JP7471466B2 - 回転電機の制御装置および制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機の制御装置および制御方法に関する。
回転電機を駆動源にした電動車両では、回転電機のトルクを正確に制御することが要求される。回転電機のトルクは、温度に依存する。しかし、回転電機のロータは回転体であるため、温度センサを取り付けることができず、ロータの温度を検出できない。このため、車両の起動時にロータの温度を推定する必要がある。
特許文献１には、車両の始動スイッチがオフされたシステム停止時の最終温度を不揮発性メモリに記憶し、車両の始動スイッチが再度オンされたときに、最終温度および、システム停止の経過時間に基づいて再始動時の温度を演算する技術が開示されている。
日本国特開２０１７－５７９７３号公報
特許文献１に記載の技術では、車両の停止期間中に、例えば、バッテリを充電するなどして、回転電機の冷却状態が変化した場合には、車両の起動時のロータの温度を正確に推定することができない。
本発明による車両制御装置は、ロータおよびステータを有する回転電機と、バッテリと、充電ケーブルが接続される充電コネクタと、前記充電コネクタに前記充電ケーブルが接続されたときに前記バッテリを充電するバッテリ制御装置と、前記バッテリ制御装置を冷却する冷却水を循環する冷却水制御装置と、を備えた車両の停止期間中に、前記回転電機の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する車両制御装置であって、前記車両が停止されると、前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態とし、前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置を動作させて前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態から前記第２冷却状態に切り替え、前記回転電機の冷却状態が前記第２冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタから外されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置の動作を停止させて前記回転電機の冷却状態を前記第２冷却状態から前記第１冷却状態に切り替え、前記停止期間中に前記回転電機の冷却状態の切替を少なくとも１回以上実施した後の前記車両の起動処理時に、前記停止期間中の前記第１冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記車両制御装置において予め設定された第１熱パラメータと、前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記第１熱パラメータよりも前記ロータの冷却が早くなるように前記車両制御装置において予め設定された第２熱パラメータと、前記第１冷却状態及び前記第２冷却状態の時間とに基づいて、前記第１冷却状態および前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化を演算する。
本発明による車両制御方法は、ロータおよびステータを有する回転電機と、バッテリと、充電ケーブルが接続される充電コネクタと、前記充電コネクタに前記充電ケーブルが接続されたときに前記バッテリを充電するバッテリ制御装置と、前記バッテリ制御装置を冷却する冷却水を循環する冷却水制御装置と、を備えた車両の停止期間中に、前記回転電機の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する車両制御装置の車両制御方法であって、前記車両が停止されると、前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態とし、前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置を動作させて前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態から前記第２冷却状態に切り替え、前記回転電機の冷却状態が前記第２冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタから外されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置の動作を停止させて前記回転電機の冷却状態を前記第２冷却状態から前記第１冷却状態に切り替え、前記停止期間中に前記回転電機の冷却状態の切替を少なくとも１回以上実施した後の前記車両の起動処理時に、前記停止期間中の前記第１冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記車両制御装置において予め設定された第１熱パラメータと、前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記第１熱パラメータよりも前記ロータの冷却が早くなるように前記車両制御装置において予め設定された第２熱パラメータと、前記第１冷却状態及び前記第２冷却状態の時間とに基づいて、前記第１冷却状態および前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化を演算する。
本発明によれば、車両の停止期間中に、回転電機の冷却状態が変化した場合でも、車両の起動時のロータの温度を正確に推定することができる。
電動車両の全体構成図である。 （Ａ）（Ｂ）車両制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 ロータの温度変化の一例を示すグラフである。 熱回路を示す図である。 オイルの温度変化の一例を示すグラフである。 比較例におけるロータの温度変化の一例を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
また、以下の説明では、車両制御装置１８の動作をプログラムを実行して行う処理として説明するが、プログラムは、プロセッサ（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ）によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源（例えばメモリ）および／またはインターフェースデバイス（例えば通信ポート）等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路（例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣ）を含んでいてもよい。
プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。
図１は、本実施形態にかかる電動車両１の全体構成図である。本実施形態を説明するために必要な構成のみを図示し、車輪、ハンドル、アクセル、ブレーキなどの図示は省略している。
電動車両１は、バッテリ２、インバータ３、回転電機４を備える。バッテリ２は、直流電力を蓄電する。インバータ３は、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換し、交流電流を回転電機４に印加して、回転電機４を駆動する。そして、回転電機４に連結された車軸を介して車輪を回転する。また、回生時には、回転電機４は発電機として機能し、車輪の回転力で回された回転電機４の発電による交流電力は、インバータ３で直流電力に変換され、バッテリ２を充電する。インバータ３は、内部にパワー半導体素子を備え、パワー半導体素子をスイッチング動作させることにより電力を変換しているが、パワー半導体素子のスイッチング動作により発熱する。
回転電機４は、主にロータ５と、ステータ６で構成される。ロータ５は、永久磁石と鉄心で構成される回転体である。ロータ５は、主に磁束の変化によるヒステリシス損と、渦電流損により発熱する。ステータ６は、鉄心と巻線より構成され、巻線に三相交流電流を流すことにより、回転磁界を発生させ、ロータ５を回転させる。ステータ６は、主に磁束の変化によるヒステリシス損と、渦電流損と、巻線に流れる電流と巻線の抵抗分で発生する銅損により発熱する。
冷却水７は、図示省略した冷媒流路を循環し、冷媒流路に近接して配置された回転電機４、インバータ３、後述のバッテリ制御装置１９を冷却する。冷却水７は、水や水にエチレングリコールを混入した不凍液等を用いる。オイル８は、ロータ５とステータ６との間を循環し、回転電機４を冷却する。
回転電機４のステータ６には、ステータ６の温度センサ９が設置され、ステータ６の温度センサ９で検出されたステータ６の温度は、後述の車両制御装置１８に伝達される。
冷却水７の温度センサ１０は、冷媒流路内に設置され、冷却水７の温度は冷却水制御装置１１に伝達される。冷却水制御装置１１は冷却水７の流量と温度を調整するとともに、冷却水７の温度を車両制御装置１８に伝達する。
オイル８の温度センサ１２は、回転電機４内に設置され、オイル８の温度は、オイル制御装置１３に伝達される。オイル制御装置１３は、オイル８の流量と温度を調整するとともに、オイル８の温度を、車両制御装置１８に伝達する。
電動車両１には、外気の温度を検出する外気温度センサ１４が設置され、検出された外気の温度は、外気温度制御装置１５へ伝達される。外気温度制御装置１５は、図示省略したエアコンの温度制御を行うとともに、検出された外気の温度を車両制御装置１８に伝達する。
不揮発性メモリ１６は、不揮発性メモリ１６に電源が供給されていなくても、情報を記憶し続けることが可能なメモリである。不揮発性メモリ１６は、詳細は後述するが、少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とを示す夫々の識別情報と、各状態の時間とを時系列順に記憶する。
オフタイマ１７は、時間を計測するタイマであり、後述の車両制御装置１８が起動していない場合でも時間を計測する。具体的には、電動車両１の停止期間中に、少なくとも第１冷却状態、第２冷却状態の時間を計測する。
車両制御装置１８は、ステータ６の温度センサ９、冷却水制御装置１１、オイル制御装置１３、外気温度制御装置１５、不揮発性メモリ１６、オフタイマ１７から情報を取得する。
イグニションキー２０は電動車両１を起動・停止するためのスイッチである。イグニションキー２０をオンすると、電動車両１は起動され、車両制御装置１８は起動処理を開始する。この時、車両制御装置１８は、後述する、ロータ５の温度を推定する演算を行う。電動車両１を停車した後に、イグニションキー２０をオフすると、電動車両１は停止し、車両制御装置１８は、シャットダウンする。この時、車両制御装置１８は、シャットダウン直前に、各種センサより検出した温度を、車両停止時点の温度として不揮発性メモリ１６に書き込む。
車両制御装置１８は、イグニションキー２０がオフされている電動車両１の停止期間中に、電動車両１に充電ケーブル２２が接続された場合は起動される。この場合、車両制御装置１８は、冷却状態の切り替えを制御し、少なくとも第１冷却状態、第２冷却状態の各冷却状態を示す識別情報とオフタイマ１７から取得した時間とを不揮発性メモリ１６に書き込む。
また、車両制御装置１８は、少なくとも第１冷却状態、第２冷却状態における温度に関する第１熱パラメータ及び第２熱パラメータを図示省略した車両制御装置１８内の記憶部に予め記憶している。そして、車両制御装置１８は、イグニションキー２０がオンされて電動車両１の起動処理時に、回転電機４のロータ５の温度を推定する演算を行う。この演算の詳細は後述するが、停止期間中の第１冷却状態における温度に関する第１熱パラメータ及び第２冷却状態における温度に関する第２熱パラメータに基づいて、第１冷却状態および第２冷却状態における回転電機４のロータ５の温度を時系列順に演算することで、停止期間中のロータ５の温度変化を演算する。これにより、電動車両１の起動時における回転電機４のロータ５の温度を推定する。
バッテリ制御装置１９は、バッテリ２を充電する。バッテリ制御装置１９は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータを内蔵し、ＤＣ－ＤＣコンバータは、パワー半導体素子をスイッチング動作させているが、パワー半導体素子のスイッチング動作により発熱する。この発熱は冷却水７により冷却される。
充電コネクタ２１は、電動車両１に充電ケーブル２２を接続するためのコネクタである。 充電コネクタ２１に充電ケーブル２２が接続されると、車両制御装置１８が起動され、車両制御装置１８は、バッテリ制御装置１９、冷却水制御装置１１を起動する。すなわち、バッテリ制御装置１９はバッテリ２を充電し、冷却水制御装置１１は冷却水７を循環してバッテリ制御装置１９などを冷却する。そして、車両制御装置１８は冷却状態を示す識別情報と時間とを不揮発性メモリ１６に書き込む処理を行う。
イグニションキー２０がオフされている場合は、電動車両１が完全に停止した状態であり、車両制御装置１８は、冷却水制御装置１１、オイル制御装置１３等の動作を行わない第１冷却状態に制御している。一方、充電ケーブル２２が接続されて、バッテリ２に充電が行われている場合は、冷却水制御装置１１、バッテリ制御装置１９を動作させて第２冷却状態に制御する。すなわち、車両制御装置１８は、電動車両１の停止期間中に、回転電機４の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、車両制御装置１８の処理動作を示すフローチャートである。図２（Ａ）は、電動車両１の充電中の処理動作を、図２（Ｂ）は、電動車両１の起動処理時の処理動作を示す。
まず、電動車両１の停止後に、イグニションキー２０をオフにすると、車両制御装置１８はシャットダウンする。車両制御装置１８は、シャットダウン直前に、各種センサより検出した温度を、車両停止時点の温度として不揮発性メモリ１６に書き込む。
次に、電動車両１の停止期間中に、充電コネクタ２１に充電ケーブル２２が接続されると、車両制御装置１８は起動して、図２（Ａ）に示すフローチャートを一定時間ごとに実行する。ステップＳ２０１では、冷却状態の切り替えがあったかを判定する。冷却状態として、例えば、第１冷却状態、第２冷却状態を以下のように定義する。第１冷却状態は、電動車両１が完全に停止しており、冷却水制御装置１１、オイル制御装置１３等が動作しておらず、冷却水７等により、回転電機４が冷却されていない状態である。この状態では、回転電機４は外気温等の影響を受けて時間経過に従って自然に冷却される。第２冷却状態は、電動車両１は停止しているが、充電ケーブル２２が接続されて、バッテリ２に充電が行われており、冷却水制御装置１１が動作して、冷却水７の影響により、回転電機４も冷却されている状態である。この状態では、回転電機４は自然に冷却される場合に比較して、早く冷却される。なお、回転電機４の冷却状態が異なるその他の態様があれば第Ｎ冷却状態（Ｎ＝１，２，３，・・・）として定義することができる。
ステップＳ２０１では、充電ケーブル２２が接続された直後であれば、回転電機４に対する冷却状態の切り替えがあったと判定され、ステップＳ２０２へ進む。
例えば、電動車両１を完全に停止して、第１冷却状態の後に、充電ケーブル２２が接続された場合は、ステップＳ２０２で、電動車両１が完全に停止していた第１冷却状態を示す識別情報とオフタイマ１７から取得した時間とを不揮発性メモリ１６に書き込む。オフタイマ１７には、イグニションキー２０がオフされてからの経過時間が加算されている。したがって、不揮発性メモリ１６には、第１冷却状態を示す識別情報と第１冷却状態の時間が区間１として記憶される。ステップＳ２０３では、オフタイマ１７内の時間を消去する。
そして、充電ケーブル２２が非接続とされた場合には、すなわち第２冷却状態の終了時には、ステップＳ２０１において冷却状態の切り替えがあったと判定され、第２冷却状態を示す識別情報と第２冷却状態の時間が区間２として時系列順に記憶される。そして、ステップＳ２０３で、オフタイマ１７内の時間が消去される。そして、車両制御装置１８の動作が停止する。すなわち、第１冷却状態に戻る。
このように、冷却状態が切り替わる毎に、冷却状態を示す識別情報と冷却状態の時間が区間Ｎとして時系列順に不揮発性メモリ１６に記憶される。なお、識別情報と時間を不揮発性メモリ１６に書き込むタイミングは冷却状態の開始時、もしくは終了時の何れであってもよく、車両制御装置１８が動作可能な時点であればよい。
次に、イグニションキー２０がオンされて電動車両１の起動処理時に、図２（Ｂ）に示す処理動作が開始される。
ステップＳ２１１では、イグニションキー２０がオフされてからオンされるまで、所定時間が経過したかを判定する。具体的には、不揮発性メモリ１６に記憶されている冷却状態の時間を合計し、この合計値が予め定められた所定時間を経過しているかを判定する。予め定められた所定時間とは、回転電機４が外気温に応じた定常の温度になるまでの時間である。所定時間が経過していなければ、ステップＳ２１２へ進む。
ステップＳ２１２では、区間Ｎを１に設定し、次のステップＳ２１３へ進む。ステップＳ２１３では、不揮発性メモリ１６の区間１に記憶されている冷却状態の識別情報とその時間を読み出す。そして、次のステップＳ２１４で、区間１に記憶されている冷却状態の識別情報に対応する熱パラメータを読み出し、その冷却状態の時間と熱パラメータ等に基づいて回転電機４のロータ５の温度変化を演算する。熱パラメータは、第１冷却状態、第２冷却状態、・・において予め実験等により求めた値を、車両制御装置１８内の図示省略した記憶部に予め記憶したものである。ロータ５の温度変化の演算の詳細は後述する。
次のステップＳ２１５で、不揮発性メモリ１６に記憶されている冷却状態の全ての区間の読み出しが完了したかを判定し、完了していなければ、ステップＳ２１２へ戻り、次の区間について、ステップＳ２１３からステップＳ２１４を実行する。これにより、不揮発性メモリ１６に記憶されている冷却状態について、回転電機４のロータ５の温度を時系列順に演算する。こうしてロータ５の温度を時系列順に演算することで、電動車両１の停止期間中におけるロータ５の温度変化を演算することができる。
ステップＳ２１５で、不揮発性メモリ１６に記憶されている冷却状態の全ての区間の読み出しが完了した場合は、ステップＳ２１６へ進み、不揮発性メモリ１６に記憶されているデータを消去する。
また、ステップＳ２１１で、イグニションキー２０がオフされてからオンされるまで、所定時間が経過したと判定された場合は、ステップＳ２１７へ進む。ステップＳ２１７では、例えば、オイル８の温度、外気温度、ステータ６の温度、冷却水７の温度に基づいて推定したロータ５の温度を現在のロータ５の温度として設定する。その後、ステップＳ２１６へ進む。
このように、車両制御装置１８は、電動車両１の起動処理時にロータ５の現在の温度をより正確に推定し、以降は、図示省略した上位の制御装置からのトルク指令に応じて回転電機４を駆動する。
図３は、ロータ５の温度変化の一例を示すグラフである。横軸は時間を、縦軸はロータ５の温度を示す。
図３に示すように、時間ｔ０からｔ１まで、電動車両１は運転中であり、ロータ５の温度は電動車両１の運転状態に応じて変化する。車両制御装置１８は、ステータ６の温度センサ９が取得したステータ６の温度、冷却水７の温度センサ１０が取得した冷却水７の温度、オイル８の温度センサ１２が取得したオイル８の温度、外気温度センサ１４が取得した外気の温度、回転電機４の損失などを用いてロータ５の温度を推定する。
時間ｔ１にて、電動車両１の停止後に、イグニションキー２０をオフにすると、車両制御装置１８はシャットダウンする。車両制御装置１８は、シャットダウン直前に、ロータ５の温度推定値、ステータ６の温度、冷却水７の温度、オイル８の温度、外気温度を、車両停止時点の温度として不揮発性メモリ１６に書き込む。
時間ｔ１から時間ｔ２は、電動車両１が停止し、車両制御装置１８も停止した第１冷却状態となる。第１冷却状態では、電動車両１の冷却系機能が全て停止しているので、ロータ５の温度は、緩やかに変化する。なお、この状態で所定時間が経過すると、最終的には外気温度に収束する。第１冷却状態では、車両制御装置１８は停止しているが、オフタイマ１７が動作しており、第１冷却状態の時間を計測することができる。
時間ｔ２で、電動車両１のバッテリ２の充電が開始されたとする。イグニションキー２０がオフの状態で、充電コネクタ２１に、充電ケーブル２２が接続されると、車両制御装置１８は起動する。また、バッテリ２を充電するため、バッテリ制御装置１９が動作するので、バッテリ制御装置１９を冷却するために、冷却水制御装置１１も起動する。冷却水制御装置１１が動作し、第1冷却状態より、ロータ５の温度の低下が早いこの状態が第２冷却状態である。第２冷却状態では、オイル制御装置１３と、外気温度制御装置１５は起動していないため、車両制御装置１８はオイル８の温度と外気温度を取得できない。したがって、車両制御装置１８は、時間ｔ２から時間ｔ３では、ロータ５の温度を精度よく計算できないので、ロータ５の温度計算は行わない。なお、図２（Ａ）を参照して説明したように、時間ｔ２で、車両制御装置１８は起動し、時間ｔ１からｔ２の第１冷却状態の時間を、オフタイマ１７から取得することができる。時間ｔ２で、オフタイマ１７から時間を取得した直後に、オフタイマ１７の時間をリセットする。
時間ｔ３では充電が完了し、充電ケーブル２２が、充電コネクタ２１から外されると、車両制御装置１８はシャットダウンする。車両制御装置１８はシャットダウンする直前に、時間ｔ２から時間ｔ３までの第２冷却状態の時間を、オフタイマ１７から取得して不揮発性メモリ１６に保存する。また、車両制御装置１８はシャットダウンする直前に、オフタイマ１７が計測した時間をリセットする。このリセットにより、オフタイマ１７は時間ｔ３から時間ｔ４までの第１冷却状態の時間の計測を開始する。
時間ｔ４でイグニションキー２０がオンされると、車両制御装置１８は、図２（Ｂ）を参照して説明したように、ロータ５の温度を演算する。
車両制御装置１８は、不揮発性メモリ１６から、車両停止時点の時間ｔ１におけるロータ５の温度推定値、ステータ６の温度、冷却水７の温度、オイル８の温度、外気温度を取得する。さらに、時間ｔ１から時間ｔ２までの第１冷却状態の時間と、時間ｔ２から時間ｔ３までの第２冷却状態の時間と、時間ｔ３から時間ｔ４までの第１冷却状態の時間を取得する。
さらに、車両制御装置１８は、電動車両１の起動時点の時間ｔ４において、ステータ６の温度、冷却水７の温度、オイル８の温度、外気温度を、車両起動時点の温度として各センサより読み取る。
次に取得した情報を用いて、時間ｔ４～時間ｔ５の演算期間で、時間ｔ１から時間ｔ４までの車両停止期間のロータ５の温度の変化を再現するように、ロータ５の温度を演算する。なお、時間ｔ４～時間ｔ５で示す演算期間は極短い期間であるが、図３では理解を容易にするため長い期間で示している。
まず、時間ｔ１のロータ５の温度推定値、ステータ６の温度、冷却水７の温度、オイル８の温度、外気温度と、時間ｔ１から時間ｔ２までの第１冷却状態の時間と、第１冷却状態のロータ５の温度の放熱特性より、時間ｔ２のロータ５の温度を演算する。
以下の例では、ロータ５の温度の演算として熱回路を用いる。図４は、熱回路を示す図である。ロータ５の温度をTRot、オイル８の温度をTOil、外気温度をTAmb、ステータ６の温度をTSTAT、冷却水７の温度をTCWとする。さらに、ロータ５とオイル８の間の熱抵抗をRRot-Oil、ロータ５と外気間の熱抵抗をRRot-Amb、ロータ５とステータ６の間の熱抵抗をRRot-Stat、ロータ５と冷却水７の間の熱抵抗をRRot-CWとする。ロータ５の熱容量をCRotとする。
図４に示すように、オイル８の温度TOilと、ロータ５とオイル８の間の熱抵抗RRot-Oilとを直列に接続し、外気温度TAmbと、ロータ５と外気間の熱抵抗RRot-Ambとを直列に接続し、ステータ６の温度TSTATと、ロータ５とステータ６の間の熱抵抗RRot-Statとを直列に接続し、冷却水７の温度TCWと、ロータ５と冷却水７の間の熱抵抗RRot-CWとを直列に接続する。さらに、これらの直列接続した回路を並列に接続し、これをロータ５の熱容量CRotとする。なお、熱回路を構成する、これらの温度、熱抵抗、熱容量を総称して熱パラメータと称する。
この熱回路は、回路方程式として、次式（１）で表わされる。
Figure 0007471466000001
 式（１）を差分方程式で表すと式（２）になる。
Figure 0007471466000002
 ここで、ＴSは、車両制御装置１８がロータ５の温度を計算する周期である。
ＴRot[n]を現在のロータ５の温度推定値とすると、ＴRot[n-1]は、１計算周期前のロータ５の温度推定値、ＴOil[n-1]は１計算周期前のオイル８の温度、ＴAmb[n-1]は１計算周期前の外気温度、ＴStat[n-1]は１計算周期前のステータ６の温度、ＴCW[n-1]は１計算周期前の冷却水７の温度となる。
図３を参照した説明に戻る。車両停止時点ｔ１のロータ５の温度推定値と、オイル８の温度、外気温度、ステータ６の温度、冷却水７の温度は既知であるため、時間ｔ１から式（２）を用いて時間t２までのロータ５の温度を演算する。
時間ｔ１のロータ５の温度をＴROT[m-1]、オイル８の温度をＴOil[m-1]、外気温度をＴAmb[m-1]、ステータ６の温度をＴStat[m-1]、冷却水７の温度をＴCW[m-1]とした時、時間ｔ１の次の計算周期のロータ５の温度ＴRot[m]を計算することは可能だが、時間ｔ１から２計算周期後のロータ５の温度ＴRot[m+1]を計算するには、時間ｔ１から１計算周期後のオイル８の温度ＴOil[m]、外気温度ＴAmb[m]、ステータ６の温度ＴStat[m]、冷却水７の温度 ＴCW[m]が必要となる。
オイル８の温度ＴOil[m]、外気温度ＴAmb[m]、ステータ６の温度ＴStat[m]、冷却水７の温度ＴCW[m]は、以下のような推定計算で求めることができる。代表としてオイル８の温度の推定計算について図５を参照して説明する。
図５は、オイル８の温度変化の一例を示すグラフである。図５の横軸は時間を、縦軸はロータ５の温度を示す。
車両停止時点ｔ１のオイル８の温度ＴOli_t１は、不揮発性メモリ１６に保存されており既知である。また車両起動時ｔ４のオイル８の温度ＴOli_t4も車両制御装置１８が起動している時に検知しているため既知である。電動車両１が停止していた、時間ｔ１から時間ｔ４までの時間ｔ１－４も既知であるため、車両停止から、時間ｔ経過後の温度ＴOli_tは次式（３）で表すことができる。
Figure 0007471466000003
 式（３）に示す通り、時間ｔ１からｔ４まで、温度が基本的には線形的に低下するようにあらわすが、冷却状態に応じて、式（３）の傾きに係数を乗じてもよい。
このように、任意の時間ｔでの、オイル８の温度は演算によって求めることができる。同様に任意の時間ｔでの外気温度TAmb_t、ステータ６の温度TStat_t、冷却水７の温度TCW_tを求めることができる。よって式（２）、式（３）を用いて、時間ｔ２までのロータ５の温度を演算することができる。
図３を参照した説明に戻る。次に、時間ｔ２から時間３までの第２冷却状態のロータ５の温度を計算する。
時間ｔ１から時間ｔ２までの第１冷却状態のロータ５の温度を計算した時と同様に、式（２）、式（３）を用いてロータ５の温度を演算する。第２冷却状態では、第１冷却状態とは冷却状態が異なるので、これを表すために、式（２）の熱抵抗RRot-Oil、RRot-Amb、RRot-Stat、RRot-CWと熱容量CRotを第１冷却状態とは異なる第２熱パラメータとする。なお、第１冷却状態では第１熱パラメータを用いる。本実施形態では、第１冷却状態より、第２冷却状態の方が、ロータ５の冷却特性が早くなるように、第２熱パラメータの値が設定されている。具体的には、これらの第１熱パラメータ、第２熱パラメータは、電動車両１をそれぞれ第１冷却状態、第２冷却状態下において予め実験等により求めた値である。
時間ｔ３から時間ｔ４も同様にして、式（２）、式（３）を用いてロータ５の温度を計算する。時間ｔ３から時間ｔ４は第１冷却状態なので、時間ｔ１から時間ｔ２と同じ熱抵抗RRot-Oil、RRot-Amb、RRot-Stat、RRot-CWと熱容量をCRotの値を設定する。すなわち、第１熱パラメータを用いる。
図３の時間ｔ４から時間ｔ５の演算期間に示す点線のグラフが、熱パラメータに基づいて、演算したロータ５の温度変化である。そして、時間ｔ４におけるロータ５の温度計算値が、車両起動時のロータ５の推定温度Trot_t4となる。なお、演算期間は極短い期間であるので時間ｔ４と時間ｔ５は略同じである。
このようにして、車両停止期間中に回転電機の冷却状態が複数に制御されても、制御された時系列順に演算することにより、車両起動時のロータ５の温度を精度よく推定することができる。
図３では、第１冷却状態が２回、第２冷却状態が１回の例で説明したが、第１冷却状態、第２冷却状態の回数が増えても、図２のフローチャートを参照して説明したように、車両起動時のロータ５の温度を演算することができる。
また、図３では、車両停止時の冷却状態が２種類の例で説明したが、種類が増えても、図２のフローチャートを参照して説明したように、熱パラメータを冷却状態の数だけ準備しておくことにより、車両起動時のロータ５の温度を演算することができる。
図６は、比較例におけるロータ５の温度変化の一例を示すグラフである。横軸は時間を、縦軸はロータ５の温度を示す。
この比較例は本実施形態を適用しない場合を示す。図６に示すように、時間ｔ１で車両が停止し、時間ｔ２までは第１冷却状態で車両は停止している。時間ｔ２から時間ｔ３までは、第１冷却状態とは異なる第２冷却状態で車両は停止している。第１冷却状態と第２冷却状態では、冷却状態が異なるため、ロータ５の温度の変化特性が異なる。
比較例では、車両停止期間の冷却状態が、常に単一の冷却状態であることを前提としている。このため、複数の冷却状態が存在する場合は、ロータ５の温度の推定精度は低下する。例えば、第１冷却状態に合わせて、ロータ５の温度の変化量を設定していた場合、時間ｔ１から時間ｔ２の第１冷却状態では、ロータ５の温度の推定精度は高い。しかし、第１冷却状態とは異なる第２冷却状態が存在した場合は、時間ｔ２から時間ｔ３の実線で示すようにロータ５の温度が変化するので、点線で示す推定温度とは温度の乖離Ｄが生じ、精度は低くなる。
ここで、回転電機４のトルクについて述べる。回転電機４により発生するトルクは、式（４）で表すことができる。
Figure 0007471466000004
 Ｔはトルク、Ｐは回転電機４の極対数、φaは永久磁石の磁束、LdはＤ軸インダクタンス、LqはＱ軸インダクタンス、idはＤ軸電流、iqはQ軸電流である。トルクＴは、磁石の磁束に依存する。そして、磁石の磁束は、ロータの温度に依存して変化するため、ロータ５の推定温度の精度を上げることができれば、トルクの精度も上がることになる。
このように、回転電機４のロータ５を高温または低温で使用すると、磁石の減磁作用により所望のトルク出力が得られないため、ロータ５の温度管理が必要となる。しかし、ロータ５は回転体であるため、センサを取り付けることが難しく、一般的に温度推定が必要となる。ロータの温度推定の精度が低いと、温度推定の精度誤差を考慮して、本来より狭い温度範囲で回転電機４を使用しなければならない。
また、ロータ５の温度上昇の原因は、ロータ５の自身の発熱と、固定子であるステータ６の発熱による影響が大きく、同じ運転条件で、ロータ５の温度上昇を下げるためには回転電機４を大型化する必要がある。よって、ロータ５の温度推定の精度を改善することで回転電機４の小型化が可能になる。
本実施形態によれば、電動車両１の駆動用の回転電機４において、永久磁石が配置されたロータ５の電動車両１の起動時の温度を高い精度で推定できるので、回転電機４のトルク精度の向上と回転電機４の小型化とが可能になる。
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）車両制御装置１８は、回転電機４を備えた電動車両１の停止期間中に、回転電機４の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御し、電動車両１の起動処理時に、停止期間中の第１冷却状態における温度に関する第１熱パラメータ及び第２冷却状態における温度に関する第２熱パラメータと第１冷却状態及び第２冷却状態の時間とに基づいて、第１冷却状態および第２冷却状態における回転電機４のロータ５の温度変化を演算する。これにより、車両の停止期間中に、回転電機の冷却状態が変化した場合でも、車両の起動時のロータの温度を正確に推定することができる。
（２）車両制御方法は、回転電機４を備えた電動車両１の停止期間中に、回転電機４の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する車両制御装置１８の車両制御方法であって、電動車両１の起動処理時に、停止期間中の第１冷却状態における温度に関する第１熱パラメータ及び第２冷却状態における温度に関する第２熱パラメータと第１冷却状態及び第２冷却状態の時間とに基づいて、第１冷却状態および前記第２冷却状態における回転電機４のロータ５の温度変化を演算する。これにより、車両の停止期間中に、回転電機の冷却状態が変化した場合でも、車両の起動時のロータの温度を正確に推定することができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
１・・・電動車両、２・・・バッテリ、３・・・インバータ、４・・・回転電機、５・・・ロータ、６・・・ステータ、７・・・冷却水、８・・・オイル、９・・・ステータの温度センサ、１０・・・冷却水の温度センサ、１１・・・冷却水制御装置、１２・・・オイルの温度センサ、１３・・・オイル制御装置、１４・・・外気温度センサ、 １５・・・外気温度制御装置、１６・・・不揮発性メモリ、１７・・・オフタイマ、１８・・・車両制御装置、１９・・・バッテリ制御装置、２０・・・イグニションキー、２１・・・充電コネクタ、２２・・・充電ケーブル。

Claims (9)

  1. ロータおよびステータを有する回転電機と、バッテリと、充電ケーブルが接続される充電コネクタと、前記充電コネクタに前記充電ケーブルが接続されたときに前記バッテリを充電するバッテリ制御装置と、前記バッテリ制御装置を冷却する冷却水を循環する冷却水制御装置と、を備えた車両の停止期間中に、前記回転電機の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する車両制御装置であって、
    前記車両が停止されると、前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態とし、
    前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置を動作させて前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態から前記第２冷却状態に切り替え、
    前記回転電機の冷却状態が前記第２冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタから外されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置の動作を停止させて前記回転電機の冷却状態を前記第２冷却状態から前記第１冷却状態に切り替え、
    前記停止期間中に前記回転電機の冷却状態の切替を少なくとも１回以上実施した後の前記車両の起動処理時に、前記停止期間中の前記第１冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記車両制御装置において予め設定された第１熱パラメータと、前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記第１熱パラメータよりも前記ロータの冷却が早くなるように前記車両制御装置において予め設定された第２熱パラメータと、前記第１冷却状態及び前記第２冷却状態の時間とに基づいて、前記第１冷却状態および前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化を演算する車両制御装置。
  2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    不揮発性メモリを備え、
    前記車両の前記停止期間中に、少なくとも前記第１冷却状態と前記第２冷却状態とを示す夫々の識別情報と、前記第１冷却状態及び前記第２冷却状態の時間とを時系列順に前記不揮発性メモリに記憶する車両制御装置。
  3. 請求項２に記載の車両制御装置において、
    前記車両の起動処理時に、前記不揮発性メモリに記憶されている前記識別情報と前記時間を順に読み出して、前記ロータの温度変化を演算する車両制御装置。
  4. 請求項３に記載の車両制御装置において、
    前記車両の起動処理時に、前記停止期間が所定時間以上経過していない場合に、前記ロータの温度変化の演算を行う車両制御装置。
  5. 請求項２に記載の車両制御装置において、
    前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態から前記第２冷却状態に切り替えたときに、前記第１冷却状態を示す前記識別情報と、前記第１冷却状態の時間とを前記不揮発性メモリに記憶し、
    前記回転電機の冷却状態を前記第２冷却状態から前記第１冷却状態に切り替えたときに、前記第２冷却状態を示す前記識別情報と、前記第２冷却状態の時間とを前記不揮発性メモリに記憶する車両制御装置。
  6. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    前記車両は、前記回転電機を冷却するオイルを備え、
    前記第１熱パラメータおよび前記第２熱パラメータは、それぞれ前記第１冷却状態、前記第２冷却状態における、前記ロータの温度TRot、前記オイルの温度TOil、外気温度TAmb、前記ステータの温度TSTAT、前記冷却水の温度TCW 、前記ロータと前記オイル間の熱抵抗RRot-Oil、前記ロータと前記外気間の熱抵抗RRot-Amb、前記ロータと前記ステータ間の熱抵抗RRot-Stat、および前記ロータと前記冷却水間の熱抵抗RRot-CW を含み、
    前記熱抵抗R Rot-Oil 、R Rot-Amb 、R Rot-Stat およびR Rot-CW の値は、前記第１冷却状態よりも前記第２冷却状態の方が小さくなるようにそれぞれ設定されている車両制御装置。
  7. 請求項６に記載の車両制御装置において、
    前記第１熱パラメータおよび前記第２熱パラメータは、それぞれ前記第１冷却状態、前記第２冷却状態における前記ロータの熱容量C Rot をさらに含み、
    前記第１熱パラメータおよび前記第２熱パラメータを用いて、それぞれ前記第１冷却状態、前記第２冷却状態の熱回路を以下の式で表す車両制御装置。
    Figure 0007471466000005
  8. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であるときには動作を停止し、
    前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であって動作停止中に前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続されると、起動して前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置を動作させる車両制御装置。
  9. ロータおよびステータを有する回転電機と、バッテリと、充電ケーブルが接続される充電コネクタと、前記充電コネクタに前記充電ケーブルが接続されたときに前記バッテリを充電するバッテリ制御装置と、前記バッテリ制御装置を冷却する冷却水を循環する冷却水制御装置と、を備えた車両の停止期間中に、前記回転電機の冷却状態を異なる少なくとも第１冷却状態と、第２冷却状態とに制御する車両制御装置の車両制御方法であって、
    前記車両が停止されると、前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態とし、
    前記回転電機の冷却状態が前記第１冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置を動作させて前記回転電機の冷却状態を前記第１冷却状態から前記第２冷却状態に切り替え、
    前記回転電機の冷却状態が前記第２冷却状態であるときに前記充電ケーブルが前記充電コネクタから外されると、前記バッテリ制御装置および前記冷却水制御装置の動作を停止させて前記回転電機の冷却状態を前記第２冷却状態から前記第１冷却状態に切り替え、
    前記停止期間中に前記回転電機の冷却状態の切替を少なくとも１回以上実施した後の前記車両の起動処理時に、前記停止期間中の前記第１冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記車両制御装置において予め設定された第１熱パラメータと、前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化特性に関する熱パラメータであって、前記第１熱パラメータよりも前記ロータの冷却が早くなるように前記車両制御装置において予め設定された第２熱パラメータと、前記第１冷却状態及び前記第２冷却状態の時間とに基づいて、前記第１冷却状態および前記第２冷却状態における前記ロータの温度変化を演算する車両制御方法。
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