JP4349447B2 - インバータ制御装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ制御装置および車両に関し、特に、インバータの温度に応じてインバータを制御する制御装置およびその制御装置を備える車両に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。

多くの場合、インバータはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子を含む。ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴの絶縁耐圧（以下、単に「耐圧」と呼ぶ）は周囲温度あるいは接合温度が低くなるにつれて低下する。このためインバータの雰囲気温度に応じてインバータの入力電圧を適切に制御することが必要になる。

特開２００４−１６６３４１号公報（特許文献１）は、雰囲気温度が低下してモータ逆起電圧がインバータ耐圧よりも高くなったとき、インバータの動作特性の低下を防止するように電源からの電圧を変換する電圧変換装置を開示する。この電圧変換装置は、電源からの入力電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を電気負荷に供給する電圧変換器と、雰囲気温度が基準値よりも低下した場合、その電気負荷の温度が上昇するように電圧変換器を駆動する駆動回路とを備える。具体的には、インバータ冷却水温が基準温度から大きく低下するほど、昇圧コンバータ（電圧変換器）の昇圧比が高く設定される。これによりインバータ（電気負荷）の損失がより増加するのでインバータの温度が上昇する。
特開２００４−１６６３４１号公報

半導体スイッチング素子を含むインバータにおいて、半導体スイッチング素子のオフ時には配線の寄生インダクタンスによりサージ電圧が生じる。ここでサージ電圧とは、インバータの入力電圧から、寄生インダクタンスにより生じる逆起電圧までの電圧上昇分を指すものとする。この逆起電圧が半導体スイッチング素子の耐圧を超えないようにするためには、サージ電圧による電圧上昇分を考慮してインバータの入力電圧を定める必要がある。

しかしながら半導体スイッチング素子の温度が低い場合には半導体スイッチング素子の耐圧が低下する。半導体スイッチング素子の耐圧が低いにも拘らずインバータの入力電圧が一定である場合には、耐圧と入力電圧との差、すなわちサージ電圧の許容量が小さくなる。よって、半導体スイッチング素子の温度が低い状態でインバータを駆動すると半導体スイッチング素子に悪影響が生じるおそれがある。特開２００４−１６６３４１号公報には、電気負荷の温度がまだ十分に上がっていない場合における電圧変換器の制御については特に示されていない。

本発明の目的は、インバータの雰囲気温度が低下した場合にもインバータを保護しつつ駆動させることが可能なインバータ制御装置、およびそれを備える車両を提供することである。

本発明は要約すれば、インバータを制御するインバータ制御装置である。インバータ制御装置は、第１の直流電圧を出力する直流電源と、第１の直流電圧の電圧レベルを変換して、第２の直流電圧をインバータに供給する電圧変換部と、インバータの雰囲気温度を検出する温度検出部と、制御部とを備える。制御部は、温度検出部の検出結果に基づいて、雰囲気温度が低下するほど前記第２の直流電圧が低下するように前記電圧変換部を制御する。制御部は、前記第２の直流電圧を交流電圧に変換するようにインバータの動作を制御する。

好ましくは、制御部は、第２の直流電圧が上限値を超えると判定した場合にはインバータを停止させる。

より好ましくは、制御部は、雰囲気温度が低下するにつれて上限値を低下させる。
さらに好ましくは、制御部は、第２の直流電圧を低下させた後に、上限値を低下させる。

好ましくは、インバータ制御装置は、インバータと熱交換可能な熱交換媒体を循環させることによりインバータとの間で熱交換を行なう熱交換装置をさらに備える。雰囲気温度は、熱交換媒体の温度である。

より好ましくは、熱交換媒体は、冷却水である。
好ましくは、制御部は、雰囲気温度が所定の温度より低いと判定した場合には、雰囲気温度の低下に応じて第２の直流電圧が小さくなるように電圧変換部を制御する。

より好ましくは、制御部は、雰囲気温度が所定の温度より高い場合と、雰囲気温度が所定の温度より低い場合とで、インバータの動作周波数を異ならせる。

本発明の他の局面に従うと、車両であって、インバータと、上述のいずれかに記載のインバータ制御装置とを備える。

本発明によれば、インバータの雰囲気温度が低下した場合にも、インバータを保護しつつ駆動させることが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態のインバータ駆動装置を搭載する車両１００の構成を示す図である。車両１００は、エンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とするハイブリッド自動車である。

図１を参照して、車両１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１と、電圧変換部２０と、インバータ１４と、電流センサ２４と、制御装置３０Ａとを備える。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを制御装置３０Ａへ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０Ａからの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、直流電源Ｂの端子間電圧を平滑化する。

電圧変換部２０は、電圧センサ２１と、電流センサ１１と、リアクトルＬ１と、コンバータ１２と、コンデンサＣ２と、電圧センサ１３とを含む。リアクトルＬ１は、一方端がシステムリレーＳＲ１を介して直流電源Ｂの正極と接続される。

電流センサ１１は、直流電源Ｂとコンバータ１２との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御装置３０Ａへ出力する。

コンバータ１２は、電圧ＶＨを出力するコンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１はコンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。コンデンサＣ２はコンバータ１２の出力側に接続されコンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、コンバータ１２の出力側の電圧すなわちコンデンサＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧電位を受けて交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴い交流モータＭ１において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０Ａによって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０Ａへ出力する。

制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。そして制御装置３０Ａは、電圧変換部２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。さらに、制御装置３０Ａは、インバータ１４に対して、コンバータ１２の出力である直流電圧を交流モータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１と、停止指示ＳＴＰ１を出力する。

次に、電圧変換部２０の動作について簡単に説明する。電圧変換部２０中のコンバータ１２は、力行運転時には直流電源Ｂからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、コンバータ１２は、直流電源Ｂに交流モータＭ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、直流電源Ｂの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由して直流電源Ｂの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられるコンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、直流電源Ｂへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、直流電源ＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギが直流電源Ｂに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、直流電源Ｂが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されて直流電源Ｂに回生される。電圧変換部２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、回生制御には、車両１００を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

車両１００は、電流センサ２８およびインバータ１４Ａをさらに備える。
インバータ１４Ａは、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ１４と並列的に接続され、また共に電圧変換部２０に接続される。

インバータ１４Ａは、コンバータ１２から昇圧電位を受けて交流モータＭ２を駆動する。また、インバータ１４Ａは、回生制動に伴い交流モータＭ２において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０Ａによって制御される。

また、車両１００、すなわちハイブリッド車においては、エンジン２００と交流モータＭ１とが動力をやり取りし、あるときは交流モータＭ１はエンジンの始動を行ない、またあるときには交流モータＭ１はエンジンの動力を受けて発電を行なうジェネレータとして働く。

インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａは、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａの構成は、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であるので説明は繰返さない。

インバータ１４ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相アームの中間点は、交流モータＭ２のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの各一方端にそれぞれ接続されている。すなわち、交流モータＭ２は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの他方端が中点に共に接続されている。

電流センサ２８は、交流モータＭ２に流れるモータ電流値ＭＣＲＴ２を検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０Ａへ出力する。

制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬおよびＶＨ、電流値ＩＢおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１に加えて、さらに交流モータＭ２に対応するトルク指令値ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ２、およびモータ電流値ＭＣＲＴ２を受ける。

制御装置３０Ａは、これらの入力に応じて、電圧変換部２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。

また、制御装置３０Ａは、インバータ１４に対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧を交流モータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１と、停止指示ＳＴＰ１とを出力する。

さらに、制御装置３０Ａは、インバータ１４Ａに対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧を交流モータＭ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、交流モータＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２と、停止指示ＳＴＰ２とを出力する。

車両１００は、さらに、リアクトルＬ１の温度を測定し温度値ＴＬを出力する温度センサ３６と、コンバータ１２の温度を測定し温度値ＴＣＶを出力する温度センサ３５と、インバータ１４の温度を測定し温度値Ｔｉ１を出力する温度センサ３１と、インバータ１４Ａの温度を測定し温度値Ｔｉ２を出力する温度センサ３２とを含む。なお、インバータ１４に含まれるＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ６およびインバータ１４Ａに含まれる６個のＩＧＢＴ素子（合計１２個のＩＧＢＴ素子）の温度をそれぞれ検出するための１２個の温度センサを設けてもよい。

制御装置３０Ａは、温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２に基づいて、インバータ１４（１４Ａ）の雰囲気温度が低下するにつれて電圧ＶＨが小さくなるように電圧変換部２０を制御するとともに、電圧ＶＨを交流電圧に変換するようにインバータ１４（１４Ａ）を制御する。

図２は、図１の制御装置３０Ａの機能ブロック図である。なお図２に示す制御装置３０Ａはソフトウェアにより実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。図２を参照して、制御装置３０Ａは、上限値設定部４１と、コンバータ制御部４２と、インバータ制御部４３とを含む。

上限値設定部４１は、インバータ１４（１４Ａ）に入力される電圧ＶＨの上限値ＶＨＬを設定する。なお実施の形態１では上限値ＶＨＬは一定の値である。

コンバータ制御部４２は、上限値設定部４１から上限値ＶＨＬを受ける。コンバータ制御部４２は、さらに、温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２と、電圧値ＶＨと、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２とを受ける。そして、コンバータ制御部４２は、電圧変換部２０を制御するための昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを生成して出力する。コンバータ制御部４２は温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２のうちのいずれか低いほうが所定の温度値よりも低くなった場合には、その温度値に応じて電圧値ＶＨを低下させる。コンバータ制御部４２は、電圧値ＶＨが上限値ＶＨＬを超えた場合には、電圧変換部２０を停止させるための停止指示ＳＴＰを出力する。

インバータ制御部４３は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２とを受けて、インバータ１４を制御するための駆動指示ＰＷＭＩ１および回生指示ＰＷＭＣ１を出力するとともに、インバータ１４Ａを制御するための駆動指示ＰＷＭＩ２および回生指示ＰＷＭＣ２を出力する。インバータ制御部４３は、コンバータ制御部４２が停止指示ＳＴＰを出力した場合にはインバータ１４，１４Ａをそれぞれ停止させるための停止指示ＳＴＰ１，ＳＴＰ２を出力する。

図３は、電圧ＶＨが温度によらず一定とした場合のインバータ１４，１４Ａの制御について説明する図である。図３を参照して、温度Ｔ１，Ｔ２は、インバータ１４（１４Ａ）に含まれるＩＧＢＴ素子の動作環境における最低温度および最高温度をそれぞれ示す。耐圧ＶＬＭはＩＧＢＴ素子の耐圧を示す。図３に示されるように耐圧ＶＬＭは素子温度が低下するにつれて低下する。

ＩＧＢＴ素子のオフ時には配線等の寄生インダクタンスによりサージ電圧が生じる。このサージ電圧はインバータ１４，１４Ａの入力電圧に加算される。ここで電圧センサ１３による電圧ＶＨの誤差（電圧ΔＶ１）が存在する。つまり電圧ＶＨはΔＶ１だけ高くなる可能性がある。ＩＧＢＴ素子のサージ許容量とインバータの入力電圧との合計が耐圧ＶＬＭを超えないようにサージ許容量が定められる。よってサージ許容量はＶＬＭ−（ＶＨ＋ΔＶ１）と求められる。

電圧ＶＨが温度Ｔ１から温度Ｔ２までの範囲内で一定の場合、サージ許容量は温度Ｔ１において最も小さい。温度Ｔ１におけるサージ許容量をΔＶｓとする。インバータ１４，１４Ａのスイッチング速度（すなわち動作周波数）が大きくなるにつれてサージ電圧が大きくなるため、スイッチング速度は温度Ｔ１におけるサージ許容量ΔＶｓに基づいて定められる。この結果、インバータ１４，１４Ａのスイッチング速度は速度Ａに制限される。

たとえば常温におけるサージ許容量は温度Ｔ１におけるサージ許容量よりも大きいため、常温下ではスイッチング速度を大きくすることが可能である。一般的にインバータのスイッチング速度を大きくするほどインバータの効率は向上する。しかしながら図３に示す制御の場合にはインバータのスイッチング速度が固定されているので、常温下でのインバータの効率向上という課題が発生する。

図４は、実施の形態１に係るインバータ制御を説明する図である。図４を参照して、実施の形態１では、素子温度が温度Ｔ３（たとえば０℃）よりも低下した場合、コンバータ制御部４２は素子温度が下がるにつれて電圧ＶＨを低下させる。

電圧ＶＨを下げることによって、車両１００の動力性能に影響が生じることも考えられる。しかし図４および図３を参照すれば分かるように、実施の形態１によれば温度Ｔ３よりも低温側の温度領域におけるサージ許容量ΔＶｓを大きくすることができる。よって、実施の形態１によれば温度Ｔ３よりも低温側の温度領域におけるスイッチング速度を速度Ａよりも大きい速度Ａ１とすることができる。

スイッチング速度Ａ１を速度Ａよりも大きくすることによって、温度Ｔ３よりも低い温度におけるインバータの効率を向上させることが可能になる。この結果、インバータの動作温度の全範囲にわたりインバータの効率を向上させることができるので、車両１００の燃費を向上させることができる。

なお素子温度の範囲が温度Ｔ２から温度Ｔ３までの範囲の場合には電圧ＶＨは一定である。この温度範囲におけるスイッチング速度は速度Ａ１と異なる速度Ａ２に設定される。たとえば速度Ａ１よりも速度Ａ２を大きくすることでインバータの効率を一層高めることができる。なお、速度Ａ２が速度Ａと等しくても実施の形態１によればインバータの動作温度の全範囲にわたるインバータの効率を向上させることができる。よって速度Ａ２は速度Ａと等しくてもよい。

図５は、図２に示す制御装置３０Ａが実行する電圧ＶＨの制御処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば一定の時間ごとに実行される。

図５および図２を参照して、まずコンバータ制御部４２は、温度センサ３１，３２から温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２をそれぞれ取得する（ステップＳ１）。次にコンバータ制御部４２は、温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２のいずれか低いほうが図４に示す温度Ｔ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、インバータの各素子の温度を測定する場合（１２個の温度センサが設けられる場合）には、上限値設定部４１は１２個のＩＧＢＴ素子のうち最も低温の素子の温度が温度Ｔ３以下であるか否かを判定する。

温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２のうち低いほうが温度Ｔ３以下である場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、コンバータ制御部４２はその温度値に応じて電圧ＶＨを低下させる（ステップＳ３）。温度値Ｔｉ１，Ｔｉ２のうち低いほうが温度Ｔ３より大きい場合（ステップＳ２においてＮＯ）、コンバータ制御部４２は電圧ＶＨが一定になるよう電圧ＶＨを制御する（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の処理が終了すると全体の処理は終了する。

図１を参照して実施の形態１を包括的に説明すると、実施の形態１のインバータの制御装置は、直流電圧ＶＢを出力する直流電源Ｂと、直流電圧ＶＢの電圧レベルを変換して、電圧ＶＨをインバータ１４（１４Ａ）に供給する電圧変換部２０と、インバータ１４（１４Ａ）の雰囲気温度（素子温度）を検出する温度センサ３１（３２）と、制御装置３０Ａとを備える。制御装置３０Ａは、温度センサ３１（３２）の検出結果である温度値Ｔｉ１（Ｔｉ２）に基づいて、雰囲気温度が低下するほど電圧ＶＨが低下するように電圧変換部２０を制御する。制御装置３０Ａは、電圧ＶＨを交流電圧に変換するようにインバータ１４（１４Ａ）の動作を制御する。
これにより、低温下（図４に示す温度Ｔ３よりも低温の温度領域）においてサージ許容量を十分に確保することができる。この結果、低温でのインバータの効率を向上させることができるので、インバータの動作温度範囲の全域にわたるインバータの効率を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、車両１００は、このインバータ制御装置を備えるので、インバータの全温度範囲にわたる燃費を向上させることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る車両は、冷却水を循環させることによりインバータ１４，１４Ａを冷却する冷却系を備える。実施の形態２に係るインバータ制御装置は、この冷却水の温度に基づいて、電圧ＶＨを制御する。つまり実施の形態２では冷却水の温度がインバータの雰囲気温度として検出される。

なお、実施の形態２に係る車両は、制御装置３０Ａに代えて制御装置３０Ｂを備える点で図１に示す車両１００と異なるが、他の部分の構成については図１の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

図６は、実施の形態２に係る車両に適用される冷却系を説明するための図である。図６を参照して、冷却系は、インバータ１４，１４Ａを冷却するために冷却水を循環させるポンプ４４と、冷却水の熱を放出させ冷却するためのラジエータ４６と、ラジエータ４６によって冷却された冷却水の温度を測定し温度値ＴＣを出力する温度センサ４５とを含む。

制御装置３０Ｂは温度センサ４５から温度値ＴＣを受け、温度センサ３１から温度値Ｔｉ１を受け、温度センサ３２から温度値Ｔｉ２を受ける。制御装置３０Ｂは温度値ＴＣに基づいて電圧変換部２０（図１参照）を制御することにより電圧ＶＨを制御する。制御装置３０Ｂは運転者からの指示に応じたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に応じてインバータ１４に対して駆動指示ＰＷＭＩ１，回生指示ＰＷＭＣ１を出力するとともにインバータ１４Ａに対して駆動指示ＰＷＭＩ２，回生指示ＰＷＭＣ２を出力する。制御装置３０Ｂは、インバータ１４，１４Ａを停止させる場合には、停止指示ＳＴＰ１，ＳＴＰ２をインバータ１４，１４Ａにそれぞれ出力する。

図７は、図６の制御装置３０Ｂの機能ブロック図である。図７および図２を参照して、制御装置３０Ｂは、コンバータ制御部４２に代えてコンバータ制御部４２Ａを含む点で制御装置３０Ａと異なる。コンバータ制御部４２Ａは、温度値ＴＣに基づいて電圧ＶＨを設定する。この点でコンバータ制御部４２Ａは、コンバータ制御部４２と異なるが、他の点についてはコンバータ制御部４２と同様である。なお、制御装置３０Ｂの他の部分の構成は制御装置３０Ａの対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

図８は、図７に示す制御装置３０Ｂが実行する電圧ＶＨの制御処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば一定の時間ごとに実行される。

図８および図７を参照して、まず上限値設定部４１Ａは、温度センサ４５から温度値ＴＣを取得する（ステップＳ１Ａ）。次に上限値設定部４１Ａは、温度値ＴＣが図４に示す温度Ｔ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ２Ａ）。

温度値ＴＣが温度Ｔ３以下である場合（ステップＳ２ＡにおいてＹＥＳ）、コンバータ制御部４２は温度値ＴＣに応じて電圧ＶＨを低下させる（ステップＳ３Ａ）。温度値ＴＣが温度Ｔ３より大きい場合（ステップＳ２においてＮＯ）、コンバータ制御部４２は電圧ＶＨが一定となるように電圧ＶＨを制御する（ステップＳ４Ａ）。ステップＳ３ＡまたはステップＳ４Ａの処理が終了すると全体の処理は終了する。

図９は、制御装置３０Ｂによる電圧ＶＨの制御の第１の例を示す図である。
図１０は、制御装置３０Ｂによる電圧ＶＨの制御の第２の例を示す図である。

図９および図１０を参照して、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は図４に示す温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とそれぞれ同じである。第１の例の場合、温度Ｔ３よりも低温側の温度領域において、電圧ＶＨは水温に対して一定の割合で低下する。第２の例の場合、この温度領域において電圧ＶＨは段階的に低下する。図９および図１０に示すように電圧ＶＨをどのように低下させるかは特に限定されるものではなく、車両の動力性能等に基づいて適切に定めることが可能である。

実施の形態１では、インバータの素子温度に基づいて電圧ＶＨを制御する。この場合、素子温度を検出する温度センサの測定可能範囲は、素子の動作温度の範囲をカバーしなければならない。しかし、多くの場合、温度センサの測定精度を高くするために温度センサの測定可能範囲は比較的狭く定められる。特に、低い温度も測定するように温度センサの測定範囲を広げた場合には、低温での温度センサの測定精度が悪化する可能性が高くなる。よって、測定精度の低下を防ぐためには測定範囲を制限する必要がある。

ただし、測定範囲を制限した場合、素子温度が温度センサの測定範囲を外れやすくなる。この場合には素子の保護機能が動作するため、たとえばインバータが停止する。よってインバータの動作温度の範囲が狭くなる。

この問題を防ぐために、たとえばＩＧＢＴ素子を大きくして発熱を小さくする方法や、測定範囲の異なる複数の温度センサを設置する方法が考えられる。しかし、これらの方法を採用した場合にはコストが高くなる。

さらに素子温度は、ＩＧＢＴ素子に流れる電流に応じて変動しやすい。したがって素子温度に応じて電圧ＶＨが制御される場合、電圧ＶＨが常に変動する可能性がある。この場合には車両１００の挙動に影響が生じる可能性がある。

実施の形態２によれば、冷却水の温度ＴＣに基づいて電圧ＶＨが制御される。図６に示すように、温度センサ４５はインバータ１４，１４Ａの上流側の水温を検出する。よってインバータ１４，１４Ａの素子温度は温度センサ４５が検出した冷却水の温度よりも高くなる。

このため冷却水の温度に基づいて電圧ＶＨを制御した場合には素子温度に基づいて電圧ＶＨを制御した場合に比べて電圧ＶＨが低くなる。よってＩＧＢＴ素子をより確実に保護することができる。

さらに、冷却水の温度は素子温度に比べて変化が緩やかであるため、電圧ＶＨの細かい変動を抑制することができる。これにより電圧ＶＨの制御を安定させることができる。

さらに、冷却水を検出する温度センサの測定可能範囲は、比較的広い（たとえば−５０℃〜１００℃）ため、コスト増加を生じさせることなく電圧ＶＨを制御することが可能になる。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る車両は、制御装置３０Ｂに代えて制御装置３０Ｃを備える点で図１に示す車両１００と異なる。実施の形態３に係る車両の他の部分の構成については車両１００の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。実施の形態３に係る車両は、実施の形態３に係る車両と同様に、インバータ１４，１４の冷却系を備える。

図１１は、制御装置３０Ｃの機能ブロック図である。図１１および図７を参照して、制御装置３０Ｃは、上限値設定部４１に代えて上限値設定部４１Ａを含む点において制御装置３０Ｂと異なる。上限値設定部４１Ａは温度ＴＣに応じて電圧ＶＨの上限値ＶＨＬを変化させる。上限値設定部４１Ａは、たとえば温度値ＴＣと上限値ＶＬＭとを対応付けるマップを予め記憶する。そして上限値設定部４１Ａは、このマップと温度値ＴＣとに基づいて上限値ＶＬＭを設定する。

なお制御装置３０Ｃの他の部分の構成は制御装置３０Ｂの構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

図１２は、上限値ＶＨＬを一定にした場合に考えられる課題を説明するための図である。図１２を参照して、冷却水の水温が温度Ｔ３から温度Ｔ２までの範囲内にある場合には耐圧ＶＬＭは上限値ＶＨＬより大きい。よって、上限値ＶＨＬを超えないように電圧ＶＨが制御された場合、電圧ＶＨが耐圧ＶＬＭを超えることはない。

しかし耐圧ＶＬＭは温度が低下するにつれて低下する。水温が温度Ｔ１から温度Ｔ３までの範囲内にある場合には上限値ＶＨＬが耐圧ＶＬＭよりも高い。この場合には、上限値ＶＨＬを超えないよう電圧ＶＨを制御した場合には電圧ＶＨが耐圧ＶＬＭを超える可能性がある。図１２においてハッチングで示した領域は、上限値ＶＨＬが耐圧ＶＬＭよりも大きい領域を示す。この領域内では過電圧保護が有効に機能しない。

なお、図１２では電圧ＶＨは温度Ｔ４，Ｔ５において段階的に変化するが、電圧ＶＨが直線的に変化する場合にもこのような問題が発生する。

図１３は、実施の形態３に係る上限値ＶＨＬの制御を説明するための図である。図１３および図１１を参照して、上限値設定部４１Ａは、温度値ＴＣ（水温）が温度Ｔ３よりも低い場合には電圧ＶＨと同期させて上限値ＶＨＬを低下させる。ここで「電圧ＶＨと同期させる」とは、図１３に示すように、上限値設定部４１Ａが上限値ＶＨＬを低下させるときの水温と、電圧ＶＨを低下するときの水温とが同じであることを意味する。

上限値設定部４１Ａが温度値ＴＣに応じて上限値ＶＨＬを設定することによって、温度Ｔ１から温度Ｔ２までの範囲の全域にわたり上限値ＶＨＬを耐圧ＶＬＭよりも低くすることができる。よって実施の形態３によれば、インバータの動作温度範囲の全域にわたり過電圧保護を有効に機能させることができる。

図１４は、制御装置３０Ｃによる電圧ＶＨの制御を説明するフローチャートである。図１４および図１１を参照して、上限値設定部４１Ａおよびコンバータ制御部４２Ａは温度値ＴＣを取得する（ステップＳ１１）。次に、上限値設定部４１Ａおよびコンバータ制御部４２Ａはともに温度値ＴＣが温度Ｔ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

温度値ＴＣが温度Ｔ３以下である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、コンバータ制御部４２Ａは温度値ＴＣに応じて電圧ＶＨを低下させる。上限値設定部４１Ａは温度値ＴＣに応じて上限値ＶＨＬを低下させる（ステップＳ１３）。

温度値ＴＣが温度Ｔ３より大きい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、コンバータ制御部４２Ａは電圧ＶＨを一定に制御する。上限値設定部４１Ａは上限値ＶＨＬを一定に制御する。ステップＳ１３またはステップＳ１４の処理が終了すると全体の処理が終了する。

以上のように実施の形態３によれば、インバータの冷却水の温度が所定値を下回る場合には、水温に応じて電圧ＶＨの上限値ＶＨＬを低下させるので、インバータの動作温度範囲の全域にわたり過電圧保護を有効に機能させることができる。

［実施の形態４］
実施の形態４に係る車両の構成は実施の形態３に係る車両の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。なお実施の形態４に係る車両が備える制御装置の構成は図１１に示す制御装置３０Ｃの構成と同様である。

実施の形態３では、電圧ＶＨの低下に同期して上限値ＶＨＬが低下する。実施の形態４では電圧ＶＨが低下した後に上限値ＶＨＬが低下する。この点で実施の形態３と実施の形態４とは異なる。以下に実施の形態４に係る上限値ＶＨＬの制御について詳しく説明する。

図１５は、上限値ＶＨＬの変化を電圧ＶＨの変化に同期させた場合に考えられる課題を説明するための図である。図１５および図１１を参照して、上限値ＶＨＬは電圧ＶＨ（指令値）に対して電圧差Ｖｍｇ１だけ高い。ここで「指令値」とは、コンバータ制御部４２Ａが電圧ＶＨを制御する際にコンバータ制御部１２の内部で生成される値である。コンバータ制御部４２Ａはこの指令値に基づいて昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを生成する。

時刻ｔＡにおいて冷却水の温度が温度Ｔ３を下回ると、コンバータ制御部４２Ａは、電圧ＶＨ（指令値）を低下させる。また時刻ｔＡにおいて上限値設定部４１Ａは上限値ＶＨＬを低下させる。

しかし電圧センサ１３が検出した電圧値ＶＨ（実測値）は、電圧ＶＨ（指令値）の変化よりも遅れて変化する。このため時刻ｔＡから時刻ｔＢまでの期間（期間Δｔ）では、電圧値ＶＨ（実測値）は電圧ＶＨ（指令値）より大きくなり、時刻ｔＢにおいて実測値と電指令値とが一致する。期間Δｔでは、上限値ＶＨＬと電圧ＶＨ（実測値）との差が電圧差Ｖｍｇ１よりも小さい電圧差Ｖｍｇ２となる。このため、期間Δｔでは電圧ＶＨ（実測値）が何らかの理由で上昇した場合に、過電圧状態が発生したと誤って判断される可能性が高くなる。上述のように過電圧が検出されると、電圧変換部２０およびインバータ１４，１４Ａの動作が停止するため、車両の挙動に影響が発生する可能性がある。

図１６は、実施の形態４に係る上限値ＶＨＬの制御を説明するための図である。図１６を参照して、時刻ｔＡにおいて冷却水の温度ＴＣが温度Ｔ３を下回るとコンバータ制御部４２Ａは電圧ＶＨ（指令値）を低下させる。しかし、上限値ＶＨＬは電圧ＶＨ（指令値）と同時に低下しない。

時刻ｔＢにおいて電圧ＶＨ（実測値）が電圧ＶＨ（指令値）と一致する。このときコンバータ制御部４２Ａは、上限値設定部４１Ａに上限値ＶＨＬを低下させるよう指示を送る。上限値設定部４１Ａは、コンバータ制御部４２Ａからの指示に応じて上限値ＶＨＬを低下させる。これにより電圧差Ｖｍｇ２を電圧差Ｖｍｇ１と同じ大きさに保つことができるので上限値ＶＨＬを低下させても、過電圧を正しく検出することができる。

なお、図１５および図１６に示すように、時刻ｔＣにおいて上限値ＶＨＬと電圧ＶＨ（指令値）とは同時に上昇する。ただし、このときの水温は温度Ｔ３よりも所定値αだけ高いＴ３Ａに設定される。このように、電圧ＶＨ（指令値）の温度変化および上限値ＶＨＬの温度変化はヒステリシスを有する。これにより冷却水の温度が温度Ｔ３付近で頻繁に変化する場合にも、電圧ＶＨ（指令値）および上限値ＶＨＬが頻繁に変化するのを防ぐことができるためインバータの制御を安定させることができる。

図１７は、実施の形態４に係る上限値ＶＨＬおよび電圧ＶＨの制御を説明するフローチャートである。図１７および図１１を参照して、上限値設定部４１Ａおよびコンバータ制御部４２Ａは温度値ＴＣを取得する（ステップＳ２１）。次に、上限値設定部４１Ａおよびコンバータ制御部４２Ａはともに温度値ＴＣが温度Ｔ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

温度値ＴＣが温度Ｔ３より大きい場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、全体の処理は終了する。温度値ＴＣが温度Ｔ３以下の場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、コンバータ制御部４２Ａは、温度値ＴＣに応じてＶＨ（指令値）を低下させる（ステップＳ２３）。

続いてコンバータ制御部４２Ａは電圧センサ１３の検出値に基づいて、電圧ＶＨ（実測値）が電圧ＶＨ（指令値）よりも低下したか否かを判定する（ステップＳ２４）。図１６に示す期間Δｔでは、電圧ＶＨ（実測値）は電圧ＶＨ（指令値）以上である。この場合（ステップＳ２４においてＮＯ）、ステップＳ２４の判定処理が繰り返される。電圧ＶＨ（実測値）が電圧ＶＨ（指令値）よりも低い場合（ステップＳ２４においてＹＥＳ）、コンバータ制御部４２Ａは、上限値設定部４１Ａに上限値ＶＨＬを低下するよう指示する。上限値設定部４１Ａはコンバータ制御部４２Ａからの指示を受けた場合に、温度値ＴＣに応じて上限値ＶＨＬを低下させる（ステップＳ２５）。すなわち上限値設定部４１Ａは温度値ＴＣが温度Ｔ３より低く、かつ、電圧ＶＨ（実測値）が電圧ＶＨ（指令値）よりも低い場合に上限値ＶＨＬを低下させる。

次に、コンバータ制御部４２Ａおよび上限値設定部４１Ａは温度値ＴＣが温度Ｔ３Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。温度値ＴＣが温度Ｔ３Ａより低い場合（ステップＳ２６においてＮＯ）、ステップＳ２６の判定処理が繰り返される。温度値ＴＣが温度Ｔ３Ａ以上の場合、上限値設定部４１Ａは上限値ＶＨＬを上昇させ（ステップＳ２７）、コンバータ制御部４２Ａは電圧ＶＨ（指令値）を上昇させる（ステップＳ２８）。ステップＳ２８の処理が終了すると全体の処理が終了する。

このように実施の形態４によれば、上限値ＶＨＬを低下させても、過電圧を正しく検出することができる。

なお、上述した各実施の形態のインバータ制御装置を搭載する車両はハイブリッド自動車に限定されるものではなく、たとえば電気自動車であってもよい。

また、実施の形態２，３，４において、インバータと熱交換を行なう熱交換媒体は冷却水であるが、熱交換媒体は、たとえば冷却風、冷却油等様々な媒体を用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態のインバータ駆動装置を搭載する車両１００の構成を示す図である。 図１の制御装置３０Ａの機能ブロック図である。 電圧ＶＨが温度によらず一定とした場合のインバータ１４，１４Ａの制御について説明する図である。 実施の形態１に係るインバータ制御を説明する図である。 図２に示す制御装置３０Ａが実行する電圧ＶＨの制御処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る車両に適用される冷却系を説明するための図である。 図６の制御装置３０Ｂの機能ブロック図である。 図７に示す制御装置３０Ｂが実行する電圧ＶＨの制御処理を説明するフローチャートである。 制御装置３０Ｂによる電圧ＶＨの制御の第１の例を示す図である。 制御装置３０Ｂによる電圧ＶＨの制御の第２の例を示す図である。 制御装置３０Ｃの機能ブロック図である。 上限値ＶＨＬを一定にした場合に考えられる課題を説明するための図である。 実施の形態３に係る上限値ＶＨＬの制御を説明するための図である。 制御装置３０Ｃによる電圧ＶＨの制御を説明するフローチャートである。 上限値ＶＨＬの変化を電圧ＶＨの変化に同期させた場合に考えられる課題を説明するための図である。 実施の形態４に係る上限値ＶＨＬの制御を説明するための図である。 実施の形態４に係る上限値ＶＨＬおよび電圧ＶＨの制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４，２８ 電流センサ、１２ コンバータ、１４，１４Ａ インバータ、１５，１５Ａ Ｕ相アーム、１６，１６Ａ Ｖ相アーム、１７，１７Ａ Ｗ相アーム、２０ 電圧変換部、３０Ａ〜３０Ｃ 制御装置、３１，３２，３５，３６，４５ 温度センサ、４１，４１Ａ 上限値設定部、４２，４２Ａ コンバータ制御部、４３ インバータ制御部、４４ ポンプ、４６ ラジエータ、１００ 車両、２００ エンジン、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１，Ｍ２ 交流モータ、Ｎ１，Ｎ２ ノード、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (6)

1. インバータを制御するインバータ制御装置であって
   第１の直流電圧を出力する直流電源と、
   前記第１の直流電圧の電圧レベルを変換して、第２の直流電圧を前記インバータに供給する電圧変換部と、
   前記インバータの雰囲気温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記電圧変換部を制御し、かつ、前記第２の直流電圧を交流電圧に変換するように前記インバータの動作を制御する一方で、前記第２の直流電圧が上限値を超えると判定した場合には前記インバータを停止させる制御部とを備え、
   前記制御部は、前記雰囲気温度の低下に応じて、前記第２の直流電圧を低下させるとともに、前記第２の直流電圧の低下後に前記上限値を低下させる、インバータ制御装置。
2. 前記インバータ制御装置は、
   前記インバータと熱交換可能な熱交換媒体を循環させることにより前記インバータとの間で熱交換を行なう熱交換装置をさらに備え、
   前記雰囲気温度は、前記熱交換媒体の温度である、請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記熱交換媒体は、冷却水である、請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記雰囲気温度が所定の温度より低いと判定した場合には、前記雰囲気温度の低下に応じて前記第２の直流電圧が小さくなるように前記電圧変換部を制御する、請求項１に記載のインバータ制御装置。
5. 前記制御部は、前記雰囲気温度が前記所定の温度より高い場合と、前記雰囲気温度が前記所定の温度より低い場合とで、前記インバータの動作周波数を異ならせる、請求項４に記載のインバータ制御装置。
6. 前記インバータと、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のインバータ制御装置とを備える、車両。

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