KR102220860B1 - 기기 보호 장치 및 기기 보호 방법 - Google Patents

기기 보호 장치 및 기기 보호 방법 Download PDF

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

기기 보호 장치에 있어서, 발열체를 포함하는 기기의 냉각에 사용되는 냉매의 온도를 검출하는 제1 센서와, 기기의 온도를 검출하는 제2 센서와, 제1 센서에 의해 검출된 제1 검출 온도 및 제2 센서에 의해 검출된 제2 검출 온도에 기초하여, 기기에 대해 구동 제한을 거는 컨트롤러(10)를 구비하고, 컨트롤러(10)는, 제1 검출 온도와 제2 검출 온도 사이의 온도차를 연산하고, 온도차가 소정의 온도차 임계값보다 높은 경우에, 기기에 대해 구동 제한을 걸고, 제2 검출 온도가 소정의 제1 온도 임계값보다 높은 경우에, 기기에 대해 구동 제한을 건다.

Description

기기 보호 장치 및 기기 보호 방법
본 발명은 기기 보호 장치 및 기기 보호 방법에 관한 것이다.
온도 센서로 인버터 온도를 검출하여, 온도 변화량을 계산하고, 온도 변화량이 임계값보다 클 때에는, 인버터 온도의 수정을 행한다. 또한 수정 후의 인버터 온도에 둔화(Smoothing) 처리를 행하고, 둔화 처리의 처리 완료 온도가 상한 온도보다 높은 경우에는, 부하 제한율 설정하여, 모터의 토크에 제한을 거는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2006-230037호 공보
그러나, 주변 온도가 고온일 때는, 토크 제한이 적절한 타이밍에 걸리지 않아, 발열 부분이 고온이 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발열 부분의 온도 상승을 억제할 수 있는 기기 보호 장치 및 기기 보호 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기기의 냉각에 사용되는 냉매의 온도와 기기의 온도를 각각 검출하여, 냉매의 검출 온도와 기기의 검출 온도의 온도차를 연산하고, 온도차가 소정의 온도차 임계값보다 높은 경우에 기기에 대해 구동 제한을 걸고, 기기의 검출 온도가 소정의 온도 임계값보다 높은 경우에 기기에 대해 구동 제한을 거는 것에 의해 상기 과제를 해결한다.
본 발명에 따르면, 발열 부분의 온도 상승을 억제할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치를 포함하는 구동 시스템의 블록도다.
도 2는, 기기 보호 장치의 제어 플로우를 도시하는 흐름도다.
도 3a는, 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 3b는, 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 4a는, 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 4b는, 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 5a는, 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 5b는, 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 6a는, 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 6b는, 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타내는 그래프다.
도 7은, 본 실시 형태의 변형예에 있어서의, 온도와 상한값의 관계성을 나타내는 그래프다.
도 8은, 본 실시 형태의 변형예에 있어서의, 온도와 상한값의 관계성을 나타내는 그래프다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치는, 발열체를 포함하는 기기의 온도 상승을 억제하는 장치이다. 기기 보호 장치는, 예를 들어 차량에 탑재되는 구동 시스템에 마련되어, 구동 시스템에 포함되는 기기의 온도를 관리하면서, 기기의 온도 상승을 억제하고 있다.
이하의 설명에서는, 기기 보호 장치가 차량용 구동 시스템에 마련된 예를 설명한다. 또한, 기기 보호 장치는, 반드시 구동 시스템에 마련할 필요는 없고, 발열 부분을 포함한 다른 시스템에 마련되어도 된다. 또한 기기 보호 장치는, 차량에 한하지 않고 다른 장치에 마련되어도 된다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치를 포함하는 구동 시스템의 블록도다. 구동 시스템은, 전원(1), 부하(2), 전력 변환 장치(3), 냉각 장치(4) 및 컨트롤러(10)를 구비하고 있다.
전원(1)은, 차량 전력원이며, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지를 병렬 또는 직렬로 접속한 전지군이다. 부하(2)는, 모터(전동기)이며, 차륜에 대해 회전력을 부여하도록 차륜과 연결되어 있다. 부하(2)에는, 예를 들어 3상 교류 모터가 사용된다.
전력 변환 장치(3)는, 전원(1)과 부하(2) 사이에 접속되어 있다. 전력 변환 장치(3)는, 인버터 회로 및 제어 회로 등을 갖고 있다. 인버터 회로는, IGBT 등의 스위칭 소자를 브리지 형상으로 접속한, 2상 3상 변환을 가능하게 하는 회로이다. 인버터 회로는, 부하(2)와 전원(1) 사이에 접속되어 있다. 인버터 회로는, 복수의 스위칭 소자를 직렬로 접속한 직렬 회로를, 3상분 병렬로 접속하고 있다. 인버터 회로에 있어서, 상부 암의 스위칭 소자와 하부 암의 스위칭 소자 사이의 각 접속점은, 모터측의 UVW상(相)의 출력 단자에 접속되어 있다. 또한, 인버터 회로는, 평활 콘덴서를 갖고 있다. 평활 콘덴서는, 전원(1)의 입출력 전압을 평활하게 하여, 브리지 형상의 스위칭 소자의 회로와 전원(1)측의 접속 단자 사이에 접속되어 있다.
전력 변환 장치(3)는, 장치의 내부 온도를 검출하기 위한 온도 센서(21)를 갖고 있다. 전력 변환 장치(3)는, 인버터 회로에 포함되는 스위칭 소자의 온, 오프를 전환함으로써 전력 변환을 행한다. 스위칭 소자가 온, 오프 동작을 행하면, 스위칭 손실 등에 의해 발열된다. 스위칭 소자는 파워 모듈로서 모듈화되어 있고, 전력 변환 장치(3)의 내부에 마련되어 있다. 온도 센서(21)는, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 상승되는 파워 모듈의 온도를 검출하고 있다. 온도 센서(21)는 파워 모듈에 설치되어 있다. 온도 센서(21)는 검출값을 컨트롤러(10)로 출력한다. 또한, 온도 센서(21)의 검출값은, 전력 변환 장치(3) 내의 컨트롤러를 통하여, 컨트롤러(10)로 출력되어도 된다. 또한, 온도 센서(21)는, 파워 모듈에 한하지 않고, 전력 변환 장치(3)의 다른 내부 부품의 온도를 검출할 수 있도록, 전력 변환 장치에 마련되어도 된다.
냉각 장치(4)는, 전력 변환 장치(3) 내에 냉매를 순환시킴으로써, 전력 변환 장치(3)를 냉각한다. 냉각 장치(4)는, 냉매를 출력하기 위한 펌프, 냉매량을 조정하기 위한 조정 밸브, 열 교환기 등을 갖고 있다. 냉각 장치(4)와 전력 변환 장치(3) 사이는, 냉매를 통과시키는 유로로 접속되어 있다. 유로는, 냉각 장치(4)로부터 나와, 전력 변환 장치의 내부를 지나, 냉각 장치(4)로 되돌아가도록 형성되어 있다. 냉매는, 파워 모듈의 냉각에 사용되며, 물 등의 액체, 냉매 가스 등이다.
냉각 장치(4)는, 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(22)를 갖고 있다. 온도 센서(22)는 유로에 마련되어 있다. 온도 센서(22)는, 검출값을 컨트롤러(10)로 출력한다.
컨트롤러(10)는, 기기 보호 장치의 제어 처리를 실행하는 컴퓨터이며, 온도 센서(21)의 검출 온도 및 온도 센서(22)의 검출 온도에 기초하여 전력 변환 장치(3)를 제어함으로써, 전력 변환 장치(3)를 보호한다. 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3)를 보호하기 위한 제어를 실행시키는 프로그램이 저장된 ROM(Read Only Memory)과, 이 ROM에 저장된 프로그램을 실행하기 위한 CPU(Central Processing Unit)와, 액세스 가능한 기억 장치로서 기능하는 RAM(Random Access Memory)을 구비한다. 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3) 내의 컨트롤러와 신호선으로 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3) 내에 마련되며, 컨트롤러(10)가, 스위칭 동작을 제어하는 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 컨트롤러(10)는, 파워 모듈 내의 스위칭 소자를 직접 제어해도 된다.
다음에, 컨트롤러(10)에 의한 전력 변환 장치(3)를 보호하기 위한 제어 플로우를, 도 2를 사용하여 설명한다. 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3)의 구동 중, 이하의 제어 플로우를 소정의 주기로 실행하고 있다.
스텝 S1에서, 컨트롤러(10)는, 온도 센서(22)를 사용하여, 냉매의 온도(T1)를 검출한다. 스텝 S2에서, 컨트롤러(10)는, 온도 센서(21)를 사용하여, 전력 변환 장치(3)의 파워 모듈의 온도(기기 온도: T2)를 검출한다.
스텝 S3에서, 컨트롤러(10)는, 검출된 냉매 온도(T1)와 검출된 기기 온도(T2)의 차분을 구함으로써, 온도차(ΔT=T2-T1)를 연산한다.
스텝 S4에서, 컨트롤러(10)는, 온도차와 소정의 온도차 임계값(ΔT_th)을 비교한다. 온도차 임계값(ΔT_th)은 미리 설정된 임계값이다. 후술하는 바와 같이 환경 온도가 낮은 경우에는, 기기의 온도 상승의 속도는, 냉매의 온도 상승의 속도보다 빠르고, 온도차의 상승도 빨라진다. 온도차 임계값(ΔT_th)은, 저온 상태에서 전력 변환 장치(3)의 온도가 상승되는 상태에서, 전력 변환 장치(3)의 온도가 허용 온도에 도달하기 전에, 전력 변환 장치(3)에 대해 구동 제한을 가하는 타이밍을, 온도차로 나타내고 있다.
온도차(ΔT)가 온도차 임계값(ΔT_th) 이하인 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S5의 제어 플로우를 실행한다. 한편, 온도차(ΔT)가 온도차 임계값(ΔT_th)보다 큰 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S6의 제어 플로우를 실행한다.
스텝 S5에서, 컨트롤러(10)는, 기기 온도(T2)와 온도 임계값(T_th1)을 비교한다. 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th1)보다 높은 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S6의 제어 플로우를 실행한다. 한편, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th1) 이하인 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S8의 제어 플로우를 실행한다. 온도 임계값(T_th1)은, 후술하는 제1 보호 처리를 실행할지 여부를 판정하기 위한 임계값이며, 온도차 임계값(ΔT_th)보다 높은 온도로 설정되어 있다. 온도차 임계값(ΔT_th)은 저온 환경용 임계값이며, 온도 임계값(T_th1)은 고온 환경용 임계값이다.
스텝 S6에서, 컨트롤러(10)는, 현재의 모터의 구동 상태에 기초하여, 스위칭 주파수의 제한이 가능한지 여부를 판정한다. 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3)로부터, 모터 회전수를 취득함으로써, 모터의 구동 상태를 확인한다. 스위칭 주파수는, 스위칭 소자의 온, 오프를 제어할 때의 캐리어 주파수이다. 온도차(ΔT)가 온도차 임계값(ΔT_th)보다 높은 경우, 또는 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T1_th1)보다 높은 경우에는, 파워 모듈의 온도 상승을 억제하기 위해, 파워 모듈에 대해 구동 제한을 건다. 파워 모듈에 구동 제한을 걸게 되면, 모터의 구동에도 제한이 걸린다. 구동 제한은, 캐리어 주파수를 현재의 주파수보다 낮게 함으로써 실행된다. 그러나, 모터의 회전수가 높은 상태에서 스위칭 주파수를 낮게 설정한 경우에는, 제어 발산할 가능성이 있다. 그래서, 스텝 S6의 제어 플로우에서는, 모터의 구동 상태가, 스위칭 주파수를 낮게 설정할 수 있는 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 현재의 모터 회전수와 회전수 임계값을 비교하여, 현재의 모터 회전수(N)가 회전수 임계값(Nth)보다 낮은 경우에는 스위칭 주파수를 제한할 수 있다고 판정하고, 현재의 모터 회전수가 회전수 임계값 이상인 경우에는 스위칭 주파수를 제한할 수 없다고 판정한다. 회전수 임계값은 미리 설정되어 있고, 모터의 토크에 따른 값으로 해도 된다.
스위칭 주파수를 제한할 수 있다고 판정된 경우에는, 스텝 S7에서, 컨트롤러(10)는 제1 보호 처리를 실행한다. 제1 보호 처리는, 스위칭 주파수에 제한을 걸어서, 모터에 대해 구동 제한을 건다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3)로부터 현재의 모터의 출력 토크 및 모터 회전수를 취득한다. 선택 가능한 스위칭 주파수는 미리 설정되어 있고, 모터의 구동 상태에 따라, 선택 가능한 스위칭 주파수가 다르다.
예를 들어, 선택 가능한 스위칭 주파수로서, 세 주파수(fsw1, fsw2, fsw3)가 미리 설정되어 있다. 단, 주파수(fsw3)가 가장 높고, 주파수(fsw1)가 가장 낮다. 또한, 회전수 임계값보다 낮은 회전수 임계값(Nth_L)이 미리 설정되어 있다. 그리고, 모터의 현재의 회전수에 따라, 선택 가능한 스위칭 주파수가 결정된다. 모터의 현재의 회전수 N이 회전수 임계값(Nth)보다 높은 경우에는, 선택 가능한 스위칭 주파수는 fsw3뿐이며, 스위칭 주파수의 제한을 할 수 없는 상태에 상당한다. 모터의 현재의 회전수가 회전수 임계값(Nth) 이하이고, 회전수 임계값(Nth_L)보다 높은 경우에는, 선택 가능한 스위칭 주파수는, 주파수(fsw3) 및 주파수(fsw2)이다. 그리고, 예를 들어 현재의 캐리어 주파수가 주파수(fsw2)보다 높고 주파수(fsw3)보다 낮은 경우에는, 컨트롤러(10)는, 캐리어 주파수를 주파수(fsw2)로 설정하여, 캐리어 주파수에 대해 제한을 건다. 또한, 모터의 현재의 회전수가 회전수 임계값(Nth_L) 이하인 경우에는, 선택 가능한 스위칭 주파수는, 주파수(fsw1), 주파수(fsw2), 주파수(fsw3)이다. 예를 들어, 현재의 캐리어 주파수가 주파수(fsw3)보다 높은 경우에는, 컨트롤러(10)는, 캐리어 주파수를 주파수(fsw3)로 설정하여, 캐리어 주파수에 대해 제한을 건다. 즉, 컨트롤러(10)는, 모터의 현재의 회전수에 따라 선택 가능한 스위칭 주파수가 복수인 경우에는, 현재의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수로 설정한다. 이에 따라, 손실이 억제되고, 파워 모듈의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 선택 가능한 스위칭 주파수는, 모터 회전수에 한하지 않고, 모터의 토크에 의해 결정해도 된다.
스텝 S8에서, 컨트롤러(10)는, 기기 온도(T2)와 온도 임계값(T_th2)을 비교한다. 온도 임계값(T_th2)은, 후술하는 제2 보호 처리를 실행할지 여부를 판정하기 위한 임계값이며, 온도 임계값(T_th1)보다 높은 온도로 설정되어 있다. 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)보다 높은 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S9의 제어 플로우를 실행한다. 한편, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2) 이하인 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S10의 제어 플로우를 실행한다.
스텝 S9에서, 컨트롤러(10)는, 제2 보호 처리를 실행한다. 제2 보호 처리는, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점의 요구 토크를, 모터로부터의 최대 출력으로 설정함으로써, 모터로부터의 출력 토크에 제한을 건다. 구체적으로는, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 경우에, 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3)의 컨트롤러에 대해, 요구 토크에 따른 토크 명령값의 상한을 현재의 토크 명령값으로 하도록, 명령 신호를 송신한다. 전력 변환 장치(3)의 컨트롤러는, 명령 신호를 수신하였을 때, 현재의 토크 명령을 상한값으로 설정한다. 상한값이 설정된 후에, 운전자의 액셀러레이터 조작에 의해, 토크 명령의 상한값을 초과하는 요구 토크가 입력된 경우에도, 컨트롤러는, 토크 명령값을 상한값으로 제한한 후에, 모터의 현재의 회전수, 모터의 현재의 전류에 따른 스위칭 신호를 생성하여, 스위칭 소자를 제어한다. 이에 의해, 요구 토크에 제한이 가해지기 때문에, 모터의 출력 토크가 억제되어, 그 결과로서, 파워 모듈의 온도가 억제된다.
스텝 S10에서, 컨트롤러(10)는, 기기 온도(T2)와 상한 온도(T_fail)를 비교한다. 상한 온도(T_fail)는, 파워 모듈에 허용되는 온도의 상한값을 나타내고 있어, 온도 임계값(T_th1) 및 온도 임계값(T_th2)보다 높은 온도로 설정되어 있다. 기기 온도(T2)가 상한 온도(T_fail)보다 높은 경우에는, 컨트롤러(10)는 스텝 S11의 제어 플로우를 실행한다. 한편, 기기 온도(T2)가 상한 온도(T_fail) 이하인 경우에는, 컨트롤러(10)는 제어 플로우를 종료한다.
스텝 S11에서, 컨트롤러(10)는, 전력 변환 장치(3) 내의 컨트롤러에 대해, 모터를 강제적으로 정지시키는 취지의 페일 세이프 신호를 송신한다. 전력 변환 장치(3) 내의 컨트롤러는, 페일 세이프 신호를 수신한 경우에는, 전력 변환 장치(3)의 동작을 정지시킨다(페일 세이프 처리). 이에 따라, 파워 모듈이 상한값을 초과하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b를 사용하여, 제1 보호 처리와 온도의 관계에 대해 설명한다. 도 3a, 도 3b는 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내며, 도 4a, 도 4b는 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타낸다. 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 있어서, 그래프 a는 온도차(ΔT)의 특성을 나타내고, 그래프 b는 온도 센서(22)에서 검출되는 냉매 온도(T1)를 나타내고, 그래프 c는 온도 센서(21)에서 검출되는 기기 온도(T2)를 나타내고, 그래프 d는 스위칭 소자의 실제 온도(Tsw)를 나타낸다. 또한 횡축은 시간을 나타내며, 종축은 온도의 크기를 나타낸다. 도 3a 및 도 4a는, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치를 구동 시스템에 마련하지 않을 때의 특성(비교예)을 나타내고 있다. 도 3b 및 도 4b는, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치를 구동 시스템에 마련하였을 때의 특성을 나타내고 있다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 환경 온도가 낮을 때에는, 기기 온도(T2)는, 시각 t2의 시점에서 온도 임계값(T_th1)에 도달한다. 한편, 온도차(ΔT)는, 시각 t2보다 빠른 시각 t1의 시점에서, 온도차 임계값(ΔT_th)에 도달한다. 즉, 저온 시에는, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th1)에 도달하기 전에, 냉매 온도와 기기 온도 사이의 온도차가 넓어지고, 온도차(ΔT)는 온도차 임계값(ΔT_th)에 도달한다. 그리고, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 온도차(ΔT)가 온도차 임계값(ΔT_th)에 도달한 시점에서, 제1 보호 처리가 실행되기 때문에, 스위칭 소자의 온도가 고온이 되기 전에 손실이 저감되고, 스위칭 소자 온도(Tsw)를 억제할 수 있다. 한편, 제1 보호 처리를 실행하지 않는 비교예에서는, 시각 t1 이후도, 스위칭 소자 온도(Tsw)는 계속해서 상승한다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 환경 온도가 높을 때에는, 온도차(ΔT)가 온도차 임계값(ΔT_th)에 도달하는 시점(시각 t4)보다 먼저, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th1)에 도달한다(시각 t3). 그리고, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 온도차(T2)가 온도 임계값(T_th1)에 도달한 시점에서, 제1 보호 처리가 실행되기 때문에, 스위칭 소자의 온도가 고온이 되기 전에 손실이 저감되고, 스위칭 소자 온도(Tsw)를 억제할 수 있다.
다음에, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b를 사용하여, 제2 보호 처리와 온도의 관계에 대해 설명한다. 도 5a, 도 5b는 환경 온도가 저온(TL)일 때의 온도 특성을 나타내고, 도 6a, 도 6b는 환경 온도가 고온(TH)일 때의 온도 특성을 나타낸다. 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b에 있어서, 그래프 a는 온도차(ΔT)의 특성을 나타내고, 그래프 b는 온도 센서(22)에서 검출되는 냉매 온도(T1)를 나타내고, 그래프 c는 온도 센서(21)에서 검출되는 기기 온도(T2)를 나타내고, 그래프 d는 스위칭 소자의 실제 온도(Tsw)를 나타낸다. 또한 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 온도의 크기를 나타낸다. 도 5a 및 도 6a는, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치가 제1 보호 처리만을 한 경우의 특성을 나타내고 있고, 도 5b 및 도 6b는, 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치가 제1 보호 처리 및 제2 보호 처리를 한 경우의 특성을 나타내고 있다.
도 5a에 나타내는 바와 같이, 제1 보호 처리 후에, 파워 모듈의 온도가 계속해서 상승한 경우에는, 기기 온도(T2)가 시각(t5)의 시점에서 상한 온도(T_fail)에 도달하기 위해, 페일 세이프 처리가 실행된다. 한편, 본 실시 형태에서는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 기기 온도(T2)가 상한 온도(T_fail)에 도달하기 전에, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점에서, 제2 보호 처리가 실행되고, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점의 출력을 상한으로 하여, 토크 제한이 걸린다. 이에 의해, 스위칭 소자의 온도 상승을 억제하고, 전력 변환 장치(3)의 동작 가능한 시간을 연장시킬 수 있다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 제1 보호 처리 후에, 파워 모듈의 온도가 계속해서 상승한 경우에는, 기기 온도(T2)가 시각(t6)의 시점에서 상한 온도(T_fail)에 도달하기 위해, 페일 세이프 처리가 실행된다. 한편, 본 실시 형태에서는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 기기 온도(T2)가 상한 온도(T_fail)에 도달하기 전에, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점에서, 제2 보호 처리가 실행되고, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점의 출력을 상한으로 하여, 토크 제한이 걸린다. 이에 의해, 환경 온도의 고온 시도, 스위칭 소자의 온도 상승을 억제하고, 전력 변환 장치(3)의 동작 가능한 시간을 연장시킬 수 있다.
상기와 같이 본 실시 형태에 관한 기기 보호 장치는, 파워 모듈 등의 기기의 냉각에 사용되는 냉매의 온도와 기기의 온도를 각각 검출하여, 냉매의 검출 온도와 기기의 검출 온도의 온도차를 연산하고, 온도차가 온도차 임계값(ΔTth)보다 높은 경우에 기기에 대해 구동 제한을 걸고, 기기의 검출 온도가 온도 임계값(T_th1)보다 높은 경우에 기기에 대해 구동 제한을 건다. 이에 의해, 발열체의 온도 상승을 억제하고, 발열체 또는 기기 가해지는 열부하를 억제할 수 있다. 또한 기기의 동작 시간을 늘릴 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 기기의 검출 온도가 온도 임계값(T_th2)보다 높은 경우에는, 기기의 검출 온도가 상승해 온도 임계값(T_th2)에 도달한 시점의 출력을, 기기로부터의 최대 출력으로 설정한다. 이에 의해, 발열체의 온도를 높이는 직접적인 원인으로 되고 있는 출력을 제한하고, 기기의 동작 가능한 시간을 확대할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 기기의 구동 제한으로서, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를, 현재의 주파수보다 낮은 주파수로 설정한다. 이에 따라, 손실을 저감시킴으로써, 전력 변환 장치의 출력에 제한을 걸지 않고, 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 구동 제한으로서, 모터의 회전수에 따라, 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 제한을 건다. 이에 의해, 모터 회전수에 따른 최적의 주파수를 설정하고, 제어 발산을 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 기기의 검출 온도가 온도 임계값(T_fail) 이상인 경우에는, 기기의 동작을 정지시킨다. 이에 의해, 기기에 이상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 변형예로서, 제2 보호 처리는, 모터로부터의 상한 출력을 제1 제한값으로 설정하고, 모터의 출력에 제한을 건 후에, 기기 온도가 상승하는 경우에는, 모터로부터의 상한 출력을, 제2 제한값보다 낮은 값으로 설정한다. 도 7은, 기기 온도와, 모터로부터의 상한 출력의 제한값의 관계를 나타내는 그래프다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2) 이하인 경우에는, 모터로부터의 상한 출력이 Pth1로 설정된다. 그 때문에, 모터로부터의 출력은 상한값(Pth1) 이하로 억제된다. 또한, 모터로부터의 출력을 상한값(Pth1)으로 제한한 상태에서, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)보다 높아지는 경우에는, 컨트롤러(10)는, 도 7에 도시하는 관계성에 기초하여, 모터로부터의 상한 출력에 대해 가일층 제한이 걸린다. 컨트롤러(10)는, 도 7의 관계성을 나타내는 맵을 기억하고 있다. 컨트롤러(10)는, 맵을 참조하면서, 기기 온도(T2>T_th2)에 대응하는 상한값(Pth)을 특정하고, 특정된 상한값으로, 모터로부터의 출력에 제한을 가한다. 이에 따라, 변형예에 관한 보기 기호 장치는, 발열체의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 출력을 완전히 멈추고 있지 않기 때문에, 최저한의 동력 성능은 유지할 수 있다.
또한, 기기 온도와 상한값의 관계성은, 도 8의 그래프로 나타내는 바와 같은 관계성이어도 된다. 도 8에서는, 기기 온도(T2)가 온도 임계값(T_th2)보다 높아짐에 따라, 모터로부터의 출력의 상한값이 비례 관계로 작아지게 되어 있다.
1: 전원
2: 부하
3: 전력 변환 장치
4: 냉각 장치
10: 컨트롤러
21, 22: 온도 센서

Claims (7)

  1. 발열체를 포함하는 기기의 냉각에 사용되는 냉매의 온도를 검출하는 제1 센서와,
    상기 기기의 온도를 검출하는 제2 센서와,
    상기 제1 센서에 의해 검출된 제1 검출 온도, 및 상기 제2 센서에 의해 검출된 제2 검출 온도에 기초하여, 상기 기기에 대해 구동 제한을 거는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 검출 온도와 상기 제2 검출 온도 사이의 온도차를 연산하고,
    상기 온도차가 소정의 온도차 임계값보다 높은 경우에, 상기 기기에 대해 상기 구동 제한을 걸고,
    상기 온도차가 상기 소정의 온도차 임계값보다 낮고, 또한, 상기 제2 검출 온도가 소정의 제1 온도 임계값보다 높은 경우에, 상기 기기에 대해 상기 구동 제한을 걸고,
    상기 제2 검출 온도가 소정의 제2 온도 임계값보다 높은 경우에, 상기 제2 검출 온도가 상승해 상기 제2 온도 임계값에 도달한 시점의 출력을, 상기 기기로부터의 최대 출력으로 설정하는 기기 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기기는 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제2 센서는, 상기 스위칭 소자의 온도를 검출하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 구동 제한으로서, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를, 현재의 주파수보다 낮은 주파수로 설정하는, 기기 보호 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기기는, 모터에 접속된 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제2 센서는, 상기 스위칭 소자의 온도를 검출하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 구동 제한으로서, 상기 모터의 회전수에 따라, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 제한을 거는, 기기 보호 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 구동 제한으로서 상기 기기로부터의 상한 출력을 제1 제한값으로 설정하고,
    상기 기기로부터의 출력에 제한을 건 후에, 상기 제2 검출 온도가 상승하는 경우에는, 상기 기기로부터의 상한 출력을, 상기 제1 제한값보다 낮은 제2 제한값으로 설정하는, 기기 보호 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 검출 온도가 소정의 상한값 이상인 경우에는, 상기 기기의 동작을 정지시키는, 기기 보호 장치.
  6. 프로세서를 사용하여, 발열체를 포함하는 기기를 보호하는 보호 방법에 있어서,
    제1 센서를 사용하여, 상기 기기의 냉각에 사용되는 냉매의 온도를 검출하고,
    제2 센서를 사용하여, 상기 기기의 온도를 검출하고,
    상기 제1 센서에 의해 검출된 상기 냉매의 검출 온도와, 상기 제2 센서에 의해 검출된 상기 기기의 검출 온도의 온도차를 연산하고,
    상기 온도차가 소정의 온도차 임계값보다 높은 경우에, 상기 기기에 대해 구동 제한을 걸고,
    상기 온도차가 상기 소정의 온도차 임계값보다 낮고, 또한, 상기 기기의 검출 온도가 소정의 제1 온도 임계값보다 높은 경우에, 상기 기기에 대해 상기 구동 제한을 걸고,
    상기 기기의 검출 온도가 소정의 제2 온도 임계값보다 높은 경우에, 상기 기기의 검출 온도가 상승해 상기 제2 온도 임계값에 도달한 시점의 출력을, 상기 기기로부터의 최대 출력으로 설정하는 기기 보호 방법.
  7. 삭제
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