JP5626478B2

JP5626478B2 - 冷却装置の異常検出装置および異常検出方法

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Publication number: JP5626478B2
Application number: JP2013535668A
Authority: JP
Inventors: 成北澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2014-11-19
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Description

本発明は、複数の半導体素子を含む電気機器を冷却するための冷却装置の異常検出に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車のような、駆動源としてモータを搭載した車両には、インバータ等の半導体素子を含む電気機器が搭載される。さらに、車両には、この電気機器を冷却するための冷却媒体を用いた冷却装置が搭載される。

このような冷却装置の異常を検出する技術として、たとえば、特開２００６−２９４９７８号公報（特許文献１）には、半導体素子を含む電気機器の温度と、冷却媒体の温度とに基づいて冷却装置の異常を検出する技術が開示される。

特開２００６−２９４９７８号公報

ところで、冷却装置の異常が発生した場合には、不具合箇所を特定することが望ましい。しかしながら、上述した公報には、冷却装置の異常が発生した場合に不具合箇所を特定する点については何ら開示されていない。そのため、たとえば、冷却装置内の冷却媒体の通路に異物による目詰まりが発生した場合と、他の部品が故障した場合とで不具合箇所を切り分けることができない。

本発明の目的は、複数の半導体素子を含む電気機器を冷却するための冷却装置に異常が発生した場合に不具合箇所を特定する冷却装置の異常検出装置および異常検出方法を提供することである。

この発明のある局面に係る異常検出装置は、車両に搭載される、第１半導体素子と第２半導体素子とを含む電気機器を冷却するための冷却装置の異常検出装置である。第１半導体素子と第２半導体素子には、実質的に大きさの等しい電流が流れる。冷却装置は、第１半導体素子の熱を放熱するための第１放熱部と、第２半導体素子の熱を放熱するための第２放熱部と、第１放熱部および第２放熱部に並行して冷媒を流通させるための媒体通路とを含む。媒体通路には、第１放熱部に冷媒が流通する経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が予め形成される。異常検出装置は、第１半導体素子の第１温度を検出するための第１温度検出部と、第１温度と第２半導体素子の第２温度との差の大きさが許容値を超える場合に、所定部位における目詰まりの発生を検出するための制御部とを含む。

好ましくは、制御部は、第２スイッチング素子に流れる電流と、第２スイッチング素子の動作周波数と、冷媒の温度とのうちの少なくともいずれか一つを用いて第２温度を推定する。

さらに好ましくは、異常検出装置は、第２温度を検出するための第２温度検出部をさらに含む。

さらに好ましくは、第１放熱部および第２放熱部は、並列に配置され、かつ、一体的に形成された板状の熱交換器である。熱交換器の入口と媒体通路とは、第２放熱部の入口側から前記第１放熱部の入口側に向けて前記冷媒が流入するように接続される。第２放熱部の入口側から第１放熱部の入口側に向けて通路断面積が減少していくように媒体通路が形成されることによって、熱交換器の入口の第１放熱部側の端部に所定部位が形成される。

この発明の他の局面に係る異常検出方法は、第１半導体素子と第２半導体素子とを含む電気機器を冷却するための冷却装置の異常検出方法である。第１半導体素子と第２半導体素子には、実質的に大きさの等しい電流が流れる。冷却装置は、第１半導体素子の熱を放熱するための第１放熱部と、第２半導体素子の熱を放熱するための第２放熱部と、第１放熱部および第２放熱部に並行して冷媒を流通させるための媒体通路とを含む。媒体通路には、第１放熱部に冷媒が流通する経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が予め形成される。この異常検出方法は、第１半導体素子の第１温度を検出するステップと、第１温度と第２半導体素子の第２温度との差の大きさが許容値を超える場合に、所定部位における目詰まりの発生を検出するステップとを含む。

この発明によると、第１半導体素子を冷却する冷却水の流通経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が形成される。これにより、第１半導体素子と実質的に同じ大きさの電流が流れる第２半導体素子との温度差が許容値を超える場合には、所定部位で目詰まりが発生していることを検出できる。したがって、複数の半導体素子を含む電気機器を冷却するための冷却装置に異常が発生した場合に不具合箇所を特定する冷却装置の異常検出装置および異常検出方法を提供することができる。

第１の実施の形態における車両の全体ブロック図である。冷却器の構造を説明するための図である。冷却器の断面構造を示す図である。第１の実施の形態における冷却器および冷却対象物の構成を説明するための図である。第１の実施の形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。第１の実施の形態におけるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。第２の実施の形態における冷却器および冷却対象物の構成を説明するための図である。第２の実施の形態におけるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明される。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返されない。
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係る車両１の全体ブロック図が説明される。車両１は、トランスミッション８と、エンジン１０と、車輪速センサ１４と、インバータ６０と、バッテリ７０と、冷却装置７２と、駆動輪８０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００とを含む。

トランスミッション８は、第１レゾルバ１２と、第２レゾルバ１３と、駆動軸１６と、第１モータジェネレータ（以下、第１ＭＧと記載する）２０と、第２モータジェネレータ（以下、第２ＭＧと記載する）３０と、動力分割装置４０と、減速機５８とを含む。

この車両１は、エンジン１０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１０が発生する動力は、動力分割装置４０によって２経路に分割される。２経路のうちの一方の経路は減速機５８を介して駆動輪８０へ伝達される経路であり、他方の経路は第１ＭＧ２０へ伝達される経路である。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、たとえば、三相交流回転電機である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、インバータ６０によって駆動される。

第１ＭＧ２０は、動力分割装置４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電してインバータ６０を経由してバッテリ７０を充電するジェネレータとしての機能を有する。また、第１ＭＧ２０は、バッテリ７０からの電力を受けてエンジン１０の出力軸であるクランク軸を回転させる。これによって、第１ＭＧ２０は、エンジン１０を始動するスタータとしての機能を有する。

第２ＭＧ３０は、バッテリ７０に蓄えられた電力および第１ＭＧ２０により発電された電力の少なくともいずれか一方を用いて駆動輪８０に駆動力を与える駆動用モータとしての機能を有する。また、第２ＭＧ３０は、回生制動によって発電された電力を用いてインバータ６０を経由してバッテリ７０を充電するためのジェネレータとしての機能を有する。

エンジン１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、複数の気筒１０２と、複数の気筒１０２の各々に燃料を供給する燃料噴射装置１０４とを含む。燃料噴射装置１０４は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ１に基づいて、各気筒に対して適切な時期に適切な量の燃料を噴射したり、各気筒に対する燃料の噴射を停止したりする。

さらに、エンジン１０には、エンジン１０のクランク軸の回転速度（以下、エンジン回転速度と記載する）Ｎｅを検出するためのエンジン回転速度センサ１１が設けられる。エンジン回転速度センサ１１は、検出されたエンジン回転速度Ｎｅを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

動力分割装置４０は、駆動輪８０を回転させるための駆動軸１６、エンジン１０の出力軸および第１ＭＧ２０の回転軸の三要素の各々を機械的に連結する。動力分割装置４０は、上述の三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間での動力の伝達を可能とする。第２ＭＧ３０の回転軸は、駆動軸１６に連結される。

動力分割装置４０は、サンギヤ５０と、ピニオンギヤ５２と、キャリア５４と、リングギヤ５６とを含む遊星歯車機構である。ピニオンギヤ５２は、サンギヤ５０およびリングギヤ５６の各々と噛み合う。キャリア５４は、ピニオンギヤ５２を自転可能に支持するとともに、エンジン１０のクランク軸に連結される。サンギヤ５０は、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤ５６は、駆動軸１６を介在して第２ＭＧ３０の回転軸および減速機５８に連結される。

減速機５８は、動力分割装置４０や第２ＭＧ３０からの動力を駆動輪８０に伝達する。また、減速機５８は、駆動輪８０が受けた路面からの反力を動力分割装置４０や第２ＭＧ３０に伝達する。

インバータ６０は、バッテリ７０に蓄えられた直流電力を第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動するための交流電力に変換する。インバータ６０は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ２に基づいて制御される。インバータ６０は、バッテリ７０の直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０に出力する。これにより、バッテリ７０に蓄えられた電力を用いて第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０が駆動される。また、インバータは、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０によって発電される交流電力を直流電力に変換してバッテリ７０に出力する。これにより、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０により発電された電力を用いてバッテリ７０が充電される。

インバータ６０は、複数の半導体素子を含む。半導体素子は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子等のスイッチング素子である。本実施の形態においては、インバータ６０は、Ｕ相に対応する第１半導体素子９２と、Ｖ相に対応する第２半導体素子９４と、Ｗ相に対応する第３半導体素子９６とを含む。第１半導体素子９２、第２半導体素子９４および第３半導体素子９６においては、位相は異なるが実質的に等しい大きさの電流が流れる。インバータ６０は、第１ＭＧ２０を駆動するための３相に対応する半導体素子群と、第２ＭＧ３０を駆動するための３相に対応する半導体素子群とを含む。以下の説明においては、第１半導体素子９２、第２半導体素子９４および第３半導体素子９６は、第２ＭＧ３０を駆動するための３相に対応する半導体素子群であるとして説明する。

バッテリ７０は、蓄電装置であり、再充電可能な直流電源である。バッテリ７０としては、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池が用いられる。バッテリ７０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ７０は、上述したように第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０により発電された電力を用いて充電される他、外部電源（図示せず）から供給される電力を用いて充電されてもよい。なお、バッテリ７０は、二次電池に限らず、直流電圧を生成できるもの、たとえば、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等であってもよい。

第１レゾルバ１２は、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１を検出する。第１レゾルバ１２は、検出された回転速度Ｎｍ１を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。第２レゾルバ１３は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２を検出する。第２レゾルバ１３は、検出された回転速度Ｎｍ２を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

車輪速センサ１４は、駆動輪８０の回転速度Ｎｗを検出する。車輪速センサ１４は、検出された回転速度Ｎｗを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。ＥＣＵ２００は、受信した回転速度Ｎｗに基づいて車速Ｖを算出する。なお、ＥＣＵ２００は、回転速度Ｎｗに代えて第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２に基づいて車速Ｖを算出するようにしてもよい。

冷却装置７２は、インバータ６０およびトランスミッション８内の第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を冷却する。冷却装置７２は、第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０およびインバータ６０に加えて、コンバータ（図示せず）を冷却してもよい。冷却装置７２は、冷却器６２と、ラジエータ７３と、リザーバ７７と、ウォータポンプ７８と、冷却水通路７９と、水温センサ１５０とを含む。

ラジエータ７３と、冷却器６２と、リザーバ７７と、ウォータポンプ７８と、トランスミッション８とは、冷却水通路７９によって直列かつ環状に接続されている。

リザーバ７７は、不凍液などの冷却水（冷却媒体）を貯留する。冷却水通路７９を循環する冷却水が不足するとリザーバ７７に貯留された冷却水が冷却水通路７９に補充される。

ウォータポンプ７８は、冷却水を循環させるためのポンプであって、図１に示される矢印の方向に冷却水を循環させる。ウォータポンプ７８は、電動で駆動する。ウォータポンプ７８は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ３に基づいて作動する。ＥＣＵ２００は、たとえば、車両１のシステムの起動指示（たとえば、ＩＧオン操作）を受けた場合にウォータポンプ７８を作動させるようにしてもよい。なお、ウォータポンプ７８は、エンジン１０を動力源としてもよい。

ラジエータ７３は、トランスミッション８内の第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を冷却した後の冷却水を媒体通路から受け、その受けた冷却水を冷却する。

水温センサ１５０は、冷却水通路７９における冷却器６２とラジエータ７３との間の位置に設けられる。水温センサ１５０は、冷却水通路７９内の冷却水の温度（以下、冷却水温と記載する）Ｔｗを検出する。水温センサ１５０は、検出された冷却水温Ｔｗを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

図２に示すように、冷却器６２は、ラジエータ７３からの冷却水を受け入れるための入口部６４と、冷却器６２内の冷却水をリザーバ７７に向けて排出するための出口部６６と、冷却器６２の筐体７４の内部に収納された冷却フィン６８とを含む。冷却フィン６８の直上には、筐体７４に当接するように冷却器６２の冷却対象物であるインバータ６０が設けられる。

図３に冷却器６２の冷却フィン６８部分の断面が示される。図３に示すように、冷却フィン６８は、筐体７４の上面部材７５および筐体７４の下面部材７６の両方に当接するような波形状を有する。なお、上面部材７５および下面部材７６は、起伏のない平面の形状を有する。冷却器６２の筐体７４および冷却フィン６８は、たとえば、アルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成される。

冷却器６２の冷却対象物は、上面部材７５および下面部材７６に当接して設けられる。そのため、上面部材７５および下面部材７６のうちの冷却対象物と当接するいずれか一方の部材は、冷却対象物との接触面積が大きくなるような形状に形成されてもよい。あるいは上面部材７５および下面部材７６のうちの冷却対象物と当接しないいずれか一方の部材には、空気と接触する面の表面積が増加するような起伏が設けられてもよい。

本実施の形態においては、上面部材７５にインバータ６０が当接して設けられるとして説明するが、下面部材７６にインバータ６０以外の冷却対象物（たとえば、コンバータ）が当接して設けられるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、冷却フィン６８は、筐体７４と別部材であるとして説明するが、冷却フィン６８に代えて、たとえば、上面部材７５および下面部材７６のうちの冷却対象物と当接するいずれか一方の部材における冷却水と接触する面に表面積が増加するような起伏（たとえば、波形状の起伏）を設けてもよい。

本実施の形態において、冷却フィン６８は、複数の半導体素子のそれぞれを放熱するための放熱部を一体的に形成した１つの熱交換器であるとして説明するが、特に１つの部材で形成されることに限定されるものではない。たとえば、冷却フィン６８は、複数の部材で形成されてもよい。

図２に戻って、冷却フィン６８は、筐体７４の上面部材７５また下面部材７６への投影面が矩形形状となるように形成される板形状の熱交換器である。冷却器６２には、冷却フィン６８を介在して、入口部６４側に第１通路６５が形成され、出口部６６側に第２通路６７が形成される。ウォータポンプ７８が作動することによって入口部６４から流通した冷却水は、第１通路６５に流通する。第１通路６５を流通する冷却水は、冷却フィン６８を通過した後に第２通路６７に流通する。第２通路６７に流通する冷却水は、出口部６６から排出される。

本実施の形態において、第１通路６５は、入口部６４から離れた位置になるほど冷却フィン６８の端部６９と筐体７４とにより形成される通路の断面積が減少するように形成される。図２に示すように第１通路６５の、上面部材７５または下面部材７６に平行な平面で冷却器６２を切った場合の断面形状が略三角形状となり、入口部６４から離れた位置になるほど先細る、鋭角を有する形状となる。なお、第２通路６７の形状については、特に限定されるものではない。

図４に示すように、冷却器６２の上面部材７５にはインバータ６０の第１半導体素子９２と、第２半導体素子９４と、第３半導体素子９６とが当接するように設けられる。さらに、本実施の形態においては、第１半導体素子９２、第２半導体素子９４および第３半導体素子９６のうちの入口部６４から最も離れた第１半導体素子９２には、温度検出素子９８が内蔵される。温度検出素子９８は、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａを検出するための素子である。温度検出素子９８は、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。なお、第１半導体素子９２に内蔵される温度検出素子９８に代えて第１半導体素子９２とは別個に設けられる温度センサを用いて第１半導体素子９２の第１温度Ｔａを検出してもよい。

さらに、本実施の形態において、冷却器６２には、第１半導体素子９２に当接する位置の直下の冷却フィン６８の部分を流通する冷却水の経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が予め形成される。異物とは、たとえば、製造段階で生じるバリやシール材の一部、腐食生成物等を含む。本実施の形態においては、図２および図４の破線枠に示す位置に当該所定部位が形成される。すなわち、所定部位は、第１通路６５の入口部６４から離れている側の冷却フィン６８の入口の端部であって、図２に示すように略三角形状となる第１通路６５の断面における鋭角を有する部分を中心とする範囲をいう。なお、所定部位の範囲は、図２および図４の破線枠で示される範囲に限定されるものではない。また、第１通路６５が図２に示すような断面を有するように形成されることによって入口部６４から流入する冷却水の流速が高められる。

ＥＣＵ２００は、エンジン１０を制御するための制御信号Ｓ１を生成し、その生成した制御信号Ｓ１をエンジン１０へ出力する。また、ＥＣＵ２００は、インバータ６０を制御するための制御信号Ｓ２を生成し、その生成した制御信号Ｓ２をインバータ６０へ出力する。

ＥＣＵ２００は、エンジン１０およびインバータ６０等を制御することによって車両１が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体、すなわち、バッテリ７０の充放電状態、エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の動作状態を制御する。

ＥＣＵ２００は、運転席に設けられたアクセルペダル（図示せず）の踏込み量に対応する要求駆動力を算出する。ＥＣＵ２００は、算出された要求駆動力に応じて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０のトルクと、エンジン１０の出力とを制御する。

上述したような構成を有する車両１において、冷却装置７２の異常が発生した場合には、冷却装置７２内の冷却水通路７９に異物による目詰まりが発生した場合と、他の部品（たとえば、ウォータポンプ７８）に故障が発生した場合とで切り分けることが望ましい。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ２００が、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差が許容値ΔＴを超える場合に、上述した所定部位における目詰まりの発生を検出する点を特徴とする。

また、本実施の形態においては、ＥＣＵ２００は、第３半導体素子９６に流れる電流、第３半導体素子９６のスイッチング動作時の動作周波数および冷却水温Ｔｗとのうちの少なくともいずれか一つを用いて第２温度Ｔｂを推定する。

さらに、ＥＣＵ２００は、第１半導体素子９２、第２半導体素子９４および第３半導体素子９６の動作によって駆動する第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも小さい場合には、目詰まりの発生の検出を行なわない。

図５に、本実施の形態における車両１に搭載されたＥＣＵ２００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ２００は、温度推定部２１０と、推定可否判定部２１２と、異常判定部２１４とを含む。

温度推定部２１０は、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを推定する。温度推定部２１０は、第３半導体素子９６における発熱量と放熱量とに基づいて第２温度Ｔｂを推定する。温度推定部２１０は、たとえば、第３半導体素子９６に流れる電流またはスイッチング動作時の動作周波数等に基づいて発熱量を推定する。また、温度推定部２１０は、冷却水温Ｔｗに基づいて第３半導体素子９６から冷却水への放熱量を推定する。温度推定部２１０は、たとえば、発熱量から放熱量を減算した熱量を変動熱量とし、第３半導体素子９６の比熱から温度の変化量を算出し、前回値に算出された変化量を加算して第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを推定する。

温度推定部２１０は、たとえば、第３半導体素子９６に流れる電流、動作周波数および冷却水温Ｔｗと、所定のマップとに基づいて温度変化量を算出するようにしてもよい。所定のマップは、第３半導体素子９６に流れる電流、動作周波数、冷却水温Ｔｗおよび温度変化量との関係を規定するマップであって、実験等により適合される。

なお、温度推定部２１０は、たとえば、インバータ６０の作動開始時点において、冷却水温Ｔｗと同一の値を第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂの初期値として設定してもよい。また、発熱量または放熱量を推定するパラメータとしては、上述のパラメータに限定されるものではない。たとえば、ウォータポンプ７８の作動量に基づいて放熱量を補正してもよい。

推定可否判定部２１２は、第３半導体素子９６の状態が第２温度Ｔｂを一定の精度で推定できる状態であるか否かを判定する。具体的には、推定可否判定部２１２は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きいか否かを判定する。推定可否判定部２１２は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きい場合に、第３半導体素子９６の状態が第２温度Ｔｂを一定の精度で推定できる状態であると判定する。しきい値Ｎｍ２（０）は、たとえば、数十から数百の間の値であって、ロック電流が流れない回転数が設定される。

なお、推定可否判定部２１２は、たとえば、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きい場合に、推定可能判定フラグをオン状態にしてもよい。

異常判定部２１４は、推定可否判定部２１２によって第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きいと判定された場合に、異常判定処理を実行する。異常判定部２１４は、たとえば、推定可能判定フラグがオン状態である場合に、異常判定処理を実行してもよい。

また、異常判定部２１４は、推定可否判定部２１２によって第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）以下であると判定された場合には、異常判定処理を実行しない。

異常判定部２１４は、温度検出素子９８によって検出された第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと、温度推定部２１０によって推定された第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさ（絶対値）がしきい値ΔＴよりも小さい場合に、所定部位で目詰まりが発生していない正常な状態であると判定する。なお、しきい値ΔＴは、少なくとも第１半導体素子９２または第３半導体素子９６の劣化により生じる温度差は許容される（正常な状態であると判定される）ように設定される。

一方、異常判定部２１４は、第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴ以上である場合には所定部位で目詰まりが発生した状態であると判定する。異常判定部２１４は、たとえば、所定部位で目詰まりが発生した状態であると判定した場合には、インバータ６０における発熱量（駆動力）を低減する所定の退避走行モードを選択してもよいし、目詰まりが発生した旨の通知を行なうようにしてもよい。

本実施の形態において、温度推定部２１０と、推定可否判定部２１２と、異常判定部２１４とは、いずれもＥＣＵ２００のＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。

図６を参照して、本実施の形態における車両１に搭載されたＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ２００は、温度検出素子９８から第１半導体素子９２の第１温度Ｔａを取得する。Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを推定する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きいか否かを判定する。第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きい場合には、処理はＳ１０６に移される。もしそうでない場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさが許容値であるしきい値ΔＴよりも小さいか否かを判定する。第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さい場合には（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、第３半導体素子９６の温度推定が不可であると判定し、異常判定処理を実行しない。すなわち、ＥＣＵ２００は、目詰まりの発生の検出を行なわない。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ２００は、所定部位において異物による目詰まりが発生していない正常状態であると判定する。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ２００は、所定部位において異物による目詰まりが発生していると判定する。本実施の形態において、異常判定処理は、Ｓ１０６、Ｓ１１０およびＳ１１２の処理をいう。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における車両１に搭載されたＥＣＵ２００の動作について説明する。

＜第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２が低い場合＞
第１半導体素子９２の第１温度Ｔａが取得され（Ｓ１００）、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂが推定され（Ｓ１０２）、かつ、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）以下である場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、第２温度Ｔｂの推定が不可であると判定され（Ｓ１０８）、目詰まりの検出は行なわれない。

＜所定部位において目詰まりが発生していない場合＞
第１半導体素子９２の第１温度Ｔａが取得され（Ｓ１００）、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂが推定され（Ｓ１０２）、かつ、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）よりも大きい場合には（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１０６）。

所定部位において目詰まりが発生していない場合には、冷却器６２において入口部６４から第１通路６５に流入した冷却水は、冷却フィン６８においてほぼ一様の流量で流通する。その結果、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さくなる（Ｓ１０６にてＹＥＳ）。そのため、所定部位において異物による目詰まりが発生していない正常状態であると判定される（Ｓ１１０）。

＜所定部位において目詰まりが発生している場合＞
所定部位において目詰まりが発生している場合には、第１半導体素子９２の直下の冷却フィン６８の部分を流通する冷却水の流量が第３半導体素子９６の直下の冷却フィン６８の部分を流通する冷却水の流量よりも減少することとなる。そのため、第１半導体素子９２から冷却水への放熱量が第３半導体素子９６から冷却水への放熱量よりも減少する。その結果、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａは、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂよりも上昇する。

第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴ以上となる場合には（Ｓ１０６にてＮＯ）、所定部位において異物による目詰まりが発生したと判定される（Ｓ１１２）。

以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置によると、冷却器６２において第１半導体素子９２の熱を放熱する冷却フィン６８の一部分を流通する冷却水の流通経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が形成される。他相の実質的に同じ大きさ電流が流れる第３半導体素子９６との温度差がしきい値ΔＴよりも大きい場合に所定部位での目詰まりの発生を検出することにより、精度高く冷却装置７２の不具合箇所を特定することができる。したがって、複数の半導体素子を含む電気機器を冷却するための冷却装置に異常が発生した場合に不具合箇所を特定する冷却装置の異常検出装置および異常検出方法を提供することができる。

また、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がしきい値Ｎｍ２（０）以下である場合、目詰まりの発生の検出を行なわないことにより、目詰まりの発生の誤検出を抑制することができる。

本実施の形態においては、冷却装置７２の冷却対象物となる複数の半導体素子を含む電機器がインバータ６０であるとして説明したが、たとえば、コンバータ等であってもよい。

さらに、本発明が適用される車両１としては、図１に示すハイブリッド車両を一例として説明したが、本発明が適用される車両は、複数の半導体素子を含む電気機器と、当該電気機器を冷却媒体を用いて冷却するための冷却装置が搭載された車両であればよい。すなわち、本発明が適用される車両は、図１に示されるハイブリッド車両に特に限定されるものではなく、他の形式（シリーズ、あるいは、パラレル）のハイブリッド車両であってもよいし、あるいは、電気自動車や燃料電池車両であってもよい。

本実施の形態においては、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差に基づいて目詰まりの発生の有無を判定したが、たとえば、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第２半導体素子９４の温度との差に基づいて目詰まりの発生の有無を判定してもよい。好ましくは、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと、同じ大きさの電流が流れ、かつ、目詰まりの発生による影響を受けない半導体素子の温度と比較することが望ましい。

たとえば、Ｕ相において第１半導体素子９２を含む複数の半導体素子が並列に接続されており、かつ、複数の半導体素子のうちの目詰まりの発生による影響を受けない半導体素子がある場合には、当該半導体素子の温度と第１半導体素子９２の第１温度Ｔａとの差に基づいて目詰まりの発生の有無を判定してもよい。

本実施の形態においては、第２ＭＧ３０を駆動するための半導体素子群を用いて冷却装置７２の目詰まりの有無を検出するとして説明したが、たとえば、第１ＭＧ２０を駆動するためのインバータ６０に含まれる半導体素子群を用いて冷却装置７２の目詰まりの有無を検出してもよい。すなわち、第１ＭＧ２０を駆動するための半導体素子群のうちの目詰まりの発生により最も影響がある（温度が最も上昇する）半導体素子の温度と、目詰まりの発生による影響を受けない（温度が変化しない）半導体素子の温度との差に基づいて目詰まりを検出してもよい。

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置について説明する。本実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置が搭載された車両は、上述の第１の実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置が搭載された車両１の構成と比較して、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを検出するための温度検出素子９９が設けられる点と、ＥＣＵ２００の動作とが異なる。それ以外の構成については、上述の第１の実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置が搭載された車両１の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返されない。

図７に示すように、本実施の形態においては、インバータ６０には、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを検出するための温度検出素子９９が設けられる。なお、その他の構成については、図４で示したインバータ６０の構成と同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返されない。

本実施の形態においては、ＥＣＵ２００が、温度検出素子９８により検出される第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと、温度検出素子９９により検出される第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさが許容値ΔＴを超える場合に、所定部位における異物による目詰まりの発生を検出する点を特徴とする。

図８を参照して、本実施の形態における車両１に搭載されたＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ２００は、温度検出素子９８から第１半導体素子９２の第１温度Ｔａを取得する。Ｓ２０２にて、ＥＣＵ２００は、温度検出素子９９から第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを取得する。

Ｓ２０４にて、ＥＣＵ２００は、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさが許容値であるしきい値ΔＴよりも小さいか否かを判定する。第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さい場合には（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６に移される。もしそうでない場合（２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。

Ｓ２０６にて、ＥＣＵ２００は、所定部位において異物による目詰まりが発生していない正常状態であると判定する。Ｓ２０８にて、ＥＣＵ２００は、所定部位において異物による目詰まりが発生していると判定する。

以上のような構造およぶフローチャートに基づく本実施の形態における車両１に搭載されたＥＣＵ２００の動作について説明する。

＜所定部位において目詰まりが発生していない場合＞
第１半導体素子９２の第１温度Ｔａが取得され（Ｓ２００）、第３半導体素子９６の第２温度が取得された後に（２００）、第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１０６）。

所定部位において目詰まりが発生していない場合には、冷却器６２において入口部６４から第１通路６５に流入した冷却水は、冷却フィン６８においてほぼ一様の流量で流通する。その結果、第１半導体素子９２の第１温度Ｔａと第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴよりも小さくなる（Ｓ２０４にてＹＥＳ）。そのため、所定部位において異物による目詰まりが発生していない正常状態であると判定される（Ｓ２０６）。

第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとの差の大きさがしきい値ΔＴ以上となる場合には（Ｓ２０４にてＮＯ）、所定部位において異物による目詰まりが発生したと判定される（Ｓ２０８）。

以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置によると、上述の第１の実施の形態に係る冷却装置の異常検出装置による作用効果に加えて、第３半導体素子９６の第２温度Ｔｂを温度検出素子９９を用いて検出することができるため、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２に関わらず目詰まりの発生の有無を判定することができる。

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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１車両、８トランスミッション、１０エンジン、１１エンジン回転速度センサ、１２，１３レゾルバ、１４車輪速センサ、１６駆動軸、２０，３０ＭＧ、４０動力分割装置、５０サンギヤ、５２ピニオンギヤ、５４キャリア、５６リングギヤ、５８減速機、６０インバータ、６２冷却器、６４入口部、６５，６７通路、６６出口部、６８冷却フィン、６９端部、７０バッテリ、７２冷却装置、７３ラジエータ、７４筐体、７５上面部材、７６下面部材、７７リザーバ、７８ウォータポンプ、７９冷却水通路、８０駆動輪、９２，９４，９６半導体素子、９８，９９温度検出素子、１０２気筒、１０４燃料噴射装置、１５０水温センサ、２００ＥＣＵ、２１０温度推定部、２１２推定可否判定部、２１４異常判定部。

Claims

車両に搭載される、第１半導体素子（９２）と第２半導体素子（９６）とを含む電気機器（６０）を冷却するための冷却装置（７２）の異常検出装置であって、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子には、実質的に大きさの等しい電流が流れ、前記冷却装置は、前記第１半導体素子の熱を放熱するための第１放熱部（６８）と、前記第２半導体素子の熱を放熱するための第２放熱部（６８）と、前記第１放熱部および前記第２放熱部に並行して冷媒を流通させるための媒体通路（６５）とを含み、前記媒体通路には、前記第１放熱部に前記冷媒が流通する経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が予め形成され、
前記異常検出装置は、
前記第１半導体素子の第１温度を検出するための第１温度検出部（９８）と、
前記第１温度と前記第２半導体素子の第２温度との差の大きさが許容値を超える場合に、前記所定部位における前記目詰まりの発生を検出するための制御部（２００）とを含む、冷却装置の異常検出装置。
前記制御部は、前記第２半導体素子に流れる電流と、前記第２半導体素子の動作周波数と、前記冷媒の温度とのうちの少なくともいずれか一つを用いて前記第２温度を推定する、請求項１に記載の冷却装置の異常検出装置。
前記異常検出装置は、前記第２温度を検出するための第２温度検出部（９９）をさらに含む、請求項１に記載の冷却装置の異常検出装置。
前記第１放熱部および前記第２放熱部は、並列に配置され、かつ、一体的に形成された板状の熱交換器であって、
前記熱交換器の入口と前記媒体通路とは、前記第２放熱部の入口側から前記第１放熱部の入口側に向けて前記冷媒が流入するように接続され、
前記第２放熱部の入口側から前記第１放熱部の入口側に向けて通路断面積が減少していくように前記媒体通路が形成されることによって、前記熱交換器の入口の前記第１放熱部側の端部に前記所定部位が形成される、請求項１に記載の冷却装置の異常検出装置。
車両に搭載される、第１半導体素子（９２）と第２半導体素子（９６）とを含む電気機器（６０）を冷却するための冷却装置（７２）の異常検出方法であって、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子には、実質的に大きさの等しい電流が流れ、前記冷却装置は、前記第１半導体素子の熱を放熱するための第１放熱部と、前記第２半導体素子の熱を放熱するための第２放熱部と、前記第１放熱部（６８）および前記第２放熱部（６８）に並行して冷媒を流通させるための媒体通路（６５）とを含み、前記媒体通路には、前記第１放熱部に前記冷媒が流通する経路上に異物による目詰まりが発生しやすい所定部位が予め形成され、
前記異常検出方法は、
前記第１半導体素子の第１温度を検出するステップと、
前記第１温度と前記第２半導体素子の第２温度との差の大きさが許容値を超える場合に、前記所定部位における前記目詰まりの発生を検出するステップとを含む、冷却装置の異常検出方法。