JP2014046701A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の温度変化を抑制して耐久性を高めることができる制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明による制御装置１は、車両に搭載される電子部品の温度Ｔを制御する制御手段１ａと、温度Ｔを検出する温度検出手段４と、温度Ｔが第一方向に変化した後に第一方向と反対の第二方向に変化すると見込まれるか否かを判定する判定手段１ｂと、を含み、判定手段１ｂが肯定と判定する場合に制御手段１ａは温度の第一方向への変化を抑制する抑制制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば乗用車、トラック、バス等の車両の電動機を半導体素子等の電子部品を用いて駆動制御する制御装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車両などでは電池等の電源の電力を用いて電動機を駆動することが行われ、この駆動に用いられる制御装置ではＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＩＰＭ（Intelligent Power Module）等のスイッチング素子つまり半導体素子等の電子部品が用いられる。

下記の特許文献１に記載の制御装置においては、電動機つまり負荷の温度が所定以上の場合に負荷への電力供給の制限つまり負荷制限を行い、負荷の温度が短期補償温度に達しないと見込まれる場合には負荷制限を解除して登坂走行性能を向上することが開示されている。

特開２０１０−１１５０５３号公報

ところが、上述した従来技術の制御装置においては、負荷の温度が短期補償温度に達しない場合に登坂走行性能の確保を優先しているが、半導体素子等の電子部品の温度変化を抑制することについては考慮されていない。このため、電子部品の耐久性を高めることが困難となる。

本発明は、上記問題に鑑み、電子部品の温度変化を抑制して耐久性を高めることができる制御装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明による制御装置は、車両に搭載される電子部品の温度を制御する制御手段と、前記温度を検出する温度検出手段と、前記温度が第一方向に変化した後に当該第一方向と反対の第二方向に変化すると見込まれるか否かを判定する判定手段と、を含み、当該判定手段が肯定と判定する場合に前記制御手段は前記温度の前記第一方向への変化を抑制する抑制制御を行うことを特徴とする。

ここで、前記第一方向とは低下方向であり前記第二方向とは上昇方向であり、前記抑制制御は前記電子部品の冷却の軽減であることとしてもよい。また、前記判定手段は前記温度が限度値未満であって前記温度の低下量が所定値以上である場合に肯定と判定することとしてもよい。さらに、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、当該車両の交差点との距離を検出する距離検出手段を含み、前記判定手段は前記車速が所定車速以下であり前記距離が所定距離以内である場合に肯定と判定することとしてもよい。

加えて、外気温を取得する外気温取得手段と、気象情報を取得する気象情報取得手段を含み、前記外気温が所定温度以上低下した後に前記気象情報から所定時間以内に当該所定温度以上上昇すると見込まれる場合に、前記判定手段は肯定と判定することとしてもよく、
ナビゲーション情報を取得するナビゲーション情報取得手段を含み、当該ナビゲーション情報から前記車両が降板路を走行した後に登坂路を走行すると見込まれる場合に、前記判定手段は肯定と判定することとしてもよい。

本発明の制御装置によれば、電子部品の温度変化を抑制して温度変化の繰り返しに伴う熱ストレスを低減して耐久性を高めることができる。

本発明に係る実施例の制御装置１の一実施形態を示す模式図である。 実施例の制御装置１の一実施形態の電子部品の特性を示す模式図である。 実施例の制御装置１の一実施形態における制御結果を示す模式図である。 実施例の制御装置１の一実施形態により制御されるラジエータ６の冷却特性を示す模式図である。 実施例の制御装置１の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。 実施例の制御装置１の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。 実施例の制御装置１の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。 実施例の制御装置１の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施例の制御装置１はＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等及びそれらを相互に接続するデータバスと入出力インターフェースから構成される。制御装置１を構成するＥＣＵは、ＲＯＭ又はフラッシュメモリに格納されたプログラムに従い、以下に述べるそれぞれの制御を行う。

制御装置１は図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格に接続され、ＣＡＮには図示しないブレーキＥＣＵ、カーナビゲーションＥＣＵが接続されている。カーナビゲーションＥＣＵはＶＩＣＳ（登録商標）やモバイルデータ通信用の機器が接続されており、ＣＡＮ上においてはブレーキＥＣＵからの車速Ｖ、カーナビゲーションＥＣＵからの車両と交差点との距離Ｄ、外気温ＴＯ、気象情報、カーナビゲーション情報、を制御装置１が取得可能とされる。すなわち制御装置１は、制御手段１ａ、判定手段１ｂ、車速検出手段１ｃ、距離検出手段１ｄ、外気温取得手段１ｅ、気象情報取得手段１ｆ、ナビゲーション情報取得手段１ｇを構成する。

制御装置１の制御手段１ａは、インバータコンバータシステム２を制御するものであり、インバータコンバータシステム２は低圧バッテリの低圧の電圧ＶＬをコンバータにより昇圧して高圧ＶＨとしコンデンサ又はバッテリを一旦蓄積してこの高圧ＶＨの直流電流をインバータにより三相交流として車両の駆動用のモータ３を駆動する。なお、インバータコンバータシステム２は、回生ブレーキ時にはモータ３からの三相交流を直流電流に変換して降圧して低圧バッテリに電力を返還する。

インバータコンバータシステム２が含むコンバータは図１に示すように二つの半導体素子を含み、インバータは六つの半導体素子を含んでいる。それぞれの半導体素子（電子部品）の発熱部分は、図示しない冷却板に対して熱伝導可能に接触されており、冷却板の背面側には、背面側に突出する図示しないフィンを含むフィンエリアを被冷却部として形成されている。インバータコンバータシステム２が含む図１では図示しないハウジングは、例えば合成樹脂によって構成され、冷却板の背面側のフィンエリアに対向する位置に配置されて、冷却流路７の上流側と下流側に連通するヒートシンクを構成している。

インバータコンバータシステム２内の半導体素子はそれぞれの温度Ｔを検出する温度センサ４を含んでおり、制御手段１ａは温度センサ４の検出結果に基づいて電動ポンプ５を制御して、以下に述べるようにインバータコンバータシステム２の適宜の冷却を行う。電動ポンプ５はラジエータ６とインバータコンバータシステム２の被冷却部を経路に有する冷却流路７中に設置されて冷却流路７内の冷媒を循環させるものである。

このヒートシンクと冷却流路７内には冷媒が充填される。なお、冷媒は、ＬＬＣ（Long life coolant）、水やエチレングリコール等の適宜の液体である。本実施例では冷媒は冷却水を用いている。電動ポンプ５、ラジエータ６、ヒートシンク及び冷却流路７は循環系統を構成し、冷却水がこの循環系統を循環されて、ヒートシンクで脱熱が行われ、ラジエータ６で放熱が行われる。

本実施例においては、上述した半導体素子それぞれの温度センサ４の検出した温度Ｔに基づいて、温度が限度値ＴＬを超えていれば制御手段１ａが電動ポンプ５を駆動することを既存制御としている。温度Ｔは上述した八箇所の温度の最小値や最大値を用いても平均値を用いてもよい。

ここで上述した半導体素子は温度が限度値を超えない条件であっても、車両の交差点停車や一時的な停車による通電量の軽減や、外気温の低下などの要因によって温度が低下するケースが存在し、この場合運転を継続すれば再度の通電により温度は上昇することとなる。

すなわち図２に示すように、限度値ＴＬに対して温度Ｔがほぼ並行に推移するのではなく、Ｖ字状に変化して温度差ΔＴが発生する。この温度差ΔＴの発生する繰り返し数Ｎが増大すればするほど、図３に示すように、より少ない応力にて半導体素子の半田部分の寿命は短くなることを意味する。

そこで本実施例の制御装置１においては上述した既存制御を基本として、一時的に温度Ｔが低下した後上昇することが見込まれると判定手段１ｂにより判定される条件（肯定）では、温度Ｔの低下を抑制して図２のＶ字状の両端を結ぶ線のような変化をさせるように冷却の軽減を行う抑制制御を制御手段１ａが行うものとする。本実施例では判定手段１ｂが肯定と判定する条件は以下の四種類を想定している。

まず判定手段１ｂは、温度Ｔが限度値ＴＬ未満であって温度Ｔの低下量が所定値以上である場合に肯定（温度Ｔが低下方向に変化した後上昇方向に変化すると見込まれる）と判定する。

加えて判定手段１ｂは、車速Ｖが所定車速ＶＣ（例えば５ｋｍ／ｈ）以下であり距離Ｄが所定距離ＤＣ（例えば５０ｍ）以内である場合に肯定と判定する。この所定車速ＶＣと所定距離ＤＣは車両と交差点との実際の相対位置関係と実測の車速から適宜定めるものとする。

また判定手段１ｂは、外気温ＴＯが所定温度ＴＣ以上低下した後に気象情報から所定時間以内に所定温度ＴＣ以上上昇すると見込まれる場合に、肯定と判定する。

さらに判定手段１ｂは、ナビゲーション情報から車両が降板路を走行した後に登坂路を走行すると見込まれる場合に、肯定と判定する。

なお判定手段１ｂにより肯定と判定された場合には、制御手段１ａは温度Ｔの低下を抑制する制御を行うが、判定時に保持した温度Ｔを指令値として固定することもできるところを、本実施例では指令値をＥＣＵの処理時間毎の三回平均値Ｔ＊としてまず算出し、算出した時点での温度Ｔと三回平均値Ｔ＊との値の乖離率α（＝Ｔ−Ｔ＊／Ｔ×１００）を算出して、乖離率が例えば５％以上となった場合に温度指令値をＴ＊＊＝Ｔ＊（１＋α／１００）と補正する。

つまり図４に示すようにラジエータ６では冷媒の流量ｑが大きいほど熱放射特性Ｑが大きくなる特性を有しており、乖離率αが大きくなるほど、温度指令値Ｔ＊＊が大きくなるため、冷媒の流量を減らす方向に電動ポンプ５は制御されることとなる。

以下本実施例の制御装置１の制御内容を図５〜８のフローチャートを用いて説明する。図５に示すように、本実施例の制御装置１のメインルーチンでは、ストレス低減制御開始判定ＳＳ、ストレス低減制御ＳＣ、ストレス低減制御終了判定ＳＥの三ステップが実行される。なお、以下の説明及びフローチャート中では抑制制御をストレス低減制御と呼称する。

ストレス低減制御開始判定ＳＳは図６に示すステップを有している。つまり、ステップＳ１において、制御装置１は半導体素子の温度Ｔを温度センサ４から取得し、ステップＳ２において、車速検出手段１ｃはＣＡＮ上から車速Ｖを取得し、ステップＳ３において、ナビゲーション情報取得手段１ｇはＣＡＮ上からナビゲーション情報（現在位置、進行方向５０ｍ以内の交差点の有無、周辺施設等の情報）を取得し、距離検出手段１ｄはこの情報から距離Ｄを取得する。

さらにステップＳ４において外気温取得手段１ｅは外気温ＴＯを取得し、ステップＳ５において、気象情報取得手段１ｆは、ＶＩＣＳ（登録商標）やカーナビ、モバイルデータ通信等を利用して、進行方向やナビに設定された経路情報の気象情報を取得する。

ステップＳ６において、判定手段１ｂは、ストレス低減制御開始要求がオフであるか否かを判定し、肯定であればステップＳ７にすすみ、否定であればステップＳ１５にすすむ。ステップＳ７において、判定手段１ｂは、半導体素子の温度Ｔが８０度未満で２度以上低下したか否かを判定し、肯定であればステップＳ８にすすみ、否定であればステップＳ９にすすむ。なお、ステップＳ７における具体的数値は半導体素子の特性、車両の特性により変化する値であり例示値である。

ステップＳ９において、判定手段１ｂは、車速Ｖが５ｋｍ／ｈ以下かつ車両が交差点付近５０ｍ以内であるか否かを判定し、肯定であればステップＳ１０にすすみ、否定であればステップＳ１１にすすむ。なお、ステップＳ９における具体的数値は車両の走行する道路や交差点の交通状況により適宜変更される値でありこれも例示値である。

ステップＳ１１において、判定手段１ｂは、外気温ＴＯが５度以上低下かつ気象情報から一時間以内に外気温が５度以上上昇するか否かを判定し、肯定であればステップＳ１２にすすみ、否定であればステップＳ１３にすすむ。なお、ステップＳ１１における具体的数値は車両の走行する道路の気象条件等により適宜変更される値でありこれも例示値である。

ステップＳ１３において、判定手段１ｂはナビゲーション情報から、車両が例えば山道等に差し掛かっており、長い下り坂（降板路）を走行中かつ目的地到達までに長い登坂路が有るか否かを判定し、肯定であればステップＳ１４にすすみ、否定であれば終了にすすむ。なお、ステップＳ１３において降板路、登坂路の判定に用いる数値についても車両特性等により適宜変更される値でありこれも例示値である。

ステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４において、制御手段１ａは、ストレス低減制御開始要求をオンとする。

ステップＳ１５において、判定手段１ｂは、ストレス低減制御開始要求がオンでありかつ半導体素子の温度Ｔが８０度以上であるか否かを判定し、肯定であればステップＳ１６にすすみ、否定であれば終了の手前にすすむ。なお、ステップＳ１５に用いられる具体的数値も半導体素子の特性や車両特性により定まる値で例示値である。

ストレス低減制御ＳＣは図７に示すステップを含む。つまり、ステップＳ２１に示すように、判定手段１ｂは、ストレス低減制御開始要求がオンであるか否かを判定し、肯定であればステップＳ２２にすすみ、否定であればステップＳ２８にすすんで制御手段１ａは既存制御である冷却水流量制御を行う。

ステップＳ２２において、制御手段１ａは、ストレス低減制御開始時の半導体素子の温度Ｔｓｔ（ステップＳ７では温度低下前の温度Ｔ、ステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１３であれば現在の温度Ｔ）を保持する。

ステップＳ２３において、制御手段１ａは、温度指令値Ｔ＊を演算周期毎の三回平均値として算出する。ステップＳ２４において、制御手段１ａは保持した素子温度Ｔｓｔと温度指令値Ｔ＊の乖離率α（％）を算出して、ステップＳ２５において、素子温度Ｔｓｔと温度指令値Ｔ＊の乖離率αが５％以上であるか否かを判定する。なお、ステップＳ２５における具体的数値も、半導体素子の特性や車両特性により適宜変更される値であり例示値である。

ステップＳ２５において肯定と判定される場合には、ステップＳ２６において、温度指令値Ｔ＊に（１＋α／１００）を乗じて補正後の温度指令値Ｔ＊＊に置換して、ステップＳ２７において、補正後の温度指令値Ｔ＊＊に基づいて冷却水の流量制御を制御手段１ａが行う。ステップＳ２５において否定と判定される場合には終了にすすむ。

ストレス低減制御終了判定ＳＥは図８に示すステップを含む。判定手段１ｂはステップＳ３１に示すように、ストレス低減制御開始要求がオンであるか否かを判定し、肯定であればステップＳ３２にすすみ、否定であれば終了にすすむ。

ステップＳ３２において、判定手段１ｂは半導体素子の温度Ｔが保持した素子温度Ｔｓｔより５％以上上昇もしくは、温度Ｔが保持した温度Ｔｓｔの±２％以内を６０（ｓ）以上保持しており、ストレス低減制御を行うことが不適切又は不要であるか否かを判定し、肯定であればステップＳ３３に、否定であればステップＳ２１の手前に戻る。ステップＳ３３において、制御手段１ａは、ストレス低減開始要求をオフとして、終了にすすむ。

本実施例の制御装置１によれば、上述した特徴事項を含むことによって、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、半導体素子の温度の低下が一時的で図２に示すＶ字状の形態のようにその後に上昇することが見込まれる場合には、Ｖ字状の温度変化曲線の低下側の変化を抑制するように、電動ポンプ５による冷媒の運搬量を減らしラジエータ６による放熱作用を減らすことができる。これにより、図２に示すＶ字状の温度変化の累積の回数を減らして、インバータコンバータシステム２内の半導体素子に加わる熱ストレスの回数を減らすことができる。これにより半導体素子の耐久性を高めることができる。

また、半導体素子の温度Ｔの状態を監視して、図８のステップＳ３２に示すようなストレス低減制御の終了条件が成立した場合には、ストレス低減制御を停止して限度値以下に半導体素子の温度Ｔを保つ既存の制御に切り換えることができるため、半導体素子の限度値に基づく保護と熱ストレス抑制による保護とを両立させることができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

本発明は、電子部品の温度変化を抑制して耐久性を高めることができる制御装置を提供することができるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用して有益なものである。

１ 制御装置
１ａ 制御手段
１ｂ 判定手段
１ｃ 車速検出手段
１ｄ 距離検出手段
１ｅ 外気温取得手段
１ｆ 気象情報取得手段
１ｇ ナビゲーション情報取得手段
２ インバータコンバータシステム
３ モータ
４ 温度センサ（温度検出手段）
５ 電動ポンプ
６ ラジエータ
７ 冷却流路

Claims (6)

1. 車両に搭載される電子部品の温度を制御する制御手段と、前記温度を検出する温度検出手段と、前記温度が第一方向に変化した後に当該第一方向と反対の第二方向に変化すると見込まれるか否かを判定する判定手段と、を含み、当該判定手段が肯定と判定する場合に前記制御手段は前記温度の前記第一方向への変化を抑制する抑制制御を行うことを特徴とする制御装置。
2. 前記第一方向とは低下方向であり前記第二方向とは上昇方向であり、前記抑制制御は前記電子部品の冷却の軽減であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記判定手段は前記温度が限度値未満であって前記温度の低下量が所定値以上である場合に肯定と判定することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記車両の車速を検出する車速検出手段と、当該車両の交差点との距離を検出する距離検出手段を含み、前記判定手段は前記車速が所定車速以下であり前記距離が所定距離以内である場合に肯定と判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 外気温を取得する外気温取得手段と、気象情報を取得する気象情報取得手段を含み、前記外気温が所定温度以上低下した後に前記気象情報から所定時間以内に当該所定温度以上上昇すると見込まれる場合に、前記判定手段は肯定と判定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. ナビゲーション情報を取得するナビゲーション情報取得手段を含み、当該ナビゲーション情報から前記車両が降板路を走行した後に登坂路を走行すると見込まれる場合に、前記判定手段は肯定と判定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の制御装置。

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