JP2015053774A - Power converter, and electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換器、および、電動車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power converter and an electric vehicle.
電力変換器は、複数のスイッチング素子を有している。スイッチング素子は、導通して電流が流れることにより発熱し性能低下や故障、寿命低下することがある。スイッチング素子の温度上昇を抑制するために電力変換器には冷却装置が取り付けられている。 The power converter has a plurality of switching elements. The switching element may generate heat when it is conductive and current flows, resulting in performance degradation, failure, and life reduction. In order to suppress the temperature rise of the switching element, a cooling device is attached to the power converter.
電力変換器に取り付けられる冷却装置には、例えば、高電圧を絶縁する絶縁体や、部品間の熱伝達率を上げるためグリースが使用されている。電力変換器を長時間使用すると、絶縁体やグリースは熱および経年により劣化する。絶縁体などの部品変形や、グリースの抜けが起きると、冷却装置の冷却性能が低下することがある。 In the cooling device attached to the power converter, for example, an insulator that insulates a high voltage or grease is used to increase the heat transfer rate between components. When the power converter is used for a long time, the insulator and grease deteriorate due to heat and aging. If a part such as an insulator is deformed or grease is removed, the cooling performance of the cooling device may deteriorate.
冷却装置の冷却性能が低下すると電力変換器の性能が低下するだけでなく、電力変換器が高温になり運転中に異常停止してしまうことがある。例えば、半導体製造などのプラントや原子力発電所の機器、医療機器、電車および自動車などの交通機関の機器、エレベータなど、電力変換器を異常停止させることが困難であるシステムに搭載された場合には、異常停止前に冷却性能の劣化を検出することが望ましい。 When the cooling performance of the cooling device is lowered, not only the performance of the power converter is lowered, but the power converter may become high temperature and stop abnormally during operation. For example, when installed in systems where it is difficult to abnormally stop power converters, such as semiconductor manufacturing plants, nuclear power plant equipment, medical equipment, transportation equipment such as trains and cars, and elevators It is desirable to detect deterioration in cooling performance before an abnormal stop.
本発明の実施形態によれば、安全性を担保する電力変換器、および、電動車両を提供することを目的とする。 According to an embodiment of the present invention, an object is to provide a power converter that ensures safety and an electric vehicle.
実施形態によれば、直列に接続した一対の半導体スイッチを備えたスイッチ回路を並列に接続したインバータと、冷却媒体が循環する空洞を内部に有する冷却器と、前記インバータと前記冷却器との間に配置された絶縁体と、前記半導体スイッチの温度の情報および前記冷却媒体の温度の情報が入力される温度入力部を有し、前記温度入力部に入力された前記半導体スイッチの温度の情報と前記冷却媒体の温度の情報とに基づいて熱抵抗を演算し、前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上か否か判断し、前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上であり、かつ、前記熱抵抗が所定の値以上であるときに冷却性能が劣化していると判断する劣化診断部と、を含むコントローラと、を備えたことを特徴とする電力変換器が提供される。 According to the embodiment, an inverter in which a switch circuit including a pair of semiconductor switches connected in series is connected in parallel, a cooler having a cavity in which a cooling medium circulates, and between the inverter and the cooler. And the temperature information of the semiconductor switch input to the temperature input unit, and the temperature input unit to which the temperature information of the semiconductor switch and the temperature information of the cooling medium are input. Calculating a thermal resistance based on the information on the temperature of the cooling medium, determining whether the temperature change of the cooling medium is equal to or greater than a predetermined value, the temperature change of the cooling medium is equal to or greater than a predetermined value, and There is provided a power converter comprising: a controller including a deterioration diagnosis unit that determines that the cooling performance is deteriorated when the thermal resistance is equal to or greater than a predetermined value.
以下、実施形態の電力変換器、および、電動車両について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the power converter of an embodiment and an electric vehicle are explained with reference to drawings.
図1は、第1実施形態の電動車両の一構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電動車両は、例えば、バッテリ10と、電力変換装置と、モータ30と、車輪WLと、モータ30の回転動力を車輪WLへ伝達する車軸40と、車両ECU60と、を備えた電気自動車である。電力変換装置は、電力変換器20と、冷却媒体供給装置50を含む冷却装置とを備える。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of the electric vehicle according to the first embodiment.
The electric vehicle according to the present embodiment includes, for example, an electric battery including a
なお、電気自動車以外の電動車両は、例えばガソリンエンジンを搭載したハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車など、インバータを搭載した車両である。 The electric vehicle other than the electric vehicle is a vehicle equipped with an inverter, such as a hybrid electric vehicle equipped with a gasoline engine and a fuel cell vehicle.
バッテリ10は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を搭載している。バッテリ10から出力された直流電力は電力変換器20へ供給されるとともに、電力変換器20を介して接続されている機器、例えばモータ30が発電する電気エネルギーを充電する。
The
電力変換器20は、バッテリ10の直流電力を例えば3相の交流電力に変換してモータ30へ供給する。電力変換器20は、後に図2に示すように、複数のスイッチング素子を含むインバータと、コントローラ22とを備え、コントローラ22が複数のスイッチング素子を開閉することによって、モータ30へ供給する電流の制御を行う。
The
モータ30は、電力変換器20から供給された電流によりトルクを発生し、トルクを駆動力に変換して車両を力行運転させる。モータ30の駆動力は車軸40を介して車輪WLに伝達される。また、モータ30は、駆動力を電力に逆変換して回生運転する。モータ30の回生運転による電力は電力変換器20で直流電力へ変換されバッテリ10に充電される。
The
冷却媒体供給装置50は冷却媒体を電力変換器20へ供給する。媒体には、エチレングリコールなどの添加した水や空気の他に、純水、水素、フロン類、アンモニア、二酸化炭素等を採用することができる。例えば、冷却媒体が液体である場合には、冷却媒体供給装置50はポンプである。例えば、冷却媒体が気体である場合には、冷却媒体供給装置50は送風ファンである。冷却媒体供給装置50は、後述するヒートシンクとともに冷却装置に含まれる。
The cooling
車両ECU(electric control unit)60は、電動車両に搭載された機器の動作を協調制御する。車両ECU60は、例えば、電力変換器20から劣化判定信号を受信し、劣化判定信号の値に応じて警告ランプを点灯する。
A vehicle ECU (electric control unit) 60 cooperatively controls the operation of equipment mounted on the electric vehicle. For example, the vehicle ECU 60 receives a deterioration determination signal from the
図2は、電力変換器20の一構成例を概略的に示す図である。
電力変換器20は、コントローラ22と、入力電圧検出部24と、インバータ26と、負荷電流検出部28と、を備えている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of the
The
入力電圧検出部24は、電源とインバータ26との接続ラインにおいて電源の電圧を検出し、入力電圧情報としてコントローラ22へ出力する。なお、電動車両では電源としてバッテリ10が採用されるが、他に、電源として交流電源も適用可能である。電源の電圧が一定である場合等、電源の電圧を監視する必要がない場合には、入力電圧検出部24を省略することができる。
The input
インバータ26は、電源と負荷との間で電気的接続を切り替える複数の半導体スイッチを含む。インバータ26は、例えば、並列接続された3つのスイッチング回路を含む。3つのスイッチング回路のそれぞれは、直列接続された2つの半導体スイッチ、例えば2つのIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)素子を備える。なお、IGBT素子以外の半導体スイッチとして、トランジスタ、FET(field effect transistor)、サイリスタ、GTO(gate turn-off thyristor)等を採用することができる。
The
負荷電流検出部28は、電力変換器20から負荷へ流れる電流(あるいは負荷から電力変換器20へ流れる電流)を検出して、負荷電流情報としてコントローラ22へ出力する。なお、電動車両では負荷としてモータ30が採用されるが、その他の負荷として熱エネルギーを発生する抵抗負荷等が適用可能である。
The load
コントローラ22は、電流指令設定部22Aと、負荷電流制御部22Bと、スイッチ信号変換部22Cと、劣化診断部22Dと、を備えている。
The
電流指令設定部22Aは、例えば電力変換器運転指令となるトルク指令に基づいて、モータ30が所定のトルクを実現する負荷電流指令を設定し、負荷電流制御部22Bへ出力する。
The current
負荷電流制御部22Bは、負荷電流検出部28が検出した負荷電流と、電流指令設定部22Aで設定した負荷電流指令とから負荷に印加する電圧指令を設定する。
The load
スイッチ信号変換部22Cは、入力電圧検出部24が検出する電源電圧と、負荷電流制御部22Bで設定した電圧指令から半導体スイッチ26の開閉信号を設定する。
The switch
劣化診断部22Dは、半導体スイッチ温度信号(半導体スイッチの温度の情報)と冷却媒体温度信号(冷却媒体の温度の情報)とに基づいて冷却性能の劣化を判定し、その結果を示す劣化判定信号を上位制御装置である車両ECU60へ出力する。
The
なお、劣化診断部22Dが劣化診断を実施するときに、冷却媒体の温度を強制的に変化させる場合には、劣化診断部22Dは冷却媒体供給装置50を起動または停止させる冷却媒体供給装置起動信号または停止信号を冷却媒体供給装置50へ出力してもよい。冷却媒体の温度を強制的に変化させない場合には、劣化診断部22Dから出力される冷却媒体供給装置起動信号および停止信号は省略される。
When the
図3は、電力変換器のインバータと冷却器との構成の一例を概略的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the inverter and the cooler of the power converter.
電力変換器20のインバータ26の下には、絶縁体25を介して冷却装置の冷却器27が配置されている。
Below the
絶縁体25は、例えば樹脂材料やセラミック等により形成され、インバータ26および電極と冷却器27とを絶縁する。絶縁体25は、例えば電力変換器20を収容するケースの一部であってもよい。絶縁体25は、インバータ26と冷却器27との間に介在して、冷却媒体や冷却器27の筐体に高電圧がかかり、電力変換器20外へ漏電することや、漏電による人の感電を防いでいる。
The
インバータ26はスイッチ開閉信号を受信し、半導体スイッチにより2つの電極間を電気的に導通又は開放して、電力変換器20から出力する電気エネルギー量を制御する。インバータ26の半導体スイッチを導通させた場合には、半導体スイッチを介して電流が流れ、半導体スイッチが発熱する。
The
上記のインバータ26や絶縁体25は、導通して電流が流れることによる温度上昇により、熱的に破壊されることや、寿命低下を招くことが知られている。そのため、環境条件や使用条件が厳しい電力変換器には、冷却装置を取り付けて、高出力や高寿命を実現している。
It is known that the
冷却装置は、上述した冷却媒体供給装置50と、内部に冷却媒体が循環する空洞を設けた冷却器27とを有している。冷却器27の空洞内には冷却媒体供給装置50から排出された冷却媒体が循環し、冷却媒体により冷却された冷却器27の筐体によりインバータ26が冷却される。冷却媒体供給装置50から排出された冷却媒体は冷却器27の空洞内を循環した後に再び冷却媒体供給装置50へ戻る。冷却器27は上記のように冷却媒体が循環する管路を有するものでもよく、ヒートシンクでもよい。
The cooling device includes the above-described cooling
図4は、電力変換器の制御装置の劣化診断部の構成の一例を説明するためのブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram for explaining an example of the configuration of the deterioration diagnosis unit of the control device for the power converter.
劣化診断部22Dは、冷却媒体温度入力部221と、半導体スイッチ温度入力部222と、冷却媒体温度変化検出部223と、冷却装置熱抵抗計算部224と、判定部225と、を備えている。
The
冷却媒体温度入力部221は、冷却媒体の温度信号(温度の情報)[V]を受信する。冷却媒体の温度は、冷却媒体と接触するように冷却器27の筐体に取り付けられた、或いは、冷却器27の冷却媒体近傍の位置の筐体に取り付けられた温度センサ(図示せず)により検出される。なお冷却器27がヒートシンクの場合には温度センサはヒートシンクに取り付けられる。冷却媒体温度入力部221は、温度センサから受信した温度信号[V]を温度情報[℃]に変換して冷却媒体温度変化検出部223および冷却装置熱抵抗計算部224へ出力する。
The cooling medium
半導体スイッチ温度入力部222は、半導体スイッチの温度信号(温度の情報)[V]を受信する。半導体スイッチの温度は、少なくとも1つの半導体スイッチに取り付けられた温度センサ(図示せず)により検出される。半導体スイッチ温度入力部222は、温度センサから受信した温度信号[V]を温度情報[℃]に変換して冷却装置熱抵抗計算部224へ出力する。なお、複数の半導体スイッチに温度センサが取り付けられている場合には、半導体スイッチ温度入力部222は複数の温度信号[V]を受信してもよい。
The semiconductor switch
冷却媒体温度変化検出部223は、受信した冷却媒体の温度情報[℃]から、所定期間に変化した冷却媒体の温度を演算して判定部225へ出力する。
The cooling medium temperature
冷却装置熱抵抗計算部224は、冷却媒体の温度情報[℃]、半導体スイッチの温度情報[℃]、冷却装置の熱伝導の熱抵抗と、冷却装置と半導体スイッチとの間の熱伝達および半導体スイッチの熱伝導の熱抵抗と、電力変換器20の外部への熱伝達の熱抵抗と、を用いて冷却装置の熱抵抗を計算する。
The cooling device thermal
図5は、冷却媒体から半導体スイッチまでの各部品の熱容量を無視した簡易的な熱回路の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a simple thermal circuit ignoring the heat capacity of each component from the cooling medium to the semiconductor switch.
ここでは、冷却媒体の温度を熱源として、その熱源が冷却装置の熱伝導の熱抵抗R1[℃/W]、冷却装置と半導体スイッチとの間の熱伝達と半導体スイッチ熱抵抗R2[℃/W]、を介して半導体スイッチ外へ伝達されることを示している。 Here, the temperature of the cooling medium is used as a heat source, and the heat source is the heat resistance R1 [° C / W] of the heat conduction of the cooling device, the heat transfer between the cooling device and the semiconductor switch, and the semiconductor switch heat resistance R2 [° C / W]. ], It is transmitted to the outside of the semiconductor switch.
半導体スイッチ外部への熱伝達とは、半導体スイッチから周囲空気への熱伝達や、半導体スイッチの電極を介した電力変換器の電線への熱伝達であり、その熱抵抗R3[℃/W]は、冷却装置に関連した熱抵抗R1[℃/W]および熱抵抗R2[℃/W]より大きな値である。また各部品には熱容量が存在するが、冷却媒体の温度が半導体スイッチに熱伝達されるのに、十分な時間が経つことを条件に、無視することができる。 The heat transfer to the outside of the semiconductor switch is the heat transfer from the semiconductor switch to the ambient air or the heat transfer to the electric wire of the power converter through the electrode of the semiconductor switch, and its thermal resistance R3 [° C./W] is The value is larger than the thermal resistance R1 [° C./W] and the thermal resistance R2 [° C./W] related to the cooling device. Each component has a heat capacity, but can be ignored on the condition that a sufficient time has passed for the temperature of the cooling medium to be transferred to the semiconductor switch.
図5に示す回路に基づいて、半導体スイッチの温度変化V2は下記(式1)で表すことができる。
V2=(R3/(R1+R2+R3))*V (式1)
ここで、Vは、冷却媒体の温度変化である。
Based on the circuit shown in FIG. 5, the temperature change V2 of the semiconductor switch can be expressed by the following (formula 1).
V2 = (R3 / (R1 + R2 + R3)) * V (Formula 1)
Here, V is a temperature change of the cooling medium.
(式1)より、冷却装置と半導体スイッチとの間の絶縁体25が劣化して熱抵抗値R2が増加した場合、半導体スイッチの温度変化V2が減少する。よって、冷却媒体温度変化Vと半導体スイッチの温度変化V2との比から冷却装置及び半導体スイッチの劣化を示す熱抵抗(R1+R2)[℃/W]を(式2)のように求めることができる。
(R1+R2)=R3((V/V2)−1) (式2)
(式2)において、半導体スイッチ外部への熱伝達の熱抵抗R3[℃/W]が既知である必要があるが、半導体スイッチの構造および周囲状況が半導体スイッチを搭載しているインバータ26および電力変換器20の構造からあらかじめ把握可能であるため、熱抵抗R3[℃/W]の値は冷却装置熱抵抗計算部224に予め記憶させることができる。
From (Equation 1), when the
(R1 + R2) = R3 ((V / V2) -1) (Formula 2)
In (Equation 2), the heat resistance R3 [° C./W] for heat transfer to the outside of the semiconductor switch needs to be known, but the structure and ambient conditions of the semiconductor switch are the
なお、上記(式2)によれば、熱抵抗(R1+R2)[℃/W]は冷却媒体が温度変化したときに求めることができない。なお、温度変化V2が極小の場合、式(2)より、(R1+R2)は大きな値になり、熱抵抗が増大した、つまり劣化したと判断する。温度変化V2が0の場合は、式(2)の分母が0であり、(R1+R2)が無限大の値となり、熱抵抗が増大した、つまり劣化したと判断する。したがって、熱抵抗(R1+R2)[℃/W]は、冷却媒体の温度が変化したとき、あるいは、冷却媒体の温度と半導体スイッチの温度との両方が変化したときに求めることができる。 In addition, according to the above (Formula 2), the thermal resistance (R1 + R2) [° C./W] cannot be obtained when the temperature of the cooling medium changes. When the temperature change V2 is minimal, it is determined from Equation (2) that (R1 + R2) is a large value and the thermal resistance has increased, that is, has deteriorated. When the temperature change V2 is 0, the denominator of the equation (2) is 0, and (R1 + R2) is an infinite value, and it is determined that the thermal resistance has increased, that is, has deteriorated. Therefore, the thermal resistance (R1 + R2) [° C./W] can be obtained when the temperature of the cooling medium changes or when both the temperature of the cooling medium and the temperature of the semiconductor switch change.
図6は、劣化診断部の判定部における劣化判定の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining an example of the deterioration determination operation in the determination unit of the deterioration diagnosis unit.
判定部225は、冷却媒体温度変化検出部223から所定期間に変化した冷却媒体の温度を受信し、冷却装置熱抵抗計算部224から熱抵抗(R1+R2)[℃/W]を受信する(ステップSTA1)。
The
続いて、判定部225は、変化した冷却媒体の温度がしきい値以上か否かを判断する。判定部225は、冷却媒体の温度変化Vがしきい値未満であると判断した場合には、冷却性能が低下したか否かを判断することなく、処理を終了する(ステップSTA2)。
Subsequently, the
判定部225は、冷却媒体の温度変化Vがしきい値以上である場合にのみ、冷却性能が低下したか否か判断する。半導体スイッチの熱容量に比べて、冷却媒体の熱容量の方が大きい場合、半導体スイッチの温度変化により、冷却媒体温度が変化する量は小さい。よって、冷却媒体の温度が変化した時に半導体スイッチの温度が変化する量をもとに熱抵抗(R1+R2)[℃/W]を演算する方が、信号ノイズなどの影響を受けることなく、高い精度で熱抵抗(R1+R2)[℃/W]を計算することができる。そのため、判定部225は、冷却媒体温度変化検出部223から受け取る冷却媒体の温度変化Vがしきい値以上である場合に冷却性能の低下判定を実施することとしている。
The
判定部225は、冷却媒体の温度変化Vがしきい値以上であると判断した場合、冷却装置熱抵抗計算部224から受信した熱抵抗(R1+R2)[℃/W]の値がしきい値以上か否か判断する(ステップSTA3)。
When the
熱抵抗(R1+R2)[℃/W]の値がしきい値以上であった場合、判定部225は、冷却装置の冷却性能が低下したと判定する(ステップSTA4)。
When the value of the thermal resistance (R1 + R2) [° C./W] is equal to or greater than the threshold value, the
熱抵抗(R1+R2)[℃/W]の値がしきい値未満であった場合、判定部225は、冷却装置の冷却性能が低下していないと判定する(ステップSTA5)。
When the value of the thermal resistance (R1 + R2) [° C./W] is less than the threshold value, the
なお、熱抵抗値(R1+R2)[℃/W]のしきい値は、冷却性能が低下していないときの熱抵抗値より大きい値であって、かつ、冷却性能が低下して電力変換器が停止してしまう時の熱抵抗値(R1+R2)[℃/W]よりも小さい値にする必要がある。 Note that the threshold value of the thermal resistance value (R1 + R2) [° C./W] is larger than the thermal resistance value when the cooling performance is not lowered, and the cooling performance is lowered and the power converter is It is necessary to make the value smaller than the thermal resistance value (R1 + R2) [° C./W] when stopping.
判定部225は、ステップSTA4およびステップSTA5の後に、冷却性能の劣化判定結果を示す劣化判定信号を車両ECU60へ出力する(ステップSTA6)。なお、ステップSTA5で劣化なしと判定した場合には、車両ECU60への劣化判定信号の出力を省略してもよい。
After step STA4 and step STA5,
また、前述のとおり、冷却媒体温度に変化がない(あるいは変化が小さい)場合には、冷却性能の劣化判定を実施することはできないため、その条件下では劣化診断部22Dは劣化判定信号を出力せずに、電力変換器20を誤って停止しないことが望ましい。
Further, as described above, when there is no change (or a small change) in the cooling medium temperature, the deterioration determination of the cooling performance cannot be performed, and thus the
なお、熱抵抗(R1+R2)[℃/W]は半導体スイッチ26の温度変化V2が小さいときに大きくなる値であるため、ステップSTA3において半導体スイッチ26の温度変化V2が所定の値よりも小さいか否かを判断してもよい。その場合には、判定部225は、半導体スイッチ26の温度変化V2が所定の値よりも小さいときに冷却性能が劣化していると判断し、半導体スイッチ26の温度変化V2が所定の値以上であるときに冷却性能が劣化していないと判断する。
Since the thermal resistance (R1 + R2) [° C./W] is a value that increases when the temperature change V2 of the
上述のように、本実施形態によれば、半導体スイッチ26を動作させることなく、半導体スイッチ26の冷却性能の劣化を判定することができ、安全性を担保する電力変換器20、および、電動車両を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine the deterioration of the cooling performance of the
なお、電力変換器には、直流電気エネルギーを交流電気エネルギーに変換する電力変換器や、直流電気エネルギーから直流電気エネルギーおよび、交流電気エネルギーから直流電気エネルギー、交流電気エネルギーから交流電気エネルギーに変換するコンバータに適用することができる。 The power converter includes a power converter that converts DC electric energy to AC electric energy, and DC electric energy to DC electric energy, AC electric energy to DC electric energy, and AC electric energy to AC electric energy. It can be applied to converters.
次に、第2実施形態の電力変換器、および、電動車両について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 Next, the power converter and electric vehicle of 2nd Embodiment are demonstrated with reference to drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の電力変換器および電動車両は、半導体スイッチと冷却装置の冷却性能の劣化判断との動作が上述の第1実施形態と異なっている。 The power converter and the electric vehicle of the present embodiment are different from those of the first embodiment described above in the operation of the semiconductor switch and the determination of the cooling performance of the cooling device.
図7は、劣化診断部の構成の一例を説明するためのブロック図である。なお、図7に示すブロック図の説明において、図4に示すブロック図と同様の構成については同一の符号を付して、同様の構成および動作については説明を省略する。 FIG. 7 is a block diagram for explaining an example of the configuration of the deterioration diagnosis unit. In the description of the block diagram shown in FIG. 7, the same components as those in the block diagram shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description of the same components and operations is omitted.
本実施形態では、劣化診断部22Dは、上記第1実施形態の冷却装置熱抵抗計算部を備えず、時間計測しきい値設定部226を備えるとともに、冷却媒体温度変化検出部223および判定部225の動作が異なっている。
In the present embodiment, the
冷却媒体温度変化検出部223は、冷却媒体温度入力部221から冷却媒体温度情報[℃]を受信して、冷却媒体の温度[℃]がしきい値よりも大きくなった場合に、計測開始指令を時間計測しきい値設定部226へ出力する。
The cooling medium temperature
時間計測しきい値設定部226は、計測開始指令を受信すると、時間計測を開始するとともに、到達温度しきい値と到達時間しきい値とを設定する。時間計測しきい値設定部226は、冷却媒体の温度がしきい値を超えてから到達温度しきい値に到達するまでに要した時間(計測時間)と、到達時間しきい値とを判定部225へ出力する。
When the time measurement threshold
ここで、冷却媒体の温度変化とその温度変化に要する時間との関係の一例について説明する。
図8は、冷却媒体の温度変化を熱源とした冷却媒体から半導体スイッチまでの簡易的な熱回路の一例を示す図である。
Here, an example of the relationship between the temperature change of the cooling medium and the time required for the temperature change will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a simple thermal circuit from the cooling medium to the semiconductor switch using the temperature change of the cooling medium as a heat source.
本実施形態では、比較的短時間における温度変化を検討するために、第1実施形態における半導体スイッチ外への熱伝達の熱抵抗R3を無視して、冷却装置の熱容量C1と半導体スイッチの熱容量C2とを考慮している。 In the present embodiment, in order to examine the temperature change in a relatively short time, the heat resistance R3 of the heat transfer to the outside of the semiconductor switch in the first embodiment is ignored, and the heat capacity C1 of the cooling device and the heat capacity C2 of the semiconductor switch. And is considered.
冷却媒体の温度変化Vにより、熱流量Iが冷却装置に伝達される。熱流量Iは冷却媒体と冷却器27と絶縁体25とからなる冷却装置の熱伝導抵抗R1と、冷却装置の熱容量C1と、冷却装置と半導体スイッチとの間の熱抵抗と半導体スイッチの熱伝導とを合わせた熱抵抗R2と、半導体スイッチの熱容量C2とにより半導体スイッチに熱伝達される。
The heat flow I is transmitted to the cooling device by the temperature change V of the cooling medium. The heat flow rate I is the heat conduction resistance R1 of the cooling device composed of the cooling medium, the cooler 27 and the
図7において、冷却媒体の温度変化Vから半導体スイッチの温度変化V2への伝達関数は一次遅れ時定数T1=(R1C1)と一次遅れ時定数T2=(R2C2)とを合わせた2次遅れ系であり、(式3)で表すことができる。なお、(式3)中の記号sはラプラス演算子である。
V2={1/(1+sT1)}×{1/(1+sT2)}×V (式3)
熱劣化や経年劣化により絶縁体の性能劣化が発生した場合、図7の冷却装置と半導体スイッチとの間の熱伝達抵抗R2が増加する。
In FIG. 7, the transfer function from the temperature change V of the cooling medium to the temperature change V2 of the semiconductor switch is a second-order lag system that combines the first-order lag time constant T1 = (R1C1) and the first-order lag time constant T2 = (R2C2). Yes, it can be expressed by (Formula 3). Note that the symbol s in (Expression 3) is a Laplace operator.
V2 = {1 / (1 + sT1)} × {1 / (1 + sT2)} × V (Formula 3)
When the performance degradation of the insulator occurs due to thermal degradation or aging degradation, the heat transfer resistance R2 between the cooling device of FIG. 7 and the semiconductor switch increases.
図9は、冷却媒体の温度変化と半導体スイッチの温度変化との関係の一例を説明するための図である。
ここでは、水循環ポンプや送風ファンなどの冷却媒体供給装置が起動して、強制的に冷却媒体温度が急変したときの半導体スイッチの温度変化の一例を示す。冷却媒体の温度が徐々に変化するときには、以下で説明する冷却媒体の温度変化を到達時間しきい値を考慮することが望ましい。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the relationship between the temperature change of the cooling medium and the temperature change of the semiconductor switch.
Here, an example of a temperature change of the semiconductor switch when a cooling medium supply device such as a water circulation pump or a blower fan is started and the cooling medium temperature is forcibly changed suddenly is shown. When the temperature of the cooling medium changes gradually, it is desirable to consider the arrival time threshold for the temperature change of the cooling medium described below.
冷却装置が劣化すると上記の2次遅れ系の時定数T1、T2が大きくなることを意味している。時定数T1、T2が大きくなると、冷却媒体から半導体スイッチへの温度の伝達が遅くなる。前述の冷却媒体温度および半導体スイッチの温度の変化から冷却装置の熱抵抗を求めることができる。 This means that when the cooling device deteriorates, the time constants T1 and T2 of the second-order lag system increase. When the time constants T1 and T2 are increased, the transmission of temperature from the cooling medium to the semiconductor switch is delayed. The thermal resistance of the cooling device can be obtained from the above-described changes in the cooling medium temperature and the semiconductor switch temperature.
グラフ8Aは、上記(式3)に、1次遅れ時定数T1=0.8秒、1次遅れ時定数T2=0.08秒、および、冷却媒体の温度変化V=100℃を適用した時の半導体スイッチ温度変化V2を示している。すなわち、グラフ8Aは、冷却性能が低下していないときに、冷却媒体の温度が0℃から100℃へ変化した場合の、半導体スイッチ26の温度変化を示している。
(式3)は2次遅れ系であるため、半導体スイッチ温度が100℃に対して63.2%に達する時間は、上記の1次遅れ時定数T1=0.8秒と1次遅れ時定数T2=0.08秒の合計時間0.88秒よりも長くなり、1.21秒かかる。 Since (Equation 3) is a second-order lag system, the time for the semiconductor switch temperature to reach 63.2% with respect to 100 ° C. is the first-order lag time constant T1 = 0.8 seconds and the first-order lag time constant. The total time of T2 = 0.08 seconds is longer than 0.88 seconds and takes 1.21 seconds.
グラフ8Bは、上記(式3)1次遅れ時定数T1=0.8秒、1次遅れ時定数T2=0.16秒、および、温度変化V=100℃を適用した時の半導体スイッチ温度の変化を示している。このグラフ8Bは、冷却性能の低下により、1次遅れ時定数T2がグラフ8Aの2倍である0.16秒となった場合であり、冷却性能が低下しているときに、冷却媒体の温度が0℃から100℃へ変化した場合の、半導体スイッチの温度変化を示している。
このとき、半導体スイッチ26の温度変化が100℃に対して63.2%に達するまでに1.44秒要し、冷却性能の低下により、半導体スイッチの温度上昇が0.23秒増加している。
At this time, it takes 1.44 seconds for the temperature change of the
このように、冷却媒体温度が変化した時に、半導体スイッチの温度が設定した到達温度しきい値に到達するまでの時間を計測して、この計測時間を第1実施形態における熱抵抗相当として、半導体スイッチと冷却性能の低下判定を実施することも可能である。 As described above, when the temperature of the cooling medium changes, the time until the temperature of the semiconductor switch reaches the set temperature threshold is measured, and the measurement time is regarded as the thermal resistance in the first embodiment. It is also possible to perform a switch and cooling performance degradation determination.
なお、上記の到達温度しきい値は、冷却媒体の変化前温度と冷却媒体の変化後温度との間の値とする。この到達温度しきい値は冷却媒体の変化後温度に近いほど、劣化なしの場合と劣化ありの場合との半導体スイッチ温度の到達時間の差が大きくなり、劣化判定精度を高めることができる。 The reached temperature threshold value is a value between the temperature before the change of the cooling medium and the temperature after the change of the cooling medium. The closer this reached temperature threshold is to the temperature after the change of the cooling medium, the greater the difference in the arrival time of the semiconductor switch temperature between when there is no deterioration and when there is deterioration, and the deterioration determination accuracy can be improved.
半導体スイッチが到達温度しきい値に到達するまでの時間は、前述したように、少なくとも熱回路の1次遅れ時定数T1および1次遅れ時定数T2の合計値より大きい値となることが望ましい。 As described above, it is desirable that the time required for the semiconductor switch to reach the reached temperature threshold value is at least larger than the total value of the first-order lag time constant T1 and the first-order lag time constant T2.
図10は、冷却媒体温度変化検出部、時間計測しきい値設定部、および、判定部における劣化判定の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of the deterioration determination operation in the cooling medium temperature change detection unit, the time measurement threshold value setting unit, and the determination unit.
冷却媒体温度変化検出部223は、冷却媒体温度入力部221から冷却媒体の温度情報[℃]を受信する(ステップSTB1)。
The cooling medium temperature
冷却媒体温度変化検出部223は、所定の期間に変化した冷却媒体の温度変化Vがしきい値より大きいか否か判断する(ステップSTB2)。ここで、冷却媒体温度変化しきい値は、温度信号に含まれるノイズ成分の影響を受けない程度の値とすることが望ましい。
The cooling medium temperature
冷却媒体の温度変化Vがしきい値以下である場合、冷却媒体温度変化検出部223は再びステップSTB1へ戻って処理を行う。冷却媒体の温度変化Vがしきい値よりも大きい場合、冷却媒体温度変化検出部223は、時間計測しきい値設定部226へ計測開始指令を送信する。
When the temperature change V of the cooling medium is equal to or less than the threshold value, the cooling medium temperature
時間計測しきい値設定部226は、計測開始指令を受信すると時間計測を開始して、到達温度しきい値と到達時間しきい値とを設定する。到達温度しきい値は、冷却媒体の温度変化前と温度変化後との間の値であって、例えば、冷却媒体温度の変化Vの63.2%の値である。到達時間しきい値は、冷却性能が低下していないときの時定数T1と時定数T2との合計値より大きく、冷却性能が低下して電力変換器の出力性能が低下するような時定数T2と時定数T1との合計値より小さい値に設定する。また、到達時間しきい値は、半導体スイッチ26に対する冷却性能が低下して電力変換器20が停止してしまう熱抵抗時の熱回路において、上述で設定した半導体スイッチ温度のしきい値に到達する時間よりも、小さい値を劣化判定のしきい値に設定する。(ステップSTB3)。
When the time measurement threshold
時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチ温度入力部222から半導体スイッチ温度情報[℃]を受信する(ステップSTB4)。
The time measurement
時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達したか否かを判断する(ステップSTB5)。半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達しない場合は、ステップSTB4に戻り半導体スイッチの温度情報を受信する。
The time measurement threshold
半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達した場合、時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達したときの計測時間を記録して(ステップSTB6)、その計測時間と到達時間しきい値とを判定部225へ出力する。
When the temperature information [° C.] of the semiconductor switch reaches the reaching temperature threshold, the time measurement
判定部225は、計測時間が到達時間しきい値を超えたか否か判断する(ステップSTB7)。判定部225は、計測時間が到達時間しきい値を超えていると判断した場合、冷却性能の低下があると判定し(ステップSTB8)、計測時間が到達時間しきい値以下であると判断した場合、冷却性能の低下がないと判定する(ステップSTB9)。
The
判定部225は、ステップSTB8およびステップSTB9の後に、それぞれ判定結果を通知する劣化判定信号を車両ECU60へ出力する(ステップSTB10)。なお、ステップSTB9で劣化なしと判定した場合には、車両ECU60への劣化判定信号の出力を省略してもよい。
After step STB8 and step STB9,
上述のように、本実施形態によれば、半導体スイッチを動作させることなく、冷却性能の低下を判定することができ、安全性を担保する電力変換器、および、電動車両を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine a decrease in cooling performance without operating a semiconductor switch, and it is possible to provide a power converter that ensures safety and an electric vehicle. .
次に、第3実施形態の電力変換器、および、電動車両について、図面を参照して説明する。 Next, the power converter and electric vehicle of 3rd Embodiment are demonstrated with reference to drawings.
本実施形態では、劣化診断を実施する前に、半導体スイッチに電流がかかるようにスイッチ開閉信号を設定する。半導体スイッチに流れる電流により、劣化診断開始時において半導体スイッチ温度は、冷却媒体温度よりも高くなる。 In the present embodiment, before the deterioration diagnosis is performed, the switch open / close signal is set so that a current is applied to the semiconductor switch. Due to the current flowing through the semiconductor switch, the semiconductor switch temperature becomes higher than the cooling medium temperature at the start of the deterioration diagnosis.
図11は、冷却媒体の温度変化と半導体スイッチの温度変化との関係の一例を説明するための図である。
ここでは、インバータ26の半導体スイッチに電流を流して100℃に温度上昇をさせた後に、半導体スイッチの電流を0Aにしたときの半導体スイッチ温度の時間変化を示す。なお、このグラフにおいて、冷却性能が低下していないときには、一次遅れ時定数T1=0.8秒、T2=0.08秒である。冷却性能が低下しているときには、一次遅れ時定数T1=0.8秒、T2=0.16秒である。
FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the relationship between the temperature change of the cooling medium and the temperature change of the semiconductor switch.
Here, the time change of the semiconductor switch temperature when the current of the semiconductor switch is set to 0 A after flowing the current through the semiconductor switch of the
半導体スイッチの開閉信号を停止させた後の半導体スイッチ温度は図8に示した熱回路により2次遅れ系の応答特性となり、冷却媒体温度に近づく。この例では、冷却媒体温度は変化せず、半導体スイッチの温度は電流が流れることにより高くなった値から冷却媒体温度へと変化する。これは、上述の第1実施形態における、冷却媒体温度が変化した時の半導体スイッチの温度変化挙動と同様に扱うことが可能であり、第1実施形態や第2実施形態と同様の方法により、劣化診断を行うことができる。 The semiconductor switch temperature after stopping the open / close signal of the semiconductor switch becomes a response characteristic of a second-order lag system by the thermal circuit shown in FIG. 8, and approaches the cooling medium temperature. In this example, the cooling medium temperature does not change, and the temperature of the semiconductor switch changes from a value increased by the flow of current to the cooling medium temperature. This can be handled in the same manner as the temperature change behavior of the semiconductor switch when the coolant temperature changes in the first embodiment described above, and by the same method as in the first embodiment and the second embodiment, Deterioration diagnosis can be performed.
図11には、第2実施形態と同様に半導体スイッチ温度の到達温度しきい値を設定して、到達時間を計測した結果の一例を示している。冷却性能が低下している場合には、半導体スイッチの到達温度しきい値への到達時間は0.11秒である。冷却性能が低下している場合には、その到達時間は0.19秒に変化する。 FIG. 11 shows an example of the result of measuring the reaching time by setting the reaching temperature threshold value of the semiconductor switch temperature as in the second embodiment. When the cooling performance is degraded, the arrival time of the semiconductor switch to the arrival temperature threshold is 0.11 seconds. When the cooling performance is degraded, the arrival time changes to 0.19 seconds.
上記のように、冷却性能の低下の有無により、半導体スイッチの温度が所定の温度となるまでに0.08秒差が生じるため、この時間を計測して所定のしきい値と比較することにより冷却性能の低下判定を行うことができる。 As described above, a difference of 0.08 seconds occurs until the temperature of the semiconductor switch reaches a predetermined temperature depending on the presence or absence of the cooling performance. Therefore, this time is measured and compared with a predetermined threshold value. It is possible to determine whether the cooling performance is reduced.
冷却媒体温度変化検出部223は、冷却媒体温度入力部221から冷却媒体の温度情報[℃]を受信する。冷却媒体温度変化検出部223は、半導体スイッチ温度入力部222から半導体スイッチの温度情報[℃]を受信する。
The cooling medium temperature
冷却媒体温度変化検出部223は、インバータ26の半導体スイッチの温度が所定の値まで上昇したか否か判断する。
The coolant temperature
半導体スイッチの温度変化が所定の値以上となったら、冷却媒体温度変化検出部223は、時間計測しきい値設定部226へ計測開始指令を送信する。
When the temperature change of the semiconductor switch becomes a predetermined value or more, the coolant temperature
時間計測しきい値設定部226は、計測開始指令を受信すると時間計測を開始して、到達温度しきい値と到達時間しきい値とを設定する。到達温度しきい値は、半導体スイッチの温度変化前と温度変化後との間の値であって、例えば、半導体スイッチ温度の変化Vの36.8%の値である。到達時間しきい値は、冷却性能が低下していないときの時定数の合計値より大きく、冷却性能が低下して電力変換器の出力性能が低下するような時定数の合計値より小さい値に設定する。
When the time measurement threshold
時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチ温度入力部222から半導体スイッチ温度情報[℃]を受信する。
The time measurement
時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達したか否かを判断する。半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達しない場合は、再度半導体スイッチの温度情報を受信する。
The time measurement threshold
半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達した場合、時間計測しきい値設定部226は、半導体スイッチの温度情報[℃]が到達温度しきい値に到達したときの計測時間を記録して、その計測時間と到達時間しきい値とを判定部225へ出力する。
When the temperature information [° C.] of the semiconductor switch reaches the reaching temperature threshold, the time measurement
判定部225は、計測時間が到達時間しきい値を超えたか否か判断する。判定部225は、計測時間が到達時間しきい値を超えていると判断した場合、冷却性能の低下があると判定し、計測時間が到達時間しきい値以下であると判断した場合、冷却性能の低下がないと判定する。
The
続いて、判定部225は、それぞれ判定結果を通知する劣化判定信号を車両ECU60へ出力する。なお、劣化なしと判定した場合には、車両ECU60への劣化判定信号の出力を省略してもよい。
Subsequently, the
なお、本実施形態において、劣化判定開始前に半導体スイッチに流れる電流は、負荷にかかる電流であってもよく、電源を短絡にする電流であっても構わない。 In the present embodiment, the current flowing through the semiconductor switch before the start of the deterioration determination may be a current applied to the load or a current that short-circuits the power supply.
上記のように、インバータ26の半導体スイッチの温度を変化させて冷却性能の劣化を診断しても上述の第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even if the deterioration of the cooling performance is diagnosed by changing the temperature of the semiconductor switch of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
なお、劣化診断開始した後に、冷却媒体の温度変化以外の熱源による半導体スイッチの温度変化V3がある場合、到達温度しきい値は、半導体スイッチの雰囲気温度や他部品への熱伝達する分の熱回路など、図8に示した熱回路上で省略されている熱回路分の影響を考慮して決定することが望ましい。半導体スイッチに電流が流れて発熱しているなど、半導体スイッチ温度が冷却媒体温度以外で増加する要因がある場合には、上記の到達温度しきい値を冷却媒体の変化前温度と変化後温度との間ではない値に設定してもよい。 When the semiconductor switch temperature change V3 is caused by a heat source other than the temperature change of the cooling medium after the deterioration diagnosis is started, the reached temperature threshold value is the ambient temperature of the semiconductor switch or the heat transferred to other parts. It is desirable to determine in consideration of the influence of the thermal circuit omitted on the thermal circuit shown in FIG. When there is a factor that increases the temperature of the semiconductor switch other than the cooling medium temperature, such as when a current flows through the semiconductor switch and generates heat, the above reached temperature threshold is set to the temperature before and after the change of the cooling medium. It may be set to a value that is not between.
図12は、冷却媒体の温度変化以外に熱源がある場合の冷却媒体から半導体スイッチまでの簡易的な熱回路の一例を示す図である。電力変換器に対して温度変化以外の熱源を考慮すべきである場合には、図12に示す熱回路を採用して上述の第1乃至第3実施形態と同様に冷却性能の劣化を判定することができる。このとき、半導体スイッチ熱容量C2が冷却装置熱容量C1より十分に小さい場合には、冷却装置温度変化V1及び冷却媒体温度変化Vの上昇は、ほとんどないものとして扱うことができる。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a simple thermal circuit from the cooling medium to the semiconductor switch when there is a heat source other than the temperature change of the cooling medium. When a heat source other than a temperature change should be taken into consideration for the power converter, the thermal circuit shown in FIG. 12 is adopted to determine the deterioration of the cooling performance as in the first to third embodiments described above. be able to. At this time, when the semiconductor switch heat capacity C2 is sufficiently smaller than the cooling device heat capacity C1, it is possible to treat that the cooling device temperature change V1 and the cooling medium temperature change V are hardly increased.
また、上述の実施形態では、電力変換器を電動車両に搭載した例について説明したが、上述の電力変換器を他の機器に搭載しても同様の効果を得ることができる。例えば、連続運転する機器に使用する電力変換器は、機器を停止させて電力変換器を取り外して、定期的に寿命診断やメンテナンスを実施することは難しい。一方で、機器が連続運転中に電力変換器の半導体スイッチ及び冷却性能の低下により、電力変換器が停止した場合、連続運転する機器全体が異常停止してしまい、大きな損害につながる。例えば、連続運転する機器が半導体製造装置や原子力発電所の機器である場合、プラント全体を停止させてしまい、復旧に多くの人手と時間を要する。また、例えば、連続運転する機器が自動車や電車等の交通機関、エレベータなどの移動機器や、病院などで使用する医療機器である場合には、連続運転する機器を使用者の人命に関わる場合がある。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which mounted the power converter in the electric vehicle, even if it mounts the above-mentioned power converter in another apparatus, the same effect can be acquired. For example, it is difficult for a power converter used for a device that operates continuously to periodically perform life diagnosis and maintenance by stopping the device and removing the power converter. On the other hand, when the power converter is stopped due to a semiconductor switch of the power converter and a decrease in cooling performance during continuous operation of the device, the entire device that is continuously operated stops abnormally, resulting in great damage. For example, when the continuously operating device is a semiconductor manufacturing apparatus or a nuclear power plant device, the entire plant is stopped, and a lot of manpower and time are required for recovery. In addition, for example, when a continuously operating device is a transportation device such as an automobile or a train, a mobile device such as an elevator, or a medical device used in a hospital or the like, the continuously operating device may be related to the life of the user. is there.
このことから、連続運転を行う機器においては電力変換器が異常停止することを防ぐ必要があり、上述の実施形態の電力変換器において冷却性能の性能劣化判定を実施して警告信号を出力することで、不意に電力変換器が異常停止することを回避することができる。 For this reason, it is necessary to prevent the power converter from stopping abnormally in equipment that performs continuous operation. In the power converter of the above-described embodiment, the performance deterioration determination of the cooling performance is performed and a warning signal is output. Thus, it is possible to prevent the power converter from unexpectedly stopping abnormally.
また、上述の実施形態の電力変換器を電車に適用することもできる。 Moreover, the power converter of the above-mentioned embodiment can also be applied to a train.
図13は、実施形態の電動車両の他の構成例を概略的に示すブロック図である。この例において、上述の実施形態の電動車両と異なる点は、電動車両内にバッテリ10がない点、および、電力変換器20がコンバータである点である。
FIG. 13 is a block diagram schematically illustrating another configuration example of the electric vehicle according to the embodiment. In this example, the difference from the electric vehicle of the above-described embodiment is that there is no
電車は、架線等を介して外部電源から電圧を供給される。外部電源の電圧は交流であっても直流であっても構わない。 The train is supplied with voltage from an external power source via an overhead line or the like. The voltage of the external power supply may be alternating current or direct current.
コンバータは、外部電源から電圧が供給され、電車のモータが所望のトルクを発生するようにモータへ電流を流す。外部電源が交流電源である場合、コンバータは、内部で交流電圧を直流電圧へ変換してからモータに印加する交流電圧に変換してもよく、例えばマトリクスコンバータのように、直接交流電圧からモータに印加する交流電圧を生成しても良い。 The converter is supplied with a voltage from an external power source and passes a current to the motor so that the train motor generates a desired torque. When the external power supply is an AC power supply, the converter may convert the AC voltage into a DC voltage and then convert it into an AC voltage applied to the motor. For example, like a matrix converter, the converter directly converts the AC voltage to the motor. An alternating voltage to be applied may be generated.
上述の実施形態の電力変換器を電車に搭載した場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Even when the power converter of the above-described embodiment is mounted on a train, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
WL…車輪、V2…半導体スイッチの温度変化、V…冷却媒体の温度変化、10…電源(バッテリ)20…電力変換器、22…コントローラ、22A…電流指令設定部、22B…負荷電流制御部、22C…スイッチ信号変換部、22D…劣化診断部、24…入力電圧検出部、25…絶縁体、26…インバータ(或いはコンバータ)、27…冷却器、28…負荷電流検出部、30…負荷(モータ)、40…車軸、50…冷却媒体供給装置、60…上位制御装置(車両ECU)、221…冷却媒体温度入力部、222…半導体スイッチ温度入力部、223…冷却媒体温度変化検出部、224…冷却装置熱抵抗計算部、225…判定部、226…時間計測しきい値設定部。 WL ... wheel, V2 ... temperature change of semiconductor switch, V ... temperature change of cooling medium, 10 ... power supply (battery) 20 ... power converter, 22 ... controller, 22A ... current command setting unit, 22B ... load current control unit, 22C: Switch signal conversion unit, 22D: Degradation diagnosis unit, 24: Input voltage detection unit, 25 ... Insulator, 26 ... Inverter (or converter), 27 ... Cooler, 28 ... Load current detection unit, 30 ... Load (motor) ), 40... Axle, 50... Cooling medium supply device, 60... Higher control device (vehicle ECU), 221... Cooling medium temperature input unit, 222. Cooling device thermal resistance calculation unit, 225... Determination unit, 226.
Claims (6)
冷却媒体が循環する空洞を内部に有する冷却器と、
前記インバータと前記冷却器との間に配置された絶縁体と、
前記半導体スイッチの温度の情報および前記冷却媒体の温度の情報が入力される温度入力部を有し、前記温度入力部に入力された前記半導体スイッチの温度の情報と前記冷却媒体の温度の情報とに基づいて熱抵抗を演算し、前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上か否か判断し、前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上であり、かつ、前記熱抵抗が所定の値以上であるときに冷却性能が劣化していると判断する劣化診断部と、を含むコントローラと、を備えたことを特徴とする電力変換器。 An inverter connected in parallel with a switch circuit comprising a pair of semiconductor switches connected in series;
A cooler having a cavity in which a cooling medium circulates;
An insulator disposed between the inverter and the cooler;
A temperature input unit for inputting information on the temperature of the semiconductor switch and information on the temperature of the cooling medium, and information on the temperature of the semiconductor switch and information on the temperature of the cooling medium input to the temperature input unit; And calculating whether the temperature change of the cooling medium is equal to or greater than a predetermined value, the temperature change of the cooling medium is equal to or greater than a predetermined value, and the thermal resistance is equal to or greater than a predetermined value. And a controller including a deterioration diagnosis unit that determines that the cooling performance is deteriorated when the power converter is the power converter.
冷却媒体が循環する空洞を内部に有する冷却器と、
前記インバータと前記冷却器との間に配置された絶縁体と、
前記半導体スイッチの温度の情報および前記冷却媒体の温度の情報が入力される温度入力部を有し、前記温度入力部に入力された値から前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上か否かを判断し、前記冷却媒体の温度変化が所定の値以上であるときに、前記半導体スイッチ温度が所定の値となるまでの時間を計測し、計測した時間が所定の値を超えたときに冷却性能が劣化したと判定する劣化診断部と、を含むコントローラと、を備えたことを特徴とする電力変換器。 An inverter connected in parallel with a switch circuit comprising a pair of semiconductor switches connected in series;
A cooler having a cavity in which a cooling medium circulates;
An insulator disposed between the inverter and the cooler;
Whether the temperature change of the cooling medium is greater than or equal to a predetermined value from the value input to the temperature input unit, the temperature input unit to which the temperature information of the semiconductor switch and the temperature information of the cooling medium are input When the temperature change of the cooling medium is equal to or higher than a predetermined value, the time until the semiconductor switch temperature reaches a predetermined value is measured, and the cooling is performed when the measured time exceeds the predetermined value. A power converter comprising: a deterioration diagnosis unit that determines that the performance has deteriorated.
前記劣化診断部は、冷却性能の劣化の判定に先立って前記冷却媒体供給装置へ起動信号或いは停止信号を出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電力変換器。 A cooling medium supply device for delivering the cooling medium to a cavity in the cooler;
3. The power converter according to claim 1, wherein the deterioration diagnosis unit outputs a start signal or a stop signal to the cooling medium supply device prior to determination of deterioration of cooling performance.
冷却媒体が循環する空洞を内部に有する冷却器と、
前記インバータと前記冷却器との間に配置された絶縁体と、
前記半導体スイッチの温度の情報および前記冷却媒体の温度の情報が入力される温度入力部を有し、冷却性能の劣化の判定に先立って前記半導体スイッチを切り替えて前記半導体スイッチへ電流を流し、前記半導体スイッチの温度の情報を受信し、前記温度入力部に入力された値から前記半導体スイッチの温度変化が所定の値以上か否かを判断し、前記半導体スイッチの温度変化が所定の値以上であるときに、前記半導体スイッチの温度が所定の値となるまでの時間を計測し、計測した時間が所定の値を超えたときに冷却性能が劣化したと判定する劣化診断部と、を含むコントローラと、を備えたことを特徴とする電力変換器。 An inverter connected in parallel with a switch circuit comprising a pair of semiconductor switches connected in series;
A cooler having a cavity in which a cooling medium circulates;
An insulator disposed between the inverter and the cooler;
It has a temperature input unit for inputting information on the temperature of the semiconductor switch and information on the temperature of the cooling medium, and switches the semiconductor switch prior to the determination of the deterioration of cooling performance to flow current to the semiconductor switch, Information on the temperature of the semiconductor switch is received, and it is determined whether the temperature change of the semiconductor switch is greater than or equal to a predetermined value from the value input to the temperature input unit, and the temperature change of the semiconductor switch is greater than or equal to a predetermined value A deterioration diagnosis unit that measures a time until the temperature of the semiconductor switch reaches a predetermined value and determines that the cooling performance has deteriorated when the measured time exceeds a predetermined value. And a power converter characterized by comprising:
請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の電力変換器と、
前記電力変換器から供給される電力により動作する交流電動機と、
前記交流電動機の動力により駆動される車軸と、を備え、
前記交流電動機は、直列に接続した一対の前記半導体スイッチの直列接続点と接続していることを特徴とする電動車両。 Power supply,
A power converter according to any one of claims 1 to 5,
An AC electric motor that operates with electric power supplied from the power converter;
An axle driven by the power of the AC motor,
The AC motor is connected to a series connection point of a pair of semiconductor switches connected in series.
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