JP2014003792A

JP2014003792A - 電解コンデンサの寿命推定装置及び電解コンデンサの寿命推定方法

Info

Publication number: JP2014003792A
Application number: JP2012137026A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Watanabe; 豊渡辺
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】モータの回転数が変化した際に検出した温度に基づいて、所定時間における温度変化を取得して寿命を求めることにより、電解コンデンサの寿命を算出する精度を落とすことなく、電解コンデンサ周辺の温度を取得するための処理負荷を低減すること。
【解決手段】電解コンデンサの寿命推定装置１００は、モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの残寿命を推定する。温度検出部１０１は、電解コンデンサの周辺の温度を検出する。温度変化推定部１０５は、モータの回転数が変化した際の温度検出部１０１により検出した温度に基づいて、所定期間における電解コンデンサの周辺の温度変化を推定する。寿命推定部１０６は、推定した温度変化より電解コンデンサの寿命を推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの寿命を推定する電解コンデンサの寿命推定装置及び電解コンデンサの寿命推定方法に関する。

従来、空気調和装置の電解コンデンサの寿命を計算するものが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、圧縮機を１時間運転する間の電解コンデンサの周辺温度の平均値を求め、求めた周辺温度の１時間毎の平均値より、最高使用温度での寿命換算時間を計算する。そして、電解コンデンサの最初の電源投入時の残り寿命から寿命換算時間を減算して残り寿命時間を算出する。特許文献１において、電解コンデンサの周辺温度の平均値を求めるためには、一般に、１時間運転する間に１０ｍｓｅｃ等の一定周期で周辺温度を測定し、１時間運転する間に複数のデータを取得する方法が考えられる。

特開２００６−１６６５６９号公報

しかしながら、特許文献１においては、１時間運転する間に一定周期で電解コンデンサの周辺温度を測定する場合には、周辺温度の測定結果を取得するごとに割り込み等の処理が頻発し、処理負荷が増大するという問題がある。一方、処理負荷の増大を抑制するために、電解コンデンサの周辺温度を測定する一定周期を長く（例えば、１時間）設定すると、大まかな周辺温度の変化しか把握できず、電解コンデンサの実際の残り寿命時間と算出した残り寿命時間との誤差が大きくなり、算出精度が低下するという問題がある。

本発明の目的は、電解コンデンサの寿命を算出する精度を落とすことなく、電解コンデンサの周辺の温度を取得するための処理負荷を低減することができる電解コンデンサの寿命推定装置及び電解コンデンサの寿命推定方法を提供することである。

本発明の電解コンデンサの寿命推定装置は、モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの残寿命を推定する電解コンデンサの寿命推定装置であって、前記電解コンデンサの周辺の温度を検出する温度検出部と、前記モータの回転数が変化した際の前記温度検出部により検出した温度に基づいて、所定期間における前記電解コンデンサの周辺の温度変化を推定するとともに、推定した前記温度変化より前記電解コンデンサの残寿命を推定する推定部と、を有する構成を採る。

本発明の電解コンデンサの寿命推定方法は、モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの残寿命を推定する電解コンデンサの寿命推定方法であって、前記電解コンデンサの周辺の温度を検出するステップと、前記モータの回転数が変化した際の前記検出した温度に基づいて、所定期間における前記電解コンデンサの周辺の温度変化を推定するとともに、推定した前記温度変化より前記電解コンデンサの残寿命を推定するステップと、を有するようにした。

本発明によれば、モータの回転数が変化した際に検出した温度に基づいて、所定時間における温度変化を取得して寿命を求めることにより、電解コンデンサの残寿命を算出する精度を落とすことなく、電解コンデンサ周辺の温度を取得するための処理負荷を低減することができる。

本発明の実施の形態における電動コンプレッサの構成を示す図本発明の実施の形態に係る電動コンプレッサの寿命推定装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの寿命推定装置の動作を示すフロー図本発明の実施の形態におけるモータの回転数が小さくなった場合のタイムチャートを示す図本発明の実施の形態におけるモータの回転数が大きくなった場合のタイムチャートを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
＜電動コンプレッサの構成＞
本発明の実施の形態における電動コンプレッサ１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における電動コンプレッサ１０の構成を示す図である。なお、図１では、電動コンプレッサ１０とともにバッテリ１１も記載する。

電動コンプレッサ１０は、インバータ１２と、モータ１３と、電解コンデンサの寿命推定装置１００とから主に構成されている。電動コンプレッサ１０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といったバッテリ１１の電力で走行する自動車に搭載される。

インバータ１２は、バッテリ１１より供給される直流電圧を平滑化するための電解コンデンサ５０を有している。インバータ１２は、電解コンデンサの寿命推定装置１００の制御に従って、電解コンデンサ５０により平滑化した直流電圧を交流電圧に変換してモータ１３に対して供給する。

モータ１３は、インバータ１２から交流電圧の供給を受けて駆動し、モータ１３を備える図示しない圧縮機構において冷媒を圧縮させる。圧縮された冷媒は冷房または暖房するために用いられる。

電解コンデンサの寿命推定装置１００は、電解コンデンサ５０の周辺の温度を検出する。電解コンデンサの寿命推定装置１００は、温度の検出結果と、外部のＥＣＵ（Engine Control Unit）等の図示しない制御装置から入力した制御信号とに基づいて、電解コンデンサ５０の残寿命を推定する。

＜電解コンデンサの寿命推定装置の構成＞
本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの寿命推定装置１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る電解コンデンサの寿命推定装置１００の構成を示すブロック図である。

電解コンデンサの寿命推定装置１００は、温度検出部１０１と、記憶部１０２と、駆動制御部１０３と、記憶部１０４と、温度変化推定部１０５と、寿命推定部１０６とから主に構成されている。

温度検出部１０１は、電解コンデンサ５０の周辺の温度を検出する。温度検出部１０１は、温度変化推定部１０５の指示に従って、検出した温度を温度変化推定部１０５に出力する。温度検出部１０１は、例えばサーミスタにより温度を検出する。

記憶部１０２は、設定温度とモータ１３の回転数とを対応付けたテーブルを予め記憶している。

駆動制御部１０３は、外部から入力した制御信号に基づいてモータ１３の回転数を設定し、設定した回転数を温度変化推定部１０５に出力する。

駆動制御部１０３は、モータ１３が設定した回転数になるように、インバータ１２からモータ１３に供給される交流電圧の電圧値を制御する。

記憶部１０４は、モータ１３の回転数の変化量と所定期間における温度変化の近似線とを対応付けたテーブルを予め記憶している。記憶部１０４で記憶しているテーブルは、例えば、モータ１３の回転数の変化量と、所定期間における温度変化を一次関数として近似した近似線とを対応付けている。

温度変化推定部１０５は、駆動制御部１０３から入力した回転数の変化量が閾値以上の場合に、温度検出部１０１に対して検出結果の出力を指示し、温度検出部１０１から検出結果を取得する。温度変化推定部１０５は、記憶部１０４に記憶しているテーブルを参照して、駆動制御部１０３から入力した回転数の変化量に対応付けられている温度変化の近似線を選択する。温度変化推定部１０５は、選択した温度変化の近似線及び温度検出部１０１から取得した温度の検出結果を用いて温度変化を推定し、推定結果を寿命推定部１０５に出力する。なお、温度変化の近似線を用いて温度変化を推定する方法については、後述する。

寿命推定部１０６は、温度変化推定部１０５から入力した温度変化の推定結果に基づいて、電解コンデンサ５０の残寿命を推定する。ここで「残寿命」とは、電解コンデンサ５０が所定の機能を果たさなくなるまでの残り時間である。なお、電解コンデンサ５０の残寿命を推定する方法については後述する。

＜電解コンデンサの寿命推定装置の動作＞
本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの寿命推定装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る電解コンデンサの寿命推定装置１００の動作を示すフロー図である。

まず、温度検出部１０１は、電解コンデンサ５０の周辺の温度（検出温度Ｎ２）を検出する（ステップＳＴ３０１）。なお、温度検出部１０１から検出温度を取得する温度変化推定部１０５は、前回及び今回の検出温度を記憶しておく。

また、温度変化推定部１０５は、モータ１３の回転数の変化量（回転数の変化量Ｋ２）を検出する（ステップＳＴ３０２）。なお、温度変化推定部１０５は、前回及び今回検出した回転数の変化量を記憶しておく。

温度変化推定部１０５は、今回検出した回転数の変化量Ｋ２が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３０３）。

今回検出した回転数の変化量Ｋ２が閾値以下であると判定した場合（ステップＳＴ３０３：ＮＯ）には、電解コンデンサの寿命推定装置１００は、ステップＳＴ３０１に処理を戻す。

一方、今回検出した回転数の変化量Ｋ２が閾値より大きいと判定した場合（ステップＳＴ３０３：ＹＥＳ）には、温度変化推定部１０５は、今回回転数の変化量Ｋ２を検出した時刻から前回回転数の変化量Ｋ１を検出した時刻を減算し、減算結果が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３０４）。ここで、ステップＳＴ３０３の判定を行う理由は、温度を検出する時間間隔が短い場合（減算結果が閾値以下の場合）は、電解コンデンサ５０の残寿命を大きく短縮するものではないので、電解コンデンサ５０の残寿命を算出する必要がないからである。

減算結果が閾値以下であると判定した場合（ステップＳＴ３０４：ＮＯ）には、電解コンデンサの寿命推定装置１００は、処理をＳＴ３０１に戻す。

減算結果が閾値より大きいと判定した場合（ステップＳＴ３０４：ＹＥＳ）には、温度変化推定部１０５は、前回検出した回転数の変化量Ｋ１が「０」より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３０５）。

なお、ステップＳＴ３０４において、今回回転数の変化量Ｋ２を検出した時刻から前回回転数の変化量Ｋ１を検出した時刻を減算したが、これに代えて、温度Ｎ２を検出した時刻から温度Ｎ２を検出した時刻を減算し、減算結果が閾値より大きいか否かを判定するようにしてもよい。

前回検出した回転数の変化量Ｋ１が「０」より大きいと判定した場合（ステップＳＴ３０５：ＹＥＳ）には、温度変化推定部１０５は、過渡温度区間について、前回検出した検出温度Ｎ１と記憶部１０２に記憶しているテーブルとに基づいて、温度が下降する近似線により温度変化を推定する（ステップＳＴ３０６）。

次に、温度変化推定部１０５は、飽和温度区間について、一律に今回検出した検出温度Ｎ２であるものとして温度変化を推定する（ステップＳＴ３０７）。

一方、前回検出した回転数の変化量Ｋ１が「０」以下の場合（ステップＳＴ３０５：ＮＯ）には、温度変化推定部１０５は、過渡温度区間について、前回検出した検出温度Ｎ１と記憶部１０２に記憶しているテーブルとに基づいて、温度が上昇する近似線により温度変化を推定する（ステップＳＴ３０８）。

次に、温度変化推定部１０５は、飽和温度区間について、一律に今回検出した検出温度Ｎ２であるものとして温度変化を推定する（ステップＳＴ３０９）。

そして、ステップＳＴ３０７またはステップＳＴ３０９の後に、寿命推定部１０６は、残寿命を算出する（ステップＳＴ３１０）。

電解コンデンサの寿命推定装置１００は、ステップＳＴ３１０の処理の後、今回の検出温度Ｎ２を前回の検出温度Ｎ１として設定するとともに、今回検出した回転数の変化量Ｋ２を前回検出の回転数の変化量Ｋ１として設定する。

ここで、「過渡温度区間」は、記憶部１０２に記憶した一次関数の近似線に基づいて、電解コンデンサ５０の周辺の温度変化を推定した区間である。また、「飽和温度区間」は、次にモータ１３の回転数が変化した際に温度検出部１０１により温度を検出した温度を維持した区間である。

具体的には、モータ１３の回転数が変化した際に温度検出部１０１により温度を検出した時刻から、次にモータ１３の回転数が変化した際に温度検出部１０１により検出した温度（以下、「飽和温度」と記載する）に達する時刻までの区間を「過渡温度区間」とし、飽和温度に達した時刻以降の区間を、飽和温度を維持した「飽和温度区間」とする。

電解コンデンサの寿命推定装置１００は、上記処理を繰り返すことにより、５年または１０年等の長い期間に渡る電解コンデンサ５０の残寿命を推定することができる。この際、電解コンデンサの寿命推定装置１００は、モータ１３の回転数が変化した時刻の間隔が閾値より大きく、かつ、モータ１３の回転数の変化量が閾値以上の時刻に検出した温度のみを用いて温度変化を推定するので、長い期間に渡って電解コンデンサ５０の残寿命を推定しても、計算量を抑制することができる。

＜温度変化の推定方法＞
本発明の実施の形態における温度変化の推定方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態におけるモータ１３の回転数が小さくなった場合のタイムチャートを示す図である。図５は、本実施の形態におけるモータ１３の回転数が大きくなった場合のタイムチャートを示す図である。

図４において、図４Ａは、時間とモータ１３の回転数との関係を示し、図４Ｂは、時間と電解コンデンサ５０の周辺の温度との関係を示している。図４Ａでは、時刻ｔ１において、回転数の変化量は「０」以下であり、時刻ｔ３において、回転数の変化量は「０」より大きい。

図５において、図５Ａは、時間とモータ１３の回転数との関係を示し、図５Ｂは、時間と電解コンデンサ５０の周辺の温度との関係を示している。図５Ａでは、時刻ｔ１１において、回転数の変化量は「０」より大きく、時刻ｔ１３において、回転数の変化量は「０」以下である。

なお、モータ１３の回転数が小さくなると、冷媒の流量が減少するため、電解コンデンサ５０の周辺の温度は高くなる。一方、モータ１３の回転数が大きくなると、冷媒がより多く流れるため、電解コンデンサ５０の周辺の温度は低下する。

最初に、モータ１３の回転数が小さくなった場合における温度変化の推定方法について図４を用いて説明する。図４は、図３のステップＳＴ３０６〜ステップＳＴ３０７の処理を示すものである。

図４より、温度変化推定部１０５は、モータ１３の回転数が小さくなった時刻ｔ１の温度Ｔ０と、モータ１３の回転数が大きくなった時刻ｔ３の温度Ｔ１とを温度検出部１０１より取得する。温度変化推定部１０５は、記憶部１０４に記憶しているテーブルを参照して、時刻ｔ１におけるモータ１３の回転数の変化量Ｒ１に対応付けられている温度変化の近似線Ｓ１を選択することにより、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間の温度変化を推定する。温度変化推定部１０５は、選択した近似線Ｓ１より、時刻ｔ２（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）において飽和温度Ｔ１（最高温度）になるので、飽和温度Ｔ１未満である時刻ｔ１から時刻ｔ２までを過渡温度区間とし、時刻ｔ２から時刻ｔ３までを飽和温度区間とする。なお、過渡温度区間と飽和温度区間とに分ける理由は、後述する電解コンデンサ５０の寿命を求める際に、過渡温度区間と飽和温度区間とで異なる処理になるためである。

次に、モータ１３の回転数が大きくなった場合における温度変化の推定方法について図５を用いて説明する。図５は、図３のステップＳＴ３０８〜ステップＳＴ３０９の処理を示すものである。

図５より、温度変化推定部１０５は、モータ１３の回転数が大きくなった時刻ｔ１１の温度Ｔ１０と、モータ１３の回転数が小さくなった時刻ｔ１３の温度Ｔ１１とを温度検出部１０１より取得する。温度変化推定部１０５は、記憶部１０４に記憶しているテーブルを参照して、時刻ｔ１１におけるモータ１３の回転数の変化量Ｒ２に対応付けられている温度変化の近似線Ｓ２を選択することにより、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間の温度変化を推定する。温度変化推定部１０５は、選択した近似線Ｓ２より、時刻ｔ１２（ｔ１１＜ｔ１２＜ｔ１３）において飽和温度Ｔ１１（最低温度）になるので、飽和温度Ｔ１１以上である時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までを過渡温度区間とし、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までを飽和温度区間とする。

＜電解コンデンサの寿命算出方法＞
寿命推定部１０６は、以下の（１）式より、モータ１３の回転数が変化した時刻に温度検出部１０１により検出した電解コンデンサ５０の周辺の温度を用いて、電解コンデンサ５０の残寿命を求める。

なお、上記（１）式のＴｍａｘ及びＬ０は、電解コンデンサ５０のスペックで規定される値である。

寿命推定部１０６は、上記の（１）式より求めた寿命を用いて、寿命消費率を求める。最初に、飽和温度区間における寿命消費率の算出方法について説明する。

図４の場合、寿命推定部１０６は、飽和温度区間（ｔ２〜ｔ３）では、以下の（２）式により寿命消費率を求める。

また、図５において、飽和温度区間（ｔ１２〜ｔ１３）では、以下の（３）式により寿命消費率を求める。

次に、過渡温度区間における寿命消費率の算出方法について説明する。

図４において、過渡温度区間（ｔ１〜ｔ２）では、時刻ｔ２−時刻ｔ１の値が閾値以下の場合には、以下の（４）式により寿命消費率を求める。

一方、時刻ｔ２−時刻ｔ１の値が閾値より大きい場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの推定した温度を用いて寿命を算出した場合、実際の寿命と算出した寿命とに誤差が生じる可能性が高い。従って、寿命推定部１０６は、過渡温度区間（ｔ１〜ｔ２）を時間軸において複数に分割し、分割した区間毎に上記の（４）式と同様の式により寿命消費率を求める。

図４の場合、温度変化推定部１０５は、過渡温度区間における電解コンデンサ５０の周辺の温度を、一律に、温度検出部１０１がｔ１で取得した温度（Ｔ１）と推定することができる。これにより、寿命推定部１０６において、（１）式より寿命の変化Ｌ（ｔ２〜ｔ１）を算出する際に、寿命の変化を過小に推定することを防止することができる。

また、図５において、過渡温度区間（ｔ１１〜ｔ１２）では、時刻ｔ１２−時刻ｔ１１の値が閾値以下の場合には、以下の（５）式により寿命消費率を求める。

図５の場合、温度推定部１０５は、過渡温度区間における電解コンデンサ５０の周辺の温度を、一律に、温度検出部１０１がｔ１１で取得した温度（Ｔ１０）と推定することができる。これにより、寿命推定部１０６において、（１）式より寿命の変化Ｌ（ｔ１１〜ｔ１２）を算出する際に、寿命の変化を過小に推定することを防止することができる。

一方、時刻（ｔ１２−ｔ１１）の値が閾値より大きい場合には、上記と同様の理由により、過渡温度区間（ｔ１２−ｔ１１）を時間軸において複数に分割し、分割した区間毎に上記の（５）式と同様の式により寿命消費率を求める。

寿命推定部１０６は、図４の場合、（２）式より求めた寿命消費率と（４）式より求めた寿命消費率とを加算して、時刻ｔ１〜時刻ｔ３における寿命消費率を求める。また、寿命推定部１０６は、図５の場合、（３）式より求めた寿命消費率と（５）式より求めた寿命消費率とを加算して、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３における寿命消費率を求める。

そして、寿命推定部１０６は、上記により算出した、時刻ｔ１〜時刻ｔ３における寿命消費率、または時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３における寿命消費率を、「１」から減算することにより、残寿命を求める（残寿命＝（１−寿命消費率））。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、モータの回転数が変化した際に検出した温度に基づいて、所定時間における温度変化を取得して寿命を求めることにより、電解コンデンサの寿命を算出する精度を落とすことなく、電解コンデンサ周辺の温度を取得するための処理負荷を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、飽和温度区間と過渡応答区間とに分けて寿命を求めるので、実際の寿命と求めた寿命との誤差を少なくすることができる。

また、本実施の形態によれば、温度変化が大きい過渡応答区間をさらに細分化して寿命を求めるので、実際の寿命と求めた寿命との誤差を極めて少なくすることができる。

また、本実施の形態によれば、モータの回転数の変化量と近似線とを対応付けたテーブルを用いて近似線を選択して温度変化を推定するので、簡易な方法により温度変化を推定することができる。

＜本実施の形態変形例＞
上記実施の形態において、電解コンデンサの残寿命を寿命消費率から求めたが、本発明はこれに限らず、他の方法にて電解コンデンサの残寿命を求めてもよい。

本発明にかかる電解コンデンサの寿命推定装置及び電解コンデンサの寿命推定方法は、モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの寿命を推定するのに好適である。

１００電解コンデンサの寿命推定装置
１０１温度検出部
１０２記憶部
１０３駆動制御部
１０４記憶部
１０５温度変化推定部
１０６寿命推定部

Claims

モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの残寿命を推定する電解コンデンサの寿命推定装置であって、
前記電解コンデンサの周辺の温度を検出する温度検出部と、
前記モータの回転数が変化した際の前記温度検出部により検出した温度に基づいて、所定期間における前記電解コンデンサの周辺の温度変化を推定するとともに、推定した前記温度変化より前記電解コンデンサの残寿命を推定する推定部と、
を有する電解コンデンサの寿命推定装置。
前記所定期間は、前記モータの回転数が変化した第１の時刻から、その次に前記モータの回転数が変化した第２の時刻までの期間である、
請求項１記載の電解コンデンサの寿命推定装置。
前記モータの回転数の変化量と温度変化の近似線とを対応付けたテーブルを記憶する記憶手段をさらに有し、
前記推定部は、
前記テーブルを参照して、検出した前記モータの回転数の変化量に対応付けられている前記近似線を選択し、選択した前記近似線により前記所定期間における前記温度変化を推定する、
請求項１または請求項２記載の電解コンデンサの寿命推定装置。
前記記憶手段は、
前記モータの回転数の変化量と温度変化を一次関数として近似した近似線とを対応付けたテーブルを記憶し、
前記推定部は、
前記テーブルを参照して、検出した前記モータの回転数の変化量に対応付けられている前記近似線を選択するとともに、前記第１の時刻からの温度変化を、選択した前記近似線で近似した過渡温度区間と、前記第２の時刻において前記温度検出部で検出した温度を維持する飽和温度区間とに分けて前記所定期間における前記温度変化を推定する、
請求項２記載の電解コンデンサの寿命推定装置。
前記推定部は、
前記過渡温度区間を複数区間に分割して前記電解コンデンサの残寿命を推定する、
請求項４記載の電解コンデンサの寿命推定装置。
モータに供給する電源電圧を平滑化するための電解コンデンサの残寿命を推定する電解コンデンサの寿命推定方法であって、
前記電解コンデンサの周辺の温度を検出するステップと、
前記モータの回転数が変化した際の前記検出した温度に基づいて、所定期間における前記電解コンデンサの周辺の温度変化を推定するとともに、推定した前記温度変化より前記電解コンデンサの残寿命を推定するステップと、
を有する電解コンデンサの寿命推定方法。