WO2011138827A1

WO2011138827A1 - 電源制御システム

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Publication number: WO2011138827A1
Application number: PCT/JP2010/057764
Authority: WO
Inventors: 成北澤; 芳和大野; 拓也上野
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-10

Abstract

　電源制御システム(１０)は、制御装置(６０)と、その制御対象の電源システムを含む。電源システムは、高電圧蓄電装置(１２)と、インバータ部(１４)と、ＤＣ／ＤＣコンバータ(５０)と、低電圧蓄電装置(２６)と、インバータ部(１４)の制御用の制御基板(２０)に搭載される各部品を含んで構成される。制御装置(６０)は、通常のＤＣ／ＤＣコンバータ作動制御の他に、制御基板(２０)に設けられる温度センサ(２２)によって制御基板温度を取得する制御基板温度取得処理部(６２)と、取得された制御基板温度が高いときにＶ_DCDCを通常の制御のときの値よりも制限する出力制限処理部(６４)を含んで構成される。制御基板温度は、インバータ筐体(３０)を冷却する冷媒の温度等から推定される値を用いることもできる。

Description

電源制御システム

　本発明は、電源制御システムに係り、特にインバータ回路制御用のインバータ制御基板搭載部品を含む電源制御システムに関する。

　交流電力と直流電力とを扱う電源回路としては、直流電圧変換を行う昇圧コンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧変換器、直流電力と交流電力の間の変換を行うインバータ回路等がある。これらは、それぞれ作動に伴う過熱、過大電圧、過大電流等が生じ得るので、それによる損傷等が起こらないように、様々な保護の工夫がされている。

　例えば、特許文献１には、太陽電池を例とする交流電力供給システムにおいて、その発電出力を日射変動に関係なく最大限に活用するために、発電電圧と発電電流を検出し、最大出力点で出力する制御が行われていることを述べ、このような制御の下でインバータの出力電圧が負荷である誘導電動機の最大許容電圧を超えないように、インバータの動作を制御することが開示されている。

　また、特許文献２には、温度検出回路を備えたインバータ回路装置について、インバータ回路を構成するスイッチング素子およびドライバ回路が取り付けられているアルミニウムの放熱兼用配線基板にサーミスタを設け、その温度検出信号に応じて、パルス幅変調された矩形波を制御し、モータに温度の変化に応じたモータ電流を流すことが述べられている。

　また、特許文献３には、回転電機制御システムとして、回転電機を駆動するインバータのスイッチング素子のそれぞれにサーミスタまたはダイオードの温度センサを設け、所定の温度を超えると、パルス幅変調制御から矩形波制御に切り替えることが述べられている。

　また、特許文献４には、発電機が制動エネルギを電気エネルギに変換してコンデンサを充電し、充電された電力について昇降圧回路を介してバッテリに充電する電源システムにおいて、コンデンサの両端電圧とバッテリの両端電圧とに基いて昇降圧回路の出力を制限して、昇降圧回路の発熱を抑制することが述べられている。なお、昇降圧回路の近傍に設けられた温度センサの温度検出を利用して昇降圧回路の出力制限を行う実施の形態も述べられている。

　また、特許文献５には、インバータ装置におけるスイッチング素子の過熱保護方法として、インバータ装置の出力電流と制御率と出力周波数に基いてスイッチング素子の損失を求め、これとスイッチング素子の過渡熱インピーダンスとに基いてスイッチング素子ジャンクション温度を求め、この値が設定温度を超えないようにインバータ装置の出力電流制御を行うことが述べられている。

　特許文献６には、高電圧バッテリから補機バッテリである低電圧バッテリの間の降圧を行うＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、温度センサの検出温度が過熱領域とされるところにある場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置の出力電流制限と出力電圧制限を行って、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置の半導体パワースイッチング素子の過熱を抑止することが述べられている。

特開２００４－２６６９２１号公報特開２００４－４０９２２号公報特開２００９－２３２６０４号公報特開２００７－１３５２８４号公報特開平９－２３３８３２号公報特開２００６－２７１１３６号公報

　このように、昇圧コンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ回路、及びこれらを構成する部品等の保護についてはさまざまな従来技術がある。ところで、インバータ回路を制御するためのインバータ制御回路は、例えば、制御ＩＣ、フォトカプラ、トランス、コンデンサ等の部品が制御基板に搭載されて構成される。これらの部品は、インバータ回路の制御に関わるものであるので、損傷等が生じると影響が大きい。しかしながら、制御基板自体があまり大きなスペースを取れないこともあり、各部品について１つ１つ保護手段を講じることが容易ではない。このように、インバータ制御回路に搭載される部品の保護については課題が残されている。

　本発明の目的は、インバータ制御基板に搭載される部品の保護を可能にする電源制御システムを提供することである。

　本発明に係る電源制御システムは、高電圧蓄電装置とインバータ回路とを含む高電圧電源回路と、低電圧蓄電装置と、低電圧蓄電装置と接続され、高電圧蓄電装置の端子間電圧を所定の補機電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、補機電圧で作動するインバータ回路制御用部品を搭載するインバータ制御基板と、インバータ制御基板の温度である制御基板温度を取得する温度取得部と、ＤＣ／ＤＣコンバータの作動を制御する制御部と、を備え、制御部は、制御基板温度が予め定めた閾値温度以上のときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制限してインバータ回路制御用部品の自己発熱を抑制する出力制限手段を有することを特徴とする。

　また、本発明に係る電源制御システムにおいて、制御部は、低電圧蓄電装置の端子間電圧が予め定めた閾値電圧未満のときには、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行わないことが好ましい。

　また、本発明に係る電源制御システムにおいて、温度取得部は、インバータ回路を冷却する冷媒温度に基いて制御基板温度を推定して取得することが好ましい。

　また、本発明に係る電源制御システムにおいて、温度取得部は、インバータ回路の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定して取得することが好ましい。

　また、本発明に係る電源制御システムにおいて、温度取得部は、高電圧蓄電装置の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定して取得することが好ましい。

　上記構成により、電源制御システムは、補機電圧で作動するインバータ回路制御用部品を搭載するインバータ制御基板の温度である制御基板温度を取得し、制御基板温度が予め定めた閾値温度以上のときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制限してインバータ回路制御用部品の自己発熱を抑制する。これによって、インバータ回路制御用の制御基板搭載部品の保護を図ることができる。

　また、電源制御システムにおいて、低電圧蓄電装置の端子間電圧が予め定めた閾値電圧未満のときには、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行わない。あまりＤＣ／ＤＣコンバータの出力制限をすると、補機電圧で作動する電気機器一般について電力を供給する低電圧蓄電装置の負担が重くなり、補機電圧で作動する他の電気機器への影響が生じ得る。上記構成によれば、低電圧蓄電装置の端子間電圧が閾値電圧未満のときにはＤＣ／ＤＣコンバータの出力制限を行わないこととするので、これによって、制御基板搭載部品の保護と、他の電気機器の作動との兼ね合いのバランスを取ることができる。

　また、電源制御システムにおいて、インバータ回路を冷却する冷媒温度に基いて制御基板温度を推定する。また、電源制御システムにおいて、インバータ回路の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定する。また、電源制御システムにおいて、高電圧蓄電装置の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定する。制御基板は上記のようにあまりスペースを取れないため、制御基板温度を検出する温度センサを設けることが容易ではないことがある。上記構成によれば、制御基板温度検出センサを用いることなく、制御基板温度を推定できるので、これらに基いてＤＣ／ＤＣコンバータの出力制限の制御を行うことが可能になる。

本発明に係る実施の形態の電源制御システムの構成を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、通常のときのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制御の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、制御基板温度が高温となったときのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、制御基板温度が高温で、低電圧蓄電装置である補機バッテリの電圧が低下したときのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制御の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、制御基板温度とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、低電圧蓄電装置の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、インバータ筐体を冷却する冷媒の温度に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行う様子を説明する図である。図８について、インバータ筐体を冷却する冷媒の温度とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、インバータ出力電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行う様子を説明する図である。図１０について、インバータ出力電流積分値とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態の電源制御システムにおいて、高電圧蓄電装置電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行う様子を説明する図である。図１２について、高電圧蓄電装置電流積分値とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を説明する図である。

　以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電源システムとしてハイブリッド車両に搭載され、１台の回転電機を負荷とするものを説明するが、これは例示であって、複数の回転電機であってもよく、車両は燃料電池を搭載する電気自動車であってもよい。また、車両搭載用途以外の電源システムであってもよい。

　また、以下では、電源システムとして、高電圧蓄電装置、電圧変換器、インバータ回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、低電圧蓄電装置を含むものとして説明するが、これは主たる構成要素を述べたもので、これ以外の構成要素を含むものとしてもよい。例えば、低電圧インバータ回路、システムメインリレー等を含むものとしてもよい。また、インバータ回路用の制御基板搭載部品として、制御ＩＣ、フォトカプラ、トランス、コンデンサを説明するが、勿論、これらは説明のための例示であって、これ以外の回路部品を搭載するものとしてもよい。

　以下で述べる温度、電圧等は、説明のための例示であり、電源システムの仕様等に応じ、適宜変更が可能である。

　以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

　図１は、電源制御システム１０の構成を説明する図である。この電源制御システム１０は、ハイブリッド車両に搭載される電源システムの制御を行うもので、図１では、電源制御システム１０の構成要素ではないが、高電圧で作動する負荷としての回転電機６と、低電圧で作動する負荷としてのその他補機８が示されている。

　回転電機６は、高電圧で作動し、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電源回路側から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。

　すなわち、回転電機６は、車両走行の力行のときには、電源回路側から供給される交流電力によってモータとして機能する。そして制動時には、発電機として機能して回生エネルギを回収し、電源回路側に供給する。

　図１でその他補機８として示してあるのは、低電圧で作動する機器のうち、制御基板２０に搭載される部品以外のものを総称したものである。その他補機８としては、ワイパ用やウィンド開閉用の小型モータ、オーディオ機器、照明器具、表示機器等の他に、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃ　Ｃｏｎｔｏｒｌ　Ｕｎｉｔ）等が含まれる。

　電源制御システム１０は、大別して、制御装置６０と、その制御対象の電源システムを含む。図１では、上記の回転電機６、その他補機８と、制御装置６０を除く要素が電源システムを構成する。

　電源システムは、高電圧蓄電装置１２と、インバータ部１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、図１では補機バッテリとして示されている低電圧蓄電装置２６を主な構成要素として含むが、ここでは、この他に、特に、インバータ部１４の制御用の制御基板２０と、これに搭載される各部品を含んで説明する。

　高電圧蓄電装置１２は、充放電可能な高電圧用２次電池である。高電圧蓄電装置１２としては、例えば、約２００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子電圧を得るようにしたものである。高電圧蓄電装置１２は、電源システムの中の主電源であるので、高圧バッテリ、あるいは単にバッテリと呼ばれることがある。

　図１において、高電圧蓄電装置１２の負極側母線に設けられる電流センサ４２は、高電圧蓄電装置１２からの放電電流、または高電圧蓄電装置１２への充電電流であるバッテリ電流Ｉ_Bを検出するバッテリ電流検出手段である。電流センサ４２が検出するバッテリ電流Ｉ_Bは、適当な信号線を用いて制御装置６０に伝送される。

　インバータ部１４は、高電圧直流電源である高電圧蓄電装置１２を、交流駆動される回転電機６の作動に適した交流駆動信号に変換する機能を有する回路である。インバータ部１４は、高電圧電圧変換器１６とインバータ回路１８を含んで構成される。

　高電圧電圧変換器１６は、高電圧蓄電装置１２とインバータ回路１８の間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。高電圧電圧変換器１６としては、図１に示されるように、リアクトルと、スイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、高電圧蓄電装置１２側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ回路１８側に供給する昇圧機能と、インバータ回路１８側からの電力を高電圧蓄電装置１２側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。なお、高電圧電圧変換器１６には、電圧、電流の変動を抑制する平滑コンデンサが含まれる。

　インバータ回路１８は、回転電機６に接続される回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ回路１８は、回転電機６を発電機として機能させるときは、回転電機６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、高電圧蓄電装置１２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機６をモータとして機能させるときは、高電圧蓄電装置１２側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。なお、インバータ回路１８には、電圧、電流の変動を抑制する平滑コンデンサと、このコンデンサを放電させるための放電抵抗が含まれる。

　図１において、インバータ回路１８と回転電機６とを接続するインバータ出力信号線に設けられる電流センサ４０は、インバータ回路１８から回転電機６に供給される駆動電流、または、回転電機６からインバータ回路１８に供給される回生電流であるインバータ出力電流Ｉ_Cを検出するインバータ出力電流検出手段である。インバータ回路１８と回転電機６とは三相信号線で接続されるので、電流センサ４０は、この３本の各相電流を検出する。尤も、三相信号線が中立点を有するときは、方向も考えた３つの相電流の和はゼロとなるので、２つの相電流を検出することで足りる。電流センサ４０によって検出されたインバータ出力電流Ｉ_Cは、適当な信号線で制御装置６０に伝送される。

　制御基板２０は、インバータ部１４の制御用の各部品を搭載する回路基板である。上記のように、インバータ部１４は、高電圧蓄電装置１２の高電圧下で作動するが、制御基板２０に搭載される各部品は、低電圧で作動する。このように、インバータ部１４を構成する回路基板と、制御基板２０とは、作動電圧が異なるので、互いに異なる回路基板とされる。

　制御基板２０に搭載される部品としては、インバータ部１４を構成する各スイッチング素子の制御信号を出力する制御ＩＣ、制御ＩＣからの制御信号をインバータ部１４の各スイッチング素子に伝送するためのフォトカプラ、トランス、コンデンサ等が含まれる。このように、制御基板２０には多くの電子機器等が搭載されるが、インバータ部１４を構成する回路基板に比べ、小型の基板である。それは、インバータ部を構成する各素子は高電圧を扱い、発熱等も大きいため、インバータ部１４を構成する高電圧基板が大きくなるため、制御基板２０にあまりスペースを割けないからである。

　制御基板２０に搭載される温度センサ２２は、制御基板２０の基板温度である制御基板温度θ_Cを検出する機能を有する温度検出素子である。制御基板２０を構成する各部品も作動によって発熱するが、上記のように制御基板２０は小型であるので、各部品の過熱等を防止するための保護素子を個別に設ける余裕がない。そこで、温度センサ２２は、制御基板２０の温度を監視して、温度上昇が大きいときは、これに搭載されている各部品の過熱等のおそれがあるとするものである。温度センサ２２が検出する制御基板温度θ_Cのデータは、適当な信号線で、制御装置６０に伝送される。

　インバータ筐体３０は、インバータ部１４に関する基板と、制御基板２０とを収納するケースである。インバータ部１４は高電圧高電力を扱うため、これをまとめて１つのケースに収納し、ユーザの取扱いの利便性を図り、また、ユーザを高電圧部品に接触することを防止することができる。

　冷却流路３１は、インバータ筐体３０を冷却するために冷媒を流す流路である。これによって、インバータ筐体３０の中に収容される発熱部品、特に高電力の下で発熱が大きいインバータ部１４の構成部品を冷却することができる。

　冷却流路３１の途中に設けられ、図１ではＷＰとして示されるウォータポンプ３２は、冷媒を冷却流路３１に流すための流体ポンプである。冷媒としては、水に適当な成分を添加したＬＬＣ（Ｌｏｎｇ　Ｌｉｆｅ　Ｃｏｏｌａｎｎｔ）等を用いることができる。冷却流路３１の途中に設けられるラジエータ３４は、インバータ筐体３０を流れて温まった冷媒を大気との熱交換によって冷却する熱交換器である。ラジエータ３４は適当な冷却フィンを有する放熱部と、冷却ファンを備えて構成される。

　冷却流路３１に設けられる温度センサ３６は、インバータ筐体３０を冷却する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段である。上記のように、インバータ筐体３０内における発熱は、インバータ回路１８によるものが大きいので、この冷媒温度は、インバータ回路１８を冷却する冷媒温度と考えてよい。温度センサ３６が検出する冷媒温度θ_Wは、適当な信号線を用いて、制御装置６０に伝送される。

　図１において補機バッテリとして示される低電圧蓄電装置２６は、高電圧蓄電装置１２の高電圧に比べて低い電圧の充放電可能な蓄電装置である。低電圧としては、約１２Ｖから約１６Ｖ程度である。かかる低電圧蓄電装置２６としては、従来から車両に搭載されてきている鉛蓄電池を用いることができる。

　低電圧蓄電装置２６は、制御基板２０に搭載される各部品と、その他補機８に電力を供給する。補機バッテリといわれるのは、その他補機８に電力を供給する蓄電装置であるからである。その意味で、この低電圧蓄電装置２６の電圧を補機電圧と呼ばれることが多い。

　電圧センサ２８は、低電圧蓄電装置２６の端子間電圧である補機電圧を検出する補機電圧検出手段である。一般的に、インバータ回路１８の正極側母線と負極側母線の間の電圧がシステム電圧と呼ばれ、高電圧を意味するＶＨとして示されることが多いが、図１では、電圧センサ２８の検出する補機電圧を、低電圧を意味するＶ_LBで示してある。電圧センサ２８が検出した補機電圧Ｖ_LBは、適当な信号線で制御装置６０に伝送される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、高電圧蓄電装置１２の電圧を補機電圧Ｖ_LBよりやや高めの低電圧に変換する低電圧電圧変換器である。上記の例で、高電圧蓄電装置１２が約２００Ｖの端子間電圧を有するものとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、この約２００Ｖの高電圧と、補機電圧Ｖ_LBよりもやや高めの約１２Ｖから約１６Ｖの低電圧との間の電圧変換を行う機能を有する。上記のように、高電圧電圧変換器１６は高電圧蓄電装置１２側からインバータ回路１８側へ昇圧する機能と、インバータ回路１８側から高電圧蓄電装置１２側へ降圧する機能を有するが、この降圧機能に相当する機能をＤＣ／ＤＣコンバータ５０は有する。もっとも、高電圧電圧変換器１６と同様に、昇圧機能も有するものとしてもよい。かかるＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、高電圧電圧変換器１６と同様に、リアクトルとスイッチング素子で構成される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、低電圧で作動する補機等への電力を供給する機能を有する。そして、その出力電力が補機等への電力よりも余剰となるときは、その余剰分で低電圧蓄電装置２６を充電し、逆にその出力電力が補機等への電力よりも不足するときは、その不足分を低電圧蓄電装置２６からの放電でまかなう。このように、ＤＣ／ＤＶコンバータ５０と低電圧蓄電装置２６は、共に低電圧電源として機能するので、図1に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と低電圧蓄電装置２６とは並列に接続され、協働して、制御基板２０に搭載される部品と、その他補機８に電力を供給する。

　図１でＶ_DCDCとして示される電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧である。Ｖ_DCDCは、高電圧蓄電装置１２の高電圧を電圧調整して降圧された電圧で、Ｖ_DCDCは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を構成するスイッチング素子のオン・オフのデューティ比で制御することができる。そのＶ_DCDCの制御は、制御装置６０によって行われる。上記でＶ_LBは低電圧蓄電装置２６の端子間電圧であるので、Ｖ_DCDCとＶ_LBとは必ずしも同じにならず、上記のように、Ｖ_DCDCはＶ_LBよりもやや高くなるように設定される。

　制御装置６０は、電源システムを構成する各要素の動作を全体として制御する装置である。電源システムを構成する各要素は、作動電圧が互いに異なるので、それらに対応するいくつかの制御部の総称が、制御装置６０である。ここでは、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の制御をおこなうＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての内容を説明する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての制御装置６０は、低電圧蓄電装置２６の端子間電圧であるＶ_LBと、制御基板２０に搭載される各部品を駆動するための電力と、その他補機８を駆動するための電力とに基いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧であるＶ_DCDCを制御する機能を有する。これが通常のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の作動制御である。ここでは特に、制御基板２０に搭載される部品の発熱が高くなったときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖ_DCDCを制限する機能を有する。かかるＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての制御装置６０は、車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。上記のように、制御装置６０は、いくつかの制御部の総称であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての機能を、他の制御部の機能の一部とすることもできる。例えば、電源制御ユニット（Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）と呼ばれる制御部の機能と一部としてもよい。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての制御装置６０は、上記の通常のＤＣ／ＤＣコンバータ作動制御の他に、制御基板温度取得処理部６２と、取得された制御基板温度が高いときにＶ_DCDCを通常の制御のときの値よりも制限する出力制限処理部６４を含んで構成される。かかる機能はソフトウェアで実現でき、具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

　上記構成の作用、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部としての制御装置６０の機能につき、図２から図７を用いて詳細に説明する。図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限の手順を示すフローチャートである。図３から図５は、図１の構成要素の中で、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限の説明のために必要な要素を抜き出したものである。図６は、Ｖ_DCDCと制御基板温度θ_Cの関係を説明する図、図７は、Ｖ_DCDCと低電圧蓄電装置２６の端子間電圧である補機電圧Ｖ_LBの関係を説明する図である。

　図２は、上記のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限の手順を示すフローチャートで、各手順は、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧制御プログラムの各処理手順に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧制御プログラムが立上ると、制御基板温度θ_Cが取得され、予め定めた閾値温度θ_C0と比較される。具体的には、制御基板２０に搭載される温度センサ２２から伝送される制御基板温度θ_Cが取得される。この処理手順は、制御装置６０の制御基板温度取得処理部６２の機能によって実行される。そして、取得されたθ_Cが予め設定された閾値温度θ_C0以上か否かが判断される（Ｓ１０）。

　比較の結果、θ_C＜θ_C0のときは、Ｓ１６に進み、通常の制御が行われる。通常の制御においては、上記のように、低電圧蓄電装置２６の端子間電圧であるＶ_LBと、制御基板２０に搭載される各部品を駆動するための電力と、その他補機８を駆動するための電力とに基いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧であるＶ_DCDCが制御される。

　一方で、θ_C≧θ_C0のときは、Ｓ１２に進み、低電圧蓄電装置２６の端子間電圧である補機電圧Ｖ_LBが取得され、予め定めた閾値電圧Ｖ_LB0と比較される（Ｓ１２）。Ｖ_LB＜Ｖ_LB0のときも、Ｓ１６に進み、通常の制御が行われる。

　θ_C≧θ_C0のときで、さらにＶ_LB≧Ｖ_LB0と判断されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧の制限が行われる（Ｓ１４）。具体的には、同じ制御基板温度θ_Cであっても、通常の制御におけるＶ_DCDCよりも低い出力電圧とされる。この処理手順は、制御装置６０の出力制限処理部６４の機能によって実行される。

　図３は、Ｓ１０で判断が否定されたときのＳ１６の状態を説明する図で、制御基板２０に搭載された温度センサ２２の検出した制御基板温度θ_Cが制御装置６０に伝送されてθ_C＜θ_C0と判断され、通常の制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖ_DCDCが出力された様子が示されている。

　図４は、Ｓ１４の場合の状態を説明する図で、制御基板２０に搭載された温度センサ２２の検出した制御基板温度θ_Cが制御装置６０に伝送されてθ_C≧θ_C0と判断され、また、低電圧蓄電装置２６の電圧センサ２８の検出した補機電圧Ｖ_LBが制御装置６０に伝送されて、Ｖ_LB≧Ｖ_LB0と判断された場合である。図４のＶ_DCDCは、図３のＶ_DCDCよりも小さい値として示されている。

　図５は、Ｓ１２で判断が否定されたときのＳ１６の状態を説明する図で、制御基板２０に搭載された温度センサ２２の検出した制御基板温度θ_Cが制御装置６０に伝送されてθ_C≧θ_C0と判断され、また、低電圧蓄電装置２６の電圧センサ２８の検出した補機電圧Ｖ_LBが制御装置６０に伝送されて、Ｖ_LB＜Ｖ_LB0と判断された場合である。このときは、図３と同じように、通常の制御のときのＶ_DCDCが出力された様子が示されている。

　図６は、制御基板温度θ_CとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCの関係を説明する図である。ここで示されるように、θ_C≧θ_C0のときに、制御基板温度θ_Cが高くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖ_DCDCを低くなる出力制限が行われる。この出力制限によって、制御基板２０に搭載される部品への駆動電圧が低くなるので、これらの部品の自己発熱を抑制できる。このようにして、制御基板２０に搭載される部品の過熱を防止し、その保護を図ることができる。

　したがって、閾値温度θ_C0は、制御基板２０搭載される部品の耐熱温度に基いて設定することができる。制御基板２０に搭載される部品は、複数種類あって、それぞれの耐熱温度が異なる場合には、それらの中で、最も低い耐熱温度に基いて、閾値温度θ_C0を設定することができる。具体的には、最も低い耐熱温度に適当な余裕温度範囲を持たせて、閾値温度θ_C0を設定する。

　ところで、このようにすると、制御基板温度θ_Cが高くなればなるほど、Ｖ_DCDCがどんどん低下することになる。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から出力される電力は、低電圧蓄電装置２６から出力される電力と共に、その他補機８にも供給されるので、Ｖ_DCDCが低下してくると、その他補機８への供給電力が十分でなくなり、その他補機８の作動に支障が生じ得る。特に、低電圧蓄電装置２６の端子間電圧である補機電圧Ｖ_LBが低い場合が問題となる。そこで、Ｖ_LBが閾値電圧Ｖ_LB0より低い場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限を行わないものとすることが好ましい。これが、Ｓ１２で判断が否定される場合に対応する。

　図７は、低電圧蓄電装置の端子間電圧である補機電圧Ｖ_LBとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCの関係を説明する図である。この図に示されるように、補機電圧Ｖ_LBが下がって、閾値電圧Ｖ_LB0未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限を行わずに、通常の制御に戻し、Ｖ_LBが低い場合にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCを上げる制御が行われる。閾値電圧Ｖ_LB0は、上記で述べた閾値温度θ_C0と、低電圧で作動する機器の必要電力等に基いて、予め設定することができる。このように、図６と図７とを併用することで、制御基板２０に搭載される部品の自己発熱抑制と、その他補機８の十分な作動との間のバランスを取ることができる。

　上記では、制御基板２０に搭載された温度センサ２２を用いて制御基板温度θ_Cを検出するものとして説明した。制御基板２０は、インバータ筐体３０の中の限られた容積の中ではあまり大きい容積を占有できないことがある。その場合に、温度センサ２２を設けないで、他の手段で、制御基板温度θ_Cを推定し、その推定温度を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力制限処理を行うものとしてもよい。

　図８は、インバータ筐体３０を冷却する冷媒の温度である冷媒温度θ_Wに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限を行う様子を説明する図である。冷媒温度θ_Wは、温度センサ３６によって検出されて、制御装置６０に伝送されるので、このデータを用いることができる。

　インバータ筐体３０を冷却する冷媒の温度である冷媒温度θ_Wは、インバータ回路１８の発熱を反映している。インバータ回路１８の発熱が多いことは、インバータ回路１８が高負荷状態であることを示すので、冷媒温度θ_Wが高いことは、制御基板２０に搭載される部品も高負荷で、その自己発熱も高いと考えられる。このことから、インバータ筐体３０を冷却する冷媒の温度である冷媒温度θ_Wは、制御基板２０の温度である制御基板温度θ_Cと関連付けることができ、その関連付けは、予め求めておくことも可能である。

　図９は、そのようにして求めた関連付けを用いて、インバータ筐体を冷却する冷媒の温度である冷媒温度θ_WとＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCの関係を説明する図である。図９に示されるように、冷却冷媒に関する閾値温度θ_W0以上で、冷媒温度θ_Wが高くなるに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧を低下させる出力電圧制限を行うことができる。この図９と、先ほどの図７とを組み合わせることで、制御基板２０に搭載される部品の自己発熱抑制と、その他補機８の十分な作動との間のバランスを取ることができる。

　図１０は、インバータ出力電流Ｉ_Cに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限を行う様子を説明する図である。インバータ出力電流Ｉ_Cは、電流センサ４０によって検出されて、制御装置６０に伝送されるので、このデータを用いることができる。

　インバータ出力電流Ｉ_Cが大きければ、インバータ回路１８が高負荷で、したがって、上記のように、制御基板２０に搭載される部品も高負荷で、その自己発熱も高いと考えられる。このことから、インバータ出力電流Ｉ_Cは、制御基板２０の温度である制御基板温度θ_Cと関連付けることができ、その関連付けは、予め求めておくことも可能である。

　図１１は、インバータ出力電流Ｉ_Cの時間積分値であるＩ_C×ｔと制御基板温度θ_Cとの関連付けを予め求め、その関連付けを用いて、インバータ出力電流積分値（Ｉ_C×ｔ）とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCの関係を説明する図である。この図に示されるように、インバータ出力電流積分値（Ｉ_C×ｔ）に関する閾値（Ｉ_C×ｔ）₀以上で、インバータ出力電流積分値（Ｉ_C×ｔ）が大きくなるほどＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧を低下させる出力電圧制限を行うものとすることができる。この図１１と、先ほどの図７とを組み合わせることで、制御基板２０に搭載される部品の自己発熱抑制と、その他補機８の十分な作動との間のバランスを取ることができる。

　図１２は、高電圧蓄電装置１２のバッテリ電流Ｉ_Bに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧制限を行う様子を説明する図である。バッテリ電流Ｉ_Bは、電流センサ４２によって検出されて、制御装置６０に伝送されるので、このデータを用いることができる。バッテリ電流Ｉ_Bが大きいことは、インバータ回路１８が高負荷で、したがって、上記のように、制御基板２０に搭載される部品も高負荷で、その自己発熱も高いと考えられる。このことから、バッテリ電流Ｉ_Bは、制御基板２０の温度である制御基板温度θ_Cと関連付けることができ、その関連付けは、予め求めておくことも可能である。

　図１３は、バッテリ電流Ｉ_Bの時間積分値であるＩ_B×ｔと制御基板温度θ_Cとの関連付けを予め求め、その関連付けを用いて、バッテリ電流積分値（Ｉ_B×ｔ）とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_DCDCの関係を説明する図である。この図に示されるように、バッテリ電流積分値（Ｉ_B×ｔ）に関する閾値（Ｉ_B×ｔ）₀以上で、バッテリ電流積分値（Ｉ_B×ｔ）が大きくなるほどＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧を低下させる出力電圧制限を行うものとすることができる。この図１３と、先ほどの図７とを組み合わせることで、制御基板２０に搭載される部品の自己発熱抑制と、その他補機８の十分な作動との間のバランスを取ることができる。

　本発明に係る電源制御システムは、インバータ回路と、インバータ回路制御用のインバータ制御基板搭載部品を含む電源システムの制御に利用できる。

　６　回転電機、８　その他補機、１０　電源制御システム、１２　高電圧蓄電装置、１４　インバータ部、１６　高電圧電圧変換器、１８　インバータ回路、２０　制御基板、２２，３６　温度センサ、２６　低電圧蓄電装置、２８　電圧センサ、３０　インバータ筐体、３１　冷却流路、３２　ウォータポンプ、３４　ラジエータ、４０，４２　電流センサ、５０　ＤＣ／ＤＣコンバータ、６０　制御装置、６２　制御基板温度取得処理部、６４　出力制限処理部。

Claims

　高電圧蓄電装置とインバータ回路とを含む高電圧電源回路と、
　低電圧蓄電装置と、
　低電圧蓄電装置と接続され、高電圧蓄電装置の端子間電圧を所定の補機電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
　補機電圧で作動するインバータ回路制御用部品を搭載するインバータ制御基板と、
　インバータ制御基板の温度である制御基板温度を取得する温度取得部と、
　ＤＣ／ＤＣコンバータの作動を制御する制御部と、
　を備え、
　制御部は、
　制御基板温度が予め定めた閾値温度以上のときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制限してインバータ回路制御用部品の自己発熱を抑制する出力制限手段を有することを特徴とする電源制御システム。
　請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
　制御部は、
　低電圧蓄電装置の端子間電圧が予め定めた閾値電圧未満のときには、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧制限を行わないことを特徴とする電源制御システム。
　請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
　温度取得部は、
　インバータ回路を冷却する冷媒温度に基いて制御基板温度を推定して取得することを特徴とする電源制御システム。
　請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
　温度取得部は、
　インバータ回路の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定して取得することを特徴とする電源制御システム。
　請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
　温度取得部は、
　高電圧蓄電装置の出力電流の大きさに基いて制御基板温度を推定して取得することを特徴とする電源制御システム。