JP5799671B2 - Reactor temperature estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、リアクトルの温度を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating the temperature of a reactor.
特開2009−303329号公報(特許文献1)には、バッテリから入力される電圧を昇圧して出力するコンバータに備えられるリアクトルの温度を、バッテリの充放電電流と、バッテリからコンバータに入力される電圧と、コンバータが出力する電圧と、コンバータを冷却する冷却水の温度とから、推定する技術が開示されている。 In JP 2009-303329 A (Patent Document 1), the temperature of a reactor provided in a converter that boosts and outputs a voltage input from a battery, the charge / discharge current of the battery, and the battery is input to the converter. A technique for estimating from a voltage, a voltage output from the converter, and a temperature of cooling water for cooling the converter is disclosed.
通常、リアクトルはコアとコイルとで構成されるが、コアとコイルとはそれぞれ別のメカニズムで発熱しており、コアとコイルとの間には互いの熱干渉(熱伝達)がある。しかしながら、特許文献1の技術ではこのような熱干渉が考慮されていないため、リアクトルの温度推定精度が低いという問題があった。
Normally, a reactor is composed of a core and a coil, but the core and the coil generate heat by different mechanisms, and there is mutual heat interference (heat transfer) between the core and the coil. However, since the technique of
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置から入力される電圧を変換して出力するコンバータに含まれるリアクトルの温度を、リアクトルを構成するコアとコイルとの熱干渉を踏まえて精度よく推定することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a core that constitutes the reactor with the temperature of the reactor included in the converter that converts and outputs the voltage input from the power storage device. It is to estimate accurately based on the thermal interference between the coil and the coil.
この発明に係る制御装置は、蓄電装置から入力される電圧を変換して出力するコンバータに含まれるリアクトルの温度推定装置である。リアクトルは、コアと、コアの外周に巻き付けられたコイルとで構成される。温度推定装置は、少なくともリアクトルの電流を用いて、コアの発熱および放熱による第1のコア温度変化量とコイルの発熱および放熱による第1のコイル温度変化量とを別々に推定する第1推定部と、第1推定部の推定結果を用いて、コイルとコアとの間の互いの熱干渉による第2のコア温度変化量および第2のコイル温度変化量を推定する第2推定部と、第1推定部および第2推定部の推定結果を用いて、コア温度とコイル温度とを別々に推定する第3推定部とを備える。 A control device according to the present invention is a reactor temperature estimation device included in a converter that converts and outputs a voltage input from a power storage device. The reactor is composed of a core and a coil wound around the outer periphery of the core. The temperature estimation device uses at least a reactor current to separately estimate a first core temperature change amount due to heat generation and heat dissipation of the core and a first coil temperature change amount due to heat generation and heat dissipation of the coil. And a second estimation unit that estimates a second core temperature change amount and a second coil temperature change amount due to mutual thermal interference between the coil and the core using the estimation result of the first estimation unit, A third estimating unit for separately estimating the core temperature and the coil temperature using the estimation results of the first estimating unit and the second estimating unit;
好ましくは、第2推定部は、第1のコア温度変化量が第1のコイル温度変化量よりも大きい場合、第2のコア温度変化量を略零とするともに、第1のコア温度変化量と第1のコイル温度変化量との差から第2のコイル温度変化量を推定し、第1のコイル温度変化量が第1のコア温度変化量よりも大きい場合、第2のコイル温度変化量を略零とするともに、第1のコア温度変化量と第1のコイル温度変化量との差から第2のコア温度変化量を推定する。 Preferably, when the first core temperature change amount is larger than the first coil temperature change amount, the second estimation unit sets the second core temperature change amount to substantially zero and the first core temperature change amount. When the first coil temperature change amount is larger than the first core temperature change amount, the second coil temperature change amount is estimated from the difference between the first coil temperature change amount and the first coil temperature change amount. Is substantially zero, and the second core temperature change amount is estimated from the difference between the first core temperature change amount and the first coil temperature change amount.
好ましくは、第2推定部は、第1のコア温度変化量が第1のコイル温度変化量よりも大きい場合、第1のコア温度変化量と第1のコイル温度変化量との差から求めた一時的な第2のコイル温度変化量にコアからの熱伝達によるコイルの熱干渉時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な第2のコイル温度変化量とする。第2推定部は、第1のコイル温度変化量が第1のコア温度変化量よりも大きい場合、第1のコア温度変化量と第1のコイル温度変化量との差から求めた一時的な第2のコア温度変化量にコイルからの熱伝達によるコアの熱干渉時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な第2のコア温度変化量とする。 Preferably, when the first core temperature change amount is larger than the first coil temperature change amount, the second estimation unit is obtained from a difference between the first core temperature change amount and the first coil temperature change amount. A value obtained by subjecting the temporary second coil temperature change amount to the filter processing corresponding to the thermal interference time constant of the coil due to heat transfer from the core is defined as the final second coil temperature change amount. When the first coil temperature change amount is larger than the first core temperature change amount, the second estimation unit temporarily determines the difference between the first core temperature change amount and the first coil temperature change amount. A value obtained by subjecting the second core temperature change amount to the filter processing corresponding to the thermal interference time constant of the core due to heat transfer from the coil is defined as the final second core temperature change amount.
好ましくは、コアの熱時定数とコイルの熱時定数とは互いに異なる。コンバータは、キャリア信号を用いて生成された制御信号に応じて電圧変換を行なう。リアクトルは、リアクトルに隣接して配置された冷却器の内部を流れる冷媒によって冷却される。第1推定部は、リアクトルの電流、コンバータの入力電圧および出力電圧、冷媒の温度、キャリア信号の周波数から求めた一時的な第1のコア温度変化量にコアの熱時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な第1のコア温度変化量とする。第1推定部は、リアクトルの電流、コンバータの入力電圧および出力電圧、冷媒の温度、キャリア信号の周波数から求めた一時的な第1のコイル温度変化量にコイルの熱時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な第1のコイル温度変化量とする。 Preferably, the thermal time constant of the core and the thermal time constant of the coil are different from each other. The converter performs voltage conversion according to a control signal generated using the carrier signal. The reactor is cooled by the refrigerant flowing inside the cooler arranged adjacent to the reactor. The first estimator performs a filtering process in accordance with the thermal time constant of the core to the temporary first core temperature variation obtained from the reactor current, the converter input voltage and output voltage, the refrigerant temperature, and the carrier signal frequency. The value subjected to is the final first core temperature change amount. The first estimator performs filtering processing according to the thermal time constant of the coil to the temporary first coil temperature variation obtained from the reactor current, the converter input voltage and output voltage, the refrigerant temperature, and the carrier signal frequency. The value subjected to is used as the final first coil temperature change amount.
好ましくは、第3推定部は、冷媒の温度に第1のコア温度変化量および第2のコア温度変化量を加えた値をコア温度とし、冷媒の温度に第1のコイル温度変化量および第2のコイル温度変化量を加えた値をコイル温度とする。 Preferably, the third estimation unit sets a value obtained by adding the first core temperature change amount and the second core temperature change amount to the refrigerant temperature as the core temperature, and sets the first coil temperature change amount and the first coil temperature as the refrigerant temperature. The value obtained by adding the coil temperature change amount of 2 is defined as the coil temperature.
好ましくは、温度推定装置は、コア温度がコアの許容温度を超える場合およびコイル温度がコイルの許容温度を超える場合の少なくともいずれかの場合、蓄電装置の充放電を制限する制限部をさらに備える。 Preferably, the temperature estimation device further includes a limiting unit that limits charging / discharging of the power storage device when the core temperature exceeds the allowable temperature of the core and / or when the coil temperature exceeds the allowable temperature of the coil.
本発明によれば、蓄電装置から入力される電圧を変換して出力するコンバータに含まれるリアクトルの温度を、リアクトルを構成するコアとコイルとの熱干渉を踏まえて精度よく推定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the reactor contained in the converter which converts and outputs the voltage input from an electrical storage apparatus can be estimated accurately based on the thermal interference with the core and coil which comprise a reactor.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施の形態に従うリアクトルの温度推定装置が適用されるモータ駆動制御システム1の全体構成図である。このモータ駆動制御システム1は、蓄電装置Bと、システムメインリレーSMRと、平滑コンデンサC0,C1と、コンバータ10と、インバータ20と、モータM1と、制御装置100とを備える。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor
モータM1は、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする)の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための交流電動機である。代表的には、モータM1は、3相(U,V,W相)の3つのコイルを備えた永久磁石型同期電動機である。モータM1は、発電機の機能を持つように構成されてもよい。 The motor M1 is an AC motor for generating torque for driving drive wheels of an electric vehicle (referred to as a vehicle that generates vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). It is. Typically, the motor M1 is a permanent magnet type synchronous motor provided with three coils of three phases (U, V, W phase). The motor M1 may be configured to have a generator function.
蓄電装置Bは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。 The power storage device B is typically configured by a power storage device such as a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, or an electric double layer capacitor.
システムメインリレーSMRは、制御装置100からの制御信号により制御され、蓄電装置Bとコンバータ10との間の接続および非接続を切り替える。
System main relay SMR is controlled by a control signal from
コンバータ10は、正極線6および負極線5を介して蓄電装置Bに接続される。コンバータ10は、リアクトルLと、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1およびQ2は、正極線7および負極線5の間に直列に接続される。リアクトルLは、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと正極線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、正極線7および負極線5の間に接続される。平滑コンデンサC1は、正極線6および負極線5の間に接続される。
Converter 10 is connected to power storage device B via positive line 6 and
コンバータ10の電圧変換(スイッチング素子Q1,Q2のオンオフ)は、パルス幅変調パルス幅変調(Pulse Width Modulation、以下「PWM」ともいう)制御によって制御装置100で生成されたPWM制御信号によって制御される。このPWM制御信号は、搬送波信号(キャリア信号)と電圧指令との電圧比較に基づいてスイッチング素子Q1,Q2が相補的かつ交互にオンオフするように生成される。コンバータ10は、昇圧動作時には、平滑コンデンサC1の両端電圧を昇圧して平滑コンデンサC0へ出力する。また、コンバータ10は、降圧動作時には、平滑コンデンサC0の両端電圧を降圧して平滑コンデンサC1へ出力する。以下の説明では、説明の便宜上、平滑コンデンサC1の両端電圧(蓄電装置Bからコンバータ10に入力される電圧)を「コンバータ入力電圧VL」、平滑コンデンサC0の両端電圧(コンバータ10からインバータ20に出力される電圧)を「コンバータ出力電圧VH」ともいう。
Voltage conversion of the converter 10 (ON / OFF of the switching elements Q1 and Q2) is controlled by a PWM control signal generated by the
インバータ20は、正極線7および負極線5の間に並列に設けられる、U相上下アームと、V相上下アームと、W相上下アームとから成る。各相上下アームは、正極線7および負極線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アームは、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アームは、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アームは、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、ダイオードD3〜D8がそれぞれ逆並列に接続されている。各相上下アームのスイッチング素子の中間点には、モータM1の各相コイルの他端が接続される。
インバータ20の電力変換(スイッチング素子Q3〜Q8のオンオフ)も、上述したPWM制御によって制御装置100で生成されたPWM制御信号によって制御される。インバータ20は、コンバータ10からの直流電圧を交流電圧に変換してモータM1に供給する。また、インバータ20は、モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ10へ供給することも可能である。
The power conversion of the inverter 20 (on / off of the switching elements Q3 to Q8) is also controlled by the PWM control signal generated by the
さらに、モータ駆動制御システム1は、電圧センサ12,13,17、電流センサ11,14、レゾルバ15、温度センサ16を備える。電圧センサ12は、コンバータ入力電圧VLを検出する。電圧センサ13は、コンバータ出力電圧VHを検出する。電圧センサ17は、蓄電装置Bの両端電圧Vbを検出する。電流センサ11は、蓄電装置Bを流れる電流Ibを検出する。なお、本実施の形態では、この電流Ibをリアクトル電流(リアクトルLを流れる電流)として扱ってリアクトル温度を推定するが、リアクトル電流を直接検出する電流センサが設けられる場合には、その電流センサの検出結果を用いればよい。電流センサ14は、モータM1に流れる電流を検出する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ14は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。レゾルバ15は、モータM1のロータ回転角θを検出する。温度センサ16は、コンバータ10の冷却器40(後述の図3参照)を流れる冷却水温THwを検出する。これらの各センサは、検出結果を制御装置100に出力する。
Further, the motor
制御装置100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)により構成され、当該メモリに記憶された情報およびプログラムに基づいて所定の演算処理を実行することによって、モータ駆動制御システム1の動作を制御する。本実施の形態においては、この制御装置100がリアクトルLの温度推定装置として機能する。
The
図2は、リアクトルLの断面を模式的に示す図である。図3は、図2におけるリアクトルLのA−A断面を示す図である。図2、図3を参照して、リアクトルLの構造について詳細に説明する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the reactor L. As shown in FIG. FIG. 3 is a view showing a cross section AA of reactor L in FIG. The structure of the reactor L will be described in detail with reference to FIGS.
リアクトルLは、環状のコアと、コアの外周に巻き付けられたコイルとで構成される。コアは鉄を主材料とする。コイルは銅を主材料とする。なお、このコイルに流れる電流が、リアクトル電流であり、電流Ibとほぼ同じ値となる。 The reactor L includes an annular core and a coil wound around the outer periphery of the core. The core is made of iron. The coil is mainly made of copper. Note that the current flowing through the coil is a reactor current, which is substantially the same value as the current Ib.
リアクトルLは、ケース30の内部に樹脂性のポティング材によって固定される。ケース30の底面には冷却器40が接触するように配置される。この冷却器40を流れる冷却水によってリアクトルLは冷却される。
The reactor L is fixed inside the
図4は、リアクトルLの実コア温度と実コイル温度の変化の様子を模式的に示す図である。なお、図4においては、実コイル温度を二点鎖線で示し、実コア温度を一点鎖線で示す。参考として、従来手法で算出されたリアクトル推定温度を実線で示す。 FIG. 4 is a diagram schematically showing how the actual core temperature and the actual coil temperature of the reactor L change. In FIG. 4, the actual coil temperature is indicated by a two-dot chain line, and the actual core temperature is indicated by a one-dot chain line. As a reference, the estimated reactor temperature calculated by the conventional method is shown by a solid line.
時刻t1に達するまでリアクトルLの通電を行なうと、実コア温度および実コイル温度はともに徐々に増加していく。そして、時刻t1でリアクトルLの通電を停止すると、実コア温度および実コイル温度はともに徐々に減少していく。ところが、コアとコイルとは別のメカニズムで発熱している。すなわち、コイルは蓄電装置Bからの電流が自己に直接流れることによって発熱するのに対し、コアはコイルの電磁誘導作用によって自己に誘電電流が流れることによって発熱する。さらに、主材料の違いや冷却器40との位置関係の違いなどによってコアの熱時定数τrとコイルの熱時定数τiとは互いに異なる。これらの理由により、図4に示すように、実コア温度および実コイル温度は互いに異なる変化率で変化する。なお、「熱時定数」とは、温度の変化率を示す指標であり、通常は、ある温度から目標温度(より詳しくは目標温度の63.2パーセント)にまで変化するのに要する時間を意味する。本実施の形態においては、コアは鉄を主材料としているのに対しコイルは鉄よりも比熱の小さい銅を主材料としており、さらにコイルがコアの外周側に配置され冷却器40により近いため、コイルの熱時定数τi(たとえば400sec程度)はコアの熱時定数τr(たとえば1000sec程度)よりも短い。そのため、実コイル温度は、実コア温度よりも急激に増減する。そのため、特に、時刻t1での通電停止後においては、コイル単独であれば実コイル温度は実コア温度よりも急激に低下するが、実際にはコアからコイルへの熱干渉(熱伝達)が生じるため実コイル温度は緩やかに低下する。 When energization of reactor L is performed until time t1 is reached, both the actual core temperature and the actual coil temperature gradually increase. When the energization of the reactor L is stopped at time t1, both the actual core temperature and the actual coil temperature gradually decrease. However, the core and the coil generate heat by a different mechanism. That is, the coil generates heat when the current from the power storage device B flows directly to itself, whereas the core generates heat when a dielectric current flows to itself due to the electromagnetic induction action of the coil. Further, the thermal time constant τr of the core and the thermal time constant τi of the coil are different from each other due to the difference in the main material and the positional relationship with the cooler 40. For these reasons, as shown in FIG. 4, the actual core temperature and the actual coil temperature change at different rates of change. The “thermal time constant” is an index indicating the rate of change of temperature, and usually means the time required to change from a certain temperature to a target temperature (more specifically, 63.2% of the target temperature). To do. In the present embodiment, the core is mainly made of iron while the coil is mainly made of copper having a specific heat smaller than that of iron, and the coil is arranged on the outer peripheral side of the core and closer to the cooler 40. The coil thermal time constant τi (for example, about 400 sec) is shorter than the core thermal time constant τr (for example, about 1000 sec). Therefore, the actual coil temperature increases or decreases more rapidly than the actual core temperature. Therefore, in particular, after the energization is stopped at time t1, the actual coil temperature decreases more rapidly than the actual core temperature in the case of a coil alone, but in reality, thermal interference (heat transfer) from the core to the coil occurs. Therefore, the actual coil temperature gradually decreases.
従来の手法で算出されたリアクトル推定温度は、実コイル温度に合わせてリアクトル推定温度を算出していたが、コイルとコアとの熱干渉については考慮されていなかった。そのため、図4に示すように、時刻t1の通電停止後(実コア温度が実コイル温度よりも高くなる状態)においては、実コア温度や実コイル温度に対してリアクトル推定温度が乖離してしまうという問題があった。 Although the estimated reactor temperature calculated by the conventional method was calculated according to the actual coil temperature, the thermal interference between the coil and the core was not taken into consideration. Therefore, as shown in FIG. 4, the estimated reactor temperature deviates from the actual core temperature or the actual coil temperature after the energization is stopped at the time t <b> 1 (the state where the actual core temperature is higher than the actual coil temperature). There was a problem.
このような問題を解決すべく、本実施の形態においては、コアとコイルとの熱干渉を考慮してコア温度とコイル温度とを別々に推定することで、リアクトルの温度推定精度を飛躍的に向上させる。この点が本実施の形態の最も特徴的な点である。 In order to solve such a problem, in the present embodiment, the temperature estimation accuracy of the reactor is drastically improved by separately estimating the core temperature and the coil temperature in consideration of the thermal interference between the core and the coil. Improve. This is the most characteristic point of the present embodiment.
図5は、制御装置100の機能ブロック図である。図5に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
FIG. 5 is a functional block diagram of the
制御装置100は、第1推定部110と、第2推定部120と、第3推定部130と、制限部140とを含む。
第1推定部110は、コイル自身の発熱および放熱によるコイル温度変化量ΔTi1とコア自身の発熱および放熱によるコア温度変化量ΔTr1とを別々に推定する。なお、本実施の形態において、「温度変化量」は、温度が上昇する場合にプラスの値となり、温度が低下する場合にマイナスの値となるものとする。
The
第1推定部110は、コイル温度変化量ΔTi1を算出するコイル温度変化量算出部111と、コア温度変化量ΔTr1を算出するコア温度変化量算出部112とを含む。
The
まず、コイル温度変化量算出部111の機能について説明する。コイル温度変化量算出部111は、電流Ib(リアクトルの電流)、コンバータ入力電圧VL、コンバータ出力電圧VH、冷却水温THw、コンバータ10のPWM制御に用いられるキャリア信号の周波数(以下「キャリア周波数f」という)をパラメータとして、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempを求める。そして、コイル温度変化量算出部111は、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempにコイルの熱時定数τiに応じたフィルタ処理を施した値を最終的なコイル温度変化量ΔTi1とする。
First, the function of the coil temperature change
より具体的には、コイル温度変化量算出部111は、まず、電流Ibをパラメータとする一次元マップなどを用いて基本コイル温度変化量ΔTi1baseを算出する。コイル温度変化量算出部111は、電流Ibが大きいほど、コイルの発熱量が大きくなる点を考慮して、基本コイル温度変化量ΔTi1baseを高い値とする。
More specifically, the coil temperature change
そして、コイル温度変化量算出部111は、コンバータ入力電圧VLおよびコンバータ出力電圧VHをパラメータとする二次元マップを用いて補正係数K1を算出する。コンバータ10の昇圧比(=コンバータ出力電圧VH/コンバータ入力電圧VL)が大きいほど、電流Ibに重畳するリプル成分の大きさ(以下「リプル幅」という)が大きくなり、コイルの発熱量が大きくなる傾向にある。この点を考慮し、コイル温度変化量算出部111は、昇圧比(=VH/VL)が大きいほど補正係数K1を大きい値とする。
Then, the coil temperature change
さらに、コイル温度変化量算出部111は、キャリア周波数fをパラメータとする一次元マップを用いて補正係数K2を算出する。キャリア周波数fが小さいほど、上述のリプル幅は大きくなり、コイルの発熱量が大きくなる傾向にある。この点を考慮し、コイル温度変化量算出部111は、キャリア周波数fが小さいほど補正係数K2を大きい値とする。
Furthermore, the coil temperature change
さらに、コイル温度変化量算出部111は、冷却水温THwをパラメータとする一次元マップを用いて補正係数K3を算出する。冷却水温THwが高いほど、コイルの温度が上昇し易くなる傾向にある。この点を考慮し、コイル温度変化量算出部111は、冷却水温THwが高いほど補正係数K3を大きい値とする。
Furthermore, the coil temperature change
そして、コイル温度変化量算出部111は、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempを下記の式(1)で算出する。
Then, the coil temperature change
ΔTi1temp=ΔTi1base×K1×K2×K3 …(1)
さらに、コイル温度変化量算出部111は、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempに対してコイルの熱時定数τiに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi1として算出する。なお、「フィルタ処理」としては、たとえば、一次遅れ処理、二次遅れ処理、移動平均処理などを用いることができる。たとえば、一次遅れ処理を施す場合、コイルの熱時定数τiを各パラメータのサンプリング周期Tで割った値(=τi/T)を「A」、A+1を「B」とすると、コイル温度変化量算出部111は、次式(2)で最終的なコイル温度変化量ΔTi1を算出することができる。
ΔTi1temp = ΔTi1base × K1 × K2 × K3 (1)
Further, the coil temperature change
ΔTi1n=(A/B)×(ΔTi1n−1)+(1/B)×ΔTi1temp …(2)
なお、「ΔTi1n」は最終的なコイル温度変化量ΔTi1の今回値、「ΔTi1n−1」は最終的なコイル温度変化量ΔTi1の前回値である。
ΔTi1n = (A / B) × (ΔTi1n−1) + (1 / B) × ΔTi1temp (2)
“ΔTi1n” is the current value of the final coil temperature change amount ΔTi1, and “ΔTi1n-1” is the previous value of the final coil temperature change amount ΔTi1.
次に、コア温度変化量算出部112の機能について説明する。コア温度変化量算出部112は、コイル温度変化量算出部111と同じように、電流Ib、コンバータ入力電圧VL、コンバータ出力電圧VH、冷却水温THw、キャリア周波数fをパラメータとして、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempを求める。そして、コア温度変化量算出部112は、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempにコアの熱時定数τrに応じたフィルタ処理を施した値を最終的なコア温度変化量ΔTr1とする。
Next, the function of the core temperature change
より具体的には、コア温度変化量算出部112は、まず、コンバータ入力電圧VLおよびコンバータ出力電圧VHをパラメータとする二次元マップを用いて基本コア温度変化量ΔTr1baseを算出する。
More specifically, the core temperature change
そして、コア温度変化量算出部112は、コイル温度変化量算出部111と同様に、電流Ibをパラメータとする一次元マップを用いて補正係数K4を算出し、キャリア周波数fをパラメータとする一次元マップを用いて補正係数K5を算出し、冷却水温THwをパラメータとする一次元マップを用いて補正係数K6を算出する。そして、コア温度変化量算出部112は、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempを下記の式(3)で算出する。
Then, similarly to the coil temperature
ΔTr1temp=ΔTr1base×K4×K5×K6 …(3)
さらに、コア温度変化量算出部112は、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempに対してコアの熱時定数τrに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコア温度変化量ΔTr1として算出する。上述のように、「フィルタ処理」としては、たとえば、一次遅れ処理、二次遅れ処理、移動平均処理などを用いることができる。たとえば、一次遅れ処理を施す場合、コアの熱時定数τrを各パラメータのサンプリング周期Tで割った値(=τr/T)を「C」、C+1を「D」とすると、コア温度変化量算出部112は、次式(4)で最終的なコア温度変化量ΔTr1を算出することができる。
ΔTr1temp = ΔTr1base × K4 × K5 × K6 (3)
Furthermore, the core temperature change
ΔTr1n=(C/D)×(ΔTr1n−1)+(1/D)×ΔTr1temp …(4)
なお、「ΔTr1n」は最終的なコア温度変化量ΔTr1の今回値、「ΔTr1n−1」は最終的なコア温度変化量ΔTr1の前回値である。
ΔTr1n = (C / D) × (ΔTr1n−1) + (1 / D) × ΔTr1temp (4)
“ΔTr1n” is the current value of the final core temperature change amount ΔTr1, and “ΔTr1n-1” is the previous value of the final core temperature change amount ΔTr1.
第2推定部120は、第1推定部110の推定結果を用いて、コイルとコアとの間の互いの熱干渉によるコア温度変化量ΔTr2とおよびコイル温度変化量ΔTi2とを別々に推定する。
The
より具体的には、第2推定部120は、コア温度変化量ΔTr1がコイル温度変化量ΔTi1よりも大きい場合、コア温度変化量ΔTr2を略零とするともに、コイル温度変化量ΔTi2を以下の手法で推定する。第2推定部120は、コア温度変化量ΔTr1とコイル温度変化量ΔTi1との差の絶対値(=|ΔTr1−ΔTi1|)をパラメータとして一時的なコイル温度変化量ΔTi2tempを推定する。第2推定部120は、|ΔTr1−ΔTi1|が大きいほど一時的なコイル温度変化量ΔTi2tempを大きい値とする。そして、第2推定部120は、一時的なコイル温度変化量ΔTi2tempにコイルの熱干渉時定数τirに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi2とする。ここで、「コイルの熱干渉時定数τri」とは、コアからコイルへの熱伝達によるコイルの温度上昇変化率を示す指標である。なお、フィルタ処理としては、上述したように、たとえば一次遅れ処理、二次遅れ処理、移動平均処理などを用いればよい。
More specifically, when the core temperature change amount ΔTr1 is larger than the coil temperature change amount ΔTi1, the
一方、第2推定部120は、コイル温度変化量ΔTi1がコア温度変化量ΔTr1よりも大きい場合、コイル温度変化量ΔTi2を略零とするともに、コア温度変化量ΔTr2を以下の手法で推定する。第2推定部120は、|ΔTr1−ΔTi1|をパラメータとして一時的なコア温度変化量ΔTr2tempを推定する。第2推定部120は、|ΔTr1−ΔTi1|が大きいほど一時的なコア温度変化量ΔTr2tempを大きい値とする。そして、第2推定部120は、一時的なコア温度変化量ΔTr2tempにコアの熱干渉時定数τriに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi2とする。ここで、「コアの熱干渉時定数τri」とは、コイルからの熱干渉によるコアの温度上昇変化率を示す指標である。なお、フィルタ処理としては、上述したように、たとえば一次遅れ処理、二次遅れ処理、移動平均処理などを用いればよい。
On the other hand, when the coil temperature change amount ΔTi1 is larger than the core temperature change amount ΔTr1, the
第3推定部130は、第1推定部110および第2推定部120の推定結果を用いて、コイル温度Tiおよびコア温度Trとを別々に推定する。
The
第3推定部130は、コイル温度Tiを算出するコイル温度算出部131と、コア温度Trを算出するコア温度算出部132を含む。
The
コイル温度算出部131は、冷却水温THwをコイルのベース温度として、このベース温度とコイル温度変化量ΔTi1,ΔTi2とを加味してコイル温度Tiを算出する。すなわち、コイル温度算出部131は、コイル温度Tiを次式(5)で算出する。
The coil
Ti=THw+ΔTi1+ΔTi2 …(5)
なお、上述したように、コイル温度変化量ΔTi1がコア温度変化量ΔTr1よりも大きい場合は、コイル温度変化量ΔTi2は略零である。
Ti = THw + ΔTi1 + ΔTi2 (5)
As described above, when the coil temperature change amount ΔTi1 is larger than the core temperature change amount ΔTr1, the coil temperature change amount ΔTi2 is substantially zero.
コア温度算出部132は、コイル温度算出部131と同様に、冷却水温THwをコアのベース温度として、このベース温度とコア温度変化量ΔTr1,ΔTr2とを加味してコア温度Trを算出する。すなわち、コア温度算出部132は、コア温度Trを次式(6)で算出する。
Similarly to the coil
Tr=THw+ΔTr1+ΔTr2 …(6)
なお、上述したように、コア温度変化量ΔTr1がコイル温度変化量ΔTi1よりも大きい場合は、コア温度変化量ΔTr2は略零である。
Tr = THw + ΔTr1 + ΔTr2 (6)
As described above, when the core temperature change amount ΔTr1 is larger than the coil temperature change amount ΔTi1, the core temperature change amount ΔTr2 is substantially zero.
制限部140は、コイル温度Tiがコイル許容温度Tilimitを超える場合およびコア温度Trがコア許容温度Trlimitを超える場合の少なくともいずれかの場合、蓄電装置Bの充電および放電の少なくともいずれかを制限する。たとえば、制限部140は、蓄電装置Bの残存容量SOCが基準値(たとえば60%)を超える場合には、蓄電装置Bの充電電力許容値Winを低下させ、そうでない場合には、蓄電装置Bの放電電力許容値Woutを低下させる。
Limiting
図6は、上述の第1推定部110、第2推定部120、第3推定部130の機能を実現するための制御装置100の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of the
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、制御装置100は、電流Ibをパラメータとして基本コイル温度変化量ΔTi1baseを算出する。S11にて、制御装置100は、コンバータ入力電圧VLおよびコンバータ出力電圧VHをパラメータとして補正係数K1を算出し、キャリア周波数fをパラメータとして補正係数K2を算出し、冷却水温THwをパラメータとして補正係数K3を算出する。S12にて、制御装置100は、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempを算出する(上述の式(1)参照)。S13にて、制御装置100は、一時的なコイル温度変化量ΔTi1tempに対してコイルの熱時定数τiに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi1として算出する(上述の式(2)参照)。
In step (hereinafter, step is abbreviated as “S”) 10,
さらに、S20にて、制御装置100は、コンバータ入力電圧VLおよびコンバータ出力電圧VHをパラメータとして基本コア温度変化量ΔTr1baseを算出する。S21にて、制御装置100は、電流Ibをパラメータとして補正係数K4を算出し、キャリア周波数fをパラメータとして補正係数K5を算出し、冷却水温THwをパラメータとして補正係数K6を算出する。S22にて、制御装置100は、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempを算出する(上述の式(3)参照)。S23にて、制御装置100は、一時的なコア温度変化量ΔTr1tempに対してコアの熱時定数τrに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコア温度変化量ΔTr1として算出する(上述の式(4)参照)。
Further, at S20,
S30にて、制御装置100は、コイル温度変化量ΔTi1がコア温度変化量ΔTr1よりも大きいか否かを判定する。
In S30,
ΔTi1>ΔTr1の場合(S30にてYES)、制御装置100は、S31にて|ΔTr1−ΔTi1|をパラメータとして一時的なコア温度変化量ΔTr2tempを算出し、S32にて一時的なコア温度変化量ΔTr2tempにコアの熱干渉時定数τriに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi2とする。そして、制御装置100は、S33にて、コイル温度TiをTHw+ΔTi1として算出する(上述の式(5)においてΔTi2=0とする)とともに、S34にて、コア温度TrをTHw+ΔTr1+ΔTr2として算出する(上述の式(6)参照)。
When ΔTi1> ΔTr1 (YES in S30),
一方、ΔTi1<ΔTr1の場合(S30にてNO)、制御装置100は、S35にて|ΔTr1−ΔTi1|をパラメータとして一時的なコイル温度変化量ΔTi2tempを算出し、S36にて一時的なコイル温度変化量ΔTi2tempにコイルの熱干渉時定数τirに応じたフィルタ処理を施した値を、最終的なコイル温度変化量ΔTi2とする。そして、制御装置100は、S37にて、コイル温度TiをTHw+ΔTi1+ΔTi2として算出する(上述の式(5)参照)とともに、S38にて、コア温度TrをTHw+ΔTr1として算出する(上述の式(6)においてΔTr2=0とする)。
On the other hand, if ΔTi1 <ΔTr1 (NO in S30),
図7は、上述の制限部140の機能を実現するための制御装置100の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of the
S40にて、制御装置100は、コア温度Trがコア許容温度Trlimitを超えるか否かを判定する。また、制御装置100は、S41にて、コイル温度Tiがコイル許容温度Tilimitを超えるか否かを判定する。
In S40,
コイル温度Tiがコイル許容温度Tilimitを超える場合(S40にてYES)、および、コア温度Trがコア許容温度Trlimitを超える場合(S41にてYES)の少なくともいずれかの場合、制御装置100は、S42にて蓄電装置Bの充電および放電の少なくともいずれかを制限する。一方、コイル温度Tiがコイル許容温度Tilimitを超えておらず(S40にてNO)、かつ、コア温度Trがコア許容温度Trlimitを超えていない場合(S41にてNO)、制御装置100は、蓄電装置Bの充放電を制限することなく処理を終了させる。
When coil temperature Ti exceeds coil allowable temperature Tilimit (YES in S40) and / or core temperature Tr exceeds core allowable temperature Trlimit (YES in S41),
図8は、本実施の形態で推定したコア温度Trおよびコイル温度Tiと、実コア温度および実コイル温度とを比較した図である。図8に示すように、本実施の形態で推定したコア温度Trおよびコイル温度Tiは、蓄電装置Bの充放電を頻繁に繰り返した場合であっても、それぞれに対応する実温度にほぼ追従しており、高い推定精度が確保されていることがわかる。 FIG. 8 is a diagram comparing the core temperature Tr and the coil temperature Ti estimated in the present embodiment with the actual core temperature and the actual coil temperature. As shown in FIG. 8, the core temperature Tr and the coil temperature Ti estimated in the present embodiment substantially follow the actual temperatures corresponding to the core temperature Tr and the coil temperature Ti even when the power storage device B is repeatedly charged and discharged frequently. It can be seen that high estimation accuracy is ensured.
以上のように、本実施の形態に係る制御装置100は、コアとコイルとの熱干渉、さらにはコアとコイルとの熱時定数の相違を考慮してコア温度とコイル温度とを別々に推定する。そのため、リアクトル温度の推定精度を飛躍的に向上させることができる。
As described above, the
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 モータ駆動制御システム、5 負極線、6,7 正極線、10 コンバータ、11,14 電流センサ、12,13,17 電圧センサ、15 レゾルバ、16 温度センサ、20 インバータ、30 ケース、40 冷却器、100 制御装置、110 第1推定部、111 コイル温度変化量算出部、112 コア温度変化量算出部、120 第2推定部、130 第3推定部、131 コイル温度算出部、132 コア温度算出部、140 制限部、B 蓄電装置、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L リアクトル、M1 モータ、Q1〜Q8 スイッチング素子、SMR システムメインリレー。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記温度推定装置は、
少なくとも前記リアクトルの電流を用いて、前記コアの発熱および放熱による第1のコア温度変化量と前記コイルの発熱および放熱による第1のコイル温度変化量とを別々に推定する第1推定部と、
前記第1推定部の推定結果を用いて、前記コイルと前記コアとの間の互いの熱干渉による第2のコア温度変化量および第2のコイル温度変化量を推定する第2推定部と、
前記第1推定部および前記第2推定部の推定結果を用いて、コア温度とコイル温度とを別々に推定する第3推定部とを備え、
前記第2推定部は、
前記第1のコア温度変化量が前記第1のコイル温度変化量よりも大きい場合、前記第2のコア温度変化量を略零とするともに、前記第1のコア温度変化量と前記第1のコイル温度変化量との差から前記第2のコイル温度変化量を推定し、
前記第1のコイル温度変化量が前記第1のコア温度変化量よりも大きい場合、前記第2のコイル温度変化量を略零とするともに、前記第1のコア温度変化量と前記第1のコイル温度変化量との差から前記第2のコア温度変化量を推定する、リアクトルの温度推定装置。 A reactor temperature estimation device included in a converter that converts and outputs a voltage input from a power storage device, wherein the reactor includes a core and a coil wound around an outer periphery of the core,
The temperature estimation device includes:
A first estimation unit that separately estimates a first core temperature change amount due to heat generation and heat dissipation of the core and a first coil temperature change amount due to heat generation and heat dissipation of the coil, using at least the current of the reactor;
A second estimation unit that estimates a second core temperature change amount and a second coil temperature change amount due to mutual thermal interference between the coil and the core, using the estimation result of the first estimation unit;
A third estimation unit for separately estimating the core temperature and the coil temperature using the estimation results of the first estimation unit and the second estimation unit ;
The second estimation unit includes
When the first core temperature change amount is larger than the first coil temperature change amount, the second core temperature change amount is set to substantially zero, and the first core temperature change amount and the first core temperature change amount are set to be substantially zero. The second coil temperature change amount is estimated from the difference from the coil temperature change amount,
When the first coil temperature change amount is larger than the first core temperature change amount, the second coil temperature change amount is set to substantially zero, and the first core temperature change amount and the first core temperature change amount are set to be substantially zero. A reactor temperature estimation device that estimates the second core temperature change amount from a difference from a coil temperature change amount .
前記第1のコア温度変化量が前記第1のコイル温度変化量よりも大きい場合、前記第1のコア温度変化量と前記第1のコイル温度変化量との差から求めた一時的な前記第2のコイル温度変化量に前記コアからの熱伝達による前記コイルの熱干渉時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な前記第2のコイル温度変化量とし、
前記第1のコイル温度変化量が前記第1のコア温度変化量よりも大きい場合、前記第1のコア温度変化量と前記第1のコイル温度変化量との差から求めた一時的な前記第2のコア温度変化量に前記コイルからの熱伝達による前記コアの熱干渉時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な前記第2のコア温度変化量とする、請求項1に記載のリアクトルの温度推定装置。 The second estimation unit includes
When the first core temperature change amount is larger than the first coil temperature change amount, the temporary first temperature obtained from the difference between the first core temperature change amount and the first coil temperature change amount is obtained. A value obtained by performing a filtering process in accordance with the thermal interference time constant of the coil by heat transfer from the core to the coil temperature change amount of 2 as a final second coil temperature change amount,
When the first coil temperature change amount is larger than the first core temperature change amount, the temporary first time obtained from the difference between the first core temperature change amount and the first coil temperature change amount is obtained. a value obtained by performing a filtering process in accordance with the thermal interference time constant of the core due to heat transfer from the coil to the core temperature variation of 2, and the final second core temperature variation, in claim 1 The reactor temperature estimation apparatus described.
前記コンバータは、キャリア信号を用いて生成された制御信号に応じて前記電圧変換を行ない、
前記リアクトルは、前記リアクトルに隣接して配置された冷却器の内部を流れる冷媒によって冷却され、
前記第1推定部は、
前記リアクトルの電流、前記コンバータの入力電圧および出力電圧、前記冷媒の温度、前記キャリア信号の周波数のすべてを用いて求めた一時的な前記第1のコア温度変化量に前記コアの熱時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な前記第1のコア温度変化量とし、
前記リアクトルの電流、前記コンバータの入力電圧および出力電圧、前記冷媒の温度、前記キャリア信号の周波数のすべてを用いて求めた一時的な前記第1のコイル温度変化量に前記コイルの熱時定数に応じたフィルタ処理を施した値を、最終的な前記第1のコイル温度変化量とする、請求項1または2に記載のリアクトルの温度推定装置。 The thermal time constant of the core and the thermal time constant of the coil are different from each other,
The converter performs the voltage conversion according to a control signal generated using a carrier signal,
The reactor is cooled by a refrigerant flowing inside a cooler disposed adjacent to the reactor,
The first estimation unit includes
The thermal time constant of the core is converted into the temporary core temperature change obtained by using all of the current of the reactor, the input voltage and output voltage of the converter, the temperature of the refrigerant, and the frequency of the carrier signal. The value subjected to the corresponding filter processing is the final first core temperature change amount,
The temporary time variation of the first coil temperature obtained by using all of the current of the reactor, the input voltage and output voltage of the converter, the temperature of the refrigerant, and the frequency of the carrier signal is converted into the thermal time constant of the coil. The reactor temperature estimation device according to claim 1 or 2 , wherein a value obtained by performing a corresponding filter process is used as a final amount of change in the first coil temperature.
前記冷媒の温度に前記第1のコア温度変化量および前記第2のコア温度変化量を加えた
値を前記コア温度とし、
前記冷媒の温度に前記第1のコイル温度変化量および前記第2のコイル温度変化量を加えた値を前記コイル温度とする、請求項3に記載のリアクトルの温度推定装置。 The third estimation unit includes
A value obtained by adding the first core temperature change amount and the second core temperature change amount to the temperature of the refrigerant is the core temperature,
The reactor temperature estimation device according to claim 3 , wherein a value obtained by adding the first coil temperature change amount and the second coil temperature change amount to the temperature of the refrigerant is used as the coil temperature.
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