JP5786452B2 - 高圧ケーブル保護システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧ケーブル保護システムに係り、特に、回転電機と回転電機駆動装置とを接続する高圧ケーブルが許容電流値を超えないように保護する高圧ケーブル保護システムに関する。

車両に搭載される駆動用モータのように高電圧大電力で駆動される回転電機は、その電源回路との間が高圧ケーブルで接続される。高圧ケーブルに流れる電流が過大になると、例えば発煙等が生じることがあるので、高圧ケーブルの線径等に応じて高圧ケーブルの流せる電流として許容電流値が設定される。

例えば、特許文献１には、電線保護方法として、センスＭＯＳで電線の電流を検出し、検出された電流から電線の温度を推定し、推定電線温度が上限温度を超すと電源から負荷への電力供給を停止させることが述べられている。

特許文献２には、ケーブルの保護機構として、ケーブルのリーク電流が温度上昇で増大することに着目し、ケーブルのリーク電流を検出し、検出したリーク電流からケーブル温度の推定を行うことが述べられている。その推定結果に基づいて、電流制限が行われる。

特許文献３には、車両用ワイヤハーネスの異常検出装置として、線状のサーミスタをワイヤハーネスに巻回し、この線状サーミスタにより得られる温度検出出力に基づいてワイヤハーネスの異常を検出することが述べられている。

特許文献４には、半導体スイッチと負荷とがハーネスで接続されるときに、ハーネスの発煙に至るまでの電流と時間の関係は、電流時間積が閾値となるときであることが述べられている。ここでは、半導体スイッチの近傍の温度をハーネスの周囲温度として、この周囲温度に応じて半導体スイッチを流れる電流値を補正し、例えば、周囲温度が高いときは、電流値を大きめに補正し、補正した電流値を用いた電流時間積と閾値とを比較することが述べられている。

特許文献５には、車両用電気回路保護装置として、ワイヤハーネスが発煙する電流時間積について、ランプのように突入電流が繰り返し流れる場合、車速が速いと外気によって冷却されて温度が低下する場合等を考慮することが述べられている。

特許文献６には、電線保護方法として、半導体スイッチ素子に負荷への通過電流が流れると、時間経過と共に発熱し、オン抵抗が上昇し、これによってドレインソース端子間電圧が上昇することを利用することが述べられている。すなわち、半導体スイッチ素子のドレインソース端子間電圧の変化率からオン抵抗の変化率、通過電流の値が順次分かるので、これに基づいてハーネスの温度を推定する。推定電線温度が上限温度以上のときに半導体スイッチ素子がオフされる。そして、この推定によって半導体スイッチ素子がオフされる電流値と時間の関係が、銅電線の理論発煙曲線に一致することを述べている。

特開２００９−１３０９４４号公報 特開２００８−１５４３０５号公報 特開平１１−１３９２２３号公報 特開平１０−５１９４４号公報 特開平１１−２４０３９５号公報 特開２００９−２２６９８４号公報

特許文献４，６で述べられているように、高圧ケーブルのような被覆電線の発煙については、電流値と通電時間の積が目安になるので、この仕様に合うように、高圧ケーブルの線径等が設定され、その線径で許容できる電流値を超えるときには電流制限を行うものとできる。ところで、高圧ケーブルの配設される環境が高温であると、その耐熱性を考慮して線径が設定される。この場合に、標準的な負荷条件と標準的な高温条件を組み合わせて線径を設定することができるが、高電圧大電力の負荷の場合、線径が太くなり、質量も多く、コストも高くなる。

高圧ケーブルは電力を伝送するために発熱するが、一方で熱伝導体でもある。実際の使用状況を考えると、高圧ケーブルは、長く配設されるので、どこかで風が当りそれによって冷却される。このことを考えると、負荷条件と高温条件で設定される線径が過剰となっていることがある。

本発明の目的は、高圧ケーブルの実際の使用状況に合わせて、適切な耐熱性保護とすることを可能とする高圧ケーブル保護システムを提供することである。

本発明に係る高圧ケーブル保護システムは、回転電機と回転電機駆動回路とを接続する高圧ケーブルと、高圧ケーブルの配設が行われる配設空間に配置される発熱体の温度と外気温度とに基づいて高圧ケーブルの周囲温度であるケーブル周囲温度を推定する周囲温度推定手段と、ケーブル周囲温度推定値が高いほど、高圧ケーブルに流れる電流値であるケーブル電流値が大きいほど、高圧ケーブルの発熱温度が高くなり、高圧ケーブルが受ける周囲風速値であるケーブル周囲風速値が速いほど高圧ケーブルの発熱温度が低くなることに基づいて、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行う出力制限手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る高圧ケーブル保護システムにおいて、回転電機はエンジンと共に車両に搭載され、高圧ケーブルの配設される配設空間に発熱体としてのエンジンが配置され、周囲温度推定手段は、エンジンの温度と外気温度とに基づいてケーブル周囲温度を推定し、出力制限手段は、ケーブル周囲温度推定値が高いほど、ケーブル電流値が大きいほど、高圧ケーブルの発熱温度が高くなり、高圧ケーブルの周囲の風速値であるケーブル周囲風速値が速いほど高圧ケーブルの発熱温度が低くなることに基づいて、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行うことが好ましい。

また、本発明に係る高圧ケーブル保護システムにおいて、エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値を記憶し、車速値とケーブル周囲風速値について予め求められた関係を用いて、ケーブル電流値と車速値とからケーブル発熱温度を推定して、ケーブル電流値と車速値に関連付けられたケーブル発熱推定値を記憶する記憶部を備え、出力制限手段は、ケーブル周囲温度推定値にケーブル発熱温度推定値を加算したケーブル温度推定値を用い、予め定めた許可ケーブル温度を超えるときに、回転電機の電流制限または回転電機の出力制限を行うことが好ましい。

また、本発明に係る高圧ケーブル保護システムにおいて、エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値を記憶し、車速値とケーブル周囲風速値について予め求められた関係と、高圧ケーブルの発煙に関する電流値と通電時間の関係とを用いて、ケーブル周囲推定温度とケーブル周囲風速値と通電時間とに関連付けられた許可ケーブル電流値を記憶する記憶部を備え、出力制限手段は、ケーブル電流値が許可ケーブル電流値を超えるときに、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行うことが好ましい。

また、本発明に係る高圧ケーブル保護システムにおいて、電源回路は、蓄電装置とインバータとを含み、高圧ケーブルは、蓄電装置とインバータとの間を接続する直流高圧ケーブル部と、インバータと回転電機との間を接続する交流高圧ケーブル部とを含むことが好ましい。

また、本発明に係る高圧ケーブル保護システムにおいて、高圧ケーブルは、エンジンルームに配設される部分と、車両の床部に配設される部分とを有することが好ましい。

上記構成により、高圧ケーブル保護システムは、高圧ケーブルの配設が行われる配設空間に配置される発熱体の温度と外気温度とに基づいてケーブル周囲温度を推定し、ケーブル周囲温度推定値と、ケーブル電流値と、ケーブル周囲風速値とに基づいて、回転電機の出力制限を行う。高圧ケーブルの周囲に風が吹いているときは、高圧ケーブルの発熱による温度上昇が抑制されるので、高圧ケーブルの線径を細くし電流密度を上げても耐熱性を確保できる。このように、高圧ケーブルについて実際の使用状況に合わせた適切な耐熱性保護を行える。

また、高圧ケーブル保護システムにおいて、車両に搭載される回転電機の場合は、高圧ケーブルの配設空間にエンジンが配置される。この場合には、エンジンの温度と外気温度とに基づいてケーブル周囲温度を推定し、ケーブル周囲温度推定値と、ケーブル電流値と、ケーブル周囲風速値とに基づいて、回転電機の出力制限を行う。車両に搭載される場合は、車両の走行による風を高圧ケーブルが受ける。これによって、高圧ケーブルの発熱による温度上昇が抑制されるので、高圧ケーブルの線径を細くし電流密度を上げても耐熱性を確保できる。

また、高圧ケーブル保護システムにおいて、エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値と、ケーブル電流値と車速値に関連付けられたケーブル発熱推定値を記憶し、この記憶された内容を用いて、実際の使用状況の下におけるケーブル周囲温度推定値にケーブル発熱温度推定値を加算してケーブル温度推定値を求め、このケーブル温度推定値が許可ケーブル温度を超えるときに、回転電機の電流制限または回転電機の出力制限を行う。このようにして、車両搭載の高圧ケーブルについて実際の使用状況に合わせた適切な耐熱性保護を行える。

また、高圧ケーブル保護システムにおいて、エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値と、ケーブル周囲推定温度と通電時間とに関連付けられた許可ケーブル電流値を記憶し、ケーブル電流値が許可ケーブル電流値を超えるときに、回転電機の出力制限を行う。このようにして、車両搭載の高圧ケーブルについて実際の使用状況に合わせた適切な耐熱性保護を行える。

また、高圧ケーブル保護システムにおいて、高圧ケーブルは、蓄電装置とインバータとの間を接続する直流高圧ケーブル部と、インバータと回転電機との間を接続する交流高圧ケーブル部とを含む。このように、高圧ケーブルは、必ずしも全部がエンジンの近傍にあってその高温の影響を受けるわけではない。この場合でも、ケーブル周囲温度推定値と、ケーブル電流値と、ケーブル周囲風速値とに基づいて、回転電機の出力制限を行うので、高圧ケーブルの全体に渡って、耐熱性保護を適切なものとできる。

また、高圧ケーブル保護システムにおいて、高圧ケーブルは、エンジンルームに配設される部分と、車両の床部に配設される部分とを有する。エンジンルームに配設される部分は、車両の前方から走行風を受け、床部に配設される部分は、床下から走行風を受ける。このように、高圧ケーブルは、周囲風速を受けるので、これを考慮して、耐熱性保護を適切なものとできる。

本発明に係る実施の形態における高圧ケーブル保護システムの構成を示す図である。 図２における制御装置の関係図である。 本発明に係る実施の形態における高圧ケーブル保護処理の手順を示すフローチャートである。 図３における回転電機出力制限処理の部分の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、エンジン温度と外気温とに関連付けたケーブル周囲温度の関係ファイルの例を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、車速、ケーブル周囲温度とケーブル電流値とに関連付けたケーブル発熱温度の関係ファイルの例を示す図である。 図４の出力制限を示す図である。 図４とは別の回転電機出力制限処理の部分の例について、その手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、車速、ケーブル周囲温度と通電時間とに関連付けた許可ケーブル電流値の関係ファイルの例を示す図である。 図９とは異なるケーブル周辺温度について、車速、ケーブル周囲温度と通電時間とに関連付けた許可ケーブル電流値の関係ファイルの例を示す図である。 図８の出力制限を示す模式図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、高圧ケーブルが車両搭載用回転電機とその駆動回路との間を接続するものとして説明するが、車両搭載以外の回転電機とその駆動回路との間を接続するものであってもよい。また、以下では、高圧ケーブルは、車両のエンジンルームと車両の床部に配設されるものとして説明するが、これ以外の配設状態であっても構わない。

以下で説明する温度、電流値、車速、風速等は、説明のための例示であり、高圧ケーブル、回転電機、駆動回路等の仕様に応じ、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、高圧ケーブル保護システム１０の構成を示す図である。高圧ケーブル保護システム１０は、車両１２に搭載される回転電機１８とインバータ２０、蓄電装置２２に接続される高圧ケーブル３０，３２について、耐熱性等の観点から許容できる範囲の電流値となるように、回転電機１８の出力を制限するシステムである。

車両１２は、駆動源としてエンジン１６と回転電機１８を搭載するハイブリッド車両である。エンジン１６と回転電機１８は、車両１２の運転席の前方側に設けられるエンジンルーム１４内に配置される。

エンジン１６は、回転電機１８とともに車両１２の駆動源を構成する内燃機関である。エンジン１６は、車両の車軸を駆動しタイヤを回転して走行を行わせる機能と共に、回転電機１８を発電機として用いて発電を行わせ、蓄電装置２２を充電する機能を有する。

回転電機１８は、車両１２に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、蓄電装置２２から電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。また、上記のようにエンジン１６によって駆動されるときは発電機として機能する。

インバータ２０と蓄電装置２２は、回転電機１８の駆動回路を構成する要素である。回転電機１８の駆動回路としては、この他に、昇圧コンバータ、平滑コンデンサ、システムメインリレー等が含まれるが、図１では、代表的な要素として、インバータ２０と蓄電装置２２が図示されている。

インバータ２０は、回転電機１８に接続される回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ２０は、回転電機１８をモータとして機能させるときは、蓄電装置２２からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１８に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。なお、回転電機１８を発電機として機能させるときは、回転電機１８からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置２２に充電電流として供給する交直変換機能を有する。

蓄電装置２２は、充放電可能な２次電池またはコンデンサで構成される。２次電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。蓄電装置２２の端子間電圧は、例えば約２００Ｖから約３００Ｖである。

高圧ケーブル３０，３２は、回転電機１８とその駆動回路との間を接続する高電圧の大電力が流れる配線である。高圧ケーブル３０，３２は、導体芯線と、その外側を被覆する被覆部とで構成される。導体芯線は、そこに流れる電流仕様で線径が設定され、大電流ほど太い線径となり、あるいは複数の芯線を用いる場合は、芯線数が多くなる。例えば、１００Ａ程度の電流値で、芯線の合計断面積が１０−１５ｍｍ²程度である。図１では、エンジンルーム１４内で回転電機１８とインバータ２０とを接続する高圧ケーブル３０と、エンジンルーム１４から車両１２の床部に渡って、インバータ２０と蓄電装置２２とを接続する高圧ケーブル３２が示されている。

エンジン１６の冷媒循環路に設けられるエンジン温度センサ４０は、エンジン冷媒温度を検出するセンサである。エンジン冷媒温度は、エンジン１６の温度を反映しているので、エンジン温度センサ４０は、冷媒の温度センサであるが、エンジン温度θ_Eの検出手段として用いられる。検出されたエンジン温度θ_Eのデータは、適当な信号線で制御装置５０に伝送される。

エンジンルーム１４の外気取入口周辺に配置される外気温センサ４２は、外気温θ_Rを検出する外気温検出手段である。検出された外気温θ_Rのデータは、適当な信号線で制御装置５０に伝送される。

高圧ケーブル３０に設けられる電流センサ４４は、高圧ケーブル３０に流れる電流値であるケーブル電流値Ｉを検出する電流検出手段である。回転電機１８とインバータ２０とを接続する高圧ケーブル３０は、三相ケーブルであるので、電流センサ４４は、三相電流の実効値を検出して、ケーブル電流値Ｉとして、適当な信号線で制御装置５０に伝送される。電流センサは、インバータ２０と蓄電装置２２を接続する高圧ケーブル３２にも設けられる。高圧ケーブル３２は、直流ケーブルであるので、ここに設けられる電流センサは、直流電流値が検出される。検出されたデータは、適当な信号線で制御装置５０に伝送される。

車速センサ４６は、車両１２の速度である車速Ｖを検出する車速検出手段である。車速Ｖは、車軸回転数、エンジン回転数等から求めた値を用いることができる。車速Ｖのデータは、適当な信号線で制御装置５０に伝送される。

制御装置５０は、車両１２の運行についての各要素の動作を全体として制御する機能を有する。ここでは、特に、高圧ケーブル３０，３２の保護に関する制御を行なう機能を有する。かかる制御装置５０は、車両１２の搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。

図２は、制御装置５０と、これに接続される記憶部６０の詳細を示す図である。制御装置５０は、エンジン温度センサ４０によって検出されたエンジン温度θ_Eと、外気温センサ４２によって検出された外気温θ_Rと、電流センサ４４によって検出されたケーブル電流値Ｉと、車速センサ４６によって検出された車速Ｖを、それぞれ取得する。制御装置５０は、取得したθ_E，θ_R，Ｉ，Ｖに基づいて、制御装置５０は、高圧ケーブル３０，３２の周囲温度を推定する周囲温度推定部５２と、周囲温度と、高圧ケーブル３０，３２が受ける周囲風速値と高圧ケーブル３０，３２に流れる電流値とに基づいて、回転電機１８の出力を制限する回転電機出力制限部５４とを含んで構成される。かかる機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、高圧ケーブル保護プログラムを実行することで実現できる。

記憶部６０は、車両１２の運行制御に関するプログラムを格納する機能を有する記憶装置である。運行制御に関するプログラムには高圧ケーブル保護プログラムが含まれる。記憶部６０はさらに、高圧ケーブル保護プログラムを実行する際に用いられる関係ファイル６２，６４，６６を記憶する。

関係ファイル６２は、エンジン温度θ_Eと外気温θ_R度に関連付けられたケーブル周囲温度θ_Aを記憶するファイルである。

関係ファイル６４は、車速Ｖとケーブル周囲風速値Ｖ_Cについて予め求められた関係を用いて、ケーブル電流値Ｉと車速Ｖとからケーブル発熱温度Δθを推定して、ケーブル電流値Ｉと車速Ｖに関連付けられたケーブル発熱温度Δθを記憶するファイルである。

関係ファイル６６は、車速Ｖとケーブル周囲風速値Ｖ_Cについて予め求められた関係と、高圧ケーブルの発煙に関する電流値と通電時間の関係とを用いて、ケーブル周囲温度θ_Aと通電時間ｔとに関連付けられた許可ケーブル電流値を記憶するファイルである。

これらの関係ファイル６２，６４，６６については、以下では、ルックアップテーブルの形式として説明するが、複数の状態量の関係を示すマップ形式でもよい。また、これらの他、２つの状態量の間の関係を示す関係式の形式、一方の状態量を入力すると他方の状態量が出力されるＲＯＭ形式等を用いることができる。

上記構成の作用、特に、制御装置５０の各機能について、図３以下を用いて詳細に説明する。図３は、高圧ケーブル保護の制御処理の手順を示すフローチャートである。図４は、図３における出力制限に関する手順のフローチャートである。図５、図６は、図３、図４で用いられる関係ファイルの説明図である。図７は、図４における出力制限の内容を説明する図である。図８は、図４とは別の出力制限の方法についての手順を示すフローチャートである。図９、図１０は、図８で用いられる関係ファイルの説明図である。図１１は、図８における出力制限の内容を説明する図である。なお、フローチャートの各手順は、高圧ケーブル保護プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。

高圧ケーブル保護プログラムが立上ると、外気温センサ４２が正常か否かについての判断が行われる（Ｓ１０）。具体的には、センサ診断手順が実行される。例えば、予め設定された温度範囲の温度を検出し、サンプリング間隔ごとに異なる温度を検出しているときは外気温センサ４２が正常であると判断することができる。Ｓ１０の判断が肯定されると、外気温θ_Rが取得される（Ｓ１２）。

次に、エンジン温度センサ４０が正常か否かについての判断が行われる（Ｓ１４）。具体的には、Ｓ１０で説明したのと同様のセンサ診断手順が実行される。Ｓ１４の判断が肯定されると、エンジン温度θ_Eが取得される（Ｓ１６）。

このように、外気温θ_Rとエンジン温度θ_Rが取得されると、記憶部６０の関係ファイル６２が読み出され、外気温θ_Rとエンジン温度θ_Eに対応するケーブル周囲温度θ_Aの推定が行われる（Ｓ１８）。ここまでの各工程は、制御装置５０の周囲温度推定部５２の機能によって実行される。なお、Ｓ２０以後の工程は、回転電機出力制限部５４の機能によって実行される。

エンジン温度θ_Eは、車両の走行状況におけるエンジン負荷の程度を示すもので、登坂走行、加減速繰り返し走行等のように負荷が高いとエンジン温度θ_Eは高くなる。外気温θ_Rは、車両１２の置かれている環境を反映し、真夏や砂漠等ではθ_Rは高く、寒冷地ではθ_Rは低くなる。

図５は、関係ファイル６２を示す図である。関係ファイル６２は、エンジン温度θ_Eと外気温θ_Rとケーブル周囲温度θ_Aの推定値との関係を示すファイルである。例えば、通常の運転状態と考えられる外気温θ_Rが３０℃から４０℃、エンジン温度θ_Eが８０℃から９０℃のときについて図５を参照すると、θ_R＝３０℃、θ_E＝８０℃で、θ_A＝８５℃と推定され、θ_R＝４０℃、θ_E＝９０℃では、θ_A＝９５℃と推定される。

ケーブル周囲温度θ_Aの推定は、エンジンルーム１４において、発熱体であるエンジン１６の温度によって高圧ケーブル３０，３２の温度がどの程度影響を受けるかについて、外気温θ_Rを考慮に入れたものである。図５に示されるように、θ_Rが高いほどθ_Aは高温となり、θ_Eが高いほど、θ_Aが高温になる。

仮に、θ_Eもθ_Rも取得しないとすると、高圧ケーブル３０，３２の耐熱性を検討するときに、安全側を考えて、一律にθ_Aを１００℃あるいは１０５℃と設定することになる。図１の構成のように、θ_Eとθ_Rを時々刻々取得することで、図５を参照し、実際の状況に合わせて推定されるθ_Aを用いることができる。実際の使用状況を上記のように外気温θ_Rが３０℃から４０℃、エンジン温度θ_Eが８０℃から９０℃とすれば、θ_Aは８５℃から９５℃であるので、一律設定のときに比べ、５℃から２０℃程度低温側として、高圧ケーブル３０，３２の線径を設定することができる。

再び図３に戻り、Ｓ１８の次に、車速センサ４６が正常か否かについての判断が行われる（Ｓ２０）。具体的には、Ｓ１０，Ｓ１４で説明したのと同様のセンサ診断手順が実行される。Ｓ２０の判断が肯定されると、車速Ｖが取得される（Ｓ２２）。車速Ｖは、上記のように、車軸回転数を検出し、あるいはエンジン回転数を検出して、求めた値を車速Ｖとできるが、車速センサ４６が正常でないと判断されるときは、車両１２の走行状態からの推定値を取得して、これを車速Ｖの代わりに用いてもよい。例えば、回転電機１８の回転数から推定することができ、あるいは、アクセル開度、ブレーキ踏度、トルク指令等から計算される値から車速Ｖを推定してもよい。

車速Ｖまたはその推定値が取得されると、車速Ｖとケーブル周囲風速値Ｖ_Cについて予め求められた関係を用いて、車速Ｖから高圧ケーブル３０，３２に当る冷却風速としてのケーブル周囲風速値Ｖ_Cを求める。

高圧ケーブル３０，３２は、熱伝導体であり、車両１２が走行しているときは、車両１２は各部で走行風を受け、これによって高圧ケーブル３０，３２が配置される箇所が冷却される。例えば、エンジンルーム１４において、車両１２の前方側に配設される高圧ケーブル３０は、車両１２の前方からの風６を受ける。また、車両１２の床部に配設される高圧ケーブル３２は、車両１２の床部の下を通る風７によって床部の部材が冷却され、それによって間接的に高圧ケーブル３２も冷却される。このように、車両１２においてどのような配設が行われても、高圧ケーブル３０，３２は、どこかで、車速Ｖによる冷却風を受けて、冷却が行われる。

図６には、車速Ｖとケーブル周囲風速値Ｖ_Cを１：１で対応付けた関係が示されている。すなわち、車速Ｖが１０ｋｍ／ｈ未満のときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝０とし、車速Ｖが４０ｋｍ／ｈのときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝３ｍ／ｓとする。車速Ｖが７０ｋｍ／ｈのときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝６ｍ／ｓとする。車速Ｖが１００ｋｍ／ｈを超すときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝９ｍ／ｓとする。これらの間の車速Ｖについては、内挿法等で、それぞれケーブル周囲風速値Ｖ_Cを求める。

ここで、再び図３に戻り、ケーブル周囲温度θ_A、ケーブル周囲風速値Ｖ_Cが求まると、これにケーブル電流値Ｉによる発熱の影響を考え、その結果が高圧ケーブル３０，３２の耐熱仕様を超えるときに、回転電機１８の出力制限が行われる（Ｓ３０）。

Ｓ３０の工程は、図５で説明したように、車両１２の負荷状況と車両１２が置かれている環境状況を考慮したケーブル周囲温度θ_Aの他に、高圧ケーブル３０，３２が発熱体である自己温度上昇と、熱伝導体であることによる冷却特性を有することを考慮するものである。これらのことを総合的に考慮して、高圧ケーブル３０，３２が耐熱特性を満たさないときに、回転電機１８の出力制限を行って、高圧ケーブル３０，３２の保護を図るものである。

図４は、このＳ３０の詳細な手順を示すフローチャートである。Ｓ２６の次は、図４のＳ３２に進み、電流センサ４４が正常か否かについての判断が行われる。具体的には、Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ２０で説明したのと同様のセンサ診断手順が実行される。Ｓ３２の判断が肯定されると、ケーブル電流値Ｉが取得される（Ｓ３４）。

電流センサ４４が三相電流の実効値を検出する場合には、その実効値がケーブル電流値Ｉとされ、直流電流値が検出されるときは、その直流値がケーブル電流値Ｉとされるが、いずれかが正常に検出されるときは、他方は、検出された値に基づいて推定される値を用いることができる。三相電流値または直流電流値のいずれか一方のみ検出するシステムとするときも、検出された値に基づいて、他方が推定される。電流の検出が全く異常であるときは、回転電機１８に対する電流指令値等から、ケーブル電流値の推定が行われる（Ｓ３６）。

このようにして、ケーブル周囲風速値Ｖ_C、ケーブル電流値Ｉが取得されると、高圧ケーブル３０，３２の発熱モデルを用いて、ケーブル発熱温度Δθを推定する（Ｓ４０）。すなわち、高圧ケーブル３０，３２に電流が流れることにより、高圧ケーブル３０，３２の抵抗値Ｒから、発熱をＩ²Ｒで計算して自己発熱による温度上昇を求める。そして、その温度上昇に対し、高圧ケーブル３０，３２が周囲風速値Ｖ_Cを受けることによる温度低下を、高圧ケーブル３０，３２の熱伝導率に基づいて計算する。このようにして、全体としてのケーブル発熱温度Δθを求める。

Ｓ２６に関連して説明した図６は、ケーブル周囲風速値Ｖ_C、ケーブル電流値Ｉと、ケーブル発熱温度Δθの関係を示す関係ファイル６４である。例えば、車両１２の走行状態として、Ｖ＝４０ｋｍ／ｈのときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝３ｍ／ｓであり、その条件の下で、ケーブル電流値Ｉを９０Ａとすると、ケーブル発熱温度Δθ＝４４℃と推定される。また、車両１２の走行状態として、Ｖ＝７０ｋｍ／ｈとすると、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝６ｍ／ｓであり、その条件の下で、ケーブル電流値Ｉを１００Ａとすると、ケーブル発熱温度Δθは、やはり４４℃と推定される。このように、ケーブル電流値Ｉが大きくても、車速Ｖが高速で、その分ケーブル周囲風速値Ｖ_Cが大きくなると、ケーブル発熱温度Δθは、あまり高くならない。

再び図４に戻り、ケーブル発熱温度Δθが求まると、Ｓ１８で推定されたケーブル周囲温度θ_Aにケーブル発熱温度Δθを加算して、ケーブル温度θ_C＝θ_A＋Δθを求める（Ｓ４０）。この値が、θ_A、Ｖ_C、Ｉを総合的に考慮した高圧ケーブル３０，３２の温度となる。

そこで、求められたケーブル温度θ_Cを、高圧ケーブル３０，３２の耐熱仕様によって予め定められる閾値温度θ_thと比較する（Ｓ４２）。θ_Cがθ_thを超えないときは、そのまま車両１２の走行等を行い、θ_Cがθ_thを超えるときは、回転電機１８の出力制限を行う（Ｓ４４）。出力制限は、ケーブル電流値Ｉを制限し、あるいは回転電機１８の出力許可トルクを制限する。

その様子を図７に示す。この図は、縦軸に回転電機１８の出力許可トルク、すなわち、回転電機１８が出力できる最大トルクをとり、横軸にケーブル温度推定値をとってある。この例では、ケーブル温度θ_Cの推定値がθ₁以下では、一定値の出力許可トルクであり、この出力許可トルクが上限の出力トルクである。そして、ケーブル温度θ_Cの推定値がθ₁を超えると、ケーブル温度θ_Cの推定値が高くなるほど、出力許可トルクが低減する。図７の例では、ケーブル温度θ_Cの推定値がθ₂のときに、出力許可トルクをゼロとするように、ケーブル温度θ_Cの推定値が大きくなるほど直線的に出力許可トルクを低減元する。もっとも、この例以外の低減特性で、出力許可トルクを制限するものとしてもよい。

図４から図７は、ケーブル温度θ_Cの推定に基づいて回転電機１８の出力制限をおこなったが、これに代えて、高圧ケーブル３０，３２の通電時間ｔに基づいて回転電機１８の出力制限を行うものとできる。高圧ケーブル３０，３２の通電時間ｔとは、回転電機１８の駆動時間であるので、車両１２における回転電機１８による走行時間にも相当する。つまり、車両１２が回転電機１８を駆動する時間が長いほど、高圧ケーブル３０，３２に対する熱負荷が長く続くので、その観点から、高圧ケーブル３０，３２の耐熱性保護を図ることが好ましい。

図８は、高圧ケーブル３０，３２のケーブル電流値Ｉとその通電時間ｔに基づいて、回転電機１８の出力制限を行なう場合の手順を示すフローチャートである。ここでは、図３のＳ２６の次に、高圧ケーブル３０，３２の通電時間ｔが取得される（Ｓ５０）。通電時間ｔは、電流センサ４４が電流値を検出している時間から取得してもよく、また、通電時間ｔは回転電機１８の稼働時間に相当するものであるので、回転電機１８に対する電流指令の時間から取得してもよい。

次に、ケーブル電流値Ｉを取得する（Ｓ５２）。なお、ケーブル電流値Ｉは回転電機１８の駆動電流であり、回転電機１８の出力トルクは、駆動電流に比例するので、ケーブル電流値Ｉに代えて、回転電機１８の出力トルクを取得するものとしてもよい。

通電時間ｔが取得されると、既に取得しているケーブル周囲温度θ_Aとケーブル周囲風速値Ｖ_Cを用いて、高圧ケーブル３０，３２の耐熱性から許容できるケーブル電流値を求める。そして、Ｓ５２で取得されたケーブル電流値が、その許容値を超えるか否かが判断され（Ｓ５６）、超えると判断されるときは、図４で述べたＳ４４と同様に、回転電機１８の出力制限が行われる（Ｓ５８）。

ここでは、通電時間ｔとの関係で、許容できるケーブル電流値を許可ケーブル電流値Ｉ_thとすると、θ_AとＶ_CとｔとＩ_thの関係を示す関係ファイル６６を用いる。

図９，１０は、ケーブル周囲温度θ_Aをパラメータとして、ケーブル周囲風速値Ｖ_C、通電時間ｔと許可ケーブル電流値Ｉ_thの関係を示す関係ファイル６４である。図９は、θ_Aが９０℃以下の場合で、図１０は、θ_A＝１００℃の場合である。これ以外のθ_Aについても、同様の関係ファイル６６が用いられる。

ケーブル周囲温度θ_Aが９０℃以下の図９の場合、許可ケーブル電流値Ｉ_thは、ここで示されるＶ_Cの範囲では、通電時間ｔに関係なく、すべて、１００Ａである。ところが、ケーブル周囲温度θ_Aが１００℃の図１０では、通電時間ｔとケーブル周囲風速値Ｖ_Cの組合せによって、許可ケーブル電流値Ｉ_thが異なってくる。例えば、車両１２の走行状態として、Ｖ＝４０ｋｍ／ｈのときは、ケーブル周囲風速値Ｖ_C＝３ｍ／ｓであるが、その条件の下で、通電時間ｔがｔ₂までは、許可ケーブル電流値Ｉ_thが１００Ａである。通電時間ｔがｔ₂を超えると、許可ケーブル電流値Ｉ_thは９０Ａ以下に制限される。さらに通電時間ｔが延びてｔ₃を超えると、許可ケーブル電流値Ｉ_thは８０Ａ以下に制限される。

図１０に示されるように、ケーブル周囲温度θ_Aが高温のときは、通電時間ｔによって許可ケーブル電流値Ｉ_thの制限が行われる。これによって、車両１２の走行に合わせた高圧ケーブル３０，３２の保護を図ることができる。

ここでは、通電時間ｔとして、連続通電時間を想定しているが、連続通電時間でなくても、電流のオンオフ比がある程度以上であれば、一定時間通電とみなすものとすることができる。また、電流のオンオフ比も考慮した関係ファイルを準備し、それを用いるものとしてもよい。

上記のように、ケーブル電流値Ｉと出力トルクは比例関係にあるので、許可ケーブル電流値Ｉ_thは、出力許可トルク値に置き換えることができる。図１１は、通電時間ｔの経過に伴って、出力許可トルク値の変化の様子を、モデル的に説明する図である。図１１の横軸は時間、縦軸は、出力許可トルク値である。図１１で変動する特性線は、回転電機１８の実際の出力トルク特性である。ここでは、車速Ｖが高速のＶ₂と低速のＶ₁の２つについての出力許可トルク値の変化の様子が破線と一点鎖線でそれぞれ示されている。

図１１の例では、破線で示されるように、車速Ｖが高速のＶ₂のときは、通電時間がｔ₁からｔ₂、さらにｔ₃と進むにつれて、出力許可トルク値が次第に低い値に制限される。しかし、実線で示される実際の出力トルク値を制限するまでには至らない。これに対し、一点鎖線で示されるように、車速Ｖが低速のＶ₁のときも、通電時間がｔ₁からｔ₂、さらにｔ₃と進むにつれて、出力許可トルク値が次第に低い値に制限されるが、破線で示される制限値よりも一段と低い値に制限される。そこで、時間ｔ₂が過ぎた時点で、実線で示される実際の出力トルク値がこの出力許可トルク値で制限されることになる。

このようにして、高圧ケーブル３０，３２は、エンジン温度θ_E、外気温θ_Rだけでなく、車速Ｖあるいはこれに対応付けられるケーブル周囲風速値Ｖ_C、ケーブル電流値Ｉに基づいて、回転電機１８の出力を制限することで、耐熱性が保護される。

本発明に係る高圧ケーブル保護システムは、回転電機とその駆動回路を接続する高圧ケーブルについて利用できる。

６，７ 風、１０ 高圧ケーブル保護システム、１２ 車両、１４ エンジンルーム、１６ エンジン、１８ 回転電機、２０ インバータ、２２ 蓄電装置、３０，３２ 高圧ケーブル、４０ エンジン温度センサ、４２ 外気温センサ、４４ 電流センサ、４６ 車速センサ、５０ 制御装置、５２ 周囲温度推定部、５４ 回転電機出力制限部、６０ 記憶部、６２，６４，６６ 関係ファイル。

Claims (6)

1. 回転電機と回転電機駆動回路とを接続する高圧ケーブルと、
   高圧ケーブルの配設が行われる配設空間に配置される発熱体の温度と外気温度とに基づいて高圧ケーブルの周囲温度であるケーブル周囲温度を推定する周囲温度推定手段と、
   ケーブル周囲温度推定値が高いほど、高圧ケーブルに流れる電流値であるケーブル電流値が大きいほど、高圧ケーブルの発熱温度が高くなり、高圧ケーブルが受ける周囲風速値であるケーブル周囲風速値が速いほど高圧ケーブルの発熱温度が低くなることに基づいて、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行う出力制限手段と、
   を備えることを特徴とする高圧ケーブル保護システム。
2. 請求項１に記載の高圧ケーブル保護システムにおいて、
   回転電機はエンジンと共に車両に搭載され、高圧ケーブルの配設される配設空間に発熱体としてのエンジンが配置され、
   周囲温度推定手段は、エンジンの温度と外気温度とに基づいてケーブル周囲温度を推定し、
   出力制限手段は、ケーブル周囲温度推定値が高いほど、ケーブル電流値が大きいほど、高圧ケーブルの発熱温度が高くなり、高圧ケーブルの周囲の風速値であるケーブル周囲風速値が速いほど高圧ケーブルの発熱温度が低くなることに基づいて、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行うことを特徴とする高圧ケーブル保護システム。
3. 請求項２に記載の高圧ケーブル保護システムにおいて、
   エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値を記憶し、車速値とケーブル周囲風速値について予め求められた関係を用いて、ケーブル電流値と車速値とからケーブル発熱温度を推定して、ケーブル電流値と車速値に関連付けられたケーブル発熱推定値を記憶する記憶部を備え、
   出力制限手段は、ケーブル周囲温度推定値にケーブル発熱温度推定値を加算したケーブル温度推定値を用い、予め定めた許可ケーブル温度を超えるときに、回転電機の電流制限または回転電機の出力制限を行うことを特徴とする高圧ケーブル保護システム。
4. 請求項２に記載の高圧ケーブル保護システムにおいて、
   エンジンの温度と外気温度に関連付けられたケーブル周囲温度推定値を記憶し、車速値とケーブル周囲風速値について予め求められた関係と、高圧ケーブルの発煙に関する電流値と通電時間の関係とを用いて、ケーブル周囲推定温度とケーブル周囲風速値と通電時間とに関連付けられた許可ケーブル電流値を記憶する記憶部を備え、
   出力制限手段は、ケーブル電流値が許可ケーブル電流値を超えるときに、回転電機の電流制限または回転電機の出力トルク制限を行うことを特徴とする高圧ケーブル保護システム。
5. 請求項２に記載の高圧ケーブル保護システムにおいて、
   電源回路は、蓄電装置とインバータとを含み、
   高圧ケーブルは、蓄電装置とインバータとの間を接続する直流高圧ケーブル部と、インバータと回転電機との間を接続する交流高圧ケーブル部とを含むことを特徴とする高圧ケーブル保護システム。
6. 請求項５に記載の高圧ケーブル保護システムにおいて、
   高圧ケーブルは、
   エンジンルームに配設される部分と、車両の床部に配設される部分とを有することを特徴とする高圧ケーブル保護システム。

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