JP5092696B2 - 冷却流体の温度情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置を冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置、及びこれを搭載する電力変換システムに関する。

インバータやコンバータ等の電力変換回路は、これらを構成する半導体素子に大電流が流れることに起因して発熱量が多くなるため、温度上昇が無視できない。そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、内部に冷媒が流動する冷却装置内に電力変換回路を構成する半導体素子を収容し、これら半導体素子と冷媒との間で熱交換を行わせることにより、半導体素子を冷却することも提案されている。これにより、半導体素子の温度が過度に高くなりその信頼性が低下する事態を好適に回避することができる。
特開２００５−１４３２４４号公報

ところで、半導体素子の冷却効率は、冷媒の温度が過度に高くなると低下するため、適度な温度範囲でないと半導体素子の温度上昇を抑制することができなくなるおそれがある。このため、上記冷媒によって半導体素子の温度の上昇を抑制するためには、冷媒の温度を調節する必要がある。そして冷媒の温度を調節するためには、冷媒の温度情報を取得することが望まれることとなる。ただし、冷媒の温度を検出する専用のセンサを備える場合には、部品点数の増加や、コストアップを招くこととなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品点数の増加を抑制しつつも、電力変換装置を冷却する冷却流体の温度情報を適切に取得することのできる冷却流体の温度情報取得装置、及びこれを搭載する電力変換システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のいずれか一方がいずれか他方に対して前記冷却流体の流動方向の上流側に位置するように配置されており、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子の電流の流通状態と前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定する推定手段を備え、前記推定手段は、前記いずれか他方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方に供給される電力と前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定して且つ、前記いずれか一方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする。

上記給電手段と回転機とを接続する電力変換装置にあっては、その出力側と給電手段との双方の電気的な状態等に応じて、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のいずれか一方に電流が流れる。この場合、電流の流れないスイッチング素子の温度は、冷却流体の温度と略等しいと考えられる。上記発明では、この点に着目することで、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子の電流の流通状態と温度感知手段の感知する温度とに基づき、冷却流体の温度を好適に推定することができる。
特に、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のいずれか一方が他方の上流となる場合、いずれか他方に電流が流れない場合であっても、このいずれか他方の温度は、いずれか一方の発熱の影響を受けて上昇するおそれがある。そしてこの場合には、いずれか他方に電流が流れていないと判断される状況下、その温度に基づき冷却流体の温度を推定すると、その推定精度が低下する。この点、上記発明では、こうした状況下、いずれか一方に供給される電力に基づきいずれか一方の温度上昇量を把握することで、上昇前の値、すなわち冷却流体の温度を推定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記給電手段から電流が流出している場合に前記回生用スイッチング素子に電流が流れていないと判断し、前記給電手段に電流が流入している場合に前記力行用スイッチング素子に電流が流れていないと判断することを特徴とする。

上記発明では、給電手段とコンバータとの間の電流の流出入に着目することで、回生用スイッチング素子及び力行用スイッチング素子のいずれに電流が流れていないかを簡易且つ適切に判断することができる。

請求項３記載の発明は、給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のうちの電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定する推定手段と、前記給電手段から電流が流出している状態と前記給電手段に電流が流入している状態との２つの状態間の切り替わりから所定時間経過するまでの間は、前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づく前記冷却流体の温度の推定を禁止する手段とを備え、前記推定手段は、前記切り替わりから所定時間経過後において前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記給電手段から電流が流出している状態と前記給電手段に電流が流入している状態との２つの状態間の切り替わりから所定時間経過するまでの間は、前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づく前記冷却流体の温度の推定を禁止する手段を更に備えることを特徴とする。

上記２つの状態間の切り替わり直後においては、それまで電流が流れていたスイッチング素子に電流が流れなくなるものの、電流が流れていた時点での発熱の影響を受けているため、上記スイッチング素子の温度は冷却流体の温度よりも高い温度となっていると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、切り替わりから所定時間経過するまでの間は、電流が流れていないと判断される方の温度感知手段の感知する温度に基づく冷却水の温度の推定を禁止することで、上記電流の流れていないと判断される方の温度に基づく推定精度が低下する際に、これに基づく推定を回避することができる。

請求項２記載の発明は、給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子の電流の流通状態と前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定する推定手段を備え、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子は、前記冷却流体の流動方向に対して互いに平行に配置されており、前記推定手段は、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のうちの電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子は、前記冷却流体の流動方向に対して互いに平行に配置されてなることを特徴とする。

力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のいずれか一方が他方の上流となる場合、いずれか他方に電流が流れない場合であっても、このいずれか他方の温度は、いずれか一方の発熱の影響を受けて上昇するおそれがある。そしてこの場合には、いずれか他方に電流が流れていないと判断される状況下、その温度に基づき冷却流体の温度を推定すると、その推定精度が低下する。この点、上記発明では、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子を平行に配置することで、こうした熱干渉による推定精度の低下を好適に回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項２または６記載の発明において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のそれぞれが複数個からなることを特徴とする。

上記発明では、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子がそれぞれ複数個からなるために、各スイッチング素子の素子サイズの割に大きい電流を扱うことが可能となる。更に、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子がそれぞれ複数個からなるために、これらをともに冷却流体の流動方向に対して平行に配置しつつも、流動方向に沿って複数のスイッチング素子を配置することも可能となり、ひいては、冷却装置内にて効率的にスイッチング素子を配置しつつも、上記請求項５記載の発明特定事項を実現することができる。

請求項８記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のいずれか一方がいずれか他方に対して前記冷却流体の流動方向の上流側に位置するように配置されており、前記推定手段は、前記いずれか他方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方に供給される電力と前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする。

力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のいずれか一方が他方の上流となる場合、いずれか他方に電流が流れない場合であっても、このいずれか他方の温度は、いずれか一方の発熱の影響を受けて上昇するおそれがある。そしてこの場合には、いずれか他方に電流が流れていないと判断される状況下、その温度に基づき冷却流体の温度を推定すると、その推定精度が低下する。この点、上記発明では、こうした状況下、いずれか一方に供給される電力に基づきいずれか一方の温度上昇量を把握することで、上昇前の値、すなわち冷却流体の温度を推定することができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換装置は、コンバータを介して給電手段に接続されるインバータを更に備えることを特徴とする。

インバータの各スイッチング素子に電流が流れない期間は、コンバータのそれと比較して極めて短くなる傾向にある。このため、インバータのスイッチング素子の温度によっては、冷却流体の温度を適切に推定することが困難である。この点、上記発明では、コンバータのスイッチング素子の温度を用いることで、冷却流体の温度を適切に推定することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷却流体の温度情報取得装置と、前記電力変換装置とを備えることを特徴とする電力変換システム。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる冷却流体の温度情報取得装置をパラレルシリーズハイブリッド車に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるハイブリッドシステム（シリーズ・パラレルハイブリッドシステム）の全体構成を示す。

図示されるように、内燃機関１０の動力は、動力分割機構１２を介して第１のモータジェネレータ（発電機１４）と、第２のモータジェネレータ（電動機１６）とに分配される。詳しくは、動力分割機構１２は、遊星歯車機構を備えて構成されており、そのプラネタリギア１２ｐが内燃機関１０の出力軸と、サンギア１２ｓが発電機１４の回転軸と、リングギア１２ｒが電動機１６の出力軸とそれぞれ接続されている。

発電機１４の負荷トルクや電動機１６のトルクは、パワーコントロールユニット２０によって制御される。パワーコントロールユニット２０には、所定の高電圧（例えば「２８８Ｖ」）の電力を蓄える高圧バッテリが接続されている。そして、発電機１４の発電エネルギがパワーコントロールユニット２０を介して直流電源としての高圧バッテリに充電され、また、高圧バッテリの電力により、電動機１６が稼動する。そして、電動機１６のトルクは、車両の駆動輪１８に伝えられる。

電子制御装置（ＥＣＵ３０）は、車載動力生成システムの制御装置である。ＥＣＵ３０は、パワーコントロールユニット２０を操作することで、発電機１４及び電動機１６の状態を制御する。図２に、パワーコントロールユニット２０内の回路構成の一部を示す。

上述した高圧バッテリ４０は、電動機１６に対する給電手段となる２次電池である。高圧バッテリ４０は、図示しない降圧回路を介してＥＣＵ３０等の電力源となる低圧バッテリに電力を供給する。高圧バッテリ４０から流出する電流や高圧バッテリ４０に流入する電流は、電流センサ４１によって検出される。高圧バッテリ４０は、コンバータＣＶ及びインバータＩＶ１を介して発電機１４に接続されており、また、コンバータＣＶ及びインバータＩＶ２を介して電動機１６に接続されている。

コンバータＣＶは、周知の昇降圧チョッパ回路によって構成されている。すなわち、コンバータＣＶの出力端子には、スイッチング素子Ｓｒ１、Ｓｐ１の直列接続体と、スイッチング素子Ｓｒ２、Ｓｐ２の直列接続体とが、互いに並列に接続されている。ここで、スイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２は、高圧バッテリ４０に電力を供給する回生制御用のスイッチング素子であり、スイッチング素子Ｓｐ１、Ｓｐ２は、高圧バッテリ４０の電力を出力する力行用のスイッチング素子である。これら各スイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２、Ｓｐ１，Ｓｐ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）からなり、また、これらにはそれぞれダイオードＤｐ１、Ｄｐ２，Ｄｒ１，Ｄｒ２が逆並列に接続されている。ちなみに、ダイオードＤｒ１，Ｄｒ２は、高圧バッテリ４０に電力を供給する回生制御用の整流手段であり、ダイオードＤｐ１、Ｄｐ２は、高圧バッテリ４０の電力を出力する力行用の整流手段である。

スイッチング素子Ｓｒ１、Ｓｐ１の直列接続体の接続点と、スイッチング素子Ｓｒ２、Ｓｐ２の直列接続体の接続点とには、インダクタ４４を介して高圧バッテリ４０の正極端子が接続されている。また、高圧バッテリ４０及びインダクタ４４間には、高圧バッテリ４０に並列にコンデンサ４２が接続されている。

コンバータＣＶの出力電圧は、コンデンサ４６を介してインバータＩＶ１、ＩＶ２の入力端子に印加される。インバータＩＶ１は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続体、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４の直列接続体、及びスイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の直列接続体を備えており、これら各接続体の接続点が３相回転機としての発電機１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、ＩＧＢＴからなり、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。一方、インバータＩＶ２は、スイッチング素子ＳＷ７、ＳＷ８の直列接続体、スイッチング素子ＳＷ９、ＳＷ１０の直列接続体、及びスイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１２の直列接続体を備えており、これら各接続体の接続点が３相回転機としての電動機１６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２は、ＩＧＢＴからなり、それぞれ逆並列にダイオードＤ７〜Ｄ１２が接続されている。

上記コンバータＣＶや、インバータＩＶ１、ＩＶ２は、走行性能の向上及びエネルギ消費率の低減の好適な両立を図るようにしてＥＣＵ３０によって操作される。図３に、これらコンバータＣＶや、インバータＩＶ１，ＩＶ２の操作による内燃機関１０、発電機１４、電動機１６の回転制御態様を示す。詳しくは、図３は、車両の各走行状態における発電機１４、電動機１６及び内燃機関１０（図中、ＭＧ１，ＭＧ２，ＥＧと表記）の出力制御の態様を、これらの回転速度の共線図として示す。図示されるように、車両の停止時には、発電機１４、電動機１６及び内燃機関１０はいずれも停止している。車両の発進時には、電動機１６のトルクによって車両の駆動輪に回転力が付与される。内燃機関１０の始動に際しては、スタータとしての機能を有する発電機１４によって内燃機関１０の始動がなされる。そして、内燃機関１０が稼動すると、発電機１４によって発電された電力が上記高圧バッテリ４０及び電動機１６に供給される。車両の定常走行時には、主に内燃機関１０の出力によって走行する。また、加速時には、内燃機関１０の回転を上昇させるとともに、発電機１４によって発電される電力と高圧バッテリ４０の電力とを用いて電動機１６を駆動する。

ところで、上記コンバータＣＶやインバータＩＶ１，ＩＶ２は、大電力を扱うものであるため、これらを構成するパワー素子の発熱も無視できない。そこで本実施形態では、これらパワー素子をパッケージングして、冷却装置内に収納することで、パワー素子を冷却するようにしている。

図４に、コンバータＣＶやインバータＩＶ１、ＩＶ２を構成するスイッチング素子（ＩＧＢＴ）と、これに逆並列されるダイオードと、ＩＧＢＴの温度を感知する感温ダイオードＳＤとを、各１つずつを併せてパッケージングしたパワーカードＰＣを示す。パワーカードＰＣは、高圧側の端子として、スイッチング素子のコレクタ端子ＣＴとエミッタ端子ＥＴとを備えている。また、パワーカードは、低圧側端子として、スイッチング素子のゲート端子ＧＴ、接地端子ＡＴ、及び感温ダイオードＳＤのアノード側及びカソード側と接続される端子ＤＴ１、ＤＴ１を備えている。

上記パワーカードＰＣは、図５に示すように、冷却装置に収納されて冷却されている。図５は、冷却装置を上面から見た平面図である。図示されるように、インバータＩＶ１、ＩＶ２の上側アーム側から下側アーム側へと冷却流体（ここでは、冷却水）が流動することで、インバータＩＶ１，ＩＶ２を構成するパワーカードＰＣが冷却される。また、コンバータＣＶを構成するスイッチング素子Ｓｒ１、Ｓｐ１の直列接続体と、スイッチング素子Ｓｒ２、Ｓｐ２の直列接続体とは、冷却水の流動方向に対して互いに並列に配置されている。上記冷却水は、パワーカードＰＣの側面及び上面及び下面を流動する。ここで、パワーカードＰＣは、薄板状部材であるため、パワーカードＰＣは主に、その上面及び下面を流動する冷却水にて冷却される。

上記ＥＣＵ３０では、パワーカードＰＣ内の感温ダイオードＳＤの出力に基づき、コンバータＣＶやインバータＩＶ１、ＩＶ２の温度が過度に高くならないか否かを監視する。図６に、上記コンバータＣＶの温度の取得手法を示す。図６に示す処理は、ＥＣＵ３０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、力行用のスイッチング素子Ｓｐ１、Ｓｐ２の温度Ｔｐを取得する。なお、これら２つ素子の温度が互いに相違する場合には、高い方の温度を取得すればよい。また、温度Ｔｐは、各スイッチング素子Ｓｐ１、Ｓｐ２の温度の検出値の各１つのサンプリング値に基づくものに限らず、複数個の平均値等としてもよい。これにより、ノイズに対する耐性を高めることができる。続くステップＳ１２においては、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２の温度Ｔｒを取得する。なお、これら２つ素子の温度が互いに相違する場合には、高い方の温度を取得すればよい。また、温度Ｔｒは、各スイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２の温度の検出値の各１つずつのサンプリング値に基づくものに限らず、複数個の平均値等としてもよい。これにより、ノイズに対する耐性を高めることができる。続くステップＳ１４においては、上記ステップＳ１０にて取得された温度Ｔｐの方が上記ステップＳ１２にて取得された温度Ｔｒよりも高いか否かを判断する。そして、温度Ｔｐの方が高いと判断される場合には、ステップＳ１６においてコンバータＣＶの温度を温度Ｔｐとする。一方、ステップＳ１４において温度Ｔｐの方が高くないと判断される場合には、ステップＳ１８において、コンバータＣＶの温度を温度Ｔｒとする。なお、ステップＳ１６、Ｓ１８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

上記のようにスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２の温度のうちの最大値をコンバータＣＶの温度として監視することで、コンバータＣＶの温度がその信頼性の低下を招くほどの過度に高い値になる以前に、温度を低下させる処理を行うことができる。同様に、インバータＩＶ１，ＩＶ２についても、上記の要領で温度を把握しこれを監視することで、その信頼性の低下を招くような事態となる以前にこれに対処することが可能となる。

ところで、パワーカードＰＣを冷却するうえでは、冷却水の温度を監視することが望まれる。ただし、冷却水の温度を感知する手段を別途備える場合には、部品点数が増加し、コストアップの要因となることについては上述したとおりである。そこで本実施形態では、コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２の温度を感知する感温ダイオードＳＤの出力に基づき、冷却水の温度を推定する。ここで、推定対象となる冷却水の温度とは、パワーカードＰＣからの発熱によって温度上昇する前の値、すなわち、冷却装置内に供給される前の温度のことである。この推定は、コンバータＣＶを構成するスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２の発熱量に着目することで実現することができる。以下、これについて詳述する。

高圧バッテリ４０からインバータＩＶ１，ＩＶ２側へと電力が供給される力行制御時においては、コンバータＣＶは、昇圧チョッパ回路として機能する。すなわち、スイッチング素子Ｓｐ１、Ｓｐ２がオン状態とされることでインダクタ４４にエネルギを蓄え、スイッチング素子Ｓｐ１，ＳＰ２がオフ状態とされることで、インダクタ４４のエネルギがダイオードＤｐ１，Ｄｐ２を介して出力される。一方、高圧バッテリ４０が充電される回生制御時においては、コンバータＣＶは、降圧チョッパ回路として機能する。すなわち、スイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２がオン状態とされることでインダクタ４４にエネルギが蓄えられ、スイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２がオフ状態とされることで、インダクタ４４に蓄えられたエネルギがダイオードＤｒ１，Ｄｒ２、インダクタ４４、高圧バッテリ４０を備える閉ループ回路を介して高圧バッテリ４０に供給される。

ここで、回生制御や力行制御が継続する時間は、インバータＩＶ１，ＩＶ２の上側アームに電流が流れる状態と下側アームに電流が流れる状態との切り替わりの時間よりもはるかに長くなる傾向にある。このため、回生制御時には、力行用のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２に電流が流れず、これらは冷却水と熱的な平衡状態を略実現していると考えられる。一方、力行制御時には、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２に電流が流れず、これらは冷却水と熱的な平衡状態を略実現していると考えられる。このため、回生制御時には、力行用のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２の温度を感知する感温ダイオードの温度を冷却水の温度とすることができ、力行制御時には、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１，Ｓｒ２の温度を感知する感温ダイオードの温度を冷却水の温度とすることができる。

ただし、電流が流れないスイッチング素子の温度を感知する感温ダイオードのうち、冷却水の流動方向に対して上流側に電流の流れるスイッチング素子が配置されるものについては、この発熱により温度上昇した冷却水温度を感知することとなり、冷却水の温度を適切に感知するものではなくなる。このため、本実施形態では、先の図５に示したように、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１と力行用のスイッチング素子Ｓｐ２とを冷却水の上流側に配置する。換言すれば、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１と力行用のスイッチング素子Ｓｐ２とを冷却水の流動方向に直交する線に沿って一行に配置する。そして、これらのそれぞれの下流側に力行用のスイッチング素子Ｓｐ１及び回生用のスイッチング素子Ｓｒ２を配置する。そして、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１と力行用のスイッチング素子Ｓｐ２との温度を用いることで、冷却水の温度を推定する。

図７に、本実施形態にかかる冷却水の温度の推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、電流センサ４１の検出値を取得する。続くステップＳ２２においては、高圧バッテリ４０の放電時であるか否かを判断する。この処理は、力行制御時であるか否かを判断するものである。そして力行制御時である場合、ステップＳ２４において、冷却水の温度を、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１の温度Ｔｒとする。これに対し、回生制御時である場合、ステップＳ２６において、冷却水温度を、力行用のスイッチング素子Ｓｐ２の温度Ｔｐとする。なお、ステップＳ２４、Ｓ２６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）力行用のスイッチング素子Ｓｐ２及び回生用のスイッチング素子Ｓｒ１のうちの電流が流れていないと判断される方についての感温ダイオードＳＤの感知する温度に基づき、冷却水の温度を推定した。これにより、冷却水の温度を簡易且つ適切に推定することができる。

（２）高圧バッテリ４０から電流が流出している場合に回生用のスイッチング素子Ｓｒ１に電流が流れていないと判断し、高圧バッテリ４０に電流が流入している場合に力行用のスイッチング素子Ｓｐ１に電流が流れていないと判断した。これにより、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１及び力行用のスイッチング素子Ｓｐ２のいずれに電流が流れていないかを簡易且つ適切に判断することができる。

（３）力行用のスイッチング素子Ｓｐ２及び回生用のスイッチング素子Ｓｒ１を、冷却水の流動方向に対して互いに平行に配置した。これにより、これらスイッチング素子間の熱干渉による推定精度の低下を好適に回避することができる。

（４）力行用のスイッチング素子及び回生用のスイッチング素子のそれぞれを複数個備えた。これにより、各スイッチング素子の素子サイズの割に大きい電流を扱うことが可能となる。更に、力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子がそれぞれ複数個からなるために、これらをともに冷却水の流動方向に対して平行に配置しつつも、流動方向に沿って複数のスイッチング素子を配置することも可能となり、ひいては、冷却装置内にて効率的にスイッチング素子を配置することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図８に、本実施形態にかかる冷却水の温度の推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、電流センサ４１の検出値（流出入電流Ｉ（ｎ））を取得する。続くステップＳ３２においては、前回の流出入電流Ｉ（ｎ−１）が負であって且つ今回の流出入電流Ｉ（ｎ）がゼロ以上であるか否かを判断する。この処理は、回生制御から力行制御へと移行した直後であるのか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ３２において移行直後ではないと判断される場合、ステップＳ３４において、前回の流出入電流Ｉ（ｎ−１）がゼロ以上であって且つ今回の流出入電流Ｉ（ｎ）が負であるか否かを判断する。この処理は、力行制御から回生制御へと移行した直後であるか否かを判断するためのものである。

そして、ステップＳ３２、Ｓ３４において、力行制御と回生制御との間のいずれか一方からいずれか他方への移行直後であると判断される場合には、ステップＳ３６において、移行時を始点として計時動作を行うカウンタＴを初期化する。これに対し、ステップＳ３２、Ｓ３４において、力行制御と回生制御とのいずれか一方からいずれか他方への移行直後ではないと判断される場合、ステップＳ３８において、カウンタＴが最大値Ｔｍａｘよりも小さいか否かを判断する。この処理は、力行制御や回生制御が長時間継続されることにより、カウンタＴの値を表記するためのデータ量が過度に大きくなることを回避するためになされるものである。上記最大値Ｔｍａｘは、ＥＣＵ３０がカウンタＴのデータ量として許容する最大値に基づき設定される。そして、ステップＳ３８においてカウンタＴが最大値Ｔｍａｘよりも小さいと判断される場合、ステップＳ４０においてカウンタＴをインクリメントする。

上記ステップＳ３６、Ｓ４０の処理が完了する場合や、ステップＳ３８において否定判断される場合には、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２においては、カウンタＴが所定時間α以上であるか否かを判断する。この処理は、力行制御と回生制御との間の切り替えの後、力行用のスイッチング素子Ｓｐ２と回生用のスイッチング素子Ｓｒ１とのうちの電流が流れなくなった方について、これが上流から流入する冷却水の温度と略等しくなったか否かを判断するためのものである。所定時間αは、力行用のスイッチング素子Ｓｐ２と回生用のスイッチング素子Ｓｒ１とのうちの電流が流れなくなった方について、これが上流から流入する冷却水の温度と略等しくなるまでに要すると想定される時間に基づき設定される。なお、所定時間αは、極力短時間とすることが望ましい。

そして、ステップＳ４２において肯定判断される場合には、ステップＳ４４〜Ｓ４８において、先の図７のステップＳ２２〜Ｓ２６の処理と同様の処理を行う。なお、上記ステップＳ４２において所定時間αが経過していないと判断される場合や、ステップＳ４６、Ｓ４８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（４）の効果に加えて、更に、以下の効果が得られるようになる。

（５）力行制御時と回生制御時との２つの状態間の切り替わりから所定時間αが経過するまでの間は、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１及び力行用のスイッチング素子Ｓｐ２のうちの電流が流れていないと判断される方についての感温ダイオードＳＤの感知する温度に基づく冷却水の温度の推定を禁止した。これにより、電流の流れていないと判断される方の温度に基づく推定精度が低下する際に、これに基づく推定を回避することができる。

(第３の実施形態)
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかるパワーコントロールユニット２０内の回路構成の一部を示す。図示されるように、本実施形態では、コンバータＣＶは、回生用のスイッチング素子Ｓｒ及び力行用のスイッチング素子Ｓｐをともに１つずつ備える。そして、これらを内蔵するパワーカードＰＣを、図１０に示す態様にて配置する。すなわち、回生用のスイッチング素子Ｓｒを内蔵するパワーカードＰＣを、力行用のスイッチング素子Ｓｐを内蔵するパワーカードＰＣの上流側に配置する。詳しくは、冷却水の流動方向に沿った上流側に配置する。この場合、回生制御時には、力行用のスイッチング素子Ｓｐに電流が流れないとはいえ、力行用のスイッチング素子Ｓｐは回生用のスイッチング素子Ｓｒの発熱によって温度が上昇した冷却水との間で熱的な平衡状態へと向かうため、力行用のスイッチング素子Ｓｐの温度は、冷却装置の上流側（入口側）の温度を適切に表現するものとならない。

そこで本実施形態では、回生制御時には、回生用のスイッチング素子Ｓｒに供給される電力と、回生用のスイッチング素子Ｓｒの温度とに基づき、冷却水の温度を推定する。

図１１に、本実施形態にかかる冷却水の温度の推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、電流センサ４１の検出値（高圧バッテリ４０の流出入電流Ｉ）を取得する。続くステップＳ５２においては、先の図７のステップＳ２２と同様、力行制御時であるか否かを判断する。そして、力行制御時であると判断される場合には、先の図７のステップＳ２４と同様にして、ステップＳ５４において回生用のスイッチング素子Ｓｒの温度Ｔｒを冷却水の温度とする。一方、ステップＳ５２において、力行制御時でないと判断される場合、換言すれば、回生制御時であると判断される場合には、ステップＳ５６において、回生用のスイッチング素子Ｓｒの消費電力Ｗを算出する。続くステップＳ５８においては、上記ステップＳ５６において算出された消費電力Ｗに基づき、素子温度上昇量ΔＴｊを推定する。ここでは、予め消費電力Ｗとスイッチング素子Ｓｒの温度上昇量ΔＴｊとの関係を定めるマップを作成しておき、このマップに基づき温度上昇量ΔＴｊを推定する。なお、このマップは、実際に冷却水が流れる状況下における温度上昇量ΔＴｊを定めるものである。このマップは、例えば実機と同一の条件下における計測等によって作成することができる。

続くステップＳ６０においては、冷却水温度を、回生用のスイッチング素子Ｓｒについての感温ダイオードＳＤの感知する温度Ｔｒから上記温度上昇量ΔＴｊを減算することで算出する。なお、上記ステップＳ５４、Ｓ６０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果に準じた効果に加えた、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）力行用のスイッチング素子Ｓｐに電流が流れないと判断される場合、回生用のスイッチング素子Ｓｒに供給される電力と回生用のスイッチング素子Ｓｒの温度とに基づき、冷却水の温度を推定した。これにより、力行用のスイッチング素子Ｓｐを回生用のスイッチング素子Ｓｒの下流側に配置するにもかかわらず、回生時においても冷却水の温度を適切に推定することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１及び第２の実施形態では、回生用のスイッチング素子と力行用のスイッチング素子とをそれぞれ２つずつ採用したがこれに限らない。例えば３つ以上ずつであってもよい。ここで例えば、３つずつ採用する場合には、回生用のスイッチング素子と力行用のスイッチング素子とのいずれか一方は、冷却水の流通経路の上流側に２つ配置することができる。このため例えば、これらの温度の平均値に基づき冷却水温度を推定してもよい。

・上記第２の実施形態では、高圧バッテリ４０の放電状態（力行制御）と充電状態（回生制御）との間の切り替えから所定時間α経過するまでの間は、それ以前に採用されていた感温ダイオードの温度を冷却水の温度として採用したがこれに限らない。例えば所定時間α内にあっては、回生用のスイッチング素子Ｓｒ１の温度Ｔｒと力行用のスイッチング素子Ｓｐ２の温度との加重平均処理によって、冷却水の温度を推定してもよい。

・回生用のスイッチング素子と力行用のスイッチング素子とのいずれに電流が流れていないかを判断する手法としては、上記電流センサ４１の検出値に基づくものに限らない。例えば、回生用のスイッチング素子と力行用のスイッチング素子との少なくとも一方に流れる電流を検出する検出手段を備え、この検出値に基づき判断してもよい。この検出手段としては、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合、そのエミッタ及びコレクタ間を流れる電流に応じた微少な電流を出力するセンス端子を備えるものを採用することで、検出手段としてセンス端子を採用することができる。また、例えば電動機１６や発電機１４の回転速度や要求トルクに基づき、力行制御時か回生制御時かを判断してもよい。

・上記各実施形態では、回生用のスイッチング素子と力行用のスイッチング素子との下流であって且つこれらに逆並列に接続されるダイオードの上流側に感温ダイオードＳＤを配置することで、感温ダイオードによるスイッチング素子の温度感知に際してのダイオードの熱干渉を排除したがこれに限らない。例えば、上記逆並列に接続されるダイオードと感温ダイオードＳＤとを、冷却水の流動方向に対して互いに平行に配置することで、上記熱干渉を排除してもよい。

・上記第３の実施形態における冷却水の推定原理を用いるなら、例えば先の図５に示した配置において冷却水の上流側に位置するスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５等の温度と、これらに供給される単位時間当たりの電力とに基づき、冷却水の温度を推定してもよい。

・上記実施形態では、回生用のスイッチング素子や力行用のスイッチング素子を、これらに逆並列に接続されるダイオード及び感温ダイオードＳＤとともに、パワーカードＰＣとしてパッケージングしたが、これに限らない。例えば、スイッチング素子に逆並列に接続されるダイオードをパワーカードＰＣの外部に設けてもよい。

・上記各実施形態では、パラレルシリーズハイブリッド車に本発明を適用したがこれに限らない。例えば、パラレルハイブリッド車であっても、高圧バッテリとインバータとをコンバータを介して接続する場合には、本発明の適用が有効である。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるパワーコントロールユニットの回路構成を示す図。 同実施形態にかかるシステムの動作を示す共線図。 同実施形態にかかるパワーカードを示す斜視図。 同実施形態にかかる冷却装置内のパワーデバイスの配置態様を示す平面図。 同実施形態にかかるコンバータの温度情報の取得の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる冷却水の温度情報を取得する処理手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる冷却水の温度情報を取得する処理手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかるパワーコントロールユニットの回路構成を示す図。 同実施形態にかかる冷却装置内のパワーデバイスの配置態様を示す平面図。 同実施形態にかかる冷却水の温度情報を取得する処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１４…発電機、１６…電動機、３０…ＥＣＵ（温度情報取得装置の一実施形態）、ＣＶ…コンバータ、ＩＶ１，ＩＶ２…インバータ、ＳＤ…感温ダイオード。

Claims (10)

1. 給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、
   前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のいずれか一方がいずれか他方に対して前記冷却流体の流動方向の上流側に位置するように配置されており、
   前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子の電流の流通状態と前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定する推定手段を備え、
   前記推定手段は、前記いずれか他方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方に供給される電力と前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定して且つ、前記いずれか一方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする冷却流体の温度情報取得装置。
2. 給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、
   前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子の電流の流通状態と前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定する推定手段を備え、
   前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子は、前記冷却流体の流動方向に対して互いに平行に配置されており、
   前記推定手段は、前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のうちの電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする冷却流体の温度情報取得装置。
3. 給電手段から回転機に電力が供給される力行時に電流が流れる力行用スイッチング素子及び前記回転機から前記給電手段に電力が供給される回生時に電流が流れる回生用スイッチング素子を備えるコンバータと、前記力行用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子のそれぞれの温度を感知する温度感知手段とを備える電力変換装置について、これを冷却する冷却流体の温度情報を取得する冷却流体の温度情報取得装置において、
   前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のうちの電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定する推定手段と、
   前記給電手段から電流が流出している状態と前記給電手段に電流が流入している状態との２つの状態間の切り替わりから所定時間経過するまでの間は、前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づく前記冷却流体の温度の推定を禁止する手段とを備え、
   前記推定手段は、前記切り替わりから所定時間経過後において前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づき前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする冷却流体の温度情報取得装置。
4. 前記推定手段は、前記給電手段から電流が流出している場合に前記回生用スイッチング素子に電流が流れていないと判断し、前記給電手段に電流が流入している場合に前記力行用スイッチング素子に電流が流れていないと判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却流体の温度情報取得装置。
5. 前記給電手段から電流が流出している状態と前記給電手段に電流が流入している状態との２つの状態間の切り替わりから所定時間経過するまでの間は、前記電流が流れていないと判断される方についての前記温度感知手段の感知する温度に基づく前記冷却流体の温度の推定を禁止する手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載の冷却流体の温度情報取得装置。
6. 前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子は、前記冷却流体の流動方向に対して互いに平行に配置されてなることを特徴とする請求項３記載の冷却流体の温度情報取得装置。
7. 前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のそれぞれが複数個からなることを特徴とする請求項２または６記載の冷却流体の温度情報取得装置。
8. 前記力行用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子のいずれか一方がいずれか他方に対して前記冷却流体の流動方向の上流側に位置するように配置されており、
   前記推定手段は、前記いずれか他方に電流が流れないと判断される場合、前記いずれか一方に供給される電力と前記いずれか一方についての前記温度感知手段の感知する温度とに基づき、前記冷却流体の温度を推定することを特徴とする請求項３記載の冷却流体の温度情報取得装置。
9. 前記電力変換装置は、コンバータを介して給電手段に接続されるインバータを更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却流体の温度情報取得装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷却流体の温度情報取得装置と、
    前記電力変換装置とを備えることを特徴とする電力変換システム。

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