明図である。 図３に示したエンジン水温が検出できない場合の平滑コンデンサ温度算出処理を用いて登坂試験を行った時の上昇温度の変化を説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１はハイブリッド車両１の構成を示している。ハイブリッド車両１は、車両を駆動する駆動系と、エンジンを冷却するエンジン冷却系と、インバータなどを冷却するインバータ冷却系と、これらを制御する制御系と、を有している。駆動系はエンジン１３とモータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、の回転をデファレンシャルギア１６を介して車輪１５に伝達する。また、エンジン１３とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は遊星歯車機構１４にそれぞれ接続されている。

エンジン冷却系は、冷却水の流れる順に、エンジン用ラジエータ１１と、エンジン用ポンプ６２と、エンジンを冷却するエンジン用冷却水路と、エンジン水温を検出する温度センサ４１と、を流れる経路を有している。また、インバータ冷却系は、同様に冷却水の流れる順に、インバータ用ラジエータ１０と、インバータ用ポンプ６１と、ＭＧ１用のインバータ３３と、ＭＧ２用のインバータ３４と、インバータ水温を検出する温度センサ４３と、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１と、を流れる経路を有している。

制御系は、ハイブリッド車両全体を制御するハイブリッドＥＣＵ２１と、エンジン１３を制御するエンジンＥＣＵ２２、インバータ３３，３４及び昇圧コンバータ４５等を制御するインバータＥＣＵ２３と、を有している。ハイブリッドＥＣＵ２１はエンジンＥＣＵ２２とインバータＥＣＵ２３と接続され、エンジンＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２３と接続されている。このように接続されていることで、各ＥＣＵ間のデータの送受信が実現され、例えば、エンジンＥＣＵ２２が測定したエンジン水温をインバータＥＣＵ２３やハイブリッドＥＣＵ２１に送信することが可能となり、ハイブリッドＥＣＵ２１からの指令によりファン１２を制御することも可能である。

インバータＥＣＵ２３は、インバータ３３，３４及び昇圧コンバータ４５を制御するために、インバータ３３からモータジェネレータＭＧ１（３１）に供給される電流Ｉmg1と、インバータ３４からモータジェネレータＭＧ２（３２）に供給される電流Ｉmg2と、バッテリ３５から昇圧コンバータに供給される電圧Ｖb及び電流Ｉbと、コンデンサに供給される電圧Ｖmと、インバータ３３の温度を測定する温度センサ４２と、インバータ冷却水の温度を測定する温度センサ４３と、エンジンＥＣＵ２２から取得したエンジン水温と、を収集する。また、インバータ３３，３４は、複数の半導体スイッチング素子３６及び複数の平滑コンデンサ３７を有し、昇圧コンバータ４５にて昇圧されたバッテリの直流電力をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相交流に変換してモータジェネレータ３１，３２に出力することや、モータジェネレータＭＧ１（３１）で発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ３５を充電することができる。なお、インバータ３３，３４には、半導体スイッチング素子が発生する高周波のノイズをフィルタするフィルタ用コンデンサと、交流電力を平滑化する平滑コンデンサとを有しており、どちらのコンデンサも発熱するが、大容量の電荷を蓄えることのできる平滑コンデンサが発熱しやすい。

図２はインバータＥＣＵで処理される平滑コンデンサ温度算出処理の流れを示し、図４はインバータＥＣＵで処理される平滑コンデンサ推定温度の時間変化を示している。平滑コンデンサは、エンジンコンパートメントに配置され、インバータ内に複数配置されていることから、飽和温度という概念を用いて比較的ゆっくりとした温度変化として平滑コンデンサの温度を推定することができる。図４に示すように、平滑コンデンサ温度Ｔcは、雰囲気温度Ｔaの初期値であるＴa0から飽和温度Ａまでの指数関数で表すことができる。ここで、Ｔは平滑コンデンサ温度上昇時定数であり、これらの関係を式１に示す。

Ｔc＝Ａ（１−ｅ^-t/T）＋Ｔa0 ・・・（式１）

ここで、飽和温度Ａは、コンデンサ外部の雰囲気温度Ｔaと、エンジン水温Ｔewと、インバータ水温Ｔiwと、インバータ出力Ｐiと、実際のハイブリッド車両の特性である係数α，β，γと、を用いて表すことができ、これらの関係を式２に示す。

Ａ＝Ｔa＋αＴew＋βＰi＋γＴiw ・・・（式２）

ここで、上記α，β，γは、ハイブリッド車両の走行パターンを実験により変化させて適合定数を求めたものであるが、水冷であるが故に、ラジエータの放熱特性による飽和温度Ａが許容温度を超えて上昇することが実験によって分かっている。特に、バッテリの電力容量が低下した場合には、エンジンにてモータジェネレータＭＧ１を駆動してバッテリの充電を行う場合、ファン冷却のみで走行風が導入できない状態、いわゆるアイドリング状態での停車時が顕著である。そこで、インバータＥＣＵは、図２の平滑コンデンサ温度算出処理のステップＳ１０にて、車両が停止してから予め決められたアイドル放置されたかを検知すると、ステップＳ１２においてアイドル放置時間の計測を開始する。インバータＥＣＵは次にステップＳ１４において、上記式１，２に基づいて平滑コンデンサ温度を算出し、ステップＳ１５において、所定時間以上放置された場合には、ステップＳ１６に移り、平滑コンデンサ温度Ｔcにオフセットを追加してステップＳ１７に移る。

インバータＥＣＵはステップＳ１７において、推定された平滑コンデンサ温度Ｔcが保護開始温度以上であるかを判定する。ここで、保護開始温度とはコンデンサの温度上昇により、インバータの出力を制限する必要がある温度であり、ラジエータの冷却能力を増加させて温度上昇を防止すると共に、インバータ出力制限を開始する温度である。

インバータＥＣＵはステップＳ１７において、保護開始温度以上であると判断した場合、ステップＳ１８の保護処理をハイブリッドＥＣＵと共に実行することになる。ここで、インバータＥＣＵは平滑コンデンサ温度Ｔcと保護開始温度との温度の差分に応じて、温度差が少ない状態から温度差が大きい状態の順に、（１）図１のインバータ用ポンプ６１の吐出速度の増加、（２）図１のラジエータを冷却するファン１２の回転数の増加をハイブリッドＥＣＵ２１に指示、（３）前記１と２との組み合わせ、（４）さらに、前記１，２と、インバータ出力Ｐiの低減と、を組み合わせて実行する。

なお、上記ステップＳ１８の処理により平滑コンデンサ温度Ｔcが保護開始温度以下になるまでステップＳ１７からステップＳ２０まで繰り返し、早期に平滑コンデンサ温度Ｔcを低下させる。もし、インバータＥＣＵがステップＳ２０において、平滑コンデンサ温度Ｔcが保護開始温度以下と判断すると、ステップＳ２２の通常制限に戻す。この通常制限は、インバータ出力Ｐiの出力制限を解除し、インバータ用ポンプ、ファン回転数を通常状態に戻すものである。以上の処理を終了すると、元の処理に戻ることになる。

図３は、図２に示した平滑コンデンサ温度算出処理において、エンジン水温Ｔewが検出できない場合の平滑コンデンサ温度算出処理の流れを示している。インバータＥＣＵは、インバータやモータジェネレータに関する制御を行っているため、これらの情報は直接取得することが可能であるが、エンジンを制御するエンジンＥＣＵからのエンジン水温情報は直接取得することができず、エンジンＥＣＵ又はハイブリッドＥＣＵを経由して通信することになる。このため、何らかの通信トラブルによりエンジン水温Ｔewが取得できない場合には、平滑コンデンサ温度Ｔcの推定ができなくなる。そこで、本実施形態では、インバータＥＣＵがエンジン水温Ｔewを取得できるかを判断し、もし取得できないと判断した場合には、従来の飽和温度Ａの算出方法から、所定時間における平均コンデンサ電圧（Ｖm）avg、モータジェネレータＭＧ１の実行電流の時間積Ｉmg1、モータジェネレータＭＧ２の実行電流の時間積Ｉmg2、バッテリ電流の時間積Ｉb、所定時間における平均車速（Ｓpd）avgを用いて推定を開始するものである。これらの関係式を式３に示す。

Ｔc＝Ｔa＋ΔＴx ・・・（式３）

ΔＴx＝α（Ｖm）avg＋βＩmg1＋γＩmg2＋λＩb−ε(Ｓpd)avg ・・・（式４）
ここで、Ｔcはある時間ｔ経過後のコンデンサ温度、Ｔaはコンデンサ初期温度、ΔＴxはｔ時間後の温度上昇、α、β、γ、λ、ε：車両適合定数である。

図３の平滑コンデンサ温度算出処理において、インバータＥＣＵは、ステップＳ３０においてエンジン水温データが取得できるかどうかを判定し、もし、取得できる場合には、従来の飽和温度Ａを用いたコンデンサ飽和温度推定を実行する。インバータＥＣＵはステップＳ３０において、エンジン水温を取得できないと判断した場合には、平滑コンデンサ温度の推定方法を変更し、ステップＳ３４において、上記情報を取得して式３、式４にて平滑コンデンサ温度Ｔcを推定する。もし、推定した平滑コンデンサ温度Ｔcが保護しきい値を超えた場合には、インバータＥＣＵはステップＳ４２を実行し、上述したインバータ出力制限、インバータポンプ、ファン速度を制御することで平滑コンデンサ温度Ｔcを低下させる。平滑コンデンサ温度Ｔcが保護しきい値より低くなるまで実行し、その後ステップＳ４０の通常制限に移り、通常の処理に戻ることになる。

ここで、図４に示すように、インバータＥＣＵは、エンジン温度欠損を判定して所定時間に亘り回復が見込めないと判定した後に平滑コンデンサ温度推定方法を切替えて処理を行う。この処理により、温度推定に必要なデータが欠損した場合であってもコンデンサ温度推定を継続することができ、インバータの必要以上の出力性能低下を抑止することが可能となる。なお、本実施形態では保護しきい値を、図４の許容温度としたが、これに限定するものではない。

図５は、図３に示したエンジン水温が検出できない場合の平滑コンデンサ温度算出処理を用いて登坂試験を行った時の上昇温度の変化を示している。図５の試験では、式３、式４に示したΔＴxを縦軸、横軸に高速登坂から急登坂に至る走行パターンにおける実測値（実線）と予測値（破線）を示したものである。図５に示すように実測値と予測値とはほぼ一致しており、実用可能なレベルであった。また、車両速度が高い場合にはΔＴｘの温度上昇が少なく、低中速で登坂角度が大きい走行パターンでは相対的にΔＴｘの温度上昇が大きいという結果となった。

以上、上述したように本実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置及び制御方法を用いることにより、温度推定に必要なデータが欠損した場合であってもコンデンサ温度推定を継続することができ、インバータの必要以上の出力性能低下を抑止することができる。

１０ インバータ用ラジエータ、１１ エンジン用ラジエータ、１２ ファン、１３ エンジン、１４ 遊星歯車機構、１５ 車輪、１６ デファレンシャルギア、２１ ハイブリッドＥＣＵ、２２ エンジンＥＣＵ、２３ インバータＥＣＵ、３１，３２ モータジェネレータ、３３，３４ インバータ、３５ バッテリ、３６ 半導体スイッチング素子、３７ 平滑コンデンサ、４１，４２，４３ 温度センサ、４５ 昇圧コンバータ、６１ インバータ用ポンプ、６２ エンジン用ポンプ。

Claims (5)

1. エンジンの冷媒温度と、インバータの冷媒温度と、バッテリからモータジェネレータに出力される電力であるインバータ出力と、に基づいてコンデンサの温度を推定するコンデンサ温度推定手段を有し、推定されたコンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御するハイブリッド車両用駆動装置において、
   コンデンサ温度推定手段は、
   エンジンの冷媒温度が取得できない場合、コンデンサの温度を、インバータの制御で認識している電圧値、電流値によって上昇温度を推定する昇温推定手段と、
   車両の運転状況を示す車両速度から下降温度を推定する降温推定手段と、
   を有することを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動制御装置において、
   昇温推定手段は、予め決められた時間における、平均コンデンサ電圧、モータジェネレータへ供給される実行電流の時間積、バッテリからインバータに供給されるバッテリ電流の時間積、及びコンデンサ初期温度に基づいて推定することを特徴とするハイブリッド車両用制御装置。
3. 請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動制御装置において、
   降温推定手段は、予め決められた時間における、走行風導入による冷却要素となる車両の平均車速に基づいて推定することを特徴とするハイブリッド車両用制御装置。
4. エンジンの冷媒温度と、インバータの冷媒温度と、バッテリからモータジェネレータに出力される電力であるインバータ出力と、に基づいてコンデンサの温度を推定するコンデンサ温度推定工程を有し、推定されたコンデンサの温度に応じてインバータの出力を制御するハイブリッド車両用駆動装置の制御方法において、
   コンデンサ温度推定工程は、
   エンジンの冷媒温度が取得できない場合、コンデンサの温度を、インバータの制御で認識している電圧値、電流値によって上昇温度を推定する昇温推定工程と、
   車両の運転状況を示す車両速度から下降温度を推定する降温推定工程と、
   を含むことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置の制御方法。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車両用駆動制御装置の制御方法において、
   昇温推定工程は、予め決められた時間における、平均コンデンサ電圧、モータジェネレータへ供給される実行電流の時間積、バッテリからインバータに供給されるバッテリ電流の時間積及びコンデンサ初期温度となるインバータの初期温度に基づいて推定し、
   降温推定工程は、予め決められた時間における、走行風導入による冷却要素となる車両の平均車速に基づいて推定することを特徴とするハイブリッド車両用制御装置の制御方法。

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