WO2023190776A1 - 電力変換装置、推定プログラム及び推定方法 - Google Patents

電力変換装置、推定プログラム及び推定方法 Download PDF

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WO2023190776A1
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temperature
heat
heating element
amount
thermal resistance
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PCT/JP2023/013004
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啓太 福島
智仁 木上
直人 藤岡
友博 福村
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ニデック株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, an estimation program, and an estimation method.
  • the semiconductor switching elements that make up the inverter may fail if the junction temperature of the semiconductor elements exceeds a predetermined value, so monitor the temperature of the semiconductor elements and adjust the output to prevent the semiconductor elements from failing. There is a need to do. Placing a temperature sensor near a junction of a semiconductor element increases cost, so the temperature sensor is often placed at a position away from the semiconductor element on a substrate on which the semiconductor element is mounted. In this case, the overheat protection may not function properly due to the low responsiveness of the sensor.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor chip temperature estimating device that includes a semiconductor chip loss estimating section, a cooling element temperature estimating section that cools the semiconductor chip, and a semiconductor chip temperature rise estimating section.
  • the estimated value of the refrigerant temperature which is the base temperature, and the increase in the semiconductor element temperature are calculated from the refrigerant temperature, and the semiconductor element temperature is estimated by adding the two. ing.
  • overheat protection control becomes effective when the estimated value of the semiconductor element temperature exceeds a preset threshold.
  • This threshold value is a value obtained by subtracting a safety margin from the allowable temperature of the semiconductor element, but the size of this margin depends on the temperature estimation accuracy of the semiconductor element. If the estimation accuracy is low, even if there is a margin up to the allowable temperature, overheating protection will be activated, causing a problem in which the desired output cannot be produced. The higher the estimation accuracy, the smaller the margin can be set, and the more the inverter output can be maximized.
  • the above-mentioned conventional technology has a problem in that it may not be possible to accurately estimate the temperature or the temperature and amount of heat of the elements of the power conversion device.
  • Patent Document 1 does not take into account the influence of coolant temperature and flow velocity when calculating the semiconductor chip temperature increase, so the temperature estimation accuracy may decrease depending on usage conditions.
  • the present disclosure provides a technology that can accurately estimate the temperature of an element of a power conversion device, or the temperature and amount of heat.
  • a power conversion device includes a base plate, a substrate provided on the base plate, a heating element and a temperature sensor provided on the substrate, and a control unit. and a power converter connected to a load, wherein the control unit includes a heat amount calculation unit that calculates the amount of heat of the heat generating element based on information regarding the load, and a flow rate of a refrigerant that cools the heat generating element.
  • a refrigerant temperature calculation unit that calculates the temperature of the refrigerant based on a thermal resistance calculation unit that calculates the resistance value of the resistor based on the flow rate and the temperature of the refrigerant; a base plate temperature calculation unit that calculates the temperature of the base plate based on the amount of heat and the thermal resistance;
  • the heating element temperature calculating section calculates the temperature of the heating element based on the temperature of the base plate.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an estimation system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the estimation device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram explaining the model.
  • FIG. 4 is a diagram showing a model of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process flow of the estimation device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of arrangement of target positions.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating hot spots.
  • FIG. 8 is a diagram showing a model of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a model of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a model of the fourth example.
  • FIG. 11 is a diagram showing a model of the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of an estimation system according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the estimation device according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a thermal model according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a thermal model according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of a power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the configuration of a control device according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the configuration of a temperature estimation section according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the process flow of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the process flow of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the configuration of a temperature estimation section according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a meandering waterway.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a straight waterway.
  • FIG. 23 is a flowchart showing the process flow of the power conversion device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an estimation system according to the first embodiment.
  • the estimation system 1 includes an inverter device 10 and an estimation device 20.
  • the inverter device 10 is an example of a power conversion device.
  • the inverter device 10 converts DC power input from an external power source such as a battery into AC power to drive a load such as a motor.
  • the inverter device 10 includes heating elements such as switching elements and free wheeling diodes (FWD).
  • the switching element is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the switching element may be a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • the heating element also includes a bus bar, a capacitor, a reactor, and the like.
  • the inverter device 10 is divided into three parts: a U-phase 11a, a V-phase 11b, and a W-phase 11c.
  • the U phase 11a, the V phase 11b, and the W phase 11c are connected in parallel to form a three-phase bridge circuit.
  • Each phase is connected to a load (not shown).
  • the load is, for example, a three-phase motor, and the U-phase 11a, V-phase 11b, and W-phase 11c are connected to the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the load, respectively.
  • the inverter device 10 may also be two-phase or four-phase or more.
  • each phase is provided with a temperature sensor.
  • the temperature sensor is a thermistor.
  • the U-phase 11a is provided with an FWD 111a, an FWD 112a, an IGBT 113a, an IGBT 114a, and a temperature sensor 121a.
  • the V-phase 11b is provided with an FWD 111b, an FWD 112b, an IGBT 113b, an IGBT 114b, and a temperature sensor 121b.
  • the W phase 11c is provided with an FWD 111c, an FWD 112c, an IGBT 113c, an IGBT 114c, and a temperature sensor 121c.
  • the arrangement of the temperature sensors is not limited to that shown in FIG.
  • one temperature sensor may be provided for the inverter device 10.
  • a plurality of temperature sensors may be provided for each phase of the inverter device 10.
  • the temperature sensor may be provided at a portion of the inverter device 10 that is in contact with the heating element, or may be provided at a portion that is not in contact with the heating element.
  • the temperature sensor 121a, the temperature sensor 121b, and the temperature sensor 121c is in contact with the heating element.
  • each temperature sensor is arranged at a position on the substrate around the heating element, around a hot spot, or the like.
  • the estimating device 20 is a device for estimating the temperature or amount of heat related to the inverter device 10.
  • the estimation device 20 may be a microcomputer included in the inverter device 10, or may be a computer separated from the inverter device 10.
  • the estimation device 20 estimates the temperature or amount of heat at a position related to the inverter device 10 based on the temperature detected by the temperature detection section. Therefore, the estimating device 20 can estimate the temperature even at a position where the temperature is not detected by the temperature sensor.
  • the estimation device 20 can estimate the temperature of heating elements such as switching elements and free-wheeling diodes.
  • a temperature sensor may not be provided sufficiently close to a heating element. Furthermore, due to structural constraints, it may not be possible to install the temperature sensor sufficiently close to the heating element.
  • the estimation device 20 of the first embodiment can estimate the temperature of the heating element.
  • heating elements such as switching elements and free-wheeling diodes may be damaged due to overheating.
  • the heat generating element and the inverter device can be protected by appropriately controlling heat dissipation, cooling, etc. of the heat generating element based on the estimation result of the temperature of the heat generating element.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the estimation device according to the first embodiment.
  • the estimation device 20 includes an input/output section 21, a storage section 22, and a control section 23.
  • the input/output unit 21 is an interface for inputting and outputting data.
  • the input/output unit 21 receives input of temperature detected by a temperature sensor. Further, for example, the input/output unit 21 outputs the estimation result of temperature or amount of heat to another device.
  • the input/output unit 21 may receive data input from input devices such as a keyboard and a mouse. Further, the input/output unit 21 may output data to an output device such as a display.
  • the storage unit 22 and the control unit 23 are realized by a computer or various circuits having, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, an input/output port, etc.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • flash memory an input/output port, etc.
  • the storage unit 22 can store model information 221. Further, the control unit 23 functions as a calculation unit 231 and a compensation unit 232 by reading and executing a program stored in the storage unit 22, for example.
  • the model information 221 is information such as parameters for constructing a model.
  • the model of the first embodiment is based on the thermal resistance between target positions, including the thermal resistance between the position of the heating element provided in the inverter device 10 and the position of the temperature sensor, or the thermal resistance and the mass of the heat dissipation part. This is a model that expresses flow rate.
  • the heat radiating portion is, for example, a water channel or a heat radiating fin.
  • FIG. 3 is a diagram explaining the model. As shown in FIG. 3, the model is a model that imitates an electric circuit.
  • the model of the first embodiment may be called a thermal model. Current, voltage, and resistance in an electrical circuit correspond to heat, temperature, and thermal resistance in a thermal model.
  • the model includes variable temperature node 301, thermal resistance 302, thermal resistance 303, variable temperature node 304, thermal resistance 305, variable temperature node 306, mass flow dependent thermal resistance 307, reference temperature node 308, mass flow Includes a dependent thermal resistance 309 and a mass flow dependent variable temperature node 310.
  • the temperatures of the variable temperature node and the mass flow rate dependent variable temperature node are variables that change by calculation.
  • the temperature of the reference temperature node is a variable or a constant to which a fixed value is set.
  • the resistance value of the thermal resistance is a variable or a constant to which a fixed value is set. Further, the resistance value of the mass flow rate dependent thermal resistance changes depending on the mass flow rate of the heat radiation section. Further, the temperature of the mass flow rate dependent variable temperature node not only changes during the calculation process, but also changes depending on the mass flow rate of the heat dissipation section. Further, the resistance value of the mass flow rate dependent thermal resistance also changes depending on the temperature of the refrigerant (cooling water).
  • the mass flow rate of the heat radiation section is, for example, the mass flow rate of water flowing into the water channel. As the mass flow rate of water increases, the resistance value decreases and the heat dissipation performance improves.
  • thermal resistance caused by forced convection and the thermal resistance caused by natural convection may be considered to be different concepts, but in the first embodiment, they are not distinguished and are expressed by "mass flow rate dependent thermal resistance.”
  • the reference temperature node 308 is set to the temperature detected by the temperature sensor. Further, the amount of heat Qigbt of the heating element calculated by a predetermined method is input to the model.
  • the calculation unit 231 is a model expressing the thermal resistance between the target positions, including the thermal resistance between the position of the heating element provided in the inverter device 10 and the position of the temperature sensor, or the thermal resistance and the mass of the heat dissipation unit. Using a model expressing the flow rate, the temperature of each target position is calculated based on the amount of heat of the heating element, or the amount of heat of the heating element and the mass flow rate of the heat radiation section.
  • the calculation unit 231 calculates the temperature Tigbt of the variable temperature node 301 based on the amount of heat Qigbt. Furthermore, the calculation unit 231 calculates the temperature Tbase based on the temperature Tigbt and the resistance value Rigbt-base of the thermal resistance 302.
  • variable temperature node 304 corresponds to the position of the temperature sensor. Therefore, the temperature Tthermistor can be said to be an estimated value of the temperature detected by the temperature sensor. Further, the thermal resistance 303 and the thermal resistance 305 correspond to the thermal resistance of the surrounding portions of the temperature sensor.
  • the calculation unit 231 calculates the temperature Tthermister of the variable temperature node 304 based on the temperature Tigbt and the temperature Tbase.
  • the calculation unit 231 calculates the resistance value Rbase-water of the mass flow rate dependent thermal resistance 307, the temperature Twater_in of the reference temperature node 308, the resistance value of the mass flow rate dependent thermal resistance 309, and the mass flow rate of the mass flow rate dependent variable temperature node 310. Based on this, the temperature Twater_out of the mass flow dependent variable temperature node 310 is calculated.
  • the reference temperature node 308 and the mass flow dependent variable temperature node 310 correspond to the positions of the end points of the heat dissipation section.
  • the calculation unit 231 uses the model to calculate the temperature of each target position based on the amount of heat of the heating element and the reference temperature set at at least one of the target positions.
  • the calculation unit 231 calculates the position of the heating element, which is a switching element or a free-wheeling diode, and the base plate or base plate, which is not a hot spot formed by the heat generated by the heat generated by the heating element, by the heat radiating part and the cooling water.
  • the temperature of each target position is calculated using a model expressing the thermal resistance including at least the thermal resistance between the position of the heating element and the position of the temperature sensor.
  • the compensation unit 232 calculates the amount of heat at the target position based on the difference between the temperature at the position of the temperature sensor (for example, Tthermister in FIG. 3) calculated by the calculation unit 231 and the temperature detected by the temperature sensor. Compensate for. Then, the calculation unit 231 further calculates the temperature of each target position based on the temperature calculated using the amount of heat compensated by the compensation unit 232.
  • the temperature sensor for example, Tthermister in FIG. 3
  • the estimation device 20 can improve estimation accuracy by feeding back the calculated temperature to the model.
  • feedback An example in which feedback is provided will be described below.
  • FIG. 4 is a diagram showing a model of the first embodiment. As shown in FIG. 4, in the first example, a compensation node 311 is added to the model. Furthermore, the detected temperature 401 is input to the compensation node 311 . Detected temperature 401 is a temperature detected by a temperature sensor provided in inverter device 10.
  • the reference temperature node 308 in FIG. 3 is replaced with a mass flow rate dependent variable temperature node 308a. Note that as the number of variable temperature nodes included in the model increases, the number of variables increases, so although calculation speed decreases, estimation accuracy tends to improve. Furthermore, the estimation accuracy tends to improve as the number of reference temperature nodes or compensation nodes included in the model increases. The minimum number of compensation nodes and reference temperature nodes is one of them.
  • circuit diagrams including each node shown in FIG. 4 and the like are schematic representations of each process for explanation, and there is no need to actually draw a circuit diagram as shown.
  • the compensation unit 232 first calculates ⁇ T, which is the difference between Tthermistor and Tthermistor_sensor (detected temperature 401). Then, the compensation unit 232 performs PID (Proportional Integral Differential) control on ⁇ T, and when there are multiple heating elements, the loss ratio of the heating elements, the ratio of thermal resistance from the position of the heating element to the temperature sensor, or By multiplying the ratio of the temperature at the position of the heating element and the reference temperature, at least one of ⁇ Qi, ⁇ Qj, and ⁇ Qk is obtained. Compensation is possible with P control alone, but I and D control are also required in applications that require quick response.
  • PID Proportional Integral Differential
  • Kpid_gain is ⁇ Qk
  • the part by which Kpid_gain is multiplied corresponds to the ratio.
  • Rdiode_thermistor and Rdiode_thermistor are thermal resistances between the heating element (IGBT and FWD, respectively) and the temperature sensor.
  • Qdiode is the amount of heat of FWD.
  • Tigbt and Tdiode are the temperatures at the positions of the heating elements (IGBT and FWD, respectively), and Twater is the reference temperature (for example, the inlet water temperature of the heat radiation section).
  • the compensator 232 compensates for at least one of the amount of heat at the position of the heat generating element, the amount of heat at the end point of the heat radiating section, and the amount of heat at a portion not in contact with the heat generating element. Specifically, the compensation unit 232 adds ⁇ Qi, ⁇ Qj, or ⁇ Qk to the amount of heat at the position shown in FIG.
  • the compensation unit 232 adds ⁇ Qi to the amount of heat of the variable temperature node 306, which is the node corresponding to the temperature of the base.
  • the location of variable temperature node 306 corresponds to the base.
  • the compensation unit 232 adds ⁇ Qj to the amount of heat of the mass flow rate dependent variable temperature node 308a, which is a node corresponding to the temperature of the cooling water.
  • the position of the mass flow dependent variable temperature node 308a is the end point of the heat dissipation section.
  • the end point of the heat dissipation section is, for example, the inlet site of the cooling water channel of the inverter module.
  • the temperature at the inlet site is the inlet water temperature of the cooling channel.
  • the compensation unit 232 adds ⁇ Qk to the amount of heat at the input position of the model (Qigbt input to the model). This position corresponds to the position of the heating element.
  • the compensation unit 232 may add all of ⁇ Qi, ⁇ Qj, and ⁇ Qk, or may add any one or two of them. Desirably, when estimating Twater, ⁇ Qk is directly compensated to improve the followability of estimation.
  • the calculation unit 231 calculates the temperature at each position based on the added amount of heat.
  • ⁇ T which is the difference between Tthermister and Tthermistor_senseor
  • the estimation device 20 can improve the estimation accuracy of temperature and heat amount by recursively repeating the calculation process by the calculation unit 231 and the compensation process by the compensation unit 232.
  • the temperature at the position of the heating element was sometimes set as the reference temperature (fixed value).
  • a variable temperature node 301 is placed at the position of the heating element.
  • the temperature and amount of heat of the heating element can be estimated with high accuracy according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process flow of the estimation device according to the first embodiment.
  • the estimation device 20 refers to the model information 221 stored in the storage unit 22 and reads a model (step S101).
  • the estimation device 20 sets the reference temperature in the model (step S102). For example, Twater_in in FIG. 3 corresponds to the reference temperature. When a model without a reference temperature node as shown in FIG. 4 is used, the estimation device 20 may skip setting the reference temperature.
  • the estimating device 20 sets the mass flow rate of the heat radiation part in the model (step S103). For example, the estimation device 20 sets the mass flow rate as a parameter of the mass flow rate dependent thermal resistance and the mass flow rate dependent variable temperature node.
  • the estimating device 20 inputs the amount of heat of the heating element into the model (step S104). For example, Qigbt corresponds to the amount of heat of the heating element. Then, the estimation device 20 calculates the temperature at each position based on the input amount of heat (step S105).
  • the estimation device 20 compensates for the amount of heat based on the difference between the calculated temperature (Tthermistor) and the detected temperature (Tthermistor_sensor) (step S106).
  • the estimation device 20 determines whether the convergence condition is satisfied (step S107). If the estimation device 20 determines that the convergence condition is satisfied (step S107, Yes), it ends the process. Moreover, when the estimation device 20 determines that the convergence condition is not satisfied (step S107, No), the estimation device 20 returns to step S105 and repeats the process.
  • the convergence condition is that the number of times steps S105 and S106 have been executed has reached a certain value, that the processing time has exceeded a certain time, or that ⁇ T has become less than a threshold value.
  • the estimation device 20 when the estimation device 20 finishes the process, it can output the calculated temperature (or amount of heat) to the inverter device 10 or other devices.
  • the estimating device 20 can estimate the temperature and amount of heat at any position as long as the thermal resistance and the like are modeled.
  • the position at which the estimation device 20 calculates the temperature may be determined as shown in FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of arrangement of target positions.
  • the target position is not limited to the vicinity of the heating element, but may be a position away from the heating element. Additionally, the target position may be in an intermediate region between the phases.
  • the shaded position in FIG. 6 is a position where the temperature and amount of heat can be estimated by the estimation device 20, although the position is not in contact with the heating element.
  • the position of the temperature sensor includes a position on the substrate that is not in contact with the heating element.
  • the position of the temperature sensor is not limited to the substrate, and may be placed, for example, on the base plate, in the water channel, or in the cooling water.
  • FIG. 7 is a diagram explaining hot spots.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a heat dissipation fin (an example of a heat dissipation part) provided in the inverter device, viewed from above. As shown in the legend of FIG. 7, the darker the color (more densely shaded) the area, the higher the temperature.
  • the heat generated by the heat radiating section releases the heat generated from the heat generating elements (for example, IGBTs and FWDs), and the heat is generated at hot spots (near the maximum temperature point in the shaded area in FIG. 7). form.
  • the heat generating elements for example, IGBTs and FWDs
  • the target position of the estimation device 20, which is not in contact with the heating element, includes a portion that is not a hot spot (cold spot). Thereby, the estimating device 20 can estimate the temperature and heat amount of the cold spot.
  • the position of the temperature sensor that is not in contact with the heating element corresponds to this cold spot. Introducing cold spots also improves hot spot estimation accuracy. As shown in FIG. 6, the positions for which the estimation device 20 calculates the temperature may exist in both hot spots and cold spots.
  • FIG. 8 is a diagram showing a model of the second embodiment. As shown in FIG. 8, in the model of the second embodiment, the mass flow rate dependent variable temperature node 308a in the model of the first embodiment (FIG. 4) is replaced with a reference temperature node 308.
  • the model of the second embodiment is equipped with a compensation node 311, similar to the model of the first embodiment.
  • the compensator 232 omits the compensation using the amount of heat ⁇ Qj shown in FIG. 4.
  • the estimation device 20 can estimate the temperature and the amount of heat using both the reference temperature and the amount of heat compensation processing. This compensation can improve estimation accuracy.
  • FIG. 9 is a diagram showing a model of the third embodiment.
  • the model of the third embodiment is a model in which a compensation node 331 is added to the model of the second embodiment (FIG. 8).
  • a detected temperature 402 (Twaterout_sensor) is input to the compensation node 331.
  • the detected temperature 402 is the temperature detected by a temperature sensor provided on the exit side of the water channel, which is a heat radiating section.
  • the compensation unit 232 first calculates ⁇ Ta, which is the difference between Twater_out and Twaterout_sensor (detected temperature 402). Then, the compensator 232 obtains ⁇ Qm by performing PID control on ⁇ Ta.
  • the compensation unit 232 adds ⁇ Qm to the amount of heat at the input position of the model (Qigbt input to the model).
  • the compensation unit 232 may add both ⁇ Qk and ⁇ Qm to Qigbt.
  • the calculation unit 231 uses the model to calculate the amount of heat of the heating element and the reference temperature (Twater_in) set at the position of the first end point on the heating element side of the heat dissipation section of the inverter device 10. Calculate the temperature of each of the locations of interest.
  • the compensation unit 232 calculates the temperature (Twater_out) at the second end point on the opposite side of the heat generating element of the heat dissipation unit calculated by the calculation unit 231 and the temperature (Twater_out) detected by the temperature sensor provided at the second end point.
  • the amount of heat used by the temperature calculated by the calculation unit 231 is further compensated based on the difference from the temperature (Twaterout_sensor).
  • the third embodiment by providing a plurality of compensation nodes in the model, it is possible to further improve the estimation accuracy of temperature and amount of heat.
  • FIG. 10 is a diagram showing a model of the fourth example.
  • the model of the fourth embodiment is a model in which a filter 341 is added to the model of the first embodiment (FIG. 4).
  • the filter 341 outputs the total amount of heat Qtotal_estimate of the model based on the amount of heat Qigbt.
  • the filter order is larger.
  • the time constant T of the filter simulates the transfer time constant of the entire amount of heat from the input amount of heat until it reaches the end point of the heat dissipation section.
  • the temperature Twater_out on the outlet side of the water channel is determined by the total amount of heat Qtotal_estimate.
  • the calculation unit 231 calculates the temperature of the variable temperature node included in the model based on the amount of heat Qigbt and the temperature Twater_out.
  • the calculation unit 231 calculates the total amount of heat (Qtotal_estimate) in the model by filtering the amount of heat of the heating elements input to the model, and calculates the amount of heat (Qigbt) and amount of heat of the heating elements input to the model. Based on the sum of , calculate the temperature of each target location.
  • the fourth embodiment by calculating the total amount of heat in advance using the filter 341, it is possible to further improve the accuracy of estimating the temperature and amount of heat.
  • FIG. 11 is a diagram showing a model of the fifth embodiment. As shown in FIG. 1, when the inverter device 10 is composed of three phases, thermal models corresponding to each phase can be combined.
  • one reference temperature node 352 is provided for three phases.
  • the compensation unit 232 compensates for the amount of heat at the variable temperature node 353a based on the difference between the detected temperature detected by the temperature sensor 121a and the temperature of the variable temperature node 351a calculated by the calculation unit 231.
  • the compensation unit 232 compensates the amount of heat at the variable temperature node 353b based on the difference between the detected temperature detected by the temperature sensor 121b and the temperature of the variable temperature node 351b calculated by the calculation unit 231.
  • the compensator 232 compensates the amount of heat at the variable temperature node 353c based on the difference between the detected temperature detected by the temperature sensor 121c and the temperature of the variable temperature node 351c calculated by the calculation unit 231.
  • the estimating device 20 can estimate the temperature and amount of heat at each position by representing it with a model.
  • Tbase_cold there is no limit to the number of cold spot positions such as Tbase_cold in the model of FIG. 11, and it may be any number.
  • accuracy is improved by preferably providing one cold spot for each phase.
  • at least one temperature sensor such as Tthermister is provided.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of an estimation system according to the sixth embodiment.
  • the compensation unit 232 includes a ratio calculation unit 2321 and a PID control unit 2322.
  • the estimating device 20 includes a calorific value calculation section 233. Note that the estimated temperature output by the estimating device 20 is used for derating the output with respect to a load such as a motor.
  • the estimation device 20 is realized as a part of the control CPU 23a.
  • the power module main body 100 includes elements other than the control CPU 23a among the elements constituting the inverter device 10.
  • the power module main body 100 includes heating elements such as FWD and IGBT, a temperature sensor, a substrate on which each component is provided, and the like. Note that the elements constituting the power module main body 100 are not limited to those described above.
  • the control CPU 23a has a duty signal generation section 2301.
  • the duty signal generation unit 2301 generates a duty signal from a control signal (voltage command value, current sensor value, etc.) and inputs it to the power module main body 100.
  • the ratio calculation unit 2321 calculates the loss ratio of the heating element around the first position, which is the position where the amount of heat is compensated by the compensation unit 232, the ratio of thermal resistance from the first position to the temperature sensor, or the first position. Calculate the ratio between the temperature of the heating element and the temperature of the heating element. As a result, the overall temperature can be uniformly corrected by considering the contribution of each element to the temperature of the sensor, thereby further improving the accuracy of estimating the amount of heat and temperature.
  • the PID control unit 2322 performs PID control on the difference between the temperature sensor detected value obtained from the power module main body 100 and the sensor temperature estimated value calculated by the calculation unit 231. For example, the PID control unit 2322 calculates a value corresponding to ⁇ Qi, ⁇ Qj, or ⁇ Qk in FIG.
  • the heat amount calculation unit 233 calculates Qigbt, which is the heat amount of the heating element. For example, the heat amount calculation unit 233 calculates the heat amount using equation (4) of Patent Document 2.
  • the compensation unit 232 inputs x, which is a value obtained by multiplying the PID correction amount calculated by the PID control unit 2322 by the ratio calculated by the ratio calculation unit 2321, to the calculation unit 231.
  • x is a value obtained by multiplying the PID correction amount calculated by the PID control unit 2322 by the ratio calculated by the ratio calculation unit 2321, to the calculation unit 231.
  • the ratio calculation unit 2321 can calculate the ratio using the same method as the method of multiplying ⁇ Qk by the ratio described above.
  • the calculation unit 231 calculates the temperature or amount of heat based on x. For example, the calculation unit 231 outputs the estimated temperature of the heating element.
  • the temperature sensor 121a does not need to be in close contact with each heating element. Moreover, according to the estimating device 20, it is possible to estimate the amount of heat and temperature at any position of each part of the inverter device 10.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the estimation device according to the first embodiment.
  • the estimation device 20 includes a computer including a processor 2010, a memory 2020, an input/output IF 2030, and a bus 2040.
  • the processor 2010, memory 2020, and input/output IF 2030 can exchange information with each other via a bus 2040.
  • the processor 2010 executes the functions of the control unit 23 by reading and executing the estimation program stored in the memory 2020.
  • the processor 2010 is an example of a processing circuit, and includes one or more of a CPU, a DSP (Digital Signal Processor), and a system LSI (Large Scale Integration).
  • the memory 2020 includes one or more of RAM, ROM, flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
  • the input/output IF 2030 includes, for example, an AD converter, a DA converter, an input/output port, and the like.
  • the estimation device 20 may be configured to include a data reading unit that reads the estimation program from a computer-readable recording medium in which the estimation program is recorded.
  • the processor 2010 can control the data reading unit to obtain the estimation program recorded on the recording medium from the data reading unit, and store the obtained estimation program in the memory 2020.
  • the recording medium includes, for example, one or more of a nonvolatile or volatile semiconductor memory, a magnetic disk, a flexible memory, an optical disk, a compact disk, and a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the estimation device 20 may include a communication unit that receives the estimation program from the server via the network.
  • the processor 2010 can acquire the estimation program from the server via the communication unit and store the acquired estimation program in the memory 2020.
  • control unit 23 of the estimation device 20 may include an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the estimation device 20 includes a calculation section 231 and a compensation section 232.
  • the calculation unit 231 is a model expressing the thermal resistance between the target positions, including the thermal resistance between the position of the heating element provided in the inverter device 10 and the position of the temperature sensor, or the thermal resistance and the mass of the heat dissipation unit.
  • the temperature of each target position is calculated based on the amount of heat of the heating element, or the amount of heat of the heating element and the mass flow rate of the heat radiation section.
  • the compensation unit 232 compensates for the amount of heat at the target position based on the difference between the temperature at the temperature sensor position calculated by the calculation unit 231 and the temperature detected by the temperature sensor.
  • the estimating device 20 can accurately estimate the temperature of the elements of the inverter device, or the temperature and the amount of heat, even if the temperature sensor is not provided sufficiently close to the heat generating elements of the inverter device. .
  • the estimated temperature is used for derating the output with respect to a load such as a motor.
  • the calculation unit 231 further calculates the temperature of each target position based on the temperature calculated using the amount of heat compensated by the compensation unit 232. Thereby, the estimation device 20 can further improve the estimation accuracy of temperature and amount of heat.
  • the calculation unit 231 calculates the position of the heating element that is a switching element or a free-wheeling diode, the part that is not in contact with the heating element, the position of the end point of the heat radiation part provided in the inverter device 10, and the position of the temperature sensor. Using a model expressing the thermal resistance between two positions selected from the target positions including at least the thermal resistance between the position of the heating element and the position of the temperature sensor, Calculate the temperature of each of the locations of interest. Thereby, by using a model according to the configuration of the inverter device 10, the estimating device 20 can estimate the temperature and the amount of heat with high accuracy.
  • the compensation unit 232 compensates for at least one of the amount of heat at the position of the heat generating element, the amount of heat at the end point of the heat radiating part, and the amount of heat at a portion not in contact with the heat generating element.
  • the estimating device 20 can compensate for the amount of heat at a position that improves the estimation accuracy depending on the configuration of the inverter device 10.
  • the calculation unit 231 uses the model to calculate the temperature of each target position based on the amount of heat of the heating element and the reference temperature set at at least one of the target positions. In this way, the estimation device 20 can improve estimation accuracy by using the reference temperature.
  • the calculation unit 231 uses the model to calculate each of the target positions based on the amount of heat of the heating element and the reference temperature set at the position of the first end point on the heating element side of the heat dissipation section of the inverter device 10. Calculate the temperature of The compensation unit 232 calculates the difference between the temperature at the second end point of the heat dissipation unit opposite to the heating element calculated by the calculation unit 231 and the temperature detected by the temperature sensor provided at the second end point. Based on this, the temperature calculated by the calculation unit 231 further compensates for the amount of heat used. In this way, the estimation device 20 can improve estimation accuracy by providing a plurality of compensation nodes.
  • the calculation unit 231 also calculates the total amount of heat in the model by filtering the amount of heat of the heating elements input into the model, and calculates the total amount of heat in the model based on the amount of heat of the heating elements input into the model and the total amount of heat. Calculate the temperature of each of the locations. In this way, the estimation device 20 can improve estimation accuracy by referring to the total amount of heat.
  • the compensation unit 232 adds a loss ratio of heating elements around the first position, a ratio of thermal resistance from the first position to the temperature sensor, or a first A value obtained by multiplying the ratio of the temperature at the position and the temperature of the heating element is added to the amount of heat of the heating element at the first position. Thereby, the influence of the distance from the heating element for each temperature sensor can be reflected in the compensation amount.
  • the estimation device 20 of the first embodiment is applied to the inverter device 10.
  • the target to which the estimation device 20 is applied may be a power conversion device other than an inverter device such as a converter device.
  • the estimation device 20 of the first embodiment may obtain the temperature using another means such as a table instead of the temperature sensor. For example, temperatures for simulation are set in the table. This allows the estimation device 20 to be used as a simulator.
  • nodes in the thermal model is not limited to what has been described so far.
  • nodes are arranged not only in a region directly below the heat generating element that tends to become high temperature, but also in a low temperature region away from the heat generating element.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a thermal model according to the second embodiment.
  • the power conversion device 5 in the second embodiment may be a device equivalent to the inverter device 10 in the first embodiment.
  • the configuration of the thermal model is different between the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 14 shows heat as well as a cross-sectional view of the power conversion device 5 (corresponding to the AA cross-sectional view in FIG. 1).
  • the power conversion device 5 includes a bus bar 501, an IGBT 502, a FWD 503, a temperature sensor 504, a bus bar 505, a substrate 506, a base plate 507, a space 508, and a heat sink 509.
  • a refrigerant exists in space 508.
  • positions 510 and 511 are end points of the heat sink (heat dissipation section).
  • the refrigerant is water (cooling water).
  • the thermal model has a variable temperature node 521, a variable temperature node 522, a variable temperature node 523, a reference temperature node 524, and a variable temperature node 525.
  • the thermal model also includes a variable temperature node 531 , a variable temperature node 532 , a variable temperature node 533 , a variable temperature node 534 , and a variable temperature node 535 arranged on the base plate 507 .
  • the thermal model also includes thermal resistance 561, thermal resistance 562, thermal resistance 563, thermal resistance 564, thermal resistance 565, thermal resistance 566, thermal resistance 567, and thermal resistance 568.
  • the thermal model also includes a mass flow rate dependent thermal resistance 569, a mass flow rate dependent thermal resistance 570, a mass flow rate dependent thermal resistance 571, and a mass flow rate dependent thermal resistance 572.
  • the thermal model also includes a mass flow rate dependent variable temperature node 541 and a mass flow rate dependent variable temperature node 542.
  • variable temperature node variable temperature node
  • mass flow dependent variable temperature node thermal resistance
  • mass flow dependent thermal resistance mass flow dependent thermal resistance
  • Variable temperature node 531, variable temperature node 532, variable temperature node 533, variable temperature node 534, and variable temperature node 535 arranged on base plate 507 are not in contact with the heating element.
  • variable temperature node 532 and the variable temperature node 533 are located directly under the heating element, they tend to become high temperature.
  • variable temperature node 531, variable temperature node 534, and variable temperature node 535 are not located directly under the heating element, and thus tend to be lower in temperature than the variable temperature node located directly under the heating element.
  • the power conversion device 5 estimates the temperature not only of a portion that tends to be high temperature (high temperature portion) but also of a portion that tends to be low temperature (low temperature portion). Furthermore, as shown in FIG. 15, the thermal model expresses the amount of heat that diffuses in the plane direction by connecting high temperature parts and low temperature parts in a mesh shape through thermal resistance.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a thermal model according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram of a power conversion device 5 viewed from above.
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line AA in FIG. 15.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of a power conversion device according to the second embodiment. As shown in FIG. 16, the power conversion device 5 is connected to a motor 71 via a current detection section 72. Motor 71 is an example of a load.
  • the rotation speed detection unit 73 detects the rotation speed of the motor 71 and inputs it to the power conversion device 5.
  • the current detection unit 72 detects the current flowing through the motor 71 and inputs it to the power conversion device 5.
  • the power conversion device 5 is cooled by a heat sink 82.
  • a flow path 81 is provided in the heat sink 82 .
  • the mass flow rate/water temperature detection unit 83 detects the flow rate and temperature of the cooling water flowing through the flow path 81 and inputs the detected values to the power conversion device 5 .
  • the mass flow rate/water temperature detection unit 83 is a water temperature sensor and a flow rate sensor that are provided at least one each at the inlet or outlet of the cooling water flow path.
  • the power conversion device 5 includes a control device 60, an inverter main circuit 51, a gate driver circuit 52, a power supply circuit 53, and a substrate temperature detection section 54.
  • the control device 60 is, for example, a microcomputer.
  • the control device 60 has the same function as the estimation device 20 of the first embodiment. Further, the control device 60 controls the inverter main circuit 51.
  • the inverter main circuit 51 is a circuit for causing the power conversion device 5 to function as an inverter.
  • the gate driver circuit 52 is a circuit for driving and controlling the inverter main circuit 51.
  • the power supply circuit 53 is a circuit that provides power to the inverter main circuit 51.
  • the substrate temperature detection section 54 is a temperature sensor.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the configuration of a control device according to the second embodiment.
  • the control device 60 includes a motor control section 61, an estimation section 62, a derating control section 63, and a PWM generation section 64.
  • the motor control unit 61 generates a voltage command based on the control command (torque command).
  • the estimation unit 62 estimates the temperature of the heating element.
  • the derating control section 63 generates an output limiting coefficient based on the temperature estimated by the estimating section 62. For example, if the temperature estimated by the estimation unit 62 exceeds a threshold value, the derating control unit 63 generates an output limiting coefficient to apply derating to the power converter device 5.
  • the estimation unit 62 includes a heat amount calculation unit 621 and a temperature estimation unit 622.
  • the heat amount calculation section 621 and the temperature estimation section 622 perform the same processing as the calculation section 231 and the compensation section 232 of the first embodiment.
  • the heat amount calculation unit 621 calculates the heat amount of the heating element based on the information regarding the load.
  • the information regarding the load is, for example, the rotation speed of the motor 71, the switching frequency, and the current.
  • the temperature estimation unit 622 calculates the temperature of each node of the thermal model and the heating element. For example, the temperature estimating unit 622 calculates the temperature of the heating element based on the sensor value of the substrate temperature, the inlet temperature of the cooling water, and the flow rate of the cooling water, in addition to the amount of heat calculated by the amount of heat calculation unit 621.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the configuration of the temperature estimating section according to the second embodiment.
  • the temperature estimation section 622 includes a thermal resistance calculation section 6221, a refrigerant temperature calculation section 6222, a base plate temperature calculation section 6223, and a heating element temperature calculation section 6224.
  • Thermal resistance calculation unit 6221 calculates thermal resistance in a thermal model that expresses heat transfer between two different points (between two nodes) as thermal resistance among the heating element, base plate 507, substrate 506, and cooling water (an example of a coolant). Calculate the resistance value based on the flow rate and cooling water temperature.
  • a point on an object means a point on the surface and inside of the object.
  • points on the base plate 507 are points on the base plate 507 and on the surface and inside. Therefore, the thermal model can be said to be a model that expresses heat transfer between two different points among the heating element, the base plate 507, the substrate 506, and the surface and internal points of the cooling water as thermal resistance.
  • the thermal model is a model that expresses heat transfer between two different points selected from among points that may exist on the surface and inside of the heating element, the base plate 507, the substrate 506, and the cooling water as a thermal resistance.
  • the thermal resistance calculation unit 6221 can calculate thermal resistance from the water temperature and flow rate using a table.
  • the thermal resistance calculation unit 6221 calculates the thermal resistance R th conv1 (V, T) of the mass flow dependent thermal resistance 569, the thermal resistance R th conv2 (V, T) of the mass flow dependent thermal resistance 570, the mass flow dependent thermal resistance
  • the thermal resistance R th conv3 (V, T) of 571 and the thermal resistance R th conv4 (V, T) of mass flow dependent thermal resistance 572 are calculated. Note that V and T mean flow rate and temperature, respectively.
  • the mass flow dependent thermal resistance expresses the heat transfer from the base plate 507 and the radiation fins provided on the base plate 507 to the cooling water.
  • the temperature estimation unit 622 can calculate a transient temperature change by setting a heat capacity (node) between each node of the thermal model and the reference temperature to configure a CR circuit.
  • the setting of the heat capacity is arbitrary, and when calculating a steady temperature change without requiring a transient temperature change, it is also possible to use an R circuit without C.
  • the coolant temperature calculation unit 6222 calculates the temperature of the coolant based on the amount of heat received from the heating element, the substrate, or the base plate, the flow rate of the coolant, the temperature at the end point of the coolant flow path, and the physical properties of the coolant that change depending on the temperature of the coolant. Calculate the temperature due to heat transport.
  • the refrigerant temperature calculation unit 6222 calculates the temperature T wtr of the node corresponding to the cooling water (for example, the mass flow rate dependent variable temperature node 542) using equation (1).
  • ⁇ and c are the density and specific heat of the cooling water, respectively.
  • the refrigerant temperature calculation unit 6222 adds the increase in water temperature (the first term on the right side of equation (1)) to the inlet temperature T wtr_in .
  • the base plate temperature calculation unit 6223 calculates the temperature of the base plate 507 based on the amount of heat and thermal resistance.
  • the base plate temperature calculation unit 6223 can calculate the temperature of the variable temperature node 531 among the variable temperature node 531 and the variable temperature node 532.
  • the variable temperature node 531 is a node at a low temperature portion of the base plate 507 and is not in contact with the heating element.
  • the base plate temperature calculation unit 6223 can calculate the temperature of the variable temperature node 532 among the variable temperature node 531 and the variable temperature node 532.
  • the variable temperature node 532 is a node at a high temperature portion of the base plate 507 and is in contact with a heating element.
  • the base plate temperature calculation unit 6223 calculates the temperature T base of a node of the base plate 507 that is connected to the mass flow rate dependent thermal resistance (for example, the variable temperature node 533) using equation (2).
  • the base plate temperature calculation unit 6223 adds the temperature increase (the first term on the right side of equation (2)) to the water temperature T wtr .
  • the heating element temperature calculation unit 6224 calculates the temperature of the heating element based on the amount of heat and the temperature of the base plate 507.
  • the heating element temperature calculation unit 6224 calculates the temperature Tigbt of the heating element (for example, the temperature T element2 of the variable temperature node 533) using equation (3).
  • the heating element temperature calculation unit 6224 adds the temperature increase (the first term on the right side of equation (3)) to the temperature T base of the node of the base plate 507.
  • the temperature estimation unit 622 is based on the difference between the temperature at the position of the temperature sensor calculated by the base plate temperature calculation unit 6223 and the temperature detected by the temperature sensor. In addition, any one or more of the amount of heat, temperature of cooling water, flow rate, and thermal resistance is compensated.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the process flow of the power conversion device according to the second embodiment.
  • the power conversion device 5 detects three-phase current values (step S201). Furthermore, the power conversion device 5 detects the rotation speed of the motor 71 (step S202). Then, the power conversion device 5 calculates power loss (heat amount) based on the three-phase current value and the rotation speed of the motor 71 (step S203).
  • the power conversion device 5 detects the flow rate of cooling water (step S204). Then, the power conversion device 5 calculates the thermal resistance value of the thermal model based on the flow rate (step S205).
  • the power conversion device 5 detects the inlet temperature of the cooling water (step S206). Then, the power conversion device 5 calculates the temperature of the cooling water based on the inlet temperature (step S207).
  • the power conversion device 5 calculates the temperature of the base plate based on the temperature of the cooling water (step S208). Furthermore, the power conversion device 5 calculates the temperature of the heating element based on the temperature of the base plate (step S209).
  • the power conversion device 5 compensates for the amount of heat based on the difference between the calculated temperature and the detected temperature (step S210).
  • the power conversion device 5 determines whether the convergence condition is satisfied (step S211). When the power conversion device 5 determines that the convergence condition is satisfied (step S211, Yes), the process ends. Moreover, when the power conversion device 5 determines that the convergence condition is not satisfied (step S211, No), the process returns to step S204 and repeats the process.
  • the convergence condition is that the number of times step S210 has been executed has reached a certain value, that the processing time has exceeded a certain period of time, or that the amount of compensation has become less than a threshold value.
  • the heat generation of the UVW phase elements of the inverter is uneven. For example, when the motor is locked, a larger current flows through the elements of one phase than the elements of the remaining two phases, so the amount of heat generated is concentrated in one phase. If the inverter main circuit elements are arranged closely together, the way heat is transferred to the cooling water will change compared to when the motor is rotating at a sufficiently high speed, so estimate the junction temperature of the inverter main circuit elements. Accuracy may be reduced.
  • the accuracy of estimating the temperature of the heating element is improved. Furthermore, in the second embodiment, the nodes are arranged not only in the high temperature part adjacent to the heat generating element but also in the low temperature part, so that the accuracy of estimating the temperature of the heat generating element is improved.
  • the temperature estimation accuracy of the temperature sensor is If it is too low, the correction will not work. On the other hand, if the temperature estimation accuracy of the heating element is improved by the second embodiment, the correction will function normally.
  • the temperature sensor 504 does not need to be in close contact with each heating element as shown in FIG. Moreover, according to the power conversion device 5, the amount of heat and temperature at any position of each part of the power conversion device 5 can be estimated.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the configuration of the temperature estimation section according to the third embodiment.
  • the temperature estimation section 622 of the third embodiment includes a refrigerant physical property value calculation section 6225 in addition to the components of the temperature estimation section of the second embodiment.
  • the refrigerant physical property value calculation unit 6225 calculates the physical property values of the cooling water.
  • the physical property values are density ⁇ and specific heat c.
  • the refrigerant physical property value calculation unit 6225 calculates the density ⁇ and the specific heat c based on the water temperature calculated by the refrigerant temperature calculation unit 6222 using a table in which water temperature is associated with density and specific heat.
  • the density ⁇ and specific heat c calculated by the refrigerant physical property value calculation unit 6225 are used as parameters in equation (1).
  • a thermal model is configured according to the shape of the waterway. Specifically, the thermal model expresses the thermal resistance caused by heat transport that occurs between nodes depending on the shape of the cooling water channel.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a meandering waterway.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a straight waterway.
  • the display mode is changed depending on the heat capacity (node) directly below the heat generating element and the heat capacity (node) not adjacent to the heat generating element.
  • the refrigerant temperature calculation unit 6222 calculates the water temperature based on a thermal model that includes a refrigerant temperature node and a waterway casing temperature node.
  • the thermal model has a two-point convective connection between the heating element, substrate, or base plate and the coolant, and the two-point convective connection is the temperature of the coolant immediately below the temperature node of the heating element, substrate, or base plate. and a heating element, substrate, or base plate temperature node connected to both the node and the temperature node of the refrigerant one upstream.
  • the direction and position of the thermal resistance due to heat transport occurring between nodes differs depending on the shape of the water channel.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the process flow of the power conversion device according to the second embodiment.
  • the power conversion device 5 detects three-phase current values (step S301). Furthermore, the power conversion device 5 detects the rotation speed of the motor 71 (step S302). Then, the power conversion device 5 calculates power loss (heat amount) based on the three-phase current value and the rotation speed of the motor 71 (step S303).
  • the power conversion device 5 detects the flow rate of cooling water (step S304). Then, the power conversion device 5 calculates the thermal resistance value of the thermal model based on the flow rate and the estimated cooling water temperature (step S305).
  • the power conversion device 5 calculates physical property values of the cooling water (step S306-1).
  • the power conversion device 5 detects the inlet temperature of the cooling water using the calculated physical property values (step S306-2). Then, the power conversion device 5 calculates the temperature of the cooling water based on the inlet temperature (step S307).
  • the power conversion device 5 calculates the temperature of the base plate based on the temperature of the cooling water (step S308). Furthermore, the power conversion device 5 calculates the temperature of the heating element based on the temperature of the base plate (step S309).
  • the power conversion device 5 compensates for the amount of heat based on the difference between the calculated temperature and the detected temperature (step S310).
  • the power conversion device 5 determines whether the convergence condition is satisfied (step S311). When the power conversion device 5 determines that the convergence condition is satisfied (step S311, Yes), the process ends. Moreover, when the power conversion device 5 determines that the convergence condition is not satisfied (step S311, No), the process returns to step S304 and repeats the process.
  • an unintended rise or fall in water temperature may occur.
  • the accuracy of estimating the water temperature may decrease due to the exchange of heat flow from the water wall.
  • the accuracy of estimating the base plate temperature and element temperature calculated based on the water temperature may decrease.
  • thermal resistance includes thermal conduction resistance, heat transport resistance, and thermal convection resistance.
  • Thermal conduction resistance indicates heat transfer between two different points on a heating element, base plate, substrate, or coolant.
  • Thermal convection resistance refers to heat transfer by point-to-point convection between a heating element, substrate or base plate, and a coolant.
  • the operation of the thermal resistance calculation unit 6221 can be restated as follows. That is, the thermal resistance calculation unit 6221 calculates heat transfer between two different points of the heating element, base plate, substrate, or refrigerant as thermal conduction resistance, heat transfer between two different points of the refrigerant as heat transport, heating element, substrate, Alternatively, in a thermal model that expresses heat transfer by convection between two points between the base plate and the refrigerant as a thermal convection resistance, the resistance value of the thermal resistance is calculated based on the flow rate and the temperature of the refrigerant.
  • the temperature estimation method by the power conversion device 5 of the second embodiment and the third embodiment can also be applied to the thermal model described in the first embodiment. That is, the following configuration is realized based on each embodiment.
  • the control device 60 of the power converter 5 uses a heat amount calculating section 621, a refrigerant temperature calculating section 6222, and a temperature of the heating element based on the amount of heat, the flow rate, and the temperature of the refrigerant.
  • the thermal model has a first variable temperature node (301), a first thermal resistance (302), a second thermal resistance (303), and a second variable temperature node (304). , a third thermal resistance (305), a third variable temperature node (306), a first mass flow dependent thermal resistance (307), a reference temperature node (308), and a second mass flow dependent thermal resistance (309). ) and a mass flow dependent variable temperature node (310).
  • the reference temperature node of the thermal model is a mass flow rate dependent variable temperature node.
  • the thermal model further includes a compensation node (311).
  • the thermal model further includes a compensation node (311).
  • the thermal model further includes a first compensation node (311) and a second compensation node (331).
  • the reference temperature node of the thermal model is a mass flow rate dependent variable temperature node.
  • the thermal model further includes a compensation node (311) and a filter (341) that simulates a heat transfer time constant.
  • the power conversion device 5 of (1) has three thermal models, and each of the three thermal models corresponds to each of the three phases.
  • control device 60 of the second embodiment and the third embodiment may be realized by causing a computer having the configuration described in FIG. 13 to execute the program (7) below. In that case, the computer executes method (8).
  • the program includes a base plate, a substrate provided on the base plate, a heating element and a temperature sensor provided on the substrate, and a control unit, and is configured to calculate a temperature related to a power conversion device connected to a load.
  • a calorific value calculation procedure for calculating the calorific value of the heating element based on the information regarding the load;
  • a refrigerant temperature calculation procedure for calculating the temperature of the refrigerant based on the flow rate of the refrigerant that cools the heating element; Calculating the resistance value of the thermal resistance in a thermal model that expresses heat transfer between two different points among the heating element, the base plate, the substrate, and the refrigerant as a thermal resistance, based on the flow rate and the temperature of the refrigerant.
  • Thermal resistance calculation procedure and a base plate temperature calculation procedure for calculating the temperature of the base plate based on the amount of heat and the thermal resistance; a heating element temperature calculation procedure for calculating the temperature of the heating element based on the amount of heat and the temperature of the base plate;
  • a method for calculating a temperature related to a power conversion device connected to a load comprising a base plate, a substrate provided on the base plate, a heating element and a temperature sensor provided on the substrate, and a control unit.
  • the thermal resistance calculation process a base plate temperature calculation step of calculating the temperature of the base plate based on the amount of heat and the thermal resistance; a heating element temperature calculation step of calculating the temperature of the heating element based on the amount of heat and the temperature of the base plate; A method characterized in that a computer performs.

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Abstract

本開示の一態様による電力変換装置は、ベースプレートと、ベースプレートに基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される。制御部は、負荷に関する情報を基に、発熱素子の熱量を計算する熱量計算部と、発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、冷媒の温度を計算する冷媒温度計算部と、前記発熱素子、前記ベースプレート、前記基板、前記冷媒のうち、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、熱抵抗の抵抗値を、流量及び冷媒の温度を基に計算する熱抵抗計算部と、熱量及び熱抵抗を基に、前記ベースプレートの温度を計算するベースプレート温度計算部と、熱量及び前記ベースプレートの温度を基に、発熱素子の温度を計算する発熱素子温度計算部と、を有する。

Description

電力変換装置、推定プログラム及び推定方法
　本開示は、電力変換装置、推定プログラム及び推定方法に関する。
　インバータを構成する半導体スイッチング素子は、半導体素子のジャンクション温度が所定の値を超えた場合、故障にいたる可能性があるため、半導体素子の温度を監視し半導体素子が故障しないように出力の調整を行う必要がある。温度センサを半導体素子のジャンクション近傍に配置するとコストが高くなるため、半導体素子が実装された基板上の半導体素子から離れた位置に温度センサを配置することが多い。この場合、センサの応答性の低さから過熱保護が適切に機能しないおそれがある。
　そこで、半導体素子の温度を推定し、推定した温度が許容温度を超えて破壊に至るまでに半導体素子に流れる電流を制限して半導体素子や電力変換器の過熱保護を実現する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には半導体チップの損失推定部と、半導体チップを冷却する冷却要素の温度推定部と、半導体チップの温度上昇推定部からなる半導体チップ温度推定装置について開示されている。この方法では損失推定部で計算した損失をもとに、基礎温度になる冷媒温度の推定値と冷媒温度から半導体素子温度の上昇分を計算し、両者を足し合わせることで半導体素子温度を推定している。
　一般的には半導体素子温度の推定値があらかじめ設定した閾値を超えた場合に過熱保護の制御が有効になる。この閾値は半導体素子の許容温度から安全マージンを差し引いた値とするが、このマージンの大きさは半導体素子の温度推定精度に依存する。推定精度が低い場合、許容温度まで余裕があっても過熱保護が働き、所望の出力を出せない問題が起きる。推定精度が高いほどマージンを小さく設定することができ、インバータの出力を最大まで引き出すことが可能となる。
　また、従来、電力変換装置の発熱素子（例えば、スイッチング素子）の近傍に設置された温度センサによって検出された温度を基に、温度センサが備えられていない他の素子の温度を推定する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
国際公開第２０１４／０９１８５２号 特開２０１１－９７８１２号公報
　上述した従来技術には、電力変換装置の素子の温度、又は温度と熱量を精度良く推定できない場合があるという問題がある。
　例えば、特許文献１に記載の技術では、半導体チップ温度上昇分の計算で冷媒の温度や流速の影響を考慮していないため、使用状況によって温度推定精度が低下する場合がある。
　本開示は、電力変換装置の素子の温度、又は温度と熱量を精度良く推定できる技術を提供する。
　上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る電力変換装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートに備えられた基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される電力変換装置であって、前記制御部は、前記負荷に関する情報を基に、前記発熱素子の熱量を計算する熱量計算部と、前記発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、前記冷媒の温度を計算する冷媒温度計算部と、前記発熱素子、前記ベースプレート、前記基板、前記冷媒のうち、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、前記熱抵抗の抵抗値を、前記流量及び前記冷媒の温度を基に計算する熱抵抗計算部と、前記熱量及び前記熱抵抗を基に、前記ベースプレートの温度を計算するベースプレート温度計算部と、前記熱量及び前記ベースプレートの温度を基に、前記発熱素子の温度を計算する発熱素子温度計算部と、を有することを特徴とする。
　本開示によれば、電力変換装置の素子の温度、又は温度と熱量を精度良く推定できる。
図１は、第１の実施形態に係る推定システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る推定装置の構成の一例を示す図である。 図３は、モデルについて説明する図である。 図４は、第１の実施例のモデルを示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る推定装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、対象の位置の配置例を示す図である。 図７は、ホットスポットを説明する図である。 図８は、第２の実施例のモデルを示す図である。 図９は、第３の実施例のモデルを示す図である。 図１０は、第４の実施例のモデルを示す図である。 図１１は、第５の実施例のモデルを示す図である。 図１２は、第６の実施例の推定システムの構成例を示す図である。 図１３は、第１の実施形態に係る推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図１４は、第２の実施形態に係る熱モデルの一例を示す図である。 図１５は、第２の実施形態に係る熱モデルの一例を示す図である。 図１６は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。 図１７は、第２の実施形態に係る制御装置の構成の一例を示す図である。 図１８は、第２の実施形態に係る温度推定部の構成の一例を示す図である。 図１９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図２０は、第３の実施形態に係る温度推定部の構成の一例を示す図である。 図２１は、蛇行水路について説明する図である。 図２２は、直線水路について説明する図である。 図２３は、第３の実施形態に係る電力変換装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　以下に、本開示による電力変換装置、推定プログラム及び推定方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。
［第１の実施形態］
　図１は、第１の実施形態に係る推定システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、推定システム１は、インバータ装置１０及び推定装置２０を有する。ここで、インバータ装置１０は、電力変換装置の一例である。
　インバータ装置１０は、バッテリ等の外部電源から入力された直流電力を交流電力に変換してモータ等の負荷を駆動させる。
　インバータ装置１０は、スイッチング素子及び還流ダイオード（ＦＷＤ：Free　Wheeling　Diode）といった発熱素子を備える。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）である。なお、スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）であってもよい。発熱素子は、他にバスバー、キャパシタ及びリアクトル等を含む。
　図１に示すように、インバータ装置１０は、Ｕ相１１ａ、Ｖ相１１ｂ及びＷ相１１ｃの３つに分かれている。ここでは図示を省略するが、Ｕ相１１ａ、Ｖ相１１ｂ及びＷ相１１ｃは、並列に接続され、三相ブリッジ回路を構成する。各相は、図示しない負荷に接続される。負荷は、例えば三相モータであり、Ｕ相１１ａ、Ｖ相１１ｂ及びＷ相１１ｃは、それぞれ負荷のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイルに接続される。ここではモータ駆動で代表的な三相の例を書いたがインバータ装置１０は二相又は四相以上でもよい。
　各相には、ＦＷＤ及びＩＧＢＴに加え、温度センサが設けられる。例えば、温度センサはサーミスタである。
　例えば、Ｕ相１１ａには、ＦＷＤ１１１ａ、ＦＷＤ１１２ａ、ＩＧＢＴ１１３ａ、ＩＧＢＴ１１４ａ、及び温度センサ１２１ａが設けられる。
　また、例えば、Ｖ相１１ｂには、ＦＷＤ１１１ｂ、ＦＷＤ１１２ｂ、ＩＧＢＴ１１３ｂ、ＩＧＢＴ１１４ｂ、及び温度センサ１２１ｂが設けられる。
　例えば、Ｗ相１１ｃには、ＦＷＤ１１１ｃ、ＦＷＤ１１２ｃ、ＩＧＢＴ１１３ｃ、ＩＧＢＴ１１４ｃ、及び温度センサ１２１ｃが設けられる。
　なお、温度センサの配置は図１に示すものに限られない。例えば、インバータ装置１０に対して１つの温度センサが設けられてもよい。また、例えば、インバータ装置１０の各相のそれぞれに複数の温度センサが設けられてもよい。
　また、温度センサは、インバータ装置１０の発熱素子と接した部位に設けられてもよいし、発熱素子と接していない部位に設けられてもよい。図１の例では、温度センサ１２１ａ、温度センサ１２１ｂ及び温度センサ１２１ｃは、いずれも発熱素子と接していない。望ましくは、各温度センサは、発熱素子周辺の基板上の位置及びホットスポットの周辺等に配置される。
　推定装置２０は、インバータ装置１０に関する温度又は熱量を推定するための装置である。推定装置２０は、インバータ装置１０に備えられたマイコンであってもよいし、インバータ装置１０と分離されたコンピュータであってもよい。
　推定装置２０は、温度検出部によって検出された温度を基に、インバータ装置１０に関する位置の温度又は熱量を推定する。このため、推定装置２０は、温度センサによって温度が検出されない位置についても温度を推定することができる。
　特に、推定装置２０は、スイッチング素子及び還流ダイオードといった発熱素子の温度を推定することができる。
　インバータ装置においては、発熱素子の十分近傍に温度センサが設けられていないことがある。また、構造上の制約により発熱素子の十分近傍に温度センサを設置できない場合がある。
　そのような場合であっても、第１の実施形態の推定装置２０によれば、発熱素子の温度を推定することができる。
　なお、スイッチング素子及び還流ダイオードといった発熱素子は、過熱により破損する場合がある。第１の実施形態によれば、発熱素子の温度の推定結果に基づき発熱素子の放熱及び冷却等を適切に制御することにより、発熱素子及びインバータ装置を保護することができる。
　図２を用いて、推定装置２０の構成を説明する。図２は、第１の実施形態に係る推定装置の構成の一例を示す図である。
　図２に示すように、推定装置２０は、入出力部２１、記憶部２２及び制御部２３を有する。
　入出力部２１は、データの入出力のためのインタフェースである。例えば、入出力部２１は、温度センサによって検出された温度の入力を受け付ける。また、例えば、入出力部２１は、温度又は熱量の推定結果を他の装置に出力する。
　また、入出力部２１は、キーボード及びマウス等の入力機器からデータの入力を受け付けてもよい。また、入出力部２１は、ディスプレイ等の出力装置にデータを出力してもよい。
　記憶部２２及び制御部２３は、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、フラッシュメモリ、入出力ポート等を有するコンピュータ又は各種の回路により実現される。
　記憶部２２は、モデル情報２２１を記憶することができる。また、制御部２３は、例えば記憶部２２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、計算部２３１及び補償部２３２として機能する。
　モデル情報２２１は、モデルを構築するためのパラメータ等の情報である。第１の実施形態のモデルは、インバータ装置１０に備えられた発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む、対象の位置間の熱抵抗、又は熱抵抗と放熱部の質量流量を表現したモデルである。なお、放熱部は、例えば水路又は放熱フィンである。
　図３は、モデルについて説明する図である。図３に示すように、モデルは電気回路を模したモデルである。第１の実施形態のモデルを熱モデルと呼ぶ場合がある。電気回路における電流、電圧及び抵抗は、熱モデルにおける熱量、温度及び熱抵抗に相当する。
　図３の例では、モデルは、可変温度ノード３０１、熱抵抗３０２、熱抵抗３０３、可変温度ノード３０４、熱抵抗３０５、可変温度ノード３０６、質量流量依存熱抵抗３０７、基準温度ノード３０８、質量流量依存熱抵抗３０９及び質量流量依存可変温度ノード３１０を含む。
　可変温度ノード及び質量流量依存可変温度ノードの温度は、計算によって変化する変数である。基準温度ノードの温度は、固定値が設定される変数、又は定数である。
　熱抵抗の抵抗値は、固定値が設定される変数、又は定数である。また、質量流量依存熱抵抗の抵抗値は、放熱部の質量流量によって変化する。また、質量流量依存可変温度ノードの温度は、計算の過程で変化するだけでなく、放熱部の質量流量によっても変化する。また、質量流量依存熱抵抗の抵抗値は、冷媒（冷却水）の温度によっても変化する。
　放熱部の質量流量は、例えば水路に流れ込む水の質量流量である。水の質量流量が増加すると、抵抗値が小さくなり、放熱性能が向上する。
　ここで、水等の対流には強制対流と自然対流がある。強制対流による伝達熱量は体積流量と温度の積から求められる。そのため、強制対流によって生じる熱抵抗と自然対流によって生じる熱抵抗は異なる概念とみなされることもあり得るが、第１の実施形態ではそれらを区別せずに「質量流量依存熱抵抗」によって表す。
　基準温度ノード３０８には、温度センサによって検出された温度が設定される。また、モデルには、所定の方法で計算された発熱素子の熱量Ｑｉｇｂｔが入力される。
　計算部２３１は、インバータ装置１０に備えられた発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む、対象の位置間の熱抵抗を表現したモデル、又は熱抵抗と放熱部の質量流量を表現したモデルを用いて、発熱素子の熱量、又は発熱素子の熱量と放熱部の質量流量を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。
　計算部２３１は、熱量Ｑｉｇｂｔを基に可変温度ノード３０１の温度Ｔｉｇｂｔを計算する。さらに、計算部２３１は、温度Ｔｉｇｂｔ、熱抵抗３０２の抵抗値Ｒｉｇｂｔ－ｂａｓｅを基に、温度Ｔｂａｓｅを計算する。
　ここで、可変温度ノード３０４は、温度センサの位置に対応している。このため、温度Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒは、温度センサによって検出される温度の推定値ということができる。また、熱抵抗３０３及び熱抵抗３０５は、温度センサの周囲の部位の熱抵抗に相当する。
　計算部２３１は、温度Ｔｉｇｂｔ、温度Ｔｂａｓｅを基に、可変温度ノード３０４の温度Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒを計算する。
　さらに、計算部２３１は、質量流量依存熱抵抗３０７の抵抗値Ｒｂａｓｅ－ｗａｔｅｒ、基準温度ノード３０８の温度Ｔｗａｔｅｒ＿ｉｎ、質量流量依存熱抵抗３０９の抵抗値、及び質量流量依存可変温度ノード３１０の質量流量を基に、質量流量依存可変温度ノード３１０の温度Ｔｗａｔｅｒ＿ｏｕｔを計算する。
　例えば、基準温度ノード３０８及び質量流量依存可変温度ノード３１０は、放熱部の端点の位置に対応している。
　このように、計算部２３１は、モデルを用いて、発熱素子の熱量、及び対象の位置のうち少なくとも１つの位置に設定された基準温度を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。
　また、計算部２３１は、スイッチング素子又は還流ダイオードである発熱素子の位置と、発熱素子から発生した熱を、放熱部、冷却水の各々が放つことによって発生する熱が形成するホットスポットでないベースプレート又は基板上の部位であり発熱素子と接していない部位と、インバータ装置１０に備えられた放熱部の端点の位置と、温度センサの位置と、を含む対象の位置の中から選ばれた２つの位置間の熱抵抗であって、少なくとも発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む熱抵抗を表現したモデルを用いて、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。
　ここで、補償部２３２は、計算部２３１によって計算された温度センサの位置の温度（例えば、図３のＴｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）と、温度センサによって検出された温度との差分を基に、対象の位置の熱量を補償する。そして、計算部２３１は、補償部２３２によって補償された熱量で計算された温度を基に、対象の位置のそれぞれの温度をさらに計算する。
　このように、推定装置２０は、計算した温度をモデルにフィードバックすることにより推定精度を向上させることができる。以下、フィードバックを行う場合の実施例を説明する。
（第１の実施例）
　図４は、第１の実施例のモデルを示す図である。図４に示すように、第１の実施例では、補償ノード３１１がモデルに追加される。また、補償ノード３１１には、検出温度４０１が入力される。検出温度４０１は、インバータ装置１０に設けられた温度センサによって検出された温度である。
　また、第１の実施例では、図３の基準温度ノード３０８が質量流量依存可変温度ノード３０８ａに置き換えられる。なお、モデルに含まれる可変温度ノードが多いほど変数が多くなるため、計算速度が低下するが推定精度が向上する傾向がある。また、モデルに含まれる基準温度ノード又は補償ノードが多いほど推定精度が向上する傾向がある。補償ノードと基準温度ノードはいずれか一つが最低限必要な数である。
　また、図４等に示す各ノードを含む回路図は、説明のため各処理を模式化したものであり、実際に図示のような回路図が描画される必要はない。
　補償部２３２は、まず、ＴｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒとＴｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ＿ｓｅｎｓｏｒ（検出温度４０１）の差であるΔＴを計算する。そして、補償部２３２は、ΔＴに対しＰＩＤ（Proportional　Integral　Differential）制御を行い、発熱素子が複数ある場合は、発熱素子の損失比率、発熱素子の位置から前記温度センサまでの熱抵抗の比率、又は発熱素子の位置の温度と基準温度との比率を乗じることにより、ΔＱｉ、ΔＱｊ及びΔＱｋのうち少なくともいずれかを得る。Ｐ制御だけでも補償は可能だが、応答の俊敏性を求められる用途ではＩとＤ制御も必要になる。
　補償部２３２が比率を乗じる場合の計算例を以下に示す。例えば、Ｋｐｉｄ＿ｇａｉｎはΔＱｋであり、Ｋｐｉｄ＿ｇａｉｎに乗じられる部分が比率に相当する。望ましくは二つ目の例の熱量の比を取ることで、均等に補償することができる。
・熱抵抗の比率の例
Ｋｐｉｄ＿ｇａｉｎ×(Ｒｄｉｏｄｅ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ)／（Ｒｉｇｂｔ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ＋Ｒｄｉｏｄｅ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）
・熱量素子の損失比率の例
Ｋｐｉｄ＿ｇａｉｎ×Ｑｉｇｂｔ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ_／（Ｑｉｇｂｔ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ＋Ｑｄｉｏｄｅ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）
・温度と基準温度との比率の例
Ｋｐｉｄ＿ｇａｉｎ×（Ｔｉｇｂｔ－Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）／（（Ｔｉｇｂｔ－Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）＋（Ｔｄｉｏｄｅ－Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ））
　なお、Ｒｄｉｏｄｅ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ及びＲｄｉｏｄｅ＿ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒは、発熱素子（それぞれＩＧＢＴとＦＷＤ）と温度センサとの間の熱抵抗である。また、ＱｄｉｏｄｅはＦＷＤの熱量である。また、Ｔｉｇｂｔ、Ｔｄｉｏｄｅは発熱素子の位置の温度であり（それぞれＩＧＢＴとＦＷＤ）、Ｔｗａｔｅｒは基準温度（例えば放熱部の入口水温）である。
　補償部２３２は、発熱素子の位置における熱量、放熱部の端点の位置における熱量、発熱素子と接していない部位における熱量のうち少なくともいずれかを補償する。具体的には、補償部２３２は、ΔＱｉ、ΔＱｊ又はΔＱｋを、図４に示す位置の熱量に加算する。
　例えば、補償部２３２は、ΔＱｉを、ベースの温度に対応するノードである可変温度ノード３０６の熱量に加算する。可変温度ノード３０６の位置は、ベースに相当する。
　例えば、補償部２３２は、ΔＱｊを、冷却水の温度に対応するノードである質量流量依存可変温度ノード３０８ａの熱量に加算する。質量流量依存可変温度ノード３０８ａの位置は、放熱部の端点である。第１の実施例では、放熱部の端点は、例えばインバータモジュールの冷却水路の入口部位である。当該入口部位の温度は、冷却水路の入口水温である。
　例えば、補償部２３２は、ΔＱｋを、モデルの入力の位置の熱量（モデルに入力されるＱｉｇｂｔ）に加算する。この位置は、発熱素子の位置に相当する。
　補償部２３２は、ΔＱｉ、ΔＱｊ及びΔＱｋの全てを加算してもよいし、いずれか１つ又は２つを加算してもよい。望ましくは、Ｔｗａｔｅｒを推定する場合はΔＱｋを直接補償することで、推定の追従性を向上することができる。
　補償部２３２による熱量の加算がされた後、計算部２３１は、加算された熱量を基に、各位置の温度を計算する。
　これにより、ＴｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒとＴｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ＿ｓｅｎｓｅｏｒの差であるΔＴは小さくなり、その結果、推定装置２０による温度及び熱量の推定精度が向上する。
　さらに、推定装置２０は、計算部２３１による計算処理と、補償部２３２による補償処理を再帰的に繰り返すことにより、温度及び熱量の推定精度を向上させていくことができる。
　また、従来技術では、発熱素子の位置の温度が基準温度（固定値）とされる場合があった。一方で、図３及び図４に示すように、第１の実施形態のモデルでは、発熱素子の位置には可変温度ノード３０１が配置されている。
　これにより、発熱素子の十分近傍に温度センサを設置できない場合であっても、第１の実施形態によれば発熱素子の温度及び熱量を高精度に推定することができる。
　図５を用いて、推定装置２０の処理の流れを説明する。図５は、第１の実施形態に係る推定装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　まず、図５に示すように、推定装置２０は、記憶部２２に記憶されたモデル情報２２１を参照し、モデルを読み込む（ステップＳ１０１）。
　次に、推定装置２０は、基準温度をモデルに設定する（ステップＳ１０２）。例えば、図３のＴｗａｔｅｒ＿ｉｎが基準温度に相当する。図４に示すような基準温度ノードを持たないモデルが用いられる場合、推定装置２０は基準温度の設定をスキップしてもよい。
　また、推定装置２０は、放熱部の質量流量をモデルに設定する（ステップＳ１０３）。例えば、推定装置２０は、質量流量依存熱抵抗、及び質量流量依存可変温度ノードのパラメータとして質量流量を設定する。
　続いて、推定装置２０は、発熱素子の熱量をモデルに入力する（ステップＳ１０４）。例えば、Ｑｉｇｂｔが発熱素子の熱量に相当する。そして、推定装置２０は、入力した熱量を基に各位置の温度を計算する（ステップＳ１０５）。
　さらに、推定装置２０は、計算した温度（Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）と検出温度（Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ＿ｓｅｎｓｏｒ）の差分を基に熱量を補償する（ステップＳ１０６）。
　ここで、推定装置２０は、収束条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。推定装置２０は、収束条件が満たされたと判定した場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、処理を終了する。また、推定装置２０は、収束条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、ステップＳ１０５に戻り処理を繰り返す。
　例えば、収束条件は、ステップＳ１０５及びＳ１０６を実行した回数が一定値に達したこと、処理時間が一定時間以上になったこと、又はΔＴが閾値未満になったこと等である。
　また、推定装置２０は、処理を終了した場合、計算した温度（又は熱量）をインバータ装置１０又は他の装置に対して出力することができる。
　これまで説明してきたように、推定装置２０は、熱抵抗等がモデル化されていれば、任意の位置の温度及び熱量を推定することができる。例えば、推定装置２０が温度を計算する対象となる位置は、図６のように定められてもよい。図６は、対象の位置の配置例を示す図である。
　図６に示すように、対象の位置は、発熱素子の近傍に限られず、発熱素子から離れた位置であってもよい。また、対象の位置は、相間の中間の領域にあってもよい。例えば、図６の網掛けで表した位置は、発熱素子と接していない一方で、推定装置２０による温度及び熱量の推定が可能な位置である。
　また、図６に示すように、温度センサの位置は、発熱素子と接していない基板上の位置を含む。また、温度センサの位置は、基板上に限定せず、例えばベースプレートや水路、冷却水の中であってもよい。
　図７は、ホットスポットを説明する図である。図７は、インバータ装置に備えられる放熱フィン（放熱部の一例）を上部から見た断面図である。図７の凡例に示すように、色が濃い（網掛けが密である）領域ほど温度が高い。
　図７に示すように、発熱素子（例えば、ＩＧＢＴ及びＦＷＤ）から発生した熱を、放熱部が放つことによって発生する熱は、ホットスポット（図７の網掛け部分の温度の極大点の近傍）を形成する。
　推定装置２０の対象の位置である、発熱素子と接していない部位は、ホットスポットでない部位（コールドスポット）を含む。これにより、推定装置２０は、コールドスポットの温度及び熱量を推定することができる。発熱素子と接していない温度センサの位置はこのコールドスポットに該当する。またコールドスポットを導入することでホットスポットの推定精度も向上する。図６に示すように、推定装置２０が温度を計算する対象となる位置がホットスポットとコールドスポットの両方に存在し得る。
（第２の実施例）
　図８は、第２の実施例のモデルを示す図である。図８に示すように、第２の実施例のモデルでは、第１の実施例のモデル（図４）における質量流量依存可変温度ノード３０８ａが、基準温度ノード３０８に置き換わっている。
　また、第２の実施例のモデルには、第１の実施例のモデルと同じく補償ノード３１１が備えられている。ただし、質量流量依存可変温度ノード３０８ａが基準温度ノード３０８に置き換わっており、当該位置では補償による熱量の変動が発生しないため、補償部２３２は、図４に示す熱量ΔＱｊによる補償を省略する。
　このように、第２の実施例では、推定装置２０は、基準温度及び熱量の補償処理の両方を利用して温度及び熱量の推定を行うことができる。この補償によって推定精度が向上できる。
（第３の実施例）
　図９は、第３の実施例のモデルを示す図である。図９に示すように、第３の実施例のモデルは、第２の実施例のモデル（図８）に補償ノード３３１が追加されたモデルである。
　補償ノード３３１には、検出温度４０２（Ｔｗａｔｅｒｏｕｔ＿ｓｅｎｓｏｒ）が入力される。検出温度４０２は、放熱部である水路の出口側に設けられた温度センサによって検出された温度である。
　補償部２３２は、まず、Ｔｗａｔｅｒ＿ｏｕｔとＴｗａｔｅｒｏｕｔ＿ｓｅｎｓｏｒ（検出温度４０２）の差であるΔＴａを計算する。そして、補償部２３２は、ΔＴａに対しＰＩＤ制御を行うことにより、ΔＱｍを得る。
　例えば、補償部２３２は、ΔＱｍを、モデルの入力の位置の熱量（モデルに入力されるＱｉｇｂｔ）に加算する。
　なお、補償部２３２は、Ｑｉｇｂｔに対し、ΔＱｋ及びΔＱｍの両方を加算してもよい。
　このように、計算部２３１は、モデルを用いて、発熱素子の熱量、及びインバータ装置１０の放熱部の発熱素子側の第１の端点の位置に設定された基準温度（Ｔｗａｔｅｒ＿ｉｎ）を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。
　補償部２３２は、計算部２３１によって計算された放熱部の発熱素子と反対側の第２の端点の位置の温度（Ｔｗａｔｅｒ＿ｏｕｔ）と、第２の端点に設けられた温度センサによって検出された温度（Ｔｗａｔｅｒｏｕｔ＿ｓｅｎｓｏｒ）との差分を基に、計算部２３１によって計算された温度が用いる熱量をさらに補償する。
　その結果、第３の実施例では、モデルに複数の補償ノードを設けることにより、温度及び熱量の推定精度をさらに向上させることができる。
（第４の実施例）
　図１０は、第４の実施例のモデルを示す図である。図１０に示すように、第４の実施例のモデルは、第１の実施例のモデル（図４）にフィルタ３４１が追加されたモデルである。
　フィルタ３４１は、熱量Ｑｉｇｂｔを基に、モデルの総熱量Ｑｔｏｔａｌ＿ｅｓｔｉｍａｔｅを出力する。例えば、フィルタ３４１による計算は、Ｑｔｏｔａｌ＿ｅｓｔｉｍａｔｅ＝１／（１＋Ｔｓ）（ΣＱｉ）のように表される。好ましくは、フィルタ次数は大きい方が良い。フィルタの時定数Ｔは入力熱量から、それが放熱部の端点へ到達するまでの、全体の熱量の伝達時定数を模擬したものである。
　例えば、総熱量Ｑｔｏｔａｌ＿ｅｓｔｉｍａｔｅによって、水路の出口側の温度Ｔｗａｔｅｒ＿ｏｕｔが決定される。計算部２３１は、熱量Ｑｉｇｂｔ及び温度Ｔｗａｔｅｒ＿ｏｕｔを基に、モデルに含まれる可変温度ノードの温度を計算する。
　このように、計算部２３１は、モデルに入力される発熱素子の熱量をフィルタリングすることによってモデルにおける熱量の合計（Ｑｔｏｔａｌ＿ｅｓｔｉｍａｔｅ）を計算し、モデルに入力される発熱素子の熱量（Ｑｉｇｂｔ）、及び熱量の合計を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。
　その結果、第４の実施例では、フィルタ３４１によりあらかじめ総熱量を求めておくことで、温度及び熱量の推定精度をさらに向上させることができる。
（第５の実施例）
　図１１は、第５の実施例のモデルを示す図である。図１に示すように、インバータ装置１０が３つの相から構成される場合、各相に対応する熱モデルを組み合わせることができる。
　また、図１１の例では、３つの相に対して１つの基準温度ノード３５２が設けられる。
　例えば、補償部２３２は、温度センサ１２１ａによって検出された検出温度と、計算部２３１によって計算された可変温度ノード３５１ａの温度との差を基に可変温度ノード３５３ａの熱量を補償する。
　また、例えば、補償部２３２は、温度センサ１２１ｂによって検出された検出温度と、計算部２３１によって計算された可変温度ノード３５１ｂの温度との差を基に可変温度ノード３５３ｂの熱量を補償する。
　また、例えば、補償部２３２は、温度センサ１２１ｃによって検出された検出温度と、計算部２３１によって計算された可変温度ノード３５１ｃの温度との差を基に可変温度ノード３５３ｃの熱量を補償する。
　このように、インバータ装置の構成が複雑になった場合であっても、モデルによって表現することにより、推定装置２０は、各位置の温度及び熱量を推定することができる。
　なお、図１１のモデルにおけるＴｂａｓｅ＿ｃｏｌｄのようなコールドスポットの位置の数に制限はなく、任意の数であってよい。例えば図７の放熱部では、望ましくはコールドスポットを一相につき一つ設けることで精度が向上する。一方、Ｔｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒのような温度センサの位置は、少なくとも１か所は設けられる。
（第６の実施例）
　図１２は、第６の実施例の推定システムの構成例を示す図である。図１２に示すように、推定システム２において、補償部２３２は、比率計算部２３２１、ＰＩＤ制御部２３２２を有する。また、推定装置２０は、熱量計算部２３３を有する。なお、推定装置２０によって出力される推定温度は、モータ等の負荷に対する出力のディレーティングに用いられる。
　推定装置２０は、制御ＣＰＵ２３ａの一部として実現される。また、パワーモジュール本体１００は、インバータ装置１０を構成する要素のうち、制御ＣＰＵ２３ａ以外の要素を含む。例えば、パワーモジュール本体１００は、ＦＷＤ及びＩＧＢＴといった発熱素子、温度センサ、及び各部品が設けられる基板等を含む。なお、パワーモジュール本体１００を構成する要素は、上記のものに限られない。
　制御ＣＰＵ２３ａは、Ｄｕｔｙ信号生成部２３０１を有する。Ｄｕｔｙ信号生成部２３０１は、制御信号（電圧指令値、電流センサ値等）からＤｕｔｙ信号を生成し、パワーモジュール本体１００に入力する。
　比率計算部２３２１は、補償部２３２により熱量が補償される位置である第１の位置の周辺の発熱素子の損失比率、第１の位置から温度センサまでの熱抵抗の比率、又は第１の位置の温度と発熱素子の温度との比率を計算する。これによってセンサの温度に対する各素子の寄与を考慮することによって全体の温度を一律に補正できるため、熱量と温度の推定精度がより向上する。
　ＰＩＤ制御部２３２２は、パワーモジュール本体１００から取得した温度センサ検出値と、計算部２３１によって計算されるセンサ温度推定値と、の差分に対しＰＩＤ制御を行う。例えば、ＰＩＤ制御部２３２２は、図４のΔＱｉ、ΔＱｊ、又はΔＱｋに相当する値を計算する。
　熱量計算部２３３は、発熱素子の熱量であるＱｉｇｂｔを計算する。例えば、熱量計算部２３３は、特許文献２の（４）式による熱量を計算する。
　補償部２３２は、ＰＩＤ制御部２３２２によって計算されたＰＩＤ補正量に、比率計算部２３２１によって計算された比率を乗じた値であるｘを計算部２３１に入力する。なお、比率計算部２３２１は、前述のΔＱｋに比率を乗じる方法と同じ方法で比率を計算することができる。
　計算部２３１は、ｘを基に温度又は熱量を計算する。例えば、計算部２３１は、発熱素子の推定温度を出力する。
　第１の実施形態の推定装置２０によれば、温度センサ１２１ａが各発熱素子と密着していなくてもよい。また、推定装置２０によれば、インバータ装置１０の各部位の任意の位置の熱量及び温度を推定することができる。
　図１３は、第１の実施形態に係る推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図１３に示すように、推定装置２０は、プロセッサ２０１０と、メモリ２０２０と、入出力ＩＦ２０３０と、バス２０４０とを備えるコンピュータを含む。プロセッサ２０１０、メモリ２０２０、及び入出力ＩＦ２０３０は、バス２０４０によって互いに情報の送受信が可能である。
　プロセッサ２０１０は、メモリ２０２０に記憶された推定プログラムを読み出して実行することによって、制御部２３の機能を実行する。プロセッサ２０１０は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）、及びシステムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）のうち１つ以上を含む。
　メモリ２０２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、及びＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）のうち１つ以上を含む。入出力ＩＦ２０３０は、例えば、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、及び入出力ポート等を含む。
　なお、推定装置２０は、コンピュータが読み取り可能な推定プログラムが記録された記録媒体から推定プログラムを読み出すデータ読出部を備える構成であってもよい。プロセッサ２０１０は、データ読出部を制御して記録媒体に記録された推定プログラムをデータ読出部から取得し、取得した推定プログラムをメモリ２０２０に記憶させることができる。記録媒体は、例えば、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、及びＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）のうち１つ以上を含む。
　また、推定装置２０は、ネットワークを介してサーバから推定プログラムを受信する通信部を備えていてもよい。この場合、プロセッサ２０１０は、通信部を介してサーバから推定プログラムを取得し、取得した推定プログラムをメモリ２０２０に記憶させることができる。
　また、推定装置２０の制御部２３は、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）及びＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）等の集積回路を含んでいてもよい。
　上述してきたように、第１の実施形態に係る推定装置２０は、計算部２３１と、補償部２３２と、を有する。計算部２３１は、インバータ装置１０に備えられた発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む、対象の位置間の熱抵抗を表現したモデル、又は熱抵抗と放熱部の質量流量を表現したモデルを用いて、発熱素子の熱量、又は発熱素子の熱量と放熱部の質量流量を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。補償部２３２は、計算部２３１によって計算された温度センサの位置の温度と、温度センサによって検出された温度との差分を基に、対象の位置の熱量を補償する。これにより、推定装置２０は、特にインバータ装置の発熱素子の十分近傍に温度センサが設けられていない場合であっても、インバータ装置の素子の温度、又は温度と熱量を精度良く推定することができる。なお、推定された温度は、モータ等の負荷に対する出力のディレーティングに用いられる。
　また、計算部２３１は、補償部２３２によって補償された熱量で計算された温度を基に、対象の位置のそれぞれの温度をさらに計算する。これにより、推定装置２０は、温度及び熱量の推定精度をさらに向上させることができる。
　また、計算部２３１は、スイッチング素子又は還流ダイオードである発熱素子の位置と、発熱素子と接していない部位と、インバータ装置１０に備えられた放熱部の端点の位置と、温度センサの位置と、を含む対象の位置の中から選ばれた２つの位置間の熱抵抗であって、少なくとも発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む熱抵抗を表現したモデルを用いて、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。これにより、インバータ装置１０の構成に応じたモデルを用いることで、推定装置２０は、温度及び熱量を精度良く推定することができる。
　また、補償部２３２は、発熱素子の位置における熱量、放熱部の端点の位置における熱量、発熱素子と接していない部位における熱量のうち少なくともいずれかを補償する。これにより、推定装置２０は、インバータ装置１０の構成に応じてより推定精度が向上するような位置の熱量を補償することができる。
　また、計算部２３１は、モデルを用いて、発熱素子の熱量、及び対象の位置のうち少なくとも１つの位置に設定された基準温度を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。このように、推定装置２０は、基準温度を用いることで、推定精度を向上させることができる。
　また、計算部２３１は、モデルを用いて、発熱素子の熱量、及びインバータ装置１０の放熱部の発熱素子側の第１の端点の位置に設定された基準温度を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。補償部２３２は、計算部２３１によって計算された放熱部の発熱素子と反対側の第２の端点の位置の温度と、第２の端点に設けられた温度センサによって検出された温度との差分を基に、計算部２３１によって計算された温度が用いる熱量をさらに補償する。このように、推定装置２０は、複数の補償ノードを設けることで、推定精度を向上させることができる。
　また、計算部２３１は、モデルに入力される発熱素子の熱量をフィルタリングすることによってモデルにおける熱量の合計を計算し、モデルに入力される発熱素子の熱量、及び熱量の合計を基に、対象の位置のそれぞれの温度を計算する。このように、推定装置２０は、熱量の合計を参照することで、推定精度を向上させることができる。
　また、補償部２３２は、差分に対する補正量（例えば、ＰＩＤ補正量）に、第１の位置の周辺の発熱素子の損失比率、第１の位置から温度センサまでの熱抵抗の比率、又は第１の位置の温度と発熱素子の温度との比率、を乗じた値を、第１の位置における発熱素子の熱量に加算する。これにより、温度センサごとの発熱素子からの距離による影響を、補償量に反映させることができる。
　これまで、第１の実施形態の推定装置２０をインバータ装置１０に適用する場合について説明した。一方で、推定装置２０が適用される対象は、コンバータ装置等のインバータ装置以外の電力変換装置であってもよい。
　また、第１の実施形態の推定装置２０は、温度センサの代わりに、例えばテーブル等の別の手段によって温度を取得してもよい。例えば、テーブルにはシミュレーション用の温度が設定される。これにより、推定装置２０をシミュレータとして利用することが可能になる。
［第２の実施形態］
　熱モデルのノードの配置は、これまで説明してきたものに限られない。第２の実施形態では、発熱素子の直下の高温になりやすい領域だけでなく、発熱素子から離れた低温部分にもノードが配置される。
　図１４は、第２の実施形態に係る熱モデルの一例を示す図である。なお、第２の実施形態における電力変換装置５は、第１の実施形態のインバータ装置１０と同等の装置であってもよい。ただし、熱モデルの構成が第１の実施形態と第２の実施形態とで異なる。図１４には、電力変換装置５の断面図（図１のＡ－Ａ断面図に相当）とともに、熱が示されている。
　図１４に示すように、電力変換装置５は、バスバー５０１、ＩＧＢＴ５０２、ＦＷＤ５０３、温度センサ５０４、バスバー５０５、基板５０６、ベースプレート５０７、空間５０８及びヒートシンク５０９を有する。空間５０８には、冷媒が存在する。また、５１０及び５１１に示す位置は、ヒートシンク（放熱部）の端点である。第２の実施形態では、冷媒は水（冷却水）であるものとする。
　図１４に示すように、熱モデルは、可変温度ノード５２１、可変温度ノード５２２、可変温度ノード５２３、基準温度ノード５２４、及び可変温度ノード５２５を有する。
　また、熱モデルは、ベースプレート５０７に配置された、可変温度ノード５３１、可変温度ノード５３２、可変温度ノード５３３、可変温度ノード５３４、及び可変温度ノード５３５を有する。
　また、熱モデルは、熱抵抗５６１、熱抵抗５６２、熱抵抗５６３、熱抵抗５６４、熱抵抗５６５、熱抵抗５６６、熱抵抗５６７、及び熱抵抗５６８を有する。
　また、熱モデルは、質量流量依存熱抵抗５６９、質量流量依存熱抵抗５７０、質量流量依存熱抵抗５７１、及び質量流量依存熱抵抗５７２を有する。
　また、熱モデルは、質量流量依存可変温度ノード５４１、及び質量流量依存可変温度ノード５４２を有する。
　基準温度ノード、可変温度ノード、質量流量依存可変温度ノード、熱抵抗、及び質量流量依存熱抵抗の定義については、第１の実施形態で説明した通りである。
　ベースプレート５０７に配置された可変温度ノード５３１、可変温度ノード５３２、可変温度ノード５３３、可変温度ノード５３４、及び可変温度ノード５３５は、発熱素子と接していない。
　また、可変温度ノード５３２及び可変温度ノード５３３は、発熱素子の直下に位置するため、高温になる傾向がある。一方、可変温度ノード５３１、可変温度ノード５３４、及び可変温度ノード５３５は、発熱素子の直下に位置しないため、発熱素子の直下に位置する可変温度ノードと比べて、低温になる傾向がある。
　電力変換装置５は、高温になる傾向がある部分（高温部分）だけでなく、低温になる傾向がある部分（低温部分）の温度も推定する。さらに、図１５に示すように、熱モデルは、高温部分と低温部分を熱抵抗で網目状に接続することで平面方向に拡散する熱量を表現する。図１５は、第２の実施形態に係る熱モデルの一例を示す図である。電力変換装置５を上から見た図である。図１４は、図１５のＡ－Ａ断面図である。
　また、これにより、温度勾配を平面的に表現することが可能になる。さらに、発熱素子に隣接しない水路部分では、水温壁との熱のやりとりにより、水温が上昇又は下降する。そのような場合においても、水温壁のノードを置き、熱の伝達を考慮することで、温度勾配を表現することが可能になる。
　図１６は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図１６に示すように、電力変換装置５は、電流検出部７２を介してモータ７１と接続される。モータ７１は負荷の一例である。
　また、回転数検出部７３は、モータ７１の回転数を検出し、電力変換装置５に入力する。電流検出部７２は、モータ７１に流れる電流を検出し、電力変換装置５に入力する。
　電力変換装置５は、ヒートシンク８２によって冷却される。ヒートシンク８２には、流路８１が設けられる。質量流量・水温検出部８３は、流路８１を流れる冷却水の流量及び温度を検出し、電力変換装置５に入力する。質量流量・水温検出部８３は、冷却水の流路の入口又は出口に少なくとも１つずつ備えられる水温センサ及び流量センサである。
　電力変換装置５は、制御装置６０、インバータ主回路５１、ゲートドライバ回路５２、電源回路５３、及び基板温度検出部５４を有する。
　制御装置６０は、例えばマイコンである。制御装置６０は、第１の実施形態の推定装置２０と同等の機能を有する。また、制御装置６０は、インバータ主回路５１を制御する。
　インバータ主回路５１は、電力変換装置５をインバータとして機能させるための回路である。ゲートドライバ回路５２は、インバータ主回路５１を駆動制御するための回路である。電源回路５３は、インバータ主回路５１に電力を提供する回路である。基板温度検出部５４は、温度センサである。
　図１７は、第２の実施形態に係る制御装置の構成の一例を示す図である。図１７に示すように、制御装置６０は、モータ制御部６１、推定部６２、ディレーティング制御部６３、及びＰＷＭ生成部６４を有する。
　モータ制御部６１は、制御指令（トルク指令）を基に、電圧指令を生成する。推定部６２は、発熱素子の温度を推定する。ディレーティング制御部６３は、推定部６２によって推定された温度を基に、出力制限係数を生成する。例えば、ディレーティング制御部６３は、推定部６２によって推定された温度が閾値を越えていれば、電力変換装置５にディレーティングをかけるように出力制限係数を生成する。
　推定部６２は、熱量計算部６２１及び温度推定部６２２を有する。熱量計算部６２１及び温度推定部６２２は、第１の実施形態の計算部２３１及び補償部２３２と同様の処理を行う。
　熱量計算部６２１は、負荷に関する情報を基に、発熱素子の熱量を計算する。負荷に関する情報は、例えばモータ７１の回転数、スイッチング周波数及び電流である。また、温度推定部６２２は、熱モデルの各ノード、及び発熱素子の温度を計算する。例えば、温度推定部６２２は、熱量計算部６２１によって計算された熱量に加え、センサ値である基板温度、冷却水の入口水温、及び冷却水の流量を基に発熱素子の温度を計算する。
　図１８は、第２の実施形態に係る温度推定部の構成の一例を示す図である。図１８に示すように、温度推定部６２２は、熱抵抗計算部６２２１、冷媒温度計算部６２２２、ベースプレート温度計算部６２２３及び発熱素子温度計算部６２２４を有する。
　熱抵抗計算部６２２１は、発熱素子、ベースプレート５０７、基板５０６、冷却水（冷媒の例）のうち、異なる２点間（２つのノード間）の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、熱抵抗の抵抗値を、流量及び冷却水の温度を基に計算する。ここで、物体の点は、当該物体の表面及び内部の点を意味する。例えば、ベースプレート５０７の点は、ベースプレート５０７及び表面及び内部の点である。このため、熱モデルは、発熱素子、ベースプレート５０７、基板５０６、冷却水の表面及び内部の点のうちの、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表すモデルということができる。さらに言い換えると、熱モデルは、発熱素子、ベースプレート５０７、基板５０６、冷却水の表面及び内部に存在し得る点の中から選ばれた異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表すモデルである。
　３次元熱流体解析により、水温、流量及び熱抵抗の関係を示すテーブルがあらかじめ用意されているものとする。熱抵抗計算部６２２１は、テーブルを用いて、水温及び流量から熱抵抗を計算することができる。
　例えば、熱抵抗計算部６２２１は、質量流量依存熱抵抗５６９の熱抵抗Ｒｔｈ　ｃｏｎｖ１（Ｖ，Ｔ）、質量流量依存熱抵抗５７０の熱抵抗Ｒｔｈ　ｃｏｎｖ２（Ｖ，Ｔ）、質量流量依存熱抵抗５７１の熱抵抗Ｒｔｈ　ｃｏｎｖ３（Ｖ，Ｔ）、及び質量流量依存熱抵抗５７２の熱抵抗Ｒｔｈ　ｃｏｎｖ４（Ｖ，Ｔ）を計算する。なお、Ｖ及びＴはそれぞれ流量及び温度を意味する。
　質量流量依存熱抵抗はベースプレート５０７、及びベースプレート５０７に備えられた放熱フィンから冷却水への伝熱を表現する。これにより、温度推定部６２２は、熱モデルの各ノードと基準温度の間に熱容量（ノード）を設定してＣＲ回路を構成することで、過渡的な温度の変化を計算することができる。なお、熱容量の設定は任意であり、過渡的な温度変化が不要で定常的な温度変化を計算する場合は、Ｃ無しのＲ回路とすることも可能である。
　冷媒温度計算部６２２２は、発熱素子、基板又はベースプレートから受け取る熱量、冷媒の流量、冷却水の流路の端点の温度、及び冷却水の温度によって変化する冷却水の流水物性を基に、冷却水の熱輸送による温度を計算する。冷媒温度計算部６２２２は、（１）式により冷却水に対応するノード（例えば、質量流量依存可変温度ノード５４２）の温度Ｔｗｔｒを計算する。ただし、ρ及びｃはそれぞれ冷却水の密度及び比熱である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　（１）式に示すように、冷媒温度計算部６２２２は、入口温度Ｔｗｔｒ＿ｉｎに水温の上昇分（（１）式の右辺の第１項）を加算する。
　ベースプレート温度計算部６２２３は、熱量及び熱抵抗を基に、ベースプレート５０７の温度を計算する。
　ベースプレート温度計算部６２２３は、可変温度ノード５３１及び可変温度ノード５３２のうち、可変温度ノード５３１の温度を計算することができる。可変温度ノード５３１は、ベースプレート５０７の低温部分のノードであって、発熱素子と接していないノードである。
　ベースプレート温度計算部６２２３は、可変温度ノード５３１及び可変温度ノード５３２のうち、可変温度ノード５３２の温度を計算することができる。可変温度ノード５３２は、ベースプレート５０７の高温部分のノードであって、発熱素子と接しているノードである。
　ベースプレート温度計算部６２２３は、ベースプレート５０７のノードであって、質量流量依存熱抵抗と接続するノード（例えば、可変温度ノード５３３）の温度Ｔｂａｓｅを、（２）式により計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　（２）式に示すように、ベースプレート温度計算部６２２３は、水温Ｔｗｔｒに温度の上昇分（（２）式の右辺の第１項）を加算する。
　発熱素子温度計算部６２２４は、熱量及びベースプレート５０７の温度を基に、発熱素子の温度を計算する。発熱素子温度計算部６２２４は、（３）式により発熱素子の温度Ｔｉｇｂｔ（例えば、可変温度ノード５３３の温度Ｔｅｌｅｍｅｎｔ２）を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　（３）式に示すように、発熱素子温度計算部６２２４は、ベースプレート５０７のノードの温度Ｔｂａｓｅに温度の上昇分（（３）式の右辺の第１項）を加算する。
　また、第１の実施形態の補償部２３２と同様に、温度推定部６２２は、ベースプレート温度計算部６２２３によって計算された温度センサの位置の温度と、温度センサによって検出された温度との差分を基に、熱量、冷却水の温度、流量、熱抵抗のいずれか又は複数を補償する。
　図１９を用いて、第２の実施形態の電力変換装置５の処理の流れを説明する。図１９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　まず、図１９に示すように、電力変換装置５は、３相電流値を検出する（ステップＳ２０１）。また、電力変換装置５は、モータ７１の回転数を検出する（ステップＳ２０２）。そして、電力変換装置５は、３相電流値及びモータ７１の回転数を基に、電力損失（熱量）を計算する（ステップＳ２０３）。
　次に、電力変換装置５は、冷却水の流量を検出する（ステップＳ２０４）。そして、電力変換装置５は、流量を基に熱モデルの熱抵抗値を計算する（ステップＳ２０５）。
　続いて、電力変換装置５は、冷却水の入口温度を検出する（ステップＳ２０６）。そして、電力変換装置５は、入口温度を基に、冷却水の温度を計算する（ステップＳ２０７）。
　次に、電力変換装置５は、冷却水の温度を基に、ベースプレートの温度を計算する（ステップＳ２０８）。また、電力変換装置５は、ベースプレートの温度を基に、発熱素子の温度を計算する（ステップＳ２０９）。
　電力変換装置５は、計算した温度と検出温度の差分を基に熱量を補償する（ステップＳ２１０）。
　ここで、電力変換装置５は、収束条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ２１１）。電力変換装置５は、収束条件が満たされたと判定した場合（ステップＳ２１１、Ｙｅｓ）、処理を終了する。また、電力変換装置５は、収束条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ２１１、Ｎｏ）、ステップＳ２０４に戻り処理を繰り返す。
　例えば、収束条件は、ステップＳ２１０を実行した回数が一定値に達したこと、処理時間が一定時間以上になったこと、又は補償量が閾値未満になったこと等である。
　一般的に、モータロック時やモータを極低速で回転させるときにはインバータのＵＶＷ相の素子の発熱に偏りが生じる。例として、モータロック時には、ある１相の素子に残りの２相の素子よりも大きな電流が流れるため、発生する熱量が１相に集中する。インバータ主回路の素子が密集して配置されている場合、冷却水までの熱の伝わり方はモータが十分高速に回転している時と比べて変化するため、インバータ主回路素子のジャンクション温度の推定精度が低下する場合がある。
　第２の実施形態では、冷却水までの熱の伝わり方がモデル化されるため、発熱素子の温度の推定精度が向上する。また、第２の実施形態では、発熱素子に隣接する高温部分だけでなく、低温部分にもノードが配置されるため、発熱素子の温度の推定精度が向上する。
　また、温度センサの推定値と実際のセンサ値を比較し、発生損失あるいは熱モデル各部の温度を補正するオブザーバを構成することで正確に素子温度を推定する方式では、温度センサの温度推定精度が低いと補正が機能しない。一方で、第２の実施形態によって発熱素子の温度推定精度が向上すれば、補正が正常に機能するようになる。
　第２の実施形態の電力変換装置５によれば、図１４に示すように温度センサ５０４が各発熱素子と密着していなくてもよい。また、電力変換装置５によれば、電力変換装置５の各部位の任意の位置の熱量及び温度を推定することができる。
［第３の実施形態］
　第３の実施形態では、さらに水路が熱モデルによってモデル化される。また、第３の実施形態では、（１）式のパラメータである密度ρと比熱ｃが、冷却水の温度に応じて計算される。
　図２０は、第３の実施形態に係る温度推定部の構成の一例を示す図である。図２０に示すように、第３の実施形態の温度推定部６２２は、第２の実施形態の温度推定部の構成要素に加え、冷媒物性値計算部６２２５を有する。
　冷媒物性値計算部６２２５は、冷却水の物性値を計算する。物性値は、密度ρ及び比熱ｃである。冷媒物性値計算部６２２５は、水温と密度及び比熱とが対応付けられたテーブルを用いて、冷媒温度計算部６２２２によって計算された水温を基に、密度ρ及び比熱ｃを計算する。冷媒物性値計算部６２２５によって計算された密度ρ及び比熱ｃは、（１）式のパラメータとして用いられる。
　ここで、第３の実施形態では、水路の形状に応じて熱モデルが構成される。具体的には、熱モデルは、ノード間に生じる、冷却水の水路の形状に応じた熱輸送による熱抵抗を表現する。
　形状が異なる水路には、例えば蛇行水路及び直線水路がある。図２１は、蛇行水路について説明する図である。図２２は、直線水路について説明する図である。また、図２１及び図２２では、発熱素子直下の熱容量（ノード）と、発熱素子に隣接しない熱容量（ノード）とで、表示態様を変化させている。
　冷媒温度計算部６２２２は、冷媒の温度ノードと、水路の筐体の温度ノードとを含む熱モデルに基づき水温を計算する。
　熱モデルは、発熱素子、基板、又はベースプレートと冷媒間の２点間の対流の接続を有し、２点間の対流の接続は、発熱素子、基板、又はベースプレートの温度ノード直下の冷媒の温度ノードと、１つ上流側の冷媒の温度ノードの両方に接続する発熱素子、基板、又はベースプレートの温度ノードとを含む。
　図２１及び図２２に示すように、ノード間に生じる熱輸送による熱抵抗は、方向及び位置が水路の形状によって異なる。
　図２３を用いて、第３の実施形態の電力変換装置５の処理の流れを説明する。図１９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　まず、図２３に示すように、電力変換装置５は、３相電流値を検出する（ステップＳ３０１）。また、電力変換装置５は、モータ７１の回転数を検出する（ステップＳ３０２）。そして、電力変換装置５は、３相電流値及びモータ７１の回転数を基に、電力損失（熱量）を計算する（ステップＳ３０３）。
　次に、電力変換装置５は、冷却水の流量を検出する（ステップＳ３０４）。そして、電力変換装置５は、流量と推定した冷却水温度を基に熱モデルの熱抵抗値を計算する（ステップＳ３０５）。
　続いて、電力変換装置５は、冷却水の物性値を計算する（ステップＳ３０６－１）。電力変換装置５は、計算した物性値を用いて、冷却水の入口温度を検出する（ステップＳ３０６－２）。そして、電力変換装置５は、入口温度を基に、冷却水の温度を計算する（ステップＳ３０７）。
　次に、電力変換装置５は、冷却水の温度を基に、ベースプレートの温度を計算する（ステップＳ３０８）。また、電力変換装置５は、ベースプレートの温度を基に、発熱素子の温度を計算する（ステップＳ３０９）。
　電力変換装置５は、計算した温度と検出温度の差分を基に熱量を補償する（ステップＳ３１０）。
　ここで、電力変換装置５は、収束条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ３１１）。電力変換装置５は、収束条件が満たされたと判定した場合（ステップＳ３１１、Ｙｅｓ）、処理を終了する。また、電力変換装置５は、収束条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ３１１、Ｎｏ）、ステップＳ３０４に戻り処理を繰り返す。
　冷却経路の形状によっては、水温に意図しない温度の上昇下降が起こり得る。例えば、冷却水路が蛇行し、隣接する水温に隔たりがあるとき、水壁からの熱流量の受け渡しにより、水温の推定精度が低下する場合がある。
　また、水路が複数の方向から温められ、かつ、発熱量が大きい場合、温度境界層がなく水温分布に隔たりが生じる。そのため、水温をもとに計算するベースプレートの温度や素子温度の推定精度が低下する場合がある。
　第３の実施形態では、水路の形状に応じて熱を構成することにより、推定精度の低下を抑止することができる。
　今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　ここで、熱抵抗は、熱伝導抵抗、熱輸送及び熱対流抵抗を含む。熱伝導抵抗は、発熱素子、ベースプレート、基板又は冷媒の異なる２点間の熱伝熱を示す。熱対流抵抗は、発熱素子、基板又はベースプレートと冷媒との間の２点間の対流による熱伝達を示す。
　熱伝導抵抗及び熱対流抵抗の定義を踏まえて、熱抵抗計算部６２２１の動作を以下のように言い換えることができる。すなわち、熱抵抗計算部６２２１は、発熱素子、ベースプレート、基板又は冷媒の異なる２点間の熱伝熱を熱伝導抵抗、冷媒の異なる２点間の熱伝熱を熱輸送、発熱素子、基板、又はベースプレートと冷媒との間の２点間の対流による熱伝達を熱対流抵抗として表す熱モデルにおける、熱抵抗の抵抗値を、流量及び冷媒の温度を基に計算する。
　第２の実施形態及び第３の実施形態の電力変換装置５による温度の推定方法は、第１の実施形態で説明した熱モデルにも適用可能である。すなわち、各実施形態を基に、以下のような構成が実現される。
（１）図３の熱モデルに対応する構成
　電力変換装置５の制御装置６０は、熱量計算部６２１と、冷媒温度計算部６２２２と、熱量、流量及び冷媒の温度を基に、発熱素子の温度を計算する熱モデルとを有し、熱モデルは、第１可変温度ノード（３０１）と、第１熱抵抗（３０２）と、第２熱抵抗（３０３）と、第２可変温度ノード（３０４）と、第３熱抵抗（３０５）と、第３可変温度ノード（３０６）と、第１質量流量依存熱抵抗（３０７）と、基準温度ノード（３０８）と、第２質量流量依存熱抵抗（３０９）と、質量流量依存可変温度ノード（３１０）とを含む。
（２）図４の熱モデルに対応する構成
　（１）の電力変換装置５であって、熱モデルの基準温度ノードは、質量流量依存可変温度ノードである。また、熱モデルは、補償ノード（３１１）をさらに有する。
（３）図８の熱モデルに対応する構成
　（１）の電力変換装置５であって、熱モデルは、補償ノード（３１１）をさらに有する。
（４）図９の熱モデルに対応する構成
　（１）の電力変換装置５であって、熱モデルは、第１補償ノード（３１１）と第２補償ノード（３３１）とをさらに有する。
（５）図１０の熱モデルに対応する構成
　（１）の電力変換装置５であって、熱モデルの基準温度ノードは、質量流量依存可変温度ノードである。また、熱モデルは、補償ノード（３１１）と、熱量の伝達時定数を模擬したフィルタ（３４１）と、をさらに有する。
（６）図１１の熱モデルに対応する構成
　（１）の電力変換装置５であって、３つの熱モデルを有し、３つの熱モデルのそれぞれは、３つの相のそれぞれに対応する。
　また、第２の実施形態及び第３の実施形態の制御装置６０は、図１３で説明した構成を有するコンピュータに、下記の（７）のプログラムを実行させることによって実現されてもよい。その場合、コンピュータは（８）の方法を実行する。
（７）
　ベースプレートと、前記ベースプレートに備えられた基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される電力変換装置に関する温度を計算するためのプログラムであって、
　前記負荷に関する情報を基に、前記発熱素子の熱量を計算する熱量計算手順と、
　前記発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、前記冷媒の温度を計算する冷媒温度計算手順と、
　前記発熱素子、前記ベースプレート、前記基板、前記冷媒のうち、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、前記熱抵抗の抵抗値を、前記流量及び前記冷媒の温度を基に計算する熱抵抗計算手順と、
　前記熱量及び前記熱抵抗を基に、前記ベースプレートの温度を計算するベースプレート温度計算手順と、
　前記熱量及び前記ベースプレートの温度を基に、前記発熱素子の温度を計算する発熱素子温度計算手順と、
　をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
（８）
　ベースプレートと、前記ベースプレートに備えられた基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される電力変換装置に関する温度を計算するための方法であって、
　前記負荷に関する情報を基に、前記発熱素子の熱量を計算する熱量計算工程と、
　前記発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、前記冷媒の温度を計算する冷媒温度計算工程と、
　前記発熱素子、前記ベースプレート、前記基板、前記冷媒のうち、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、前記熱抵抗の抵抗値を、前記流量及び前記冷媒の温度を基に計算する熱抵抗計算工程と、
　前記熱量及び前記熱抵抗を基に、前記ベースプレートの温度を計算するベースプレート温度計算工程と、
　前記熱量及び前記ベースプレートの温度を基に、前記発熱素子の温度を計算する発熱素子温度計算工程と、
　をコンピュータが実行することを特徴とする方法。
　１、２　推定システム
　５　電力変換装置
　１０　インバータ装置
　２０　推定装置
　２１　入出力部
　２２　記憶部
　２３　制御部
　５１　インバータ主回路
　５２　ゲートドライバ回路
　５３　電源回路
　５４　基板温度検出部
　６１　モータ制御部
　６２　推定部
　６３　ディレーティング制御部
　６４　ＰＷＭ生成部
　７１　モータ
　７２　電流検出部
　７３　回転数検出部
　８１　流路
　８２　ヒートシンク
　８３　質量流量・水温検出部
　６０　制御装置
　２２１　モデル情報
　２３１　計算部
　２３２　補償部
　２３３　熱量計算部
　３０１、３０４、３０６、３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５３ａ、３５３ｂ、３５３ｃ、５２１、５２２、５２３、５２５、５３１、５３２、５３３、５３４、５３５　可変温度ノード
　３０２、３０３、３０５、５６１、５６２、５６３、５６４、５６５、５６６、５６７、５６８　熱抵抗
　３０７、３０９、５６９、５７０、５７１、５７２　質量流量依存熱抵抗
　３０８、３５２、５２４　基準温度ノード
　３０８ａ、３１０、５４１、５４２　質量流量依存可変温度ノード
　３１１、３３１　補償ノード
　３４１　フィルタ
　４０１、４０２　検出温度
　５０１　バスバー
　５０２　ＩＧＢＴ
　５０３　ＦＷＤ
　５０４　温度センサ
　５０５　バスバー
　５０６　基板
　５０７　ベースプレート
　５０８　空間
　５０９　ヒートシンク
　６２１　熱量計算部
　６２２　温度推定部
　２３２１　比率計算部
　２３２２　ＰＩＤ制御部
　６２２１　熱抵抗計算部
　６２２２　冷媒温度計算部
　６２２３　ベースプレート温度計算部
　６２２４　発熱素子温度計算部
　６２２５　冷媒物性値計算部

Claims (20)

  1. 　ベースプレートと、前記ベースプレートに備えられた基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される電力変換装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記負荷に関する情報を基に、前記発熱素子の熱量を計算する熱量計算部と、
    　前記発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、前記冷媒の温度を計算する冷媒温度計算部と、
    　前記発熱素子、前記ベースプレート、前記基板、前記冷媒のうち、異なる２点間の伝熱を熱抵抗として表す熱モデルにおける、前記熱抵抗の抵抗値を、前記流量及び前記冷媒の温度を基に計算する熱抵抗計算部と、
    　前記熱量及び前記熱抵抗を基に、前記ベースプレートの温度を計算するベースプレート温度計算部と、
    　前記熱量及び前記ベースプレートの温度を基に、前記発熱素子の温度を計算する発熱素子温度計算部と、
    　を有することを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記ベースプレート温度計算部によって計算された前記温度センサの位置の温度と、前記温度センサによって検出された温度との差分を基に、前記熱量、前記冷媒の温度、前記流量、前記熱抵抗のいずれか又は複数を補償する補償部と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記冷媒の物性値を計算する冷媒物性値計算部をさらに有し、
    　前記冷媒温度計算部は、前記冷媒の流量、前記冷媒の温度、及び前記冷媒の物性値を基に、前記冷媒の温度を計算し、
    　前記熱抵抗計算部は、前記２点間の伝熱、及び前記冷媒の流れによる熱輸送を熱抵抗として表す熱モデルにおける、前記熱抵抗の抵抗値を、前記流量及び前記冷媒の温度を基に計算する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 　ベースプレート温度計算部は、前記ベースプレートの前記発熱素子と接していない部位の温度を計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記冷媒温度計算部は、冷媒の温度ノードと、水路の筐体の温度ノードとを含む熱モデルに基づき水温を計算することを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記熱モデルは、発熱素子、基板、又はベースプレートと冷媒間の２点間の対流の接続を有し、
    　前記２点間の対流の接続は、発熱素子、基板、又はベースプレートの温度ノード直下の冷媒の温度ノードと、１つ上流側の冷媒の温度ノードの両方に接続する発熱素子、基板、又はベースプレートの温度ノードとを含むことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　ベースプレートと、前記ベースプレートに基板と、前記基板に備えられた発熱素子及び温度センサと、制御部とを有し、負荷に接続される電力変換装置であって、
    　前記制御部は、
    前記負荷に関する情報を基に、前記発熱素子の熱量を計算する熱量計算部と、
    　前記発熱素子を冷却する冷媒の流量を基に、前記冷媒の温度を計算する冷媒温度計算部と、
    　前記熱量、前記流量及び前記冷媒の温度を基に、前記発熱素子の温度を計算する熱モデルとを有し、
    　前記熱モデルは、第１可変温度ノードと、第１熱抵抗と、第２熱抵抗と、第２可変温度ノードと、第３熱抵抗と、第３可変温度ノードと、第１質量流量依存熱抵抗と、基準温度ノードと、第２質量流量依存熱抵抗と、質量流量依存可変温度ノードとを含む
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  8. 　前記熱モデルは、補償ノードをさらに有する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 　前記基準温度ノードは、質量流量依存可変温度ノードであり、
    　前記熱モデルは、補償ノードと、熱量の伝達時定数を模擬したフィルタと、をさらに有する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
  10. 　３つの前記熱モデルを有し、
    　３つの前記熱モデルのそれぞれは、３つの相のそれぞれに対応する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
  11. 　電力変換装置に備えられた発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む、対象の位置間の熱抵抗を表現したモデル、又は前記熱抵抗と放熱部の質量流量との両方を表現したモデルを用いて、前記発熱素子の熱量、又は前記発熱素子の熱量と前記放熱部の質量流量を基に、前記対象の位置のそれぞれの温度を計算する計算手順と、
    　前記計算手順によって計算された前記温度センサの位置の温度と、前記温度センサによって検出された温度との差分を基に、前記対象の位置の熱量を補償する補償手順と、をコンピュータに実行させる
    　ことを特徴とする推定プログラム。
  12. 　前記温度センサの位置は、前記発熱素子と接していない基板上の位置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の推定プログラム。
  13. 　前記計算手順は、
    　前記補償手順によって補償された熱量で計算された温度を基に、前記対象の位置のそれぞれの温度をさらに計算する
    　ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の推定プログラム。
  14. 　前記補償手順は、前記差分に対するＰＩＤ補正量に、第１の位置の周辺の発熱素子の損失比率、前記第１の位置から前記温度センサまでの熱抵抗の比率、又は前記第１の位置の温度と前記発熱素子の温度との比率、を乗じた値を、前記第１の位置における前記発熱素子の熱量に加算することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の推定プログラム。
  15. 　前記補償手順は、前記差分に対する補正量に、第１の位置の周辺の発熱素子の損失比率、前記第１の位置から前記温度センサまでの熱抵抗の比率、又は前記第１の位置の温度と前記発熱素子の温度との比率、を乗じた値を、前記第１の位置における前記発熱素子の熱量に加算することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の推定プログラム。
  16. 　前記計算手順は、
    　スイッチング素子又は還流ダイオードである前記発熱素子の位置と、前記発熱素子と接していない部位と、前記電力変換装置に備えられた放熱部の端点の位置と、前記温度センサの位置と、を含む前記対象の位置の中から選ばれた２つの位置間の熱抵抗であって、少なくとも前記発熱素子の位置と前記温度センサの位置との間の熱抵抗を含む熱抵抗を表現した前記モデルを用いて、前記対象の位置のそれぞれの温度を計算する
    　ことを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の推定プログラム。
  17. 　前記発熱素子と接していない部位は、前記発熱素子から発生した熱を、前記放熱部が放つことによって発生する熱が形成するホットスポットでない部位を含むことを特徴とする請求項１６に記載の推定プログラム。
  18. 　前記計算手順は、
    　前記モデルを用いて、前記発熱素子の熱量、及び前記対象の位置のうち少なくとも１つの位置に設定された基準温度を基に、前記対象の位置のそれぞれの温度を計算する
    　ことを特徴とする請求項１１から１７のいずれか１項に記載の推定プログラム。
  19. 　前記計算手順は、
    　前記モデルに入力される前記発熱素子の熱量をフィルタリングすることによって前記モデルにおける熱量の合計を計算し、前記モデルに入力される前記発熱素子の熱量、及び前記熱量の合計を基に、前記対象の位置のそれぞれの温度を計算する
    　ことを特徴とする請求項１１から１８のいずれか１項に記載の推定プログラム。
  20. 　電力変換装置に備えられた発熱素子の位置と温度センサの位置との間の熱抵抗を含む、対象の位置間の熱抵抗を表現したモデル、又は前記熱抵抗と放熱部の質量流量との両方を表現したモデルを用いて、前記発熱素子の熱量、又は前記発熱素子の熱量と前記放熱部の質量流量を基に、前記対象の位置のそれぞれの温度を計算する計算工程と、
    　前記計算工程によって計算された前記温度センサの位置の温度と、前記温度センサによって検出された温度との差分を基に、前記対象の位置の熱量を補償する補償工程と、を含む、
    　ことを特徴とする推定方法。
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