JP2020088884A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合に、発熱部品に関連する温度の推定値を精度良く導出する。【解決手段】動作時に熱を発生する発熱部品と、発熱部品から離れた位置に温度検出手段と、発熱部品の動作状態を表す動作情報を取得する動作情報取得部と、温度検出手段からの温度情報と、動作情報とに基づいて、発熱部品に関連する温度の推定値を更新する温度推定部とを含み、温度推定部は、発熱部品での消費電力が予め規定された基準よりも低い低消費電力状態に基づいて、推定値を温度情報に応じた値にリセットする、電力変換装置が開示される。【選択図】図４

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

複数の半導体素子（発熱部品）のそれぞれが感温ダイオード（温度検出手段）を内蔵することで、全ての素子温度についての温度情報を検出し、検出した温度情報に基づいて電力変換回路の過熱保護制御を行う技術が知られている。

特開２０１７−２００２６２号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合に、発熱部品に関連する温度の推定値を精度良く導出することが難しい。発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合、発熱部品から離れた位置（例えば発熱部品の近傍等）に配置される温度検出手段からの温度情報を利用できるが、かかる温度情報は、発熱部品自体の温度に対して乖離する場合があり、このような乖離を考慮して利用することが有用となる。

そこで、１つの側面では、本発明は、発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合に、発熱部品に関連する温度の推定値を精度良く導出することを目的とする。

１つの側面では、動作時に熱を発生する発熱部品と、
前記発熱部品から離れた位置に温度検出手段と、
前記発熱部品の動作状態を表す動作情報を取得する動作情報取得部と、
前記温度検出手段からの温度情報と、前記動作情報とに基づいて、前記発熱部品に関連する温度の推定値を更新する温度推定部とを含み、
前記温度推定部は、前記発熱部品での消費電力が予め規定された基準よりも低い低消費電力状態に基づいて、前記推定値を前記温度情報に応じた値にリセットする、電力変換装置が提供される。

１つの側面では、本発明によれば、発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合に、発熱部品に関連する温度の推定値を精度良く導出することが可能となる。

電動車両用のモータ駆動システムの全体構成の一例を示す図である。 インバータのスイッチング素子とサーミスタとの位置関係の一例の説明図である。 図２のラインＡ−Ａに沿った断面図である。 インバータ制御装置の機能の一例を示す概略図である。 チップの動作状態に応じたチップの温度とサーミスタからの温度情報の温度との関係を示す図である。 チップに係る熱回路網モデルの概略図である。 パワーモジュールの過熱保護制御に関連してインバータ制御装置により実行される処理の一例を示す概略的なフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

以下の説明において、特に言及しない限り、各種の要素間の“接続”という用語は、“電気的な接続”を意味する。なお、図２等では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。

図１は、電動車両用のモータ駆動システム１の全体構成の一例を示す図である。モータ駆動システム１は、高圧バッテリ１０を用いて走行用モータ４０を駆動することにより車両を駆動させるシステムである。なお、電動車両は、電力を用いて走行用モータ４０を駆動して走行するものであれば、その方式や構成の詳細は任意である。電動車両は、動力源がエンジンと走行用モータ４０であるハイブリッド自動車や、動力源が走行用モータ４０のみである電気自動車を含む概念である。

モータ駆動システム１は、図１に示すように、高圧バッテリ１０、平滑コンデンサ２０と、インバータ３０、走行用モータ４０（図１では「ＭＧ」と表記）、及び、インバータ制御装置５０を備える。なお、本実施例においては、インバータ３０及びインバータ制御装置５０が電力変換装置の一例を形成する。

高圧バッテリ１０は、蓄電して直流電圧を出力する任意の蓄電装置であり、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性素子を含んでよい。高圧バッテリ１０は、典型的には、定格電圧が１００Ｖを超えるバッテリであり、定格電圧が例えば２８８Ｖである。ただし、高圧バッテリ１０は、いわゆるマイルドハイブリッド自動車で用いられる、より定格電圧の低いバッテリ（例えば４８Ｖ）であってもよい。本実施例では、一例として、高圧バッテリ１０は、定格電圧が４８Ｖ（第１電圧の一例）であるとする。図１には、高圧バッテリ１０の高電位側が“Ｐ”で示され、低電位側（グランド側）が“Ｎ”で示される。

平滑コンデンサ２０は、インバータ３０に並列に接続される。平滑コンデンサ２０は、正極ラインと負極ラインとの間に接続される。

インバータ３０は、正極ラインと負極ラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームを含む。Ｕ相アームは、直列接続されたスイッチング素子（本例ではＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑ１、Ｑ２を含み、Ｖ相アームは、直列接続されたスイッチング素子（本例ではＭＯＳＦＥＴ）Ｑ３、Ｑ４を含み、Ｗ相アームは、直列接続されたスイッチング素子（本例ではＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５、Ｑ６を含む。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレイン−ソース間には、それぞれ、ソース側からドレイン側に電流を流すようにダイオードＤ１１〜Ｄ１６が配置される。なお、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、ＭＯＳＦＥＴのボデーダイオードであってよい。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような、ＭＯＳＦＥＴ以外の他のスイッチング素子であってもよい。

なお、本実施例では、一例として、インバータ３０は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の相ごとに、３組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含む。ただし、変形例では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６の組の数は、１個であってもよいし、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。なお、図１では、３組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、Ｕ相用のモジュールＭ１と、Ｖ相用のモジュールＭ２、及びＷ相用のモジュールＭ３に組み込まれている。

走行用モータ４０は、３相の交流モータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイルの一端が中点で共通接続されている。Ｕ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中点Ｍ１に接続され、Ｖ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の中点Ｍ２に接続され、Ｗ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の中点Ｍ３に接続される。
図１では、電流センサ９０がインバータ制御装置５０に接続されている。電流センサ９０は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の相ごとに、コイルに流れる電流を検出する電流センサ９１、９２、９３を含む。

なお、図１に示す例では、モータ駆動システム１は、単一の走行用モータ４０を備えているが、追加のモータ（発電機を含む）を備えてもよい。この場合、追加のモータ（複数も可）は、対応するインバータとともに、走行用モータ４０及びインバータ３０と並列な関係で、高圧バッテリ１０に接続されてもよい。また、図１に示す例では、モータ駆動システム１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えていないが、高圧バッテリ１０とインバータ３０の間にＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。なお、モータ駆動システム１では、平滑コンデンサ２０に並列に、空調装置等のような他の車載電気負荷が接続されてもよい。

高圧バッテリ１０と平滑コンデンサ２０との間には、図１に示すように、高圧バッテリ１０から電力供給を遮断するための遮断用スイッチＳＷ１が設けられる。遮断用スイッチＳＷ１は、半導体スイッチやリレー等で構成されてもよい。遮断用スイッチＳＷ１は、常態でオン状態であり、例えば平滑コンデンサ２０の急速放電が必要な状況等にオフされる。

図２は、インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のチップとサーミスタ６０（温度検出手段の一例）との位置関係の一例の説明図であり、ケース２内におけるインバータ３０の収容状態を概略的に示す上面図である。図３は、図２のラインＡ−Ａに沿った断面図である。

図２では、インバータ３０を形成する３つのパワーモジュール３がケース２内に収容される。具体的には、３つのパワーモジュール３は、ケース２の凹部２２内に収容される。３つのパワーモジュール３は、図１に示す３組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含むインバータ３０を形成し、１つのパワーモジュール３が、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のいずれかの相（すなわちモジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３のいずれか）に対応する。なお、ケース２は、蓋部材等で覆われてよく、また、２つ以上の部材により形成されてよい。例えば、ケース２は、凹部２２の側壁部と底部とが別体であってもよい。以下では、特に言及しない限り、１つのパワーモジュール３について説明する。

本実施例では、一例として、ケース２は、冷却水用の水路形成部材を実現する。具体的には、ケース２の凹部２２の下方には、冷却水が流れる水路が形成され、ケース２の凹部２２の底部の下面（裏面）には下方に突出するフィン４２が形成される（図３参照）。すなわち、ケース２の凹部２２は、ヒートシンクを形成する。なお、凹部２２の底部は、伝導率の高い銅等により形成されてよく、銅基板の形態であってもよい。冷却水は、例えばＬＬＣ（ロングライフクーラント）を含む水であってよい。なお、変形例では、パワーモジュール３の冷却方式は、水冷式でなく、空冷式であってもよい。

フィン４２は、例えば、ピンフィンであり、例えば、千鳥配置される。すなわち、各フィン４２は、３つの隣接するフィン４２の中心を結ぶと正三角形（又は二等辺三角形）になるように配置される。但し、フィン４２の配置態様や形状等は任意である。例えばフィン４２は、ストレートフィンであってもよい。

パワーモジュール３は、ケース２の凹部２２の底部上に設けられる。具体的には、パワーモジュール３は、図３に示すように、ヒートスプレッダ７０上に半田７１を介してチップ７２（発熱部品の一例）が設けられる。各チップ７２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のチップに対応する。なお、図示しないが、チップ７２の各端子にはバスバ等が接続され、図１に示した電気回路を形成する。

ヒートスプレッダ７０は、各チップ７２で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ７０は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。本例では、一例として、ヒートスプレッダ７０は、銅により形成される。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅（Ｃ１０２０）が好適である。ヒートスプレッダ７０は、絶縁層７４を介して凹部２２の底部表面上に接合される。

絶縁層７４は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層７４は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層７４は、ヒートスプレッダ７０とヒートシンク（すなわち凹部２２、以下同じ）の間に設けられ、ヒートスプレッダ７０とヒートシンクに接合する。絶縁層７４は、ヒートスプレッダ７０とヒートシンクとの間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ７０からヒートシンクへの高い熱伝導性を確保する。

このような冷却構造では、凹部２２のフィン４２は、冷却水（空冷の場合は、冷却空気のような冷却媒体）と接触する。このようにして、パワーモジュール３の駆動時に生じる各チップ７２からの熱は、ヒートスプレッダ７０、絶縁層７４を介して、ヒートシンクのフィン４２から冷却媒体へと伝達され、パワーモジュール３の冷却（各チップ７２の冷却）が実現される。

なお、本実施例では、チップ７２が接合される基板は、ヒートスプレッダ７０であったが、チップ７２は、他の任意の基板に配置されてもよい。例えば、チップ７２が接合される基板は、セラミック基板の両面にアルミ板を備えたＤＢＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｒａｚｅｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）基板や、セラミック基板の両面に銅板を備えたＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｒａｚｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）基板であってもよい。

ここで、本実施例では、図２に示すように、パワーモジュール３は、サーミスタ６０を含む。サーミスタ６０は、センシングした温度に応じた電気信号を発生する。

サーミスタ６０は、温度検出対象のチップ７２から離れた位置に設けられる。すなわち、サーミスタ６０は、温度検出対象のチップ７２に内蔵されるのではなく、温度検出対象のチップ７２の温度に相関する温度を検出できるような位置に設けられる。

また、サーミスタ６０は、温度検出対象のチップ７２ごとに１つずつ設けられてもよいが、好ましくは、温度検出対象の複数のチップ７２ごとに１つずつ設けられる。この場合、温度検出対象のチップ７２の数よりも少ない数のサーミスタ６０を利用して、温度検出対象のチップ７２の温度を推定できる。

具体的には、本実施例では、一例として、サーミスタ６０は、各ヒートスプレッダ７０に１つずつ設けられる。従って、サーミスタ６０は、６つのチップ７２に対して１つずつ設けられる。なお、他の実施例では、サーミスタ６０は、凹部２２に設けられてもよいし、他の箇所に設けられてもよい。なお、凹部２２にサーミスタ６０が設けられる場合、サーミスタ６０は、計１８個のチップ７２に対して１つだけであってよい。

次に、パワーモジュール３の過熱保護制御に関連したインバータ制御装置５０の機能について説明する。

図４は、インバータ制御装置５０の機能の一例を示す概略図である。

インバータ制御装置５０は、動作情報取得部５２と、温度推定部５４と、動作制限部５６とを含む。なお、動作情報取得部５２、温度推定部５４、及び動作制限部５６は、インバータ制御装置５０を形成するコンピュータのＣＰＵが、同コンピュータの記憶装置内のプログラムを実行することで実現できる。

本実施例では、一例として、動作情報取得部５２、温度推定部５４、及び動作制限部５６は、パワーモジュール３内の一のチップ７２ごとに機能する。ただし、変形例では、動作情報取得部５２、温度推定部５４、及び動作制限部５６は、一のサーミスタ６０によりカバーされる個数のチップ７２ごと（本実施例では、６つのチップ７２ごと）に機能してもよい。

以下では、特に言及しない限り、サーミスタ６０とは、３つのサーミスタ６０のうちの、任意の１つであり、チップ７２とは、当該１つのサーミスタ６０によりカバーされる６つのチップ７２のうちの、任意の１つであるものとする。

動作情報取得部５２は、チップ７２の動作状態を表す動作情報を取得する。動作情報は、チップ７２の消費電力を表すことができる情報であり、チップ７２の動作の有無を表す情報や、チップ７２を流れる電流を表す情報、チップ７２を流れる電流に相関するパラメータを表す情報等であってよい。本実施例では、一例として、動作情報は、チップ７２を流れる電流を表す情報として、チップ７２を流れる電流値の情報（以下、「電流値情報」と称する）である。電流値情報は、電流センサ９０（図１参照）からのセンサ情報に基づくものであってもよいし、指令値（チップ７２を流れる電流の指令値、又は、チップ７２を流れる電流値を導出可能な制御指令値）の情報であってもよい。

温度推定部５４は、サーミスタ６０からの温度情報と、動作情報取得部５２により取得される電流値情報とに基づいて、チップ７２に関連する温度の推定値を導出（更新）する。チップ７２に関連する温度とは、チップ７２に関連する限り任意であるが、例えば、チップ７２自体の温度であってもよいし、チップ７２の過熱保護制御に用いられる温度（この場合、当該温度は、チップ７２の温度を直接的に表すものでなくてよい）であってもよい。本実施例では、一例として、チップ７２に関連する温度は、チップ７２自体の温度であるものとし、以下、チップ７２に関連する温度の推定値を、単に「チップ温度」と称する。

温度推定部５４は、積算推定部５４１と、リセット部５４２とを含む。

積算推定部５４１は、サーミスタ６０からの温度情報と、動作情報取得部５２により取得される電流値情報とに基づいて、チップ温度を更新する。チップ温度の更新方法は、任意であるが、本実施例では、一例として、以下のように更新される。
チップ温度Ｔｃｈ（ｋ）＝Ｔｃｈ（ｋ−１）＋ΔＴ（ｊ） 式（１）
ここで、ｋ、ｋ−１は、更新周期を表し、ｋは１以上の自然数である。チップ温度の初期値であるＴｃｈ（０）は、サーミスタ６０からの温度情報に応じた値に設定される。本実施例では、一例として、Ｔｃｈ（０）は、そのときのサーミスタ６０からの温度情報に等しい値に設定される。ΔＴ（ｊ）は、更新周期（ｋ−１）から更新周期（ｋ）までのチップ７２の温度変化量である。

温度変化量ΔＴ（ｊ）は、動作情報取得部５２により取得される電流値情報に応じて算出される。例えば、温度変化量ΔＴ（ｊ）は、チップ７２での消費電力に基づいて算出される。チップ７２での消費電力は、動作情報取得部５２により取得される電流値情報に応じて算出できる。例えば、チップ７２での消費電力は、電流値情報とチップ７２の消費電力特性とに基づいて算出できる。温度変化量ΔＴ（ｊ）の算出方法の更なる一例は、図６を参照して後述する。

リセット部５４２は、チップ７２での消費電力が比較的低い低消費電力状態に基づいて、チップ温度をサーミスタ６０からの温度情報に応じた値にリセットする。低消費電力状態とは、チップ７２での消費電力が、予め規定された基準よりも低い状態であり、例えば、電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１（第１閾値の一例）以下である状態である。閾値Ｔｈ１は、非常に小さい値であってよく、略０である。ただし、変形例では、閾値Ｔｈ１は、チップ温度の減少が生じるような電流値の範囲の上限値に相当してもよい。この場合、チップ温度が減少するかどうかは、冷却水の温度のような他の因子に依存しうるので、閾値Ｔｈ１は、可変とされてもよい。

“サーミスタ６０からの温度情報に応じた値”とは、サーミスタ６０からの温度情報に相関する値であり、例えばサーミスタ６０からの温度情報の温度自体であってもよいし、当該温度を加工した値（例えば予め規定された変換式で変換した値）であってもよい。本実施例では、一例として、リセット部５４２は、チップ温度をサーミスタ６０からの温度情報の温度にリセットする。

動作制限部５６は、チップ温度が閾値Ｔｔｈ（第３閾値の一例）を超えた場合に、チップ７２の動作を制限する。閾値Ｔｔｈは、チップ７２の過熱保護の観点から定まる閾値である。チップ７２の動作の制限は、チップ７２の消費電力が有意に小さくなる態様である限り任意であるが、例えば、チップ７２に流す電流を０にすることにより実現されてよい。また、チップ７２の動作の制限は、インバータ３０の停止により実現されてもよい。

ここで、図５を参照して、チップ７２の動作状態とチップ７２の温度とサーミスタ６０からの温度情報の温度との関係について説明するとともに、本実施例の効果について説明する。

図５は、チップ７２の動作状態に応じたチップ７２の温度とサーミスタ６０からの温度情報の温度との関係を示す図である。図５には、横軸に時間を取り、縦軸に温度を取ったときの、チップ７２の温度の変化を表す曲線５５０と、横軸に時間を取り、縦軸に温度を取ったときの、サーミスタ６０からの温度情報の温度の変化を表す曲線５５２とが示される。また、図５には、横軸に時間を取り、縦軸に回転数を取ったときの、走行用モータ４０の回転数の変化を表す曲線５５４が示される。図５では、曲線５５０は、チップ７２近傍の熱電対（図示せず）を用いて得られた値に基づくものである。

図５では、時点ｔ０から時点ｔ１までの間、チップ７２に流れる電流が発生し、電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１を超える高消費電力状態に対応する。このような高消費電力状態では、チップ７２の温度が曲線５５０で示すように時間とともに上昇し、かつ、サーミスタ６０からの温度情報の温度も曲線５５２で示すように時間とともに上昇する。

ここで、図５に示すように、チップ７２の温度及びサーミスタ６０からの温度情報の温度は、高消費電力状態の開始時点ｔ０では略同一であったものの、高消費電力状態が継続するにつれて、乖離していく。これは、サーミスタ６０は、チップ７２に内蔵されたセンサではなく、サーミスタ６０の温度を直接的に測定するものでないためである。このように、サーミスタ６０からの温度情報は、高消費電力状態が継続するにつれて、チップ７２自体の温度から乖離していく。

このことから、高消費電力状態では、サーミスタ６０からの温度情報の温度をそのままチップ７２の温度と見なすことは、精度の観点から問題があることがわかる。

この点、本実施例では、上述のように、温度推定部５４の積算推定部５４１は、サーミスタ６０からの温度情報の温度＝チップ温度とするのではなく、サーミスタ６０からの温度情報の温度に応じた値を初期値として用いるものの、その後はチップ７２での消費電力に応じてチップ温度を更新する。これにより、本実施例によれば、常にサーミスタ６０からの温度情報の温度＝チップ温度とする場合に比べて、チップ温度の精度（実際のチップ７２の温度に対する精度）を高めることができる。

図５では、時点ｔ１で、チップ７２に流れる電流が０となる。チップ７２に流れる電流が０となると、図５に示すように、チップ７２の温度が曲線５５０で示すように時間とともに下降し、かつ、サーミスタ６０からの温度情報の温度も曲線５５２で示すように時間とともに下降する。そして、チップ７２に流れる電流が０となってから、時間ΔＴ１が経過した時点ｔ２では、チップ７２の温度及びサーミスタ６０からの温度情報の温度が略一致する。

このように、チップ７２に流れる電流が０となると、チップ７２の発熱量（消費電力）が低下することで、チップ７２の温度及びそれに伴いサーミスタ６０からの温度情報の温度が低下していく。そして、最終的には、チップ７２の温度及びサーミスタ６０からの温度情報の温度が略一致する収束状態（図５のＱ１内参照）となる。

ここで、上述のように、本実施例では、サーミスタ６０からの温度情報の温度に応じた値を初期値として用い、その後はチップ７２での消費電力に応じてチップ温度を更新する。かかる更新方法では、時間の経過とともに、誤差が累積して、チップ温度の精度（実際のチップ７２の温度に対する精度）が徐々に悪くなる場合がある。すなわち、消費電力の算出誤差等に起因して、時間の経過とともに、チップ温度の精度が徐々に悪くなる場合がある。

この点、本実施例では、上述のように、温度推定部５４のリセット部５４２は、チップ７２での消費電力が比較的低い低消費電力状態に基づいて、チップ温度をサーミスタ６０からの温度情報に応じた値にリセットする。従って、本実施例によれば、上述のような消費電力の算出誤差等に起因した誤差の累積をリセットすることが可能となるので、チップ温度の精度が時間の経過とともに悪化してしまう状況を抑制できる。

ここで、図５から分かるように、リセット部５４２によるリセットタイミングは、好ましくは、チップ７２の温度及びサーミスタ６０からの温度情報の温度が略一致する収束状態内のタイミングとなるように、適合される。この場合、チップ温度の初期値の精度が良好となるので、誤差の累積を略０にリセットでき、その後、更新されるチップ温度の精度を高めることができる。

例えば、リセット部５４２は、電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１以下である状態の継続時間が閾値Ｔｈ２（第２閾値の一例）を超えた場合に、チップ温度をリセットする。この場合、閾値Ｔｈ２は、チップ７２の温度及びサーミスタ６０からの温度情報の温度が略一致する収束状態においてリセットタイミングが生じるように、適合される。

次に、図６を参照して、チップ温度の導出に用いることができる温度変化量ΔＴ（ｊ）の算出方法の他の例について説明する。

図６は、チップ７２に係る熱回路網モデルの概略図である。温度変化量ΔＴ（ｊ）の算出には、図６に示すような熱回路網モデルを用いることができる。

熱回路網モデルでは、電気における抵抗、電流及び電圧の関係（Ｖ＝Ｒ×Ｉ）が、以下の関係式に対応するものとして、モデル化される。
ΔＴ＝Ｒ×Ｑ
ここで、ΔＴは、温度差に相当し、電気回路における電圧Ｖに対応し、Ｒは、熱抵抗に相当し、電気回路における抵抗Ｒに対応する。また、Ｑは、消費電力（熱量）に相当し、電気回路における電流Ｉに対応する。

図６において、入力される熱流は、電気回路における電流に相当し、チップ７２を流れる電流に対応する。入力される熱量（チップ７２での損失）Ｑｉｎ（ｊ）は、チップ７２の特性に応じて予めマップ等で用意されてよい。図６では、チップ７２に対応する節点Ｎ１、ヒートスプレッダ７０に対応する節点Ｎ２、及びフィン４２（ヒートシンク）に対応する節点Ｎ３がモデル化されている。また、図６では、節点Ｎ４は、冷却水Ｗに対応する。

節点Ｎ１と節点Ｎ２との間には、チップ７２とヒートスプレッダ７０との間の伝熱経路の熱抵抗（半田７１における熱抵抗）Ｒ（ｊ−ｃ）がモデル化され、節点Ｎ２と節点Ｎ３との間には、ヒートスプレッダ７０とフィン４２との間の伝熱経路の熱抵抗（絶縁層７４における熱抵抗）Ｒ（ｃ−ｆ）がモデル化され、節点Ｎ３と節点Ｎ４との間には、フィン４２と冷却水との間の熱抵抗Ｒ（ｆ−ｗ）がモデル化されている。また、図６において、Ｃ（ｊ）は、チップ７２の熱容量（コンデンサに対応）を表し、Ｃ（ｃ）は、ヒートスプレッダ７０の熱容量を表し、Ｃ（ｆ）は、フィン４２の熱容量を表す。各熱抵抗（Ｒ（ｊ−ｃ）等）や各熱容量（Ｃ（ｊ）等）の値は、試験（実機データ）に基づいて適合される。

チップ７２での熱量Ｑｉｎ（ｊ）は、チップ７２を流れる電流に応じた値（チップ７２での損失）であり、上述のように、マップ等により規定される。このとき、ｔ秒間でのチップ温度の温度変化量ΔＴ（ｊ）は、以下の関係に基づいて導出される。
温度変化量ΔＴ（ｊ）＝（Ｑｉｎ（ｊ）−Ｑｏｕｔ（ｊ））／Ｃ（ｊ）×ｔ 式（２）
チップ７２からのＱｏｕｔ（ｊ）は、ヒートスプレッダ７０へのＱｉｎ（ｃ）に等しい。このとき、ｔ秒間でのヒートスプレッダ７０の温度変化量ΔＴ（ｃ）は、以下の関係に基づいて導出される。
温度変化量ΔＴ（ｃ）＝（Ｑｉｎ（ｃ）−Ｑｏｕｔ（ｃ））／Ｃ（ｃ）×ｔ 式（３）
同様に、ヒートスプレッダ７０からのＱｏｕｔ（ｃ）は、フィン４２へのＱｉｎ（ｆ）に等しい。このとき、ｔ秒間でのフィン４２の温度変化量ΔＴ（ｆ）は、以下の関係に基づいて導出される。
温度変化量ΔＴ（ｆ）＝（Ｑｉｎ（ｆ）−Ｑｏｕｔ（ｆ））／Ｃ（ｆ）×ｔ 式（４）
同様に、フィン４２からのＱｏｕｔ（ｆ）は、冷却水ＷへのＱｉｎ（ｗ）（図示せず）に等しい。

また、チップ７２とヒートスプレッダ７０との間の温度差をΔＴ（ｊ−ｃ）とすると、
Ｑｏｕｔ（ｊ）＝ΔＴ（ｊ−ｃ）×１／Ｒ（ｊ−ｃ） 式（５）
同様に、ヒートスプレッダ７０とフィン４２との間の温度差をΔＴ（ｃ−ｆ）とすると、
Ｑｏｕｔ（ｃ）＝ΔＴ（ｃ−ｆ）×１／Ｒ（ｃ−ｆ） 式（６）
同様に、フィン４２と冷却水Ｗとの間の温度差をΔＴ（ｆ−ｗ）とすると、
Ｑｏｕｔ（ｆ）＝ΔＴ（ｆ−ｗ）×１／Ｒ（ｆ−ｗ） 式（７）
なお、ΔＴ（ｆ−ｗ）は、冷却水の温度を固定値として算出されてもよいし、冷却水の温度を可変値として算出されてもよい。

ここで、チップ温度の初期値は、上述のようにサーミスタ６０からの温度情報に応じた値を用いる。このとき、ヒートスプレッダ７０の温度の初期値、及び、フィン４２の温度の初期値は、上記の関係式から求まる。チップ温度の初期値、ヒートスプレッダ７０の温度の初期値、及び、フィン４２の温度の初期値が出揃うと、ΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）の各初期値が出揃うので、式（５）から式（７）に基づいて、今回周期（前回周期から時間ｔ後）のＱｏｕｔ（ｊ）、Ｑｏｕｔ（ｃ）、Ｑｏｕｔ（ｆ）が導出できる。そして、Ｑｏｕｔ（ｊ）＝Ｑｉｎ（ｃ）及びＱｏｕｔ（ｃ）＝Ｑｉｎ（ｆ）の関係と、式（２）から式（４）に基づいて、時間ｔ後の温度変化量ΔＴ（ｊ）、温度変化量ΔＴ（ｃ）、及び温度変化量ΔＴ（ｆ）が導出できる。なお、このとき、今回周期のＱｉｎ（ｊ）は、上述のように、今回周期で得られる電流値情報に応じた値である。そして、温度変化量ΔＴ（ｊ）、温度変化量ΔＴ（ｃ）、及び温度変化量ΔＴ（ｆ）が導出されると、ΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）が導出可能となり、今回周期（前回周期から時間ｔ後）のΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）の各値（時間ｔ後の各値）が出揃う。以後、更新周期ごとに、繰り返す。

このようにして、時間ｔごとの周期で、（Ｑｉｎ（ｊ）−Ｑｏｕｔ（ｊ））を更新し、温度変化量ΔＴ（ｊ）を算出することで、上記の式（１）からチップ温度Ｔｃｈ（ｋ）を更新できる。そして、上述のように、チップ温度がリセットされるときは、再び、チップ温度の初期値は、上述のようにサーミスタ６０からの温度情報に応じた値にリセットされる。このとき、ヒートスプレッダ７０の温度の初期値、及び、フィン４２の温度の初期値は、上記の関係式から求まる。チップ温度の初期値、ヒートスプレッダ７０の温度の初期値、及び、フィン４２の温度の初期値が出揃うと、ΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）の各初期値が出揃うので、式（５）から式（７）に基づいて、今回周期（前回周期から時間ｔ後）のＱｏｕｔ（ｊ）、Ｑｏｕｔ（ｃ）、Ｑｏｕｔ（ｆ）が導出できる。そして、Ｑｏｕｔ（ｊ）＝Ｑｉｎ（ｃ）及びＱｏｕｔ（ｃ）＝Ｑｉｎ（ｆ）の関係と、式（２）から式（４）に基づいて、時間ｔ後の温度変化量ΔＴ（ｊ）、温度変化量ΔＴ（ｃ）、及び温度変化量ΔＴ（ｆ）が導出できる。なお、このとき、今回周期のＱｉｎ（ｊ）は、上述のように、今回周期で得られる電流値情報に応じた値である。そして、温度変化量ΔＴ（ｊ）、温度変化量ΔＴ（ｃ）、及び温度変化量ΔＴ（ｆ）が導出されると、ΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）が導出可能となり、今回周期（前回周期から時間ｔ後）のΔＴ（ｊ−ｃ）、ΔＴ（ｃ−ｆ）、及びΔＴ（ｆ−ｗ）の各値（時間ｔ後の各値）が出揃う。以後、更新周期ごとに、繰り返す。なお、図６に示す熱回路網モデルは、あくまで一例であり、多様な変更が可能である。例えば、バスバのような他の構成要素がモデル化されてもよい。

次に、図７を参照して、パワーモジュール３の過熱保護制御に関連したインバータ制御装置５０の動作例について説明する。

図７は、パワーモジュール３の過熱保護制御に関連してインバータ制御装置５０により実行される処理の一例を示す概略的なフローチャートである。図７に示す処理は、例えば車両の電源がオンである間、過熱保護制御が実行されていない状態において、所定周期ごとに繰り返し実行されてよい。

ステップＳ７００では、インバータ制御装置５０は、初回の処理か否か（すなわち初期化が必要か否か）を判定する。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７２０に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７０１に進む。

ステップＳ７０１では、インバータ制御装置５０は、電流値情報を取得する。

ステップＳ７０２では、インバータ制御装置５０は、ステップＳ７００で取得した電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１以下であるか否かを判定する。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７０４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７１２に進む。

ステップＳ７０４では、インバータ制御装置５０は、低消費電力状態フラグＦが“０”であるか否かを判定する。低消費電力状態フラグＦが“０”であることは、電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１以下でない状態が前回周期で検出されていることを表す。低消費電力状態フラグＦの初期値は“０”であってよい。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７０５に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７１８に進む。

ステップＳ７０５では、インバータ制御装置５０は、低消費電力状態フラグＦを“１”にセットする。

ステップＳ７０６では、インバータ制御装置５０は、閾値Ｔｈ２に対応する時間が経過するとタイムアウトするタイマを起動する。

ステップＳ７０７では、インバータ制御装置５０は、ステップＳ７００で取得した電流値情報に基づいて、温度変化量ΔＴ（ｊ）を算出する。温度変化量ΔＴ（ｊ）の算出方法は上述のとおりである。

ステップＳ７０８では、インバータ制御装置５０は、ステップＳ７０７で得た温度変化量ΔＴ（ｊ）に基づいて、チップ温度を更新する。チップ温度の更新方法は、上述のとおりである。

ステップＳ７０９では、インバータ制御装置５０は、ステップＳ７０８で得たチップ温度が閾値Ｔｔｈを超えたか否かを判定する。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７１０に進み、それ以外の場合は、今回周期の処理はそのまま終了する（リターン）。

ステップＳ７１０では、インバータ制御装置５０は、パワーモジュール３の過熱保護制御を実行する。この場合、図７に示す処理ルーチンを抜け、パワーモジュール３の過熱保護制御の処理ルーチン（図示せず）へと移行する。

ステップＳ７１２では、インバータ制御装置５０は、低消費電力状態フラグＦが“１”であるか否かを判定する。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７１４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７１４では、インバータ制御装置５０は、低消費電力状態フラグＦを“０”にリセットする。

ステップＳ７１６では、インバータ制御装置５０は、タイマを停止する。

ステップＳ７１８では、インバータ制御装置５０は、タイマがタイムアウトしたか否かを判定する。判定結果が“ＹＥＳ”の場合、ステップＳ７２０に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７２０では、インバータ制御装置５０は、サーミスタ６０から温度情報を取得する。

ステップＳ７２２では、インバータ制御装置５０は、ステップＳ７２０で得た温度情報に基づいて、チップ温度をリセットする。

図７に示す処理によれば、電流値情報の電流値が閾値Ｔｈ１以下である状態の継続時間が閾値Ｔｈ２を超えた場合に、チップ温度をリセットできる。この結果、チップ温度が更新され続けることで蓄積されうる誤差をリセットでき、精度の高いチップ温度が得られる状態に復帰できる。

なお、図７に示す処理に関して、動作情報取得部５２、温度推定部５４、及び動作制限部５６が、一のサーミスタ６０によりカバーされる個数（本例では６個）のチップ７２ごとに機能する変形例では、ステップＳ７０８等で推定されるチップ温度は、一のサーミスタ６０によりカバーされる６個のチップ７２のうちの任意の１つ（例えば温度環境が最も厳しいチップ７２、温度環境の差異がない場合は、任意のチップ７２）のチップ温度であってよく、ステップＳ７１０で実行される動作制限（過熱保護制御）は、すべてのチップ７２に対して共通に実現されてよい。また、かかる変形例では、電流値情報は、一のサーミスタ６０によりカバーされる６個のチップ７２のうちの任意の１つに関するものであってよい。あるいは、かかる変形例では、一のサーミスタ６０によりカバーされる６個のチップ７２の平均値（チップ温度や電流値情報）が使用されてもよい。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、電力変換装置の一要素としてインバータ３０を備えているが、電力変換装置の一要素としてＤＣ−ＤＣコンバータを備えてもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータのチップに対して同様の考え方が適用されてよい。

＜付記＞
以上の実施例に関し、更に以下を開示する。なお、以下で記載する効果のうちの、一の形態に対する追加的な各形態に係る効果は、当該追加的な各形態に起因した付加的な効果である。

一の形態は、動作時に熱を発生する発熱部品（７２）と、
前記発熱部品（７２）から離れた位置に温度検出手段（６０）と、
前記発熱部品（７２）の動作状態を表す動作情報を取得する動作情報取得部（５２）と、
前記温度検出手段（６０）からの温度情報と、前記動作情報とに基づいて、前記発熱部品（７２）に関連する温度の推定値を更新する温度推定部（５４）とを含み、
前記温度推定部（５４）は、前記発熱部品（７２）での消費電力が予め規定された基準よりも低い低消費電力状態に基づいて、前記推定値を前記温度情報に応じた値にリセットする、電力変換装置（３０、５０）である。

本形態によれば、低消費電力状態に基づいて、温度推定部（５４）により更新される推定値に累積されやすい誤差の積算をリセットして、推定値の精度の高い状態に復帰させることが可能となる。従って、本形態によれば、発熱部品が温度検出手段を内蔵しない場合に、発熱部品に関連する温度の推定値を精度良く導出できる。なお、推定値の精度とは、発熱部品（７２）に関連する温度に対する精度であり、推定値と発熱部品（７２）に関連する温度との間の誤差が小さいほど精度が高い。

また、本形態においては、好ましくは、前記温度推定部（５４）は、ある時点での前記温度情報に応じた初期値と、前記ある時点の後の前記動作情報に応じた温度変化量（ΔＴ（ｊ））の算出値とに基づいて、前記推定値を更新する。

この場合、温度変化量（ΔＴ（ｊ））の算出値を用いることで、初期値からの温度変化を精度良く推定でき、更新される推定値の精度を高めることができる。

また、本形態においては、好ましくは、前記温度推定部（５４）は、前記低消費電力状態における前記温度情報に応じた値を初期値として、前記推定値をリセットする。

この場合、低消費電力状態においては温度情報と発熱部品（７２）に関連する温度との相関性が高いため、この点を利用して、推定値を精度の高い値（初期値）にリセットできる。

また、本形態においては、好ましくは、前記温度推定部（５４）は、前記発熱部品（７２）を流れる電流が第１閾値（Ｔｈ１）以下である場合に、前記低消費電力状態を検出する。

この場合、温度情報と発熱部品（７２）に関連する温度との相関性が有意に高くなる低消費電力状態を検出でき、結果として、推定値を精度の高い値（初期値）にリセットできる。

また、本形態においては、好ましくは、前記温度推定部（５４）は、前記低消費電力状態の継続時間が第２閾値（Ｔｈ２）を超えた場合に、前記推定値をリセットする。

この場合、温度情報と発熱部品（７２）に関連する温度との相関性が非常に高くなる低消費電力状態を検出でき、結果として、推定値を精度の高い値（初期値）にリセットできる。

また、本形態においては、好ましくは、前記発熱部品（７２）を複数含み、
前記温度推定部（５４）は、一の前記温度検出手段（６０）からの前記温度情報に基づいて、複数の前記発熱部品（７２）に関連する前記推定値を更新及びリセットする。

この場合、相対的に少ない数の温度検出手段（６０）を利用して、相対的に多い数の発熱部品（７２）に関連する推定値を更新及びリセットできる。

また、本形態においては、好ましくは、前記推定値が第３閾値（Ｔｔｈ）を超えた場合に、前記発熱部品（７２）の動作を制限する動作制限部（５６）を更に含む。

この場合、上述のように得られる精度の高い推定値に基づいて、発熱部品（７２）の動作を制限できる。これにより、発熱部品（７２）に係る過熱保護制御を適切に実現できる。

１ モータ駆動システム
２ ケース
３ パワーモジュール
１０ 高圧バッテリ
２０ 平滑コンデンサ
２２ 凹部
３０ インバータ
４０ 走行用モータ
４２ フィン
５０ インバータ制御装置
５２ 動作情報取得部
５４ 温度推定部
５４１ 積算推定部
５４２ リセット部
５６ 動作制限部
６０ サーミスタ
７０ ヒートスプレッダ
７１ 半田
７２ チップ
７４ 絶縁層

Claims (7)

1. 動作時に熱を発生する発熱部品と、
   前記発熱部品から離れた位置に温度検出手段と、
   前記発熱部品の動作状態を表す動作情報を取得する動作情報取得部と、
   前記温度検出手段からの温度情報と、前記動作情報とに基づいて、前記発熱部品に関連する温度の推定値を更新する温度推定部とを含み、
   前記温度推定部は、前記発熱部品での消費電力が予め規定された基準よりも低い低消費電力状態に基づいて、前記推定値を前記温度情報に応じた値にリセットする、電力変換装置。
2. 前記温度推定部は、ある時点での前記温度情報に応じた初期値と、前記ある時点の後の前記動作情報に応じた温度変化量の算出値とに基づいて、前記推定値を更新する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記温度推定部は、前記低消費電力状態における前記温度情報に応じた値を初期値として、前記推定値をリセットする、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記温度推定部は、前記発熱部品を流れる電流が第１閾値以下である場合に、前記低消費電力状態を検出する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記温度推定部は、前記低消費電力状態の継続時間が第２閾値を超えた場合に、前記推定値をリセットする、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記発熱部品を複数含み、
   前記温度推定部は、一の前記温度検出手段からの前記温度情報に基づいて、複数の前記発熱部品に関連する前記推定値を更新及びリセットする、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記推定値が第３閾値を超えた場合に、前記発熱部品の動作を制限する動作制限部を更に含む、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置。

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