素子寿命判定装置
【課題】電気自動車の収納部に収納されたインバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定する。
【解決手段】試験素子温度Ｔｓｔｍｐから環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する際の環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）は、複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと、試験環境温度Ｔｓｔｍｐから仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）との積と、同じく外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと、温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出される（Ｓ１４０）。これにより、仕向け地での推定地素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。
【解決手段】試験素子温度Ｔｓｔｍｐから環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する際の環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）は、複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと、試験環境温度Ｔｓｔｍｐから仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）との積と、同じく外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと、温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出される（Ｓ１４０）。これにより、仕向け地での推定地素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子寿命判定装置に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって電動機を駆動するインバータと、インバータを介して電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車のスイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の素子寿命判定装置としては、直流電源の電力をインバータ装置のパワートランジスタのオンオフ駆動によりモータに供給すると共にエンジンを駆動することにより走行する自動車のインバータ装置において、パワートランジスタの寿命を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、車両を駆動させる前に、所定期間だけ所定値の電流をモータに供給するようにインバータのパワートランジスタを駆動し、このときのパワートランジスタの熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値に基づいてパワートランジスタの寿命を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車に搭載されたインバータが有するパワートランジスタ素子の寿命を仕向け地への出荷前に判定する手法の１つとして、比較的高い試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの素子温度を実験などにより取得し、試験環境温度と仕向け地の最高気温との温度差を実験等で取得した素子温度からそのまま減ずることにより、仕向け地での実際の素子温度を推定し、推定した仕向け地での素子温度に基づいて素子の寿命を判定するものがある。しかしながら、走行中に環境温度としての外気温がインバータを収納するエンジンルーム内の温度等にそのまま反映されない場合があることを考慮すると、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定されてしまい、素子の寿命を適正に判定することができない可能性があった。
【０００５】
本発明の素子寿命判定装置は、電気自動車の収納部に収納されたインバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の素子寿命判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の素子寿命判定装置は、
車両前部の収納部に収納され走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動する前記収納部に収納されたインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える電気自動車が、所定の試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの前記スイッチング素子の最高温度である試験素子温度を取得する試験素子温度取得手段と、前記所定の試験環境温度から前記電気自動車の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差に基づく環境温度差を前記取得した試験素子温度から減ずることにより仕向地素子温度を推定する仕向地素子温度推定手段と、該推定した仕向地素子温度に基づいて前記スイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定手段と、を備える素子寿命判定装置において、
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の素子寿命判定装置では、試験素子温度から環境温度差を減ずることにより仕向地素子温度を推定する際の環境温度差は、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度と収納部内の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対するインバータを収納する収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と所定の試験環境温度から車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差との積とと、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度とスイッチング素子を冷却する冷却液の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対する冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と温度差との積との和である。したがって、所定の試験環境温度と電気自動車の仕向け地の最高気温との温度差を第１の感度と第２の感度とを用いて補正することによって環境温度差を算出することになるから、環境温度差に、環境温度の変化に対する収納部内の温度の変化の程度と冷却液の温度の変化の程度とを反映させることができる。これにより、環境温度差をより適正に算出することができ、仕向地素子温度をより適正に推定することができる。この結果、インバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての素子寿命判定装置の判定対象を含むハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】走行に必要な機器がエンジンルーム２１に格納された様子を説明する説明図である。
【図３】インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。
【図４】車外ＥＣＵ１００により実行される素子寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】試験環境温度Ｔｅｔｍｐから温度差ΔＴ（ｊ）を算出する様子の一例と従来例において算出された推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の一例とを示す説明図である。
【図６】従来例において所定の走行パターンで走行したときの各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布の一例を示す説明図である。
【図７】図６の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布を予定使用年数Ｙ分の時間数に換算して得られる温度分布の一例を示す説明図である。
【図８】第１感度αａを設定する様子の一例を説明する説明図である。
【図９】第２感度αｗを設定する様子の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての素子寿命判定装置の判定対象を含むハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、走行に必要な機器が車両前部のエンジンルーム２１に格納された様子を説明する説明図であり、図３は、インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の運転制御を行なうエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにデファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７０とを備える。また、図２に示すように、車両前部のエンジンルーム２１には、エンジン２２と、ケース３１に収納されたプラネタリギヤ３０およびモータＭＧ１，ＭＧ２と、ケース４９に収納されたインバータ４１，４２とが格納されおり、車両後部の図示しないリヤシート後方には、バッテリ５０が格納されている。
【００１２】
インバータ４１，４２は、図３に示すように、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６を、それぞれまとめてＴ１，Ｔ２という。
【００１３】
エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号など、エンジン２２の状態を検出する各種センサからの信号を入力することによってエンジン２２の運転制御を行なう。また、モータＥＣＵ４０は、インバータ４２のトランジスタＴ２の温度を検出する温度センサ４３からの素子温度Ｔｓやインバータ４１，４２のトランジスタＴ１，Ｔ２を冷却水の循環により冷却する冷却系４４に取り付けられて冷却水の温度を検出する水温センサ４５からの冷却水温Ｔｗなど、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２の状態を検出する各種センサからの信号を入力すると共にインバータ４１，４２のスイッチング素子としてのトランジスタＴ１，Ｔ２をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なう。
【００１４】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、格納したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ７８と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，車両周辺の気温を検出する外気温センサ９０からの外気温Ｔｚ，エンジンルーム２１内の雰囲気温度を検出する温度センサ９２からのルーム内気温Ｔａ，バッテリ５０の状態を検出する各種センサからの信号などが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。さらに、ハイブリッドＥＣＵ７０は、車両外部の電子制御ユニット（以下、車外ＥＣＵという）１００とも必要に応じて通信により接続可能であり、システム停止時に車外ＥＣＵ１００が接続されたときに、フラッシュメモリ７８に記憶された情報を車外ＥＣＵ１００に通信により出力可能となっている。
【００１５】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３２に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸３２に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３２に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００１６】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に関連する動作、特にインバータ４２のトランジスタＴ２の寿命を判定する際の動作について説明する。図４は車外ＥＣＵ１００により実行される素子寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、車両の出荷前のシステム停止時にハイブリッドＥＣＵ７０と車外ＥＣＵ１００とが接続されたときに実行される。
【００１７】
素子寿命判定処理では、車外ＥＣＵ１００の図示しないＣＰＵは、まず、比較的高い温度として予め定められた試験環境温度Ｔｅｔｍｐ（例えば４０℃）を車両周辺の気温とした状態でハイブリッド自動車２０が所定の走行パターンで走行したときのトランジスタＴ２の温度である試験素子温度Ｔｓｔｍｐを取得する（ステップＳ１００）。車両の走行は、実施例では、車両周辺の気温を調整可能な走行試験用の設備を用いて行なうものとした。また、所定の走行パターンは、実施例では、１日の２４時間を第１から第４の４つの走行パターンで１回ずつ走行する時間とシステム停止した非起動時の時間とに区分したパターンを用いるものとした。素子温度Ｔｓｔｍｐの取得は、実施例では、第１〜第４の走行パターンで走行している最中に温度センサ４３により検出された素子温度Ｔｓの各パターン毎の最高温度を試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ４としてハイブリッドＥＣＵ７０のフラッシュメモリ７８に記憶したものと、試験環境温度Ｔｅｔｍｐと同じ温度とみなしてフラッシュメモリ７８に記憶された非起動時（システム停止時）の試験素子温度Ｔｓｔｍｐ５とを通信により入力することにより行なうものとした。なお、試験素子温度Ｔｓｔｍｐは、説明の都合上、試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５をまとめて表現したものとして用いる。
【００１８】
続いて、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから車両の仕向け地の各月の最高気温を減じて各月の温度差ΔＴ（ｊ）（変数ｊは値１〜値１２の整数、以下同じ）を算出する（ステップＳ１１０）。図５に、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから温度差ΔＴ（ｊ）を算出する様子の一例と従来例において算出された推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の一例とを示す。図示するように、試験環境温度Ｔｅｔｍｐが４０℃（太い実線枠内参照）で仕向け地の１月の最高気温が１８℃の場合には、温度差ΔＴ（１）は２２℃として算出され、仕向け地の２月の最高気温が２１℃の場合には、同様にΔＴ（２）は１９℃として算出される。また、こうして算出された温度差ΔＴ（ｊ）をステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま減ずる従来例の計算手法を用いると、従来例における仕向け地での各月のトランジスタＴ２の推定される最高温度である推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出することができる。以下、実施例の素子寿命判定処理の説明を中断し、従来例の素子寿命判定処理について説明する。なお、図４の実施例の素子寿命判定処理のフローチャートでは、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理を除いて実施例と従来例とは共通の処理となるため、図４のフローチャートを用いて従来例の説明を行なう。
【００１９】
従来例の素子寿命判定処理では、ステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５から各月の温度差ΔＴ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）を算出する。図５の例では、試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５が９０℃，９５℃，８０℃，１００℃，４０℃で（破線枠内参照）１月の温度差ΔＴ（１）が２２℃であるため、１月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（１）〜Ｔｓｅｓｔ５（１）は、６８℃，７３℃，５８℃，７８℃，１８℃として算出される。また、２月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（２）〜Ｔｓｅｓｔ５（２）は、同様に試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５から温度差ΔＴ（２）（＝１９℃）を減じて算出される。なお、推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）は、説明の都合上、推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）をまとめて表現したものとして用いる。
【００２０】
こうして推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出すると、算出した各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて、所定の走行パターンで１日を走行しながら予め定められた予定使用年数Ｙ（例えば、１０年や１５年など）に亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の温度の温度分布を取得する（ステップＳ１６０）。図６に従来例において所定の走行パターンで走行したときの各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布の一例を示し、図７に図６の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布を予定使用年数Ｙ分の時間数に換算して得られる温度分布の一例を示す。実施例では、図６に示すように、非起動時を含んで走行パターン毎に各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）が５℃毎の温度区分のいずれの区分に何回該当するかをカウントすることにより、まず推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の１年あたりの該当月の回数による温度分布を得る。例えば、図５の例の非起動時をみると１５℃以上２０℃未満となるのは１月と１２月の２回であるから（図５の丸枠内参照）、図６の例では非起動時の１５℃以上２０℃未満の温度区分に２回と記録されることになる（図６の丸枠内参照）。そして、図７に示すように、図６の温度分布を非起動時を含んで走行パターン毎に１年分の時間数に換算し（図中上段参照）、温度区分毎に時間数の合計を求めて更に使用予定年数Ｙ倍してＹ年分の予定使用時間を求めることにより（図中下段参照）、予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の時間数による温度分布を取得するものとした。
【００２１】
こうして予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の時間数による温度分布を取得すると、この温度分布におけるＹ年分の予定使用時間のデータ（図６の最下段のデータ）を予め温度区分毎に実験などにより求めた換算係数を用いてトランジスタＴ２の定格値としての耐熱温度（例えば、１２０℃や１４０℃など）での使用時間にそれぞれ換算すると共に（ステップＳ１７０）、換算した使用時間の合計とトランジスタＴ２の定格値としての耐使用時間（例えば、数千時間など）またはこれより小さい時間閾値とを比較することによりトランジスタＴ２が予定使用年数Ｙ分の使用に十分耐え得るかの判定、即ちトランジスタＴ２の寿命の判定を行なって（ステップＳ１８０）、素子寿命判定処理を終了する。以上、従来例の素子寿命判定処理について説明した。
【００２２】
実施例の素子寿命判定処理の説明に戻る。従来例では、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を計算する際に、ステップＳ１１０で算出された温度差ΔＴ（ｊ）をステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま減ずる計算手法を用いたが、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定される可能性があることを考慮して、実施例では以下のように異なる手法を採っている。実施例では、各月の温度差ΔＴ（ｊ）を算出すると、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ９０からの外気温Ｔｚと温度センサ９２からのルーム内温度Ｔａとの関係をフラッシュメモリ７８に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａを設定する（ステップＳ１２０）。図８に第１感度αａを設定する様子の一例を示す。図示するように、実施例では、求めた関数全域での外気温Ｔｚの温度変化量ΔＴｚａに対するルーム内温度Ｔａの温度変化量ΔＴａの割合（傾き）に値０．５を乗じたものを第１感度αａとして設定するものとした。なお、外気温Ｔｚとルーム内温度Ｔａとは同じ単位を用いるから、第１感度αａは値０．５未満の正の値となる。値０．５を乗じる理由については、次に説明する。また、第１感度αａは、複数の温度区分毎に異なる割合（傾き）として求めてもよい。
【００２３】
続いて、第１感度αａを設定するのに複数のデータを収集するための走行と同じ走行時、即ち、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ９０からの外気温Ｔｚと水温センサ４５からの冷却水温Ｔｗ（外気温Ｔｚと同じ単位）との関係をフラッシュメモリ７８に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αａを設定する（ステップＳ１３０）。図９に第２感度αｗを設定する様子の一例を示す。図８の例と同様に、実施例では、求めた関数全域での外気温Ｔｚの温度変化量ΔＴｚｗに対する冷却水温Ｔｗの温度変化量ΔＴｗの割合（傾き）に値０．５を乗じたものを第２感度αｗとして設定するものとした。このように第１感度αａや第２感度αｗを設定する際に値０．５を乗じるのは、ルーム内温度Ｔａと冷却水温Ｔｗとが次に説明する推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）に影響する比率を１対１とするためである。したがって、車両によっては第１感度αａを求める際には値０．６を乗じて第２感度αｗを求める際には値０．４を乗じるなどとしてもよい。また、第２感度αｗも、複数の温度区分毎に異なる割合（傾き）として求めてもよい。
【００２４】
こうして第１感度αａと第２感度αｗとを設定すると、設定した第１感度αａと第２感度αｗと温度差ΔＴ（ｊ）とを用いて次式（１）により温度差ΔＴ（ｊ）を補正して得られる推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を計算し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐから推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減じたものを仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）として算出する（ステップＳ１５０）。したがって、第１感度αａによって外気温Ｔｚに対するルーム内温度Ｔａの変化の程度が反映されるよう温度差ΔＴ（ｊ）を補正することができると共に、第２感度αｗによって外気温Ｔｚに対する冷却水温Ｔｗの変化の程度が反映されるよう温度差ΔＴ（ｊ）を補正することができる。これにより、試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま温度差ΔＴ（ｊ）を減じて仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を計算する従来例に比して、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。
【００２５】
ΔTest(j)=αa・ΔT(j)+αw・ΔT(j) (1)
【００２６】
こうして推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を計算すると、従来例と同様に、各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて所定の走行パターンで１日を走行しながら予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の温度分布を取得し（ステップＳ１６０）、この温度分布におけるＹ年分の予定使用時間のデータをトランジスタＴ２の定格値としての耐熱温度での使用時間にそれぞれ換算すると共に（ステップＳ１７０）、換算した使用時間の合計とトランジスタＴ２の定格値としての耐使用時間等とを比較することによりトランジスタＴ２の寿命の判定を行なって（ステップＳ１８０）、寿命判定処理を終了する。こうした処理により、実施例では、インバータ４２のトランジスタＴ２の寿命をより適正に判定することができる。
【００２７】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が備えるインバータ４２のトランジスタＴ２の寿命を判定する素子寿命判定装置によれば、試験素子温度Ｔｓｔｍｐから環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する際の環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）は、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚとエンジンルーム２１のルーム内温度Ｔａとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと、試験環境温度Ｔｓｔｍｐから仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）との積と、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温ＴｚとトランジスタＴ２の冷却水温Ｔｗとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと、温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出されるから、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。この結果、インバータ４２のトランジスタＴ２の寿命をより適正に判定することができる。なお、インバータ４１のトランジスタＴ１の寿命についても同様に判定することができる。
【００２８】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「インバータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ハイブリッド自動車２０が「電気自動車」に相当し、ハイブリッド自動車２０が試験環境温度Ｔｅｔｍｐの下で所定の走行パターンで走行したときのトランジスタＴ２の最高温度である試験素子温度Ｔｓｔｍｐを取得する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１００の処理を実行する車外ＥＣＵ１００と記憶したデータを車外ＥＣＵ１００に出力するハイブリッドＥＣＵ７０とが「試験素子温度取得手段」に相当し、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）に基づく環境温度差ΔＴｅｔｍｐ（ｊ）を試験素子温度Ｔｓｔｍｐから減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１１０〜Ｓ１５０の処理を実行する際に、推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚとエンジンルーム２１のルーム内温度Ｔａとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと温度差ΔＴ（ｊ）との積と、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚと冷却水温Ｔｗとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出する車外ＥＣＵ１００と、記憶したデータを車外ＥＣＵ１００に出力するハイブリッドＥＣＵ７０とが「仕向地素子温度推定手段」に相当し、算出した推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて温度分布の取得や耐熱温度での使用時間への換算などによりトランジスタＴ２の寿命を判定する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１６０〜Ｓ１８０の処理を実行する車外ＥＣＵ１００が「素子寿命判定手段」に相当する。
【００２９】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３０】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、電気自動車や素子寿命判定装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
２０ ハイブリッド自動車、２１ エンジンルーム、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３１ ケース、３２ 駆動軸、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３ 温度センサ、４４ 冷却系、４５ 水温センサ、４９ ケース、５０ バッテリ、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、７８ フラッシュメモリ、８０ イグニッションスイッチ、８２ シフトポジションセンサ、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ 外気温センサ、９２ 温度センサ、１００ 電子制御ユニット（車外ＥＣＵ）、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子寿命判定装置に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって電動機を駆動するインバータと、インバータを介して電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車のスイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の素子寿命判定装置としては、直流電源の電力をインバータ装置のパワートランジスタのオンオフ駆動によりモータに供給すると共にエンジンを駆動することにより走行する自動車のインバータ装置において、パワートランジスタの寿命を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、車両を駆動させる前に、所定期間だけ所定値の電流をモータに供給するようにインバータのパワートランジスタを駆動し、このときのパワートランジスタの熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値に基づいてパワートランジスタの寿命を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車に搭載されたインバータが有するパワートランジスタ素子の寿命を仕向け地への出荷前に判定する手法の１つとして、比較的高い試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの素子温度を実験などにより取得し、試験環境温度と仕向け地の最高気温との温度差を実験等で取得した素子温度からそのまま減ずることにより、仕向け地での実際の素子温度を推定し、推定した仕向け地での素子温度に基づいて素子の寿命を判定するものがある。しかしながら、走行中に環境温度としての外気温がインバータを収納するエンジンルーム内の温度等にそのまま反映されない場合があることを考慮すると、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定されてしまい、素子の寿命を適正に判定することができない可能性があった。
【０００５】
本発明の素子寿命判定装置は、電気自動車の収納部に収納されたインバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の素子寿命判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の素子寿命判定装置は、
車両前部の収納部に収納され走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動する前記収納部に収納されたインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える電気自動車が、所定の試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの前記スイッチング素子の最高温度である試験素子温度を取得する試験素子温度取得手段と、前記所定の試験環境温度から前記電気自動車の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差に基づく環境温度差を前記取得した試験素子温度から減ずることにより仕向地素子温度を推定する仕向地素子温度推定手段と、該推定した仕向地素子温度に基づいて前記スイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定手段と、を備える素子寿命判定装置において、
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の素子寿命判定装置では、試験素子温度から環境温度差を減ずることにより仕向地素子温度を推定する際の環境温度差は、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度と収納部内の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対するインバータを収納する収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と所定の試験環境温度から車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差との積とと、電気自動車が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度とスイッチング素子を冷却する冷却液の温度との関係から得られる環境温度の変化量に対する冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と温度差との積との和である。したがって、所定の試験環境温度と電気自動車の仕向け地の最高気温との温度差を第１の感度と第２の感度とを用いて補正することによって環境温度差を算出することになるから、環境温度差に、環境温度の変化に対する収納部内の温度の変化の程度と冷却液の温度の変化の程度とを反映させることができる。これにより、環境温度差をより適正に算出することができ、仕向地素子温度をより適正に推定することができる。この結果、インバータのスイッチング素子の寿命をより適正に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての素子寿命判定装置の判定対象を含むハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】走行に必要な機器がエンジンルーム２１に格納された様子を説明する説明図である。
【図３】インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。
【図４】車外ＥＣＵ１００により実行される素子寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】試験環境温度Ｔｅｔｍｐから温度差ΔＴ（ｊ）を算出する様子の一例と従来例において算出された推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の一例とを示す説明図である。
【図６】従来例において所定の走行パターンで走行したときの各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布の一例を示す説明図である。
【図７】図６の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布を予定使用年数Ｙ分の時間数に換算して得られる温度分布の一例を示す説明図である。
【図８】第１感度αａを設定する様子の一例を説明する説明図である。
【図９】第２感度αｗを設定する様子の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての素子寿命判定装置の判定対象を含むハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、走行に必要な機器が車両前部のエンジンルーム２１に格納された様子を説明する説明図であり、図３は、インバータ４１，４２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の運転制御を行なうエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにデファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７０とを備える。また、図２に示すように、車両前部のエンジンルーム２１には、エンジン２２と、ケース３１に収納されたプラネタリギヤ３０およびモータＭＧ１，ＭＧ２と、ケース４９に収納されたインバータ４１，４２とが格納されおり、車両後部の図示しないリヤシート後方には、バッテリ５０が格納されている。
【００１２】
インバータ４１，４２は、図３に示すように、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６を、それぞれまとめてＴ１，Ｔ２という。
【００１３】
エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号など、エンジン２２の状態を検出する各種センサからの信号を入力することによってエンジン２２の運転制御を行なう。また、モータＥＣＵ４０は、インバータ４２のトランジスタＴ２の温度を検出する温度センサ４３からの素子温度Ｔｓやインバータ４１，４２のトランジスタＴ１，Ｔ２を冷却水の循環により冷却する冷却系４４に取り付けられて冷却水の温度を検出する水温センサ４５からの冷却水温Ｔｗなど、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２の状態を検出する各種センサからの信号を入力すると共にインバータ４１，４２のスイッチング素子としてのトランジスタＴ１，Ｔ２をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なう。
【００１４】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、格納したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ７８と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，車両周辺の気温を検出する外気温センサ９０からの外気温Ｔｚ，エンジンルーム２１内の雰囲気温度を検出する温度センサ９２からのルーム内気温Ｔａ，バッテリ５０の状態を検出する各種センサからの信号などが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。さらに、ハイブリッドＥＣＵ７０は、車両外部の電子制御ユニット（以下、車外ＥＣＵという）１００とも必要に応じて通信により接続可能であり、システム停止時に車外ＥＣＵ１００が接続されたときに、フラッシュメモリ７８に記憶された情報を車外ＥＣＵ１００に通信により出力可能となっている。
【００１５】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３２に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸３２に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３２に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００１６】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に関連する動作、特にインバータ４２のトランジスタＴ２の寿命を判定する際の動作について説明する。図４は車外ＥＣＵ１００により実行される素子寿命判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、車両の出荷前のシステム停止時にハイブリッドＥＣＵ７０と車外ＥＣＵ１００とが接続されたときに実行される。
【００１７】
素子寿命判定処理では、車外ＥＣＵ１００の図示しないＣＰＵは、まず、比較的高い温度として予め定められた試験環境温度Ｔｅｔｍｐ（例えば４０℃）を車両周辺の気温とした状態でハイブリッド自動車２０が所定の走行パターンで走行したときのトランジスタＴ２の温度である試験素子温度Ｔｓｔｍｐを取得する（ステップＳ１００）。車両の走行は、実施例では、車両周辺の気温を調整可能な走行試験用の設備を用いて行なうものとした。また、所定の走行パターンは、実施例では、１日の２４時間を第１から第４の４つの走行パターンで１回ずつ走行する時間とシステム停止した非起動時の時間とに区分したパターンを用いるものとした。素子温度Ｔｓｔｍｐの取得は、実施例では、第１〜第４の走行パターンで走行している最中に温度センサ４３により検出された素子温度Ｔｓの各パターン毎の最高温度を試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ４としてハイブリッドＥＣＵ７０のフラッシュメモリ７８に記憶したものと、試験環境温度Ｔｅｔｍｐと同じ温度とみなしてフラッシュメモリ７８に記憶された非起動時（システム停止時）の試験素子温度Ｔｓｔｍｐ５とを通信により入力することにより行なうものとした。なお、試験素子温度Ｔｓｔｍｐは、説明の都合上、試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５をまとめて表現したものとして用いる。
【００１８】
続いて、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから車両の仕向け地の各月の最高気温を減じて各月の温度差ΔＴ（ｊ）（変数ｊは値１〜値１２の整数、以下同じ）を算出する（ステップＳ１１０）。図５に、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから温度差ΔＴ（ｊ）を算出する様子の一例と従来例において算出された推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の一例とを示す。図示するように、試験環境温度Ｔｅｔｍｐが４０℃（太い実線枠内参照）で仕向け地の１月の最高気温が１８℃の場合には、温度差ΔＴ（１）は２２℃として算出され、仕向け地の２月の最高気温が２１℃の場合には、同様にΔＴ（２）は１９℃として算出される。また、こうして算出された温度差ΔＴ（ｊ）をステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま減ずる従来例の計算手法を用いると、従来例における仕向け地での各月のトランジスタＴ２の推定される最高温度である推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出することができる。以下、実施例の素子寿命判定処理の説明を中断し、従来例の素子寿命判定処理について説明する。なお、図４の実施例の素子寿命判定処理のフローチャートでは、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理を除いて実施例と従来例とは共通の処理となるため、図４のフローチャートを用いて従来例の説明を行なう。
【００１９】
従来例の素子寿命判定処理では、ステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５から各月の温度差ΔＴ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）を算出する。図５の例では、試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５が９０℃，９５℃，８０℃，１００℃，４０℃で（破線枠内参照）１月の温度差ΔＴ（１）が２２℃であるため、１月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（１）〜Ｔｓｅｓｔ５（１）は、６８℃，７３℃，５８℃，７８℃，１８℃として算出される。また、２月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（２）〜Ｔｓｅｓｔ５（２）は、同様に試験素子温度Ｔｓｔｍｐ１〜Ｔｓｔｍｐ５から温度差ΔＴ（２）（＝１９℃）を減じて算出される。なお、推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）は、説明の都合上、推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）をまとめて表現したものとして用いる。
【００２０】
こうして推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出すると、算出した各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて、所定の走行パターンで１日を走行しながら予め定められた予定使用年数Ｙ（例えば、１０年や１５年など）に亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の温度の温度分布を取得する（ステップＳ１６０）。図６に従来例において所定の走行パターンで走行したときの各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布の一例を示し、図７に図６の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の温度分布を予定使用年数Ｙ分の時間数に換算して得られる温度分布の一例を示す。実施例では、図６に示すように、非起動時を含んで走行パターン毎に各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ１（ｊ）〜Ｔｓｅｓｔ５（ｊ）が５℃毎の温度区分のいずれの区分に何回該当するかをカウントすることにより、まず推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）の１年あたりの該当月の回数による温度分布を得る。例えば、図５の例の非起動時をみると１５℃以上２０℃未満となるのは１月と１２月の２回であるから（図５の丸枠内参照）、図６の例では非起動時の１５℃以上２０℃未満の温度区分に２回と記録されることになる（図６の丸枠内参照）。そして、図７に示すように、図６の温度分布を非起動時を含んで走行パターン毎に１年分の時間数に換算し（図中上段参照）、温度区分毎に時間数の合計を求めて更に使用予定年数Ｙ倍してＹ年分の予定使用時間を求めることにより（図中下段参照）、予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の時間数による温度分布を取得するものとした。
【００２１】
こうして予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の時間数による温度分布を取得すると、この温度分布におけるＹ年分の予定使用時間のデータ（図６の最下段のデータ）を予め温度区分毎に実験などにより求めた換算係数を用いてトランジスタＴ２の定格値としての耐熱温度（例えば、１２０℃や１４０℃など）での使用時間にそれぞれ換算すると共に（ステップＳ１７０）、換算した使用時間の合計とトランジスタＴ２の定格値としての耐使用時間（例えば、数千時間など）またはこれより小さい時間閾値とを比較することによりトランジスタＴ２が予定使用年数Ｙ分の使用に十分耐え得るかの判定、即ちトランジスタＴ２の寿命の判定を行なって（ステップＳ１８０）、素子寿命判定処理を終了する。以上、従来例の素子寿命判定処理について説明した。
【００２２】
実施例の素子寿命判定処理の説明に戻る。従来例では、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を計算する際に、ステップＳ１１０で算出された温度差ΔＴ（ｊ）をステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま減ずる計算手法を用いたが、この手法では、仕向け地での素子温度が実際よりも低く推定される可能性があることを考慮して、実施例では以下のように異なる手法を採っている。実施例では、各月の温度差ΔＴ（ｊ）を算出すると、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ９０からの外気温Ｔｚと温度センサ９２からのルーム内温度Ｔａとの関係をフラッシュメモリ７８に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａを設定する（ステップＳ１２０）。図８に第１感度αａを設定する様子の一例を示す。図示するように、実施例では、求めた関数全域での外気温Ｔｚの温度変化量ΔＴｚａに対するルーム内温度Ｔａの温度変化量ΔＴａの割合（傾き）に値０．５を乗じたものを第１感度αａとして設定するものとした。なお、外気温Ｔｚとルーム内温度Ｔａとは同じ単位を用いるから、第１感度αａは値０．５未満の正の値となる。値０．５を乗じる理由については、次に説明する。また、第１感度αａは、複数の温度区分毎に異なる割合（傾き）として求めてもよい。
【００２３】
続いて、第１感度αａを設定するのに複数のデータを収集するための走行と同じ走行時、即ち、車両の環境温度を複数の異なる温度とした状態で所定の走行パターンによって走行したときの、外気温センサ９０からの外気温Ｔｚと水温センサ４５からの冷却水温Ｔｗ（外気温Ｔｚと同じ単位）との関係をフラッシュメモリ７８に記憶した複数のデータの組を収集することにより関数として求めて、こうして求めた関数から外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αａを設定する（ステップＳ１３０）。図９に第２感度αｗを設定する様子の一例を示す。図８の例と同様に、実施例では、求めた関数全域での外気温Ｔｚの温度変化量ΔＴｚｗに対する冷却水温Ｔｗの温度変化量ΔＴｗの割合（傾き）に値０．５を乗じたものを第２感度αｗとして設定するものとした。このように第１感度αａや第２感度αｗを設定する際に値０．５を乗じるのは、ルーム内温度Ｔａと冷却水温Ｔｗとが次に説明する推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）に影響する比率を１対１とするためである。したがって、車両によっては第１感度αａを求める際には値０．６を乗じて第２感度αｗを求める際には値０．４を乗じるなどとしてもよい。また、第２感度αｗも、複数の温度区分毎に異なる割合（傾き）として求めてもよい。
【００２４】
こうして第１感度αａと第２感度αｗとを設定すると、設定した第１感度αａと第２感度αｗと温度差ΔＴ（ｊ）とを用いて次式（１）により温度差ΔＴ（ｊ）を補正して得られる推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を計算し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１００で取得した試験素子温度Ｔｓｔｍｐから推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減じたものを仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）として算出する（ステップＳ１５０）。したがって、第１感度αａによって外気温Ｔｚに対するルーム内温度Ｔａの変化の程度が反映されるよう温度差ΔＴ（ｊ）を補正することができると共に、第２感度αｗによって外気温Ｔｚに対する冷却水温Ｔｗの変化の程度が反映されるよう温度差ΔＴ（ｊ）を補正することができる。これにより、試験素子温度Ｔｓｔｍｐからそのまま温度差ΔＴ（ｊ）を減じて仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を計算する従来例に比して、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。
【００２５】
ΔTest(j)=αa・ΔT(j)+αw・ΔT(j) (1)
【００２６】
こうして推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を計算すると、従来例と同様に、各月の推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて所定の走行パターンで１日を走行しながら予定使用年数Ｙに亘って車両を使用したときのトランジスタＴ２の温度分布を取得し（ステップＳ１６０）、この温度分布におけるＹ年分の予定使用時間のデータをトランジスタＴ２の定格値としての耐熱温度での使用時間にそれぞれ換算すると共に（ステップＳ１７０）、換算した使用時間の合計とトランジスタＴ２の定格値としての耐使用時間等とを比較することによりトランジスタＴ２の寿命の判定を行なって（ステップＳ１８０）、寿命判定処理を終了する。こうした処理により、実施例では、インバータ４２のトランジスタＴ２の寿命をより適正に判定することができる。
【００２７】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が備えるインバータ４２のトランジスタＴ２の寿命を判定する素子寿命判定装置によれば、試験素子温度Ｔｓｔｍｐから環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する際の環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）は、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚとエンジンルーム２１のルーム内温度Ｔａとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと、試験環境温度Ｔｓｔｍｐから仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）との積と、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温ＴｚとトランジスタＴ２の冷却水温Ｔｗとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと、温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出されるから、仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）をより適正に算出することができる。この結果、インバータ４２のトランジスタＴ２の寿命をより適正に判定することができる。なお、インバータ４１のトランジスタＴ１の寿命についても同様に判定することができる。
【００２８】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「インバータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ハイブリッド自動車２０が「電気自動車」に相当し、ハイブリッド自動車２０が試験環境温度Ｔｅｔｍｐの下で所定の走行パターンで走行したときのトランジスタＴ２の最高温度である試験素子温度Ｔｓｔｍｐを取得する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１００の処理を実行する車外ＥＣＵ１００と記憶したデータを車外ＥＣＵ１００に出力するハイブリッドＥＣＵ７０とが「試験素子温度取得手段」に相当し、試験環境温度Ｔｅｔｍｐから車両の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差ΔＴ（ｊ）に基づく環境温度差ΔＴｅｔｍｐ（ｊ）を試験素子温度Ｔｓｔｍｐから減ずることにより仕向け地での推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）を算出する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１１０〜Ｓ１５０の処理を実行する際に、推定環境温度差ΔＴｅｓｔ（ｊ）を、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚとエンジンルーム２１のルーム内温度Ｔａとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対するルーム内温度Ｔａの変化量の割合を反映する第１感度αａと温度差ΔＴ（ｊ）との積と、ハイブリッド自動車２０が複数の環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの環境温度としての外気温Ｔｚと冷却水温Ｔｗとの関係から得られる外気温Ｔｚの変化量に対する冷却水温Ｔｗの変化量の割合を反映する第２感度αｗと温度差ΔＴ（ｊ）との積との和として算出する車外ＥＣＵ１００と、記憶したデータを車外ＥＣＵ１００に出力するハイブリッドＥＣＵ７０とが「仕向地素子温度推定手段」に相当し、算出した推定素子温度Ｔｓｅｓｔ（ｊ）に基づいて温度分布の取得や耐熱温度での使用時間への換算などによりトランジスタＴ２の寿命を判定する図４の素子寿命判定処理のステップＳ１６０〜Ｓ１８０の処理を実行する車外ＥＣＵ１００が「素子寿命判定手段」に相当する。
【００２９】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３０】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、電気自動車や素子寿命判定装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
２０ ハイブリッド自動車、２１ エンジンルーム、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３１ ケース、３２ 駆動軸、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３ 温度センサ、４４ 冷却系、４５ 水温センサ、４９ ケース、５０ バッテリ、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、７８ フラッシュメモリ、８０ イグニッションスイッチ、８２ シフトポジションセンサ、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ 外気温センサ、９２ 温度センサ、１００ 電子制御ユニット（車外ＥＣＵ）、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前部の収納部に収納され走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動する前記収納部に収納されたインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える電気自動車が、所定の試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの前記スイッチング素子の最高温度である試験素子温度を取得する試験素子温度取得手段と、前記所定の試験環境温度から前記電気自動車の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差に基づく環境温度差を前記取得した試験素子温度から減ずることにより仕向地素子温度を推定する仕向地素子温度推定手段と、該推定した仕向地素子温度に基づいて前記スイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定手段と、を備える素子寿命判定装置において、
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする素子寿命判定装置。
【請求項１】
車両前部の収納部に収納され走行用の動力を出力可能な電動機と、冷却液により冷却されるスイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動する前記収納部に収納されたインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリとを備える電気自動車が、所定の試験環境温度下で所定の走行パターンで走行したときの前記スイッチング素子の最高温度である試験素子温度を取得する試験素子温度取得手段と、前記所定の試験環境温度から前記電気自動車の仕向け地の最高気温を減じて得られる温度差に基づく環境温度差を前記取得した試験素子温度から減ずることにより仕向地素子温度を推定する仕向地素子温度推定手段と、該推定した仕向地素子温度に基づいて前記スイッチング素子の寿命を判定する素子寿命判定手段と、を備える素子寿命判定装置において、
前記環境温度差は、前記電気自動車が複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記収納部内の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記収納部内の温度の変化量の割合を反映する第１の感度と前記温度差との積と、前記電気自動車が前記複数の環境温度下で前記所定の走行パターンで走行したときの前記環境温度と前記冷却液の温度との関係から得られる前記環境温度の変化量に対する前記冷却液の温度の変化量の割合を反映する第２の感度と前記温度差との積との和である、
ことを特徴とする素子寿命判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６１１６８（Ｐ２０１２−１６１１６８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３５３（Ｐ２０１１−１９３５３）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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