WO2015029686A1 - センサ異常判定装置 - Google Patents

Abstract

　パワー素子（３ａ）と、パワー素子（３ａ）を冷却する冷却水（４１）が循環する冷却水循環路（４２）と、パワー素子（３ａ）の温度を検出する温度センサ（５１）と、冷却水循環路（４２）を循環する冷却水（４１）の温度を検出する水温センサ（５２）と、を備えるインバータ（３）に適用され、温度センサ（５１）の検出温度と水温センサ（５２）の検出水温の温度差（ΔＴ）が予め設定した判定温度差よりも大きいときに、温度センサ（５１）が異常であると判定する異常判定部（５ａ）と、温度センサ（５１）の検出温度が水温センサ（５２）の検出水温よりも低いときの判定温度差を、温度センサ（５１）の検出温度が水温センサ（５２）の検出水温よりも高いときの判定温度差よりも、低い値に設定する判定温度設定部（５ｂ）と、を備える構成とした。

Description

センサ異常判定装置

　本発明は、パワー素子の温度と、このパワー素子を冷却する冷却水の温度との差に基づいて、パワー素子の温度を検出する温度センサの異常を判定するセンサ異常判定装置に関する発明である。

　従来、パワー素子の温度に基づいて、このパワー素子を冷却する冷却水の温度を推定する。そして、推定冷却水温と、冷却水温センサを用いて実際に検出した実冷却水温との偏差を求め、この偏差が所定の異常判定閾値以上であれば、冷却水温センサに異常があると判定するセンサ異常判定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　なお、このセンサ異常判定装置では、推定冷却水温が上限値以上の場合には、冷却水温センサの異常判定を実行しない。

特開2009-284597号公報

　ところで、従来のセンサ異常判定装置では、推定冷却水温と実冷却水温との偏差のみに着眼しており、冷却水温センサの異常判定の基準となる異常判定閾値は一定値であった。すなわち、推定冷却水温が実冷却水温よりも高い場合の偏差に対する異常判定閾値と、推定冷却水温が実冷却水温よりも低い場合の偏差に対する異常判定閾値は、同じ値に設定されていた。
　ここで、パワー素子に電流が流れると、このパワー素子の温度が上昇する。そのため、パワー素子温度に基づいて推定する推定冷却水温の温度も上昇し、この推定冷却水温と実冷却水温との偏差が大きくなることが分かっている。そのため、異常判定閾値は、誤判断を防止するため、パワー素子に最大電流が流れているときに生じる温度偏差よりも大きい値にしなければならなかった。
　これにより、推定冷却水温と実冷却水温の偏差がある程度大きくならなければ、冷却水温センサが異常を判定できない、という問題があった。

　本発明は、上記問題に着目してなされたもので、パワー素子の温度と、パワー素子を冷却する冷却水温度とのずれが小さい場合であっても、パワー素子温度を検出する温度センサの異常を判定できるセンサ異常判定装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明のセンサ異常判定装置は、パワー素子と、前記パワー素子を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、前記パワー素子の温度を検出する温度センサと、前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する水温センサと、を備える半導体モジュールに適用され、異常判定部と、判定温度設定部と、を備えている。
　前記異常判定部は、前記温度センサの検出温度と前記水温センサの検出水温の差が、予め設定した判定温度差よりも大きいときに、前記温度センサが異常であると判定する。
　前記判定温度設定部は、前記温度センサの検出温度が前記水温センサの検出水温よりも低いときの判定温度差を、前記温度センサの検出温度が前記水温センサの検出水温よりも高いときの判定温度差よりも、低い値に設定する。

　本発明のセンサ異常判定装置では、異常判定部により、温度センサの検出温度と水温センサの検出水温の差が所定の判定温度差よりも大きいときに、温度センサの異常が判定される。ここで、異常判定の基準となる判定温度差は、温度センサの検出温度が水温センサの検出水温よりも低いときには、温度センサの検出温度が水温センサの検出水温よりも高いときよりも低い値に設定される。
　すなわち、温度センサの検出温度が水温センサの検出温度よりも低いときには、パワー素子に流れる電流によるパワー素子の温度上昇は抑えられていると考えられる。一方、温度センサの検出温度が水温センサの検出温度よりも高いときには、パワー素子に比較的大きな電流が流れ、パワー素子の温度は上昇していると考えられる。また、パワー素子の温度上昇が抑制されているときには、温度センサの検出温度と水温センサの検出温度との差が小さくなる。
　そこで、パワー素子に流れる電流が小さくてパワー素子の温度上昇が抑えられていると考えられるときの判定温度差を、パワー素子温度が上昇していると考えられるときの判定温度差よりも低い値に設定することで、温度センサの検出温度と水温センサの検出水温の差が小さくても温度センサの異常を判定することができる。

実施例１のセンサ異常判定装置を搭載したモータユニットを示す全体システム図である。 実施例１のセンサ異常判定装置において実行される温度センサ異常判定処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のセンサ異常判定装置における異常判定領域と正常判定領域を示す概念図である。

　以下、本発明のセンサ異常判定装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

　（実施例１）
　まず、実施例１のセンサ異常判定装置における構成を「モータユニット全体システム構成」、「温度センサ異常判定処理構成」に分けて説明する。

　［モータユニット全体システム構成］
　図１は、実施例１のセンサ異常判定装置を搭載したモータユニットを示す全体システム図である。以下、図１に基づき、実施例１のセンサ異常判定装置を備えたモータユニットの全体システム構成を説明する。

　実施例１におけるセンサ異常判定装置は、図１に示すモータユニット１に搭載されている。すなわち、このモータユニット１は、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両（不図示）の走行駆動源として搭載されるものである。
このモータユニット１は、モータ２と、インバータ（半導体モジュール）３と、冷却システム４と、を有している。

　前記モータ２は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータである。このモータ２は、冷却システム４の後述する冷却水４１が流れるモータ用ウォータジャケット２ａを有している。

　前記インバータ３は、パワー素子３ａを有しており、図示しないモータコントローラからの制御指令に基づいてモータ２に印加する三相交流電力を作り出し、このモータ２を制御する。前記パワー素子３ａは、例えば三相交流電力を出力するインバータの主スイッチとして主要な役割を担うＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュール等である。このパワー素子３ａは、冷却水４１が流れるパワー素子用ウォータジャケット３ｂを有している。

　また、このインバータ３には、パワー素子３ａの温度を検出する温度センサ５１と、パワー素子用ウォータジャケット３ｂを流れる冷却水４１の温度を検出する水温センサ５２と、パワー素子３ａに流れる電流を検出する電流センサ５３と、が設けられている。

　前記冷却システム４は、モータ２及びインバータ３のパワー素子３ａを冷却する冷却水４１が循環する冷却水循環路（冷却水回路）４２と、ウォータポンプ４３と、放熱器４４と、を有している。
前記冷却水４１は、不凍液（ＬＬＣ；クーラント）である。
前記冷却水循環路４２は、冷却水４１が流れる流路であり、冷却水４１の流れに沿って、ウォータポンプ４３→モータ用ウォータジャケット２ａ→パワー素子用ウォータジャケット３ｂ→放熱器４４→ウォータポンプ４３の順に接続している。
前記ウォータポンプ４３は、冷却水循環路４２を流れる冷却水４１に圧力をかけ、冷却水４１を冷却水循環路４２内で強制的に循環させる電動ポンプである。
前記放熱器４４は、冷却水循環路４２の途中位置に設けられ、冷却水４１を外気と熱交換させることでウォータポンプ４３に吸い込まれる冷却水４１を冷却する。

　すなわち、この冷却システム４では、ウォータポンプ４３によって送り出された冷却水４１は、まずモータ用ウォータジャケット２ａにおいて、モータ２と熱交換を行い、このモータ２を冷却する。その後、インバータ３のパワー素子３ａに設けられたパワー素子用ウォータジャケット３ｂに流れこむ。そして、パワー素子用ウォータジャケット３ｂにおいて、パワー素子３ａと熱交換を行い、このパワー素子３ａを冷却する。そして、放熱器４４に流れ込んで空冷され、再びウォータポンプ４３に吸い込まれた後、送り出される。

　さらに、このモータユニット１には、制御器（センサ異常判定装置）５が設けられている。この制御器５には、温度センサ５１、水温センサ５２、電流センサ５３からの各種検出信号が入力される。そして、この制御器５は、後述する温度センサ異常判定処理を実行し、温度センサ５１の異常判定を行うものであり、異常判定部５ａと、判定温度設定部５ｂと、を有している。

　前記異常判定部５ａは、温度センサ５１の検出温度と水温センサ５２の検出水温の差が、予め設定した判定温度差よりも大きいときに、この温度センサ５１が異常であると判定する演算回路である。
また、この異常判定部５ａでは、パワー素子３ａに流れる電流が予め設定した第１電流判定値Ｉmth１以上のときには、温度センサ５１の異常判定を行わない。一方、パワー素子３ａに流れる電流が予め設定した第２電流判定値Ｉmth２以下の状態を所定時間継続したとき、車両停止状態のとき、冷却水循環路４２を冷却水４１が循環してから所定時間経過したとき、のすべての条件を満たしたら、温度センサ５１の異常判定を行う。

　前記判定温度設定部５ｂは、異常判定部５ａにて用いる判定温度差を設定する演算回路である。この判定温度設定部５ｂでは、温度センサ５１の検出温度が水温センサ５２の検出水温よりも低いときの判定温度差を、温度センサ５１の検出温度が水温センサ５２の検出水温よりも高いときの判定温度差よりも、低い値に設定する。

　［温度センサ異常判定処理構成］
　図２は、実施例１の制御器にて実行される温度センサ異常判定処理の流れを示すフローチャートである。以下、図２に基づき、実施例１の温度センサ異常判定処理構成について説明する。

　ステップＳ１では、高モータ電流判定時間Ｔth１を設定し、ステップＳ２へ進む。
ここで、「高モータ電流判定時間」とは、モータ２に印加される電流（モータ電流値）、つまりインバータ３のパワー素子３ａに流れる電流が大きいか否かを判定する際の判定基準となる時間である。なお、パワー素子３ａに流れる電流は、予め設定した第１電流判定値Ｉmth１よりも大きければ「高い」と判定される。そして、この「高モータ電流判定時間」は、例えばモータ電流のノイズ成分等を考慮した判定マージン時間に設定する。

　ステップＳ２では、ステップＳ１での高モータ電流判定時間Ｔth１の設定に続き、低モータ電流判定時間Ｔth２を設定し、ステップＳ３へ進む。
ここで、「低モータ電流判定時間」とは、モータ２に印加される電流（モータ電流値）、つまりインバータ３のパワー素子３ａに流れる電流が小さいか否かを判定する際の判定基準となる時間である。なお、パワー素子３ａに流れる電流は、予め設定した第２電流判定値Ｉmth２よりも小さければ、「低い」と判定される。そして、この「低モータ電流判定時間」は、例えばモータ電流のノイズ成分等を考慮した判定マージン時間に、パワー素子３ａの熱時定数を加味して設定する。

　ステップＳ３では、ステップＳ２での低モータ電流判定時間Ｔth２の設定に続き、高モータ電流時のパワー素子３ａの上昇温度を設定し、ステップＳ４へ進む。
ここで、パワー素子３ａは電流が流れると発熱するが、流れる電流が高いほど温度が上昇する。つまり、高いと判定されるモータ電流値（第１電流判定値Ｉmth１）が流れているときには、パワー素子３ａの温度は上昇するため、このステップＳ３では、第１電流判定値Ｉmth１が流れたことで上昇するパワー素子温度を設定する。なお、この上昇温度は、予めモータ電流に対するパワー素子３ａの上昇温度を計算又は実測してマップ化しておき、このマップに基づいて設定する。

　ステップＳ４では、ステップＳ３での上昇温度の設定に続き、第１判定温度差を演算し、ステップＳ５へ進む。
ここで、「第１判定温度差」とは、パワー素子３ａの温度（温度センサ５１によって検出された検出温度）が、冷却水４１の温度（水温センサ５２によって検出された検出水温）よりも高いときに、温度センサ５１の異常を判定する際の基準になる値である。この「第１判定温度差」は、下記式（１）に基づいて求められる。
　　第１判定温度差　＝　検出誤差　＋　上昇温度　＋　判定マージン　　…（１）
なお、式（１）における「上昇温度」は、ステップＳ３にて求めた値である。

　ステップＳ５では、ステップＳ４での第１判定温度差の演算に続き、第２判定温度差を演算し、ステップＳ６へ進む。
ここで、「第２判定温度差」とは、パワー素子３ａの温度（温度センサ５１によって検出された検出温度）が、冷却水４１の温度（水温センサ５２によって検出された検出水温）よりも低いときに、温度センサ５１の異常を判定する際の基準になる値である。この「第２判定温度差」は、下記式（２）に基づいて求められる。
　　第２判定温度差　＝　検出誤差　＋　判定マージン　　…（２）

　ステップＳ６では、ステップＳ５での第２判定温度差の演算に続き、パワー素子３ａを冷却する冷却水４１が冷却水循環路４２内で循環を開始してから、予め設定した所定の循環必要時間を経過したか否かを判断する。YES（循環必要時間経過）の場合には、ステップＳ７へ進む。NO（循環必要時間未経過）の場合には、冷却水４１が十分に循環していないとしてステップＳ11へ進む。
ここで「循環必要時間」は、冷却水循環路４２内で循環する冷却水４１の温度分布が均等になるために必要と考えられる時間であり、任意の値に設定できる。

　ステップＳ７では、ステップＳ６での循環必要時間経過との判断に続き、モータユニット１が搭載された車両が停車状態であるか否かを判断する。YES（停車中）の場合には、ステップＳ８へ進む。NO（走行中）の場合には、モータ２から走行に必要なモータトルクが出力されているとしてステップＳ11へ進む。
ここで、車両の停車判断は、図示しない車速センサによって検出された車両速度が、停車と判断できる程度の所定値（＝ゼロ）よりも小さいときに行われる。

　ステップＳ８では、ステップＳ７での車両停車中との判断に続き、モータ電流値であるインバータ３のパワー素子３ａに流れている電流を検出し、ステップＳ９へ進む。このパワー素子３ａに流れている電流は、電流センサ５３によって検出される。

　ステップＳ９では、ステップＳ８での電流の検出に続き、このステップＳ８で検出したモータ電流値（パワー素子３ａに流れている電流）が大きいか否かを判断する。YES（モータ電流大きい）の場合は、モータ電流が大きくてパワー素子３ａの温度が高いとしてステップＳ11に進む。NO（モータ電流大きくない）の場合は、ステップＳ10へ進む。
ここで、モータ電流が大きい場合とは、パワー素子３ａに流れている電流が予め設定した第１電流判定値Ｉmth１を上回った状態を、ステップＳ１にて設定した高モータ電流判定時間Ｔth１の間継続した場合である。
なお、高モータ電流判定時間Ｔth１は、電流ノイズの影響でモータ電流が大きいと誤判定することを避けるために設定した時間である。一般的には、このように設定した高モータ電流判定時間Ｔth１に対して、パワー素子３ａの熱時定数は十分に大きく、問題はない。しかしながら、高モータ電流判定時間Ｔth１が経過した後のパワー素子３ａの温度上昇を無視できない場合には、その温度上昇分を考慮してパワー素子３ａの上昇温度を算出する。具体的には、ステップＳ３において、マップから求めるのではなく、下記式（３）から算する。
　　上昇温度　＝　マップ検出温度（マップに基づいて求めた上昇温度）
　　　　    ＋　モータ電流最大の状態で高モータ電流判定時間経過したときのパワー素子３ａの上昇温度　　　…（３）

　ステップＳ10では、ステップＳ９でのモータ電流が大きくないとの判断に続き、ステップＳ８で検出したモータ電流値（パワー素子３ａに流れている電流）が小さいか否かを判断する。YES（モータ電流小さい）の場合は、ステップＳ12へ進む。NO（モータ電流小さくない）の場合は、モータ電流が小さくなく、パワー素子３ａの温度がある程度高いことが予想されるとしてステップＳ11に進む。
ここで、モータ電流が小さい場合とは、パワー素子３ａに流れている電流が予め設定した第２電流判定値Ｉmth２を下回った状態を、ステップＳ２にて設定した低モータ電流判定時間Ｔth２の間継続した場合である。

　ステップＳ11では、ステップＳ６での循環必要時間未経過との判断、又は、ステップＳ７での車両走行中との判断、又は、ステップＳ９でのモータ電流が大きいとの判断、又は、ステップＳ10でのモータ電流が小さくないとの判断に続き、温度センサ５１の異常判定を実行せず、エンドへ進む。
すなわち、冷却水４１の循環開始から所定の循環必要時間が経過していなければ、冷却水循環路４２内において、冷却水温度分布が均等ではなく、ばらつき（むら）が残っていると考えられる。そのため、水温センサ５２によって検出される冷却水温度に、冷却水温度分布のばらつき（むら）の影響が反映されてしまい、温度センサ５１の異常判定を誤判定することが考えられる。
また、車両が走行中では、モータ２から必要なモータトルクを出力させるため、インバータ３のパワー素子３ａに比較的大きな電流が流れると考えられる。また、例え車両走行中でなくても、パワー素子３ａに流れる電流がある程度大きければ、パワー素子温度が上昇し、冷却水４１との温度差が大きくなってしまう。そのため、温度センサ５１の異常判定を誤判定することが考えられる。
このように、温度センサ５１の異常判定において、誤判定すると思われる状況においては、このステップＳ11へと進んで温度センサ５１の異常判定を実行しない。

　ステップＳ12では、ステップＳ10でのモータ電流が小さいとの判断に続き、温度センサ５１によってパワー素子３ａの温度を検出すると共に、水温センサ５２によってパワー素子用ウォータジャケット３ｂを流れる冷却水４１の温度を検出し、ステップＳ13へ進む。

　ステップＳ13では、ステップＳ12でのパワー素子温度及び冷却水温度の検出に続き、このステップＳ12にて検出したパワー素子３ａの温度と、冷却水４１の温度との差（以下、温度差ΔＴという）を演算し、ステップＳ14へ進む。この温度差ΔＴは、下記式（４）に基づき求める。
　　　温度差ΔＴ　＝　パワー素子３ａの温度　－　冷却水４１の温度　　　…（４）

　ステップＳ14では、ステップＳ13での温度差ΔＴの演算に続き、このステップＳ13にて演算した温度差ΔＴがステップＳ４にて設定した第１判定温度差以下であって、この温度差ΔＴ≦第１判定温度差の状態が予め設定した第１判定時間の間継続したか否かを判断する。YES（温度差ΔＴ≦第１判定温度差、且つ、判定時間≧第１判定時間）の場合には、ステップＳ15へ進む。NO（温度差ΔＴ＞第１判定温度差、又は、判定時間＜第１判定時間）の場合は、ステップＳ16へ進む。
なお、「第１判定時間」は、パワー素子３ａの温度と冷却水４１の温度のノイズの影響を回避できる時間であり、任意の値に設定できる。

　ステップＳ15では、ステップＳ14での温度差ΔＴ≦第１判定温度差、且つ、判定時間≧第１判定時間との判断に続き、ステップＳ13にて演算した温度差ΔＴがステップＳ５にて設定した第２判定温度差以上であって、この温度差ΔＴ≧第２判定温度差の状態が予め設定した第２判定時間の間継続したか否かを判断する。YES（温度差ΔＴ≧第２判定温度差、且つ、判定時間≧第２判定時間）の場合には、ステップＳ17へ進む。NO（温度差ΔＴ＜第２判定温度差、又は、判定時間＜第２判定時間）の場合は、ステップＳ16へ進む。なお、「第２判定時間」は、パワー素子３ａの温度と冷却水４１の温度のノイズの影響を回避できる時間であり、任意の値に設定できる。

　ステップＳ16では、ステップＳ14での温度差ΔＴ＞第１判定温度差、又は、判定時間＜第１判定時間との判断、又は、ステップＳ15での温度差ΔＴ＜第２判定温度差、又は、判定時間＜第２判定時間との判断に続き、温度差ΔＴが大きいとして、温度センサ５１に異常が発生していると判定し、エンドへ進む。

　ステップＳ17では、ステップＳ15での温度差ΔＴ≧第２判定温度差、且つ、判定時間≧第２判定時間との判断に続き、温度差ΔＴが所定範囲（第２判定温度差以上、第１判定温度差以下）内に収まっているとして、温度センサ５１に異常が発生していないと判定し、エンドへ進む。

　次に、作用を説明する。
　まず、「比較例のセンサ異常判定装置における課題」を説明し、続いて、実施例１のセンサ異常判定装置における「異常判定作用」を説明する。

　［比較例のセンサ異常判定装置における課題］
　電気自動車の走行駆動となるモータコントロールユニットでは、モータに適切な電流を流すことで必要なモータトルクが発生するように制御する。ここで、モータに適切な電流を流すためには、電源とモータの間にパワー素子を有すインバータを配置し、モータに印可する電流が目標値となるようにパワー素子３ａをパルス駆動している。

　一般に、パワー素子の発熱量はパワー素子の電流に応じて増加する。またパワー素子には発熱限界があり、この発熱限界を超えない適切な温度になるように温度管理する必要がある。このため、温度センサを用いてパワー素子の温度を検出し、検出された温度に応じてパワー素子の電流を制限しなければ、パワー素子の温度が発熱限界を超えて破損するおそれがあった。

　ところで温度センサに異常が発生した場合には、異常があることを検知して必要な電流制限をしなければ、やはりパワー素子が破損するおそれがある。ここで、温度センサの異常としては、センサ出力が０Ｖになる場合や、電源電圧相当になる場合があり、センサ出力がある範囲を超えた場合に異常発生と判断するのが一般的である。しかしながら，センサ出力が中間値で固着したり、センサ出力が所定範囲オフセットしたり、温度に対するセンサ出力のゲインが基準と異なるような異常の場合では、上記の方法では異常を検知することができなかった。

　このため、一つのパワー素子に対して複数の温度センサを装備し、それぞれの温度センサからのセンサ出力が異なる場合に異常発生と判定する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、一つのパワー素子に対して温度センサを少なくとも２個装備する必要があり、センサ装備スペースやコスト増加の課題が発生してしまう。

　［異常判定作用］
　図３は、実施例１のセンサ異常判定装置における異常判定領域と正常判定領域を示す概念図である。以下、図３に基づき、実施例１の異常判定作用を説明する。

　実施例１において、温度センサ５１の異常判定を実行するには、図２にフローチャートで示す温度センサ異常判定処理を実行する。すなわち、図２において、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、「高モータ電流判定時間Ｔth１」、「低モータ電流判定時間Ｔth２」、「高モータ電流時のパワー素子３ａの上昇温度」をそれぞれ設定する。そして、これらの値を設定したら、ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、「第１判定温度差」、「第２判定温度差」を演算する。

　ここで、「第１判定温度差」は、パワー素子温度が冷却水温度よりも高いときに、温度センサ５１の異常を判定する際の基準になる値である。
上述のように、パワー素子の発熱量はパワー素子に流れる電流に応じて増加するので、電流が流れるほどパワー素子温度は上昇する。このとき、パワー素子３ａは、冷却水４１と熱交換することで冷却されるため、パワー素子３ａの温度と冷却水４１の温度は基本的にほぼ等しい、もしくは冷却水温度の方が高くなる。しかし、パワー素子３ａに流れる電流が高い場合では、冷却水４１による冷却がパワー素子３ａの温度上昇に追いつかず、パワー素子３ａの温度の方が冷却水温度よりも高くなることがある。

　すなわち、パワー素子温度が冷却水温度よりも高いときの基準である「第１判定温度差」は、パワー素子３ａに高い電流が流れていて、パワー素子温度が上昇していると考えられる状況において、温度センサ５１の異常判定を行う際の基準になる温度である。
そのため、この「第１判定温度差」は、図３に示すように、検出誤差と判定マージンに加え、高いと判定されるモータ電流値（第１電流判定値Ｉmth１）が流れているときに上昇するであろうパワー素子温度（上昇温度）を加算して求める。
これにより、パワー素子３ａの温度上昇が冷却水４１による冷却性能を上回り、パワー素子３ａの温度が最大発熱温度となっても、第１判定温度差には、この上昇温度が加味されているので、温度センサ５１の異常判定を適切に行うことができる。

　一方、「第２判定温度差」は、パワー素子温度が冷却水温度よりも低いときに、温度センサ５１の異常を判定する際の基準になる値である。
ここで、パワー素子温度が冷却水温度よりも低い場合とは、冷却水４１による冷却が十分に行われ、パワー素子３ａの温度上昇が抑制されている場合である。そのため、パワー素子温度と冷却水温度とが大きく乖離することはないと考えられる場合となる。

　すなわち、パワー素子温度が冷却水温度よりも低いときの基準である「第２判定温度差」は、冷却水４１による冷却が十分機能していて、パワー素子温度と冷却水温度とが大きく乖離することはないと考えられる状況において、温度センサ５１の異常判定を行う際の基準になる値である。
そのため、この「第２判定温度差」は、図３に示すように、検出誤差と判定マージンのみを加算して求める。
これにより、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離していなくても、つまり、温度センサ５１の出力と水温センサ５２の出力とが大きくずれていなくても、温度センサ５１の異常を判定することができる。

　さらに、第１判定温度差及び第２判定温度差を演算したら、図２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ６へと進み、冷却水４１の循環開始から所定の循環必要時間が経過したか否かを判断する。そして、循環必要時間が経過していなければステップＳ11へと進み、温度センサ５１の異常判定を行わない。
そのため、冷却水循環路４２内における冷却水４１の温度分布が均一になるのを待ってから温度センサ５１の異常判定を行うことができ、冷却水４１の温度分布に生じたばらつきによって生じる誤判定を防止することができる。

　また、循環必要時間が経過し、冷却水４１の温度分布が均一になったと判断できれば、ステップＳ７へと進み、モータユニット１を搭載した車両が停車しているか否かを判断する。そして、走行中（停車中でない）であればステップＳ11へと進み、温度センサ５１の異常の有無を判定しない。
すなわち、車両走行中は、モータ２から走行に必要なモータトルクを出力させるために、モータ電流であるパワー素子３ａに流れる電流が大きくなる。そのため、パワー素子温度が上昇し、冷却水温度に対して大きく乖離してしまうことが考えられる。このときには、温度センサ５１の異常の有無を判定しないため、誤判定を防止することができる。
一方、車両停車中は、モータ２からモータトルクを出力する必要がないため、モータ電流であるパワー素子３ａに流れる電流が小さくなり、パワー素子３ａの温度上昇を抑制される。これにより、パワー素子温度が冷却水温度よりも低くなり、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離していなくても、温度センサ５１の異常を判定することができる。また、走行する車両には、必ず停車状態が生じるため、センサ異常の判定頻度機会を十分に確保することができ、異常検知性と判定頻度の両立を図ることができる。

　そして、車両停車中であればステップＳ８→ステップＳ９へと進み、パワー素子３ａに流れている電流が大きいか否かを判断する。そして、パワー素子３ａに流れている電流が大きければステップＳ11へと進み、温度センサ５１の異常判定を行わない。
そのため、パワー素子３ａに流れる電流が大きくて、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離しなければ温度センサ５１の異常判定をできない場合には、異常判定の実行が控えられ、誤判定の発生を防止することができる。

　また、パワー素子３ａに流れている電流が大きくなければ、ステップＳ10へと進み、パワー素子３ａに流れている電流が小さいか否かを判断する。そして、パワー素子３ａに流れている電流が小さくなければ、すなわちパワー素子３ａに流れている電流が、低モータ電流判定時間Ｔth２の間、継続して第２電流判定値Ｉmth２を下回らなければステップＳ11へと進み、温度センサ５１の異常判定を行わない。
ここで、例えばパワー素子３ａに大きな電流が流れてしまうと、パワー素子３ａは温度上昇してしまい、パワー素子温度と冷却水温度とが大きく乖離しなければセンサ異常を判定することができない。しかしながら、その後、パワー素子３ａに流れている電流が、低モータ電流判定時間Ｔth２の間、継続して第２電流判定値Ｉmth２を下回れば、パワー素子３ａの温度上昇が抑制された状態が一定時間（低モータ電流判定時間Ｔth２）継続することとなり、パワー素子３ａの温度が低下する。つまり、パワー素子温度が冷却水温度よりも低くなり、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離していなくても、温度センサ５１の異常を判定することができる。

　一方、モータ電流が小さいと判断されれば、ステップＳ12→ステップＳ13→ステップＳ14へと進んで、温度差ΔＴと第１判定温度差とが比較される。そして、温度差ΔＴが第１判定温度差を上回れば、ステップＳ16へと進んで、温度センサ５１に異常が発生していると判断する。
このとき、第１判定時間を設定しているので、パワー素子温度と冷却水温度のノイズの影響を回避することができる。

　また、温度差ΔＴが第１判定温度差以下であり、ステップＳ14においてYESと判断されれば、ステップＳ15へと進み、温度差ΔＴが第２判定温度差と比較される。そして、温度差ΔＴが第２判定温度差を下回れば、ステップＳ16へと進んで、温度センサ５１に異常が発生していると判断する。また、温度差ΔＴが第２判定温度差以上であれば、ステップＳ17へと進み、温度センサ５１に異常が発生していないと判断する。
このとき、第２判定時間を設定しているので、パワー素子温度と冷却水温度のノイズの影響を回避することができる。

　以上説明したように、この実施例１では、温度センサ５１の検出温度が水温センサ５２の検出水温よりも低いときの判定温度差（第２判定温度差）を、温度センサ５１の検出温度が水温センサ５２の検出水温よりも高いときの判定温度差（第１判定温度差）よりも、低い値に設定している。
つまり、パワー素子温度が冷却水温度よりも高いときには、第１判定温度差にパワー素子３ａの温度上昇分を加算するが、このパワー素子３ａの温度上昇分は、パワー素子温度が冷却水温度よりも低いときの第２判定温度差には含めない。

　これは、パワー素子３ａの発熱は、パワー素子温度が冷却水温度よりも高い場合のみ考慮すればよいためで、これにより、パワー素子温度よりも冷却水温度が高い場合の判定温度差（第２判定温度差）を比較的小さい値に設定することができ、異常検知性能を向上することができる。

　一方、第１判定温度差にはパワー素子３ａの温度上昇分を加算したことで、パワー素子３ａに流れる電流に起因するパワー素子温度の上昇分が原因で、冷却水温度とパワー素子温度との差が大きくなったとしても、温度センサ５１に異常が発生したと誤判定することを防止できる。

　なお、図２に示すステップＳ３で上昇温度を設定する際に、パワー素子３ａに流れている電流は、適用するシステムの最大電流未満とすることができる。これは、第１判定温度差に検知誤差や判定マージンを含めているからである。
また、第１判定温度差に含める上昇温度分を、「車両停車時の温度上昇分」とすれば、加算する上昇温度の値が小さくなり、温度センサ出力のずれが小さい異常であっても検出することができて、異常検知性能を向上することができる。一方、第１判定温度差に含める上昇温度分を、「最大電流印加時の温度上昇分」とすると、診断頻度を高めることができる。
このように、上昇温度の値を調整することで、異常検知性能と診断頻度の重みを任意に設定することができる。

　また、実施例１のセンサ異常判定処理をハイブリッド車両において実行する場合を考えると、異常判定を可能とするモータ電流（パワー素子３ａに流れる電流）は、例えばモータアイドル中の電流とすることが考えられる。ハイブリッド車両では、車両停車状態は必ず存在するため、モータアイドル状態において必ずセンサ異常判定を実行でき、なおかつ、このときの判定温度差（第２判定温度差）が小さい値に設定されるため、異常検知性能を向上することができる。なお、この場合には、パワー素子３ａに流れる電流を高いと判定する際の基準である第１電流判定値Ｉmth１を、モータアイドル時にパワー素子３ａに流れる電流とすればよい。

　次に、効果を説明する。
　実施例１のセンサ異常判定装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

　(1) パワー素子３ａと、前記パワー素子３ａを冷却する冷却水４１が循環する冷却水回路（冷却水循環路）４２と、前記パワー素子３ａの温度を検出する温度センサ５１と、前記冷却水回路４２を循環する冷却水４１の温度を検出する水温センサ５２と、を備える半導体モジュール（インバータ）３に適用され、
　前記温度センサ５１の検出温度と前記水温センサ５２の検出水温の差（温度差）ΔＴが、予め設定した判定温度差よりも大きいときに、前記温度センサ５１が異常であると判定する異常判定部５ａと、
　前記温度センサ５１の検出温度が前記水温センサ５２の検出水温よりも低いときの判定温度差（第２判定温度差）を、前記温度センサ５１の検出温度が前記水温センサ５２の検出水温よりも高いときの判定温度差（第１判定温度差）よりも、低い値に設定する判定温度設定部５ｂと、
　を備える構成とした。
　これにより、パワー素子３ａの温度と、パワー素子３ａを冷却する冷却水４１の温度とのずれが小さい場合であっても、パワー素子温度を検出する温度センサの異常を判定できる。

　(2) 前記半導体モジュール（インバータ）３は、前記パワー素子３ａに流れる電流を検出する電流センサ５３を備え、
　前記異常判定部５ａは、前記パワー素子３ａに流れる電流が予め設定した第１電流判定値Ｉmth１以上のときには、前記温度センサ５１の異常判定を実行しない構成とした。
　これにより、上記(1)の効果に加え、パワー素子３ａに流れる電流が大きく、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離しなければ温度センサ５１の異常判定をできない場合に、異常判定の実行を控えることで、誤判定の発生を防止することができる。

　(3) 前記異常判定部５ａは、前記パワー素子３ａに流れる電流が予め設定した第２電流判定値Ｉmth２以下の状態を所定時間（低モータ電流判定時間Ｔth２）継続したら、前記温度センサ５１の異常判定を実行する構成とした。
　これにより、上記(1)又は(2)の効果に加え、例えパワー素子温度が上昇していても、パワー素子３ａの温度が低下するまで待ってセンサ異常判定を行うことができ、パワー素子温度と冷却水温度が大きく乖離していなくても、温度センサ５１の異常を判定することができる。

　(4) 前記半導体モジュール（インバータ）３は、車両の走行駆動源として前記車両に搭載されるモータ２の制御回路であり、
　前記異常判定部５ａは、前記車両が停車状態のときに、前記温度センサ５１の異常判定を実行する構成とした。
　これにより、上記(1)から(3)のいずれかの効果に加え、車両走行中は、モータ２から走行に必要なモータトルクを出力させるためにパワー素子３ａに流れる電流が大きくなり、パワー素子温度が上昇し、冷却水温度に対して大きく乖離してしまう。このときには、温度センサ５１の異常の有無を判定しないため、誤判定を防止することができる。

　(5) 前記異常判定部５ａは、前記パワー素子３ａを冷却する冷却水４１の循環が開始してから所定時間（循環必要時間）が経過したときに、前記温度センサ５１の異常判定を実行する構成とした。
　これにより、上記(1)から(4)のいずれかの効果に加え、冷却水循環路４２内における冷却水４１の温度分布が均一になるのを待ってから温度センサ５１の異常判定を行うことができ、冷却水４１の温度分布に生じたばらつきによって生じる誤判定を防止することができる。

　以上、本発明のセンサ異常判定装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

　実施例１では、水温センサ５２は、パワー素子３ａが有するパワー素子用ウォータジャケット３ｂを流れる冷却水４１の温度を検出する例を示したが、これに限らない。水温センサ５２は、冷却システム４において、パワー素子３ａを冷却する冷却水４１の温度を検出すればよいので、例えば、放熱器４４に流れ込む直前の冷却水温度や、ウォータポンプ４３から吐出された直後の冷却水温度を検出するものであってもよい。
ここで、水温センサ５２を設けた位置とパワー素子３ａの温度センサ５１との間の冷却水循環路４２が長かったり、冷却水流量が少なかったりする場合には、パワー素子３ａに接した冷却水４１が水温センサ５２に接するまでの時間、又は、水温センサ５２に接した冷却水４１がパワー素子３ａに接するまでの時間が長くなってしまう。このとき、冷却水４１の温度が冷却水循環路４２内で均一であれば問題ないが、冷却水４１の温度分布にばらつき（むら）がある場合には、その温度分布のばらつきが、温度センサ５１と水温センサ５２の検出温度差に加算されてしまう。このため、温度センサ５１に異常がないにも拘らず異常が発生していると誤判定することがあった。そのようなときには、冷却水４１の各センサへの到着時間を加味して、双方のセンサの温度差ΔＴを演算することで、誤判定を回避することができる。

　具体的には、図２に示すフローチャートのステップＳ13において温度差ΔＴを演算する際に、温度センサ５１と水温センサ５２の間の冷却水容量と冷却水流量から、センサ間を冷却水４１が移動する時間を求める。そして、この時間分の過去の温度情報を記憶しておき、過去の温度との温度差を求めてもよい。
すなわち、冷却水循環路４２の内部をパワー素子３ａ→水温センサ５２の順に冷却水４１が移動する時間がｎ秒であれば、ΔＴ＝ｎ秒前のパワー素子温度　－　現在の冷却水温度、となる。

　また、実施例１では、車両停車中に限って温度センサ５１の異常判定を行っているが、診断機会を増大するために、定常走行中にパワー素子３ａに流れる電流から、このパワー素子３ａの上昇温度を求めてもよい。この場合、異常判定の基準となる判定温度差は大きくなるが、診断機会を増大することができる。この場合では、パワー素子３ａに流れる電流が大きいと判断する際の基準となる第１電流判定値Ｉmth１を、定常走行中にパワー素子３ａに流れる電流とすればよい。

　さらに、モータアイドル時の異常判定と、定常走行時の異常判定との両方の異常判定制御を実装してもよい。この場合、異常判定の基準となる判定温度差が比較的小さくなるモータアイドル時では、小さな異常（センサ出力のずれが小さい異常）を検知できる。一方、出現頻度の高い定常走行時でも異常判定が実行可能となることで、異常判定頻度の増大を図ることができる。この結果、異常検知性能と診断頻度の増大の両立を図ることができる。
なお、この場合では、それぞれの第１電流判定値Ｉmth１に対応した第２電流判定値Ｉmth２を設定することもできる。さらに、パワー素子電流とパワー素子上昇温度との関係を、例えばマップ化することで、パワー素子３ａに流れる電流に応じてパワー素子３ａの上昇温度を適宜求めてもよい。

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１３年８月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－１７６７０８に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (5)

1. 　パワー素子と、前記パワー素子を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、前記パワー素子の温度を検出する温度センサと、前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する水温センサと、を備える半導体モジュールに適用され、
   　前記温度センサの検出温度と前記水温センサの検出水温の差が、予め設定した判定温度差よりも大きいときに、前記温度センサが異常であると判定する異常判定部と、
   　前記温度センサの検出温度が前記水温センサの検出水温よりも低いときの判定温度差を、前記温度センサの検出温度が前記水温センサの検出水温よりも高いときの判定温度差よりも、低い値に設定する判定温度設定部と、
   　を備えることを特徴とするセンサ異常判定装置。
2. 　請求項１に記載されたセンサ異常判定装置において、
   　前記半導体モジュールは、前記パワー素子に流れる電流を検出する電流センサを備え、
   　前記異常判定部は、前記パワー素子に流れる電流が予め設定した第１電流判定値以上のときには、前記温度センサの異常判定を実行しない
   　ことを特徴とするセンサ異常判定装置。
3. 　請求項１又は請求項２に記載されたセンサ異常判定装置において、
   　前記異常判定部は、前記パワー素子に流れる電流が予め設定した第２電流判定値以下の状態を所定時間継続したら、前記温度センサの異常判定を実行する
   　ことを特徴とするセンサ異常判定装置。
4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたセンサ異常判定装置において、
   　前記半導体モジュールは、車両の走行駆動源として前記車両に搭載されるモータの制御回路であり、
   　前記異常判定部は、前記車両が停車状態のときに、前記温度センサの異常判定を実行する
   　ことを特徴とするセンサ異常判定装置。
5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたセンサ異常判定装置において、
   　前記異常判定部は、前記パワー素子を冷却する冷却水の循環が開始してから所定時間が経過したときに、前記温度センサの異常判定を実行する
   　ことを特徴とするセンサ異常判定装置。

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