KR100450198B1 - 온도추정방법 및 장치 - Google Patents

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

트랜지스터(300)는 발열의 유무에 따라 비교적 급속한 온도변화를 나타내고, 냉각수(CLW)는 비교적 완만한 온도변화를 나타낸다. 또 트랜지스터(300)의 발열이 없을 때에는 양자는 거의 동일한 온도로 수속된다. 이때 트랜지스터온도와 냉각수온의 한쪽의 온도와, 트랜지스터(300)의 통전량으로부터 다른쪽의 온도를 추정한다. 이 방법은 모터의 스테이터코일과 스테이터철심 사이의 온도추정 등의 다른 온도추정에도 적용된다.

Description

온도추정방법 및 장치{METHOD OF ESTIMATING TEMPERATURE AND DEVICE FOR EFFECTING THE SAME}
본 발명은 온도센서가 설치되어 있지 않은 부분의 온도를 추정하는 기술에 관한 것이다.
온도의 측정에는 온도센서를 사용하는 것이 보통이다. 그러나 온도센서를 직접 설치할 수 없는 부분의 온도를 알고 싶은 경우가 있다. 또 온도센서의 수가 많아짐에 따라 그 고장확률이 높아지므로 온도센서의 수를 가능한 한 줄이고 싶은 경우도 있다. 이와 같은 경우에 온도 이외의 물리량을 측정하고 그 물리량의 온도의존성에 의거하여 온도가 추정되고 있었다. 예를 들면 일본국 특개평7-234162호 공보에는 IGBT(절연게이트형 바이폴라트랜지스터)의 순방향 전류와 순방향 전압을 측정하여 그 전류/전압특성의 온도의존성으로부터 IGBT의 온도를 추정하는 기술이 개시되어 있다.
또 온도센서가 설치되어 있는 경우에도 온도센서의 이상을 검출하기 위하여그 부분의 온도를 다른 방법으로 추정하는 경우가 있다. 예를 들면 일본국 특개평 10-62266호 공보에는 모터의 코일온도 측정용 서미스터의 이상을 검출하기 위하여 코일온도를 다른 방법으로 추정하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 코일의 인덕턴스와 전류치로부터 코일의 저항치를 구하고, 그 저항치의 온도의존성으로부터 코일온도를 추정하고 있다.
상기한 온도추정기술에서는 온도의 피추정부분에 관한 특정한 물리적 특성을 측정하여 그 물리적 특성의 온도의존성에 의거하여 온도를 추정하고 있었다. 이와 같은 물리적 특성으로서는 온도의존성이 명료하게 나타나는 바와 같은 것이 이용된다.
그러나 피추정부분의 종류에 따라서는 온도의존성이 명료하게 나타나게 되는 물리적 특성을 측정할 수 없는 경우도 있다. 또 이와 같은 물리적 특성을 측정할 수 있다고 하더라도 센서의 수를 저감하기 위하여 물리적 특성의 측정을 행하고 싶지 않은 경우도 있다. 이와 같은 여러가지 사정으로부터 온도의 피추정부분에 관한 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 방법 이외의 수단으로 온도를 추정할 수 있는 기술이 요망되어 있었다.
본 발명의 목적은 온도의 피추정부분에 관한 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 방법 이외의 방법으로 온도를 추정할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 형태에서는 온도추정방법은 (a) 비교적 완만한 온도변화를나타내는 제 1 대상물을 특정하는 공정과, (b) 통전에 기인한 스스로의 발열의 유무에 따라 비교적 급속한 온도변화를 나타내고, 상기 제 1 대상물의 근방에 있어서 상기 제 1 대상물과의 사이에서 열교환을 행하고, 상기 발열이 없을 때에는 상기 제 1 대상물과 대략 동일한 온도로 수속(收束)하는 제 2 대상물을 특정하는 공정과, (c) 상기 제 1과 제 2 대상물의 한쪽의 온도를 결정하는 공정과, (d) 상기 대상물의 다른쪽의 온도를 상기 공정(c)에서 결정된 온도와, 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 추정하는 공정을 구비한다. 또한 공정(c)에 있어서의 한쪽의 대상물의 온도의 결정은 온도센서를 사용하여 행하여도 좋고, 또는 다른 추정방법에 의해 행하여도 좋다.
상기 형태에 의하면 제 1과 제 2 대상물의 다른쪽의 온도를 무엇인가의 방법으로 결정된 한쪽의 온도와, 제 2 대상물의 발열을 야기하는 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 추정하기 때문에 이들 대상물에 관한 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 방법 이외의 방법으로 온도를 추정하는 것이 가능하다.
또한 상기 제 1 대상물의 온도를 T1, 상기 제 2 대상물의 온도를 T2, 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 관련지워진 상기 제 2 대상물의 온도상승량을 ΔT라 할 때, 상기 온도상승량(ΔT)과 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계가 미리 설정되어 있고, 상기 공정(d)에 있어서의 추정이 다음식,
T2 = T1 + ΔT
에 따라 실행되도록 하여도 좋다.
이와 같이 하면 통전량을 실질적으로 나타내는 값으로부터 온도상승량(ΔT)을 결정하고, 이것을 사용하여 제 1 또는 제 2 대상물의 온도를 용이하게 추정하는 것이 가능하다.
제 1과 제 2 대상물의 조합으로서는 여러가지의 것을 생각할 수 있다.
예를 들면 상기 제 2 대상물은 파워반도체소자이고, 상기 제 1 대상물은 상기 파워반도체소자를 냉각하기 위한 냉각재라고 하여도 좋다. 이때 상기 공정(d)은 미리 설정된 상기 온도상승량(ΔT)과 상기 파워반도체소자의 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계로부터 상기 파워반도체소자의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 따라 상기 온도상승량(ΔT)을 결정하는 공정을 포함한다.
파워반도체소자는 열용량이 매우 작아 급속하게 온도변화하는 것이 보통이다. 따라서 파워반도체소자의 통전량을 실질적으로 나타내는 값과 냉각재온도로부터 파워반도체소자와 냉각재의 한쪽의 온도를 용이하게 추정하는 것이 가능하다.
또는 상기 제 1 대상물은 전동기의 스테이터철심이므로 상기 제 2 대상물은 상기 전동기의 스테이터코일이라고 하여도 좋다. 이때 상기 공정(d)은 미리 설정된 상기 온도상승량(ΔT)과 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계로부터 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 따라 상기 온도상승량(ΔT)을 결정하는 공정을 포함한다.
이 구성에서는 스테이터철심과 스테이터코일의 한쪽의 온도와 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값으로부터 다른쪽의 온도를 추정하는 것이 가능하다.
상기 구성에 있어서 상기 공정(c)은 상기 전동기의 스테이터를 냉각하기 위한 냉각재의 온도와, 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여상기 스테이터철심의 온도를 결정하는 공정을 포함하도록 하여도 좋다.
이 구성에서는 냉각재의 온도로부터 스테이터철심의 온도를 결정할 수 있어 이것으로부터 다시 스테이터코일의 온도도 추정할 수 있다.
다른 구성에서는 상기 제 2 대상물은 전동기의 스테이터철심이고, 상기 제 1대상물은 상기 전동기의 스테이터를 냉각하기 위한 냉각재이라고 하여도 좋다. 이 때 상기 공정(d)는 상기 냉각재의 온도와 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 상기 스테이터철심의 온도를 결정하는 공정을 포함한다.
이 구성에서는 스테이터철심과 냉각재의 한쪽의 온도와 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값으로부터 다른쪽의 온도를 추정하는 것이 가능하다.
또는 상기 제 2 대상물은 파워반도체소자로서 상기 제 1 대상물은 파워반도체소자를 냉각하기 위한 냉각재이라고 하여도 좋다. 이때 상기 공정(c)은 상기 파워반도체소자에 설치된 온도센서에 의해 상기 파워반도체소자의 온도를 측정하는 공정을 포함하고, 상기 공정(d)는 상기 냉각재의 온도를 상기 파워반도체소자의 통전이 없는 상태에 있어서의 상기 파워반도체소자의 온도변화로부터 결정하는 공정을 포함하는 것으로 하여도 좋다.
파워반도체소자에 통전이 없는 상태에서는 파워반도체소자의 온도는 냉각재의 온도와 거의 동일한 온도로 급속하게 수속한다. 따라서 통전이 없는 상태의 파워반도체소자의 온도변화로부터 냉각재의 온도를 결정하는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 여러가지의 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들면 온도의 추정방법 및 장치, 그 장치를 구비하는 차량, 그 방법 또는 장치의 기능을 실현하기 위한 컴퓨터프로그램, 그 컴퓨터프로그램을 기록한 기록매체, 그 컴퓨터프로그램을 포함하고 반송파내에 구현화된 데이타신호 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태로서의 하이브리드차량의 전체구성을 나타내는 설명도,
도 2는 구동회로의 내부구성을 나타내는 설명도,
도 3은 구동회로의 트랜지스터를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도,
도 4는 트랜지스터온도와 냉각수온도의 변화의 일례를 나타내는 그래프,
도 5는 트랜지스터온도를 구할 때의 온도편차(ΔT)(Ptr)의 맵의 일례를 나타내는 그래프,
도 6은 도 1의 모터를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도,
도 7은 제 1 모터의 철심온도와 냉각수온도의 변화의 일례를 나타내는 그래프,
도 8은 제 2 모터의 냉각방법을 나타내는 설명도,
도 9는 제 2 모터의 코일온도와 철심온도의 변화의 일례를 나타내는 그래프,
도 10은 파워트랜지스터를 냉각하기 위한 냉각시스템의 다른 구성을 나타내는 설명도,
도 11은 트랜지스터의 운전상태와 정지상태가 교대로 반복될 때에 있어서의 트랜지스터온도(Ttr)와 냉각수온(Tw)의 변화를 나타내는 그래프,
도 12는 파워트랜지스터와 제 1 모터를 냉각하기 위한 공통의 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도,
도 13은 냉각수온과 외기온의 추정을 행하는 순서를 나타내는 플로우차트이다.
다음으로 본 발명의 실시형태를 이하의 순서로 설명한다.
A. 하이브리드차량의 전체구성 :
B. 하이브리드차량의 기본동작 :
C. 파워트랜지스터의 온도추정 :
D. 제 1 모터(MG1)의 온도추정 :
E. 제 2 모터(MG2)의 온도추정 :
F. 냉각수의 온도추정(그 1) :
G. 냉각수의 온도추정(그 2) :
H. 변형예
A. 하이브리드차량의 전체구성 :
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 하이브리드차량의 전체구성을 나타내는 설명도이다. 이 하이브리드차량은 엔진(150)과 2개의 모터/발전기(MG1, MG2)의 3개의 원동기를 구비하고 있다. 여기서「모터/발전기」란, 모터로서도 기능하고, 또 발전기로서도 기능하는 원동기를 의미하고 있다. 또한 이하에서는 간단하게 하기 위해 이들을 단지「모터」라 부른다. 차량의 제어는 제어시스템(200)에 의해 행하여진다.
제어시스템(200)은 메인 ECU(210)와, 브레이크 ECU(220)와, 배터리ECU(230)와, 엔진 ECU(240)를 가지고 있다. 각 ECU는 마이크로컴퓨터나 입력인터페이스, 출력인터페이스 등의 복수의 회로요소가 하나의 회로기판 위에 배치된 1 유닛으로서 구성된 것이다. 메인 ECU(210)는 모터제어부(260)와 마스터제어부(270)를 가지고 있다. 마스터제어부(270)는 3개의 원동기(150, MG1, MG2)의 출력의 배분 등의 제어량을 결정하는 기능을 가지고 있다.
엔진(150)은 통상의 가솔린엔진이고 크랭크샤프트(156)를 회전시킨다. 엔진(150)의 운전은 엔진 ECU(240)에 의해 제어되고 있다. 엔진 ECU(240)는 마스터제어부(270)로부터의 지령에 따라 엔진(150)의 연료분사량 그 밖의 제어를 실행한다.
모터(MG1, MG2)는 동기전동기로서 구성되어 있고, 바깥 둘레면에 복수개의 영구자석을 가지는 로우터(132, 142)와, 회전자계를 형성하는 3상 코일(131, 141)이 감긴 스테이터(133, 143)를 구비한다. 스테이터(133, 143)는 케이스(119)에 고정되어 있다. 모터(MG1, MG2)의 스테이터(133, 143)에 감겨진 3상 코일(131, 141)은 각각 구동회로(191, 192)를 거쳐 2차 배터리(194)에 접속되어 있다. 구동회로(191, 192)는 각 상마다 스위칭소자로서의 트랜지스터를 1쌍씩 구비한 트랜지스터인버터이다. 구동회로(191, 192)는 모터제어부(260)에 의해 제어된다. 모터제어부(260)로부터의 제어신호에 의해 구동회로(191, 192)의 트랜지스터가 스위칭되면배터리(194)와 모터(MG1, MG2) 사이에 전류가 흐른다. 모터(MG1, MG2)는 배터리(194)로부터의 전력의 공급을 받아 회전구동하는 전동기로서 동작할 수도 있고[이하, 이 동작상태를 역행(力行)이라 함], 로우터(132, 142)가 외력에 의해 회전하고 있는 경우에는 3상 코일(181, 141)의 양쪽 끝에 기전력을 발생시키는 발전기로서 기능하여 배터리(194)를 충전할 수도 있다(이하, 이 동작상태를 회생이라 함).
엔진(150)과 모터(MG1, MG2)의 회전축은 유성기어(120)를 거쳐 기계적으로 결합되어 있다. 유성기어(120)는 선기어(121)와, 링기어(122)와, 유성피니언기어 (123)를 가지는 플래니터리캐리어(124)로 구성되어 있다. 본 실시형태의 하이브리드차량에서는 엔진(150)의 크랭크샤프트(156)는 댐퍼(130)를 거쳐 플래니터리캐리어축(127)에 결합되어 있다. 댐퍼(130)는 크랭크샤프트(156)에 생기는 비틀림진동을 흡수하기 위하여 설치되어 있다. 모터(MG1)의 로우터(132)는 선기어축(125)에 결합되어 있다. 모터(MG2)의 로우터(142)는 링기어축(126)에 결합되어 있다. 링기어(122)의 회전은 체인벨트(129)와 디퍼런셜기어(114)를 거쳐 차축(112) 및 차륜(116R, 116L)에 전달된다.
제어시스템(200)은 차량 전체의 제어를 실현하기 위하여 여러가지의 센서를 사용하고 있고, 예를 들면 운전자에 의한 엑셀러레이터의 밟음량을 검출하기 위한 엑셀러레이터센서(165), 시프트레버의 위치를 검출하는 시프트포지션센서(167), 브레이크의 밟음압력을 검출하기 위한 브레이크센서(163), 배터리(194)의 충전상태를 검출하기 위한 배터리센서(196) 및 모터(MG2)의 회전수를 측정하기 위한 회전수센서(144) 등을 이용하고 있다. 링기어축(126)과 차축(112)은 체인벨트(129)에 의해기계적으로 결합되어 있기 때문에, 링기어축(126)과 차축(112)의 회전수의 비는 일정하다. 따라서 링기어축(126)에 설치된 회전수센서(144)에 의해 모터(MG2)의 회전수만이 아니라 차축(112)의 회전수도 검출할 수 있다.
도 2는 구동회로(191, 192)의 내부구성을 나타내는 설명도이다. 구동회로 (191, 192)는 각각 6개의 파워트랜지스터(Tr1 내지 Tr6, Tr11 내지 Tr16)로 구성된 3상의 트랜지스터인버터이다. 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6, Tr11 내지 Tr16)로서는 예를 들면 IGBT 등의 여러가지의 파워반도체소자를 이용할 수 있다. 제 1 구동회로(191)내의 6개의 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)는 전원라인(L1, L2) 사이에 직렬 접속된 트랜지스터쌍이 3세트 배열로 접속된 구성을 가지고 있다. 각 한 쌍의 트랜지스터의 중간의 절점(節點)에는 제 1 모터(MG1)의 3상 코일이 각각 접속되어 있다. 모터제어부(260)(도 1)는 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)의 온시간의 비율을 PWM 제어함으로써 3상 코일(134)의 각 코일에 흐르는 전류를 유사적인 정현파로 형성한다. 제 2 구동회로(192)도 제 1 구동회로(191)와 동일하게 구성되어 있다.
또한 제 1 구동회로(191)의 3상 출력배선 중의 U상과 V상의 배선에는 전류 (Iu1, Iv1)를 검출하기 위한 2개의 전류센서(197u, 197v)가 설치되어 있다. 마찬가지로 제 2 구동회로(192)의 U상과 V상의 출력배선에도 전류(Iu2, Iv2)를 검출하기 위한 2개의 전류센서(198u, 198v)가 설치되어 있다. 이들 전류의 측정치는 모터제어부(260)(도 1)에 입력된다. 또한 3상의 전류치의 합은 0 이므로 W상의 전류는 U상과 V상의 전류로부터 결정된다.
B. 하이브리드차량의 기본적 동작 :
하이브리드차량의 기본적인 동작을 설명하기 위하여 이하에서는 먼저, 유성기어(120)의 동작에 대하여 설명한다. 유성기어(120)는 상기한 3개의 회전축 중 2개의 회전축의 회전수가 결정되면 나머지 회전축의 회전수가 결정된다는 성질을 가지고 있다. 각 회전축의 회전수의 관계는 다음 수학식 1과 같다.
여기서 Nc는 플래니터리캐리어축(127)의 회전수, Ns는 선기어축(125)의 회전수, Nr은 드라이브기어축(126)의 회전수이다. 또 ρ는 다음식으로 표시되는 바와 같이 선기어(121)와 링기어(122)의 기어비이다.
ρ= [선기어(121)의 톱니수] / [링기어(122)의 톱니수]
또 3개의 회전축의 토오크는 회전수에 상관없이 다음 수학식 2, 수학식 3으로 주어지는 일정한 관계를 가진다.
여기서 Tc는 플래니터리캐리어축(127)의 토오크, Ts는 선기어축(125)의 토오크, Tr은 링기어축(126)의 토오크이다.
본 실시형태의 하이브리드차량은 이와 같은 유성기어(120)의 기능에 의해 여러가지의 상태로 주행할 수 있다. 예를 들면 하이브리드차량이 주행을 시작한 비교적 저속의 상태에서는 엔진(150)을 정지한 채로 모터(MG2)를 역행함으로써차축(112)에 동력을 전달하여 주행한다. 마찬가지로 엔진(150)을 아이들운전한 채로 주행할 수도 있다.
주행개시 후에 하이브리드차량이 소정의 속도에 도달하면 제어시스템(200)은 모터(MG1)를 역행하여 출력되는 토오크에 의해 엔진(150)을 모터링하여 시동한다. 이때 모터(MG1)의 반력토오크가 유성기어(120)를 거쳐 링기어(122)에도 출력된다.
엔진(150)을 운전하여 플래니터리캐리어축(127)을 회전시키면 상기 식(1) 내지 (3)을 만족하는 조건하에서 선기어축(125) 및 링기어축(126)이 회전한다. 링기어축(126)의 회전에 의한 동력은 그대로 차륜(116R, 116L)에 전달된다. 선기어축 (125)의 회전에 의한 동력은 제 1 모터(MG1)에서 전력으로서 회생할 수 있다. 한편 제 2 모터(MG2)를 역행하면 링기어축(126)을 거쳐 차륜(116R, 116L)에 동력을 출력할 수 있다.
정상운전시에는 엔진(150)의 출력이 차축(112)의 요구동력[즉 차축(112)의 회전수 ×토오크)과 거의 동일한 값으로 설정된다. 이때 엔진(150)의 출력의 일부는 링기어축(126)을 거쳐 직접 차축(112)에 전해지고, 나머지 출력은 제 1 모터 (MG1)에 의해 전력으로서 회생된다. 회생된 전력은 제 2 모터(MG2)가 링기어축 (126)을 회전시키는 토오크를 발생하기 위하여 사용된다. 그 결과 차축 (112)을 소망의 회전수로 소망하는 토오크로 구동하는 것이 가능하다.
차축(112)에 전달되는 토오크가 부족되는 경우에는 제 2 모터(MG2)에 의해 토오크를 어시스트한다. 이 어시스트를 위한 전력에는 제 1 모터(MG1)로 회생한 전력 및 배터리(149)에 축적된 전력이 사용된다. 이와 같이 제어시스템(200)은 차축(112)으로부터 출력해야 할 요구동력에 따라 2개의 모터(MG1, MG2)의 운전을 제어한다.
본 실시형태의 하이브리드차량은 엔진(150)을 운전한 채로 후진하는 것도 가능하다. 엔진(150)을 운전하면 플래니터리캐리어축(127)은 전진시와 동일한 방향으로 회전한다. 이때 제 1 모터(MG1)를 제어하여 플래니터리캐리어축(127)의 회전수보다도 높은 회전수로 선기어축(125)을 회전시키면 상기 수학식 1로부터 분명한 바와 같이 링기어축(126)은 후진방향으로 반전한다. 제어시스템(200)은 제 2 모터 (MG2)를 후진방향으로 회전시키면서 그 출력토오크를 제어하여 하이브리드차량을 후진시킬 수 있다.
유성기어(120)는 링기어(122)가 정지한 상태에서 플래니터리캐리어(124) 및 선기어(121)를 회전시키는 것이 가능하다. 따라서 차량이 정지한 상태에서도 엔진 (150)을 운전할 수 있다. 예를 들면 배터리(194)의 나머지 용량이 적어지면 엔진(150)을 운전하여 제 1 모터(MG1)를 회생운전함으로써 배터리(194)를 충전할 수 있다. 차량이 정지하고 있을 때에 제 1 모터(MG1)를 역행하면 그 토오크에 의해 엔진 (150)을 모터링하여 시동할 수 있다.
C. 파워트랜지스터의 온도추정 :
도 3은 구동회로(191, 192)의 파워트랜지스터를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도이다. 구동회로(191, 192)를 구성하는 12개의 트랜지스터 (300)(도 2의 Tr1 내지 Tr6, Tr11 내지 Tr16)는 기판(302) 위에 납땜되어 있다. 단, 도 3에서는 도시의 편의상, 1개의 트랜지스터만을 그리고 있다. 기판(302)은충전제(304)를 거쳐 알루미늄제의 냉각판(306) 위에 고정되어 있다. 이 충전제 (304)는 기판(302)과 냉각판(306) 사이의 열전도성을 높이기 위한 것이다. 트랜지스터(300)의 상부의 공간은 알루미늄제의 덮개(308)로 덮여져 있다. 또 트랜지스터(300) 밑의 냉각판(306)의 내부에는 냉각통로(310)가 형성되어 있다.
트랜지스터(300)를 냉각하기 위한 냉각수(CLW)는 냉각판(306)내의 냉각통로 (310)를 통과한 후에 펌프(402)로 승압되어 라디에이터(404)에서 냉각된 후에 순환경로(406)를 거쳐 다시 냉각통로(310)로 되돌아간다. 냉각판(306)의 바로 앞의 유로에는 냉각수(CLW)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(408)가 설치되어 있다. 또한 라디에이터(404)는 엔진용 라디에이터와는 별개로 설치된 것이다.
기판(302)과 충전제(304)와 냉각판(30)은 모두 열전달율이 좋은 재료로 형성되어 있다. 따라서 트랜지스터(300)에서 발생한 열은 이들을 거쳐 냉각수(CLW)에 신속하게 전달된다.
그런데 상기한 바와 같이 제 1 모터(MG1)는 주로 발전기로서 사용되고, 한편 제 2 모터(MG2)는 주로 모터로서 사용된다. 따라서 통상은 제 2 모터(MG2)쪽이 전류치가 크다. 또 일반적으로 트랜지스터의 발열은 전류치가 클 수록 크기 때문에 제 2 모터(MG2)용 트랜지스터(Tr11 내지Tr16)(도 2)쪽이 제 1 모터(MG1)용 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)보다도 고온이 되는 경향에 있다. 따라서 본 실시형태에서는 고온이 되는 경향에 있는 6개의 트랜지스터(Tr11 내지 Tr16) 중의 중앙에 배치되어 있는 V상의 트랜지스터(Tr13, Tr14)를 온도추정의 대상으로 하고 있다.
도 4는 트랜지스터온도와 냉각수온도의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.트랜지스터(300)가 동작하지 않을 때에는 트랜지스터(300)로부터의 발열이 없으므로 트랜지스터온도(Ttr)와 수온(Tw)은 일정하여 거의 동일한 온도로 유지되어 있다. 또 라디에이터(404)를 냉각하는 주행풍의 온도(Tair)는 이들보다도 약간 낮은 일정치로 유지되어 있다.
시각(t1)에 있어서 트랜지스터(300)가 단시간만 스위칭되면 발열에 의해 트랜지스터온도(Ttr)는 약간 상승한다. 그러나 트랜지스터(300)의 열용량은 냉각판 (306) 등의 열용량에 비하여 매우 작고, 또 그 열은 냉각수(CLW)에 신속하게 전달되므로 트랜지스터온도(Ttr)는 곧 냉각수온도(Tw)와 거의 동일한 값으로 수속된다.
시각(t2)으로부터 시각(t3)까지는 트랜지스터(300)가 일정한 출력으로 연속적으로 스위칭되고 있다. 이 경우에는 발열량이 많으므로 트랜지스터온도(Ttr)는 점차로 상승하고, 또 냉각수온(Tw)도 이에 따라 상승되어 간다. 그리고 시각(t3)에서 트랜지스터(300)의 동작이 정지하면 트랜지스터온도(Ttr)는 다시 냉각수온 (Tw)과 거의 동일한 온도로 신속하게(수초 내지 수십초로) 수속된다. 또한 주행풍의 온도(Tair)는 일정하다고 가정하고 있다.
이와 같이 트랜지스터온도(Ttr)는 트랜지스터(300)의 동작 중은 냉각수온 (Tw)보다도 높아지나, 동작이 정지하면 단시간으로 냉각수온(Tw)과 거의 동일한 온도로 수속된다는 성질을 가지고 있다. 또 트랜지스터(300)의 동작 중은 트랜지스터온도(Ttr)와 냉각수온(Tw)의 차분(ΔTtr/w)은 거의 일정하게 유지된다.
임의의 시각(1)에 있어서의 트랜지스터온도(Ttr)(1)는 이하의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
여기서 PLtr(i)는 시각(i-1) 내지 시각(i)까지의 모든 트랜지스터의 발열량(파워손실), K11, K12는 각각 소정의 계수이다.
수학식 4의 우변 제 1항은 시각(i-D)에 있어서의 트랜지스터온도이다. 우변 제 2항은 트랜지스터의 발열에 의한 온도상승량을 표시하고 있고, 우변 제 3항은 냉각수(CLW)로의 열전달에 의한 온도저하량을 표시하고 있다. 또한 우변 제 2항과 제 3항은 각각 단위시간당의 온도변화량이다. 여기서 「단위시간」이란, 시각(i-1)으로부터 시각(i)까지의 시간을 의미하고 있다.
엄밀하게 말하면 상기 수학식 4에는 트랜지스터(300)로부터의 열방사에 의한 온도저하나 기판(302)으로의 열전도에 의한 온도저하 등의 다른 성분도 고려해야만 한다. 그러나 이들의 다른 성분의 기여는 충분히 작아 무시할 수 있음이 판명되었다.
그런데 상기 수학식 4의 우변 제 2항은 트랜지스터가 일정한 출력으로 동작하고 있는 동안은 일정치로 우수한 것이 판명되었다. 환언하면 우변 제 2항은 트랜지스터의 출력의 함수로서 주어진다. 또 도 4의 예로부터 이해할 수 있는 바와 같이 트랜지스터출력이 일정한 동안은 트랜지스터온도(Ttr)와 냉각수온(Tw)의 차분 (ΔTtr/w)은 거의 일정하다. 이는 수학식 4의 우변 제 3항이 거의 일정치인 것을 의미하고 있다. 따라서 우변 제 3항도 트랜지스터의 출력의 함수로서 주어진다.즉 우변 제 2항과 제 3항은 모두 트랜지스터출력의 함수임을 알 수 있다. 이와 같은 사실을 고려하면 상기 수학식 4는 다음 수학식 5로 바꾸어 쓸 수 있다.
여기서 ΔTtr(Ptr)은 트랜지스터의 출력이 Ptr일 때의 단위시간당의 트랜지스터온도의 변화량이다. 트랜지스터온도의 변화량(ΔTtr)(Ptr)은 도 4의 시각(t2) 이후의 기간에 있어서 트랜지스터온도(Ttr)가 대략 직선적으로 증가하여 갈 때의 온도 상승율에 상당하고 있다.
그런데 시각(i-1)에 있어서의 트랜지스터온도[Ttr(i-1)]는 냉각수온[Tw(i-1)]과 트랜지스터/냉각수온도차(ΔTtr/w)의 합으로 표시된다.
따라서 상기 수학식 5는 다음의 수학식 6식과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
우변 제 2항과 제 3항을 정리하면 다음의 수학식 7이 얻어진다.
즉, 트랜지스터의 출력이 Ptr일 때의 시각(i)의 트랜지스터온도[Ttr)i)]는시각(i-1)일 때의 냉각수온[Tw(i-1)]과 트랜지스터의 출력에 따른 온도편차[ΔT (Ptr)]를 가산한 것으로서 주어진다.
또한 수학식 6의 우변 제 3항은 트랜지스터온도의 상승율이며, 이것은 냉각수온의 상승율과 거의 동일함을 도 4로부터 이해할 수 있다. 따라서 수학식 6의 우변 제 1항과 제 3항의 합은 시각(i)에 있어서의 수온[Tw(i)]과 거의 동일하다. 따라서 상기 수학식 6은 다음의 수학식 8과 같이 고쳐 쓰는 것도 가능하다.
냉각수온[Tw(i-1), Tw(i)]은 순환경로(406)에 설치된 온도센서(408)(도 3)에 의해 측정된다. 또 온도편차[ΔT(Ptr), ΔT'(Ptr)]는 예를 들면 모터(MG1, MG2)의 전류치와 3상 교류 주파수에 따른 온도편차의 값을 나타내는 맵으로부터 결정된다. 이 맵은 미리 실험적으로 작성된다. 단 제 1 모터(MG1)는 주로 발전기로서 사용되므로 전류치가 비교적 작고, 따라서 제 1 모터(MG1)용의 트랜지스터로부터의 발열은 무시할 수 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는 주로 모터로서 사용되는 제 2 모터(MG2)의 전류치와 3상 교류 주파수에 의거하여 온도편차[ΔT(Ptr), ΔT'(Ptr)]가 결정된다.
도 5는 온도편차[ΔT(Ptr)]의 맵의 일례를 나타내고 있다. 여기서는 3상 교류 주파수의 각 값별로 모터의 전류치와 트랜지스터의 온도편차(ΔT)와의 관계가도시되어 있다.
이와 같이 트랜지스터의 온도(Ttr)는 냉각수온(Tw)의 측정치와 트랜지스터의 출력(Ptr)에 의존하는 온도편차(ΔT)와의 합으로서 용이하게 추정하는 것이 가능하다. 따라서 트랜지스터의 전류치의 온도의존성 등과 같이 트랜지스터의 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 일 없이 트랜지스터온도를 추정하는 것이 가능하다.
온도편차(ΔT, ΔT')는 모터의 전류치나 3상 교류 주파수에 한정되지 않고 트랜지스터의 통전량을 실질적으로 나타내는 바와 같은 다른 값에 의거하여 결정되어도 좋다. 예를 들면 모터의 전류치를 대신하여 마스터제어부(270)로부터 모터제어부(260)에 주어지는 토오크지령치와 모터제어부(260)로부터 구동회로(191, 192)에 주어지는 구동신호의 캐리어주파수(PWM 제어에 있어서의 구동신호펄스의 주파수)에 의거하여 온도편차(ΔT, ΔT') 를 결정하여도 좋다.
또한 트랜지스터의 발열량은 모터에 공급되는 전류가 정현파인지 직사각형파 인가에도 의존한다. 따라서 온도편차(ΔT, ΔT')의 맵은 이들 각 전류파형별로 다른 것을 각각 준비하도록 하여도 좋다.
D. 제 1 모터(MG1)의 온도추정 :
도 6은 제 1 모터(MG1)를 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도이다. 제 1 모터(MG1)는 로우터(320)와, 스테이터코일(322)과, 스테이터철심 (324)을 가지고 있고, 이들이 모터케이스(326)내에 수납되어 있다. 모터케이스 (326)의 주위는 재킷(328)으로 둘러싸여 있고, 이들 사이에 냉각수(CLW)의 통로가형성되어 있다.
도 6의 냉각시스템의 구성은 도 3에 나타낸 트랜지스터용 냉각시스템과 거의 동일하다. 또한 트랜지스터용 냉각시스템과 모터용 냉각시스템을 공통으로 하는 것도 가능하나, 여기서는 별개의 것으로서 설명한다.
제 1 모터(MG1)에 있어서의 발열요인으로서는 구리손실[코일(322)에 있어서의 손실]과, 철손실[철심(324)에 있어서의 손실]이 있다. 제 1 모터(MG1)는 주로 발전기로서 사용되는 것으로, 전류밀도가 비교적 작으므로 구리손실은 무시할 수 있을 정도이다. 따라서 제 1 모터(MG1)에 있어서의 발열요인으로서는 철손실만을 고려하면 되고, 온도가 가장 높아지는 것은 스테이터철심(324)이다.
도 7은 제 1 모터(MG1)의 철심온도와 냉각수온도의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 모터(MG1)가 동작하지 않을 때에는 철심에서의 발열이 없으므로 철심온도(Tgf)와 수온(Tw)은 일정하여 거의 동일한 온도로 유지되고 있다.
시각(t11)으로부터 시각(t12)까지는 모터(MG1)가 일정한 출력으로 연속적으로 운전되어 있다. 이 때 철심온도(Tgf)는 점차로 상승하고, 또 냉각수온(Tw)도 상승하여 간다. 그리고 시각(t12)에서 모터(MG1)에 대한 전력의 공급이 정지하면 철심온도(Tgf)는 냉각수온(Tw)에 완만하게 근접하여 가서 최종적으로는 양자는 거의 동일한 온도로 수속된다.
이와 같이 제 1 모터(MG1)의 철심온도(Ttr)는 모터(MG1)에 전력이 공급되고 있는 동안은 냉각수온(Tw)보다도 높아지나, 전력의 공급이 정지되면 완만하게 냉각수온(Tw)과 거의 동일한 온도로 수속된다는 성질을 가지고 있다.
임의의 시각(i)에 있어서의 철심온도(Tgf)(i)는 이하의 수학식 9로 써서 나타낼 수 있다.
여기서 PLgf(i)는 시각(i-1)으로부터 시각(i)까지의 철심의 발열량, K21, K22는 각각 소정의 계수이다. 수학식 9의 우변 제 2항은 발열에 의한 온도상승량을 표시하고 있고, 우변 제 3항은 냉각에 의한 온도저하량을 표시하고 있다.
도 7과 도 4를 비교하면 이해할 수 있는 바와 같이 철심온도(Tgf)는 변화는 비교적 완만하고 철심온도(Tgf)와 냉각수온(Tw)과의 편차(ΔTgf/w)도 시간과 함께 완만하게 변화하고 있다. 이는 철심(324)의 열용량이 매우 크기 때문이다.
제 1 모터(MG1)의 철심온도(Tgf)는 수학식 9를 그대로 사용하여 결정된다. 수학식 9의 우변의 미지수는 수온[Tw(i-1)]과, 철심의 발열량(PLgf)이다. 수온 [Tw(i-1)]은 순환경로(406)에 설치된 온도센서(408)에 의해 측정된다. 또 발열량 (PLgf)은 모터(MG1)의 토오크 및 회전수 등과 동일한 모터의 출력(즉 모터의 통전량)을 실질적으로 나타내는 값에 따라 미리 작성된 맵으로부터 결정된다. 이 맵도 상기한 도 5와 유사한 것으로서 여기서는 그 예시는 생략한다.
또한 철심온도(Tgf)의 초기치는 모터(MG1)에 전력이 충분히 긴 기간 공급되고 있지 않은 상태에 있어서 수온(Tw)을 측정하고, 이 수온(Tw)에 소정의 온도편차 (ΔT0w)를 가산함으로써 결정된다. 이 온도편차(ΔT0w)는 수온(Tw)의 레벨에 따라미리 실험적으로 구해진다. 또 통전정지시의 수온(Tw)과 철심온도(Tgf)를 기억하여 두어 토오크 0의 방치시간으로부터 수학식 9로부터 온도편차(ΔT0w)를 추정하는 것도 가능하다.
이상과 같이 제 1 모터(MG1)의 철심온도(Tgf)는 냉각수온(Tw)과 모터(MG1)의 출력(또는 모터의 통전량)에 의존하는 발열량[PLgf(1)]에 의거하여 추정하는 것이 가능하다. 모터의 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 일 없이 철심온도를 추정하는 것이 가능하다.
E. 제 2 모터(MG2)의 온도추정 :
도 8은 제 2 모터(MG2)의 냉각방법을 나타내는 설명도이다. 제 2 모터(MG2)는 로우터(340)와, 스테이터코일(342)과, 스테이터철심(344)을 가지고 있고, 이들이 모터케이스(346)내에 수납되어 있다. 모터케이스(326)는 주행풍에 의해 냉각된다. 또한 철심(344)에는 온도센서(350)가 설치되어 있다. 또 모터(MG2)의 바로 앞에는 외기온을 측정하기 위한 온도센서(352)가 설치되어 있다.
제 2 모터(MG2)는 주로 모터로서 사용되는 것으로, 전류밀도가 비교적 크기때문에 강손실도 무시할 수 없다. 따라서 제 2 모터(MG2)에 있어서의 발열요인으로서는 구리손실과 철손실의 양쪽을 고려한다. 또한 온도가 가장 높아지는 것은 스테이터코일(342)이다.
도 9는 제 2 모터(MG2)의 코일온도(Tmc)와 철심온도(Tmf)의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 모터(MG2)가 동작하고 있지 않을 때에는 발열이 없으므로 각 온도(Tmc, Tmf)는 일정하여 거의 동일한 온도로 유지되고 있다.
시각(t21)에 있어서 모터(MG2)에 단시간만 전력이 공급되면 발열에 의해 코일온도(Tmc)는 약간 상승하고, 이에 따라 철심온도(Tmf)도 약간 상승한다. 그러나 코일(342)의 열용량은 철심(344)의 열용량에 비하여 매우 작고, 또 양자 사이의 열전도율도 높으므로 코일온도(Tmc)는 비교적 빨리 철심온도(Tmf)와 거의 동일한 값으로 수속된다.
시각(t22)으로부터 시각(t23)까지는 모터(MG2)가 일정한 출력으로 연속적으로 운전되고 있다. 이때 코일온도(Tmc)와 철심온도(Tmf)는 점차로 상승하여 간다. 그리고 시각(t23)에서 모터(MG2)에 대한 전력의 공급이 정지되면 코일온도(Tmc)가 철심온도(Tmf)에 비교적 빠르게 근접하여 간다. 또 철심온도는 외기온(Tair)에 완만하게 근접하여 가고, 최종적으로는 외기온(Tair)과 거의 동일한 온도로 수속된다.
이와 같이 제 2 모터(MG2)의 코일온도(Tmc)는 비교적 급속하게 변화하고, 철심온도(Tmf)는 비교적 완만하게 변화한다. 또 모터(MG1)에 전력이 공급되고 있는 동안은 코일온도(Tmc)는 철심온도(Tmf)보다도 높아지나, 전력의 공급이 정지하면 비교적 신속하게 철심온도(Tmf)와 거의 동일한 온도로 수속된다는 성질을 가지고 있다.
임의의 시각(i)에 있어서의 코일온도[Tmc(i)]는 이하의 수학식 10으로 써서 나타낼 수 있다.
여기서 PLm(i)은 시각(i-1)으로부터 시각(1)까지의 모터(MG2)의 발열량, K31, K32는 각각 소정의 계수이다. 또한 모터(MG2)의 발열중에서 코일(342)에 발생하는 열의 비율은 모터의 발열량의 항[K31·PLm(i)]으로 고려되어 있다. 즉 수학식 10의 우변 제 2항은 코일(342)의 발열에 의한 온도상승량을 나타내고 있다. 또 우변 제 3항은 코일(342)로부터 철심(344)에 대한 열전도에 의한 온도저하량을 표시하고 있다.
도 9에 있어서의 코일온도(Tmc)와 철심온도(Tmf)의 관계는 도 4에 나타낸 트랜지스터온도(Ttr)와 냉각수온(Tw)의 관계와 유사하다. 따라서 본 실시형태에서는 코일온도(Tmc)를 주는 식으로서 수학식 10을 대신하여 상기 수학식 7과 유사한 다음의 수학식 11을 사용한다.
여기서 Pm은 모터(MG2)의 출력이다. 즉 모터(MG2)가 출력(Pm)으로 동작하고 있을 때의 시각(1)의 코일온도[Tmc(i)]는 시각(i-1)일 때의 철심온도[Tmf(i-1)]와, 모터(MG2)의 출력에 따른 온도편차[ΔT(Pm)]를 가산한 것으로서 주어진다.
또한 수학식 11을 대신하여 상기 수학식 8과 유사한 다음의 수학식 12를 사용하는 것도 가능하다.
철심온도[Tmf(i-1), Tmf(i)]는 철심(344)에 설치된 온도센서(350)(도 8)에 의해 측정된다. 또 온도편차[ΔT(Pm), ΔT'(Pm)]는 모터(MG2)의 토오크 및 회전수 등과 같이 모터의 출력(통전량)을 실질적으로 나타내는 값에 따른 온도편차를 나타내는 맵으로부터 결정된다. 이 맵도 상기한 도 5와 유사한 것으로 여기서는 그 예시는 생략한다.
이와 같이 철심온도(Tmf)가 측정 가능한 경우에는 코일온도(Tmc)는 철심온도 (Tmc)의 측정치와 모터(MG2)의 출력(Pm)에 의존하는 온도편차(ΔT)와의 합으로서 용이하게 추정하는 것이 가능하다. 따라서 코일저항치의 온도의존성과 같이 코일의 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 일 없이 코일온도를 추정하는 것이 가능하다.
그런데 상기 수학식 11 또는 수학식 12의 우변 제 1항의 철심온도(Tmf)를 측정할 수 없는 경우에는 외기온(Tair)으로부터 철심온도(Tmf)를 추정하는 것이 가능하다. 이때 임의의 시각(1)에 있어서의 철심온도[Tmf(1)]는 이하의 수학식 13으로 써서 나타낼 수 있다.
여기서 K41, K42는 각각 소정의 계수이다. 또한 코일(342)로부터 철심(344)에 전도되는 열은 모터의 발열량의 항[K41·PLm(i)]에서 고려되고 있다. 우변 제 3항에 포함되어 있는 외기온[Tair(i-1)]은 모터(MG2)의 상류측에 설치된 온도센서(352)(도 8)에 의해 측정된다. 또한 주행풍에 의한 냉각에 관한 풍속의 영향은 무시할 수 있을 정도이므로 우변 제 3항에서는 풍속에 의한 영향은 무시하고 있다.
상기 수학식 13에 있어서의 철심온도(Tmf)의 초기치는 모터(MG1)에 전력이 충분히 긴 기간 공급되어 있지 않은 상태에 있어서 측정된 외기온(Tair)에 소정의 온도편차(ΔT0air)를 가산함으로써 결정된다. 이 온도편차(ΔT0air)는 외기온 (Tair)의 레벨에 따라 미리 실험적으로 구해진다.
이상과 같이 제 2 모터(MG2)의 철심온도(Tmf)는 냉각재인 외기의 온도(Tair)와, 모터(MG2)의 출력(또는 모터의 통전량)에 의존하는 발열량[PLm(i)]에 의거하여 추정하는 것이 가능하다. 모터의 물리적 특성의 온도의존성을 직접 이용하는 일 없이 철심온도를 추정하는 것이 가능하다.
또 이와 같이 하여 추정된 철심온도(Tmf)를 사용하여 상기 수학식 11 또는 수학식 12를 사용하여 코일온도(Tmc)도 추정하는 것이 가능하다.
F. 냉각수의 온도추정(그 1) :
도 10은 파워트랜지스터를 냉각하기 위한 냉각시스템의 다른 구성을 나타내는 설명도이다. 도 3에 나타낸 구성과의 차이는 냉각수용 온도센서(408)를 대신하여 트랜지스터(300)의 온도(Ttr)를 측정하기 위한 온도센서(312)가 설치되어 있는 점뿐이다. 이와 같은 구성에서는 트랜지스터온도(Ttr)의 측정치로부터 냉각수온(Tw)을 추정하는 것이 가능하다.
임의의 시각(i)에 있어서의 냉각수온[Tw(i)]은 이하의 수학식 14로 써서 나타낼 수 있다.
여기서 K51, K52는 각각 소정의 계수이다. 수학식 14의 우변 제 2항은 트랜지스터로부터의 열전달에 의한 온도상승량을 표시하고 있고, 우변 제 3항은 라디에이터(404)에서의 냉각에 의한 온도저하량을 표시하고 있다.
이 수학식 14를 사용하여 냉각수온(Tw)을 추정할 때에는 통상은 온도센서를 사용하여 외기온(Tair)이 측정된다. 단, 뒤에서 설명하는 바와 같이 다른 방법으로 추정된 외기온(Tair)을 이용하여 수학식 14로부터 냉각수온(Tw)을 추정하는 것도 가능하다.
또한 상기한 수학식 (14)를 대신하여 상기한 수학식 (8)을 변형한 다음의 수학식 (15)를 사용하는 것도 가능하다.
여기서, ΔT'(Ptr)는 트랜지스터의 출력(Ptr)에 의존한 온도편차이다. 즉 냉각수온[Tw(i)]은 트랜지스터온도(Ttr)의 측정치와 트랜지스터의 출력(Ptr)에 의존하는 온도편차(ΔT)와의 차이로서 추정하는 것이 가능하다.
트랜지스터의 출력이 제로일 때에는 수학식 15의 우변 제 2항도 제로이다. 따라서 트랜지스터의 운전상태와 정지상태가 교대로 반복될 때에는 트랜지스터온도 (Ttr)와 냉각수온(Tw)은 예를 들면 도 11과 같은 변화를 나타낸다. 즉 트랜지스터의 출력이 제로일 때의 트랜지스터수온(Ttr)은 냉각수온(Tw)과 대략 같다.
이와 같은 현상을 고려하면 트랜지스터의 출력이 제로일 때의 냉각수온(Tw)은 다음의 수학식 16을 사용하여 추정할 수 있다.
여기서 Ttr(i)은 트랜지스터온도의 측정치이고, δ는 소정의 온도차이다. 이 온도차(δ)는 실험적으로 결정되는 것이나, δ= 0 으로 하여도 좋다.
이상의 여러가지 온도추정방법에서는 비교적 완만한 온도변화를 나타내는 제 1 대상물(예를 들면 냉각수 또는 스테이터철심)과, 비교적 급속한 온도변화를 나타내는 제 2 대상물(예를 들면 트랜지스터 또는 스테이터코일) 중의 한쪽의 온도로부터 다른쪽의 온도를 추정하고 있다. 제 2 대상물로서는 통전에 기인한 자체 발열하고, 발열이 없을 때에는 제 1 대상물과 거의 동일한 온도로 수속되는 성질을 가지는 것이 선택되어 있다. 또 제 1과 제 2 대상물은 서로 근방에 있어 열교환을 행하는 것이다. 여기서 「제 1과 제 2 대상물이 서로 근방에 있다」라는 관계는 양자가 직접적으로 접하고 있을 필요는 없고, 실질적인 열교환이 행하여지는 정도로 근접한 위치에 있으면 좋다.
G. 냉각수의 온도추정(그 2) :
도 12는 파워트랜지스터와 제 1 모터(MG1)를 냉각하기 위한 공통의 냉각시스템의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 냉각시스템에서는 도 10에 나타낸 시스템과는 구동회로(191, 192)와 펌프(402) 사이에 제 1 모터(MG1)의 냉각통로가 삽입되어 있는 점이 다를 뿐이고, 다른 구성은 도 10에 나타내는 시스템과 동일하다. 이와 같은 구성에 있어서도 트랜지스터온도(Ttr)의 측정치로부터 냉각수온(Tw)을 추정하는 것이 가능하다.
임의의 시각(i)에 있어서의 냉각수온[Tw(i)]은 이하의 수학식 17로 써서 나타낼 수 있다.
여기서 K61, K62, K63은 각각 소정의 계수이다. 수학식 17의 우변 제 2항은 제 1 모터(MG1)의 철손실에 의한 온도상승량과, 그 구동용 트랜지스터(300)의 발열에 의한 온도상승량과의 합을 표시하고 있다. 우변 제 3항은 제 2 모터(MG2)의 구동용 트랜지스터(300)의 발열에 의한 온도상승량을 표시하고 있다. 또 우변 제 4항은 냉각에 의한 온도저하량을 표시하고 있다.
수학식 17의 우변 제 2항은 제 1 모터(MG1)의 통전량을 실질적으로 나타내는 값(전류치 및 3상 교류 주파수, 또는 토오크 및 캐리어주파수)에 따라 미리 작성된 맵으로부터 결정된다. 또 우변 제 3항도 마찬가지로 제 2 모터(MG2)의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 따라 미리 작성된 맵으로부터 결정된다. 또한 이들 맵의 파라미터는 간략화하여도 좋다. 예를 들면 토오크와 캐리어주파수 중에 캐리어주파수의 영향은 비교적 적으므로 토오크만을 파라미터로 한 맵를 이용하여도 좋다.
수학식 17의 우변 제 4항의 외기온(Tair)을 온도센서로 측정하면, 임의의 시각(i)에 있어서의 수온(Tw)을 추정하는 것이 가능하다. 단, 본 실시형태에서는 외기온(Tair)용의 온도센서를 사용하지 않고 트랜지스터(300)에 설치된 온도센서 (312)를 사용하여 냉각수온(Tw)과 외기온(Tair)의 양쪽을 이하와 같이 하여 추정하고 있다.
도 13은 냉각수온과 외기온의 추정을 행하는 순서를 나타내는 플로우차트이다. 이 처리는 마스터제어부(270)내의 도시 생략한 CPU가 소정의 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
단계(S1)에서는 외기온(Tair)에 초기값이 설정된다. 이 초기값으로서는 임의의 온도(예를 들면 10℃)가 사용된다. 단계(S2)에서는 2개의 모터(MG1, MG2)의 토오크가 0일 때의 트랜지스터온도(Ttr)를 온도센서(312)를 사용하여 측정한다.
단계(S3)에서는 토오크 0일 때의 트랜지스터온도(Ttr)의 포락선으로부터 수온(Tw)을 다음과 같이 추정한다. 2개의 모터의 토오크가 0일 때에는 상기한 도 11에 나타내는 바와 같이 트랜지스터온도(Ttr)는 수온(Tw)으로 대략 수속된다. 따라서 이 때의 수온(Tw)은 상기한 수학식 16을 사용하여 추정할 수 있다.
단계(S4)에서는 외기온(Tair)의 초기값을 사용하여 2개의 모터의 토오크가 0일 때의 냉각수온(Tw')의 변화를 추정한다. 2개의 모터의 토오크가 0일 때의수온(Tw')의 변화는 상기 수학식 17의 우변 제 2항과 제 3항을 0으로 한 다음의 수학식 18에서 주어진다.
이 식으로부터도 이해할 수 있는 바와 같이 냉각수(CLW)는 외기로 냉각되어 도 11의 우단에 나타낸 바와 같이 서서히 저하한다. 실제의 외기온(Tair)이 단계 (S1)에서 설정된 초기값과 일치하고 있으면 수학식 16을 사용하여 추정된 수온(Tw)과, 수학식 18을 사용하여 추정된 수온(Tw')이 일치할 것이다. 따라서 단계(S5)에서는 이들 2개의 수온의 추정치(Tw, Tw')가 일치하도록 외기온(Tair)을 수정한다.
단계(S6)에서는 수정된 외기온(Tair)이 정상이라고 생각되는 소정의 범위내에 들어가 있는지의 여부가 조사된다. 예를 들면 외기온(Tair)의 정상범위로서는 -40 내지 +60℃의 범위가 설정된다. 한편 수정된 외기온(Tair)이 정상범위내에 없는 경우에는 단계(S8)에 있어서 이상인 것이 운전자에게 경고된다. 또한 이상의 원인으로서는 냉각계의 펌프(402)나 트랜지스터(300)의 온도센서(312) 등의 몇가지 원인을 생각할 수 있다.
한편 수정된 외기온(Tair)이 정상범위내에 있으면 단계(S7)로 이행하고, 이 수정된 외기온(Tair)을 사용하여 수학식 17에 의거하여 임의의 시각의 수온(Tw)을 추정할 수 있다.
또한 이 수정된 외기온(Tair)은 다음의 트립시에 있어서의 초기값으로서도사용할 수 있다. 여기서「트립」이란, 차량의 1회의 주행(키온으로부터 키오프까지)을 의미하고 있다.
이와 같이 하여 외기온(Tair)이 추정되면 2개의 모터(MGl, MG2)의 토오크가 0이 아닌 경우에도 상기 수학식 17을 사용하여 수온(Tw)을 추정할 수 있다. 또한 이 수온(Tw)으로부터 상기 수학식 7 또는 수학식 8을 사용하여 트랜지스터온도 (Ttr)를 역추정하는 것도 가능하다. 이와 같이 하여 역추정된 트랜지스터온도가 온도센서(312)에서 측정된 온도와 대폭 다른 경우에는 온도센서(312)에 이상이 발생하고 있을 가능성이 있다. 즉 추정된 수온(Tw)을 사용하여 온도센서(312)에 이상이 있는지의 여부를 검출하는 것이 가능하다.
또한 하이브리드차량에 외기온을 측정하기 위한 온도센서가 설치되는 경우에는 상기 수학식 17의 외기온(Tair)으로서 그 온도센서의 측정치를 이용하는 것이 가능하다. 또 이 외기온의 측정치와 도 13의 단계(S5)에서 얻어진 외기온의 추정치가 일치하는지의 여부에 의해 외기온센서 또는 냉각시스템에 이상이 발생하고 있는지의 여부를 검출하는 것이 가능하다.
여기서 설명한 냉각수온의 추정을 일반화하면 제 1 대상물(냉각수온)의 온도를 온도센서에서 측정된 제 2 대상물(트랜지스터 또는 외기온)의 온도를 이용하여 추정하고, 그 후 제 1 대상물의 온도와 제 2 대상물에 있어서의 온도상승성분 및 온도하강성분에 의거하여 제 2 대상물의 온도를 역추정하는 것이 가능하다. 그리고 제 2 대상물의 역추정된 온도와 온도센서로 측정된 온도의 차를 조사함으로써 이상이 발생하고 있는지의 여부를 검출하는 것이 가능하다. 또한 이상의 발생원인으로서는 제 2 대상물의 온도센서와, 제 1과 제 2 대상물의 적어도 한쪽에 대한 냉각시스템의 2개가 있다. 따라서 이들 중의 적어도 한쪽에 이상이 발생하고 있음이 검출가능하다.
또한 상기 실시형태에서 설명한 여러가지의 온도추정은 마스터제어부(270)내의 도시 생략한 CPU가 소정의 온도추정용 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 이 컴퓨터프로그램은 마스터제어부(270)내의 도시 생략한 ROM 내에 저장되어 있다. 따라서 마스터제어부(240)가 본 발명에 있어서의 추정부에 상당한다. 또한 본 발명에 있어서의 온도결정부는 각종 온도센서로 실현되고 있다. 단, 온도센서가 설치되어 있지 않은 부분의 온도를 결정하는 경우에는 마스터제어부(270)가 온도결정부로서의 기능도 실현하고 있다.
H. 변형예 :
또한 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지않는 범위에 있어서 여러가지의 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.
H1. 변형예 1 :
상기 각 실시형태에서는 플래니터리기어를 사용하여 엔진의 동력을 차축과 제 1 모터(MG1)로 분배하는 이른바 기계분배식의 하이브리드차량에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 플래니터리기어를 사용하지 않고 모터/발전기를 사용하여 전기적으로 엔진의 동력을 분배하는 이른바 전기분배식의 하이브리드차량에도 적용가능하다. 전기분배식의 하이브리드차량에 대해서는 예를 들면 본 출원인에 의해 개시된 일본국 특개평9-46965호 공보에 개시되어 있으므로 여기서는 그 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 하이브리드차량 이외의 다른 차량에도 적용가능하다. 또한 차량 이외의 여러가지의 기계나 장치에 있어서의 온도의 추정이나 이상의 검출에 적용가능하다.

Claims (8)

  1. 온도의 추정방법에 있어서,
    (a) 제 1 대상물을 특정하는 공정과,
    (b) 통전에 기인한 스스로의 발열의 유무에 따라 비교적 급속한 온도변화를 나타내고, 상기 제 1 대상물보다 비교적 급격한 온도변화를 나타내고, 상기 제 1 대상물의 근방에 있어 상기 제 1 대상물과의 사이에서 열교환을 행하고, 상기 발열이 없을 때에는 상기 제 1 대상물과 거의 동일한 온도로 수속하는 제 2 대상물(300, MG1, MG2)을 특정하는 공정과,
    (c) 상기 제 1과 제 2 대상물의 한쪽의 온도를 센서에 의하여 측정하는 공정과,
    (d) 상기 제 1과 제 2 대상물의 다른쪽의 온도를, 상기 공정(c)에서 측정된 온도와, 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 추정하는 제 1 방법에 의해서, 상기 제 1과 제 2 대상물의 다른쪽의 온도를 추정하는 공정과,
    (e) 상기 제 1과 제 2 대상물의 온도변화와는 관계없이 어떤 온도로 유지되는 제 3 대상물의 온도를 기초로 하는 제 2 방법에 의하여 상기 제 1과 제 2 대상물의 다른쪽의 온도를 추정하는 공정과,
    (f) 상기 제 1 방법에 의하여 추정된 온도와 상기 제 2 방법에 의하여 추정된 온도에 의거하여, 상기 센서 및, 상기 제 1 대상물 또는 상기 제 2 대상물에 대한 시스템 중 적어도 한쪽의 이상을 검지하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 대상물의 온도를 T1, 상기 제 2 대상물의 온도를 T2, 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 관련지워진 상기 제 2 대상물의 온도상승량을 ΔT이라 할 때,
    상기 온도상승량(ΔT)과 상기 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계가 미리 설정되어 있고,
    상기 공정(d)에 있어서의 추정이 다음식
    T2 = T1 + ΔT
    에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 대상물은 파워반도체소자(300)이고,
    상기 제 1 대상물은 상기 파워반도체소자를 냉각하기 위한 냉각재이고,
    상기 공정(d)은 미리 설정된 상기 온도상승량(ΔT)과 상기 파워반도체소자의 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계로부터 상기 파워반도체소자의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 따라 상기 온도상승량(ΔT)을 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 대상물은 전동기의 스테이터철심(344)이고,
    상기 제 2 대상물은 상기 전동기의 스테이터코일(342)이고,
    상기 공정(d)은 미리 설정된 상기 온도상승량(ΔT)과 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값과의 관계로부터 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 따라 상기 온도상승량(ΔT)을 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공정(c)은,
    상기 전동기의 스테이터를 냉각하기 위한 냉각재의 온도와,
    상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 상기 스테이터철심의 온도를 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 대상물은 전동기의 스테이터철심이고,
    상기 제 1 대상물은 상기 전동기의 스테이터를 냉각하기 위한 냉각재이고,
    상기 공정(d)은 상기 냉각재의 온도와 상기 전동기의 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하여 상기 스테이터철심의 온도를 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 대상물은 파워반도체소자(300)이고,
    상기 제 1 대상물은 파워반도체소자를 냉각하기 위한 냉각재이고,
    상기 공정(c)은 상기 파워반도체소자에 설치된 온도센서에 의해 상기 파워반도체소자의 온도를 측정하는 공정을 포함하고,
    상기 공정(d)은 상기 냉각재의 온도를 상기 파워반도체소자의 통전이 없는 상태에 있어서의 상기 파워반도체소자의 온도변화로부터 결정하는 공정을 포함하는것을 특징으로 하는 온도추정방법.
  8. 제 1과 제 2 대상물의 한쪽의 온도로부터 다른쪽의 온도를 추정하는 온도추정장치에 있어서,
    상기 제 1과 제 2 대상물의 한쪽의 온도를 센서에 의하여 측정하는 온도결정부와,
    상기 제 1과 제 2 대상물의 다른쪽의 온도를, 상기 온도결정부에서 측정된 온도와 통전량을 실질적으로 나타내는 값에 의거하는 제 1 방법 및 상기 제 1과 제 2 대상물의 온도변화와는 관계없이 어떤 온도로 유지되는 제 3 대상물의 온도를 기초로 하는 제 2 방법에 의하여 각각 추정하는 추정부를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 2 대상물(300, MG1, MG2)은 통전에 기인한 스스로의 발열의 유무에 따라 비교적 급속한 온도변화를 나타내어 제 1 대상물보다 비교적 급격한 온도변화를 나타내고, 상기 제 1 대상물의 근방에 있고 상기 제 1 대상물과의 사이에서 열교환을 행하여 상기 발열이 없을 때에는 상기 제 1 대상물과 거의 동일한 온도로 수속하는 특성을 가지고 있으며,
    상기 제 1 방법에 의하여 추정된 온도와 상기 제 2 방법에 의하여 추정된 온도에 의거하여, 상기 센서 및, 상기 제 1 대상물과 상기 제 2 대상물에 대한 시스템 중 적어도 한쪽의 이상을 검지하는 것을 특징으로 하는 온도추정장치.
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