JP7014134B2

JP7014134B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7014134B2
Application number: JP2018215861A
Authority: JP
Inventors: 誠鳴瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: JP2020082814A

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、電力変換装置に設けられた電流センサの温度を推定する電力変換装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、車両に搭載されたバッテリの放電回路に設けられた電流センサの温度を、該電流センサとは異なる温度観測対象に設けられた温度センサの出力に基づいて推定する装置が提案されている（特許文献１参照）。その他、関連する先行技術文献として特許文献２が挙げられる。

特開２０１０－０２９０１２号広報特開２０１７－１０８５４６号広報

温度センサにより温度が検出される温度観測対象と、電流センサとが異なる場合、前回車両がレディオフ状態になってから今回車両がレディオン状態になるまでの期間の長さによっては、温度観測対象の温度と電流センサの温度とが比較的大きく乖離してしまう可能性がある。上述の背景技術では、この点について考慮されていないという技術的問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電力変換装置に設けられた電流センサの温度を適切に推定することができる電力変換装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、動力源としてのエンジン及びモータと、前記モータの電源としてのバッテリと、を備える車両に搭載され、前記バッテリから出力される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給可能に構成された電力変換装置であって、前記バッテリと前記モータとを電気的に接続する電力経路に設けられた電流センサと、当該電力変換装置を冷却する冷却水の温度を検出する第１温度検出手段と、前記エンジンの温度を検出する第２温度検出手段と、前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度に基づいて、前記電流センサの温度を推定する推定手段と、を備え、前記推定手段は、前記車両の前回のレディオフ直前に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第１温度よりも、前記車両の今回のレディオン直後に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第２温度が高い場合、前記前回のレディオフから前記今回のレディオンまでの期間であるレディオフ期間が、前記前回のレディオフ直前に前記第２温度検出手段により検出された前記エンジンの温度と前記第１温度との温度差に応じて決定される所定時間より短いことを条件に、前記冷却水の温度及び時間を夫々軸とする座標平面上において、前記第１温度及び前記前回のレディオフ直前を示す時間を成分とする第１座標点と、前記第２温度及び前記今回のレディオン直後を示す時間を成分とする第２座標点とを線形補間して、前記今回のレディオン直後の前記電流センサの温度を推定するというものである。

実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。冷却水の温度とエンジンの温度との時間変化の一例を示す図である。実施形態に係る電流センサの温度の推定処理を示すフローチャートである。実施形態に係る電流センサの温度推定の概要を説明するための図である。実施形態に係る電流センサの温度推定に係る効果を説明するための図である。電流センサの推定温度と実測値との一例を示す図である。

電力変換装置に係る実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。

（構成）
実施形態に係る電力変換装置の構成について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。

図１において、制御装置１００は、車両１に搭載されている。車両１は、その駆動源としてのエンジン１０及びモータ１１と、該モータ１１の電源としてのバッテリ１２とを備えている。

電力変換装置１００は、インバータ１１０、制御部１２０、電流センサ３１並びに温度センサ３２及び３３を備えて構成されている。電流センサ３１は、モータ１１とバッテリ１２との間に流れる電流を検出する。温度センサ３２は、インバータ１１０を冷却する冷却水の温度を検出する。温度センサ３３は、エンジン１０の温度（例えば、エンジン１０の油温等）を検出する。

インバータ１１０は、その一端がモータ１１に電気的に接続されるとともに、その他端がバッテリ１２に電気的に接続される。制御部１２０は、例えばＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御等によりインバータ１１０を制御する。制御部１２０は特に、電流センサ３１の温度が比較的高くなったときに、インバータ１１０に流れる電流が所定の制限値以下になるようにインバータ１１０を制御する制限制御を行う。

（電流センサの温度推定）
ところで、本実施形態では、電流センサ３１の温度を検出する専用の温度センサは設けられていない。そこで、本実施形態では、他の温度測定対象の温度等を用いて、電流センサ３１の温度が推定される。具体的には、例えば外気温等の雰囲気温度、冷却水の温度、バッテリ１２の充放電による発熱、及び、モータ１１とバッテリ１２との間を流れる電流による発熱を用いて、電流センサ３１の温度が推定される。

制御部１２０は、車両１の動作時（即ち、車両１がレディオン状態であるとき）には、所定の期間毎に、電流センサ３１の温度を推定する。このため、制御部１２０は、先ず、所定の期間における（ｉ）雰囲気温度に起因する電流センサ３１の温度上昇ΔＴ_Ａ、（ｉｉ）冷却水の温度に起因する電流センサ３１の温度上昇ΔＴ_Ｗ、（ｉｉｉ）上記充放電による発熱に起因する電流センサ３１の温度上昇ΔＴ_Ｖ、及び（ｉｖ）上記電流による発熱に起因する電流センサ３１の温度上昇ΔＴ_ｉを夫々算出する。制御部１２０は、次に、温度上昇ΔＴ_Ａ、温度上昇ΔＴ_Ｗ、温度上昇ΔＴ_Ｖ及び温度上昇ΔＴ_ｉを加算した値を、前回推定された電流センサ３１の温度に加えることによって、今回の（即ち、現在の）電流センサ３１の温度を推定する。

車両１がレディオフ状態からレディオン状態に切り替わったとき（以降、適宜“今回レディオンされたとき”と称する）の電流センサ３１の温度は、車両１がレディオフ状態であった期間（以降、適宜“レディオフ期間”と称する）、言い換えれば、車両１がレディオン状態からレディオフ状態に切り替わったとき（以降、適宜“前回レディオフされたとき”と称する）から今回レディオンされたときまでの期間、に応じて変化する。ここで、レディオフ期間は、モータ１１に電力は供給されないので、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度は、レディオフ期間における冷却水の温度に主に依存することとなる。

レディオフ期間が十分に長ければ、冷却水の温度は雰囲気温度に応じた温度まで低下する。このため、前回レディオフされたときの直前に温度センサ３２により検出された冷却水の温度を“Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}”、今回レディオンされたときの直後に温度センサ３２により検出された冷却水の温度を“Ｔ_Ｗ＿ｏｎ”とすれば、“温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}＞温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎ”となる。この場合、制御部１２０は、温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎに基づいて、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度を推定すればよい。

他方で、レディオフ期間が比較的短いと、冷却水の温度は、エンジン１０の温度の影響を受けて上昇することがある。つまり、“温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎ＞温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}”となることがある。この場合、レディオフ期間に電流センサ３１の温度が上昇していると考えられので、制御部１２０は、前回レディオフされときの直前に推定された電流センサ３１の温度と、レディオフ期間における冷却水の温度に起因する電流センサ３１の温度上昇とから、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度を推定する。

ここで、レディオフ期間における冷却水の温度の変化について図２を参照して説明する。図２は、冷却水の温度とエンジンの温度（ここでは、エンジン油温）との時間変化の一例を示す図である。図２の時刻ｔ０に、車両１がレディオン状態からレディオフ状態に切り替わったとする。図２に示すように、レディオフ状態になった直後からしばらくの間、エンジン１０の温度の影響により、冷却水の温度（図２の“ＨＶ水温”を示す実線参照）は上昇する。その後、エンジン１０の温度が低下するにつれて、冷却水の温度も下降に転じる。ここで、エンジン１０の温度に起因して、冷却水の温度が上昇する時間Ａは、時刻ｔ０における冷却水の温度とエンジン１０の温度との温度差ΔＴに応じて変化することが、本願発明者の研究により判明している。

本実施形態では、“温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎ＞温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}”である場合、（ｉ）図２の期間Ａに、車両１がレディオフ状態からレディオン状態に切り替わったか、（ｉｉ）図２の期間Ａの経過後に車両１がレディオフ状態からレディオン状態に切り替わったか、によって、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度の推定方法が異なっている。

“温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎ＞温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}”である場合の電流センサ３１の温度推定について、図３のフローチャートを参照して説明する。

図３において、制御部１２０は、レディオン直後であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の処理において、レディオン直後ではないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、図３に示す処理は終了される。

ステップＳ１０１の処理において、レディオン直後であると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御部は、今回レディオンされたときの直後に温度センサ３２により検出された冷却水の温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎが前回レディオフされたときの直前に温度センサ３２により検出された冷却水の温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}より高いか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の処理において、温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎが温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}以下であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、図３に示す処理は終了される。なぜなら、図３に示す処理の対象ではないからである。

他方、ステップＳ１０２の処理において、温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎが温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}より高いと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部１２０は、レディオフ期間が、前回レディオフされたときの直前に温度センサ３３により検出されたエンジン１０の温度Ｔ_{Ｅ＿ｏｆｆ}と、温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}との温度差（図２の“ΔＴ”に相当）に応じて決定される所定時間（図２の“Ａ”に相当）より短いか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３の処理において、レディオフ期間が所定時間より短いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、制御部１２０は、以下に説明する処理を行う（ステップＳ１０４）。図４の時刻ｔ０に温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}が温度センサ３２により検出され、時刻ｔ１に温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎが温度センサ３２により検出されたものとする。制御部１２０は、図４に示す座標平面上の点Ｐ０（ｔ０，Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}）と点Ｐ１（ｔ１，Ｔ_Ｗ＿ｏｎ）とを線形補間する（図４の破線参照）。制御部１２０は、点Ｐ０及び点Ｐ１を線形補間することにより得られた直線に沿って、冷却水の温度が変化したと仮定して、レディオフ期間における冷却水の温度に起因する電流センサ３１の温度上昇を推定する。制御部１２０は、該推定された温度上昇と、前回レディオフされときの直前に推定された電流センサ３１の温度とから、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度を推定する。

ステップＳ１０３の処理において、レディオフ期間が所定時間以上であると判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、制御部１２０は、レディオフ期間における冷却水の温度は、温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}で一定であったと仮定して、レディオフ期間における冷却水の温度に起因する電流センサ３１の温度上昇を推定する。制御部１２０は、該推定された温度上昇と、前回レディオフされときの直前に推定された電流センサ３１の温度とから、今回レディオンされたときの電流センサ３１の温度を推定する（ステップＳ１０５）。

（技術的効果）
当該電力変換装置１００では、上述したように、制御部１２０は、電流センサ３１の温度が比較的高くなったときに、インバータ１１０に流れる電流が所定の制限値以下になるようにインバータ１１０を制御する制限制御を行う。このため、制御部１２０により推定された電流センサ３１の温度が、電流センサ３１の実際の温度から乖離していると、インバータ１１０の制御が適切に行われない可能性がある。特に、推定された電流センサ３１の温度が、電流センサ３１の実際の温度より高い場合には、本来必要のない制限制御が行われる可能性がある。

当該電力変換装置１００では特に、レディオフ期間が所定時間より短い場合、上述したステップＳ１０４の処理が行われる。ここで、ステップＳ１０４の処理の技術的意義について図５及び図６を参照して説明する。図５において曲線は、冷却水の実際の温度変化を示している。図５の温度Ｔ０は、温度Ｔ_{Ｗ＿ｏｆｆ}に相当し、温度Ｔ１は、温度Ｔ_Ｗ＿ｏｎに相当する。

レディオフ期間が所定期間より短い場合に、仮にレディオフ期間の冷却水の温度が温度Ｔ１で一定であったとすると、レディオフ期間に電流センサ３１の温度上昇に寄与したと推定される熱エネルギは、実際の熱エネルギよりも、図５（ａ）の斜線部分の面積に相当する熱エネルギだけ大きくなってしまう。この結果、図６（ａ）に示すように、推定された電流センサ３１の温度は、実際の温度よりも高くなってしまう。

尚、図６のレディオフ期間の電流センサ３１の温度は、レディオフ期間中のある時点に、レディオフ状態からレディオン状態に切り替わったと仮定して推定された温度である。

他方で、本実施形態のように、図４の点Ｐ０及び点Ｐ１を線形補間することにより得られた直線に沿って、冷却水の温度が変化したと仮定して、レディオフ期間における冷却水の温度に起因する電流センサ３１の温度上昇が推定されると、レディオフ期間に電流センサ３１の温度上昇に寄与したと推定される熱エネルギは、実際の熱エネルギよりも、図５（ｂ）の網掛け部分の面積に相当する熱エネルギだけ小さくなるが、その誤差は比較的小さいと言える。この結果、図６（ｂ）に示すように、推定された電流センサ３１の温度は、実際の温度よりも小さくなる傾向がある。しかしながら、図６（ｂ）における推定温度と実測値との誤差は、図６（ａ）における推定温度と実測値との誤差の約半分になる。

尚、レディオフ期間が所定時間以上である場合に、上述したステップＳ１０５の処理において推定された電流センサ３１の温度と、実測値との誤差は許容範囲内であることが、本願発明者の研究により判明している。

このように、当該電力変換装置１００によれば、電流センサ３１の温度を適切に推定することができる。

以上に説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

発明の一態様に係る電力変換装置は、動力源としてのエンジン及びモータと、前記モータの電源としてのバッテリと、を備える車両に搭載され、前記バッテリから出力される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給可能に構成された電力変換装置であって、前記バッテリと前記モータとを電気的に接続する電力経路に設けられた電流センサと、当該電力変換装置を冷却する冷却水の温度を検出する第１温度検出手段と、前記エンジンの温度を検出する第２温度検出手段と、前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度に基づいて、前記電流センサの温度を推定する推定手段と、を備え、前記推定手段は、前記車両の前回のレディオフ直前に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第１温度よりも、前記車両の今回のレディオン直後に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第２温度が高い場合、前記前回のレディオフから前記今回のレディオンまでの期間であるレディオフ期間が、前記前回のレディオフ直前に前記第２温度検出手段により検出された前記エンジンの温度と前記第１温度との温度差に応じて決定される所定時間より短いことを条件に、前記冷却水の温度及び時間を夫々軸とする座標平面上において、前記第１温度及び前記前回のレディオフ直前を示す時間を成分とする第１座標点と、前記第２温度及び前記今回のレディオン直後を示す時間を成分とする第２座標点とを線形補間して、前記今回のレディオン直後の前記電流センサの温度を推定するというものである。

上述の実施形態においては、「制御部１２」が「推定手段」の一例に相当し、「温度センサ３２」が「第１温度検出手段」の一例に相当し、「温度センサ３３」が「第２温度検出手段」の一例に相当し、図４の「点Ｐ０」が「第１座標点」の一例に相当し、図４の「点Ｐ１」が「第２座標点」の一例に相当する。

第２温度（即ち、今回のレディオン直後に第１温度検出手段により検出された冷却水の温度）が、第１温度（即ち、前回のレディオフ直前に第１温度検出手段により検出された冷却水の温度）より高い場合、レディオフ期間（即ち、前回のレディオフから前記今回のレディオンまでの期間）に電流センサの温度が上昇していると考えられる。

ここで、本願発明者の研究によれば、次の事が判明している。即ち、前回のレディオフ直前のエンジンの温度と上記第１温度との温度差が比較的大きいと、エンジンの温度の影響を受けて冷却水の温度が、前回のレディオフ直後からしばらくの間上昇し、その後、緩やかに低下する。冷却水の温度が緩やかに低下しているときに、車両がレディオンされた場合は、レディオフ期間中の冷却水の温度は上記第２温度であったと仮定することによって、電流センサの温度を比較的精度よく推定することができる。しかしながら、冷却水の温度が上昇しているときに、車両がレディオンされた場合に、レディオフ期間中の冷却水の温度は上記第２温度であったと仮定して、電流センサの温度が推定されると、電流センサの実際の温度から、推定された温度が比較的大きく乖離する可能性がある（理由については、上述した図５（ａ）の説明を参照）。

レディオフ期間において冷却水の温度が上昇する期間は、前回のレディオフ直前に検出されたエンジンの温度と上記第１温度との温度差に応じて変化する。このため、レディオフ期間が、該温度差に応じて決定される所定時間より短い場合は、エンジンの温度の影響を受けて冷却水の温度が上昇しているとみなすことができる。

当該電力変換装置では、第２温度が第１温度より高く、且つ、レディオフ期間が上記所定時間より短い場合、冷却水の温度及び時間を夫々軸とする座標平面上の第１座標点と第２座標点とが線形補間され、今回のレディオン直後の電流センサの温度が推定される。このように構成すれば、電流センサの温度を比較的精度よく推定することができる（理由については、図５（ｂ）の説明を参照）。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電力変換装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１０…エンジン、１１…モータ、１２…バッテリ、３１…電流センサ、３２、３３…温度センサ、１００…電力変換装置、１１０…インバータ、１２０…制御部

Claims

動力源としてのエンジン及びモータと、前記モータの電源としてのバッテリと、を備える車両に搭載され、前記バッテリから出力される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給可能に構成された電力変換装置であって、
前記バッテリと前記モータとを電気的に接続する電力経路に設けられた電流センサと、
当該電力変換装置を冷却する冷却水の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記エンジンの温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度に基づいて、前記電流センサの温度を推定する推定手段と、
を備え、
前記推定手段は、前記車両の前回のレディオフ直前に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第１温度よりも、前記車両の今回のレディオン直後に前記第１温度検出手段により検出された前記冷却水の温度である第２温度が高い場合、前記前回のレディオフから前記今回のレディオンまでの期間であるレディオフ期間が、前記前回のレディオフ直前に前記第２温度検出手段により検出された前記エンジンの温度と前記第１温度との温度差に応じて決定される所定時間より短いことを条件に、前記冷却水の温度及び時間を夫々軸とする座標平面上において、前記第１温度及び前記前回のレディオフ直前を示す時間を成分とする第１座標点と、前記第２温度及び前記今回のレディオン直後を示す時間を成分とする第２座標点とを線形補間して、前記今回のレディオン直後の前記電流センサの温度を推定する
ことを特徴とする電力変換装置。