JP7151402B2 - 自動車用のセンサシステム - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、自動車に搭載されるセンサシステムに関する。特に、センサ素子の温度を推定するセンサシステムに関する。

センサ素子は、温度の影響を受けることが多い。特許文献１に、センサ素子の温度の影響を低減する技術の一例が開示されている。特許文献１には、電流を計測するセンサユニットが開示されている。そのセンサユニットは、流れる電流に起因して導体の周囲に生じる磁束を計測するセンサ素子と、センサ素子が収容されるパッケージ内の温度を計測する温度センサと、計測された温度に基づいてセンサ素子の出力を補正する補正部を備えている。センサ素子はホール素子あるいは磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）であり、センサユニットは、センサ素子の計測値に基づいて導体を流れる電流を出力する。

特開２０１７－１０８６１１号公報

ハートウエアの制約、あるいは、コスト上の制約から、センサ素子の近傍に温度センサを設けることができない場合がある。そのような場合は、代替手段を使ってセンサ素子の温度を推定することが行われる。センサ素子が自動車に搭載される場合、センサ素子の温度は、車両のメインスイッチが前回にオンからオフに切り替えられたときからの経過時間に依存する。本明細書は、車両のメインスイッチがオンからオフに切り替えられてから再びオンに切り替えられたときのセンサ素子の温度を推定する技術を提供する。

本明細書が開示する自動車用のセンサシステムは、センサ素子、第１、第２記憶手段、タイマ、センサコントローラを備えている。第１記憶手段は、車両のメインスイッチがオンからオフに切り替えられたときのセンサ素子の推定温度である前回推定温度を記憶する。タイマは、メインスイッチがオンからオフに切り替えられてから再びオンに切り替えられるまでの経過時間を計測する。第２記憶手段は、様々な経過時間に対応したセンサ素子の温度減衰率を記憶している。センサコントローラは、メインスイッチが再びオンに切り替えられたとき、センサ素子の周囲温度と前回推定温度の差に経過時間に対応した温度減衰率を乗じた値を前回推定温度から減じた値をメインスイッチが再びオンに切り替えられたときのセンサ素子の初期推定温度とする。

上記のハードウエアとアルゴリズムにより、メインスイッチがオンされたときのセンサ素子の温度を的確に推定することができる。なお、第１記憶手段、第２記憶手段は、便宜上の分けているだけであり、同一の記憶手段が第１記憶手段と第２記憶手段を兼ねてもよい。

センサ素子の一例は、半導体モジュールのパワー端子に接続されているバスバに隣接配置されているホール素子である。ホール素子は、バスバを流れる電流に起因して生じる磁束を計測する。そのような場合、センサコントローラは、初期推定温度に、半導体モジュールを冷却する冷媒の温度と半導体モジュールを流れる電力に基づいて特定されるセンサ素子の温度上昇分を加算して推定温度を得る。

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。

実施例のセンサシステムを含む電気自動車の電力系のブロック図である。 電圧コンバータとインバータの回路図である。 電力変換器の底面図である。 電力変換器の正面図である。 端子台の内部構造を示した図である。 メインスイッチオフ後のホール素子の温度変化の一例を示すグラフである。 経過時間と温度減衰率の関係を示すマップの一例である。

図面を参照して実施例のセンサシステム１０を説明する。センサシステム１０は、電気自動車１００に搭載されている。より詳しくは、センサシステム１０は、直流電源の出力電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器２に備えられている。センサシステム１０は、電力変換器２を流れる電流を計測する電流センサである。図１に、センサシステム１０を備えた電力変換器２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、車輪を駆動するための２個のモータ９１ａ、９１ｂを有している。

電気自動車１００は、２個のモータ９１ａ、９１ｂのほか、直流電源１３と、電力変換器２と、上位コントローラ２６を備えている。直流電源１３は、バッテリである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電力を、モータ９１ａ、９１ｂの駆動電力に変換する。モータ９１ａ、９１ｂは三相交流モータである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電圧を昇圧し、昇圧された電力を三相交流に変換する。センサシステム１０は、電力変換器２が出力する三相交流電流を計測する。

電力変換器２は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、冷却器２０、モータコントローラ６、センサシステム１０を備えている。電圧コンバータ１１は、チョッパ型の双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであり、直流電源１３の電圧を昇圧してインバータ１２へ供給することができる。電圧コンバータ１１は、モータ９１ａ、９１ｂが発電した回生電力を、（インバータ１２で直流電力に変換した後に）、直流電源１３の電圧まで降圧することもできる。

チョッパ型の電圧コンバータ１１は、複数のスイッチング素子９ａ、９ｂのほか、リアクトルとコンデンサを備えている。電圧コンバータ１１の回路構成は後に図２を参照して説明する。図１では、電圧コンバータ１１がスイッチング素子９ａ、９ｂとホール素子５ｇを備えることを模式的に示してある。ホール素子５ｇは、センサコントローラ１９、メモリ１８とともにセンサシステム１０を構成する。ホール素子５ｇがセンサ素子に相当する。センサシステム１０は、リアクトル（後述）を流れる電流を計測する。また、先に述べたように、センサシステム１０は、電力変換器２が出力する三相交流電流も計測する。

図中の矢印破線は信号の流れを示している。ホール素子５ｇの出力はモータコントローラ６の中のセンサコントローラ１９に送られる。モータコントローラ６は、センサシステム１０（電流センサ）の計測データに基づいてスイッチング素子９ａ、９ｂを制御する。スイッチング素子９ａ、９ｂは、モータコントローラ６からの指令により動作する。電圧コンバータ１１の出力側には平滑コンデンサ１６と電圧センサ８が備えられている。電圧センサ８は、電圧コンバータ１１の出力電圧（インバータ１２への入力電圧）を計測する。電圧センサ８の計測値は、モータコントローラ６に送られる。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路を含んでいる。それぞれのインバータ回路は、電圧コンバータ１１によって昇圧された直流電力を、モータ９１ａ、９１ｂを駆動する交流電力に変換する。インバータ回路の構成は後に図２を参照して説明する。図１では、インバータ１２がスイッチング素子９ｃ、９ｄを備えることを模式的に示してある。インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄも、モータコントローラ６からの指令により動作する。

インバータ１２がモータ９１ａ（９１ｂ）に供給する交流は、ホール素子５ａ－５ｃ（５ｄ－５ｆ）とセンサコントローラ１９によって計測される。ホール素子５ａ－５ｆの出力もモータコントローラ６のセンサコントローラ１９へ送られる。ホール素子５ａ－５ｇとセンサコントローラ１９と後述するメモリ１８がセンサシステム１０を構成する。なお、センサコントローラ１９には、タイマ１７が含まれる。タイマ１７も、センサシステム１０の構成要素である。センサシステム１０については後に詳しく説明する。

モータコントローラ６は、上位コントローラ２６から、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力指令を受信する。モータコントローラ６は、受信した目標出力指令が実現されるように、各種センサの計測値に基づいて、電圧コンバータ１１とインバータ１２のスイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄをフィードバック制御する。上位コントローラ２６は、アクセル開度、車速、直流電源１３の残量などから、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力を決定し、その指令（目標出力指令）をモータコントローラ６へ送信する。

上位コントローラ２６には、車両のメインスイッチ２７が接続されている。上位コントローラ２６は、車両のメインスイッチ２７がオフからオンに切り替えられると、様々なデバイスを初期化する。上位コントローラ２６は、センサシステム１０のセンサコントローラ１９にも初期化指令を送る。センサシステム１０の初期化については後述する。

電力変換器２は、冷却器２０も備えている、冷却器２０は、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂと、インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄ、電圧コンバータ１１のリアクトル、その他のデバイスを冷却する。冷却器２０は、冷媒が流れる循環路２１と、ラジエータ２３と、ポンプ２２と、温度センサ２４を備えている。循環路２１は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、ラジエータ２３を通っている。後述するが、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂとインバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄは、ひとつのユニットにまとめられており、そのユニットに冷媒が送られる。ユニットには複数の冷却チューブ（後述）が含まれており、それら冷却チューブが循環路２１の一部に相当する。ポンプ２２が、ラジエータ２３を通過した冷媒を上記した冷却チューブへ送り込む。温度センサ２４は、冷却チューブへ送り込まれる前の冷媒の温度を計測する。冷媒は水あるいは不凍液である。ポンプ２２は、モータコントローラ６によって制御される。モータコントローラ６は、ポンプ２２を適切に制御し（即ち、冷媒の流量を制御し）、スイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの過熱を防止する。電力変換器２は、外気温度を計測する温度センサ２５も備えている。温度センサ２５の計測データ（外気温度）もモータコントローラ６へ送られる。

図２に、電圧コンバータ１１とインバータ１２の回路図を示す。電圧コンバータ１１は、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂと、２個のダイオードと、リアクトル１５と、フィルタコンデンサ１４を備えている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂは、電圧コンバータ１１の高電圧端正極１１ｃと高電圧端負極１１ｄの間に直列に接続されている。それぞれのスイッチング素子に対してダイオードが逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点と低電圧端正極１１ａの間にリアクトル１５が接続されている。直列接続の中点とリアクトル１５の間に、センサシステム１０のホール素子５ｇが備えられている。ホール素子５ｇは、リアクトル１５に流れる電流に起因して発生する磁束を計測する。ホール素子５ｇの出力はセンサコントローラ１９に送られる（図１参照）。センサコントローラ１９が、ホール素子５ｇの出力に基づいてリアクトル１５を流れる電流を算出し、モータコントローラ６へ送る。すなわち、センサシステム１０は、リアクトル１５を流れる電流（電圧コンバータ１１に流れる電流）を計測する。低電圧端正極１１ａと低電圧端負極１１ｂの間にフィルタコンデンサ１４が接続されている。低電圧端負極１１ｂと高電圧端負極１１ｄは直接に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂとダイオードを囲っている破線は、半導体モジュール３ｇを表している。半導体モジュール３ｇについては後述する。

先に述べたように、図２の電圧コンバータ１１は双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。図２の電圧コンバータ１１は良く知られているので動作については説明を省略する。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路１２ａ、１２ｂを備えている。インバータ回路１２ａについて説明する。インバータ回路１２ａは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が３セット並列に接続された回路構造を有している。各スイッチング素子９ｃ、９ｄにダイオードが逆並列に接続されている。破線３ａ－３ｃは、それぞれ半導体モジュールを表している。半導体モジュール３ａ－３ｃのそれぞれは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続と、各スイッチング素子９ｃ、９ｄに逆並列に接続されたダイオードを収容している。

３個の半導体モジュール３ａ－３ｃ、すなわち、スイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続の３セットは、正極線（正極バスバ３５）と負極線（負極バスバ３６）の間で並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点から交流が出力される。３セットの直列接続の出力、すなわち、インバータ回路１２ａの出力電流は、出力バスバ４ａ－４ｃとパワーケーブル（不図示）を介してモータ９１ａに送られる。バスバとは、大電流を伝送するのに好適な導体である。バスバは、例えば銅板で作られる。

インバータ回路１２ｂは、インバータ回路１２ａと同じ構造を有している。図示は省略しているが、３個の半導体モジュール３ｄ－３ｆのそれぞれに、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が収容されている。それぞれのスイッチング素子９ｃ、９ｄにはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点からモータ９１ｂを駆動するための交流が出力される。３セットの直列接続のそれぞれの出力電流は、出力バスバ４ｄ－４ｆと不図示のパワーケーブルを介してモータ９１ｂへ送られる。

出力バスバ４ａに隣接してホール素子５ａが配置されている。同様に、出力バスバ４ｂ（４ｃ）に隣接するようにホール素子５ｂ（５ｃ）が配置されている。ホール素子５ａ（５ｂ、５ｃ）は、出力バスバ４ａ（４ｂ、４ｃ）を流れる電流に起因して生じる磁束を計測する。より具体的には、ホール素子５ａは、通過した磁束に応じた電圧を出力する。ホール素子５ａの出力（電圧）は、モータコントローラ６の中のセンサコントローラ１９に送られる（図１参照）。センサコントローラ１９が、ホール素子５ａ－５ｃのそれぞれの出力値に基づいて、出力バスバ４ａ－４ｃを流れる電流（すなわち三相交流）を算出する。同様に、出力バスバ４ｄ－４ｆに隣接してホール素子５ｄ－５ｆが配置されている。ホール素子５ｄ－５ｆは、出力バスバ４ｄ－４ｆを流れる電流に起因して生じる磁束に応じた電圧を出力する。ホール素子５ｄ－５ｆの出力値に基づいて、センサコントローラ１９が、出力バスバ４ｄ－４ｆを流れる電流（三相交流）を算出する。すなわち、センサシステム１０は、スイッチング素子９ｃ、９ｄの出力電流を計測する。

スイッチング素子９ａ－９ｄは、電力変換用のトランジスタ（パワートランジスタ）である。スイッチング素子９ａ－９ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。

図２の３ａ－３ｇは、半導体モジュールを表している。以下では、半導体モジュール３ａ－３ｇのいずれかひとつを区別なく表すときには、半導体モジュール３と表記する。ひとつの半導体モジュール３には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）と、それぞれのスイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードが収容されている。半導体モジュール３の本体は樹脂パッケージであり、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）は、樹脂パッケージの内部で直列に接続されている。

次に、図３、図４を参照して電力変換器２のハードウエア構成を説明する。図３は、電力変換器２の底面図であり、図４は電力変換器２の正面図である。図３ではケース３０の底を省略しており、図４では、ケース３０の前板を省略している。図３、図４では、ケース３０の一部を省略することで、ケース内部のデバイスレイアウトが見えるようにしてある。

スイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を収容した複数の半導体モジュール３ａ－３ｇは、複数の冷却チューブ２８とともに、積層ユニット２９を構成している。図３では、積層ユニット２９の両端の冷却チューブに符号２８を付し、残りの冷却チューブには符号を省略した。冷却チューブ２８が、先に説明した冷却器２０の循環路２１に相当する。半導体モジュール３ａ－３ｇと冷却チューブ２８は、１個ずつ交互に積層されており、半導体モジュール３ａ－３ｇのそれぞれの両側に冷却チューブ２８が接している。冷却チューブ２８の内部に冷媒が流れ、接している半導体モジュール３を冷却する。

それぞれの半導体モジュール３の本体から、正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３、および制御端子３０４が延びている。先に述べたように、半導体モジュール３の本体内部には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続が収容されている。正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３は、それぞれ、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続の正極、負極、中点と接続されている。図３では、右端の半導体モジュール３ｇの端子にのみ、符号３０１、３０２、３０３を付してある。他の半導体モジュール３ａ－３ｆに対しては、端子を示す符号を省略した。

制御端子３０４は、半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）のゲートや、センスエミッタなどに接続されている。制御端子３０４の先端は、回路基板４４に接続されている。回路基板４４には、図１で示したモータコントローラ６が実装されている。モータコントローラ６は、制御端子３０４を介して半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を制御する。

図中の＋Ｙ方向で、平滑コンデンサ１６が積層ユニット２９に隣接している。図中の＋Ｘ方向でリアクトル１５が積層ユニット２９に隣接している。

半導体モジュール３ａ－３ｇの正極端子３０１は正極バスバ３５で平滑コンデンサ１６の一方の電極に接続されており、負極端子３０２は負極バスバ３６で平滑コンデンサ１６の他方の電極に接続されている。リアクトル１５の一端１５ａが、中継バスバ３７で半導体モジュール３ｇの出力端子３０３に接続されている。半導体モジュール３ｇの出力端子３０３は、電圧コンバータ１１において２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点に相当する（図２参照）。

図中の座標系の－Ｙ方向で端子台４０が積層ユニット２９に隣接している。半導体モジュール３ａ－３ｆの出力端子３０３のそれぞれには出力バスバ４ａ－４ｆのそれぞれが接続されている。端子台４０の本体４２は樹脂で作られている。本体４２を、出力バスバ４ａ－４ｆが通過している。出力バスバ４ａ－４ｃ（４ｄ－４ｆ）の先端は、端子台４０の本体４２の側面にて、パワー端子４０１ａ（４０１ｂ）となっている。半導体モジュール３ａ－３ｃはインバータ回路１２ａを構成し、半導体モジュール３ａ－３ｃの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ａ－４ｃの先端に相当するパワー端子４０１ａが、不図示のパワーケーブルに接続される。そのパワーケーブルがモータ９１ａに接続される。半導体モジュール３ｄ－３ｆはインバータ回路１２ｂを構成し、半導体モジュール３ｄ－３ｆの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ｄ－４ｆの先端に相当するパワー端子４０１ｂが、不図示の別のパワーケーブルに接続される。別のパワーケーブルがモータ９１ｂに接続される。

端子台４０の本体４２の内部には、先に述べたホール素子５ａ－５ｇが埋設されている。図５に、端子台４０の内部構造を示す。図５は、端子台４０の本体４２を仮想線で描き、本体４２の内部の部品を実線で描いてある。

センサシステム１０について説明する。先に述べたように、センサシステム１０は、ホール素子５ａ－５ｇと、センサコントローラ１９で構成される。

端子台４０の本体を出力バスバ４ａ－４ｆと、中継バスバ３７が通っている。図５に示すように、端子台４０の本体４２には、ホール素子５ａ―５ｇと、リングコア７ａ－７ｇが埋設されている。ホール素子５ａ－５ｆのそれぞれは、出力バスバ４ａ－４ｆのそれぞれに隣接するように配置されている。ホール素子５ｇは、中継バスバ３７に隣接するように配置されている。リングコア７ａは出力バスバ４ａを囲んでいる。リングコア７ａには切欠が設けられており、その切欠にホール素子５ａが配置されている。リングコア７ａは磁性体で作られている。リングコア７ａは、出力バスバ４ａを流れる電流が発生する磁束を集める。リングコア７ａが集めた磁束がホール素子５ａを貫く。ホール素子５ａは、磁束の強さに応じた電圧を出力する。ホール素子５ａはセンサ基板４１に接続されている。センサ基板４１には、ホール素子５ａが出力する電圧を、出力バスバ４ａを流れる電流の大きさに変換する回路（センサコントローラ１９）が実装されている。センサ基板４１は、メモリ１８（図１参照）も実装されている。また、先に述べたように、センサコントローラ１９にはタイマ１７が内蔵されている。従ってタイマ１７も、センサ基板４１に実装されていることになる。センサ基板４１とホール素子５ａ－５ｇが、センサシステム１０を構成する。

ホール素子５ｂ－５ｆ、リングコア７ｂ－７ｆ、出力バスバ４ｂ－４ｆについても同様である。要約すると、ホール素子５ａ－５ｆのそれぞれは、出力バスバ４ａ－４ｆのそれぞれに流れる電流に応じた電圧を出力する。同様に、ホール素子５ｇは、中継バスバ３７を流れる電流に応じた電圧を出力する。センサコントローラ１９が、ホール素子５ａ－５ｇの出力値に基づいて、出力バスバ４ａ－４ｆ、中継バスバ３７のそれぞれに流れる電流を算出し、モータコントローラ６へ出力する。

以下、説明の便宜上、出力バスバ４ａ－４ｆのいずれか１個を示すときには出力バスバ４と表記する。出力バスバ４に対応するホール素子をホール素子５と表記する。出力バスバ４が接続されている半導体モジュールを半導体モジュール３と表記し、半導体モジュール３に収容されているスイッチング素子をスイッチング素子９と表記する。中継バスバ３７とホール素子５ｇについての説明は省略する。また、以下では、出力バスバ４に接続されているモータ（モータ９１ａまたはモータ９１ｂ）をモータ９１と表記する。

ホール素子５の出力は温度に依存する。従って、ホール素子５の出力は、ホール素子５の温度で補正されることが望ましい。ホール素子５の温度は、ホール素子５に温度センサを設けて計測してもよい。しかし、実施例のセンサシステム１０では、モータ９１に流れる電流と、半導体モジュール３（スイッチング素子９）を冷却する冷却器２０の冷媒の温度を計測する温度センサ２４の計測値と、電力変換器２の内部の電圧を計測する電圧センサ８の計測値から、ホール素子５の温度を推定する。モータ９１に流れる電流と電圧センサ８の計測値からスイッチング素子９に加わる電力が求まる。スイッチング素子９に加わる電力の一部は熱となり、スイッチング素子９の温度を上げる。一方、冷却器２０の冷媒の温度は、スイッチング素子９の温度を下げる。スイッチング素子９の熱が出力バスバ４を伝わり、ホール素子５の温度を上げる。結局、冷却器２０の冷媒の温度、モータ９１に流れる電流、電圧センサ８の計測値から、ホール素子５に加えられる熱量が求まり、その熱量から、ホール素子５の温度上昇分が推定される。冷却器２０の冷媒の温度、モータ９１に流れる電流、電圧センサ８の計測値と、ホール素子５の温度上昇分は、実験やシミュレーションなどにより予め定められており、センサコントローラ１９に接続されているメモリ１８に格納されている。

上記したように、冷却器２０の冷媒の温度、モータ９１に流れる電流、電圧センサ８の計測値から、ホール素子５の温度上昇分が得られる。ホール素子５の温度を推定するには、ホール素子５の推定温度の初期値が必要となる。ホール素子５の温度が十分に冷えると、ホール素子５の温度は周囲の温度と同じになる。周囲の温度は電力変換器２が有する温度センサ２５で計測できる。従って、ホール素子５の温度が周囲の温度に同化している場合は、温度センサ２５で計測した温度をホール素子５の初期推定温度として利用することができる。以下では、説明の便宜上、ホール素子５の周囲の温度を素子周囲温度と称する。素子周囲温度は、温度センサ２５で計測することができる。

一方、ホール素子５は端子台４０の樹脂製の本体４２に埋設されており、その熱容量の時定数は短くない。従って、車両の機能が停止した後（すなわち、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替わった後）、ホール素子５の温度はゆっくり下がる。車両のメインスイッチ２７がオンからオフに切り替わった後、あまり時間が経過せずに再びメインスイッチ２７がオンに切り替えられたとき、ホール素子５の温度は素子周囲温度よりも高い場合がある。そのような場合、温度センサ２５が計測する素子周囲温度は、ホール素子５の初期推定温度としては正確ではない。

そこで、センサシステム１０では、車両のメインスイッチ２７がオンからオフに切り替わった後、再びオンに切り替えられたときのホール素子５の初期温度を推定するメカニズムを備えている。

図６に、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられた後のホール素子５の温度変化のグラフの一例を示す。横軸は時刻ｔを示しており、縦軸はホール素子５の温度（素子温度Ｔ）を示している。時刻ｔ１までは車両が走行しており、電力変換器２の負荷に応じて素子温度Ｔも変化する。時刻ｔ１にメインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられる。時刻ｔ１の直前まで素子温度Ｔが上昇傾向であるので、時刻ｔ１以後、少しの間は素子温度Ｔも上昇する。その後、素子温度Ｔは緩やかなカーブを描きつつ低下し、やがて素子周囲温度Ｔａに収束していく。

素子周囲温度Ｔａに収束する前、時刻ｔ２に再びメインスイッチ２７がオンに切り替えられたと仮定する。時刻ｔ２における素子温度Ｔ２が、時刻ｔ２以降のホール素子５の推定温度の初期値（初期推定温度Ｔ２）に対応する。

センサシステム１０のメモリ１８には、図７に示すマップが記憶されている。図７のマップは、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられてからの経過時間と、素子温度の減衰率の関係を表している。図７のマップには、様々な経過時間に対応する温度減衰率が記されている。例えば、経過時間が時間ｔ２１ａの場合、素子温度Ｔは、オフに切り替えられたときの温度Ｔ１と素子周囲温度Ｔａの差のα１（％）だけ下がることを意味する。経過時間と温度減衰率の関係は、実験やシミュレーションによって予め求められており、メモリ１８に格納されている。

図７のマップを使った初期推定温度の特定方法について述べる。センサコントローラは、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられたとき（図６の時刻ｔ１）のホール素子５の推定温度Ｔ１をメモリ１８に記憶する。説明の便宜上、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられたときの推定温度Ｔ１を前回推定温度Ｔ１と称する。先に述べたように、センサコントローラ１９にはタイマ１７が内蔵されている。タイマ１７は、メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられてからの経過時間ｔ２１を計測する。

メインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられた後、再びオンに切り替えられたとき（図６の時刻ｔ２）、センサコントローラ１９は、それまでの経過時間ｔ２１に対応する温度減衰率αをメモリ１８に記憶されているマップ（図７のマップ）から抽出する。センサコントローラ１９は、温度センサ２５（図１参照）から素子周囲温度Ｔａを取得する。センサコントローラ１９は、素子周囲温度Ｔａと前回推定温度Ｔ１の差（｜Ｔａ－Ｔ１｜）に、経過時間ｔ２１に対応した温度減衰率α（ｔ２１）を乗じる。センサコントローラ１９は、温度減衰率α（ｔ２１）を乗じた値を前回推定温度Ｔ１から減じる。センサコントローラ１９は、それらの演算の結果をホール素子５の初期推定温度Ｔ２とする。

上記のアルゴリズムを数式にすると以下の通りである。
Ｔ２＝Ｔ１－｜Ｔａ－Ｔ１｜×α（ｔ２１） ・・・（数式１）

時刻ｔ２にメインスイッチ２７がオンに切り替えられたときの初期推定温度Ｔ２が得られた後、センサコントローラ１９は、前述したアルゴリズムによりホール素子５の推定温度を算出する。すなわち、センサコントローラ１９は、周期的に、冷却器２０の冷媒の温度、モータ９１に流れる電流、電圧センサ８の計測値から、ホール素子５の温度上昇分を算出する。算出された温度上昇分を、前回の推定温度に加算し、ホール素子５の最新の推定温度とする。周期的に繰り返されるこの演算の最初の「前回の推定温度」が初期推定温度Ｔ２である。

以上説明したように、センサシステム１０は、車両のメインスイッチ２７がオンからオフに切り替えられた後に再びオンに切り替えられたときのホール素子５（センサ素子）の初期推定温度を的確に特定することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のセンサシステム１０では、温度センサ２５（図１参照）が計測する外気温度をホール素子５の周囲温度として利用した。ホール素子の近くに冷却器が配置されており、その冷却器の冷媒温度を計測する温度センサを備える場合、その温度センサによって計測される冷媒温度をホール素子５の周囲温度として利用してもよい。

メモリ１８には、図７のようなマップに代えて、経過時間と温度減衰率の関係を規定した数式が記憶されていてもよい。また、初期推定温度を算出する演算時間を短縮するため、経過時間と温度減衰率の関係を規定した数式から予めマップが生成され、そのマップがメモリ１８に記憶されていてもよい。なお、温度減衰率は、経過時間が増えるとともに単調増加する。経過時間が所定の閾値以上では、温度減衰率は１００％である。すなわち、経過時間が所定の閾値以上の場合、初期推定温度Ｔ２は素子周囲温度Ｔａに等しくなる。

メモリ１８が第１記憶手段と第２記憶手段を兼ねている。第１記憶手段と第２記憶手段は別々に備えられていてもよい。ホール素子５がセンサ素子の一例である。本明細書が開示する技術は、ホール素子以外のセンサ素子を有するセンサシステムに適用することも好適である。また、本明細書が開示する技術は、電気自動車のほか、ハイブリッド車、燃料電池車に適用することもできる。

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。

２：電力変換器
３、３ａ－３ｇ：半導体モジュール
４、４ａ－４ｆ：出力バスバ
５、５ａ－５ｇ：ホール素子
６：モータコントローラ
７ａ－７ｇ：リングコア
８：電圧センサ
９、９ａ－９ｄ：スイッチング素子
１０：センサシステム
１１：電圧コンバータ
１２：インバータ
１３：直流電源
１４：フィルタコンデンサ
１５：リアクトル
１６：平滑コンデンサ
１７：タイマ
１８：メモリ
１９：センサコントローラ
２０：冷却器
２４、２５：温度センサ
２６：上位コントローラ
２７：メインスイッチ
２８：冷却チューブ
４０：端子台
４１：センサ基板
４２：本体
１００：電気自動車

Claims (2)

1. 車両に搭載されたセンサ素子の推定温度を得るセンサシステムであって、
   前記車両のメインスイッチがオンからオフに切り替えられたときの前記センサ素子の推定温度である前回推定温度（Ｔ１）を記憶する第１記憶手段と、
   前記メインスイッチがオンからオフに切り替えられてから再びオンに切り替えられるまでの経過時間（ｔ２１）を計測するタイマと、
   前記経過時間（ｔ２１）に対応した前記センサ素子の温度減衰率（α（ｔ２１））を記憶している第２記憶手段と、
   前記メインスイッチが再びオンに切り替えられたときの前記センサ素子の初期推定温度（Ｔ２）に基づいて前記推定温度を得るセンサコントローラと、
   を備えており、
   前記センサコントローラは、
   Ｔ２＝Ｔ１－｜Ｔａ－Ｔ１｜×α（ｔ２１）
   （ただし、Ｔａは前記メインスイッチが再びオンに切り替えられたときの前記センサ素子の周囲温度）
   の式によって前記初期推定温度（Ｔ２）を算出する、
   自動車用のセンサシステム。
2. 前記センサ素子は、半導体モジュールのパワー端子に接続されているバスバに隣接配置されており、前記バスバを流れる電流に起因して生じる磁束を計測する素子であり、
   前記センサコントローラは、前記初期推定温度に、前記半導体モジュールを冷却する冷媒の温度と、前記半導体モジュールに流れる電流と印加される電圧から算出される電力に基づいて特定される温度上昇分を加算して前記推定温度を算出する、請求項１に記載のセンサシステム。

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