JP2019103350A

JP2019103350A - 制御装置

Info

Publication number: JP2019103350A
Application number: JP2017235043A
Authority: JP
Inventors: 晃庸村上; Akinobu Murakami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-06-24

Abstract

【課題】昇圧コンバータの燃費の低下を抑制しつつ、スイッチング素子の耐久性の低下を抑制できる制御装置を提供する。【解決手段】車両１において、制御装置１００は、互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子を有する昇圧コンバータ１２を制御する。制御装置１００は、複数のスイッチング素子各々の温度を検出する温度検出手段７１、７２、７３、７４と、複数のスイッチング素子各々の温度に基づいて、複数のスイッチング素子各々の熱による負担の程度を示す温度ストレスを演算するとともに、演算された温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値を複数のスイッチング素子毎に演算する演算手段５１と、演算された累積温度ストレス値に基づいて、複数のスイッチング素子のうち駆動すべきスイッチング素子を決定する決定手段５３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧コンバータの制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、複数のスイッチング素子を有するＤＣ−ＤＣコンバータ回路の該複数のスイッチング素子各々の温度を取得し、少なくとも温度の最も高いスイッチング素子を保護対象素子として、該保護対象素子を除いたスイッチング素子を駆動する装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１５８３２０号公報

特許文献１に記載の技術では、スイッチング素子の温度が一時的に急上昇した場合に、該スイッチング素子が保護対象素子とされる可能性があり、燃費の観点から改善の余地がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、燃費の低下を抑制しつつ、スイッチング素子の耐久性の低下を抑制することができる制御装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る制御装置は、互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子を有する昇圧コンバータの制御装置であって、前記複数のスイッチング素子各々の温度を検出する温度検出手段と、前記複数のスイッチング素子各々の温度に基づいて、前記複数のスイッチング素子各々の熱による負担の程度を示す温度ストレスを演算するとともに、前記演算された温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値を前記複数のスイッチング素子毎に演算する演算手段と、前記演算された累積温度ストレス値に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち駆動すべきスイッチング素子を決定する決定手段と、を備えるというものである。

実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。

制御装置に係る実施形態について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。

図１において、車両１は、ＦＣ（ＦｕｅｌＣｅｌｌ）スタック１１と昇圧コンバータ１２とリレー回路１３とを有する電源装置１０と、駆動用インバータ２０と、駆動用のモータ３０と、を備えて構成されている。昇圧コンバータ１２は、リアクトル、ダイオード及びＭＯＳＦＥＴからなる単位回路を４相（即ち、Ｕ相の単位回路、Ｖ相の単位回路、Ｗ相の単位回路及びＸ相の単位回路）を有している。

制御装置１００は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０と、各単位回路のＭＯＳＦＥＴを駆動するドライブ回路６１、６２、６３及び６４と、各単位回路のＭＯＳＦＥＴの温度を検出する温度センサ７１、７２、７３及び７４と、を備えて構成されている。ＥＣＵ５０は、その内部に論理的に実現される処理ブロックとして又は物理的に実現される処理回路として、温度ストレス演算部５１、温度ストレスメモリ５２及び決定部５３を有する。本実施形態では、車両１の各種電子制御用のＥＣＵ５０の機能の一部を、制御装置１００の一部として用いている。

制御装置１００の一部としてのＥＣＵ５０は、昇圧コンバータ１２全体の損失を低減するため、ＦＣスタック１１からの出力電流に応じて、上記４相の単位回路の駆動相数を変更している。ここで、単位回路の駆動相数の変更制御について詳細に説明する。

ＥＣＵ５０の温度ストレス演算部５１は、温度センサ７１、７２、７３及び７４により夫々検出されたＵ相のＭＯＳＦＥＴの温度、Ｖ相のＭＯＳＦＥＴの温度、Ｗ相のＭＯＳＦＥＴの温度及びＸ相のＭＯＳＦＥＴの温度を取得する。

温度ストレス演算部５１は、取得された温度に基づいて、ＭＯＳＦＥＴの熱による負担の程度を示すパラメータである温度ストレスを、Ｕ相のＭＯＳＦＥＴ、Ｖ相のＭＯＳＦＥＴ、Ｗ相のＭＯＳＦＥＴ及びＸ相のＭＯＳＦＥＴ各々について演算する。

温度ストレス演算部５１は、Ｕ相のＭＯＳＦＥＴ、Ｖ相のＭＯＳＦＥＴ、Ｗ相のＭＯＳＦＥＴ及びＸ相のＭＯＳＦＥＴ各々について、温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値を演算し、該演算された累積温度ストレス値を温度ストレスメモリ５２に格納する。

ここで、累積温度ストレス値は、ＭＯＳＦＥＴの熱による劣化の程度に比例する値である。言い換えれば、累積温度ストレス値は、ＭＯＳＦＥＴの熱による劣化の程度を示すパラメータである。

決定部５３は、累積温度ストレス値と、ＦＣスタック１１からの出力電流とに基づいて、駆動すべき単位回路を決定する。決定部５３は、ドライブ回路６１、６２、６３及び６４のうち、該決定された単位回路に対応するドライブ回路を制御することによって、該決定された単位回路を駆動する。

ここで、累積温度ストレス値と単位回路の駆動相数との関係は以下のようになる。

（１）累積温度ストレス値が比較的小さい場合：
ＦＣスタック１１からの出力電流が大きくなるに従って、単位回路の駆動相数が、１相、２相、３相、４相と増加するように、ドライブ回路６１、６２、６３及び６４が制御される。この場合、駆動相数の最小値は“１”である。

（２）累積温度ストレス値が、上記（１）の場合より第１所定値だけ大きい場合：
ＦＣスタック１１からの出力電流が大きくなるに従って、単位回路の駆動相数が、２相、３相、４相と増加するように、ドライブ回路６１、６２、６３及び６４が制御される。この場合、駆動相数の最小値は“２”である。

（３）累積温度ストレス値が、上記（２）の場合より第２所定値だけ大きい場合：
ＦＣスタック１１からの出力電流が大きくなるに従って、単位回路の駆動相数が、３相、４相と増加するように、ドライブ回路６１、６２、６３及び６４が制御される。この場合、駆動相数の最小値は“３”である。

（４）累積温度ストレス値が、上記（３）の場合より第３所定値だけ大きい場合：
ＦＣスタック１１からの出力電流の大きさにかかわらず、常時４相の単位回路が駆動するように、ドライブ回路６１、６２、６３及び６４が制御される。

（技術的効果）
ＦＣスタック１１からの出力電流が一定であるとすると、単位回路の駆動相数が比較的少ない場合は、４相全ての単位回路が駆動されている場合に比べて、駆動されている単位回路に流れる電流が大きくなるため、単位回路を構成する素子の発熱が相対的に大きくなる。

仮に何らの対策も採らずに、ＦＣスタック１１からの出力電流に応じて、駆動相数が変更されると、単位回路を構成する素子の熱による劣化が比較的速く進んでしまう。しかるに当該制御装置１００では、累積温度ストレス値（即ち、熱による劣化の程度）が大きくなるに従って、駆動相数の最小値が増加する。このため、累積温度ストレス値が比較的大きい場合には、累積温度ストレス値が比較的小さい場合に比べて、駆動されている単位回路に流れる電流を小さくすることができる。この結果、単位回路を構成する素子の熱による劣化を抑制することができる。

このように、当該制御装置１００によれば、ＦＣスタック１１からの出力電流に応じて駆動相数が変更されるとともに、累積温度ストレス値に応じて駆動相数の最小値が変更されるので、燃費の低下を抑制しつつ、単位回路を構成する素子の耐久性の低下を抑制することができる。

以上に説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

発明の一態様に係る互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子を有する昇圧コンバータの制御装置であって、前記複数のスイッチング素子各々の温度を検出する温度検出手段と、前記複数のスイッチング素子各々の温度に基づいて、前記複数のスイッチング素子各々の熱による負担の程度を示す温度ストレスを演算するとともに、前記演算された温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値を前記複数のスイッチング素子毎に演算する演算手段と、前記演算された累積温度ストレス値に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち駆動すべきスイッチング素子を決定する決定手段と、を備えるというものである。

上述の実施形態においては、温度センサ７１、７２、７３及び７４は、温度検出手段の一例に相当し、温度ストレス演算部５１は演算手段の一例に相当し、決定部５３は決定手段の一例に相当する。ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング素子の一例に相当する。

熱による負担の程度を示す温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値は、スイッチング素子の熱による劣化の程度に比例することが、本願発明者の研究により判明している。累積温度ストレス値に基づいて、駆動すべきスイッチング素子が決定されるので、スイッチング素子の熱による劣化の程度が進むほど、同時に駆動されるスイッチング素子の数が多くなることが期待される。この結果、スイッチング素子一つ当たりに流れる電流量が低減され、スイッチング素子の熱による劣化が抑制されることが期待できる。

また、当該制御装置では、累積温度ストレス値に基づいて駆動すべきスイッチング素子が決定されるので、スイッチング素子の瞬間的な温度に基づいて駆動すべきスイッチング素子が決定される比較例に係る制御装置に比べて、スイッチング素子の一時的な温度変動に起因して駆動すべきスイッチング素子が変更されることがない。この結果、スイッチング素子による損失を抑制することができるので、燃費の低下を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１０…電源装置、１１…ＦＣスタック、１２…昇圧コンバータ、１３…リレー回路、２０…駆動用インバータ、３０…モータ、５０…ＥＣＵ、５１…温度ストレス演算部、５２…温度ストレスメモリ、５３…決定部、６１、６２、６３、６４…ドライブ回路、７１、７２、７３、７４…温度センサ

Claims

互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子を有する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記複数のスイッチング素子各々の温度を検出する温度検出手段と、
前記複数のスイッチング素子各々の温度に基づいて、前記複数のスイッチング素子各々の熱による負担の程度を示す温度ストレスを演算するとともに、前記演算された温度ストレスの累積値である累積温度ストレス値を前記複数のスイッチング素子毎に演算する演算手段と、
前記演算された累積温度ストレス値に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち駆動すべきスイッチング素子を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。