WO2012124073A1

WO2012124073A1 - インバータの過熱保護制御装置およびインバータの過熱保護制御方法

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Publication number: WO2012124073A1
Application number: PCT/JP2011/056208
Authority: WO
Inventors: 肇小杉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2013-09-16
Also published as: DE112011105027T5; JPWO2012124073A1; US20130343105A1; CN103415989A; JP5633631B2

Abstract

　回転電機を駆動するインバータの過熱保護制御装置であって、インバータの電力制御素子の温度を計測するための温度センサ（３０４）と、温度センサ（３０４）によって計測された温度がしきい値に到達すると回転電機の負荷率を制限する制御装置とを備える。制御装置は、しきい値をインバータの発熱または冷却に影響を及ぼすパラメータに基づいて変更する。好ましくは、インバータは、複数の電力制御素子（Ｑ３ｍ～Ｑ８ｍ）を含み、前記温度センサ（３０４）は、複数の電力制御素子のうちの一部の電力制御素子の温度を検出し、パラメータは、一部の電力制御素子とインバータに含まれる他の電力制御素子との温度差に影響を与える物理量である。好ましくは、インバータは、冷却液媒体によって冷却され、パラメータは、冷却液媒体の温度である。

Description

インバータの過熱保護制御装置およびインバータの過熱保護制御方法

　この発明は、インバータの過熱保護制御装置およびインバータの過熱保護制御方法に関する。

　特開平０３－００３６７０号公報（特許文献１）は、インバータの過熱保護制御として、素子等に付属する温度センサ値が所定の値を超えた際に出力電流制限制御とそれに伴う出力電力の低減とを行なう技術が開示されている。

特開平０３－００３６７０号公報特開２００８－０７２８１８号公報特開２００７－１２９８０１号公報特開２００９－１７１７６６号公報特開２０１０－１２４５９４号公報特開２００９－１８９１８１号公報

　上記特開平０３－００３６７０号公報に記載の技術では、温度センサ値が所定のしきい値を超えたら一律に負荷率の制限がかかってしまう。

　しかし、インバータはある程度の大きさがあり、温度センサで測定できる点は、代表点であるので、必ずしもインバータのもっとも高い温度となっている点と一致するとは限らない。したがって、インバータの作動状態がさまざまに変化してもインバータのどこにも過熱状態となる箇所が発生しないようにするためには、しきい値には十分なマージンを設けておく必要がある。

　すると、本来は負荷率を制限しなくても動作可能であっても、負荷率の制限がかかってしまう場合があり、インバータの性能が十分に発揮できないことも考えられる。

　この発明の目的は、インバータの性能を十分に発揮させることができるインバータの過熱保護制御装置およびインバータの過熱保護制御方法を提供することである。

　この発明は、要約すると、回転電機を駆動するインバータの過熱保護制御装置であって、インバータの電力制御素子の温度を計測するための温度センサと、温度センサによって計測された温度がしきい値に到達すると回転電機の負荷率を制限する制御装置とを含む。制御装置は、しきい値をインバータの発熱または冷却に影響を及ぼすパラメータに基づいて変更する。

　好ましくは、インバータは、複数の電力制御素子を含む。温度センサは、複数の電力制御素子のうちの一部の電力制御素子の温度を検出する。パラメータは、一部の電力制御素子とインバータに含まれる他の電力制御素子との温度差に影響を与える物理量である。

　より好ましくは、インバータは、冷却液媒体によって冷却される。パラメータは、冷却液媒体の温度である。

　より好ましくは、パラメータは、インバータの直流電源電圧とキャリア周波数のいずれかを含む。

　より好ましくは、インバータには昇圧コンバータによって昇圧された直流電源電圧が供給される。パラメータは、インバータの直流電源電圧とインバータのキャリア周波数と昇圧コンバータによって昇圧される前の電源電圧とインバータの通電電流のいずれかを含む。

　この発明は、他の局面では、回転電機を駆動するインバータの過熱保護制御方法であって、インバータの電力制御素子の温度を計測するステップと、インバータの電力制御素子の温度とは別のパラメータであって、インバータの発熱または冷却に影響を及ぼすパラメータを計測するステップと、しきい値をパラメータに基づいて変更するステップと、計測したインバータの電力制御素子の温度がしきい値に到達すると回転電機の負荷率を制限するステップとを含む。

　本発明によれば、インバータシステムの作動状態にあわせて負荷率の制限を行なうので、インバータの性能を十分に発揮させることができる。

インバータの過熱保護制御装置が搭載された車両１００の構成を示す回路図である。図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。図１の電圧コンバータ１２の詳細な構成を示す回路図である。ＰＣＵ２４０のＩＧＢＴ素子の配置と温度センサの配置を示した図である。図１の制御装置３０のモータ制御に関するブロック図である。図５のＰＭ－ＥＣＵ３２およびＭＧ－ＥＣＵ３４で実行される負荷率制限開始温度Ｔｐｓの決定処理とモータ駆動制御とを説明するためのフローチャートである。負荷率制限開始温度Ｔｐｓを固定値に設定した場合の検討例である。負荷率制限開始温度Ｔｐｓの改善の検討を説明するための図である。改善された負荷率制限開始温度Ｔｐｓを示した図である。キャリア周波数ｆｓｗに基づいて負荷率制限開始温度Ｔｐｓを変化させた一例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　図１は、インバータの過熱保護制御装置が搭載された車両１００の構成を示す回路図である。車両１００は、内燃機関を併用するハイブリッド自動車の例を示したが、インバータを搭載する車両であれば、本発明は電気自動車や燃料電池車にも適用可能である。

　［車両の駆動系の説明］
　図１を参照して、車両１００は、蓄電装置であるバッテリＭＢと、電圧センサ１０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２４０と、駆動ユニット２４１と、エンジン４と、車輪２と、制御装置３０とを含む。駆動ユニット２４１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と動力分割機構３とを含む。

　ＰＣＵ２４０は、電圧コンバータ１２と、平滑用コンデンサＣ１，ＣＨと、電圧センサ１３，２１と、インバータ１４，２２とを含む。車両１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するインバータ１４，２２に給電を行なう正極母線ＰＬ２および負極母線ＳＬ２をさらに含む。

　電圧コンバータ１２は、バッテリＭＢと正極母線ＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう電圧変換器である。平滑用コンデンサＣ１は、正極母線ＰＬ１と負極母線ＳＬ２間に接続される。電圧センサ２１は、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＬを検知して制御装置３０に出力する。電圧コンバータ１２は、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。

　平滑用コンデンサＣＨは、電圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

　インバータ１４は、電圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、電圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

　動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

　車両１００は、さらに、バッテリＭＢの正極と正極母線ＰＬ１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢと、バッテリＭＢの負極（負極母線ＳＬ１）と負極母線ＳＬ２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧとを含む。

　システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧは、制御装置３０から与えられる制御信号にそれぞれ応じて導通／非導通状態が制御される。システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧによって、バッテリＭＢとコンバータ１２とが接続される。

　電圧センサ１０は、バッテリＭＢの電圧ＶＢを測定する。電圧センサ１０とともにバッテリＭＢの充電状態を監視するために、バッテリＭＢに流れる電流ＩＢを検出する電流センサ１１が設けられている。バッテリＭＢとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

　インバータ１４は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、電圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

　電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

　インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して電圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

　電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

　制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値および回転速度と、電流ＩＢおよび電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨの各値と、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、起動信号ＩＧＯＮとを受ける。そして制御装置３０は、電圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。

　さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して電圧コンバータ１２の出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ１とを出力する。

　同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ２とを出力する。

　［車両の冷却系の説明］
　車両１００は、ＰＣＵ２４０および駆動ユニット２４１を冷却する冷却系として、ラジエータ１０２と、リザーバータンク１０６と、ウォータポンプ１０４とを含む。

　ラジエータ１０２とＰＣＵ２４０とリザーバータンク１０６とウォータポンプ１０４と駆動ユニット２４１とは、通水路１１６によって直列に環状に接続されている。

　ウォータポンプ１０４は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプであって、図示される矢印の方向に冷却水を循環させる。ラジエータ１０２は、ＰＣＵ２４０内部の電圧コンバータ１２およびインバータ１４を冷却した後の冷却水を通水路から受け、その受けた冷却水を冷却する。

　なお、後に図４で説明するが、冷却水温を測定する温度センサ３００と、電圧コンバータ１２の温度を検出する温度センサ３０１，３０２と、インバータ１４，２２の温度をそれぞれ検出する温度センサ３０３，３０４とが図１の構成にも設けられている。

　制御装置３０は、温度センサの出力に基づいて、ウォータポンプ１０４を駆動するための信号ＳＰを生成し、その生成した信号ＳＰをウォータポンプ１０４へ出力する。また、制御装置３０は、温度センサの出力に基づいて、電圧コンバータ１２およびインバータ１４，２２が過熱状態とならないように過熱保護制御を実行する。

　図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
　図１、図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２との間に並列に接続される。

　Ｕ相アーム１５は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

　Ｖ相アーム１６は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

　Ｗ相アーム１７は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

　各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

　なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１と制御信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２がそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

　図３は、図１の電圧コンバータ１２の詳細な構成を示す回路図である。
　図１、図３を参照して、電圧コンバータ１２は、一方端が正極母線ＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

　リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

　図４は、ＰＣＵ２４０のＩＧＢＴ素子の配置と温度センサの配置を示した図である。
　図４を参照して、右上の矢印に示すように冷却水がＰＣＵ２４０筐体の冷却通路に流入し、左下の矢印に示すように冷却水がＰＣＵ２４０筐体の冷却通路を通過した後に流出する。

　ＰＣＵ２４０には、冷却水の入り口付近に温度センサ３００が設けられる。温度センサ３００は、制御装置３０に水温Ｔｗを出力する。ＰＣＵ筐体には、冷却水入り口から出口に向かって、電圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３ｇ～Ｑ８ｇおよびダイオードＤ３ｇ～Ｄ８ｇ、インバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ３ｍ～Ｑ８ｍおよびダイオードＤ３ｍ～Ｄ８ｍが配置されている。

　ＰＣＵ２４０には、温度センサ３０１～３０４が設けられている。電圧コンバータ１２に関しては、温度センサ３０１がＩＧＢＴ素子Ｑ１に近接して設けられ、温度センサ３０２がＩＧＢＴ素子Ｑ２に近接して設けられている。インバータ１４，２２に関しては、温度センサ３０３がＩＧＢＴ素子Ｑ６ｇに近接して設けられ、温度センサ３０４がＩＧＢＴ素子Ｑ６ｍに近接して設けられている。

　ＰＣＵ２４０はある程度の大きさがあり、温度センサ３０１～３０４で測定できる点は代表点であるので、必ずしもＰＣＵ２４０のもっとも高い温度となっている点と一致するとは限らない。このため、インバータ１４，２２や電圧コンバータ１２の作動状態がさまざまに変化してもすべての素子について過熱状態とならないように考慮して、負荷率制限を開始する温度しきい値が定められる。しかし、素子耐熱温度と温度しきい値との間にあまり大きなマージンを設けると負荷率制限が頻発してインバータの性能を十分に発揮させることができない。

　したがって本実施の形態では、温度しきい値をインバータや電圧コンバータの作動状態に基づいて変化させる。

　図５は、図１の制御装置３０のモータ制御に関するブロック図である。
　図５を参照して、制御装置３０は、パワーマネジメントＥＣＵ（以下ＰＭ－ＥＣＵ）３２と、モータジェネレータ制御ＥＣＵ（以下ＭＧ－ＥＣＵ）３４とを含む。ＭＧ－ＥＣＵ３４は、駆動用モータであるモータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ２２の制御回路と、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ１４の制御回路（図示せず）と、ウォータポンプ１０４を駆動制御する駆動制御部４３０とを含む。

　インバータ制御回路は、３相／２相変換部４２４と、負荷率制御部４２６と、電流指令変換部４１０と、減算器４１２，４１４と、ＰＩ制御部４１６，４１８と、２相／３相変換部４２０と、ＰＷＭ生成部４２２とを含む。

　３相／２相変換部４２４は、２個の電流センサ２５からモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを受ける。そして、３相／２相変換部４２４は、モータ電流Ｉｖ，Ｉｗに基づいてモータ電流Ｉｕ＝－Ｉｖ－Ｉｗを演算する。

　そうすると、３相／２相変換部４２４は、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを図示しない回転速度センサからの回転角度θを用いて三相二相変換する。つまり、３相／２相変換部４２４は、モータジェネレータＭＧ２の３相コイルの各相に流れる３相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、回転角度θを用いてｄ軸およびｑ軸に流れる電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。そして、３相／２相変換部４２４は、演算した電流値Ｉｄを減算器４１２へ出力し、演算した電流値Ｉｑを減算器４１４へ出力する。

　ＰＭ－ＥＣＵ３２は、図４で説明したＰＣＵ２４０に設けられている温度センサ３００～３０４から素子温度Ｔｄおよび冷却水温Ｔｗを受けて、これに基づいてモータジェネレータＭＧ２の負荷率の制限指令を負荷率制御部４２６に出力するとともに、ウォータポンプ１０４の駆動指令を駆動制御部４３０に出力する。

　ＰＭ－ＥＣＵ３２は、インバータ素子温度Ｔｄが負荷率制限開始温度Ｔｐｓより高いとき、インバータ２２からモータジェネレータＭＧ２に供給される駆動電流を制限するために、負荷率の制限指令を負荷率制御部４２６に出力する。負荷率制御部４２６は、ＰＭ－ＥＣＵ３２から負荷率の制限指令を受けると、モータジェネレータＭＧ２の負荷率ＬＤＲを設定する。負荷率制御部４２６は、設定された負荷率ＬＤＲを電流指令変換部４１０へ出力する。

　電流指令変換部４１０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ２を受け、負荷率制御部４２６から信号ＮＲＳＴまたは負荷率ＬＤＲを受ける。そして、電流指令変換部４１０は、負荷率制御部４２６から信号ＮＲＳＴを受けたとき、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを出力するための電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。

　また、電流指令変換部４１０は、負荷率制御部４２６から負荷率ＬＤＲを受けたとき、トルク指令値ＴＲ２に負荷率ＬＤＲを乗算し、制限トルク指令値ＴＲＲを演算する。そして、電流指令変換部４１０は、制限トルク指令値ＴＲＲによって指定されたトルクを出力するための電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。電流指令変換部４１０は、生成した電流指令Ｉｄ＊を減算器４１２へ出力し、生成した電流指令Ｉｑ＊を減算器４１４へ出力する。

　減算器４１２は、電流指令Ｉｄ＊と電流値Ｉｄとの偏差（＝Ｉｄ＊－Ｉｄ）を演算し、その演算した偏差をＰＩ制御部４１６へ出力する。また、減算器４１４は、電流指令Ｉｑ＊と電流値Ｉｑとの偏差（＝Ｉｑ＊－Ｉｑ）を演算し、その演算した偏差をＰＩ制御部４１８へ出力する。

　ＰＩ制御部４１６，４１８は、それぞれ、偏差Ｉｄ＊－Ｉｄ，Ｉｑ＊－Ｉｑに対してＰＩゲインを用いてモータ電流調整用の電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを演算し、その演算した電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを２相／３相変換部４２０へ出力する。

　２相／３相変換部４２０は、ＰＩ制御部４１６，４１８からの電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを回転速度センサからの回転角度θを用いて二相信号から三相信号に変換する。すなわち、２相／３相変換部４２０は、ｄ軸およびｑ軸に印加する電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを、回転角度θを用いてモータジェネレータＭＧ２の３相コイルに印加する電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。そして、２相／３相変換部４２０は、電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ生成部４２２へ出力する。

　ＰＷＭ生成部４２２は、電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、インバータ２２の入力直流電源電圧ＶＨとに基づいて信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータ２２へ出力する。

　図６は、図５のＰＭ－ＥＣＵ３２およびＭＧ－ＥＣＵ３４で実行される負荷率制限開始温度Ｔｐｓの決定処理とモータ駆動制御とを説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

　図６を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１において、図４の温度センサ３００で冷却水温Ｔｗが計測される。そして、ステップＳ２においてＰＭ－ＥＣＵ３２が負荷率制限開始温度Ｔｐｓを決定する。負荷率制限開始温度Ｔｐｓは、次式（１）で決定される。
Ｔｐｓ＝Ｔｃｒｉ－ΔＴｅｒｒ　　…（１）
　ここでＴｃｒｉは、ＩＧＢＴ素子の素子耐熱温度を示す。またΔＴｅｒｒは、温度を計測しているＩＧＢＴ素子と温度を計測していないＩＧＢＴ素子との間の温度上昇のばらつきの最悪値を示す。負荷率制限開始温度Ｔｐｓについて、以下図を用いて詳細に説明する。

　図７は、負荷率制限開始温度Ｔｐｓを固定値に設定した場合の検討例である。
　図７には、縦軸に素子温度Ｔｄ、横軸に冷却水温Ｔｗが示されている。負荷率制限開始温度Ｔｐｓは、素子耐熱温度Ｔｃｒｉに対して固定的なマージンを設けた値に設定されている。図７では、負荷率制限開始温度Ｔｐｓは水温Ｔｗが変化しても同じ値である。

　インバータ内の代表素子のみの温度を計測し、これに基づいて負荷率制限開始条件に照らして負荷率制限を実行するか否かが判断される。しかし、図４に示したように全ての素子の温度を計測しているわけではないので、温度計測している素子としていない素子の間の温度差にはばらつきがある。素子耐熱温度Ｔｃｒｉからばらつき分を考慮した値を差し引いた値を負荷率制限開始温度Ｔｐｓとしている。これにより、素子温度の最大値Ｔｍａｘは、素子耐熱温度Ｔｃｒｉと一致するか、またはＴｃｒｉ～Ｔｐｓの間にはいる。

　なお、素子間のばらつきの要因は、ａ）素子損失ばらつき（ゲートしきい値電圧、ゲート抵抗、スイッチング時間の各特性ばらつきに起因）、ｂ）熱抵抗ばらつき（はんだ等のボイド、冷却水流量、冷却水温度分布などに起因）、ｃ）熱抵抗の劣化分、ｄ）温度センサばらつきが考えられる。これらのばらつき要因のうち、ａ，ｂ，ｃの絶対値は、素子の温度上昇度ΔＴにより変動し、ΔＴが大きいほどａ，ｂ，ｃの絶対値も大きくなる傾向がある。

　したがって、図７において水温Ｔｗ＝Ｔ０であるときを基準に負荷率制限開始温度Ｔｐｓを決定すると、水温Ｔｗ＝Ｔ１ではΔＴ＝Ｔ１１、水温Ｔｗ＝Ｔ２ではΔＴ＝Ｔ２１とΔＴが小さくなる。すると上記ばらつき要因ａ，ｂ，ｃは小さくなる。負荷率制限時の素子ばらつきを考慮した素子の最高温度をＴｍａｘと表すと、素子ばらつきＴｍａｘ－ＴｐｓはΔＴ１２、ΔＴ２２のように水温Ｔｗが上昇するにつれて小さくなる。このことは、水温Ｔｗ＝Ｔ１においてはΔＴ１３、水温Ｔｗ＝Ｔ２においてはΔＴ２３で示す部分は過剰な余裕部分となり、水温が高温であるときに素子性能を使いきれていないことがわかる。そこで、本実施の形態では素子性能を最大限に使い、必要でない負荷率制限が発生しないように工夫をしている。

　図８は、負荷率制限開始温度Ｔｐｓの改善の検討を説明するための図である。
　図９は、改善された負荷率制限開始温度Ｔｐｓを示した図である。

　図８を参照して、水温Ｔｗ＝Ｔ１では、素子耐熱温度Ｔｃｒｉからばらつき分ΔＴ１２を差し引いた温度をＴｐｓに設定する。水温Ｔｗ＝Ｔ２では、素子耐熱温度Ｔｃｒｉからばらつき分ΔＴ２２を差し引いた温度をＴｐｓに設定する。すると、領域Ａｅが、本実施の形態の技術を適用することにより、負荷率制限への突入が回避できる領域となる。

　このように変更できる理由について説明する。素子の耐熱保護要件は、次式（２）が成立することである。なおＴｃｒｉは素子耐熱温度を示し、Ｔｐｓは負荷率制限開始温度を示し、ΔＴｅｒｒは素子間の温度ばらつき（最悪値）を示す。
Ｔｃｒｉ＞（Ｔｐｓ＋ΔＴｅｒｒ）　　…（２）
　また、ΔＴｅｒｒは、次式（３）であらわされる。ただしαはΔＴ（＝水温からの素子温度上昇分）に比例する部分を示し、βは定数を示す。
ΔＴｅｒｒ＝α＋β　　…（３）
よって、ΔＴが小さいとき（高水温時）は、αが小さくなるのでΔＴｅｒｒも小さいため、Ｔｐｓを高くしても式（２）が成立する。結果として、図９に示すように、Ｔｐｓ＝ｆ（Ｔｗ）のように負荷率制限開始温度Ｔｐｓを水温Ｔｗの関数として定めるとよい。より具体的には、水温が上昇するにつれて上昇するように負荷率制限開始温度Ｔｐｓを定める。

　先に説明した素子間のばらつきの要因ａ）素子損失ばらつき、ｂ）熱抵抗ばらつき、ｃ）熱抵抗の劣化分、ｄ）温度センサばらつき、によって式（３）のα、βを表すと以下のようになる。なお、Ａは係数を示す。
α＝Ａ（ａ＋ｂ＋ｃ）×ΔＴ　　　…（４）
β＝ｄ　　　　　　　　　　　　　…（５）
　式（２）～（４）より式（２）の境界条件となるＴｐｓを求める。
Ｔｐｓ＝ｆ（Ｔｗ）＝Ｔｃｒｉ－ΔＴｅｒｒ
　　　　　　　　　＝Ｔｃｒｉ－α－β
　　　　　　　　　＝Ｔｃｒｉ－Ａ（ａ＋ｂ＋ｃ）×ΔＴ－ｄ
さらにΔＴ＝Ｔｐｓ－Ｔｗを代入すると
Ｔｐｓ＝Ｔｃｒｉ－Ａ（ａ＋ｂ＋ｃ）×（Ｔｐｓ－Ｔｗ）－ｄ
この式をＴｐｓについて解くと次式（６）が導出できる。
Ｔｐｓ＝（Ｔｃｒｉ＋Ａ（ａ＋ｂ＋ｃ）×Ｔｗ－ｄ）／（１＋Ａ（ａ＋ｂ＋ｃ））　　　　…（６）
　再び図６を参照して、ステップＳ２において負荷率制限開始温度Ｔｐｓが決定された後には、ステップＳ３において素子温度Ｔｄの計測が行なわれる。素子温度Ｔｄは、図４に示した温度センサ３０１～３０４の出力に基づいて決定される。何れか１つの温度センサの出力を代表的に用いても良いし、平均値などを用いても良い。

　そして、ステップＳ４において、素子温度Ｔｄが負荷率制限開始温度Ｔｐｓを超えているか否かが判断される。ステップＳ４においてＴｄ＞Ｔｐｓが成立している場合にはステップＳ５に処理が進み、成立していない場合にはステップＳ６に処理が進む。

　ステップＳ６では、負荷率制限を行なわないことが決定される。この場合、ステップＳ７では、トルク指令値ＴＲ２に基づいてモータジェネレータＭＧ２が駆動される。図５では、負荷率制御部４２６から信号ＮＲＳＴが出力され電流指令変換部４１０がトルク指令値ＴＲ２に基づいてモータ電流指令を生成する。

　一方、ステップＳ５では、負荷率制限を行なうことが決定される。この場合、ステップＳ７では、図５の電流指令変換部４１０について説明したように、トルク指令値ＴＲ２に負荷率ＬＤＲが乗算された値（制限トルク指令値ＴＲＲ）に基づいてモータ電流指令を生成する。なお、ステップＳ７で実行されるトルク制限は、素子耐熱温度Ｔｃｒｉを超えないように制限されるものであれば、たとえばトルク指令の上限値を引き下げるなど他の方法であっても良い。

　ステップＳ７においてモータ駆動制御が実行された後には、ステップＳ８に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

　以上説明したように、本実施の形態においては、負荷率制限開始温度Ｔｐｓを可変とし、冷却水温Ｔｗに基づいて負荷率制限開始温度Ｔｐｓを設定することとした。これにより、インバータの性能を十分に発揮できるようになり、高温時において負荷率制限なしの動作可能領域が拡大した。負荷率制限が発生する頻度が低減し、車両の性能を十分に発揮した運転を行なうことが可能となった。

　［他の変形例］
　図７～図９では、冷却水温Ｔｗに基づいて負荷率制限開始温度Ｔｐｓを設定する例を説明したが、他のパラメータに基づいて負荷率制限開始温度Ｔｐｓを設定しても良い。このパラメータは、インバータの発熱または冷却に影響を及ぼす物理量であれば種々の物が考えられる。たとえば、このパラメータとしては、インバータのキャリア周波数ｆｓｗや、インバータ電圧ＶＨ（昇圧後電圧）、コンバータ入力電圧ＶＬ（昇圧前電圧）、通電電流Ｉｒｍｓ（バッテリ電流ＩＢ、インバータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２など）が挙げられる。

　図１０は、キャリア周波数ｆｓｗに基づいて負荷率制限開始温度Ｔｐｓを変化させた一例を示す図である。

　図１０を参照して縦軸には素子温度Ｔｄ、横軸にはインバータのキャリア周波数ｆｓｗが示されている。キャリア周波数ｆｓｗが高いほどＩＧＢＴ素子の発熱量は多くなる。この発熱量が多くなるほど素子間のばらつきも拡大する。したがって、キャリア周波数がｆｓｗ１からｆｓｗ２、ｆｓｗ３と高くなるにつれて、素子耐熱温度Ｔｃｒｉに対するマージンを拡大させる必要がある。このため、図１０ではキャリア周波数が高くなるほど負荷率制限開始温度Ｔｐｓは低く設定される。

　他のパラメータも考慮して、負荷率制限開始温度Ｔｐｓ＝ｆ１（ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓ）というように、ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓを引数とする関数として定めることも可能である。

　式（３）のα、βに対して次のように設定できる。なおａ～ｄについては、式（４）と同様に各種のばらつきを示す。Ａ１は係数を示す。
α＝Ａ１（ａ＋ｂ＋ｃ）×ｆ１（ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓ）　　…（７）
β＝ｄ　　　　　　　　　　　　　…（８）
　式（２）（３）（７）（８）より式（２）の境界条件となるＴｐｓを求める。
Ｔｐｓ＝ｆ（ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓ）＝Ｔｃｒｉ－ΔＴｅｒｒ
　　　＝Ｔｃｒｉ－α－β
　　　＝Ｔｃｒｉ－Ａ１（ａ＋ｂ＋ｃ）×ｆ１（ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓ）－ｄ
　上記式で定まる値を負荷率制限開始温度Ｔｐｓとすればよい。なお、実験結果に基づいて、ＶＨ，ＶＬ，ｆｓｗ、Ｉｒｍｓを引数とするマップを定めておいても良い。さらにこれらのパラメータに加えて冷却水温を組み合わせて考慮するようにしても良い。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　２　車輪、３　動力分割機構、４　エンジン、１０，１３，２１　電圧センサ、１１，２４，２５　電流センサ、１２　電圧コンバータ、１４，２２　インバータ、３０　制御装置、１００　車両、１０２　ラジエータ、１０４　ウォータポンプ、１０６　リザーバータンク、１１６　通水路、２４１　駆動ユニット、３００～３０４　温度センサ、４１０　電流指令変換部、４１２，４１４，４１２，４１４　減算器、４１６，４１８，４１６，４１８　制御部、４２０　２相／３相変換部、４２４　３相／２相変換部、４２２　ＰＷＭ生成部、４２６　負荷率制御部、４３０　駆動制御部、Ｃ１，ＣＨ　平滑用コンデンサ、Ｄ１～Ｄ８，Ｄ３ｇ～Ｄ８ｇ，Ｄ３ｍ～Ｄ８ｍ　ダイオード、３２　パワーマネジメントＥＣＵ、３４　モータジェネレータ制御ＥＣＵ、Ｌ１　リアクトル、ＭＢ　バッテリ、ＭＧ１，ＭＧ２　モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２　正極母線、Ｑ１～Ｑ８，Ｑ３ｇ～Ｑ８ｇ，Ｑ３ｍ～Ｑ８ｍ　ＩＧＢＴ素子、ＳＬ１，ＳＬ２　負極母線、ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ　システムメインリレー。

Claims

　回転電機（ＭＧ２）を駆動するインバータ（２２）の過熱保護制御装置であって、
　前記インバータ（２２）の電力制御素子（Ｑ３～Ｑ８）の温度を計測するための温度センサ（３０４）と、
　前記温度センサ（３０４）によって計測された温度がしきい値に到達すると前記回転電機（ＭＧ２）の負荷率を制限する制御装置（３０）とを備え、
　前記制御装置（３０）は、前記しきい値を前記インバータ（２２）の発熱または冷却に影響を及ぼすパラメータに基づいて変更する、インバータの過熱保護制御装置。
　前記インバータ（２２）は、複数の電力制御素子（Ｑ３ｍ～Ｑ８ｍ）を含み、
　前記温度センサ（３０４）は、前記複数の電力制御素子のうちの一部の電力制御素子（Ｑ６ｍ）の温度を検出し、
　前記パラメータは、前記一部の電力制御素子（Ｑ６ｍ）と前記インバータに含まれる他の電力制御素子（Ｑ３ｍ～Ｑ５ｍ，Ｑ７ｍ～Ｑ８ｍ）との温度差に影響を与える物理量である、請求項１に記載のインバータの過熱保護制御装置。
　前記インバータ（２２）は、冷却液媒体によって冷却され、
　前記パラメータは、前記冷却液媒体の温度である、請求項２に記載のインバータの過熱保護制御装置。
　前記パラメータは、前記インバータ（２２）の直流電源電圧とキャリア周波数のいずれかを含む、請求項２に記載のインバータの過熱保護制御装置。
　前記インバータ（２２）には昇圧コンバータ（１２）によって昇圧された直流電源電圧が供給され、
　前記パラメータは、前記インバータ（２２）の直流電源電圧と前記インバータ（２２）のキャリア周波数と前記昇圧コンバータ（１２）によって昇圧される前の電源電圧と前記インバータ（２２）の通電電流のいずれかを含む、請求項２に記載のインバータの過熱保護制御装置。
　回転電機（ＭＧ２）を駆動するインバータ（２２）の過熱保護制御方法であって、
　前記インバータの電力制御素子の温度を計測するステップ（Ｓ３）と、
　前記インバータの電力制御素子の温度とは別のパラメータであって、前記インバータの発熱または冷却に影響を及ぼすパラメータを計測するステップ（Ｓ１）と、
　しきい値を前記パラメータに基づいて変更するステップ（Ｓ２）と、
　計測した前記インバータの電力制御素子の温度が前記しきい値に到達すると前記回転電機の負荷率を制限するステップ（Ｓ４，Ｓ５）とを備える、インバータの過熱保護制御方法。