JP6119647B2 - Electric vehicle - Google Patents
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本発明は、電動車両に関する。本明細書における「電動車両」には、走行用にモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含む。 The present invention relates to an electric vehicle. The “electric vehicle” in this specification includes an electric vehicle that includes a motor for traveling but does not include an engine, a hybrid vehicle that includes both a motor and an engine, and a fuel cell vehicle.
電動車両は、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータに供給する電力変換装置を備える。電力変換装置は典型的にはインバータであるが、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する電圧コンバータを含む場合もある。走行用のモータは出力が大きいため、電力変換装置は発熱量が大きい。それゆえ、電動車両は電力変換装置を冷却する冷却器も備えることが多い。例えば特許文献1には電力変換装置の冷却器を効率よく運転する技術が開示されている。その技術は、電力変換装置が備えるパワー素子の温度を計測する温度センサとパワー素子を冷却する冷媒の温度を計測する別の温度センサを備える。冷却器のコントローラは、パワー素子の温度と冷媒温度とパワー素子の発熱量に基づいてパワー素子から冷媒へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量を算出し、その熱伝達量が所定の閾値よりも大きい場合に冷却器の循環ポンプの駆動力を下げる。なお、パワー素子の発熱量はモータトルクと回転数から算出される。 The electric vehicle includes a power conversion device that converts the DC power of the battery into AC power and supplies the AC power to the motor. The power conversion device is typically an inverter, but may include a voltage converter that boosts the voltage of the battery and supplies the boosted voltage to the inverter. Since the motor for traveling has a large output, the power conversion device generates a large amount of heat. Therefore, electric vehicles often include a cooler that cools the power conversion device. For example, Patent Document 1 discloses a technique for efficiently operating a cooler of a power converter. The technology includes a temperature sensor that measures the temperature of the power element included in the power conversion device and another temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant that cools the power element. The controller of the cooler calculates a heat transfer amount per unit temperature difference transmitted from the power element to the refrigerant based on the temperature of the power element, the refrigerant temperature, and the heat generation amount of the power element, and the heat transfer amount is a predetermined threshold value. If larger than that, the driving force of the circulating pump of the cooler is lowered. The amount of heat generated by the power element is calculated from the motor torque and the rotation speed.
また、特許文献2と特許文献3には、冷却器の異常を検知する技術が開示されている。特許文献2には、パワー素子の温度を計測する温度センサの異常を検知する技術が開示されている。その技術は次の通りである。コントローラは、パワー素子の所定時間当たりの発熱量を推定する。発熱量は、所定時間に電力変換装置に入力された電流の大きさに基づいて推定される。また、コントローラは、温度センサによって所定時間におけるパワー素子の温度変化量を得る。コントローラは、パワー素子の発熱量を一方の軸としパワー素子の温度変化量を他方の軸とする二次元マップを記憶している。その二次元マップには、温度センサに異常が発生していると推定される領域が定められており、コントローラは、推定された発熱量と計測された温度変化量を上記二次元マップに射影し、その座標値が一定時間継続して上記した領域に含まれる場合に温度センサが異常を生じていると判定する。
特許文献3の技術は次の通りである。特許文献3に開示された電動車両は、冷媒の温度を計測する温度センサ、電圧コンバータの温度を計測する温度センサ、インバータの温度を計測する温度センサを備えており、それら複数の温度センサの計測値から冷媒の流量を推定する。そして、冷媒を循環させるポンプの回転数と推定された流量から、ポンプあるいは冷媒流路に異常が生じていないかを判断する。 The technique of Patent Document 3 is as follows. The electric vehicle disclosed in Patent Document 3 includes a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant, a temperature sensor that measures the temperature of the voltage converter, and a temperature sensor that measures the temperature of the inverter. The flow rate of the refrigerant is estimated from the value. Then, it is determined from the estimated number of rotations of the pump that circulates the refrigerant and whether the abnormality has occurred in the pump or the refrigerant flow path.
本明細書も、電動車両において電力変換装置の冷却器が備える温度センサの異常を検知する技術に関する。本明細書は、上記した技術とは異なる手法で温度センサの異常を検知する技術を提供する。 The present specification also relates to a technique for detecting an abnormality of a temperature sensor provided in a cooler of a power conversion device in an electric vehicle. The present specification provides a technique for detecting an abnormality of a temperature sensor by a method different from the technique described above.
本明細書が開示する電動車両の一実施形態は、走行用のモータに電力を供給する電力変換装置と、電力変換装置を冷却する冷媒の温度を計測する2個の温度センサと、いずれかの温度センサで異常が発生していることを判定するコントローラを備える。一方の温度センサ(第1温度センサ)は、電力変換装置へ供給される冷媒の温度を計測する。他方の温度センサ(第2温度センサ)は、電力変換装置を通過後の冷媒の温度を計測する。コントローラは、第1及び第2温度センサによって計測された温度の差と電力変換装置へ送られた冷媒の流量から冷媒が吸収した熱量を算出する。また、コントローラは、電力変換装置に流れる電流から電力変換装置が発生した熱量を推定する。そしてコントローラは、算出された熱量と推定された熱量の差が予め定められた熱量差閾値を超えた場合に、第1又は第2温度センサで異常が発生していることを通知する信号(異常検知信号)を出力する。異常検知信号は、例えば、車両のインストルメントパネルに備えられている警告灯を点灯させる信号や、ダイアグ用メモリに異常発生を記憶させる信号である。熱量差閾値は、電力変換装置の仕様から予め定められており、コントローラに記憶されている。 One embodiment of the electric vehicle disclosed in this specification includes a power conversion device that supplies power to a motor for traveling, two temperature sensors that measure the temperature of a refrigerant that cools the power conversion device, A controller is provided for determining that an abnormality has occurred in the temperature sensor. One temperature sensor (first temperature sensor) measures the temperature of the refrigerant supplied to the power converter. The other temperature sensor (second temperature sensor) measures the temperature of the refrigerant after passing through the power conversion device. The controller calculates the amount of heat absorbed by the refrigerant from the difference between the temperatures measured by the first and second temperature sensors and the flow rate of the refrigerant sent to the power converter. Further, the controller estimates the amount of heat generated by the power conversion device from the current flowing through the power conversion device. When the difference between the calculated heat quantity and the estimated heat quantity exceeds a predetermined heat quantity difference threshold, the controller notifies the first or second temperature sensor that an abnormality has occurred (abnormal Detection signal). The abnormality detection signal is, for example, a signal for turning on a warning light provided in an instrument panel of a vehicle, or a signal for storing an abnormality occurrence in a diagnosis memory. The heat quantity difference threshold value is determined in advance from the specifications of the power conversion device and is stored in the controller.
上記の電動車両は、電力変換装置が発生する熱量を推定し、その推定値を使って温度センサの異常を判定するので、精度よく温度センサの異常を検知することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Since the electric vehicle estimates the amount of heat generated by the power conversion device and determines the temperature sensor abnormality using the estimated value, the temperature sensor abnormality can be accurately detected. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電動車両200を説明する。図1に、電動車両200の電力系及び冷却器の模式的ブロック図を示す。実施例の電動車両200は、走行用のモータ5を備えている。モータ5の出力が駆動輪15に伝達され、電動車両200が走行する。モータ5は、典型的には三相交流モータである。モータ5には、電力変換装置2を介してメインバッテリ3から電力が供給される。電力変換装置2には、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路2bと共に、メインバッテリ3の電圧を昇圧するチョッパ型の電圧コンバータ回路2aが備えられている。メインバッテリ3の電力は電圧コンバータ回路2aにより昇圧された後にインバータ回路2bにより三相交流電力に変換されてモータ5に供給される。また、電動車両200の制動時には、電力変換装置2はモータ5からの回生電力を直流電力に変換し、変換された電力はメインバッテリ3に蓄電される。この場合、電圧コンバータ回路2aは、降圧回路として動作する。モータ5からの回生電力がインバータ回路2bにより直流電力に変換された後に電圧コンバータ回路2aにより降圧されメインバッテリ3に蓄電される。なお、電圧コンバータ回路2a、インバータ回路2bはよく知られた技術であるので、本明細書ではその詳細な説明は省略する。
An
電動車両200の走行に用いられるモータ5は、その走行に対応するため出力が大きい。そのため、モータ5に電力を供給する電力変換装置2は発熱量が大きい。特に、電力変換装置2内の電圧コンバータ回路2aとインバータ回路2bに用いられているパワー素子は発熱量が大きい。その発生した熱を吸収するために、電力変換装置2には、冷却器21が備えられている。この冷却器21は電力変換装置2に備えられているパワー素子に隣接配置されており、冷却器21の内部を通過する冷媒がパワー素子から熱を吸収する。電動車両200には、この冷却器21に冷媒を供給する冷媒供給管9aと冷却器21を通過した冷媒を排出する冷媒排出管9bが備えられている。また、電動車両200には冷媒が吸収した熱を放熱するためのラジエータ4が備えられている。冷媒供給管9aの上流側の一端はラジエータ4に接続されており、下流側の他端は電力変換装置2の冷却器21に接続されている。そして、冷媒排出管9bの上流側の一端は電力変換装置2の冷却器21に接続されており、下流側の他端はラジエータ4に接続されている。また、冷媒排出管9bには、ポンプ7が備えられている。冷媒は、ポンプ7により圧送され、図1の矢印で示すようにラジエータ4と冷却器21の間を循環する。冷媒は、冷却器21を通過することで熱を吸収し、ラジエータ4を通過することで熱を放熱し、放熱によって温度が低下した冷媒は再び冷却器21に送られる。この冷媒の循環により電力変換装置2が冷却される。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。
The motor 5 used for traveling of the
また、ポンプ7はサブバッテリ6からの電力により駆動する。サブバッテリ6は降圧コンバータ8を介してメインバッテリ3に接続されている。サブバッテリ6は、サブバッテリ6の充電残量等の状況に応じて降圧コンバータ8により降圧されたメインバッテリ3からの電力により充電される。図中には示していないが、サブバッテリ6には、ポンプ7の他にも、オーディオ、エアコン、後述するコントローラ12等が接続されている。サブバッテリ6はそれら機器に電力を供給する。サブバッテリ6により電力が供給される機器は、まとめて補機と呼ばれ、サブバッテリ6は補機バッテリと呼ばれることもある。
The pump 7 is driven by electric power from the sub battery 6. The sub battery 6 is connected to the main battery 3 through the step-down
また、上記の冷媒供給管9aには、電力変換装置2の冷却器21へ供給される冷媒の温度を計測する第1水温センサ13が備えられている。一方、上記の冷媒排出管9bにも、電力変換装置2の冷却器21を通過した後の冷媒の温度を計測する第2水温センサ14が備えられている。第1、第2水温センサ13、14は、例えばサーミスタなどの感温素子により構成される。第1、第2水温センサ13、14により測定された測定値は、後述するコントローラ12に送信される。
The
電動車両200には、第1、第2水温センサ13、14の異常を検知するコントローラ12が備えられている。コントローラ12は、第1、第2水温センサ13、14により計測された温度をモニタする。また、電力変換装置2にはモータ5へ流れる電流を計測する電流センサ(不図示)が備えられている。コントローラ12は、この電流センサにより計測された電流値もモニタする。さらにまた、コントローラ12は、サブバッテリ8の出力電圧もモニタしている。なお、電動車両200は、電力変換装置2、降圧コンバータ8、ポンプ7等の機器を総合的に制御するパワーコントローラ18を別途備えている。車両の走行状況やアクセル開度等に応じて、このパワーコントローラ18により電動車両200の走行が制御される。
The
また、コントローラ12は、第1、第2水温センサ13、14の異常を検知すると異常通知信号を出力する(詳細は後述)。出力された異常通知信号は、電動車両200に備えられているインストルメントパネル16やダイアグ用メモリ17に送信される。インストルメントパネル16では、出力された異常通知信号に応じて警告灯が点灯する。この警告灯により、ドライバが水温センサの異常を知ることができる。また、ダイアグ用メモリ17では、出力された異常通知信号が記憶される。電動車両200の点検時にダイアグ用メモリ17の記憶情報を読み出すことで、点検作業者が水温センサの異常を診断することができる。
Moreover, if the
図2のフローチャートを参照して、コントローラ12が水温センサの異常を検知する処理について説明する。図2に示す一連の処理は、電動車両200の走行開始と共に一定の間隔で繰り返し実行される。先ず、コントローラ12は、第2水温センサ14の測定値と第1水温センサ13の測定値との差である温度差dTを計算する(S1)。第1水温センサ13の測定値は、電力変換装置2の冷却器21を通過する前の冷媒の温度であり、第2水温センサ14の測定値は、電力変換装置2の冷却器21を通過した後の冷媒の温度である。したがって、温度差dTは、電力変換装置2からの熱を吸収して上昇した冷媒の温度となる。
With reference to the flowchart of FIG. 2, the process in which the
次に、コントローラ12は、冷媒供給管9a及び冷媒排出管9bを流れる冷媒の流量を算出する(S2)。冷媒流量は上記のパワーコントローラ18の指令により駆動するポンプ7の出力に応じて決まる。パワーコントローラ18がポンプ7の出力を上げる指令を出すと冷媒流量も増える。一方、パワーコントローラ18は、第2水温センサ14(冷却器21通過後の温度を計測する水温センサ)をモニタしている。パワーコントローラ18は、第2水温センサ14の測定温度が上昇すると、冷却器21の冷却効率を高めるためにポンプ7の出力を上げる。つまり、図3に示すように冷媒流量と冷媒温度(冷却器21通過後の冷媒温度)は、冷媒温度が上がると冷媒流量が増えるように一定の対応関係を持ってパワーコントローラ18により制御されている。ここで、ポンプ7はサブバッテリ6からの電力により駆動される。一般に、電動車両のバッテリの出力電圧は常に変化する。サブバッテリ6の出力電圧が変化すると、ポンプ7の出力も変化することになる。つまり、パワーコントローラ18からポンプ7への出力指令値が同じ場合でも、サブバッテリ6の出力電圧が下がれば、実際のポンプ7の出力も下がることになる。よって、例えば、図3のグラフに示すように、同じ冷媒温度でも、サブバッテリ6の出力電圧が12Vの場合よりも11.5Vの場合の方が、実際の冷媒流量は下がることになる。コントローラ12には、冷媒流量と冷媒温度の対応関係に加え、サブバッテリ6の出力電圧のばらつきに応じた冷媒流量を算出するための対応関係が予め記憶されている。これにより、コントローラ12は、サブバッテリ6の出力電圧と冷媒温度(第2水温センサ14の測定温度)に基づいて、冷媒流量Fを推定することができる。なお、図3に示す冷媒流量と冷媒温度の対応関係は、模式的に直線で表現しており正確ではないことに留意されたい。
Next, the
次に、コントローラ12は、冷媒が冷却器21を通過する間に吸収した熱量(以下、受熱量Qw1)を算出する(S3)。冷媒の単位時間当たりに吸収した熱量(受熱量Qw1)はその吸収した熱量により上昇した冷媒の温度から次の式を用いて求めることができる。
(受熱量Qw1)=(冷媒流量F)×(冷媒の比熱Hc)×(冷媒の密度D)×(冷媒の上昇温度dT)
ここで、冷媒流量Fは、ステップS2で算出される。また、冷媒の上昇温度dTは、ステップS1で第1水温センサ13の測定値と第2水温センサ14の測定値の差として算出される。コントローラ12には、予め冷媒の比熱Hcと冷媒の密度Dの値が記憶されている。よって、冷媒の受熱量Qw1は、上記の式を用いて算出することができる。
Next, the
(Heat reception amount Qw1) = (refrigerant flow rate F) × (refrigerant specific heat Hc) × (refrigerant density D) × (refrigerant rising temperature dT)
Here, the refrigerant flow rate F is calculated in step S2. The refrigerant rising temperature dT is calculated as the difference between the measured value of the first
次に、コントローラ12は、電力変換装置2の発熱量Qw2を算出する(S4)。電力変換装置2は電気エネルギーの損失により発熱する。電力変換装置2のエネルギー損失は、所定時間に電力変換装置2を流れる電流及び電圧コンバータ回路2aとインバータ回路2bのキャリア周波数等により推定することができる。上記のように、電力変換装置2を流れる電流は電流センサによりコントローラ12によりモニタされている。よって、推測された電力変換装置2の損失から単位時間当たりの損失が計算され、その値に基づき電力変換装置2の発熱量Qw2が推定される。電力変換装置2の発熱量Qw2を推定するための計算式は、予めコントローラ12に記憶されている。
Next, the
次に、コントローラ12は、冷媒の受熱量Qw1と電力変換装置2の発熱量Qw2の差から第1、第2水温センサ13、14に異常が発生していないか判断する(S5)。理論的には、冷媒の受熱量Qw1と電力変換装置2の発熱量Qw2は等しくなる。ここで、冷媒の受熱量Qw1と電力変換装置2の発熱量Qw2の間に測定誤差等を考慮した値以上の差が有れば、受熱量Qw1算出の基になった第1水温センサ13、あるいは第2水温センサ14の測定値に異常があると推測することができる。具体的には、受熱量Qw1と発熱量Qw2の差が予め定められた熱量差閾値よりも大きい場合、冷媒の受熱量Qw1の算出の基となった第1水温センサ13、あるいは、第2水温センサ14に異常があると判断し、ステップS6に進む。一方、受熱量Qw1と発熱量Qw2の差が熱量差閾値以下の場合、第1、第2水温センサ13、14に異常は無いと判断し(S7)、一連の処理を終了する。なお、熱量差閾値は、電力変換装置2の仕様により決まり、コントローラ12に記憶されている。
Next, the
第1水温センサ、あるいは、第2水温センサ14に異常があると判断すると、コントローラ12は異常通知信号を出力する(S6)。異常通知信号は、図1に示すインストルメントパネル16及びダイアグ用メモリ17に送られる。異常通知信号を受信すると、インストルメントパネル16の警告灯が点灯する。また、異常通知信号はダイアグ用メモリ17に記憶される。そして、一連の処理が終了する。
If it is determined that there is an abnormality in the first water temperature sensor or the second water temperature sensor 14, the
なお、「第1水温センサ」が「第1温度センサ」の一例であり、「第2水温センサ」が「第2温度センサ」の一例である。 The “first water temperature sensor” is an example of the “first temperature sensor”, and the “second water temperature sensor” is an example of the “second temperature sensor”.
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例では、冷媒流量は冷媒温度とサブバッテリの出力電圧から推定されていたが、冷媒供給管若しくは冷媒排出管の内部に流量センサを配置して直接計測しても良い。 Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. In the embodiment, the flow rate of the refrigerant is estimated from the refrigerant temperature and the output voltage of the sub-battery, but the flow rate sensor may be arranged directly inside the refrigerant supply pipe or the refrigerant discharge pipe.
実施例の電力変換装置2は、電圧コンバータ回路2aとインバータ回路2bを備える。夫々の回路の発熱量を個別に推定し、それらを合計して電力変換装置2の発熱量Qw2を求めるようにしてもよい。複数の発熱源の発熱量を個別に推定することで、電力変換装置の発熱量をより正確に推定できるようになり、その結果、温度センサの異常検知の精度も向上する。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:電力変換装置
2a:電圧コンバータ回路
2b:インバータ回路
3:メインバッテリ
4:ラジエータ
5:モータ
6:サブバッテリ
7:ポンプ
8:降圧コンバータ
9a:冷媒供給管
9b:冷媒排出管
12:コントローラ
13:第1水温センサ
14:第2水温センサ
15:駆動輪
16:インストルメントパネル
17:ダイアグ用メモリ
21:冷却器
2:
Claims (1)
前記電力変換装置へ供給される冷媒の温度を計測する第1温度センサと、
前記電力変換装置を通過後の冷媒の温度を計測する第2温度センサと、
前記第1又は第2温度センサの異常を検知するコントローラと、
を備えており、前記コントローラは、
第1及び第2温度センサによって計測された温度の差と電力変換装置へ送られた冷媒の流量から冷媒が吸収した熱量を算出し、
電力変換装置に流れる電流から電力変換装置が発生した熱量を推定し、
算出された熱量と推定された熱量の差が予め定められた熱量差閾値を超えた場合に、第1又は第2温度センサで異常が発生していることを通知する信号を出力する、
ことを特徴とする電動車両。 A power converter that supplies power to the motor for traveling;
A first temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant supplied to the power converter;
A second temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant after passing through the power converter;
A controller for detecting an abnormality of the first or second temperature sensor;
The controller comprises:
Calculating the amount of heat absorbed by the refrigerant from the difference between the temperatures measured by the first and second temperature sensors and the flow rate of the refrigerant sent to the power converter,
Estimate the amount of heat generated by the power converter from the current flowing through the power converter,
When a difference between the calculated heat quantity and the estimated heat quantity exceeds a predetermined heat quantity difference threshold value, a signal notifying that an abnormality has occurred in the first or second temperature sensor is output.
The electric vehicle characterized by the above-mentioned.
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