電動車両
【課題】電動車両に搭載された電力変換器を構成するスイッチング素子の熱ストレスが過大となることを抑制して、スイッチング素子の長寿命化を図る。
【解決手段】コンバータ１５およびインバータ２０，３０は、車両駆動力を発生するためのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、メインバッテリＢとの間で電力変換を実行する。コンバータ１５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。スイッチング素子の温度が上昇するようなメインバッテリの充放電を生じさせる負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量が過大にならないように、メインバッテリＢの電流、電力の制限値が設定される。
【解決手段】コンバータ１５およびインバータ２０，３０は、車両駆動力を発生するためのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、メインバッテリＢとの間で電力変換を実行する。コンバータ１５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。スイッチング素子の温度が上昇するようなメインバッテリの充放電を生じさせる負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量が過大にならないように、メインバッテリＢの電流、電力の制限値が設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に関し、より特定的には、電動車両に搭載された電力変換器を構成する電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）の熱ストレスを抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両が、環境の点から注目を集めている。
【０００３】
特開２００９−２１９２００号公報（特許文献１）には、このような電動車両の１つであるハイブリッド自動車に搭載されたチョッパ型のコンバータの構成部品であるリアクトルの温度上昇を抑制するための車両制御が記載されている。
【０００４】
同様に、特開２００９−１２７０２号公報（特許文献２）には、ハイブリッド自動車に搭載されたインバータの出力性能の低下を抑制するために、コンデンサの過熱を防ぐことが記載されている。特に特許文献２では、コンデンサの温度を精度よく推定するとともに、推定したコンデンサの温度に基づいて平滑コンデンサの過熱を防止するように制御することが記載されている。
【０００５】
また、特開２００９−１７１７６６号公報（特許文献３）は、特許文献１と同様のコンバータにおいて、冷却装置の異常時にはリアクトルに流れる電流の直流成分およびリップル成分を抑制することによって、リアクトルの発熱を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１９２００号公報
【特許文献２】特開２００９−１２７０２号公報
【特許文献３】特開２００９−１７１７６６号公報
【特許文献４】特開２００３−１３４６０６号公報
【特許文献５】特開２００８−２２８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３には、ハイブリッド自動車に代表される電動車両の電源システムにおいて、その構成部品であるリアクトルやコンデンサの過度の温度上昇によって、機器故障が発生することを抑制することが記載される。すなわち、これらの構成部品の温度が高温となったときに、当該素子の通過電流を抑制するために各種の制御が実行される。
【０００８】
一方、電源システムの主要な構成部品であるスイッチング素子は、小面積の電気的接合部分を有するので、温度そのものが高いことによるダメージのみならず、短時間での温度変化によって受ける熱ストレスが、素子寿命に大きく影響する。具体的には、このようなこのような温度変化に伴う膨張・収縮によって生じる応力が繰返し作用することによって、断線等を生じさせる虞がある。したがって、スイッチング素子の保護については、素子温度の単なる高低のみに止まらず、短時間での温度変化量についても考慮することが必要である。
【０００９】
特に、電動車両に搭載された電源システムでは、ドライバがアクセルペダルを操作した加速時や、エンジン始動時等、短時間に大きな電流が発生する機会が多い。このため、ユーザの運転特性や日常的な走行路といった使用環境によっては、スイッチング素子での短時間での温度変化量が大きくなる傾向が生じ得る。このような傾向を放置すると、熱ストレスに起因してスイッチング素子の寿命が短くなる虞がある。これに対して、素子温度そのものに着目した制御を行なう特許文献１〜３の技術では、上述のようなスイッチング素子の熱ストレスに十分対応できない可能性がある。
【００１０】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動車両に搭載された電力変換器を構成するスイッチング素子の熱ストレスが過大となることを抑制して、スイッチング素子の長寿命化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両であって、電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、スイッチング素子のオンオフ制御によって電動機および蓄電装置の間で電力変換を実行するように構成された電力変換器と、電力変換を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、検出部と、制限設定部とを含む。検出部は、スイッチング素子の温度が上昇するような蓄電装置の充放電を生じさせる負荷動作の発生を検出するように構成される。制限設定部は、各負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量に応じて、スイッチング素子の通過電流を抑制するための電力変換における制限値を設定するように構成される。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、記憶部と、実績管理部と、比較部とを含む。記憶部は、温度変化量についての予め定められた基準分布を記憶するように構成される。実績管理部は、と負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における温度変化量の実績を累積的に記憶するように構成される。比較部は、実績管理部に累積された温度変化量の実績分布と、記憶部に記憶された基準分布とを比較するように構成される。制限設定部は、比較部による比較結果に基づいて、制限値を設定する。
【００１３】
さらに好ましくは、比較部は、基準分布および実績分布の比較に従って基準分布に対する実績分布の高温側の外れ度合いを定量的に示すパラメータ値を算出するように構成される。制限設定部は、パラメータ値の上昇に応じて制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。
【００１４】
さらに好ましくは、制限設定部は、制限値をデフォルト値から低下させているときに、パラメータ値が所定値まで低下すると、制限値をデフォルト値に復帰させる。
【００１５】
特にこのような構成では、制限値は、蓄電装置の電流上限値と、蓄電装置の出力電力上限値の制限値との少なくとも一方を含む。
【００１６】
また好ましくは、比較部は、電動車両が一定距離を走行する毎に、基準分布および実績分布を比較する。
【００１７】
あるいは好ましくは、比較部は、所定の一定期間が経過する毎に、基準分布および実績分布を比較する。
【００１８】
好ましくは、制限設定部は、負荷動作の発生時に、負荷動作の開始時からのスイッチング素子の温度上昇量に応じて制限値を設定する。
【００１９】
さらに好ましくは、制限設定部は、温度上昇量が閾値よりも高いときに、制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。閾値は、温度変化量についての予め定められた基準分布における平均温度よりも高い。
【００２０】
特にこのような構成では、制限値は、蓄電装置の電流上限値と、蓄電装置の充放電制限時間との少なくとも一方を含む。
【００２１】
また好ましくは、制限設定部は、負荷動作の発生時には、スイッチング素子の通過電流に対応する電流データに応じて制限値を設定する。
【００２２】
さらに好ましくは、制限設定部は、電流データが閾値よりも高いときに、制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。閾値は、温度変化量についての予め定められた基準分布に基づいて設定される。
【００２３】
特にこのような構成では、制限値は、電力変換器におけるスイッチング素子のスイッチング周波数上限値を含む。
【００２４】
好ましくは、制限設定部は、スイッチング素子の冷却能力を示す温度データをさらに反映して、冷却能力が高いときには冷却能力が低いときよりも制限が緩和されるように、制限値を設定する。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電動車両に搭載された電力変換器を構成するスイッチング素子の熱ストレスが過大となることを抑制して、スイッチング素子の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成例を説明するブロック図である。
【図２】スイッチング素子の温度変化の態様を説明するための概念図である。
【図３】熱ストレスに対応する寿命設計を説明するための概念図である。
【図４】図１に示したハイブリッド自動車の走行制御を説明する機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１による温度変化制限部の構成を説明する機能ブロック図である。
【図６】実施の形態１による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する概念図である。
【図７】本発明の実施の形態１による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態２による温度変化制限部の構成を説明する機能ブロック図である。
【図９】実施の形態２による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１１】実施の形態２の変形例による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する第１の概念図である。
【図１２】実施の形態２の変形例による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する第２の概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の変形例による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車１００の構成例を説明するブロック図である。
【００２９】
図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０を備える。
【００３０】
ハイブリッド自動車１００は、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための、「蓄電装置」の代表例として示されるメインバッテリＢと、コンバータ１５と、平滑コンデンサＣ０，Ｃ１と、インバータ２０，３０と、制御装置５０とを備える。
【００３１】
エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、冷却水の温度を検知する冷却水温センサ１１２が設けられる。冷却水温センサ１１２の出力は、制御装置５０へ送出される。
【００３２】
動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割機構１２０としては、サンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。
【００３３】
たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン１１０のクランク軸を通すことで、動力分割機構１２０にエンジン１１０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。具体的には、モータジェネレータＭＧ１のロータをサンギヤに接続し、エンジン１１０の出力軸をプラネタリギヤに接続し、かつ、出力軸１２５をリングギヤに接続する。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸１２５は、減速機１３０を介して車輪１５０を回転駆動するための駆動軸１４０に接続される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
【００３４】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。同様に、モータジェネレータＭＧ２は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ出力が伝達されるようにハイブリッド自動車１００に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、車輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。すなわち、上記モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、車両駆動用を発生するための「電動機」に対応する。
【００３５】
このように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１１０の出力軸が動力分割機構１２０を介して連結される。これによりハイブリッド自動車１００では、たとえば、エンジン１１０の回転数を燃費上好ましい領域に固定した上で、運転者のアクセルペダル７０の操作による加速要求に対しては、モータジェネレータＭＧ２のトルク増加（回転数増加）によって対応できる。あるいは、エンジン走行が低燃費領域となる低速走行時には、エンジン１１０を停止してモータジェネレータＭＧ２の出力のみで走行する走行モードを選択することができる。
【００３６】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための構成について説明する。
【００３７】
メインバッテリＢとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を適用可能である。なお、本実施の形態では、二次電池で構成されたメインバッテリＢを「蓄電装置」とする構成について説明するが、メインバッテリＢに代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用することも可能である。
【００３８】
メインバッテリＢが出力するバッテリ電圧Ｖｂは電圧センサ１０によって検知され、メインバッテリＢに入出力されるバッテリ電流Ｉｂは電流センサ１１によって検知される。さらに、メインバッテリＢには、温度センサ１２が設けられる。電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１２によって検出された、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂは、制御装置５０へ出力される。
【００３９】
メインバッテリＢおよびコンバータ１５は、接地ライン５および電源ライン６により接続される。平滑コンデンサＣ１は、接地ライン５および電源ライン６の間に接続される。なお、メインバッテリＢの正極端子および電源ライン６の間、ならびに、メインバッテリＢの負極端子および接地ライン５の間には、電源システムのオン時（車両運転時）にオンされ、電源システムのオフ時（車両運転停止時）にオフされるシステムメインリレー（図示せず）が設けられる。
【００４０】
コンバータ１５は、リアクトルＬと、スイッチング制御される電力用半導体素子（以下、「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２とを含む。リアクトルＬは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。
【００４１】
また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。電圧センサ１３は、電源ライン７および接地ライン５間の直流電圧ＶＨを検出する。
【００４２】
電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＣＮＶによって制御される。本実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００４３】
インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の接地ライン５および電源ライン７を介して、コンバータ１５と接続される。インバータ２０および３０の各々は、図示しない複数のスイッチング素子により構成される一般的な３相インバータであるため、詳細な構成については説明を省略する。
【００４４】
モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０の各相アーム（図示せず）とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ制御（スイッチング制御）により、双方向の直流／交流電力変換を行なう。
【００４５】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０の図示しない各相アームとそれぞれ接続される。
【００４６】
インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ制御（スイッチング制御）により、インバータ２０と同様に、双方向の直流／交流電力変換を行なう。
【００４７】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（レゾルバ）２８が設けられる。三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。
【００４８】
これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。
【００４９】
このように、図１の構成例では、コンバータ１５およびインバータ２０が、スイッチング素子のオンオフ制御によって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびメインバッテリＢの間で電力変換を実行するように構成された「電力変換器」に対応する。
【００５０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成される制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示せず）、ＲＡＭ（Random Access Memory)５１およびＲＯＭ（Read Only Memory）５２を含んで構成される。制御装置５０は、ＲＯＭ５２に予め格納された所定プログラム処理に従って、モータ指令に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、コンバータ１５およびインバータ２０，３０のスイッチング制御のためのスイッチング制御信号ＳＣＮＶ，ＳＩＮＶ１，ＳＩＮＶ２を生成する。あるいは、ＥＣＵ５０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００５１】
さらに、制御装置５０には、メインバッテリＢに関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充放電制限を示す入力電力上限値Ｗｉｎ，出力電力上限値Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、メインバッテリＢの過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限するパワー管理機能を有する。パワー管理の詳細については、後ほど図４を用いて詳細に説明する。
【００５２】
また、本実施の形態では、単一の制御装置（ＥＣＵ）５０によってインバータ制御におけるスイッチング周波数を切換える機構について説明したが、複数の制御装置（ＥＣＵ）の協調動作によって同様の制御構成を実現することも可能である。
【００５３】
周知のように、運転者によるハイブリッド自動車１００の加速および減速・停止指令は、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作により入力される。運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作（踏込量）は、アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４によって検知される。
【００５４】
アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４は、運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の踏込量に応じた電圧をそれぞれ出力する。アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４の出力信号ＡＣＣおよびＢＲＫは、制御装置５０へ入力される。
【００５５】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御におけるコンバータ１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００５６】
コンバータ１５は、電源ライン６の直流電圧と、電源ライン７の直流電圧ＶＨとの間で、双方向の直流電圧変換を実行する。より具体的には、コンバータ１５は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＣＮＶに基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ制御することによって、電圧指令値ＶＨｒｅｆに従って直流電圧ＶＨを制御する。基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオンオフするように、コンバータ１５は制御される。
【００５７】
周知のように、コンバータ１５における電圧変換比（すなわち、ＶＨ／Ｖｂ）上記スイッチング周期に対するＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）によって定まる。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００５８】
制御装置５０は、バッテリ電圧Ｖｂと電圧指令値ＶＨｒｅｆとの電圧比および／または電圧指令値ＶＨｒｅｆに対する検出された直流電圧ＶＨの電圧差に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比が適切に設定されるように、スイッチング制御信号ＳＣＮＶを生成する。
【００５９】
制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に応じて、直流電圧ＶＨの指令値ＶＨｒｅｆ（以下、単に電圧指令値ＶＨｒｅｆとも称する）を設定する。さらに、制御装置５０は、バッテリ電圧Ｖｂと電圧指令値ＶＨｒｅｆとの電圧比および／または電圧指令値ＶＨｒｅｆに対する検出された直流電圧ＶＨの電圧差に応じて、コンバータ１５の出力電圧が電圧指令値ＶＨｒｅｆと等しくなるようにスイッチング制御信号ＳＣＮＶを生成する。
【００６０】
平滑コンデンサＣ０は、電源ライン６の直流電圧ＶＨを平滑化する。平滑コンデンサＣ０によって平滑化された直流電圧は、インバータ２０，３０の直流側電圧となる。
【００６１】
インバータ３０は、対応のモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が正の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＞０）には、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ動作（スイッチング動作）により、平滑コンデンサＣ０からの直流電圧ＶＨを３相交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＝０）には、スイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング動作により、直流電圧ＶＨを、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクが零になるような３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２へ供給する。
【００６２】
さらに、ハイブリッド自動車１００の回生制動時には、車輪１５０からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電を行なう。回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサＣ０を介してコンバータ１５へ供給する。そして、コンバータ１５は、デューティ比制御に従ったスイッチング素子Ｑ１のオン期間に、電源ライン７から電源ライン６へメインバッテリＢの充電電流を供給する。
【００６３】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車１００を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６４】
このように、インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に従ったスイッチング制御により、モータジェネレータＭＧ２が動作指令（トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２））に従って動作するように電力変換を行なう。
【００６５】
また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１に従ったスイッチング制御により、モータジェネレータＭＧ１が動作指令（トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１））に従って動作するように電力変換を行なう。
【００６６】
このように、制御装置５０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより、ハイブリッド自動車１００では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電によるメインバッテリＢの充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）によるメインバッテリＢの充電電力の発生を、車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。
【００６７】
図１から理解されるように、ハイブリッド自動車１００では、コンバータ１５によって、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加することができる。この結果、同一パワー出力に対するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流を低減できるので、電力損失を低減させて駆動効率を高めることが可能となる。一方で、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を確保するためにメインバッテリＢから電力が出力される場合には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度は、スイッチング動作に伴う発熱によって上昇する。回生制動時等に、メインバッテリＢの充電電流が急激に生じた場合も同様である。この際のスイッチング素子の温度変化について、図２を用いて説明する。
【００６８】
図２を参照して、ドライバのアクセル操作によってアクセル開度ＡＣＣが増加すると、加速要求に応答してモータジェネレータＭＧ２の出力が増加するため、メインバッテリＢから電力が出力される。これに伴って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２では電力変換のためのスイッチング動作によって素子温度Ｔｓｗが上昇する。なお、素子温度Ｔｓｗは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々の温度を包括的に標記するものである。
【００６９】
一方、スイッチング素子には、図示しない冷却機構が設けられる。このため、アクセル開度ＡＣＣが復帰することによって、メインバッテリＢからの電力出力が停止されると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２での発熱が収まると、素子温度Ｔｓｗは低下する。この結果、アクセルペダル７０が操作された比較的短期間において、温度変化が発生する。このような温度変化によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を構成する導体部分に膨張・収縮に伴う応力が、熱ストレスとして作用する。この熱ストレスの大きさは、温度変化量ΔＴに依存する。
【００７０】
温度変化量ΔＴは、上記のような温度上昇局面での発熱量によって決まる。このため、温度変化量ΔＴは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチングする電流、すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流（以下、「素子電流」とも称する）に主に依存する。
【００７１】
このような短時間での温度変化量ΔＴによる熱ストレスは、一回のストレスで素子破壊を起こすことはないものの、ハイブリッド自動車１００の実使用時に繰返し発生される。このため、繰返し作用する熱ストレスが大きいと、素子寿命に影響を及ぼす虞がある。
【００７２】
図３を参照して、熱ストレスに対応してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の寿命を設計する際には、温度変化量ΔＴの基準分布５００が予め定められる。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の構成要素のサイズ（厚み・幅）や材質等は、基準分布５００に応じた熱ストレスを想定して決められる。このため、実使用における温度変化量ΔＴの実際の分布５１０（以下、実績分布５１０と称する）が、基準分布５００に対して高温側にずれた場合には、素子寿命が想定値よりも短くなることが懸念される。
【００７３】
このため、スイッチング素子の温度変化によってもたらされる熱ストレスを考慮すれば、スイッチング素子の寿命を維持するために、温度変化量ΔＴを管理する必要があることが理解される。
【００７４】
熱ストレスにつながる温度変化量ΔＴが生じる温度上昇局面は、上述のように、ドライバによるアクセル操作等、メインバッテリＢの充放電を伴って発生する。以下では、温度変化量ΔＴが発生するようなメインバッテリＢの充放電を生じさせる動作を「負荷動作」と呼ぶこととする。
【００７５】
エンジン１１０の始動時にも、モータジェネレータＭＧ１によるモータリングトルクを発生させるために、メインバッテリＢから電力が出力される。また、車両減速度が大きいときにも、メインバッテリＢの充電電流が大きくなる。すなわち、アクセル操作による加速走行に加えて、エンジン始動、および、所定レベルを超えた回生ブレーキ力の発生も、上述の負荷動作に含まれ得る。
【００７６】
負荷動作は、たとえば、ドライバによるペダル操作（アクセル操作／ブレーキ操作）やエンジン１１０の始動指令に基づいて、検知することができる。あるいは、実際にバッテリ電流Ｉｂに基づいて、負荷動作を検出することも可能である。図３に示すように、本実施の形態では、このような負荷動作の検出時には、負荷フラグＦＰがオンされるものとする。
【００７７】
本実施の形態によるハイブリッド自動車１００では、以下に説明するような温度変化量ΔＴの管理制御を加味した走行制御が実行される。
【００７８】
図４は、ハイブリッド自動車１００の走行制御を説明する機能ブロック図である。図４に示す制御構成は、制御装置５０の機能の一部として設けられる。なお、図４を始めとするブロック図に示される各機能ブロックは、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵがソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。
【００７９】
図４を参照して、制御装置５０は、要求パワー算出部２１０と、トータルパワー制御部２２０と、ブレーキ協調制御部２５０と、温度変化制限部４００を含む。車速センサ７５は、ハイブリッド自動車１００の車速Ｖｓを検出する。
【００８０】
要求パワー算出部２１０は、アクセル開度ＡＣＣおよび車速Ｖｓに基づいて、運転者が要求する車両運転に必要な駆動力を得るのに必要な車両要求パワーＰｒｑ（以下、単に要求パワーＰｒｑとも称する）を算出する。要求パワー算出部２１０によって算出された要求パワーＰｒｑは、トータルパワー制御部２２０へ入力される。
【００８１】
トータルパワー制御部２２０には、さらに、メインバッテリＢのＳＯＣが入力される。トータルパワー制御部２２０は、ＳＯＣに基づいて算出されるメインバッテリＢの充電に必要な充電パワーＰｃｈと、要求パワーＰｒｑとの和に従って、下記式（１）に従って、車両全体での出力パワーであるトータルパワーＰｔｔｌを算出する。
【００８２】
Ｐｔｔｌ＝Ｐｒｑ＋Ｐｃｈ＋Ｐｌｏｓｓ …（１）
（１）式中において、Ｐｌｏｓｓは、ハイブリッド自動車１００の走行における損失パワーに相当する。損失パワーＰｌｏｓｓについては、車両走行状態（車速等）に応じて適正値を設定するマップを予め作成することが好ましい。また、ＳＯＣが十分高くメインバッテリＢの充電が不要である場合には、Ｐｃｈ＝０に設定される。
【００８３】
トータルパワー制御部２２０は、式（１）に従って算出されたトータルパワーＰｔｔｌを、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２に配分する。モータパワーＰｍｇ１は、モータジェネレータＭＧ１の出力パワーであり、モータパワーＰｍｇ２は、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーである。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電時には、Ｐｍｇ２，Ｐｍｇ１はそれぞれ負値に設定される。
【００８４】
具体的には、トータルパワー制御部２２０は、エンジン１１０の作動要否を判定した上で、上記のパワー配分を決定する。基本的には、要求パワーＰｒｑが、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーのみによって確保できないときに、エンジン１１０の作動が指示される。また、エンジン停止時に、メインバッテリＢを充電するためにＰｃｈ＞０に設定されると、エンジン１１０が始動される。モータジェネレータＭＧ２の出力パワーは、メインバッテリＢの出力電力が出力電力上限値Ｗｏｕｔを超えない範囲内で設定される。
【００８５】
トータルパワー制御部２２０は、エンジン作動時には、トータルパワーＰｔｔｌとエンジン回転数Ｎｅｇに基づき、必要なエンジントルクを得るための、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒを設定する。すなわち、メインバッテリＢの充電時に上乗せされる充電パワーＰｃｈは、エンジンパワーＰｅｇへ反映される。
【００８６】
基本的には、エンジントルクおよび回転数の組み合わせによって定義されるエンジン動作点が、高効率の運転領域内となるように、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが設定される。したがって、基本的には、アクセル操作による加速要求には、メインバッテリＢからのモータジェネレータＭＧ２の出力によって対応する。このため、加速走行時には、メインバッテリＢからの放電電流によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に発熱が生じる。
【００８７】
エンジンＥＣＵ２８０は、制御装置５０とは別個に設けられ、トータルパワー制御部２２０から送られたエンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが実現されるように、エンジン１１０の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等を制御する。さらに、トータルパワーＰｔｔｌが確保されるように、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２が設定される。このようにして、トータルパワーＰｔｔｌに対する、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２の間のパワー配分が実行される。
【００８８】
パワー配分では、メインバッテリＢに対する入出力電力が、Ｗｉｎ〜Ｗｏｕｔの範囲内に収まるように、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２が設定される。すなわち、出力電力上限値Ｗｏｕｔが低いときには、相対的にエンジンパワーＰｅｇが上昇する。
【００８９】
モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２は、ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２へ送られる。ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２は、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がそれぞれ出力するように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）を設定する。そして、ＭＧ１制御部３０１は、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクをトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に従って制御するように、インバータ２０のスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１を生成する。同様に、ＭＧ２制御部３０２は、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクをトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従って制御するように、インバータ３０のスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２を生成する。
【００９０】
なお、モータパワーＰｍｇ２は、トータルパワー制御部２２０によるパワー配分によって、モータジェネレータＭＧ２による走行や駆動力アシストに必要な出力パワーに基づいて設定されている。回生制動時には、モータパワーＰｍｇ２が負値に設定されることにより、モータジェネレータＭＧ２が発電する。さらに、ＭＧ１制御部３０１が、モータパワーＰｍｇ１に従ってモータジェネレータＭＧ１を制御することによって、モータジェネレータＭＧ１の発電電力、すなわち、メインバッテリＢの充電が制御される。
【００９１】
ブレーキ協調制御部２５０は、ブレーキ操作量ＢＲＫおよび車速Ｖｓに基づいて、ハイブリッド自動車１００全体で必要なトータル制動力を算出するとともに、算出されたトータル制動力のうちの回生ブレーキによる分担量に相当する回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒを出力する。回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒは、メインバッテリＢの入力上限電力値Ｗｉｎを超えない範囲で設定される。
【００９２】
トータルパワー制御部２２０は、回生制動時には、回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒを反映してモータパワーＰｍｇ２を設定する。さらに、トータルパワー制御部２２０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク、回転数等に基づいて、実際の回生ブレーキ値Ｐｒｂａを算出する。算出された回生ブレーキ値Ｐｒｂａは、ブレーキ協調制御部２５０へ送出される。
【００９３】
ブレーキ協調制御部２５０は、上記のトータル制動力に対する回生ブレーキ値Ｐｒｂａの不足分に従って、ハイブリッド自動車１００の各車輪に設けられた油圧ブレーキ（図示せず）の制動力を制御する。このように、モータジェネレータＭＧ２による回生ブレーキと図示しない油圧ブレーキとを協調的に制御することによって、必要なトータル制御力が確保される。
【００９４】
温度センサ７８は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度を検出する。たとえば、温度センサ７８は、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として構成されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵された温度センサを使用することができる。
【００９５】
温度変化制限部４００は、代表的には温度センサ７８によって検出された素子温度に基づいて、スイッチング素子の温度変化量ΔＴを抑制するための制限値Ｐｌｉｍを必要に応じて設定する。トータルパワー制御部２２０は、温度変化制限部４００によって制限値が設定された場合には、この制限値Ｐｌｉｍを守るように、上述のパワー配分を調整する。
【００９６】
図５は、実施の形態１による温度変化制限部４００の構成を説明する機能ブロック図である。
【００９７】
図５を参照して、温度変化制限部４００は、検出部４０５と、ΔＴ管理部４１０と、基準分布記憶部４２０と、比較部４３０と、制限設定部４４０とを含む。
【００９８】
検出部４０５は、負荷動作の検出に応答して、負荷フラグＦＰをオンする。たとえば、
検出部４０５は、ドライバによるアクセル操作あるいはブレーキ操作や、パワー配分制御に基づくエンジン始動指令に応答して、負荷フラグＦＰのオンオフを制御する。あるいは、バッテリ電流Ｉｂの検出値に基づいて、負荷動作を検出してもよい。
【００９９】
ΔＴ管理部４１０は、検出部４０５によって負荷フラグＦＰがオンされたときに、温度センサ７８からの素子温度Ｔｓｗに基づいて、１回の負荷動作における温度変化量ΔＴを求めるとともに、負荷動作毎に求められた温度変化量ΔＴを記憶する。これにより、図４に示した、温度変化量ΔＴの実績分布５１０がΔＴ管理部４１０に蓄積される。一方、基準分布記憶部４２０は、図４に示した基準分布５００を記憶する。
【０１００】
比較部４３０は、診断指示が入力されると、基準分布記憶部４２０に記憶された基準分布５００と、ΔＴ管理部４１０にこれまで蓄積された温度変化量ΔＴに基づく実績分布５１０とを比較する。なお、診断指示は、ハイブリッド自動車１００のＮ回（Ｎ：自然数）のトリップ毎に発生されてもよく、所定走行距離毎に発生されてもよい。あるいは、一定期間（１ヶ月、半月、１年毎等）に診断指示が発生されてもよい。
【０１０１】
比較部４３０は、実績分布５１０および基準分布５００を比較する。そして、図４に示されるように、実績分布５１０が基準分布５００に対して高温側への外れ度合いを定量的に示す評価パラメータＰＲを出力する。評価パラメータＰＲは、たとえば図４における領域５２０の面積に対応させて算出することができる。あるいは、実績分布５１０の平均値、標準偏差、最大値等に基づく、定量化のための関係式を予め設定することによって、評価パラメータＰＲを算出してもよい。
【０１０２】
制限設定部４４０は、比較部４３０によって算出された評価パラメータＰＲに基づいて、トータルパワー制御部２２０へ送出する制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、制限値Ｐｌｉｍは、バッテリ電流Ｉｂの上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）および／または出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を含む。なお、上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）は、バッテリ電流Ｉｂの絶対値を制限する。
【０１０３】
トータルパワー制御部２２０が制限値Ｐｌｉｍの範囲内でパワー出力配分を決定することにより、メインバッテリＢの電力入出力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御、すなわち、メインバッテリＢおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間の電力変換が制限される。特に、電力変換に基づいて発生するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流が制限されることになる。このような制限下では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でのスイッチング動作に伴って生じる温度変化量ΔＴについても抑制されるので、高温側にずれた実績分布５１０を低温側にシフトさせて、基準分布５００に近付けることができる。
【０１０４】
上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）を設定することによってバッテリ電流Ｉｂを制限すると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流が直接的に抑制される。この結果、負荷動作の際の発熱量、すなわち温度変化量ΔＴを抑制することが可能となる。
【０１０５】
また、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）によって出力電力上限値Ｗｏｕｔを制限すると、出力電力の制限に付随して、バッテリ電流Ｉｂが自然に抑制される。さらに、出力電力上限値Ｗｏｕｔが低くなると、エンジン１１０を停止した走行が適用され難い方向に、パワー配分が制御される。この結果、一旦作動したエンジン１１０が停止され難くなるので、エンジン始動の頻度を減少させることができる。エンジン始動の際には、メインバッテリＢからモータジェネレータＭＧ１へ比較的大きな電流を供給する必要があるので、エンジン始動の頻度を低減することによって、大きな温度変化量ΔＴが発生する頻度を抑制することが期待できる。
【０１０６】
図６は、制限設定部４４０による制限値Ｐｌｉｍの設定を概略的に説明する概念図である。図６の横軸は、比較部４３０によって算出された評価パラメータＰＲであり、図６の縦軸は、制限値Ｐｌｉｍを示す。
【０１０７】
図６を参照して、評価パラメータＰＲが、閾値Ｐ１よりも低いときには、制限値ＰｌｉｍはレベルＬ１に設定される。このＬ１は、温度変化量ΔＴの管理面からは、バッテリ電流Ｉｂおよび出力電力上限値Ｗｏｕｔ等に制限が与えられないことを示す。すなわち、レベルＬ１では、これら制限値はデフォルト値に設定される。
【０１０８】
評価パラメータＰＲが、閾値Ｐ１よりも高くなると、電力変換を制限するように、バッテリ電流Ｉｂまたは出力電力上限値Ｗｏｕｔ等を制限するための制限値Ｐｌｉｍが設定される。特に、評価パラメータＰＲが大きくなるに従って、制限の度合が大きくなるように、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。図６の例では、Ｉｂ（ｌｉｍ）および／またはＷｏｕｔ（ｌｉｍ）は、レベルＬ３では、レベルＬ２よりも小さい値に設定される。なお、メインバッテリＢの充電を制限する入力電力上限値Ｗｉｎについても、同様の制限値Ｗｉｎ（ｌｉｍ）を設定することができる。
【０１０９】
図７は、本発明の実施の形態１による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図７に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１１０】
図７を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００により、診断指示が発生されているかどうかを判定する。制御装置５０は、診断指示が発生されていないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１０５，Ｓ１１０により、負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における素子温度Ｔｓｗの温度変化量ΔＴを求めるとともに蓄積する。
【０１１１】
制御装置５０は、診断指示が発生されたときには（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１１０により、これまでに蓄積された温度変化量ΔＴの分布を演算する。これにより、図４に示した実績分布５１０が求められる。
【０１１２】
制御装置５０は、ステップＳ１２０により、基準分布５００を読出すとともに、ステップＳ１３０により、温度変化量ΔＴについて実績分布５１０と基準分布５００とを比較する。ステップＳ１３０では、上述のように、分布の比較に基づいて評価パラメータＰＲが算出される。そして、制御装置５０は、ステップＳ１４０により、図６に説明したように、ステップＳ１３０で算出された評価パラメータＰＲに基づいて電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。
【０１１３】
ステップＳ１４０で設定された制限値Ｐｌｉｍは、次回の診断指示が発せられるまで維持されて、以降の車両走行に反映される。これにより、スイッチング素子の通過電流を抑制して温度変化量ΔＴを抑制する方向に、メインバッテリＢの電力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御が制限される。
【０１１４】
図７のフローチャートから理解されるように、当該制限値Ｐｌｉｍが設定された後の温度変化量ΔＴの実績が、ステップＳ１０５，Ｓ１１０によって、さらに蓄積される。そして、次回の診断指示が発せられると、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０によって、温度変化量ΔＴの実績分布が改めて求められて、基準分布５００と比較される。この新たな比較結果に従って、制限値Ｐｌｉｍは更新される。すなわち、前回の実績分布からの改善度合に応じて、制限値Ｐｌｉｍを緩和あるいは強化することができる。あるいは、制限値Ｐｌｉｍを設けた後に、評価パラメータＰＲが閾値Ｐ１より小さい値に復帰した場合には、制限値Ｐｌｉｍをデフォルト値に復帰させることができる。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムによれば、負荷動作に伴う比較的短時間でのスイッチング素子の温度変化量ΔＴの実績分布を定期的に管理して、寿命設計で用いた基準分布と比較することができる。そして、実績分布が基準分布と比較して高温側にずれている場合には、スイッチング素子の通過電流を抑制する方向に電力変換の制限値Ｐｌｉｍを設定することによって、実績分布を基準分布に近づけることができる。これにより、温度変化量ΔＴの発生によりスイッチング素子に作用する熱ストレスが過大となることによって、スイッチング素子の寿命が短くなることを防止できる。
【０１１６】
［実施の形態２］
実施の形態１では、温度変化量ΔＴの実績分布が基準分布よりも高温側に外れている傾向を検出することによって、熱ストレスを抑制するための制限値Ｐｌｉｍを設定した。実施の形態２では、温度変化量ΔＴの実績分布が高温側に外れないように未然に防止するための制限値Ｐｌｉｍの設定について説明する。以下の説明で明らかになるように、実施の形態２およびその変形例による制御は、実施の形態１による制御と組み合わせて適用することが可能である。
【０１１７】
図８は、実施の形態２における温度変化制限部４００の構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態２では、制限値Ｐｌｉｍを設定するための温度変化制限部４００以外の部分の構成は、実施の形態１と同様であるので、その他の部分については説明を繰返さない。
【０１１８】
図８を参照して、実施の形態２による温度変化制限部４００は、検出部４０５と、制限設定部４５０とを含む。
【０１１９】
検出部４０５は、図５に示したものと同様であり、負荷動作の検出時に負荷フラグＦＰをオンする。
【０１２０】
制限設定部４５０は、負荷フラグＦＰがオンされたときに、当該負荷動作であるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度上昇量Ｔｕｐに基づいて制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、負荷フラグＦＰがオンされたときの素子温度Ｔｓｗを初期値として、当該初期値からの温度上昇量Ｔｕｐを求めることができる。
【０１２１】
さらに、制限設定部４５０には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の冷却能力に関連する状態量である、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒが入力される。冷却水温度Ｔｗｔは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を冷却するための図示しない冷却機構における冷媒温度を示す。雰囲気温度Ｔａｒは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が配置される空間の雰囲気温度あるいはこれに関連した温度測定値である。したがって、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒが低い場合には、スイッチング素子の冷却能力が高くなるため、同一の通過電流に対して温度変化量ΔＴが相対的に抑制されることが期待できる。
【０１２２】
図９は、実施の形態２による制限設定部４５０による制限値の設定を説明するための図である。図９の横軸Ｔｕｐは、負荷動作の検出時における素子温度Ｔｓｗの温度上昇量Ｔｕｐを示す。縦軸は、制限値Ｐｌｉｍを示す。制限値Ｐｌｉｍは、実施の形態１と同様の上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）および、メインバッテリＢの充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）を含む。負荷動作の開始から充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）が経過すると、メインバッテリＢに対する電力の入出力が禁止される。なお、充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）は、実施の形態１での制限値Ｐｌｉｍに含めることも可能である。
【０１２３】
図９を参照して、温度上昇量Ｔｕｐが閾値Ｔ１までの間は、制限値ＰｌｉｍはレベルＬ１に設定される。すなわち、制限値はデフォルト値に設定されて、温度上昇量Ｔｕｐの面からは電力変換の制限が設定されない。
【０１２４】
一方で、温度上昇量Ｔｕｐが閾値Ｔ１を超えると、制限値が設定されることによって、バッテリ電流Ｉｂあるいは充放電可能時間が制限されることになる。閾値Ｔ１は、図４に示した基準分布５００に対応して設定される。たとえば、閾値Ｔ１は、基準分布５００における平均温度Ｔａよりも高い温度に設定される。
【０１２５】
温度上昇量Ｔｕｐ＞Ｔ１の領域では、温度上昇量Ｔｕｐが大きくなるのに応じて、電力変換の制限が強化される。具体的には、上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）や充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）が零に向かって徐々に小さく設定される。そして、温度上昇量Ｔｕｐが上限温度Ｔｍａｘに達すると、Ｉｂ（ｌｉｍ）＝０および／またはＴ（ｌｉｍ）＝０となって、メインバッテリＢの充放電が禁止される。上限温度Ｔｍａｘは、図４に示した基準分布５００において想定された上限温度Ｔｍａｘに対応して設定することができる。
【０１２６】
なお、制限値Ｐｌｉｍの設定については、スイッチング素子の冷却能力に応じて変化させてもよい。具体的には、冷却能力が高い場合には、閾値Ｔ１を高温側に推移させる一方で、冷却能力が低い場合には、閾値Ｔ１を低温側に推移させることが好ましい。
【０１２７】
図１０は、本発明の実施の形態２による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図１０に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１２８】
図１０を参照して、制御装置５０は、ステップＳ２００により、負荷動作が検出されているかどうかを判定する。ステップＳ２００の判定は、負荷フラグＦＰに基づいて実行できる。
【０１２９】
制御装置５０は、負荷動作の検出中（Ｓ２００のＮＯ判定時）は、ステップＳ２１０により、当該負荷動作での温度上昇量Ｔｕｐを算出する。そして、制御装置５０は、ステップＳ２２０により、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒに基づいて、スイッチング素子の冷却能力をチェックする。
【０１３０】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２３０により、図９で説明したように、ステップＳ２１０で算出された温度上昇量Ｔｕｐに基づいて、電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。この際に、ステップＳ２２０で求められたスイッチング素子の冷却能力をさらに加味して、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。
【０１３１】
これにより、負荷動作の検出時に温度上昇量Ｔｕｐが大きくなると、バッテリ電流Ｉｂを抑制することにより、あるいは、充放電の禁止によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流を制限することができる。この結果、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発熱によって生じる温度変化量ΔＴを抑制できる。
【０１３２】
このように、実施の形態２では、負荷動作の開始からの温度上昇量Ｔｕｐに応じて、基準分布５００と対応付けて電力変換の制限値を設定することができる。この結果、負荷動作における温度変化量ΔＴについて、基準分布５００から大きく外れることを未然に防止するように管理することができる。
【０１３３】
（変形例）
再び図８を参照して、実施の形態２の変形例によれば、制限設定部４５０は、負荷フラグＦＰがオンされたときに、当該負荷動作での温度上昇量を予測するための状態量に基づいて制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、制限設定部４５０は、スイッチング素子の通過電流Ｉｓｗ（以下、素子電流）やバッテリ電流Ｉｂに基づいて、制限値Ｐｌｉｍを設定する。
【０１３４】
図１１および図１２は、実施の形態２の変形例による制限設定部４５０による制限値の設定を説明するための図である。図１１の横軸は、通過電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂである。
【０１３５】
図１１の縦軸は、制限値Ｐｌｉｍの１つとして示される、コンバータ１５でのスイッチング周波数の上限値ｆｓｗ（ｌｉｍ）であり、図１１の縦軸は、実施の形態１と同様の出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）である。
【０１３６】
図１１を参照して、一般的に、スイッチング素子での電力損失は、スイッチング周波数ｆｓｗが大きくなるにつれて高くなり、その結果素子温度の上昇も激しくなる。一方で、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させると、コンバータ１５におけるリップル電流が増大する。したがってスイッチング周波数ｆｓｗのデフォルト値としては、リップル電流の限界およびスイッチング素子の損失がバランスする適正値に設定されている。
【０１３７】
これに対して、負荷動作の検出時には、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも大きくなると、コンバータ１５のスイッチング周波数を低下するように、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はデフォルト値（レベルＬ１）よりも低下される。そして、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが大きくなるのに応じて、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はさらに低下される。
【０１３８】
一方で、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも小さいときには、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はデフォルト値に設定される。この閾値Ｉ１は、図４に示した基準分布５００に対応して設定される。たとえば、閾値Ｉ１は、実機実験結果等に基づいて、一定時間の通電によって図９の閾値Ｔ１に相当する温度上昇を発生させるような電流値に設定される。
【０１３９】
あるいは、図１１に示すように、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂに応じて、出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を設定するようにしてもよい。
【０１４０】
図１１を参照して、負荷動作の検出時には、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも大きくなると、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）がデフォルト値（レベルＬ１）よりも低下される。さらに、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが大きくなるのに応じて、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）はさらに低下される。
【０１４１】
そして、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが上限電流Ｉｍａｘに達すると、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）＝０となって、メインバッテリＢの放電が禁止される。なお、入力電力上限値Ｗｉｎについても、同様の制限値Ｗｉｎ（ｌｉｍ）によって制限することが可能である。
【０１４２】
図１２において、閾値Ｉ１は図１１と同様に設定できる。また、上限電流Ｉｍａｘについては、基準分布５００での上限温度Ｔｍａｘを考慮して設定することが好ましい。
【０１４３】
また、図１１および図１２における制限値の設定についても、図９と同様に、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒから把握されるスイッチング素子の冷却能力に応じて、調整することができる。
【０１４４】
図１３は、本発明の実施の形態２による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図１３に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１４５】
図１３を参照して、制御装置５０は、図１０と同様のステップＳ２００により、負荷動作が検出されているかどうかを判定する。
【０１４６】
制御装置５０は、負荷動作の検出中（Ｓ２００のＮＯ判定時）は、ステップＳ２１５により、当該負荷動作での温度上昇量を推定するための状態量（データ）を取得する。ステップＳ２１５では、たとえば、素子電流Ｉｓｗおよび／またはバッテリ電流Ｉｂが取得される。
【０１４７】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２２０により、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒに基づいて、スイッチング素子の冷却能力をチェックする。
【０１４８】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２３５により、図１１および図１２で説明したように、ステップＳ２１５で取得された状態量（データ）に基づいて、電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。この際に、ステップＳ２２０で求められたスイッチング素子の冷却能力をさらに加味して、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。上述のように、ステップＳ２３５で設定される制限値Ｐｌｉｍは、コンバータ１５でのスイッチング周波数の上限値ｆｓｗ（ｌｉｍ）および／または出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を含む。
【０１４９】
これにより、負荷動作の検出時に温度上昇量Ｔｕｐが大きくことが推定される状態であるときには、制限値の設定によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発熱によって生じる温度変化量ΔＴを未然に抑制することが期待できる。
【０１５０】
このように、実施の形態２の変形例では、負荷動作時には、温度上昇に大きく影響する状態量（電流データ)に基づいて、電力変換の制限値Ｐｌｉｍを設定することができる。この結果、負荷動作における温度変化量ΔＴが基準分布５００から大きく外れることを未然に防止するように管理することができる。
【０１５１】
上述の実施の形態１，２およびその変形例では、制限値Ｐｌｉｍを適宜例示したが、この制限値については、スイッチング素子での発熱を抑制する方向に、メインバッテリＢの電力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御が制限することができる制限値であれば、実施の形態１，２またはその変形例での制限値Ｐｌｉｍの設定を適用することができる。
【０１５２】
また、実施の形態２で説明した、スイッチング素子の冷却能力に応じた制限値の調整については、実施の形態１に適用することも可能である。たとえば、実施の形態１において、診断指示に応答して設定された制限値Ｐｌｉｍについて、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒから把握されるスイッチング素子の冷却能力に応じて、制限を緩和（冷却能力高のとき）あるいは制限を強化（冷却能力低のとき）するように、調整を加えた上で車両制御に用いることも可能である。
【０１５３】
さらに、実施の形態１，２およびその変形例では、コンバータ１５を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２での温度変化量ΔＴを抑制するための制御について説明したが、インバータ２０，３０を構成する図示しないスイッチング素子の温度変化量を抑制するように、本実施の形態による制御を適用することも可能である。さらには、メインバッテリＢに代表される蓄電装置と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に代表される走行用モータとの間で電力変換を実行する電力変換器を構成するスイッチング素子について、負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量を抑制するための本実施の形態による制御を適用することが可能である。
【０１５４】
なお、ハイブリッド自動車１００の駆動系の構成は、図１の例示に限定されない点について確認的に記載する。さらに、本実施の形態では電動車両の代表例としてハイブリッド自動車を例示したが、エンジンを搭載しない電気自動車や、燃料電池を搭載する燃料電池自動車であっても、本発明の適用が可能である。
【０１５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明は電動車両の電源システムにおけるスイッチング素子の保護制御に適用することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１１，２７ 電流センサ、１２，７８ 温度センサ、１５ コンバータ、２０，３０ インバータ、２８ 回転角センサ、５０ 制御装置（ＥＣＵ）、５２ ＲＯＭ、７０ アクセルペダル、７１ ブレーキペダル、７３ アクセル開度センサ、７４ ブレーキペダル踏込量センサ、７５ 車速センサ、１００ ハイブリッド自動車、１１０ エンジン、１１２ 冷却水温センサ、１２０ 動力分割機構、１２５ 出力軸、１３０ 減速機、１４０ 駆動軸、１５０ 車輪、２１０ 要求パワー算出部、２２０ トータルパワー制御部、２５０ ブレーキ協調制御部、２８０ エンジンＥＣＵ、３０１ ＭＧ１制御部、３０２ ＭＧ２制御部、４００ 温度変化制限部、４０５ 検出部、４１０ ΔＴ管理部、４２０ 基準分布記憶部、４３０ 比較部、４４０，４５０ 制限設定部、５００ 基準分布（ΔＴ）、５１０ 実績分布（ΔＴ）、ＡＣＣ アクセル開度、Ｂ メインバッテリ、ＢＲＫ ブレーキ操作量、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ 逆並列ダイオード、ＦＰ 負荷フラグ、Ｉ１，Ｐ１，Ｔ１ 閾値、Ｉｂ バッテリ電流、Ｉｂ（ｌｉｍ） 上限電流（バッテリ電流）、Ｉｍａｘ 上限電流、Ｉｓｗ 素子電流、Ｌ リアクトル、ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２） モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｎｅｇ エンジン回転数、Ｎｅｇｒ エンジン目標回転数、Ｎｍｔ 回転数、ＰＲ 評価パラメータ、Ｐｅｇ エンジンパワー、Ｐｌｉｍ 制限値、Ｐｍｇ１，Ｐｍｇ１ モータパワー、Ｐｒｂａ 回生ブレーキ値、Ｐｒｂｒ 回生ブレーキ要求値、Ｐｒｑ 車両要求パワー、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＣＮＶ，ＳＩＮＶ１，ＳＩＮＶ２ スイッチング制御信号、Ｔ（ｌｉｍ） 充放電可能時間、Ｔａ 平均温度（基準分布）、Ｔａｒ 雰囲気温度（スイッチング素子）、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｍａｘ 上限温度、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、Ｔｓｗ 素子温度、Ｔｕｐ 横軸、Ｔｕｐ 温度上昇量、Ｔｗｔ 冷却水温度、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２ コイル巻線、ＶＨ 直流電圧、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｓ 車速、Ｗｉｎ 入力電力上限値、Ｗｉｎ（ｌｉｍ） 制限値（入力電力上限値）、Ｗｏｕｔ 出力電力上限値、Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ） 制限値（出力電力上限値）、ｆｓｗ（ｌｉｍ） スイッチング周波数上限値。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に関し、より特定的には、電動車両に搭載された電力変換器を構成する電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）の熱ストレスを抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両が、環境の点から注目を集めている。
【０００３】
特開２００９−２１９２００号公報（特許文献１）には、このような電動車両の１つであるハイブリッド自動車に搭載されたチョッパ型のコンバータの構成部品であるリアクトルの温度上昇を抑制するための車両制御が記載されている。
【０００４】
同様に、特開２００９−１２７０２号公報（特許文献２）には、ハイブリッド自動車に搭載されたインバータの出力性能の低下を抑制するために、コンデンサの過熱を防ぐことが記載されている。特に特許文献２では、コンデンサの温度を精度よく推定するとともに、推定したコンデンサの温度に基づいて平滑コンデンサの過熱を防止するように制御することが記載されている。
【０００５】
また、特開２００９−１７１７６６号公報（特許文献３）は、特許文献１と同様のコンバータにおいて、冷却装置の異常時にはリアクトルに流れる電流の直流成分およびリップル成分を抑制することによって、リアクトルの発熱を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１９２００号公報
【特許文献２】特開２００９−１２７０２号公報
【特許文献３】特開２００９−１７１７６６号公報
【特許文献４】特開２００３−１３４６０６号公報
【特許文献５】特開２００８−２２８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３には、ハイブリッド自動車に代表される電動車両の電源システムにおいて、その構成部品であるリアクトルやコンデンサの過度の温度上昇によって、機器故障が発生することを抑制することが記載される。すなわち、これらの構成部品の温度が高温となったときに、当該素子の通過電流を抑制するために各種の制御が実行される。
【０００８】
一方、電源システムの主要な構成部品であるスイッチング素子は、小面積の電気的接合部分を有するので、温度そのものが高いことによるダメージのみならず、短時間での温度変化によって受ける熱ストレスが、素子寿命に大きく影響する。具体的には、このようなこのような温度変化に伴う膨張・収縮によって生じる応力が繰返し作用することによって、断線等を生じさせる虞がある。したがって、スイッチング素子の保護については、素子温度の単なる高低のみに止まらず、短時間での温度変化量についても考慮することが必要である。
【０００９】
特に、電動車両に搭載された電源システムでは、ドライバがアクセルペダルを操作した加速時や、エンジン始動時等、短時間に大きな電流が発生する機会が多い。このため、ユーザの運転特性や日常的な走行路といった使用環境によっては、スイッチング素子での短時間での温度変化量が大きくなる傾向が生じ得る。このような傾向を放置すると、熱ストレスに起因してスイッチング素子の寿命が短くなる虞がある。これに対して、素子温度そのものに着目した制御を行なう特許文献１〜３の技術では、上述のようなスイッチング素子の熱ストレスに十分対応できない可能性がある。
【００１０】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動車両に搭載された電力変換器を構成するスイッチング素子の熱ストレスが過大となることを抑制して、スイッチング素子の長寿命化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両であって、電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、スイッチング素子のオンオフ制御によって電動機および蓄電装置の間で電力変換を実行するように構成された電力変換器と、電力変換を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、検出部と、制限設定部とを含む。検出部は、スイッチング素子の温度が上昇するような蓄電装置の充放電を生じさせる負荷動作の発生を検出するように構成される。制限設定部は、各負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量に応じて、スイッチング素子の通過電流を抑制するための電力変換における制限値を設定するように構成される。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、記憶部と、実績管理部と、比較部とを含む。記憶部は、温度変化量についての予め定められた基準分布を記憶するように構成される。実績管理部は、と負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における温度変化量の実績を累積的に記憶するように構成される。比較部は、実績管理部に累積された温度変化量の実績分布と、記憶部に記憶された基準分布とを比較するように構成される。制限設定部は、比較部による比較結果に基づいて、制限値を設定する。
【００１３】
さらに好ましくは、比較部は、基準分布および実績分布の比較に従って基準分布に対する実績分布の高温側の外れ度合いを定量的に示すパラメータ値を算出するように構成される。制限設定部は、パラメータ値の上昇に応じて制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。
【００１４】
さらに好ましくは、制限設定部は、制限値をデフォルト値から低下させているときに、パラメータ値が所定値まで低下すると、制限値をデフォルト値に復帰させる。
【００１５】
特にこのような構成では、制限値は、蓄電装置の電流上限値と、蓄電装置の出力電力上限値の制限値との少なくとも一方を含む。
【００１６】
また好ましくは、比較部は、電動車両が一定距離を走行する毎に、基準分布および実績分布を比較する。
【００１７】
あるいは好ましくは、比較部は、所定の一定期間が経過する毎に、基準分布および実績分布を比較する。
【００１８】
好ましくは、制限設定部は、負荷動作の発生時に、負荷動作の開始時からのスイッチング素子の温度上昇量に応じて制限値を設定する。
【００１９】
さらに好ましくは、制限設定部は、温度上昇量が閾値よりも高いときに、制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。閾値は、温度変化量についての予め定められた基準分布における平均温度よりも高い。
【００２０】
特にこのような構成では、制限値は、蓄電装置の電流上限値と、蓄電装置の充放電制限時間との少なくとも一方を含む。
【００２１】
また好ましくは、制限設定部は、負荷動作の発生時には、スイッチング素子の通過電流に対応する電流データに応じて制限値を設定する。
【００２２】
さらに好ましくは、制限設定部は、電流データが閾値よりも高いときに、制限値をデフォルト値から低下させるように制限値を設定する。閾値は、温度変化量についての予め定められた基準分布に基づいて設定される。
【００２３】
特にこのような構成では、制限値は、電力変換器におけるスイッチング素子のスイッチング周波数上限値を含む。
【００２４】
好ましくは、制限設定部は、スイッチング素子の冷却能力を示す温度データをさらに反映して、冷却能力が高いときには冷却能力が低いときよりも制限が緩和されるように、制限値を設定する。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電動車両に搭載された電力変換器を構成するスイッチング素子の熱ストレスが過大となることを抑制して、スイッチング素子の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成例を説明するブロック図である。
【図２】スイッチング素子の温度変化の態様を説明するための概念図である。
【図３】熱ストレスに対応する寿命設計を説明するための概念図である。
【図４】図１に示したハイブリッド自動車の走行制御を説明する機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１による温度変化制限部の構成を説明する機能ブロック図である。
【図６】実施の形態１による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する概念図である。
【図７】本発明の実施の形態１による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態２による温度変化制限部の構成を説明する機能ブロック図である。
【図９】実施の形態２による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１１】実施の形態２の変形例による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する第１の概念図である。
【図１２】実施の形態２の変形例による制限設定部による制限値の設定を概略的に説明する第２の概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の変形例による電動車両におけるスイッチング素子の温度変化量の抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車１００の構成例を説明するブロック図である。
【００２９】
図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０を備える。
【００３０】
ハイブリッド自動車１００は、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための、「蓄電装置」の代表例として示されるメインバッテリＢと、コンバータ１５と、平滑コンデンサＣ０，Ｃ１と、インバータ２０，３０と、制御装置５０とを備える。
【００３１】
エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、冷却水の温度を検知する冷却水温センサ１１２が設けられる。冷却水温センサ１１２の出力は、制御装置５０へ送出される。
【００３２】
動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割機構１２０としては、サンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。
【００３３】
たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン１１０のクランク軸を通すことで、動力分割機構１２０にエンジン１１０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。具体的には、モータジェネレータＭＧ１のロータをサンギヤに接続し、エンジン１１０の出力軸をプラネタリギヤに接続し、かつ、出力軸１２５をリングギヤに接続する。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸１２５は、減速機１３０を介して車輪１５０を回転駆動するための駆動軸１４０に接続される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
【００３４】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。同様に、モータジェネレータＭＧ２は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ出力が伝達されるようにハイブリッド自動車１００に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、車輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。すなわち、上記モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、車両駆動用を発生するための「電動機」に対応する。
【００３５】
このように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン１１０の出力軸が動力分割機構１２０を介して連結される。これによりハイブリッド自動車１００では、たとえば、エンジン１１０の回転数を燃費上好ましい領域に固定した上で、運転者のアクセルペダル７０の操作による加速要求に対しては、モータジェネレータＭＧ２のトルク増加（回転数増加）によって対応できる。あるいは、エンジン走行が低燃費領域となる低速走行時には、エンジン１１０を停止してモータジェネレータＭＧ２の出力のみで走行する走行モードを選択することができる。
【００３６】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための構成について説明する。
【００３７】
メインバッテリＢとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を適用可能である。なお、本実施の形態では、二次電池で構成されたメインバッテリＢを「蓄電装置」とする構成について説明するが、メインバッテリＢに代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用することも可能である。
【００３８】
メインバッテリＢが出力するバッテリ電圧Ｖｂは電圧センサ１０によって検知され、メインバッテリＢに入出力されるバッテリ電流Ｉｂは電流センサ１１によって検知される。さらに、メインバッテリＢには、温度センサ１２が設けられる。電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１２によって検出された、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂは、制御装置５０へ出力される。
【００３９】
メインバッテリＢおよびコンバータ１５は、接地ライン５および電源ライン６により接続される。平滑コンデンサＣ１は、接地ライン５および電源ライン６の間に接続される。なお、メインバッテリＢの正極端子および電源ライン６の間、ならびに、メインバッテリＢの負極端子および接地ライン５の間には、電源システムのオン時（車両運転時）にオンされ、電源システムのオフ時（車両運転停止時）にオフされるシステムメインリレー（図示せず）が設けられる。
【００４０】
コンバータ１５は、リアクトルＬと、スイッチング制御される電力用半導体素子（以下、「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２とを含む。リアクトルＬは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。
【００４１】
また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。電圧センサ１３は、電源ライン７および接地ライン５間の直流電圧ＶＨを検出する。
【００４２】
電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＣＮＶによって制御される。本実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００４３】
インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の接地ライン５および電源ライン７を介して、コンバータ１５と接続される。インバータ２０および３０の各々は、図示しない複数のスイッチング素子により構成される一般的な３相インバータであるため、詳細な構成については説明を省略する。
【００４４】
モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０の各相アーム（図示せず）とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ制御（スイッチング制御）により、双方向の直流／交流電力変換を行なう。
【００４５】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０の図示しない各相アームとそれぞれ接続される。
【００４６】
インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ制御（スイッチング制御）により、インバータ２０と同様に、双方向の直流／交流電力変換を行なう。
【００４７】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（レゾルバ）２８が設けられる。三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。
【００４８】
これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。
【００４９】
このように、図１の構成例では、コンバータ１５およびインバータ２０が、スイッチング素子のオンオフ制御によって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびメインバッテリＢの間で電力変換を実行するように構成された「電力変換器」に対応する。
【００５０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成される制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示せず）、ＲＡＭ（Random Access Memory)５１およびＲＯＭ（Read Only Memory）５２を含んで構成される。制御装置５０は、ＲＯＭ５２に予め格納された所定プログラム処理に従って、モータ指令に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、コンバータ１５およびインバータ２０，３０のスイッチング制御のためのスイッチング制御信号ＳＣＮＶ，ＳＩＮＶ１，ＳＩＮＶ２を生成する。あるいは、ＥＣＵ５０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００５１】
さらに、制御装置５０には、メインバッテリＢに関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充放電制限を示す入力電力上限値Ｗｉｎ，出力電力上限値Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、メインバッテリＢの過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限するパワー管理機能を有する。パワー管理の詳細については、後ほど図４を用いて詳細に説明する。
【００５２】
また、本実施の形態では、単一の制御装置（ＥＣＵ）５０によってインバータ制御におけるスイッチング周波数を切換える機構について説明したが、複数の制御装置（ＥＣＵ）の協調動作によって同様の制御構成を実現することも可能である。
【００５３】
周知のように、運転者によるハイブリッド自動車１００の加速および減速・停止指令は、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作により入力される。運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作（踏込量）は、アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４によって検知される。
【００５４】
アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４は、運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の踏込量に応じた電圧をそれぞれ出力する。アクセル開度センサ７３およびブレーキペダル踏込量センサ７４の出力信号ＡＣＣおよびＢＲＫは、制御装置５０へ入力される。
【００５５】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御におけるコンバータ１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００５６】
コンバータ１５は、電源ライン６の直流電圧と、電源ライン７の直流電圧ＶＨとの間で、双方向の直流電圧変換を実行する。より具体的には、コンバータ１５は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＣＮＶに基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ制御することによって、電圧指令値ＶＨｒｅｆに従って直流電圧ＶＨを制御する。基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオンオフするように、コンバータ１５は制御される。
【００５７】
周知のように、コンバータ１５における電圧変換比（すなわち、ＶＨ／Ｖｂ）上記スイッチング周期に対するＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）によって定まる。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００５８】
制御装置５０は、バッテリ電圧Ｖｂと電圧指令値ＶＨｒｅｆとの電圧比および／または電圧指令値ＶＨｒｅｆに対する検出された直流電圧ＶＨの電圧差に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比が適切に設定されるように、スイッチング制御信号ＳＣＮＶを生成する。
【００５９】
制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に応じて、直流電圧ＶＨの指令値ＶＨｒｅｆ（以下、単に電圧指令値ＶＨｒｅｆとも称する）を設定する。さらに、制御装置５０は、バッテリ電圧Ｖｂと電圧指令値ＶＨｒｅｆとの電圧比および／または電圧指令値ＶＨｒｅｆに対する検出された直流電圧ＶＨの電圧差に応じて、コンバータ１５の出力電圧が電圧指令値ＶＨｒｅｆと等しくなるようにスイッチング制御信号ＳＣＮＶを生成する。
【００６０】
平滑コンデンサＣ０は、電源ライン６の直流電圧ＶＨを平滑化する。平滑コンデンサＣ０によって平滑化された直流電圧は、インバータ２０，３０の直流側電圧となる。
【００６１】
インバータ３０は、対応のモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が正の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＞０）には、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング素子（図示せず）のオンオフ動作（スイッチング動作）により、平滑コンデンサＣ０からの直流電圧ＶＨを３相交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＝０）には、スイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング動作により、直流電圧ＶＨを、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクが零になるような３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２へ供給する。
【００６２】
さらに、ハイブリッド自動車１００の回生制動時には、車輪１５０からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電を行なう。回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサＣ０を介してコンバータ１５へ供給する。そして、コンバータ１５は、デューティ比制御に従ったスイッチング素子Ｑ１のオン期間に、電源ライン７から電源ライン６へメインバッテリＢの充電電流を供給する。
【００６３】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車１００を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６４】
このように、インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２に従ったスイッチング制御により、モータジェネレータＭＧ２が動作指令（トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２））に従って動作するように電力変換を行なう。
【００６５】
また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からのスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１に従ったスイッチング制御により、モータジェネレータＭＧ１が動作指令（トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１））に従って動作するように電力変換を行なう。
【００６６】
このように、制御装置５０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより、ハイブリッド自動車１００では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電によるメインバッテリＢの充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）によるメインバッテリＢの充電電力の発生を、車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。
【００６７】
図１から理解されるように、ハイブリッド自動車１００では、コンバータ１５によって、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加することができる。この結果、同一パワー出力に対するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流を低減できるので、電力損失を低減させて駆動効率を高めることが可能となる。一方で、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を確保するためにメインバッテリＢから電力が出力される場合には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度は、スイッチング動作に伴う発熱によって上昇する。回生制動時等に、メインバッテリＢの充電電流が急激に生じた場合も同様である。この際のスイッチング素子の温度変化について、図２を用いて説明する。
【００６８】
図２を参照して、ドライバのアクセル操作によってアクセル開度ＡＣＣが増加すると、加速要求に応答してモータジェネレータＭＧ２の出力が増加するため、メインバッテリＢから電力が出力される。これに伴って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２では電力変換のためのスイッチング動作によって素子温度Ｔｓｗが上昇する。なお、素子温度Ｔｓｗは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々の温度を包括的に標記するものである。
【００６９】
一方、スイッチング素子には、図示しない冷却機構が設けられる。このため、アクセル開度ＡＣＣが復帰することによって、メインバッテリＢからの電力出力が停止されると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２での発熱が収まると、素子温度Ｔｓｗは低下する。この結果、アクセルペダル７０が操作された比較的短期間において、温度変化が発生する。このような温度変化によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を構成する導体部分に膨張・収縮に伴う応力が、熱ストレスとして作用する。この熱ストレスの大きさは、温度変化量ΔＴに依存する。
【００７０】
温度変化量ΔＴは、上記のような温度上昇局面での発熱量によって決まる。このため、温度変化量ΔＴは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチングする電流、すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流（以下、「素子電流」とも称する）に主に依存する。
【００７１】
このような短時間での温度変化量ΔＴによる熱ストレスは、一回のストレスで素子破壊を起こすことはないものの、ハイブリッド自動車１００の実使用時に繰返し発生される。このため、繰返し作用する熱ストレスが大きいと、素子寿命に影響を及ぼす虞がある。
【００７２】
図３を参照して、熱ストレスに対応してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の寿命を設計する際には、温度変化量ΔＴの基準分布５００が予め定められる。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の構成要素のサイズ（厚み・幅）や材質等は、基準分布５００に応じた熱ストレスを想定して決められる。このため、実使用における温度変化量ΔＴの実際の分布５１０（以下、実績分布５１０と称する）が、基準分布５００に対して高温側にずれた場合には、素子寿命が想定値よりも短くなることが懸念される。
【００７３】
このため、スイッチング素子の温度変化によってもたらされる熱ストレスを考慮すれば、スイッチング素子の寿命を維持するために、温度変化量ΔＴを管理する必要があることが理解される。
【００７４】
熱ストレスにつながる温度変化量ΔＴが生じる温度上昇局面は、上述のように、ドライバによるアクセル操作等、メインバッテリＢの充放電を伴って発生する。以下では、温度変化量ΔＴが発生するようなメインバッテリＢの充放電を生じさせる動作を「負荷動作」と呼ぶこととする。
【００７５】
エンジン１１０の始動時にも、モータジェネレータＭＧ１によるモータリングトルクを発生させるために、メインバッテリＢから電力が出力される。また、車両減速度が大きいときにも、メインバッテリＢの充電電流が大きくなる。すなわち、アクセル操作による加速走行に加えて、エンジン始動、および、所定レベルを超えた回生ブレーキ力の発生も、上述の負荷動作に含まれ得る。
【００７６】
負荷動作は、たとえば、ドライバによるペダル操作（アクセル操作／ブレーキ操作）やエンジン１１０の始動指令に基づいて、検知することができる。あるいは、実際にバッテリ電流Ｉｂに基づいて、負荷動作を検出することも可能である。図３に示すように、本実施の形態では、このような負荷動作の検出時には、負荷フラグＦＰがオンされるものとする。
【００７７】
本実施の形態によるハイブリッド自動車１００では、以下に説明するような温度変化量ΔＴの管理制御を加味した走行制御が実行される。
【００７８】
図４は、ハイブリッド自動車１００の走行制御を説明する機能ブロック図である。図４に示す制御構成は、制御装置５０の機能の一部として設けられる。なお、図４を始めとするブロック図に示される各機能ブロックは、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵがソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。
【００７９】
図４を参照して、制御装置５０は、要求パワー算出部２１０と、トータルパワー制御部２２０と、ブレーキ協調制御部２５０と、温度変化制限部４００を含む。車速センサ７５は、ハイブリッド自動車１００の車速Ｖｓを検出する。
【００８０】
要求パワー算出部２１０は、アクセル開度ＡＣＣおよび車速Ｖｓに基づいて、運転者が要求する車両運転に必要な駆動力を得るのに必要な車両要求パワーＰｒｑ（以下、単に要求パワーＰｒｑとも称する）を算出する。要求パワー算出部２１０によって算出された要求パワーＰｒｑは、トータルパワー制御部２２０へ入力される。
【００８１】
トータルパワー制御部２２０には、さらに、メインバッテリＢのＳＯＣが入力される。トータルパワー制御部２２０は、ＳＯＣに基づいて算出されるメインバッテリＢの充電に必要な充電パワーＰｃｈと、要求パワーＰｒｑとの和に従って、下記式（１）に従って、車両全体での出力パワーであるトータルパワーＰｔｔｌを算出する。
【００８２】
Ｐｔｔｌ＝Ｐｒｑ＋Ｐｃｈ＋Ｐｌｏｓｓ …（１）
（１）式中において、Ｐｌｏｓｓは、ハイブリッド自動車１００の走行における損失パワーに相当する。損失パワーＰｌｏｓｓについては、車両走行状態（車速等）に応じて適正値を設定するマップを予め作成することが好ましい。また、ＳＯＣが十分高くメインバッテリＢの充電が不要である場合には、Ｐｃｈ＝０に設定される。
【００８３】
トータルパワー制御部２２０は、式（１）に従って算出されたトータルパワーＰｔｔｌを、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２に配分する。モータパワーＰｍｇ１は、モータジェネレータＭＧ１の出力パワーであり、モータパワーＰｍｇ２は、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーである。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電時には、Ｐｍｇ２，Ｐｍｇ１はそれぞれ負値に設定される。
【００８４】
具体的には、トータルパワー制御部２２０は、エンジン１１０の作動要否を判定した上で、上記のパワー配分を決定する。基本的には、要求パワーＰｒｑが、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーのみによって確保できないときに、エンジン１１０の作動が指示される。また、エンジン停止時に、メインバッテリＢを充電するためにＰｃｈ＞０に設定されると、エンジン１１０が始動される。モータジェネレータＭＧ２の出力パワーは、メインバッテリＢの出力電力が出力電力上限値Ｗｏｕｔを超えない範囲内で設定される。
【００８５】
トータルパワー制御部２２０は、エンジン作動時には、トータルパワーＰｔｔｌとエンジン回転数Ｎｅｇに基づき、必要なエンジントルクを得るための、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒを設定する。すなわち、メインバッテリＢの充電時に上乗せされる充電パワーＰｃｈは、エンジンパワーＰｅｇへ反映される。
【００８６】
基本的には、エンジントルクおよび回転数の組み合わせによって定義されるエンジン動作点が、高効率の運転領域内となるように、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが設定される。したがって、基本的には、アクセル操作による加速要求には、メインバッテリＢからのモータジェネレータＭＧ２の出力によって対応する。このため、加速走行時には、メインバッテリＢからの放電電流によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に発熱が生じる。
【００８７】
エンジンＥＣＵ２８０は、制御装置５０とは別個に設けられ、トータルパワー制御部２２０から送られたエンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが実現されるように、エンジン１１０の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等を制御する。さらに、トータルパワーＰｔｔｌが確保されるように、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２が設定される。このようにして、トータルパワーＰｔｔｌに対する、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２の間のパワー配分が実行される。
【００８８】
パワー配分では、メインバッテリＢに対する入出力電力が、Ｗｉｎ〜Ｗｏｕｔの範囲内に収まるように、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２が設定される。すなわち、出力電力上限値Ｗｏｕｔが低いときには、相対的にエンジンパワーＰｅｇが上昇する。
【００８９】
モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２は、ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２へ送られる。ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２は、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がそれぞれ出力するように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）を設定する。そして、ＭＧ１制御部３０１は、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクをトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に従って制御するように、インバータ２０のスイッチング制御信号ＳＩＮＶ１を生成する。同様に、ＭＧ２制御部３０２は、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクをトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従って制御するように、インバータ３０のスイッチング制御信号ＳＩＮＶ２を生成する。
【００９０】
なお、モータパワーＰｍｇ２は、トータルパワー制御部２２０によるパワー配分によって、モータジェネレータＭＧ２による走行や駆動力アシストに必要な出力パワーに基づいて設定されている。回生制動時には、モータパワーＰｍｇ２が負値に設定されることにより、モータジェネレータＭＧ２が発電する。さらに、ＭＧ１制御部３０１が、モータパワーＰｍｇ１に従ってモータジェネレータＭＧ１を制御することによって、モータジェネレータＭＧ１の発電電力、すなわち、メインバッテリＢの充電が制御される。
【００９１】
ブレーキ協調制御部２５０は、ブレーキ操作量ＢＲＫおよび車速Ｖｓに基づいて、ハイブリッド自動車１００全体で必要なトータル制動力を算出するとともに、算出されたトータル制動力のうちの回生ブレーキによる分担量に相当する回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒを出力する。回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒは、メインバッテリＢの入力上限電力値Ｗｉｎを超えない範囲で設定される。
【００９２】
トータルパワー制御部２２０は、回生制動時には、回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒを反映してモータパワーＰｍｇ２を設定する。さらに、トータルパワー制御部２２０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク、回転数等に基づいて、実際の回生ブレーキ値Ｐｒｂａを算出する。算出された回生ブレーキ値Ｐｒｂａは、ブレーキ協調制御部２５０へ送出される。
【００９３】
ブレーキ協調制御部２５０は、上記のトータル制動力に対する回生ブレーキ値Ｐｒｂａの不足分に従って、ハイブリッド自動車１００の各車輪に設けられた油圧ブレーキ（図示せず）の制動力を制御する。このように、モータジェネレータＭＧ２による回生ブレーキと図示しない油圧ブレーキとを協調的に制御することによって、必要なトータル制御力が確保される。
【００９４】
温度センサ７８は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の素子温度を検出する。たとえば、温度センサ７８は、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として構成されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵された温度センサを使用することができる。
【００９５】
温度変化制限部４００は、代表的には温度センサ７８によって検出された素子温度に基づいて、スイッチング素子の温度変化量ΔＴを抑制するための制限値Ｐｌｉｍを必要に応じて設定する。トータルパワー制御部２２０は、温度変化制限部４００によって制限値が設定された場合には、この制限値Ｐｌｉｍを守るように、上述のパワー配分を調整する。
【００９６】
図５は、実施の形態１による温度変化制限部４００の構成を説明する機能ブロック図である。
【００９７】
図５を参照して、温度変化制限部４００は、検出部４０５と、ΔＴ管理部４１０と、基準分布記憶部４２０と、比較部４３０と、制限設定部４４０とを含む。
【００９８】
検出部４０５は、負荷動作の検出に応答して、負荷フラグＦＰをオンする。たとえば、
検出部４０５は、ドライバによるアクセル操作あるいはブレーキ操作や、パワー配分制御に基づくエンジン始動指令に応答して、負荷フラグＦＰのオンオフを制御する。あるいは、バッテリ電流Ｉｂの検出値に基づいて、負荷動作を検出してもよい。
【００９９】
ΔＴ管理部４１０は、検出部４０５によって負荷フラグＦＰがオンされたときに、温度センサ７８からの素子温度Ｔｓｗに基づいて、１回の負荷動作における温度変化量ΔＴを求めるとともに、負荷動作毎に求められた温度変化量ΔＴを記憶する。これにより、図４に示した、温度変化量ΔＴの実績分布５１０がΔＴ管理部４１０に蓄積される。一方、基準分布記憶部４２０は、図４に示した基準分布５００を記憶する。
【０１００】
比較部４３０は、診断指示が入力されると、基準分布記憶部４２０に記憶された基準分布５００と、ΔＴ管理部４１０にこれまで蓄積された温度変化量ΔＴに基づく実績分布５１０とを比較する。なお、診断指示は、ハイブリッド自動車１００のＮ回（Ｎ：自然数）のトリップ毎に発生されてもよく、所定走行距離毎に発生されてもよい。あるいは、一定期間（１ヶ月、半月、１年毎等）に診断指示が発生されてもよい。
【０１０１】
比較部４３０は、実績分布５１０および基準分布５００を比較する。そして、図４に示されるように、実績分布５１０が基準分布５００に対して高温側への外れ度合いを定量的に示す評価パラメータＰＲを出力する。評価パラメータＰＲは、たとえば図４における領域５２０の面積に対応させて算出することができる。あるいは、実績分布５１０の平均値、標準偏差、最大値等に基づく、定量化のための関係式を予め設定することによって、評価パラメータＰＲを算出してもよい。
【０１０２】
制限設定部４４０は、比較部４３０によって算出された評価パラメータＰＲに基づいて、トータルパワー制御部２２０へ送出する制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、制限値Ｐｌｉｍは、バッテリ電流Ｉｂの上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）および／または出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を含む。なお、上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）は、バッテリ電流Ｉｂの絶対値を制限する。
【０１０３】
トータルパワー制御部２２０が制限値Ｐｌｉｍの範囲内でパワー出力配分を決定することにより、メインバッテリＢの電力入出力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御、すなわち、メインバッテリＢおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間の電力変換が制限される。特に、電力変換に基づいて発生するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流が制限されることになる。このような制限下では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でのスイッチング動作に伴って生じる温度変化量ΔＴについても抑制されるので、高温側にずれた実績分布５１０を低温側にシフトさせて、基準分布５００に近付けることができる。
【０１０４】
上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）を設定することによってバッテリ電流Ｉｂを制限すると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流が直接的に抑制される。この結果、負荷動作の際の発熱量、すなわち温度変化量ΔＴを抑制することが可能となる。
【０１０５】
また、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）によって出力電力上限値Ｗｏｕｔを制限すると、出力電力の制限に付随して、バッテリ電流Ｉｂが自然に抑制される。さらに、出力電力上限値Ｗｏｕｔが低くなると、エンジン１１０を停止した走行が適用され難い方向に、パワー配分が制御される。この結果、一旦作動したエンジン１１０が停止され難くなるので、エンジン始動の頻度を減少させることができる。エンジン始動の際には、メインバッテリＢからモータジェネレータＭＧ１へ比較的大きな電流を供給する必要があるので、エンジン始動の頻度を低減することによって、大きな温度変化量ΔＴが発生する頻度を抑制することが期待できる。
【０１０６】
図６は、制限設定部４４０による制限値Ｐｌｉｍの設定を概略的に説明する概念図である。図６の横軸は、比較部４３０によって算出された評価パラメータＰＲであり、図６の縦軸は、制限値Ｐｌｉｍを示す。
【０１０７】
図６を参照して、評価パラメータＰＲが、閾値Ｐ１よりも低いときには、制限値ＰｌｉｍはレベルＬ１に設定される。このＬ１は、温度変化量ΔＴの管理面からは、バッテリ電流Ｉｂおよび出力電力上限値Ｗｏｕｔ等に制限が与えられないことを示す。すなわち、レベルＬ１では、これら制限値はデフォルト値に設定される。
【０１０８】
評価パラメータＰＲが、閾値Ｐ１よりも高くなると、電力変換を制限するように、バッテリ電流Ｉｂまたは出力電力上限値Ｗｏｕｔ等を制限するための制限値Ｐｌｉｍが設定される。特に、評価パラメータＰＲが大きくなるに従って、制限の度合が大きくなるように、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。図６の例では、Ｉｂ（ｌｉｍ）および／またはＷｏｕｔ（ｌｉｍ）は、レベルＬ３では、レベルＬ２よりも小さい値に設定される。なお、メインバッテリＢの充電を制限する入力電力上限値Ｗｉｎについても、同様の制限値Ｗｉｎ（ｌｉｍ）を設定することができる。
【０１０９】
図７は、本発明の実施の形態１による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図７に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１１０】
図７を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００により、診断指示が発生されているかどうかを判定する。制御装置５０は、診断指示が発生されていないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１０５，Ｓ１１０により、負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における素子温度Ｔｓｗの温度変化量ΔＴを求めるとともに蓄積する。
【０１１１】
制御装置５０は、診断指示が発生されたときには（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１１０により、これまでに蓄積された温度変化量ΔＴの分布を演算する。これにより、図４に示した実績分布５１０が求められる。
【０１１２】
制御装置５０は、ステップＳ１２０により、基準分布５００を読出すとともに、ステップＳ１３０により、温度変化量ΔＴについて実績分布５１０と基準分布５００とを比較する。ステップＳ１３０では、上述のように、分布の比較に基づいて評価パラメータＰＲが算出される。そして、制御装置５０は、ステップＳ１４０により、図６に説明したように、ステップＳ１３０で算出された評価パラメータＰＲに基づいて電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。
【０１１３】
ステップＳ１４０で設定された制限値Ｐｌｉｍは、次回の診断指示が発せられるまで維持されて、以降の車両走行に反映される。これにより、スイッチング素子の通過電流を抑制して温度変化量ΔＴを抑制する方向に、メインバッテリＢの電力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御が制限される。
【０１１４】
図７のフローチャートから理解されるように、当該制限値Ｐｌｉｍが設定された後の温度変化量ΔＴの実績が、ステップＳ１０５，Ｓ１１０によって、さらに蓄積される。そして、次回の診断指示が発せられると、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０によって、温度変化量ΔＴの実績分布が改めて求められて、基準分布５００と比較される。この新たな比較結果に従って、制限値Ｐｌｉｍは更新される。すなわち、前回の実績分布からの改善度合に応じて、制限値Ｐｌｉｍを緩和あるいは強化することができる。あるいは、制限値Ｐｌｉｍを設けた後に、評価パラメータＰＲが閾値Ｐ１より小さい値に復帰した場合には、制限値Ｐｌｉｍをデフォルト値に復帰させることができる。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムによれば、負荷動作に伴う比較的短時間でのスイッチング素子の温度変化量ΔＴの実績分布を定期的に管理して、寿命設計で用いた基準分布と比較することができる。そして、実績分布が基準分布と比較して高温側にずれている場合には、スイッチング素子の通過電流を抑制する方向に電力変換の制限値Ｐｌｉｍを設定することによって、実績分布を基準分布に近づけることができる。これにより、温度変化量ΔＴの発生によりスイッチング素子に作用する熱ストレスが過大となることによって、スイッチング素子の寿命が短くなることを防止できる。
【０１１６】
［実施の形態２］
実施の形態１では、温度変化量ΔＴの実績分布が基準分布よりも高温側に外れている傾向を検出することによって、熱ストレスを抑制するための制限値Ｐｌｉｍを設定した。実施の形態２では、温度変化量ΔＴの実績分布が高温側に外れないように未然に防止するための制限値Ｐｌｉｍの設定について説明する。以下の説明で明らかになるように、実施の形態２およびその変形例による制御は、実施の形態１による制御と組み合わせて適用することが可能である。
【０１１７】
図８は、実施の形態２における温度変化制限部４００の構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態２では、制限値Ｐｌｉｍを設定するための温度変化制限部４００以外の部分の構成は、実施の形態１と同様であるので、その他の部分については説明を繰返さない。
【０１１８】
図８を参照して、実施の形態２による温度変化制限部４００は、検出部４０５と、制限設定部４５０とを含む。
【０１１９】
検出部４０５は、図５に示したものと同様であり、負荷動作の検出時に負荷フラグＦＰをオンする。
【０１２０】
制限設定部４５０は、負荷フラグＦＰがオンされたときに、当該負荷動作であるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度上昇量Ｔｕｐに基づいて制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、負荷フラグＦＰがオンされたときの素子温度Ｔｓｗを初期値として、当該初期値からの温度上昇量Ｔｕｐを求めることができる。
【０１２１】
さらに、制限設定部４５０には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の冷却能力に関連する状態量である、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒが入力される。冷却水温度Ｔｗｔは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を冷却するための図示しない冷却機構における冷媒温度を示す。雰囲気温度Ｔａｒは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が配置される空間の雰囲気温度あるいはこれに関連した温度測定値である。したがって、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒが低い場合には、スイッチング素子の冷却能力が高くなるため、同一の通過電流に対して温度変化量ΔＴが相対的に抑制されることが期待できる。
【０１２２】
図９は、実施の形態２による制限設定部４５０による制限値の設定を説明するための図である。図９の横軸Ｔｕｐは、負荷動作の検出時における素子温度Ｔｓｗの温度上昇量Ｔｕｐを示す。縦軸は、制限値Ｐｌｉｍを示す。制限値Ｐｌｉｍは、実施の形態１と同様の上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）および、メインバッテリＢの充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）を含む。負荷動作の開始から充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）が経過すると、メインバッテリＢに対する電力の入出力が禁止される。なお、充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）は、実施の形態１での制限値Ｐｌｉｍに含めることも可能である。
【０１２３】
図９を参照して、温度上昇量Ｔｕｐが閾値Ｔ１までの間は、制限値ＰｌｉｍはレベルＬ１に設定される。すなわち、制限値はデフォルト値に設定されて、温度上昇量Ｔｕｐの面からは電力変換の制限が設定されない。
【０１２４】
一方で、温度上昇量Ｔｕｐが閾値Ｔ１を超えると、制限値が設定されることによって、バッテリ電流Ｉｂあるいは充放電可能時間が制限されることになる。閾値Ｔ１は、図４に示した基準分布５００に対応して設定される。たとえば、閾値Ｔ１は、基準分布５００における平均温度Ｔａよりも高い温度に設定される。
【０１２５】
温度上昇量Ｔｕｐ＞Ｔ１の領域では、温度上昇量Ｔｕｐが大きくなるのに応じて、電力変換の制限が強化される。具体的には、上限電流Ｉｂ（ｌｉｍ）や充放電可能時間Ｔ（ｌｉｍ）が零に向かって徐々に小さく設定される。そして、温度上昇量Ｔｕｐが上限温度Ｔｍａｘに達すると、Ｉｂ（ｌｉｍ）＝０および／またはＴ（ｌｉｍ）＝０となって、メインバッテリＢの充放電が禁止される。上限温度Ｔｍａｘは、図４に示した基準分布５００において想定された上限温度Ｔｍａｘに対応して設定することができる。
【０１２６】
なお、制限値Ｐｌｉｍの設定については、スイッチング素子の冷却能力に応じて変化させてもよい。具体的には、冷却能力が高い場合には、閾値Ｔ１を高温側に推移させる一方で、冷却能力が低い場合には、閾値Ｔ１を低温側に推移させることが好ましい。
【０１２７】
図１０は、本発明の実施の形態２による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図１０に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１２８】
図１０を参照して、制御装置５０は、ステップＳ２００により、負荷動作が検出されているかどうかを判定する。ステップＳ２００の判定は、負荷フラグＦＰに基づいて実行できる。
【０１２９】
制御装置５０は、負荷動作の検出中（Ｓ２００のＮＯ判定時）は、ステップＳ２１０により、当該負荷動作での温度上昇量Ｔｕｐを算出する。そして、制御装置５０は、ステップＳ２２０により、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒに基づいて、スイッチング素子の冷却能力をチェックする。
【０１３０】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２３０により、図９で説明したように、ステップＳ２１０で算出された温度上昇量Ｔｕｐに基づいて、電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。この際に、ステップＳ２２０で求められたスイッチング素子の冷却能力をさらに加味して、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。
【０１３１】
これにより、負荷動作の検出時に温度上昇量Ｔｕｐが大きくなると、バッテリ電流Ｉｂを抑制することにより、あるいは、充放電の禁止によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流を制限することができる。この結果、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発熱によって生じる温度変化量ΔＴを抑制できる。
【０１３２】
このように、実施の形態２では、負荷動作の開始からの温度上昇量Ｔｕｐに応じて、基準分布５００と対応付けて電力変換の制限値を設定することができる。この結果、負荷動作における温度変化量ΔＴについて、基準分布５００から大きく外れることを未然に防止するように管理することができる。
【０１３３】
（変形例）
再び図８を参照して、実施の形態２の変形例によれば、制限設定部４５０は、負荷フラグＦＰがオンされたときに、当該負荷動作での温度上昇量を予測するための状態量に基づいて制限値Ｐｌｉｍを設定する。たとえば、制限設定部４５０は、スイッチング素子の通過電流Ｉｓｗ（以下、素子電流）やバッテリ電流Ｉｂに基づいて、制限値Ｐｌｉｍを設定する。
【０１３４】
図１１および図１２は、実施の形態２の変形例による制限設定部４５０による制限値の設定を説明するための図である。図１１の横軸は、通過電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂである。
【０１３５】
図１１の縦軸は、制限値Ｐｌｉｍの１つとして示される、コンバータ１５でのスイッチング周波数の上限値ｆｓｗ（ｌｉｍ）であり、図１１の縦軸は、実施の形態１と同様の出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）である。
【０１３６】
図１１を参照して、一般的に、スイッチング素子での電力損失は、スイッチング周波数ｆｓｗが大きくなるにつれて高くなり、その結果素子温度の上昇も激しくなる。一方で、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させると、コンバータ１５におけるリップル電流が増大する。したがってスイッチング周波数ｆｓｗのデフォルト値としては、リップル電流の限界およびスイッチング素子の損失がバランスする適正値に設定されている。
【０１３７】
これに対して、負荷動作の検出時には、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも大きくなると、コンバータ１５のスイッチング周波数を低下するように、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はデフォルト値（レベルＬ１）よりも低下される。そして、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが大きくなるのに応じて、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はさらに低下される。
【０１３８】
一方で、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも小さいときには、ｆｓｗ（ｌｉｍ）はデフォルト値に設定される。この閾値Ｉ１は、図４に示した基準分布５００に対応して設定される。たとえば、閾値Ｉ１は、実機実験結果等に基づいて、一定時間の通電によって図９の閾値Ｔ１に相当する温度上昇を発生させるような電流値に設定される。
【０１３９】
あるいは、図１１に示すように、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂに応じて、出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を設定するようにしてもよい。
【０１４０】
図１１を参照して、負荷動作の検出時には、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが閾値Ｉ１よりも大きくなると、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）がデフォルト値（レベルＬ１）よりも低下される。さらに、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが大きくなるのに応じて、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）はさらに低下される。
【０１４１】
そして、素子電流Ｉｓｗまたはバッテリ電流Ｉｂが上限電流Ｉｍａｘに達すると、制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）＝０となって、メインバッテリＢの放電が禁止される。なお、入力電力上限値Ｗｉｎについても、同様の制限値Ｗｉｎ（ｌｉｍ）によって制限することが可能である。
【０１４２】
図１２において、閾値Ｉ１は図１１と同様に設定できる。また、上限電流Ｉｍａｘについては、基準分布５００での上限温度Ｔｍａｘを考慮して設定することが好ましい。
【０１４３】
また、図１１および図１２における制限値の設定についても、図９と同様に、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒから把握されるスイッチング素子の冷却能力に応じて、調整することができる。
【０１４４】
図１３は、本発明の実施の形態２による電動車両における温度変化量の抑制制御を説明するフローチャートである。制御装置５０は、図１３に示すフローチャートによる制御処理を、所定周期毎に繰返し実行する。
【０１４５】
図１３を参照して、制御装置５０は、図１０と同様のステップＳ２００により、負荷動作が検出されているかどうかを判定する。
【０１４６】
制御装置５０は、負荷動作の検出中（Ｓ２００のＮＯ判定時）は、ステップＳ２１５により、当該負荷動作での温度上昇量を推定するための状態量（データ）を取得する。ステップＳ２１５では、たとえば、素子電流Ｉｓｗおよび／またはバッテリ電流Ｉｂが取得される。
【０１４７】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２２０により、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒに基づいて、スイッチング素子の冷却能力をチェックする。
【０１４８】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２３５により、図１１および図１２で説明したように、ステップＳ２１５で取得された状態量（データ）に基づいて、電力変換における制限値Ｐｌｉｍを設定する。この際に、ステップＳ２２０で求められたスイッチング素子の冷却能力をさらに加味して、制限値Ｐｌｉｍを設定することが好ましい。上述のように、ステップＳ２３５で設定される制限値Ｐｌｉｍは、コンバータ１５でのスイッチング周波数の上限値ｆｓｗ（ｌｉｍ）および／または出力電力上限値Ｗｏｕｔの制限値Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ）を含む。
【０１４９】
これにより、負荷動作の検出時に温度上昇量Ｔｕｐが大きくことが推定される状態であるときには、制限値の設定によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発熱によって生じる温度変化量ΔＴを未然に抑制することが期待できる。
【０１５０】
このように、実施の形態２の変形例では、負荷動作時には、温度上昇に大きく影響する状態量（電流データ)に基づいて、電力変換の制限値Ｐｌｉｍを設定することができる。この結果、負荷動作における温度変化量ΔＴが基準分布５００から大きく外れることを未然に防止するように管理することができる。
【０１５１】
上述の実施の形態１，２およびその変形例では、制限値Ｐｌｉｍを適宜例示したが、この制限値については、スイッチング素子での発熱を抑制する方向に、メインバッテリＢの電力によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御が制限することができる制限値であれば、実施の形態１，２またはその変形例での制限値Ｐｌｉｍの設定を適用することができる。
【０１５２】
また、実施の形態２で説明した、スイッチング素子の冷却能力に応じた制限値の調整については、実施の形態１に適用することも可能である。たとえば、実施の形態１において、診断指示に応答して設定された制限値Ｐｌｉｍについて、冷却水温度Ｔｗｔおよび／または雰囲気温度Ｔａｒから把握されるスイッチング素子の冷却能力に応じて、制限を緩和（冷却能力高のとき）あるいは制限を強化（冷却能力低のとき）するように、調整を加えた上で車両制御に用いることも可能である。
【０１５３】
さらに、実施の形態１，２およびその変形例では、コンバータ１５を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２での温度変化量ΔＴを抑制するための制御について説明したが、インバータ２０，３０を構成する図示しないスイッチング素子の温度変化量を抑制するように、本実施の形態による制御を適用することも可能である。さらには、メインバッテリＢに代表される蓄電装置と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に代表される走行用モータとの間で電力変換を実行する電力変換器を構成するスイッチング素子について、負荷動作におけるスイッチング素子の温度変化量を抑制するための本実施の形態による制御を適用することが可能である。
【０１５４】
なお、ハイブリッド自動車１００の駆動系の構成は、図１の例示に限定されない点について確認的に記載する。さらに、本実施の形態では電動車両の代表例としてハイブリッド自動車を例示したが、エンジンを搭載しない電気自動車や、燃料電池を搭載する燃料電池自動車であっても、本発明の適用が可能である。
【０１５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明は電動車両の電源システムにおけるスイッチング素子の保護制御に適用することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１１，２７ 電流センサ、１２，７８ 温度センサ、１５ コンバータ、２０，３０ インバータ、２８ 回転角センサ、５０ 制御装置（ＥＣＵ）、５２ ＲＯＭ、７０ アクセルペダル、７１ ブレーキペダル、７３ アクセル開度センサ、７４ ブレーキペダル踏込量センサ、７５ 車速センサ、１００ ハイブリッド自動車、１１０ エンジン、１１２ 冷却水温センサ、１２０ 動力分割機構、１２５ 出力軸、１３０ 減速機、１４０ 駆動軸、１５０ 車輪、２１０ 要求パワー算出部、２２０ トータルパワー制御部、２５０ ブレーキ協調制御部、２８０ エンジンＥＣＵ、３０１ ＭＧ１制御部、３０２ ＭＧ２制御部、４００ 温度変化制限部、４０５ 検出部、４１０ ΔＴ管理部、４２０ 基準分布記憶部、４３０ 比較部、４４０，４５０ 制限設定部、５００ 基準分布（ΔＴ）、５１０ 実績分布（ΔＴ）、ＡＣＣ アクセル開度、Ｂ メインバッテリ、ＢＲＫ ブレーキ操作量、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ 逆並列ダイオード、ＦＰ 負荷フラグ、Ｉ１，Ｐ１，Ｔ１ 閾値、Ｉｂ バッテリ電流、Ｉｂ（ｌｉｍ） 上限電流（バッテリ電流）、Ｉｍａｘ 上限電流、Ｉｓｗ 素子電流、Ｌ リアクトル、ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２） モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｎｅｇ エンジン回転数、Ｎｅｇｒ エンジン目標回転数、Ｎｍｔ 回転数、ＰＲ 評価パラメータ、Ｐｅｇ エンジンパワー、Ｐｌｉｍ 制限値、Ｐｍｇ１，Ｐｍｇ１ モータパワー、Ｐｒｂａ 回生ブレーキ値、Ｐｒｂｒ 回生ブレーキ要求値、Ｐｒｑ 車両要求パワー、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＣＮＶ，ＳＩＮＶ１，ＳＩＮＶ２ スイッチング制御信号、Ｔ（ｌｉｍ） 充放電可能時間、Ｔａ 平均温度（基準分布）、Ｔａｒ 雰囲気温度（スイッチング素子）、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｍａｘ 上限温度、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、Ｔｓｗ 素子温度、Ｔｕｐ 横軸、Ｔｕｐ 温度上昇量、Ｔｗｔ 冷却水温度、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２ コイル巻線、ＶＨ 直流電圧、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｓ 車速、Ｗｉｎ 入力電力上限値、Ｗｉｎ（ｌｉｍ） 制限値（入力電力上限値）、Ｗｏｕｔ 出力電力上限値、Ｗｏｕｔ（ｌｉｍ） 制限値（出力電力上限値）、ｆｓｗ（ｌｉｍ） スイッチング周波数上限値。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両であって、
前記電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、
スイッチング素子のオンオフ制御によって前記電動機および前記蓄電装置の間で電力変換を実行するように構成された電力変換器と、
前記電力変換を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記スイッチング素子の温度が上昇するような前記蓄電装置の充放電を生じさせる負荷動作の発生を検出するための検出部と、
各前記負荷動作における前記スイッチング素子の温度変化量に応じて、前記スイッチング素子の通過電流を抑制するための前記電力変換における制限値を設定するための制限設定部とを含む、電動車両。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記温度変化量についての予め定められた基準分布を記憶するための記憶部と、
前記負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における前記温度変化量の実績を累積的に記憶するための実績管理部と、
前記実績管理部に累積された前記温度変化量の実績分布と、前記記憶部に記憶された前記基準分布とを比較するための比較部とをさらに含み、
前記制限設定部は、前記比較部による比較結果に基づいて、前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項３】
前記比較部は、前記基準分布および前記実績分布の比較に従って前記基準分布に対する前記実績分布の高温側の外れ度合いを定量的に示すパラメータ値を算出し、
前記制限設定部は、前記パラメータ値の上昇に応じて前記制限値をデフォルト値から低下させるように、前記制限値を設定する、請求項２記載の電動車両。
【請求項４】
前記制限設定部は、前記制限値をデフォルト値から低下させているときに、前記パラメータ値が所定値まで低下すると、前記制限値を前記デフォルト値に復帰させる、請求項３記載の電動車両。
【請求項５】
前記制限値は、前記蓄電装置の電流上限値と、前記蓄電装置の出力電力上限値の制限値との少なくとも一方を含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項６】
前記比較部は、前記電動車両が一定距離を走行する毎に、前記基準分布および前記実績分布を比較する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項７】
前記比較部は、所定の一定期間が経過する毎に、前記基準分布および前記実績分布を比較する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項８】
前記制限設定部は、前記負荷動作の発生時に、前記負荷動作の開始時からの前記スイッチング素子の温度上昇量に応じて前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項９】
前記制限設定部は、前記温度上昇量が閾値よりも高いときに、前記制限値をデフォルト値から低下させるように前記制限値を設定し、
前記閾値は、前記温度変化量についての予め定められた基準分布における平均温度よりも高い、請求項８記載の電動車両。
【請求項１０】
前記制限値は、前記蓄電装置の電流上限値と、前記蓄電装置の充放電制限時間との少なくとも一方を含む、請求項８または９に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記制限設定部は、前記負荷動作の発生時には、前記スイッチング素子の通過電流に対応する電流データに応じて前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項１２】
前記制限設定部は、前記電流データが閾値よりも高いときに、前記制限値をデフォルト値から低下させるように前記制限値を設定し、
前記閾値は、前記温度変化量についての予め定められた基準分布に基づいて設定される、請求項１１記載の電動車両。
【請求項１３】
前記制限値は、前記電力変換器における前記スイッチング素子のスイッチング周波数上限値を含む、請求項１１または１２に記載の電動車両。
【請求項１４】
前記制限設定部は、前記スイッチング素子の冷却能力を示す温度データをさらに反映して、前記冷却能力が高いときには前記冷却能力が低いときよりも制限が緩和されるように、前記制限値を設定する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１】
車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両であって、
前記電動機に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置と、
スイッチング素子のオンオフ制御によって前記電動機および前記蓄電装置の間で電力変換を実行するように構成された電力変換器と、
前記電力変換を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記スイッチング素子の温度が上昇するような前記蓄電装置の充放電を生じさせる負荷動作の発生を検出するための検出部と、
各前記負荷動作における前記スイッチング素子の温度変化量に応じて、前記スイッチング素子の通過電流を抑制するための前記電力変換における制限値を設定するための制限設定部とを含む、電動車両。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記温度変化量についての予め定められた基準分布を記憶するための記憶部と、
前記負荷動作が検出される毎に、当該負荷動作における前記温度変化量の実績を累積的に記憶するための実績管理部と、
前記実績管理部に累積された前記温度変化量の実績分布と、前記記憶部に記憶された前記基準分布とを比較するための比較部とをさらに含み、
前記制限設定部は、前記比較部による比較結果に基づいて、前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項３】
前記比較部は、前記基準分布および前記実績分布の比較に従って前記基準分布に対する前記実績分布の高温側の外れ度合いを定量的に示すパラメータ値を算出し、
前記制限設定部は、前記パラメータ値の上昇に応じて前記制限値をデフォルト値から低下させるように、前記制限値を設定する、請求項２記載の電動車両。
【請求項４】
前記制限設定部は、前記制限値をデフォルト値から低下させているときに、前記パラメータ値が所定値まで低下すると、前記制限値を前記デフォルト値に復帰させる、請求項３記載の電動車両。
【請求項５】
前記制限値は、前記蓄電装置の電流上限値と、前記蓄電装置の出力電力上限値の制限値との少なくとも一方を含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項６】
前記比較部は、前記電動車両が一定距離を走行する毎に、前記基準分布および前記実績分布を比較する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項７】
前記比較部は、所定の一定期間が経過する毎に、前記基準分布および前記実績分布を比較する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項８】
前記制限設定部は、前記負荷動作の発生時に、前記負荷動作の開始時からの前記スイッチング素子の温度上昇量に応じて前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項９】
前記制限設定部は、前記温度上昇量が閾値よりも高いときに、前記制限値をデフォルト値から低下させるように前記制限値を設定し、
前記閾値は、前記温度変化量についての予め定められた基準分布における平均温度よりも高い、請求項８記載の電動車両。
【請求項１０】
前記制限値は、前記蓄電装置の電流上限値と、前記蓄電装置の充放電制限時間との少なくとも一方を含む、請求項８または９に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記制限設定部は、前記負荷動作の発生時には、前記スイッチング素子の通過電流に対応する電流データに応じて前記制限値を設定する、請求項１記載の電動車両。
【請求項１２】
前記制限設定部は、前記電流データが閾値よりも高いときに、前記制限値をデフォルト値から低下させるように前記制限値を設定し、
前記閾値は、前記温度変化量についての予め定められた基準分布に基づいて設定される、請求項１１記載の電動車両。
【請求項１３】
前記制限値は、前記電力変換器における前記スイッチング素子のスイッチング周波数上限値を含む、請求項１１または１２に記載の電動車両。
【請求項１４】
前記制限設定部は、前記スイッチング素子の冷却能力を示す温度データをさらに反映して、前記冷却能力が高いときには前記冷却能力が低いときよりも制限が緩和されるように、前記制限値を設定する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９５８７（Ｐ２０１２−１９５８７Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４６９１（Ｐ２０１０−１５４６９１）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【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１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【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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