JP2023160416A - temperature estimation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度推定システムに関する。 The present invention relates to a temperature estimation system.
近年、地球の気候変動に対する具体的な対策として、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化している。この取り組みの1つとして、自動車等の車両におけるCO2排出量の削減やエネルギー効率の改善のため、電気自動車(Electric Vehicle)又はハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle)といったモータを駆動源とする電動車両に関する研究開発が行われている。 In recent years, efforts toward the realization of a low-carbon or decarbonized society have become active as concrete measures against global climate change. As one of these initiatives, in order to reduce CO 2 emissions and improve energy efficiency in vehicles such as cars, electric vehicles such as electric vehicles or hybrid electric vehicles that use a motor as a drive source are being developed. Research and development is underway.
複数の電子部品を備えるシステムには、各電子部品の温度を監視し、いずれかの電子部品の温度が所定の温度以上になった場合には出力制限を行うことにより、電子部品の過熱を抑制するものがある。 For systems with multiple electronic components, overheating of electronic components can be suppressed by monitoring the temperature of each electronic component and limiting the output if the temperature of any electronic component exceeds a predetermined temperature. There is something to do.
例えば、下記特許文献1には、複数のスイッチング素子のうち、素子ごとに設定された出力制限温度から素子の現在温度を差し引いた「猶予温度」が最小である素子の温度を「制限対象温度」として推定し、制限対象温度がその素子の出力制限温度に到達したときに電力変換回路の出力制限を開始するようにした技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 below states that among a plurality of switching elements, the temperature of the element with the minimum "grace temperature", which is obtained by subtracting the current temperature of the element from the output limit temperature set for each element, is set as the "limiting target temperature". A technique is disclosed in which the output limit of the power conversion circuit is started when the limit target temperature reaches the output limit temperature of the element.
また、下記特許文献2には、バッテリに対して並列に接続されたコンデンサに流れる電流であるコンデンサ電流に基づいて、そのコンデンサの温度であるコンデンサ温度を推定し、コンデンサ温度に基づいて、バッテリからインバータに流れる電流を制限するようにした技術が開示されている。 Further, in Patent Document 2 below, the capacitor temperature, which is the temperature of the capacitor, is estimated based on the capacitor current, which is the current flowing in the capacitor connected in parallel to the battery, and the temperature of the capacitor is estimated based on the capacitor temperature. A technique has been disclosed that limits the current flowing through an inverter.
温度を監視する対象となる各監視対象物のそれぞれに温度センサを設けると、多数の温度センサが必要となってシステムの構成が煩雑化するおそれがある。そこで、温度センサによって検出された第1監視対象物の温度に基づいて、第1監視対象物とは異なる第2監視対象物の温度を推定することが考えられる。しかしながら、従来技術では、第2監視対象物の温度を精度よく推定する観点から、改善の余地があった。 If a temperature sensor is provided for each object whose temperature is to be monitored, a large number of temperature sensors will be required, which may complicate the system configuration. Therefore, it is conceivable to estimate the temperature of a second monitored object, which is different from the first monitored object, based on the temperature of the first monitored object detected by the temperature sensor. However, in the conventional technology, there is room for improvement from the viewpoint of accurately estimating the temperature of the second monitored object.
本発明は、温度センサによって検出された第1監視対象物の温度に基づいて、第1監視対象物とは異なる第2監視対象物の温度を精度よく推定することを可能にする温度推定システムを提供する。 The present invention provides a temperature estimation system that makes it possible to accurately estimate the temperature of a second monitoring target, which is different from the first monitoring target, based on the temperature of the first monitoring target detected by a temperature sensor. provide.
本発明の一態様は、
それぞれが1つ又は複数の電子部品により構成される第1監視対象物及び第2監視対象物と、
前記第1監視対象物及び前記第2監視対象物を冷却する冷媒が流れる冷却経路を有する冷却装置と、
前記第1監視対象物の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された前記第1監視対象物の温度に基づいて、前記第2監視対象物の温度を推定する制御装置と、
を備える温度推定システムであって、
前記制御装置は、
前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量をゼロと仮定した場合の前記第1監視対象物の温度推定値である第1温度推定値と、前記第1監視対象物の温度とに基づいて、前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量を導出し、
前記第1監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2監視対象物の温度である第2温度推定値を推定する、
温度推定システムである。
One aspect of the present invention is
a first monitoring object and a second monitoring object, each of which is composed of one or more electronic components;
a cooling device having a cooling path through which a refrigerant for cooling the first monitoring object and the second monitoring object flows;
a temperature sensor that detects the temperature of the first monitoring object;
a control device that estimates the temperature of the second monitoring target based on the temperature of the first monitoring target detected by the temperature sensor;
A temperature estimation system comprising:
The control device includes:
Based on the temperature of the first monitored object and a first temperature estimate that is an estimated temperature of the first monitored object assuming that the amount of heat transmitted from the first monitored object to the cooling path is zero. deriving the amount of heat transmitted from the first monitoring object to the cooling path,
a second temperature estimate, which is the temperature of the second monitoring target, based on the amount of heat transmitted from the first monitoring target to the cooling path and the amount of heat generated according to the current operating state of the second monitoring target; estimate,
It is a temperature estimation system.
本発明によれば、温度センサによって検出された第1監視対象物の温度に基づいて、第1監視対象物とは異なる第2監視対象物の温度を精度よく推定することを可能にする温度推定システムを提供できる。 According to the present invention, temperature estimation makes it possible to accurately estimate the temperature of a second monitoring target different from the first monitoring target based on the temperature of the first monitoring target detected by a temperature sensor. system can be provided.
以下、本発明の温度推定システムの一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、同一又は類似の要素には同一又は類似の符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化することがある。 Hereinafter, one embodiment of the temperature estimation system of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, below, the same or similar code|symbol may be attached|subjected to the same or similar element, and the description may be abbreviate|omitted or simplified suitably.
<温度推定システム>
本実施形態の温度推定システムは、温度センサによって検出された第1監視対象物の温度に基づいて、第1監視対象物とは異なる第2監視対象物の温度を推定することを可能とするシステムである。これにより、第2監視対象物の温度を検出する温度センサを設けずとも第2監視対象物の温度を取得でき、構成の簡素化を図ることが可能となる。
<Temperature estimation system>
The temperature estimation system of this embodiment is a system that makes it possible to estimate the temperature of a second monitoring target different from the first monitoring target, based on the temperature of the first monitoring target detected by a temperature sensor. It is. Thereby, the temperature of the second monitoring object can be obtained without providing a temperature sensor for detecting the temperature of the second monitoring object, and the configuration can be simplified.
ここで、第1監視対象物及び第2監視対象物は、それぞれが1つ又は複数の電子部品により構成され、動作すること(換言すると電力が供給されること)により発熱し得る物品とすることができる。第1監視対象物及び第2監視対象物としての物品は特に限定されないが、本実施形態では、IPM(Intelligent Power Module)を第1監視対象物とし、第1監視対象物であるIPMの出力側に接続されたコンデンサを第2監視対象物とした場合の例を説明する。 Here, the first monitoring object and the second monitoring object are each made up of one or more electronic components, and are objects that can generate heat when operating (in other words, being supplied with electric power). I can do it. Although the articles as the first monitoring object and the second monitoring object are not particularly limited, in this embodiment, an IPM (Intelligent Power Module) is the first monitoring object, and the output side of the IPM, which is the first monitoring object, is An example will be described in which a capacitor connected to the second monitoring target is a capacitor connected to the second monitoring target.
図1に示すように、本実施形態の温度推定システム1は、電圧電流源PS及び負荷ELのそれぞれと電気的に接続される電力変換装置10と、温度推定システム1全体を統括制御する制御装置20とを含んで構成される。なお、本実施形態では、温度推定システム1が、電気自動車又はハイブリッド電気自動車といった駆動源としてのモータを備える電動車両(不図示)に搭載されているものとする。以下、温度推定システム1が搭載された電動車両を単に「車両」ともいう。
As shown in FIG. 1, the temperature estimation system 1 of this embodiment includes a
電圧電流源PSは、電力変換装置10に対して所定の電力を出力可能に構成された電圧電流源であり、例えば、車両に搭載された蓄電装置としてのバッテリである。より具体的には、電圧電流源PSは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等により実現される蓄電セルを直列又は直並列に複数接続して構成され、100~200[V]といった高電圧を出力可能な高電圧バッテリ(いわゆる駆動用バッテリ)とすることができる。また、電圧電流源PSは、このような高電圧バッテリに限られず、例えば、12[V]程度の低電圧を出力可能な低電圧バッテリ(いわゆる補機用バッテリ)、燃料電池、あるいは発電機等であってもよい。
The voltage and current source PS is a voltage and current source configured to be able to output a predetermined amount of power to the
負荷ELは、電力変換装置10から供給された電力により動作する電動機器であり、例えば、車両の駆動源であるモータ(以下「駆動用モータ」ともいう)、あるいは駆動用モータへ供給される電力の変換を行うインバータとすることができる。また、負荷ELは、このような駆動用モータやインバータに限られず、例えば、車両に搭載されたファン、ポンプ、あるいはコンプレッサを駆動するモータ(例えば空調装置のモータ)等であってもよい。
The load EL is an electric device that operates using electric power supplied from the
電力変換装置10は、制御装置20による制御にしたがって、電圧電流源PSから供給された電力から所定の電力を生成し、生成した電力を負荷ELへ出力する装置である。具体的に説明すると、電力変換装置10は、第1監視対象物の一例であるIPM11と、第2監視対象物の一例であるコンデンサ12と、冷却装置13と、温度センサ14と、電圧センサ15と、電流センサ16とを含んで構成される。例えば、電力変換装置10は、IPM11、コンデンサ12、冷却装置13、温度センサ14、電圧センサ15、及び電流センサ16を同一の筐体内に収容して構成される。
The
IPM11は、MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)やIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等により実現されるスイッチング素子(不図示)を複数有する。そして、IPM11は、制御装置20による制御にしたがって、これら複数のスイッチング素子をスイッチングすることにより所定の電力を生成し、生成した電力を出力する。
The
コンデンサ12は、IPM11の出力側(より具体的にはIPM11と負荷ELとの間)に接続されたコンデンサであり、IPM11から出力された電力を平滑化する平滑コンデンサとして機能し得る。
The
具体的に説明すると、図2に示すように、IPM11とコンデンサ12とは、銅板等を用いて構成された第1バスバー19a及び第2バスバー19bを介して電気的且つ熱的に接続されている。そして、IPM11から出力された電力は、コンデンサ12によって平滑化されて負荷ELに供給されるようになっている。これにより、リプルの小さい安定した電力を負荷ELに供給できる。
Specifically, as shown in FIG. 2, the IPM 11 and the
冷却装置13は、IPM11及びコンデンサ12を冷却する装置である。具体的に説明すると、図2に示すように、冷却装置13は、IPM11及びコンデンサ12を冷却する冷媒(例えば「LLC」と称される冷却水)が流れる冷却経路13aと、冷却経路13aを流れる冷媒の熱を外気に放熱する放熱装置としてのラジエータ(不図示)と、冷却装置13内で冷媒を循環させるポンプ(不図示)とを有する。そして、IPM11及びコンデンサ12は、冷却経路13aを流れる冷媒と熱交換可能な状態で冷却装置13上に配置されており、IPM11及びコンデンサ12の熱は、冷却経路13aを流れる冷媒に伝えられた後、ラジエータによって外気へ放熱されるようになっている。これにより、発熱し得るIPM11及びコンデンサ12を冷却装置13によって冷却し、これらの温度上昇を抑制できる。
The
温度センサ14は、IPM11の温度を検出し、検出されたIPM11の温度を示す検出信号を制御装置20へ出力するセンサである。電圧センサ15は、IPM11から出力される電力の電圧値(以下「出力電圧値」ともいう)を検出し、検出された出力電圧値を示す検出信号を制御装置20へ出力するセンサである。電流センサ16は、IPM11から出力される電力の電流値(以下「出力電流値」ともいう)を検出し、検出された出力電流値を示す検出信号を制御装置20へ出力するセンサである。
The
制御装置20は、温度推定システム1全体を統括制御するコンピュータであり、例えば、各種演算を行うプロセッサ(例えばいわゆるCPU)、各種情報(例えばデータやプログラム)を記憶する非一過性の記憶媒体(例えばフラッシュメモリ)を有する記憶装置、制御装置20の内部と外部とのデータの入出力を制御する入出力装置等を備えるECU(Electronic Control Unit)によって実現される。なお、制御装置20は、1つのECUによって実現されてもよいし、複数のECUが協調動作することによって実現されてもよい。
The
制御装置20は、例えば、所定の制御信号を電力変換装置10へ適宜出力することで、IPM11から出力される電力(換言するとコンデンサ12や負荷ELに供給される電力)を制御する。
The
詳細は後述するが、本実施形態では、制御装置20は、温度センサ14によって検出されたIPM11の温度に基づいてコンデンサ12の温度を推定し、コンデンサ12の温度が所定の閾値を超える場合には、コンデンサ12の温度が閾値を超えない場合に比べて、IPM11から出力される電力を小さくする。これにより、コンデンサ12の温度が所定の閾値を超える(換言するとコンデンサ12が高温状態になる)と推定される場合には、IPM11から出力される電力(換言するとコンデンサ12に供給される電力)を小さくしてコンデンサ12の温度上昇を抑制できる。したがって、コンデンサ12の過熱を抑制でき、過熱によるコンデンサ12の劣化や破損を抑制することが可能となる。
Although details will be described later, in this embodiment, the
ところで、温度推定システム1の運用中に、冷却装置13からの冷媒漏れや冷却経路13aの詰まり等の何らかの要因によって冷却装置13の冷却性能が正常時よりも低下する「冷却異常」が発生することがある。このような冷却異常が発生すると、IPM11やコンデンサ12から冷却経路13a(すなわち冷却装置13の冷媒)に伝わる熱量が正常時から変化し得る。このため、仮に、IPM11やコンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量を常時一定として制御装置20がコンデンサ12の温度を推定するようにしていると、冷却異常が発生した場合にコンデンサ12の温度を精度よく推定することが困難となる。
By the way, during operation of the temperature estimation system 1, a "cooling abnormality" may occur in which the cooling performance of the
そこで、本実施形態では、以下に説明する推定方法によってコンデンサ12の温度を推定することで、冷却異常によって変化し得るIPM11やコンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量を考慮してコンデンサ12の温度を推定することを可能にする。これにより、冷却異常が発生したとしてもコンデンサ12の温度を精度よく推定することが可能となる。
Therefore, in this embodiment, the temperature of the
<コンデンサの温度の推定方法>
制御装置20は、例えば、車両のイグニッション電源又はアクセサリ電源がオンとされることにより温度推定システム1が起動されると、その起動中の所定のタイミングで(例えば所定の周期で)、以下に説明する推定方法によってコンデンサ12の温度を推定する。
<How to estimate capacitor temperature>
For example, when the temperature estimation system 1 is started by turning on the ignition power source or the accessory power source of the vehicle, the
まず、制御装置20は、冷却異常によって変化し得るIPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWを導出する。熱量QIWは、例えば、下記の(1)式によって導出できる。
First, the
上記(1)式において、T’IPMは、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量をゼロと仮定した場合(換言すると、冷却装置13によるIPM11に対する冷却効果がゼロと仮定した場合)のIPM11の温度推定値であり、第1温度推定値の一例である。以下、IPM11の温度推定値を「IPM温度推定値」ともいい、さらに、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量をゼロと仮定した場合のIPM温度推定値を「IPM温度推定値T’IPM」ともいう。
In the above equation (1), T' IPM is the temperature estimation of the
本実施形態では、IPM温度推定値T’IPMを導出するためのIPM温度推定マップが制御装置20にあらかじめ記憶されているものとする。このIPM温度推定マップは、IPM11がとり得る出力電圧値及び出力電流値ごとのIPM温度推定値T’IPMを規定したマップ(情報)である。そして、制御装置20は、電圧センサ15によって検出された出力電圧値と、電流センサ16によって検出された出力電流値と、IPM温度推定マップとを参照して、IPM11の現在の出力電圧値及び出力電流値に対応するIPM温度推定値T’IPMを導出する。上記(1)式におけるT’IPMとしては、このようにして導出されたIPM11の現在の出力に応じたIPM温度推定値T’IPMが用いられる。
In this embodiment, it is assumed that an IPM temperature estimation map for deriving the IPM temperature estimation value T' IPM is stored in advance in the
上記(1)式において、TIPMは、温度センサ14によって検出されたIPM11の温度の実測値である。以下、温度センサ14によって検出されたIPM11の温度の実測値を「IPM温度TIPM」ともいう。
In the above equation (1), T IPM is the actual value of the temperature of the
上記(1)式において、Rwは、IPM11から冷却経路13aへの熱抵抗である。熱抵抗Rwとしては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。
In the above equation (1), R w is the thermal resistance from the
冷却異常が発生していない正常時には、IPM温度TIPMがIPM温度推定値T’IPMよりも小さくなることから、上記(1)式により導出される熱量QIWはゼロよりも大きくなる。一方、冷却異常が発生すると、IPM温度TIPMはIPM温度推定値T’IPMに近づくことになる。このため、上記(1)式により導出される熱量QIWは、正常時に比べて小さくなり、例えば略ゼロとなり得る。 In a normal state when no cooling abnormality occurs, the IPM temperature T IPM is smaller than the estimated IPM temperature T' IPM , so the amount of heat Q IW derived from the above equation (1) becomes larger than zero. On the other hand, when a cooling abnormality occurs, the IPM temperature T IPM approaches the estimated IPM temperature value T' IPM . Therefore, the amount of heat Q IW derived from the above equation (1) becomes smaller than in normal times, and may become approximately zero, for example.
つぎに、制御装置20は、上記(1)式により導出された熱量QIWと、コンデンサ12の現在の動作状態に応じた発熱量(例えば後述する発熱量QC)とに基づいて、コンデンサ12の温度を推定する。
Next, the
本実施形態の例では、コンデンサ12は、第1バスバー19a及び第2バスバー19bを介してIPM11と熱的に接続されている。よって、コンデンサ12の温度を精度よく推定するためには、コンデンサ12自体の発熱だけでなく、IPM11から第1バスバー19a及び第2バスバー19bを介してコンデンサ12に伝わる熱量も考慮するのが好ましい。
In the example of this embodiment, the
そこで、制御装置20は、IPM温度TIPMに基づいて第1バスバー19aの温度(以下「第1バスバー温度TBus1」ともいう)を導出し、第1バスバー温度TBus1に基づいて第2バスバー19bの温度(以下「第2バスバー温度TBus2」ともいう)を導出し、第2バスバー温度TBus2に基づいてコンデンサ12の温度を推定する。これにより、IPM11から第1バスバー19a及び第2バスバー19bを介してコンデンサ12に伝わる熱量も考慮してコンデンサ12の温度を推定でき、コンデンサ12の温度を精度よく推定することが可能となる。
Therefore, the
具体的に説明すると、第1バスバー温度TBus1は、例えば、下記の(2)式によって導出できる。 To explain specifically, the first bus bar temperature T Bus1 can be derived by, for example, the following equation (2).
上記(2)式において、TIPMは、上記(1)式におけるIPM温度TIPMと同様である。T’Bus1は、例えば、直近(すなわち前回)に導出された第1バスバー温度TBus1とすることができる。Rth1は、IPM11から第1バスバー19aへの熱抵抗である。熱抵抗Rth1としては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。
In the above equation (2), T IPM is the same as the IPM temperature T IPM in the above equation (1). T' Bus1 can be, for example, the first bus bar temperature T Bus1 derived most recently (that is, the previous time). R th1 is the thermal resistance from the
上記(2)式において、QIは、IPM11の現在の出力(換言するとIPM11の現在の動作状態)に応じたIPM11の発熱量である。発熱量QIは、例えば、IPM温度TIPMと、IPM11の熱容量であるCIPMとに基づいて導出できる。なお、この場合、熱容量CIPMとしては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。
In the above equation (2), Q I is the amount of heat generated by the
また、例えば、IPM11がとり得る出力電圧値及び出力電流値ごとのIPM11の発熱量を規定したマップを制御装置20にあらかじめ記憶しておき、制御装置20は、このマップと、電圧センサ15によって検出された出力電圧値と、電流センサ16によって検出された出力電流値とを参照して、IPM11の現在の出力電圧値及び出力電流値に対応する発熱量QIを導出するようにしてもよい。
Further, for example, a map that defines the amount of heat generated by the
上記(2)式において、QIWは、上記(1)式により導出された熱量QIWである。なお、前述したように、冷却異常が発生していない正常時には、熱量QIWはゼロよりも大きくなる。一方、冷却異常が発生した場合には、熱量QIWは、正常時に比べて小さくなり、例えば略ゼロとなり得る。 In the above equation (2), Q IW is the amount of heat Q IW derived from the above equation (1). Note that, as described above, during normal conditions when no cooling abnormality occurs, the amount of heat Q IW is greater than zero. On the other hand, when a cooling abnormality occurs, the amount of heat Q IW becomes smaller than when it is normal, and may become approximately zero, for example.
上記(2)式において、CBus1は、第1バスバー19aの熱容量である。熱容量CBus1としては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。
In the above equation (2), C Bus1 is the heat capacity of the
上記(2)式において、tは、時期をあらわすパラメータであり、例えば、温度推定システム1が直近に起動されたときからの経過時間により特定される時期をあらわす。一例として、上記(2)式のtに、温度推定システム1が直近に起動されたときから現在までの経過時間に対応する値を入れることにより、現在の第1バスバー温度TBus1を導出できる。また、他の一例として、上記(2)式のtに現在以降の時期に対応する値を入れることにより、将来の第1バスバー温度TBus1を導出することもできる。 In the above equation (2), t is a parameter representing a time, and represents, for example, a time specified by the elapsed time since the temperature estimation system 1 was most recently activated. As an example, the current first bus bar temperature T Bus1 can be derived by inserting a value corresponding to the elapsed time from when the temperature estimation system 1 was most recently activated to the present time into t in the above equation (2). Further, as another example, the future first bus bar temperature T Bus1 can be derived by inserting a value corresponding to a period after the present time into t in the above equation (2).
第2バスバー温度TBus2は、例えば、下記の(3)式によって導出できる。 The second bus bar temperature T Bus2 can be derived, for example, by the following equation (3).
上記(3)式において、TBus1は、上記(2)式により導出された第1バスバー温度TBus1である。T’Bus2は、例えば、直近(すなわち前回)に導出された第2バスバー温度TBus2とすることができる。Rth2は、第1バスバー19aから第2バスバー19bへの熱抵抗である。熱抵抗Rth2としては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。CBus2は、第2バスバー19bの熱容量である。熱容量CBus2としては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。tは、上記(2)式におけるtと同様である。
In the above equation (3), T Bus1 is the first bus bar temperature T Bus1 derived from the above equation (2). T' Bus2 can be, for example, the second bus bar temperature T Bus2 derived most recently (that is, the previous time). R th2 is the thermal resistance from the
コンデンサ12の温度の推定値であるコンデンサ温度推定値TCは、第2温度推定値の一例であり、例えば、下記の(4)式によって導出できる。
The capacitor temperature estimated value TC , which is the estimated value of the temperature of the
上記(4)式において、TBus2は、上記(3)式により導出された第2バスバー温度TBus2である。T’Cは、例えば、直近(すなわち前回)に導出されたコンデンサ温度推定値TCとすることができる。Rth3は、第2バスバー19bからコンデンサ12への熱抵抗である。熱抵抗Rth3としては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。
In the above equation (4), T Bus2 is the second bus bar temperature T Bus2 derived from the above equation (3). T' C can be, for example, the most recently (ie, previous) derived capacitor temperature estimate T C. R th3 is the thermal resistance from the
上記(4)式において、QCは、コンデンサ12の現在の動作状態(すなわちコンデンサ12に現在供給されている電力。換言するとIPM11の現在の出力)に応じたコンデンサ12の発熱量である。
In the above equation (4), QC is the amount of heat generated by the
本実施形態では、発熱量QCを導出するためのコンデンサ発熱量マップが制御装置20にあらかじめ記憶されているものとする。このコンデンサ発熱量マップは、IPM11がとり得る出力電圧値及び出力電流値ごとのコンデンサ12の発熱量を規定したマップである。そして、制御装置20は、電圧センサ15によって検出された出力電圧値と、電流センサ16によって検出された出力電流値と、コンデンサ発熱量マップとを参照して、IPM11の現在の出力電圧値及び出力電流値に対応するコンデンサ12の発熱量を、発熱量QCとして導出する。上記(4)式におけるQCとしては、このようにして導出された発熱量QCが用いられる。
In this embodiment, it is assumed that a capacitor heat generation map for deriving the heat generation amount QC is stored in advance in the
上記(4)式において、CCは、コンデンサ12の熱容量である。熱容量CCとしては、例えば、実験等により求められた所定値が制御装置20にあらかじめ記憶されている。tは、上記(2)式等におけるtと同様である。
In the above equation (4), C C is the heat capacity of the
上記(4)式において、QCWは、冷却異常によって変化し得るコンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量である。熱量QCWは、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWとIPM11の発熱量QIとの比と、コンデンサ12の発熱量QCとに基づいて導出できる。より具体的には、熱量QIWと発熱量QIとの比をk(すなわちk=熱量QIW/発熱量QI)とすると、コンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量QCWは、例えば、下記の(5)式によって導出できる。
In the above equation (4), Q CW is the amount of heat transmitted from the
なお、前述したように、冷却異常が発生した場合には、熱量QIWが略ゼロとなり得ることから、kも略ゼロとなり得る。換言すると、冷却異常が発生して冷却装置13によるIPM11に対する冷却効果がゼロになったと仮定した場合には、上記(5)式により導出される熱量QCWをゼロとみなせる。すなわち、上記(4)式における熱量QCWをゼロとすれば、冷却異常が発生して冷却装置13によるIPM11に対する冷却効果がゼロになったと仮定した場合のコンデンサ温度推定値TCを導出できる。
Note that, as described above, when a cooling abnormality occurs, the amount of heat Q IW can be approximately zero, and therefore k can also be approximately zero. In other words, if it is assumed that a cooling abnormality occurs and the cooling effect of the
以上に説明したように、制御装置20は、第1監視対象物であるIPM11から冷却経路13aに伝わる熱量をゼロと仮定した場合のIPM11の温度推定値であるIPM温度推定値T’IPMと、温度センサ14によって検出されたIPM11の温度の実測値であるIPM温度TIPMとに基づいて、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWを導出する。そして、制御装置20は、この熱量QIWと、第2監視対象物であるコンデンサ12の現在の動作状態に応じた発熱量QCとに基づいて、コンデンサ12の温度の推定値であるコンデンサ温度推定値TCを導出する。
As explained above, the
すなわち、IPM11とコンデンサ12とは共通の冷却経路13aによって冷却されるため、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWが把握できれば、コンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量QCWもおおまかに把握できる。したがって、熱量QIWと、コンデンサ12の現在の動作状態に応じた発熱量QCとに基づいて、コンデンサ温度推定値TCを導出することで、冷却異常によって変化し得るコンデンサ12から冷却経路13aに伝わるおおまかな熱量を考慮してコンデンサ12の温度を推定することが可能となり、冷却異常が発生したとしてもコンデンサ12の温度を精度よく推定することが可能となる。
That is, since the
より具体的には、例えば、制御装置20は、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWとIPM11の現在の動作状態に応じた発熱量QIとの比であるkと、コンデンサ12の現在の動作状態に応じた発熱量QCとに基づいて、コンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量QCWを導出する。そして、制御装置20は、この熱量QCWと、コンデンサ12の現在の動作状態に応じた発熱量QCとに基づいて、コンデンサ温度推定値TCを導出する。これにより、コンデンサ12から冷却経路13aに伝わる熱量QCWを考慮してコンデンサ12の温度を推定することが可能となり、冷却異常が発生したとしてもコンデンサ12の温度を精度よく推定することが可能となる。
More specifically, for example, the
また、制御装置20は、さらにIPM11からコンデンサ12に伝わる熱量に基づいて、コンデンサ温度推定値TCを導出することができる。これにより、IPM11からコンデンサ12に伝わる熱量(本実施形態の例ではIPM11から第1バスバー19a及び第2バスバー19bを介してコンデンサ12に伝わる熱量)も考慮してコンデンサ12の温度をより精度よく推定することが可能となる。IPM11からコンデンサ12に伝わる熱量を、IPM11から冷却経路13aに伝わる熱量QIWを考慮したもの(例えば上記(2)式を参照)とすることで、コンデンサ12の温度をより精度よく推定することが可能となる。
Further, the
<制御装置によるIPMの出力制御例>
上記(2)式から(4)式までの各式は、時期をあらわすパラメータとしてのtを含む。このため、制御装置20は、上記(2)式から(4)式までの各式のtに現在以降の時期に対応する値を入れることにより、将来のコンデンサ12の温度を推定することができる。
<Example of IPM output control by control device>
Each of the above equations (2) to (4) includes t as a parameter representing time. Therefore, the
そこで、本実施形態では、制御装置20は、将来のコンデンサ12の温度を推定し、コンデンサ12の温度が所定の閾値を超えると予測された場合には、コンデンサ12の温度が閾値を超えない場合に比べて、IPM11から出力される電力を小さくする。これにより、コンデンサ12の温度上昇を抑制でき、コンデンサ12の温度が閾値を超えるオーバーシュート(以下、単に「オーバーシュート」ともいう)が発生するのを抑制することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the
以下、将来のコンデンサ12の温度の推定結果に基づくIPM11の出力制御例について、図3を参照しながら説明する。なお、図3中の上図及び下図において、左側の縦軸はコンデンサ12の温度[℃]をあらわし、右側の縦軸はIPM11の出力(すなわち電力)[W]をあらわし、横軸は時期をあらわすものとする。
Hereinafter, an example of output control of the
図3中の上図に示すように、制御装置20は、IPM11の出力をP1[W]としている時期t1において、IPM11の出力を現状のP1[W]に維持した場合の将来のコンデンサ12の温度を推定する。その結果、推定されたコンデンサ12の温度が、図3中の上図に示すように、所定の閾値である温度TTHを超えるものであったとする。なお、温度TTHは、例えば、コンデンサ12の耐熱性能等を勘案して温度推定システム1の製造者等により定められ、制御装置20にあらかじめ設定される。
As shown in the upper diagram of FIG. 3, the
このように、現状の出力(ここで説明する例ではP1[W])を維持するとコンデンサ12の温度が将来的に温度TTHを超えると予測された場合、図3中の下図に示すように、制御装置20は、例えば、時期t1からIPM11の出力をP1[W]よりも小さくする。これにより、時期t1以降のコンデンサ12の温度上昇を抑制でき、オーバーシュートが発生するのを抑制することが可能となる。
In this way, if it is predicted that the temperature of the
より具体的には、例えば、制御装置20は、時間経過に伴って、IPM11の出力をP2[W]、P3[W]、P4[W](ただしP1[W]>P2[W]>P3[W]>P4[W])といったように段階的に小さくしていく。これにより、制御装置20は、精度よく推定された将来のコンデンサ12の温度に基づきIPM11の出力を細やかに制御して、オーバーシュートが発生しないようにIPM11の出力を徐々に小さくしていくといった適切なパワーセーブ制御を行うことが可能となる。
More specifically, for example, the
これに対し、仮に、制御装置20がコンデンサ12の温度を精度よく推定できない場合には、コンデンサ12を過熱から確実に保護する観点から、余裕のある安全マージンを加味してIPM11の出力を制限せざるを得なくなる。その結果、過剰な出力制限が実施されやすくなる傾向となり、IPM11の出力性能を有効に発揮させることができなくなることもある。
On the other hand, if the
以上に説明したように、本実施形態によれば、温度センサ14によって検出された第1監視対象物であるIPM11の温度に基づいて、第1監視対象物とは異なる第2監視対象物であるコンデンサ12の温度を精度よく推定することを可能にする温度推定システム1を提供できる。そして、ひいては、車両のエネルギー効率の改善にも寄与するものである。
As explained above, according to the present embodiment, based on the temperature of the
以上、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述した実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment. It is clear that those skilled in the art can come up with various changes or modifications within the scope of the claims, and these naturally fall within the technical scope of the present invention. Understood. Further, each component in the embodiments described above may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
例えば、前述した実施形態では、温度推定システム1を電動車両に適用した例を説明したが、温度推定システム1は、電動車両に限られず、複数の電子部品を備える各種機器に適用することも可能である。 For example, in the embodiment described above, an example was explained in which the temperature estimation system 1 is applied to an electric vehicle, but the temperature estimation system 1 is not limited to electric vehicles, but can also be applied to various devices including multiple electronic components. It is.
本明細書等には少なくとも以下の事項が記載されている。括弧内には、前述した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。 This specification etc. describes at least the following matters. Corresponding components in the above-described embodiment are shown in parentheses, but the present invention is not limited thereto.
(1) それぞれが1つ又は複数の電子部品により構成される第1監視対象物(IPM11)及び第2監視対象物(コンデンサ12)と、
前記第1監視対象物及び前記第2監視対象物を冷却する冷媒が流れる冷却経路(冷却経路13a)を有する冷却装置(冷却装置13)と、
前記第1監視対象物の温度を検出する温度センサ(温度センサ14)と、
前記温度センサによって検出された前記第1監視対象物の温度に基づいて、前記第2監視対象物の温度を推定する制御装置(制御装置20)と、
を備える温度推定システム(温度推定システム1)であって、
前記制御装置は、
前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量をゼロと仮定した場合の前記第1監視対象物の温度推定値である第1温度推定値(IPM温度推定値T’IPM)と、前記第1監視対象物の温度(IPM温度TIPM)とに基づいて、前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量(熱量QIW)を導出し、
前記第1監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量(発熱量QC)とに基づいて、前記第2監視対象物の温度である第2温度推定値(コンデンサ温度推定値TC)を推定する、
温度推定システム。
(1) A first monitoring object (IPM 11) and a second monitoring object (capacitor 12), each of which is composed of one or more electronic components,
a cooling device (cooling device 13) having a cooling path (cooling
a temperature sensor (temperature sensor 14) that detects the temperature of the first monitoring object;
a control device (control device 20) that estimates the temperature of the second monitoring object based on the temperature of the first monitoring object detected by the temperature sensor;
A temperature estimation system (temperature estimation system 1) comprising:
The control device includes:
a first temperature estimate (IPM temperature estimate T' IPM ) which is an estimated temperature value of the first monitored object when the amount of heat transmitted from the first monitored object to the cooling path is assumed to be zero; Deriving the amount of heat (amount of heat Q IW ) transmitted from the first monitoring object to the cooling path based on the temperature of the first monitoring object (IPM temperature T IPM ),
The temperature of the second monitored object is determined based on the amount of heat transmitted from the first monitored object to the cooling path and the amount of heat generated (heat amount Q C ) according to the current operating state of the second monitored object. estimating a certain second temperature estimate (capacitor temperature estimate T C );
Temperature estimation system.
(1)によれば、冷却異常によって変化し得る第2監視対象物から冷却経路に伝わるおおまかな熱量を考慮して第2監視対象物の温度を推定することが可能となり、冷却異常が発生したとしても第2監視対象物の温度を精度よく推定することが可能となる。 According to (1), it is possible to estimate the temperature of the second monitoring object by taking into account the approximate amount of heat transferred from the second monitoring object to the cooling path, which can change due to a cooling abnormality, and it is possible to estimate the temperature of the second monitoring object when a cooling abnormality occurs. Even in this case, it is possible to estimate the temperature of the second monitored object with high accuracy.
(2) (1)に記載の温度推定システムであって、
前記制御装置は、
前記第1監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と前記第1監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量との比と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量を導出し、
前記第2監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。
(2) The temperature estimation system according to (1),
The control device includes:
a ratio between the amount of heat transferred from the first monitoring object to the cooling path and the amount of heat generated according to the current operating state of the first monitoring object; and the amount of heat generated depending on the current operating state of the second monitoring object. Deriving the amount of heat transmitted from the second monitoring object to the cooling path based on
estimating the second temperature estimate based on the amount of heat transmitted from the second monitoring object to the cooling path and the amount of heat depending on the current operating state of the second monitoring object;
Temperature estimation system.
(2)によれば、第2監視対象物から冷却経路に伝わる熱量を考慮して第2監視対象物の温度を推定することが可能となり、冷却異常が発生したとしても第2監視対象物の温度を精度よく推定することが可能となる。 According to (2), it is possible to estimate the temperature of the second monitored object by considering the amount of heat transferred from the second monitored object to the cooling path, and even if a cooling abnormality occurs, the temperature of the second monitored object can be estimated. It becomes possible to estimate the temperature with high accuracy.
(3) (1)に記載の温度推定システムであって、
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から前記第2監視対象物に伝わる熱量に基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。
(3) The temperature estimation system according to (1),
The control device further estimates the second temperature estimate based on the amount of heat transferred from the first monitoring object to the second monitoring object.
Temperature estimation system.
(3)によれば、第1監視対象物から第2監視対象物に伝わる熱量も考慮して第2監視対象物の温度を推定することが可能となり、第2監視対象物の温度を精度よく推定することが可能となる。 According to (3), it is possible to estimate the temperature of the second monitored object by taking into account the amount of heat transferred from the first monitored object to the second monitored object, and the temperature of the second monitored object can be estimated with high accuracy. It becomes possible to estimate.
(4) (2)に記載の温度推定システムであって、
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から前記第2監視対象物に伝わる熱量に基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。
(4) The temperature estimation system according to (2),
The control device further estimates the second temperature estimate based on the amount of heat transferred from the first monitoring object to the second monitoring object.
Temperature estimation system.
(4)によれば、第1監視対象物から第2監視対象物に伝わる熱量も考慮して第2監視対象物の温度を推定することが可能となり、第2監視対象物の温度を精度よく推定することが可能となる。 According to (4), it is possible to estimate the temperature of the second monitored object by also taking into account the amount of heat transferred from the first monitored object to the second monitored object, and the temperature of the second monitored object can be estimated with high accuracy. It becomes possible to estimate.
(5) (1)から(4)のいずれかに記載の温度推定システムであって、
前記第1監視対象物は、所定の電力を出力可能な電力変換装置であり、
前記第2監視対象物は、前記第1監視対象物の出力側に接続され、
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から出力される電力を制御可能に構成され、前記第2温度推定値が閾値を超える場合には、前記第2温度推定値が前記閾値を超えない場合に比べて、前記第1監視対象物から出力される電力を小さくする、
温度推定システム。
(5) The temperature estimation system according to any one of (1) to (4),
The first monitoring target is a power conversion device capable of outputting a predetermined power,
The second monitoring target is connected to the output side of the first monitoring target,
The control device is further configured to be able to control power output from the first monitored object, and when the second temperature estimate exceeds the threshold, the second temperature estimate does not exceed the threshold. reducing the power output from the first monitored object compared to the case where
Temperature estimation system.
(5)によれば、第2監視対象物の温度が閾値を超えるオーバーシュートが発生するのを抑制することが可能となる。 According to (5), it is possible to suppress the occurrence of an overshoot in which the temperature of the second monitoring object exceeds the threshold value.
(6) (5)に記載の温度推定システムであって、
前記制御装置は、前記第2温度推定値が前記閾値を超える場合には、前記第1監視対象物から出力される電力を段階的に小さくする、
温度推定システム。
(6) The temperature estimation system according to (5),
The control device step-by-step reduces the power output from the first monitoring object when the second temperature estimate exceeds the threshold.
Temperature estimation system.
(6)によれば、第2監視対象物の温度が閾値を超えるオーバーシュートが発生しないように第1監視対象物の出力を徐々に小さくしていくといった適切なパワーセーブ制御(出力制限)を行うことが可能となる。 According to (6), appropriate power save control (output limitation) is carried out to gradually reduce the output of the first monitored object so that the temperature of the second monitored object does not overshoot beyond the threshold. It becomes possible to do so.
1 温度推定システム1
11 IPM(第1監視対象物)
12 コンデンサ(第2監視対象物)
13 冷却装置
13a 冷却経路
14 温度センサ
20 制御装置
1 Temperature estimation system 1
11 IPM (first monitoring object)
12 Capacitor (second monitoring object)
13
Claims (6)
前記第1監視対象物及び前記第2監視対象物を冷却する冷媒が流れる冷却経路を有する冷却装置と、
前記第1監視対象物の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された前記第1監視対象物の温度に基づいて、前記第2監視対象物の温度を推定する制御装置と、
を備える温度推定システムであって、
前記制御装置は、
前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量をゼロと仮定した場合の前記第1監視対象物の温度推定値である第1温度推定値と、前記第1監視対象物の温度とに基づいて、前記第1監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量を導出し、
前記第1監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2監視対象物の温度である第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。 a first monitoring object and a second monitoring object, each of which is composed of one or more electronic components;
a cooling device having a cooling path through which a refrigerant for cooling the first monitoring object and the second monitoring object flows;
a temperature sensor that detects the temperature of the first monitoring object;
a control device that estimates the temperature of the second monitoring target based on the temperature of the first monitoring target detected by the temperature sensor;
A temperature estimation system comprising:
The control device includes:
Based on a first temperature estimate, which is an estimated temperature of the first monitoring object, assuming that the amount of heat transmitted from the first monitoring object to the cooling path is zero, and the temperature of the first monitoring object. deriving the amount of heat transmitted from the first monitoring object to the cooling path,
a second temperature estimate, which is the temperature of the second monitored object, based on the amount of heat transmitted from the first monitored object to the cooling path and the amount of heat generated according to the current operating state of the second monitored object; estimate,
Temperature estimation system.
前記制御装置は、
前記第1監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と前記第1監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量との比と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2監視対象物から前記冷却経路に伝わる熱量を導出し、
前記第2監視対象物から冷却経路に伝わる熱量と、前記第2監視対象物の現在の動作状態に応じた発熱量とに基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。 The temperature estimation system according to claim 1,
The control device includes:
a ratio between the amount of heat transferred from the first monitoring object to the cooling path and the amount of heat generated according to the current operating state of the first monitoring object; and the amount of heat generated depending on the current operating state of the second monitoring object. Deriving the amount of heat transmitted from the second monitoring object to the cooling path based on
estimating the second temperature estimate based on the amount of heat transmitted from the second monitoring object to the cooling path and the amount of heat depending on the current operating state of the second monitoring object;
Temperature estimation system.
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から前記第2監視対象物に伝わる熱量に基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。 The temperature estimation system according to claim 1,
The control device further estimates the second temperature estimate based on the amount of heat transferred from the first monitoring object to the second monitoring object.
Temperature estimation system.
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から前記第2監視対象物に伝わる熱量に基づいて、前記第2温度推定値を推定する、
温度推定システム。 The temperature estimation system according to claim 2,
The control device further estimates the second temperature estimate based on the amount of heat transferred from the first monitoring object to the second monitoring object.
Temperature estimation system.
前記第1監視対象物は、所定の電力を出力可能な電力変換装置であり、
前記第2監視対象物は、前記第1監視対象物の出力側に接続され、
前記制御装置は、さらに前記第1監視対象物から出力される電力を制御可能に構成され、前記第2温度推定値が閾値を超える場合には、前記第2温度推定値が前記閾値を超えない場合に比べて、前記第1監視対象物から出力される電力を小さくする、
温度推定システム。 The temperature estimation system according to any one of claims 1 to 4,
The first monitoring target is a power conversion device capable of outputting a predetermined power,
The second monitoring target is connected to the output side of the first monitoring target,
The control device is further configured to be able to control power output from the first monitored object, and when the second temperature estimate exceeds the threshold, the second temperature estimate does not exceed the threshold. reducing the power output from the first monitored object compared to the case where
Temperature estimation system.
前記制御装置は、前記第2温度推定値が前記閾値を超える場合には、前記第1監視対象物から出力される電力を段階的に小さくする、
温度推定システム。 The temperature estimation system according to claim 5,
The control device step-by-step reduces the power output from the first monitoring object when the second temperature estimate exceeds the threshold.
Temperature estimation system.
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