JP5849902B2

JP5849902B2 - 温度測定装置、温度測定方法、プログラム及び媒体

Info

Publication number: JP5849902B2
Application number: JP2012190450A
Authority: JP
Inventors: 暁彦井手
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: JP2014048118A

Description

本発明は、乗用車、トラック、バス等の車両に適用されて好適な温度測定装置、温度測定方法に関する。

電気自動車やハイブリッド車のような駆動力を発生するモータを有する車両においては、モータを駆動制御する電力変換装置が搭載される。このような電力変換装置は、例えば特許文献１に記載されているように、パワースイッチング素子に内蔵されたダイオードの順方向電圧を用いて温度を検出して温度を監視するための温度測定装置を含む。

この検出精度はダイオードの製造時のバラツキの影響を受けて低いため、制御回路側で適宜の補正処理を実行している。具体的には、パワースイッチング素子の製造時において複数の温度状態を作りだし、それぞれの温度状態のダイオードの順方向電圧を測定した後、測定結果を含む補正用マップを制御回路に記憶させて測定した順方向電圧から温度を導き出す補正処理を行っている。

補正処理としては特許文献２に記載される技術もあり、装置内に複数のセンサを配置してその内の一つを他に比べて高精度なものとし、高精度なセンサと他の低精度なセンサの温度差を測定して、その温度差を用いて他の低精度なセンサの検出値を補正することを行っている。なお、ここで精度は検出精度を指している。

特開２０１１−１６７０３８号公報特開２００６−０１０６７７号公報

ところが特許文献１に記載の技術においては、製造時に複数の温度状態を作る必要があることから変温工程が追加されて製造コストが増大するという問題があった。また、特許文献２に記載の技術においては温度差のみによる補正であるため、温度差に変化が生じる場合に対応できず適用できる温度範囲が狭いという問題が依然としてあった。

本発明は、上記問題に鑑み、コストダウンを十分に図った上でより広い温度範囲をカバーできる温度測定装置、温度測定方法、プログラム及び媒体を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明による温度測定装置は、第一温度検出手段と、当該第一温度検出手段よりも高精度な第二温度検出手段と、前記第一温度検出手段及び前記第二温度検出手段への電源遮断から所定時間経過後の電源再投入時に前記第一温度検出手段の第一検出値及び前記第二温度検出手段の第二検出値の組合せを記憶する記憶手段と、前記組合せの群に基づいて最小二乗法によりモデル関数を作成する作成手段と、当該モデル関数に基づいて前記第一検出値を補正する補正手段と、前記記憶手段が記憶している前記組合せの群の情報としての容量が所定容量を超える場合に、前記組合せの群のうち新たに測定される組合せに二次元空間上で隣接する組合せを選択して削除する削除手段を含む、ことを特徴とする。

また本発明による温度測定方法は、第一温度検出手段及び当該第一温度検出手段よりも高精度な第二温度検出手段への電源遮断から所定時間経過後の電源再投入時に前記第一温度検出手段の第一検出値及び前記第二温度検出手段の第二検出値の組合せを記憶する記憶ステップと、前記組合せの群に基づいて最小二乗法によりモデル関数を作成する作成ステップと、当該モデル関数に基づいて前記第一検出値を補正する補正ステップと、前記組合せの群の情報としての容量が所定容量を超える場合に、前記組合せの群のうち新たに測定される組合せに二次元空間上で隣接する組合せを選択して削除する削除ステップを含む、ことを特徴とする。本発明のプログラムは前記温度測定方法を実行するプログラムであり、本発明の媒体は前記プログラムを格納した媒体である。

本発明によれば、第一検出値と第二検出値の組合せの群（今回測定による群と前回までの測定による群を含む）に基づいて第一検出値と第二検出値との対応を示すモデル関数を作成した上で、モデル関数に基づいて第一検出値を第二検出値に相当する正確な検出値に補正することができる。

本発明に係る実施例の温度測定装置１の一実施形態を示す模式図である。実施例の温度測定装置１の温度センサ２の第一検出値と温度センサ３の第二検出値の組合せの群と対応するモデル関数の関係を示す模式図である。実施例の温度測定装置１の一実施形態の制御内容を示すフローチャートである。実施例の温度測定装置１において予め記憶させた代表値を組合せに群に含めてモデル関数を作成する形態を示す模式図である。実施例の温度測定装置１の他の実施形態の制御内容を示すフローチャートである。実施例の温度測定装置１の他の実施形態の制御内容を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

実施例の温度測定装置１は、図１に示すように、温度センサ２（第一温度検出手段）と、温度センサ３（第二温度検出手段）と、ＭＧＥＣＵ４（Motor Generator Electronic Control Unit）を備えて構成される。

なお、温度測定装置１は、例えばハイブリッド車である車両の駆動用モータを駆動する電力変換装置に含まれるものである。電力変換装置自体の構成は周知であるため、ここでは、本発明に関係する構成要素のみを図示して、それ以外の構成要素の図示は省略している。

電力変換装置は駆動用モータへ駆動用電流を図示しないバッテリからの電力に基づいて供給するインバータであって、複数のスイッチング素子とそれらのスイッチング素子を制御するＭＧＥＣＵ４を含む。温度センサ２はスイッチング素子のいずれかに内蔵されたダイオードの順方向電圧Ｖｆに基づいてダイオードの温度を検出して検出結果である第一検出値をＰＷＭ制御によるデューティ出力としてＭＧＥＣＵ４に出力する。

また、温度センサ３はＭＧＥＣＵ４を構成する基板上に配置されるものであって、温度センサ２よりも高精度なセンサであり、上述した基板の温度を検出して検出結果である第二検出値をＭＧＥＣＵ４に出力する。

ＭＧＥＣＵ４はインバータのスイッチング素子のオンオフや運転状態、冷却状態などを適宜制御するものであって、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスと入出力インターフェースから構成される。

ＭＧＥＣＵ４は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、以下に述べる所定の処理を行う記憶手段４ａと、作成手段４ｂと、補正手段４ｃと、削除手段４ｄを構成する。また、ＭＧＥＣＵ４はイグニッションスイッチのオフ（電源遮断）からオン（電源再投入）までの時間を計数する機能を有する。

ここで車両のイグニッションスイッチがオフとされると、温度センサ２及び温度センサ３への車両の図示しない補機用バッテリからの電源供給が遮断される。本実施例では、この電源遮断から所定時間ＴＮ経過後に温度センサ２の測定対象温度及び温度センサ３の測定対象温度が同一温度になるものとする。

記憶手段４ａは、電源遮断から所定時間ＴＮ経過した後のイグニッションスイッチがオンとされた直後の温度センサ２の第一検出値と温度センサ３の第二検出値（真値）の組合せをその都度追加して記憶する。つまり記憶手段４ａは今回測定した組合せと、前回以前に測定した組合せを群として記憶している。この組合せの群は、例えば図２に示すような第一検出値を横軸とし第二検出値を縦軸とした二次元空間に、楕円内に示すように、分布する。すなわち今回及び前回以前に測定された第一検出値と第二検出値の組合せの群は二次元空間上において温度真値テーブルをなす。

作成手段４ｂは、第一検出値及び第二検出値の組合せの群、つまり温度真値テーブルに基づいて最小二乗法により、モデル関数（例えば、第一検出値をｘ、第二検出値をｙ、傾きをａ、切片をｂとする一次関数ｙ＝ａｘ＋ｂ）を作成する。ここで温度真値テーブルにおけるｘ及びｙの広がりは、今回及び前回までの測定における雰囲気温度の日較差、月較差、年較差により差が生じる。

初回測定から今回測定までの測定期間、測定回数が十分に取れない場合には、この広がりを最小二乗法による近似に供するに必要な幅に確保できないこともありえる。この場合には、例えば、図３の二箇所の黒丸に示すように、記憶手段４ａに「予め記憶させておく代表値Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘ（Value）」をベンチテストにより測定して記憶させ、この代表値を組合せの群に含めることとしてもよい。なお、代表値は車両において実際に測定される第一検出値と第二検出値の組合せの群よりも大きめの代表値Ｖｍａｘと小さめの代表値Ｖｍｉｎとしておく。

本実施例では図２の縦軸に示す高精度な温度センサ３の第二検出値を真値とみなす。補正手段４ｃは、モデル関数に基づいて第一検出値から相当する第二検出値を導出して第一検出値を導出した第二検出値に補正する。

記憶手段４ａが今回測定した組合せの群を新たに記憶した後、記憶している組合せの群の情報としての容量が所定容量を超える場合には、削除手段４ｄは組合せの群のうち図２の二次元空間上にて今回測定した組合せと隣接する古い組合せを選択して、新たに測定した組合せと隣接する古い組合せのうち古い方の組合せを削除する。

以下に本実施例の温度測定装置１の詳細な制御内容について図４のフローチャートを用いて説明する。図４のステップＳ１に示すように、車両においてイグニッションスイッチが一旦オフされた後オンされると、ステップＳ２において、前回のイグニッションスイッチオフから所定時間ＴＮ（例えば１０時間）が経過しているか否かを、ＭＧＥＣＵ４が判定する。

ステップＳ２において肯定と判定される場合にはステップＳ３にすすみ、否定と判定される場合にはステップＳ１２にすすむ。ステップＳ３において、ＭＧＥＣＵ４は接続された外部メモリから温度センサ２の「温度真値テーブル」をＲＡＭに読み出す。（適宜、予め上述した代表値が含まれている図３に示したものも含む。）
ステップＳ４において、記憶手段４ａは、温度センサ２のデューティ出力（第一検出値）に対する温度真値を、温度センサ３の温度測定結果（第二検出値）と等しい値として、その組合せを、ステップＳ３において読み出した「温度真値テーブル」内に含まれる前回測定までの組合せの群に追加して今回測定までの組合せの群を新たに構成する。

ステップＳ５において、作成手段４ｂは、ＲＡＭ内の「温度真値テーブル」のデータ集合（組合せの群）に対し、最小二乗法に基づいて、温度センサ２の温度特性を作成（前回に対して修正）して、修正後のモデル関数である一次関数ｙ＝ａｘ＋ｂを求める。

ステップＳ６において、ステップＳ５において求めた一次関数の傾きａを、記憶手段４ａは、予め記憶された下限値ａ１及び上限値ａ２と比較して、ａ１＜ａ＜ａ２であり、温度センサ２の特性上許容範囲内であるか否かを判定し、肯定であればステップＳ７にすすみ、否定であればステップＳ１０にすすむ。

ステップＳ７において、ステップＳ５において求めた一次関数の切片ｂを、記憶手段４ａは、予め記憶された下限値ｂ１及び上限値ｂ２と比較して、ｂ１＜ｂ＜ｂ２であり、温度センサ２の特性上許容範囲内であるか否かを判定し、肯定であればステップＳ８にすすみ、否定であればステップＳ１０にすすむ。

ステップＳ８において、記憶手段４ａは、ＲＡＭ内の「温度真値テーブル」つまり今回修正後の温度真値テーブルを外部メモリに保存し、ステップＳ９において、補正手段４ｃは、上述したモデル関数を用いて温度センサ２の出力デューティである第一検出値を第二検出値に補正する、つまり温度変換を行う。

ステップＳ１０において、記憶手段４ａは、ＲＡＭ内の「温度真値テーブル」つまり今回修正後の温度真値テーブルを排除、廃棄し、ステップＳ１１において、補正手段４ｃは今回修正前のモデル関数を用いて温度センサ２の出力デューティである第一検出値を第二検出値に補正する、つまり温度変換を行う。

以上が本実施例の温度測定装置１及び温度測定方法の基本的なロジックである。なお、ＭＧＥＣＵ４に接続される外部メモリの容量に限りがある場合には、図５のステップＳ１２〜１４に示すような組合せの群の削除処理を追加することもできる。

つまり図５のステップＳ１２に示すように、ＲＡＭ内の温度真値テーブルの組合せの数つまりデータ数を記憶手段４ａがカウントし、カウントした値をｎとし、メモリ上限を（ｎ、ｍａｘ）とする。

次にステップＳ１３に示すように、ステップＳ１２にて得たｎがｎ＝（ｎ＿ｍａｘ）であるか否かを記憶手段４ａが判定し、肯定であればステップＳ１４にすすみ、否定であればステップＳ８にすすむ。

ステップＳ１４において、削除手段４ｄは、ＲＡＭ内の温度真値テーブルのｎこのデータと、ステップＳ４にて得たデータとを比較して、最も近い（図２の二次元空間上で隣接する）値を消去する。つまり、削除手段４ｄは、温度センサ２のデューティの差Δの二乗と温度センサ３のデューティの差Δの二乗の和が最小となるデータを抽出、選択して、ＲＡＭから削除する。

また上述した削除処理のうちステップＳ１５については、図６のステップＳ１４に示すように、単に最も古いデータを削除するものに置換することもできる。つまりステップＳ１４において、削除手段４ｄは、ｎ個のデータの中から取得年月日時刻が最も古いものをＲＡＭから削除する。上述したフローチャートを繰り返し実行することにより、本発明の温度測定方法が実行される。

上述した本実施例の温度測定装置１及び温度測定方法によれば、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、前回測定までに記憶されている第一検出値と第二検出値の組合せの群に、今回測定された群を加えた上で、例えば一次関数であるモデル関数を補正することができる。

つまり前回測定までの群及び今回測定の群はそれぞれ年較差、月較差、日較差により外気温度が異なり、それに対応してダイオード及び基板の温度も異なるため、データを取得する回数を増やす度により幅広いデータを取得することができる。そのため、それに対応させてモデル関数の精度を、測定回数を増やす度に順次高めることができる。またモデル関数を、測定を重ねる度に精度の高いものとすることができるため、モデル関数と第一検出値に基づく真値への補正の精度も高めることができる。

また、モデル関数を得るために基板とインバータを予めベンチテストにて、所定の温度範囲で温度変化させる必要性をなくし、製造コストを下げることもできる。特にハイブリッド車に用いられるインバータが含むパワースイッチング素子は数〜数十ワット以上の損失に耐えられるように大型であることが多く、ベンチテストで有意差のある温度差を作り出すために、加熱又は冷却工程に時間がかかることに伴う、工程数の増加を防止することができる。

さらに上述した適宜の削除処理を行うことにより、記憶手段４ａに対応する外部メモリの容量に制限がある場合でも、モデル関数の作成、修正、モデル関数による第一検出値から第二検出値に相当する真値への補正を適切に実行することができる。

本発明では低精度センサの検出値を高精度センサの検出値に基づいて適宜真値に補正することができ、高精度センサの必要数を減らしてコストダウンを図れる。また、製造時の温度環境生成工程をなくして製造時のコストダウンも十分に図り、その上でより広い温度範囲に適用可能な補正手法及び温度測定手法を確立できる。

以上本発明の温度測定装置、温度測定方法の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の温度測定装置、温度測定方法は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に示した構成要素につき種々の変形および置換を加えることができる。例えば、第一検出値と第二検出値の組合せの群に対して最小二乗法による近似を行う際、実施例では一次関数を用いたがその他の曲線を用いて本発明を構成することももちろん可能である。

また本発明はハイブリッド車以外にも電気自動車、燃料電池自動車に用いられる電力変換装置にも適用できる。また、上述した実施例ではＭＧＥＣＵ４に対して大容量の外部メモリを接続する形態を例示したが、容量に都合がつけばＭＧＥＣＵ４内のメモリを用いることももちろん可能である。

本発明は低精度センサを用いた温度測定装置、温度測定方法に関するものであり、特に、駆動用モータを有する車両に使用される電力変換装置に適用して好適であるが、一般のコンピュータ、ワークステーション等の発熱部を有する機器に適用することももちろん可能なものである。

すなわち本発明は、乗用車、トラック、バス等の様々な車両の電力変換装置に適用して有益なものであるとともに、産業用、家庭用のコンピュータや電力変換装置に適用しても好適なものである。

１温度測定装置
２温度センサ（第一温度検出手段）
３温度センサ（第二温度検出手段）
４ＭＧＥＣＵ
４ａ記憶手段
４ｂ作成手段
４ｃ補正手段
４ｄ削除手段

Claims

第一温度検出手段と、当該第一温度検出手段よりも高精度な第二温度検出手段と、前記第一温度検出手段及び前記第二温度検出手段への電源遮断から所定時間経過後の電源再投入時に前記第一温度検出手段の第一検出値及び前記第二温度検出手段の第二検出値の組合せを記憶する記憶手段と、前記組合せの群に基づいて最小二乗法によりモデル関数を作成する作成手段と、当該モデル関数に基づいて前記第一検出値を補正する補正手段と、前記記憶手段が記憶している前記組合せの群の情報としての容量が所定容量を超える場合に、前記組合せの群のうち新たに測定される組合せに二次元空間上で隣接する組合せを選択して削除する削除手段を含む、ことを特徴とする温度測定装置。
第一温度検出手段及び当該第一温度検出手段よりも高精度な第二温度検出手段への電源遮断から所定時間経過後の電源再投入時に前記第一温度検出手段の第一検出値及び前記第二温度検出手段の第二検出値の組合せを記憶する記憶ステップと、前記組合せの群に基づいて最小二乗法によりモデル関数を作成する作成ステップと、当該モデル関数に基づいて前記第一検出値を補正する補正ステップと、前記組合せの群の情報としての容量が所定容量を超える場合に、前記組合せの群のうち新たに測定される組合せに二次元空間上で隣接する組合せを選択して削除する削除ステップを含む、ことを特徴とする温度測定方法。
請求項２に記載の温度測定方法を実行するプログラム。
請求項３に記載のプログラムを格納した媒体。