電気自動車
【課題】電圧コンバータが備えるダイオードの温度を推定することのできる電気自動車を提供する。
【解決手段】電気自動車１００は、電圧コンバータ２３と、パワーコントローラ２５を備える。電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１とトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２とダイオードＤ１、Ｄ２を有する。電気自動車１００はさらに、ダイオードＤ１、Ｄ２を冷却する冷媒の温度を計測する温度センサＱｗｔと、リアクトルＬ１を流れる電流を計測する電流センサＡｄと、電圧コンバータ２３の出力電圧ＶＨを計測する電圧センサＶｄＨを備える。パワーコントローラ２５（温度推定器）は、温度センサが計測した冷媒温度に、電流センサと電圧センサのセンサデータ及びトランジスタのデューティ比に基づいた温度補正を加算した値をダイオードの推定温度とする。
【解決手段】電気自動車１００は、電圧コンバータ２３と、パワーコントローラ２５を備える。電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１とトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２とダイオードＤ１、Ｄ２を有する。電気自動車１００はさらに、ダイオードＤ１、Ｄ２を冷却する冷媒の温度を計測する温度センサＱｗｔと、リアクトルＬ１を流れる電流を計測する電流センサＡｄと、電圧コンバータ２３の出力電圧ＶＨを計測する電圧センサＶｄＨを備える。パワーコントローラ２５（温度推定器）は、温度センサが計測した冷媒温度に、電流センサと電圧センサのセンサデータ及びトランジスタのデューティ比に基づいた温度補正を加算した値をダイオードの推定温度とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用モータを有する電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、ハイブリッド車、燃料電池車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。バッテリの出力電圧がインバータの入力電圧に適していない場合はさらに、バッテリの出力電圧をインバータの入力電圧に適した電圧に変換するための電圧コンバータを備える場合もある。インバータや電圧コンバータは、モータが発生する電力をバッテリの充電に適した直流電力に変換する役割も担う。インバータや電圧コンバータには、多数のスイッチング素子（典型的にはＩＧＢＴやダイオード）が使われている。特に、走行用の高出力モータのためのるインバータや電圧コンバータには大きな電流が流れるため、それらのスイッチング素子の発熱を抑制することが一つの課題となっている。
【０００３】
それらのスイッチング素子の発熱を抑えるのに先立って、それらの素子の温度を正確に把握することが重要である。各スイッチング素子に温度センサを備えれば正確な温度が把握できるが、それではコストが嵩んでしまう。そこで、いくつかのスイッチング素子には温度センサを配し、温度センサのセンサデータと同時に既設のセンサのデータを利用して温度センサを配していない素子の温度を推定する技術が提案されている。例えば特許文献１では、電圧コンバータの入出力端それぞれの電圧と、電圧コンバータを流れる電流と、特定のスイッチング素子の温度を計測する温度センサのデータを用いて、温度センサが取り付けられていない素子の温度を推定する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３００７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書は、特定のスイッチング素子の温度を参照するのではなく、素子を冷却する冷媒の温度に着目し、冷媒温度を基準とし、電圧コンバータに既設のセンサのデータに基づいてスイッチング素子の温度を推定する技術を提供する。特に、電圧コンバータが備えるダイオードの温度を推定する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電圧コンバータは、通常、リアクトルとトランジスタとダイオードで構成される。なお、上記した３種の素子が主たる構成部品であるが、電圧コンバータはそれら以外の素子を含んでもよい。電気自動車に搭載される電圧コンバータには、ダイオードを含む電圧コンバータ内の電子部品を冷却する冷媒の温度を計測する温度センサと、リアクトルを流れる電流を計測する電流センサ、又は、電圧コンバータの入力端を流れる電流を計測する電流センサと、電圧コンバータの出力電圧を計測する電圧センサが備えられている。本明細書が開示する技術は、それらのセンサデータと、トランジスタのデューティ比を使ってダイオードの温度を推定する。
【０００７】
ダイオードの温度を推定する温度推定器は、温度センサが計測した冷媒温度を基準とする。冷媒はどのスイッチング素子にも均等にいきわたるので、電圧コンバータが有するスイッチング素子群全体の温度の指標（基準）として用いるのに適している。温度推定器は、電流センサと電圧センサのセンサデータ、及び、トランジスタのデューティ比に基づいた温度補正値を算出し、冷媒温度に加算する。その値をダイオードの推定温度とする。電流センサや電圧センサのセンサデータとダイオード温度との関係は予め実験等によって正確に求めておくことができる。本明細書が開示する技術は、実験等によって、電流センサや電圧センサの計測値の様々な値に対応した補正値をマップデータ化して記憶しておくとともに、さらに、トランジスタのデューティ比に基づく補正係数を使って、冷媒温度からダイオード温度を推定する。
【０００８】
温度推定器は、具体的には、個別のダイオードの温度上昇を、ダイオードに流れる電流の平均値に起因する温度上昇分（これをＯＮ損失による温度上昇分ΔＴｏｎと称する）と、スイッチング損失に起因する温度上昇分（これをスイッチング損失による温度上昇分ΔＴｓｗと称する）に分け、それらを別々に算出して冷媒温度Ｔｗｔに加算することによって、個別のダイオードの温度を正確に推定する。
【０００９】
温度推定器の実態は、個別の独立したユニットでなくともよく、例えばその機能の一部が電圧コンバータ内に備えられ、機能の残りが上位のコントローラ内に備えられ、それらが通信ケーブルによって連結された態様であってもよい。また、冷媒は、典型的には水であるが、電圧コンバータが空冷の場合には、空気あるいは他の不活性ガスが冷媒に相当する。
【００１０】
温度推定器の一実施態様を概説する。一実施態様の温度推定器は、ＯＮ損失マップデータと、スイッチング損失マップデータと、電圧補正マップデータを記憶している。ＯＮ損失マップデータは、計測される電流の平均値の様々な値に対応した第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａを定める。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、概ね、流れる電流の大きさに比例する。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、主としてスイッチング素子の電気抵抗に起因する。スイッチング損失マップデータは、計測される電流の極値の様々な値に対応した第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａを定める。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、概ね、計測される電流の極値に比例する。なお、電圧コンバータでは、スイッチング素子のスイッチング動作に応じて出力電流が脈動する。「電流の極値」とは、その脈動の下端値あるいは、上端値を意味する。また、昇圧コンバータの場合は脈動の下端値を用い、降圧コンバータの場合は脈動の上端値を使う。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、いわゆるスイッチングロスに主として起因する温度上昇分である。電圧補正マップデータは、電圧センサが計測する電圧（電圧コンバータの出力電圧ＶＨ）に対応した電圧補正係数を定める。電圧補正係数は、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａのマップデータを決めたときの出力電圧と、温度推定時に計測した出力電圧の比に応じて定められる。例えば、温度推定時に計測された電圧がマップデータを決めた際の出力電圧の２倍であれば、電圧補正係数は２．０となる。
【００１１】
温度推定器は、電流センサが計測した電流ＩＬ（例えばリアクトルを流れる電流）に対応する第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）をＯＮ損失マップデータから特定する。また、温度推定器は、電流センサが計測した電流の極値ＩＬｍｉｎ（例えば、リアクトルに流れる電流の下端値）に対応する第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）をスイッチング損失マップデータから特定する。さらに温度推定器は、電圧センサが計測した電圧ＶＨに対応する電圧補正係数Ｖｃｍｐ（ＶＨ）を電圧補正マップデータから特定する。温度推定器は、特定された第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）にトランジスタのデューティ比Ｄｈ（たとえばＯＮデューティ比）を乗じた値、及び、特定された第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）に電圧補正係数を乗じた値を、冷媒温度Ｔｗｔに加算し、その加算結果をダイオードの推定温度Ｔｅとする。即ち、推定温度Ｔｅ＝Ｔｗｔ＋ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗである。「ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ」がトータルの温度補正値に相当する。ただし、ここでΔＴｏｎ（ＯＮ損失温度上昇分）＝ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）×Ｄｈであり、ΔＴｓｗ（スイッチング損失温度上昇分）＝ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）×Ｖｃｍｐ（ＶＨ）である。
【００１２】
温度推定器はさらに、トランジスタへのＰＷＭ指令を生成する際のキャリア周波数に対応したキャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐを定めたキャリア周波数補正マップデータを記憶しており、温度推定する際のキャリア周波数Ｆｃに応じたキャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ（Ｆｃ）をキャリア周波数補正マップデータから特定し、特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値、及び、特定された第２温度補正値に電圧補正係数とキャリア周波数補正係数を乗じた値を、冷媒温度に加算し、その加算結果をダイオードの推定温度とすることも好適である。即ち、ΔＴｓｗ＝ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）×Ｖｃｍｐ（ＶＨ）×Ｆｃｍｐ（Ｆｃ）とするのが好適である。この温度推定式は、状況に応じてキャリア周波数を変更する電圧コンバータに対して有効である。
【００１３】
電圧コンバータの具体的な一態様は、トランジスタとダイオードが並列に接続された回路が２組直列に接続されており、２組の回路の間にリアクトルの一端が接続されている昇降圧コンバータである。
【００１４】
温度推定器が推定したダイオードの温度は、典型的には、温度抑制器に通知される。温度抑制器とは、ダイオードの推定温度が所定の温度閾値を超えた場合に、ダイオードの発熱を抑制する手段である。温度抑制器の一態様は、ダイオードの推定温度Ｔｅが予め定められた温度閾値Ｔｄ＿ｔｈを超えている場合に、電圧コンバータへの入力電流の上限値を下げることである。温度抑制器と温度推定器は、物理的には同一のユニット（或いはプログラムを実行するプロセッサ）で実現されてもよい。温度抑制器と温度推定器は、電圧コンバータを制御するパワーコントローラの中に実装されてもよい。
【００１５】
本明細書が開示する技術の具体的な態様は、以下の実施形態で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両制御系のシステムブロック図である。
【図２】昇圧コンバータの動作を説明する図である。
【図３】ＯＮ損失マップデータの一例である。
【図４】スイッチング損失マップデータの一例である。
【図５】電圧補正マップデータの一例である。
【図６】キャリア周波数補正マップデータの一例である。
【図７】温度抑制制御の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、実施例に係る電気自動車１００のシステムブロック図を示す。なお、図１には、本発明を説明するのに必要なユニットのみを示しており、電気自動車１００が本来備えるべきユニットの幾つかは図示を省略している。
【００１８】
電気自動車１００は、走行用のモータＭＧ１を有する。モータＭＧ１は、バッテリＭＢが供給する電力で駆動する。バッテリＭＢの電力は、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２を介して電圧コンバータ２３に入力される。なお、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、バッテリＭＢを他の機器から遮断するメインスイッチに相当する。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、自動車１００の電力システムを制御するパワーコントローラ２５からの信号ＳＣによって開閉する。バッテリＭＢの電圧は電圧コンバータ２３によって、インバータ２１の入力に適した電圧まで昇圧される。例えば、バッテリＭＢの電圧は２００Ｖであり、電圧コンバータ２３は、インバータ２１の入力電圧に適した６００Ｖまで、バッテリ電圧を昇圧する。インバータ２１は、電圧コンバータ２３が出力する直流電力を、モータＭＧ１を駆動するのに適した３相交流電力（ＵＶＷ）へ変換する。また、電気自動車１００では、車両の減速エネルギによってモータＭＧ１が発生した交流電力をインバータ２１が直流に変換し、電圧コンバータ２３がその直流電力をバッテリＭＢの充電に適した電圧まで降圧することもできる。即ち、インバータ２１と電圧コンバータ２３は、双方向で電力を変換することができる。
【００１９】
電圧コンバータ２３を駆動する信号（即ち、パルス幅変調信号ＰＷＭＡ）、及び、インバータ２１を駆動する信号（即ち、パルス幅変調信号ＰＷＭＢ）は、パワーコントローラ２５が生成する。パワーコントローラ２５は、上位のコントローラであるシステムコントローラ１０からの指令（例えば、アクセルペダルの開度に応じた指令）に基づき、電圧コンバータ２３とインバータ２１を制御する。図１の符号Ｃ１、Ｃ２は、電圧コンバータ２３の入力側と出力側の電流を平滑化するコンデンサである。
【００２０】
電圧コンバータ２３とインバータ２１は、共通の冷却装置２によって冷却される。より具体的には、冷却装置２は、電圧コンバータ２３とインバータ２１が内蔵するスイッチング素子（トランジスタやダイオード）やリアクトルを冷却する。冷却装置２は、その内部に冷媒が封入されており、ポンプ４によってその冷媒を電圧コンバータ２３とインバータ２１内で循環させる。冷却装置２には、冷媒の温度を計測する温度センサＱｗｔが備えられている。温度センサＱｗｔが計測する冷媒温度Ｔｗｔは、パワーコントローラ２５に入力される。なお、図では、冷却装置２は電圧コンバータ２３とインバータ２１に隣接するように描かれているが、冷却装置２の冷媒流路は、電圧コンバータ２３やインバータ２１の内部の素子に接するように、それらの機器の内部にまで通っている。冷媒は、典型的には水である。
【００２１】
電圧コンバータ２３の回路構成について説明する。なお、インバータ２１の回路構成については説明を省略する。電圧コンバータ２３は、主として、リアクトルＬ１、降圧用トランジスタＴｒ１、昇圧用トランジスタＴｒ２、昇圧用ダイオードＤ１、及び、降圧用ダイオードＤ２で構成される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２とダイオードＤ１、Ｄ２がスイッチング素子である。降圧用のトランジスタＴｒ１をＯＦＦにしておき、昇圧用トランジスタＴｒ２を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦすると、バッテリ側（図１において電圧コンバータ２３の左側）から入力された電圧が昇圧されてモータ側（図１において電圧コンバータ２３の右側）に出力される。昇圧用のトランジスタ素子Ｔｒ２をＯＦＦにしておき降圧用のトランジスタＴｒ１を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦすると、モータ側から入力された電圧が降圧されてバッテリ側から出力される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、ダイオードＤ１、Ｄ２は、冷却装置２の冷媒で冷却される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、典型的にはＩＧＢＴである。
【００２２】
電圧コンバータ２３は他に、リアクトルＬ１を流れる電流を計測する電流センサＡｄを備える。また、電圧コンバータ２３の高圧側（モータ側）の電圧を計測する電圧センサＶｄＨが備えられており、低圧側（バッテリ側）の電圧を計測する電圧センサＶｄＬが備えられている。電流センサＡｄが計測する電流をリアクトル電流ＩＬと称し、電圧センサＶｄＨが計測する電圧を出力電圧ＶＨと称する。また、電圧センサＶｄＬが計測する電圧をバッテリ電圧ＶＢと称する。電流センサＡｄによって計測されたリアクトル電流ＩＬ、及び、電圧センサＶｄＨ，ＶｄＬによって計測された出力電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢは、パワーコントローラ２５に送られる。なお、リアクトル電流ＩＬは、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギの放出に依存するため、周期的に変化する（脈動する）ことに留意されたい。
【００２３】
パワーコントローラ２５は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡ、ＰＷＭＢによって電圧コンバータ２３とインバータ２１を制御するのと同時に、上記したセンサの信号（センサデータ）に基づいてダイオードの温度を推定し、推定温度が所定の温度閾値を超えたときに入力電流を抑える制御も行う。即ち、パワーコントローラ２５は、温度推定器、及び、温度抑制器としても機能する。
【００２４】
ダイオードＤ１の温度推定アルゴリズムを説明する前に、以後の説明で用いるパラメータを含めて昇圧コンバータの動作を説明する。図２は、昇圧用トランジスタＴｒ２の動作（ゲート電圧の変化、図２（Ａ））と、それに対応する出力電圧ＶＨのグラフ（図２（Ｂ））、および、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬのグラフ（図２（Ｃ））である。昇圧用トランジスタＴｒ２のＯＮ時間をＴｏｎとし、ＯＦＦ時間をＴｏｆｆとする。Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝Ｔｄである。デューティ比Ｄｈは、Ｔｏｆｆ／Ｔｄであり、この値Ｄｈは、バッテリ電圧ＶＢと出力電圧ＶＨの比ＶＢ／ＶＨに等しい。昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮしている間は、出力電圧はゼロであり、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている間は、出力電圧はＶＨとなる。また、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている間は、昇圧用トランジスタＴｒ２を介して電流が流れ、その際にリアクトルＬ１にエネルギが蓄えられる。そのため、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている期間では、リアクトル電流ＩＬは減少する。昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮすると、もともとのバッテリＭＢの電流に加えてリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギが加わり、リアクトル電流ＩＬは増大する。このようにリアクトル電流ＩＬは脈動する。脈動の下端値をリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎと称し、上端値をリアクトル電流上端値ＩＬｍａｘと称する。また、リアクトル電流の平均値を以下では単にリアクトル電流ＩＬと称する。
【００２５】
ダイオードの温度を推定するメカニズムについて説明する。ここでは、電圧コンバータ２３が昇圧回路として機能しているケースで説明する。即ち、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、昇圧用ダイオードＤ１を通じてモータ側にバッテリ電圧ＶＢよりも高い出力電圧ＶＨが出力される場合を想定する。そして、パワーコントローラ２５が、ダイオードＤ１の温度を推定する。
【００２６】
ダイオードＤ１の温度推定に用いるセンサデータは、冷却装置２を流れる冷媒、即ち、ダイオードＤ１を冷却する冷媒の温度Ｔｗｔ、リアクトル電流ＩＬ、出力電圧ＶＨである。その他、ダイオードＤ１の温度推定には、トランジスタＴｒ２のデューティ比Ｄｈと、電圧コンバータ２３を駆動するパルス幅変調信号ＰＷＭＡを生成する際のキャリア周波数Ｆｃが用いられる。デューティ比Ｄｈとキャリア周波数Ｆｃはパワーコントローラ２５の内部で生成されるので検出する必要はない。また、ダイオードＤ１の温度推定には、いくつかの予め用意されたマップデータが必要となる。マップデータは、パワーコントローラ２５と接続された記憶デバイス２６に記憶されている。
【００２７】
マップデータ２６ａから２６ｄについて説明する。記憶デバイス２６には、ＯＮ損失マップデータ２６ａ、スイッチング損失マップデータ２６ｂ、電圧補正マップデータ２６ｃ、及び、キャリア周波数補正マップデータ２６ｄが記憶されている。
【００２８】
ＯＮ損失マップデータ２６ａの一例を図３に示す。ＯＮ損失マップデータ２６ａは、リアクトル電流ＩＬ（脈動の平均値）の様々な値に対してダイオードＤ１の温度上昇分ΔＴｏｎ＿ａを対応付けたテーブルである。この温度上昇分を第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａと称する。図３では、例えば、リアクトル電流ＩＬ＝ａｎ１のとき、第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ＝ｔｎ１が対応付けられている。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、リアクトルに電流ＩＬが定常的に流れるときの電気抵抗に起因して生じる温度上昇分であり、実験等によって予め求められている。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、リアクトル電流ＩＬの増大に伴ってほぼ比例して増大する。
【００２９】
スイッチング損失マップデータ２６ｂの一例を図４に示す。スイッチング損失マップデータ２６ｂは、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの様々な値に対してダイオードＤ１の温度上昇分ΔＴｓｗ＿ａを対応付けたテーブルである。この温度上昇分を第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａと称する。図４では、例えば、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎ＝ａｓ１のとき、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ＝ｔｓ１が対応付けられている。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、スイッチング動作に起因して生じる温度上昇分であり、実験等によって予め求められている。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａも、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの増大に伴ってほぼ比例して増大する。
【００３０】
電圧補正マップデータ２６ｃの一例を図５に示す。電圧補正マップデータ２６ｃは、ダイオードの温度を推定する際の補正係数であり、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したとき（スイッチング損失マップデータの各値を決めるための実験を行ったとき）の出力電圧ＶＨの値と、温度推定する際の出力電圧ＶＨの比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したときの出力電圧の値と、温度推定するときの出力電圧との比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータを決めたときの出力電圧がＶＨ＝５００［Ｖ］であり、温度推定するときの出力電圧ＶＨがｖ１＝２５０［Ｖ］の場合、電圧補正係数Ｖｃｍｐ＝ｃｖ１＝２５０／５００＝０．５となる。また、温度推定するときの出力電圧ＶＨがｖ４＝６００［Ｖ］の場合、電圧補正係数Ｖｃｍｐ＝ｃｖ４＝６００／５００＝１．２となる。
【００３１】
キャリア周波数補正マップデータ２６ｄの一例を図６に示す。キャリア周波数補正マップデータ２６ｄは、ダイオードの温度を推定する際の補正係数であり、スイッチング損失マップデータ２６ｂを決めたとき（スイッチング損失マップデータ２６ｂの各値を定める実験をしたとき）のキャリア周波数（スイッチング素子のパルス幅変調信号ＰＷＭＡを生成する際の基本となるキャリア信号の周波数）と、温度推定する際のキャリア周波数Ｆｃとの比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したときのキャリア周波数が１０［ｋＨｚ］であり、温度推定するときのキャリア周波数Ｆｃがｆ１＝５［ｋＨｚ］の場合、キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ＝ｃｆ１＝５／１０＝０．５となる。また、温度推定するときのキャリア周波数Ｆｃがｆ４＝１５［ｋＨｚ］の場合、キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ＝ｃｆ４＝１５／１０＝１．５となる。
【００３２】
パワーコントローラ２５は、ダイオードＤ１の推定温度Ｔｅを次の（数１）で算出する。
Ｔｅ＝Ｔｗｔ＋ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ （数１）
【００３３】
（数１）において、ＴｗｔはダイオードＤ１を冷却する冷媒の温度であり、温度センサＱｗｔで計測された値である。（数１）の「ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ」が、冷媒温度Ｔｗｔに対するトータルの温度補正値に相当する。ΔＴｏｎ（ＯＮ損失温度上昇分）は、主にダイオードの電気抵抗に起因して生じる温度上昇分である。また、ΔＴｓｗ（スイッチング損失温度上昇分）は、主にスイッチング動作による損失に起因して生じる温度上昇分である。ＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗは、センサデータと上記説明した各マップデータの値を用いて次の（数２）、（数３）で求められる。
【００３４】
ΔＴｏｎ＝ΔＴｏｎ＿ａ×Ｄｈ （数２）
ΔＴｓｗ＝ΔＴｓｗ＿ａ×Ｖｃｍｐ×Ｆｃｍｐ （数３）
【００３５】
第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、ＯＮ損失マップデータ２６ａから、計測されたリアクトル電流ＩＬ（平均値）に対応する数値を抽出したものである。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、スイッチング損失マップデータ２６ｂから、計測されたリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎに対応する数値を抽出したものである。デューティ比Ｄｈは、パワーコントローラ２５内で生成されたものであるから既知である。電圧補正係数Ｖｃｍｐは、電圧補正マップデータ２６ｃから、計測された出力電圧ＶＨに対応する数値を抽出したものである。キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐは、キャリア周波数補正マップデータ２６ｄから、パワーコントローラ２５が使っているキャリア周波数に対応した数値を抽出したものである。
【００３６】
（数１）〜（数３）によって、ダイオードＤ１の推定温度Ｔｅが求まる。（数１）〜（数３）の技術的意義は以下の通りである。（数１）は、ダイオードを冷却する冷媒の温度をダイオード周囲の温度であると仮定し、それに、ダイオード自身の発熱による温度上昇分、即ち、ＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗを加算した温度を推定温度とすることを意味する。ダイオード単体の温度特性、即ち、上記したマップデータ２６ａ〜２６ｄは、比較的に正確に求まるから、それらマップデータに基づいて算出されるＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗも、現実の温度上昇分をよく表す。従って、上記アルゴリズムによる推定温度は、実際のダイオード温度をよく表すものとなる。
【００３７】
パワーコントローラ２５は、ダイオードの推定温度が所定の温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、電圧コンバータ２３に入力する電流、即ち、バッテリ電流ＩＢを抑制する。パワーコントローラ２５は、例えば図７に示すグラフに基づき、ダイオードの推定温度Ｔｅが温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、超過温度（温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた分の温度）に比例して入力電流ＩＢを漸減させる。
【００３８】
以上、電圧コンバータ２３が昇圧動作を行う際のダイオードＤ１の温度推定のアルゴリズムを説明した。電圧コンバータ２３が降圧動作を行う際のダイオードＤ２の温度推定アルゴリズムも同様である。但し、ダイオードＤ２の温度推定の場合、力行中か回生中かを判断すること、デューティ比ＤｈとしてＴｏｆｆ／Ｔｄ＝ＶＢ／ＶＨの代わりに、Ｔｏｎ／Ｔｄ＝（１−ＶＢ／ＶＨ）を用いること、及び、第２温度補正値を与えるマップデータが、計測されるリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの様々な値に対応した補正値ではなく、リアクトル電流上端値ＩＬｍａｘの様々な値に対応した補正値となる点が異なるだけである。ここで、力行とは、モータによって車輪を駆動することを意味する。また、力行中か回生中かは、電圧コンバータ２３を流れる電流（電流の平均値）の大きさ（向き）によって判断することができる。力行中は、バッテリからインバータへ（図１において左から右へ）電流が流れ、回生中はインバータからバッテリへ（図１において右から左へ）電流が流れる。
【００３９】
実施例の留意点について述べる。実施例では、ＯＮ損失マップデータにおいて、第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａはリアクトル電流ＩＬに対して定められていた。また、スイッチング損失マップデータにおいて、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａはリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎに対して定められていた。電圧コンバータ２３が有する電流センサがリアクトルＬ１を流れる電流ＩＬではなく、電圧コンバータ２３に入力端を流れる電流ＩＢ（バッテリ電流）を計測するものである場合、ＯＮ損失マップデータは、入力端を流れる電流ＩＢの様々な値に対して第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａが定められたデータを用いればよい。また、スイッチング損失マップデータも、入力端を流れる電流ＩＢの様々な値に対して第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａが定められたデータを用いればよい。この場合、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬあるいは電流下端値ＩＬｍｉｎに対して定められたＯＮ損失マップデータやスイッチング損失マップデータよりは温度推定の精度は若干下がるものの、それでも有用な推定温度を得ることができる。
【００４０】
インバータのキャリア周波数が不変の場合、即ち、スイッチング損失マップデータ２６ｂの各値を定める実験をしたときも実際に温度推定をするときも常に同じキャリア周波数である場合、キャリア周波数補正係数（即ちキャリア周波数補正マップデータ）は不要である。
【００４１】
パワーコントローラ２５は、また、ダイオードの推定温度Ｔｅが温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、その時点から予め定められた時間期間の間、入力電流ＩＢの上限値を所定の幅だけ下げるようにしてもよい。
【００４２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４３】
２：冷却装置
４：ポンプ
１０：システムコントローラ
２１：インバータ
２３：電圧コンバータ
２６：記憶デバイス
２６ａ：ＯＮ損失マップデータ
２６ｂ：スイッチング損失マップデータ
２６ｃ：電圧補正マップデータ
２６ｄ：キャリア周波数補正マップデータ
１００：電気自動車
Ａｄ：電流センサ
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード
Ｄｈ：デューティ比
Ｆｃ：キャリア周波数
Ｆｃｍｐ：キャリア周波数補正係数
ＩＢ：バッテリ電流（入力電流）
ＩＬ：リアクトル電流
ＩＬｍａｘ：リアクトル電流上端値
ＩＬｍｉｎ：リアクトル電流下端値
Ｌ１：リアクトル
ＭＢ：バッテリ
ＭＧ１：モータ
ＰＷＭＡ、ＰＷＭＢ：パルス幅変調信号
Ｑｗｔ：温度センサ
Ｔｒ１、Ｔｒ２：スイッチング素子
ＶｄＨ、ＶｄＬ：電圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用モータを有する電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、ハイブリッド車、燃料電池車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。バッテリの出力電圧がインバータの入力電圧に適していない場合はさらに、バッテリの出力電圧をインバータの入力電圧に適した電圧に変換するための電圧コンバータを備える場合もある。インバータや電圧コンバータは、モータが発生する電力をバッテリの充電に適した直流電力に変換する役割も担う。インバータや電圧コンバータには、多数のスイッチング素子（典型的にはＩＧＢＴやダイオード）が使われている。特に、走行用の高出力モータのためのるインバータや電圧コンバータには大きな電流が流れるため、それらのスイッチング素子の発熱を抑制することが一つの課題となっている。
【０００３】
それらのスイッチング素子の発熱を抑えるのに先立って、それらの素子の温度を正確に把握することが重要である。各スイッチング素子に温度センサを備えれば正確な温度が把握できるが、それではコストが嵩んでしまう。そこで、いくつかのスイッチング素子には温度センサを配し、温度センサのセンサデータと同時に既設のセンサのデータを利用して温度センサを配していない素子の温度を推定する技術が提案されている。例えば特許文献１では、電圧コンバータの入出力端それぞれの電圧と、電圧コンバータを流れる電流と、特定のスイッチング素子の温度を計測する温度センサのデータを用いて、温度センサが取り付けられていない素子の温度を推定する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３００７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書は、特定のスイッチング素子の温度を参照するのではなく、素子を冷却する冷媒の温度に着目し、冷媒温度を基準とし、電圧コンバータに既設のセンサのデータに基づいてスイッチング素子の温度を推定する技術を提供する。特に、電圧コンバータが備えるダイオードの温度を推定する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電圧コンバータは、通常、リアクトルとトランジスタとダイオードで構成される。なお、上記した３種の素子が主たる構成部品であるが、電圧コンバータはそれら以外の素子を含んでもよい。電気自動車に搭載される電圧コンバータには、ダイオードを含む電圧コンバータ内の電子部品を冷却する冷媒の温度を計測する温度センサと、リアクトルを流れる電流を計測する電流センサ、又は、電圧コンバータの入力端を流れる電流を計測する電流センサと、電圧コンバータの出力電圧を計測する電圧センサが備えられている。本明細書が開示する技術は、それらのセンサデータと、トランジスタのデューティ比を使ってダイオードの温度を推定する。
【０００７】
ダイオードの温度を推定する温度推定器は、温度センサが計測した冷媒温度を基準とする。冷媒はどのスイッチング素子にも均等にいきわたるので、電圧コンバータが有するスイッチング素子群全体の温度の指標（基準）として用いるのに適している。温度推定器は、電流センサと電圧センサのセンサデータ、及び、トランジスタのデューティ比に基づいた温度補正値を算出し、冷媒温度に加算する。その値をダイオードの推定温度とする。電流センサや電圧センサのセンサデータとダイオード温度との関係は予め実験等によって正確に求めておくことができる。本明細書が開示する技術は、実験等によって、電流センサや電圧センサの計測値の様々な値に対応した補正値をマップデータ化して記憶しておくとともに、さらに、トランジスタのデューティ比に基づく補正係数を使って、冷媒温度からダイオード温度を推定する。
【０００８】
温度推定器は、具体的には、個別のダイオードの温度上昇を、ダイオードに流れる電流の平均値に起因する温度上昇分（これをＯＮ損失による温度上昇分ΔＴｏｎと称する）と、スイッチング損失に起因する温度上昇分（これをスイッチング損失による温度上昇分ΔＴｓｗと称する）に分け、それらを別々に算出して冷媒温度Ｔｗｔに加算することによって、個別のダイオードの温度を正確に推定する。
【０００９】
温度推定器の実態は、個別の独立したユニットでなくともよく、例えばその機能の一部が電圧コンバータ内に備えられ、機能の残りが上位のコントローラ内に備えられ、それらが通信ケーブルによって連結された態様であってもよい。また、冷媒は、典型的には水であるが、電圧コンバータが空冷の場合には、空気あるいは他の不活性ガスが冷媒に相当する。
【００１０】
温度推定器の一実施態様を概説する。一実施態様の温度推定器は、ＯＮ損失マップデータと、スイッチング損失マップデータと、電圧補正マップデータを記憶している。ＯＮ損失マップデータは、計測される電流の平均値の様々な値に対応した第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａを定める。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、概ね、流れる電流の大きさに比例する。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、主としてスイッチング素子の電気抵抗に起因する。スイッチング損失マップデータは、計測される電流の極値の様々な値に対応した第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａを定める。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、概ね、計測される電流の極値に比例する。なお、電圧コンバータでは、スイッチング素子のスイッチング動作に応じて出力電流が脈動する。「電流の極値」とは、その脈動の下端値あるいは、上端値を意味する。また、昇圧コンバータの場合は脈動の下端値を用い、降圧コンバータの場合は脈動の上端値を使う。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、いわゆるスイッチングロスに主として起因する温度上昇分である。電圧補正マップデータは、電圧センサが計測する電圧（電圧コンバータの出力電圧ＶＨ）に対応した電圧補正係数を定める。電圧補正係数は、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａのマップデータを決めたときの出力電圧と、温度推定時に計測した出力電圧の比に応じて定められる。例えば、温度推定時に計測された電圧がマップデータを決めた際の出力電圧の２倍であれば、電圧補正係数は２．０となる。
【００１１】
温度推定器は、電流センサが計測した電流ＩＬ（例えばリアクトルを流れる電流）に対応する第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）をＯＮ損失マップデータから特定する。また、温度推定器は、電流センサが計測した電流の極値ＩＬｍｉｎ（例えば、リアクトルに流れる電流の下端値）に対応する第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）をスイッチング損失マップデータから特定する。さらに温度推定器は、電圧センサが計測した電圧ＶＨに対応する電圧補正係数Ｖｃｍｐ（ＶＨ）を電圧補正マップデータから特定する。温度推定器は、特定された第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）にトランジスタのデューティ比Ｄｈ（たとえばＯＮデューティ比）を乗じた値、及び、特定された第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）に電圧補正係数を乗じた値を、冷媒温度Ｔｗｔに加算し、その加算結果をダイオードの推定温度Ｔｅとする。即ち、推定温度Ｔｅ＝Ｔｗｔ＋ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗである。「ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ」がトータルの温度補正値に相当する。ただし、ここでΔＴｏｎ（ＯＮ損失温度上昇分）＝ΔＴｏｎ＿ａ（ＩＬ）×Ｄｈであり、ΔＴｓｗ（スイッチング損失温度上昇分）＝ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）×Ｖｃｍｐ（ＶＨ）である。
【００１２】
温度推定器はさらに、トランジスタへのＰＷＭ指令を生成する際のキャリア周波数に対応したキャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐを定めたキャリア周波数補正マップデータを記憶しており、温度推定する際のキャリア周波数Ｆｃに応じたキャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ（Ｆｃ）をキャリア周波数補正マップデータから特定し、特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値、及び、特定された第２温度補正値に電圧補正係数とキャリア周波数補正係数を乗じた値を、冷媒温度に加算し、その加算結果をダイオードの推定温度とすることも好適である。即ち、ΔＴｓｗ＝ΔＴｓｗ＿ａ（ＩＬｍｉｎ）×Ｖｃｍｐ（ＶＨ）×Ｆｃｍｐ（Ｆｃ）とするのが好適である。この温度推定式は、状況に応じてキャリア周波数を変更する電圧コンバータに対して有効である。
【００１３】
電圧コンバータの具体的な一態様は、トランジスタとダイオードが並列に接続された回路が２組直列に接続されており、２組の回路の間にリアクトルの一端が接続されている昇降圧コンバータである。
【００１４】
温度推定器が推定したダイオードの温度は、典型的には、温度抑制器に通知される。温度抑制器とは、ダイオードの推定温度が所定の温度閾値を超えた場合に、ダイオードの発熱を抑制する手段である。温度抑制器の一態様は、ダイオードの推定温度Ｔｅが予め定められた温度閾値Ｔｄ＿ｔｈを超えている場合に、電圧コンバータへの入力電流の上限値を下げることである。温度抑制器と温度推定器は、物理的には同一のユニット（或いはプログラムを実行するプロセッサ）で実現されてもよい。温度抑制器と温度推定器は、電圧コンバータを制御するパワーコントローラの中に実装されてもよい。
【００１５】
本明細書が開示する技術の具体的な態様は、以下の実施形態で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両制御系のシステムブロック図である。
【図２】昇圧コンバータの動作を説明する図である。
【図３】ＯＮ損失マップデータの一例である。
【図４】スイッチング損失マップデータの一例である。
【図５】電圧補正マップデータの一例である。
【図６】キャリア周波数補正マップデータの一例である。
【図７】温度抑制制御の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、実施例に係る電気自動車１００のシステムブロック図を示す。なお、図１には、本発明を説明するのに必要なユニットのみを示しており、電気自動車１００が本来備えるべきユニットの幾つかは図示を省略している。
【００１８】
電気自動車１００は、走行用のモータＭＧ１を有する。モータＭＧ１は、バッテリＭＢが供給する電力で駆動する。バッテリＭＢの電力は、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２を介して電圧コンバータ２３に入力される。なお、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、バッテリＭＢを他の機器から遮断するメインスイッチに相当する。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、自動車１００の電力システムを制御するパワーコントローラ２５からの信号ＳＣによって開閉する。バッテリＭＢの電圧は電圧コンバータ２３によって、インバータ２１の入力に適した電圧まで昇圧される。例えば、バッテリＭＢの電圧は２００Ｖであり、電圧コンバータ２３は、インバータ２１の入力電圧に適した６００Ｖまで、バッテリ電圧を昇圧する。インバータ２１は、電圧コンバータ２３が出力する直流電力を、モータＭＧ１を駆動するのに適した３相交流電力（ＵＶＷ）へ変換する。また、電気自動車１００では、車両の減速エネルギによってモータＭＧ１が発生した交流電力をインバータ２１が直流に変換し、電圧コンバータ２３がその直流電力をバッテリＭＢの充電に適した電圧まで降圧することもできる。即ち、インバータ２１と電圧コンバータ２３は、双方向で電力を変換することができる。
【００１９】
電圧コンバータ２３を駆動する信号（即ち、パルス幅変調信号ＰＷＭＡ）、及び、インバータ２１を駆動する信号（即ち、パルス幅変調信号ＰＷＭＢ）は、パワーコントローラ２５が生成する。パワーコントローラ２５は、上位のコントローラであるシステムコントローラ１０からの指令（例えば、アクセルペダルの開度に応じた指令）に基づき、電圧コンバータ２３とインバータ２１を制御する。図１の符号Ｃ１、Ｃ２は、電圧コンバータ２３の入力側と出力側の電流を平滑化するコンデンサである。
【００２０】
電圧コンバータ２３とインバータ２１は、共通の冷却装置２によって冷却される。より具体的には、冷却装置２は、電圧コンバータ２３とインバータ２１が内蔵するスイッチング素子（トランジスタやダイオード）やリアクトルを冷却する。冷却装置２は、その内部に冷媒が封入されており、ポンプ４によってその冷媒を電圧コンバータ２３とインバータ２１内で循環させる。冷却装置２には、冷媒の温度を計測する温度センサＱｗｔが備えられている。温度センサＱｗｔが計測する冷媒温度Ｔｗｔは、パワーコントローラ２５に入力される。なお、図では、冷却装置２は電圧コンバータ２３とインバータ２１に隣接するように描かれているが、冷却装置２の冷媒流路は、電圧コンバータ２３やインバータ２１の内部の素子に接するように、それらの機器の内部にまで通っている。冷媒は、典型的には水である。
【００２１】
電圧コンバータ２３の回路構成について説明する。なお、インバータ２１の回路構成については説明を省略する。電圧コンバータ２３は、主として、リアクトルＬ１、降圧用トランジスタＴｒ１、昇圧用トランジスタＴｒ２、昇圧用ダイオードＤ１、及び、降圧用ダイオードＤ２で構成される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２とダイオードＤ１、Ｄ２がスイッチング素子である。降圧用のトランジスタＴｒ１をＯＦＦにしておき、昇圧用トランジスタＴｒ２を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦすると、バッテリ側（図１において電圧コンバータ２３の左側）から入力された電圧が昇圧されてモータ側（図１において電圧コンバータ２３の右側）に出力される。昇圧用のトランジスタ素子Ｔｒ２をＯＦＦにしておき降圧用のトランジスタＴｒ１を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦすると、モータ側から入力された電圧が降圧されてバッテリ側から出力される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、ダイオードＤ１、Ｄ２は、冷却装置２の冷媒で冷却される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、典型的にはＩＧＢＴである。
【００２２】
電圧コンバータ２３は他に、リアクトルＬ１を流れる電流を計測する電流センサＡｄを備える。また、電圧コンバータ２３の高圧側（モータ側）の電圧を計測する電圧センサＶｄＨが備えられており、低圧側（バッテリ側）の電圧を計測する電圧センサＶｄＬが備えられている。電流センサＡｄが計測する電流をリアクトル電流ＩＬと称し、電圧センサＶｄＨが計測する電圧を出力電圧ＶＨと称する。また、電圧センサＶｄＬが計測する電圧をバッテリ電圧ＶＢと称する。電流センサＡｄによって計測されたリアクトル電流ＩＬ、及び、電圧センサＶｄＨ，ＶｄＬによって計測された出力電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢは、パワーコントローラ２５に送られる。なお、リアクトル電流ＩＬは、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギの放出に依存するため、周期的に変化する（脈動する）ことに留意されたい。
【００２３】
パワーコントローラ２５は、パルス幅変調信号ＰＷＭＡ、ＰＷＭＢによって電圧コンバータ２３とインバータ２１を制御するのと同時に、上記したセンサの信号（センサデータ）に基づいてダイオードの温度を推定し、推定温度が所定の温度閾値を超えたときに入力電流を抑える制御も行う。即ち、パワーコントローラ２５は、温度推定器、及び、温度抑制器としても機能する。
【００２４】
ダイオードＤ１の温度推定アルゴリズムを説明する前に、以後の説明で用いるパラメータを含めて昇圧コンバータの動作を説明する。図２は、昇圧用トランジスタＴｒ２の動作（ゲート電圧の変化、図２（Ａ））と、それに対応する出力電圧ＶＨのグラフ（図２（Ｂ））、および、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬのグラフ（図２（Ｃ））である。昇圧用トランジスタＴｒ２のＯＮ時間をＴｏｎとし、ＯＦＦ時間をＴｏｆｆとする。Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝Ｔｄである。デューティ比Ｄｈは、Ｔｏｆｆ／Ｔｄであり、この値Ｄｈは、バッテリ電圧ＶＢと出力電圧ＶＨの比ＶＢ／ＶＨに等しい。昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮしている間は、出力電圧はゼロであり、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている間は、出力電圧はＶＨとなる。また、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている間は、昇圧用トランジスタＴｒ２を介して電流が流れ、その際にリアクトルＬ１にエネルギが蓄えられる。そのため、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＦＦしている期間では、リアクトル電流ＩＬは減少する。昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮすると、もともとのバッテリＭＢの電流に加えてリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギが加わり、リアクトル電流ＩＬは増大する。このようにリアクトル電流ＩＬは脈動する。脈動の下端値をリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎと称し、上端値をリアクトル電流上端値ＩＬｍａｘと称する。また、リアクトル電流の平均値を以下では単にリアクトル電流ＩＬと称する。
【００２５】
ダイオードの温度を推定するメカニズムについて説明する。ここでは、電圧コンバータ２３が昇圧回路として機能しているケースで説明する。即ち、昇圧用トランジスタＴｒ２がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、昇圧用ダイオードＤ１を通じてモータ側にバッテリ電圧ＶＢよりも高い出力電圧ＶＨが出力される場合を想定する。そして、パワーコントローラ２５が、ダイオードＤ１の温度を推定する。
【００２６】
ダイオードＤ１の温度推定に用いるセンサデータは、冷却装置２を流れる冷媒、即ち、ダイオードＤ１を冷却する冷媒の温度Ｔｗｔ、リアクトル電流ＩＬ、出力電圧ＶＨである。その他、ダイオードＤ１の温度推定には、トランジスタＴｒ２のデューティ比Ｄｈと、電圧コンバータ２３を駆動するパルス幅変調信号ＰＷＭＡを生成する際のキャリア周波数Ｆｃが用いられる。デューティ比Ｄｈとキャリア周波数Ｆｃはパワーコントローラ２５の内部で生成されるので検出する必要はない。また、ダイオードＤ１の温度推定には、いくつかの予め用意されたマップデータが必要となる。マップデータは、パワーコントローラ２５と接続された記憶デバイス２６に記憶されている。
【００２７】
マップデータ２６ａから２６ｄについて説明する。記憶デバイス２６には、ＯＮ損失マップデータ２６ａ、スイッチング損失マップデータ２６ｂ、電圧補正マップデータ２６ｃ、及び、キャリア周波数補正マップデータ２６ｄが記憶されている。
【００２８】
ＯＮ損失マップデータ２６ａの一例を図３に示す。ＯＮ損失マップデータ２６ａは、リアクトル電流ＩＬ（脈動の平均値）の様々な値に対してダイオードＤ１の温度上昇分ΔＴｏｎ＿ａを対応付けたテーブルである。この温度上昇分を第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａと称する。図３では、例えば、リアクトル電流ＩＬ＝ａｎ１のとき、第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａ＝ｔｎ１が対応付けられている。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、リアクトルに電流ＩＬが定常的に流れるときの電気抵抗に起因して生じる温度上昇分であり、実験等によって予め求められている。第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、リアクトル電流ＩＬの増大に伴ってほぼ比例して増大する。
【００２９】
スイッチング損失マップデータ２６ｂの一例を図４に示す。スイッチング損失マップデータ２６ｂは、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの様々な値に対してダイオードＤ１の温度上昇分ΔＴｓｗ＿ａを対応付けたテーブルである。この温度上昇分を第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａと称する。図４では、例えば、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎ＝ａｓ１のとき、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａ＝ｔｓ１が対応付けられている。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、スイッチング動作に起因して生じる温度上昇分であり、実験等によって予め求められている。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａも、リアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの増大に伴ってほぼ比例して増大する。
【００３０】
電圧補正マップデータ２６ｃの一例を図５に示す。電圧補正マップデータ２６ｃは、ダイオードの温度を推定する際の補正係数であり、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したとき（スイッチング損失マップデータの各値を決めるための実験を行ったとき）の出力電圧ＶＨの値と、温度推定する際の出力電圧ＶＨの比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したときの出力電圧の値と、温度推定するときの出力電圧との比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータを決めたときの出力電圧がＶＨ＝５００［Ｖ］であり、温度推定するときの出力電圧ＶＨがｖ１＝２５０［Ｖ］の場合、電圧補正係数Ｖｃｍｐ＝ｃｖ１＝２５０／５００＝０．５となる。また、温度推定するときの出力電圧ＶＨがｖ４＝６００［Ｖ］の場合、電圧補正係数Ｖｃｍｐ＝ｃｖ４＝６００／５００＝１．２となる。
【００３１】
キャリア周波数補正マップデータ２６ｄの一例を図６に示す。キャリア周波数補正マップデータ２６ｄは、ダイオードの温度を推定する際の補正係数であり、スイッチング損失マップデータ２６ｂを決めたとき（スイッチング損失マップデータ２６ｂの各値を定める実験をしたとき）のキャリア周波数（スイッチング素子のパルス幅変調信号ＰＷＭＡを生成する際の基本となるキャリア信号の周波数）と、温度推定する際のキャリア周波数Ｆｃとの比で定まる。例えば、スイッチング損失マップデータ２６ｂを作成したときのキャリア周波数が１０［ｋＨｚ］であり、温度推定するときのキャリア周波数Ｆｃがｆ１＝５［ｋＨｚ］の場合、キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ＝ｃｆ１＝５／１０＝０．５となる。また、温度推定するときのキャリア周波数Ｆｃがｆ４＝１５［ｋＨｚ］の場合、キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐ＝ｃｆ４＝１５／１０＝１．５となる。
【００３２】
パワーコントローラ２５は、ダイオードＤ１の推定温度Ｔｅを次の（数１）で算出する。
Ｔｅ＝Ｔｗｔ＋ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ （数１）
【００３３】
（数１）において、ＴｗｔはダイオードＤ１を冷却する冷媒の温度であり、温度センサＱｗｔで計測された値である。（数１）の「ΔＴｏｎ＋ΔＴｓｗ」が、冷媒温度Ｔｗｔに対するトータルの温度補正値に相当する。ΔＴｏｎ（ＯＮ損失温度上昇分）は、主にダイオードの電気抵抗に起因して生じる温度上昇分である。また、ΔＴｓｗ（スイッチング損失温度上昇分）は、主にスイッチング動作による損失に起因して生じる温度上昇分である。ＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗは、センサデータと上記説明した各マップデータの値を用いて次の（数２）、（数３）で求められる。
【００３４】
ΔＴｏｎ＝ΔＴｏｎ＿ａ×Ｄｈ （数２）
ΔＴｓｗ＝ΔＴｓｗ＿ａ×Ｖｃｍｐ×Ｆｃｍｐ （数３）
【００３５】
第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａは、ＯＮ損失マップデータ２６ａから、計測されたリアクトル電流ＩＬ（平均値）に対応する数値を抽出したものである。第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａは、スイッチング損失マップデータ２６ｂから、計測されたリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎに対応する数値を抽出したものである。デューティ比Ｄｈは、パワーコントローラ２５内で生成されたものであるから既知である。電圧補正係数Ｖｃｍｐは、電圧補正マップデータ２６ｃから、計測された出力電圧ＶＨに対応する数値を抽出したものである。キャリア周波数補正係数Ｆｃｍｐは、キャリア周波数補正マップデータ２６ｄから、パワーコントローラ２５が使っているキャリア周波数に対応した数値を抽出したものである。
【００３６】
（数１）〜（数３）によって、ダイオードＤ１の推定温度Ｔｅが求まる。（数１）〜（数３）の技術的意義は以下の通りである。（数１）は、ダイオードを冷却する冷媒の温度をダイオード周囲の温度であると仮定し、それに、ダイオード自身の発熱による温度上昇分、即ち、ＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗを加算した温度を推定温度とすることを意味する。ダイオード単体の温度特性、即ち、上記したマップデータ２６ａ〜２６ｄは、比較的に正確に求まるから、それらマップデータに基づいて算出されるＯＮ損失温度上昇分ΔＴｏｎとスイッチング損失温度上昇分ΔＴｓｗも、現実の温度上昇分をよく表す。従って、上記アルゴリズムによる推定温度は、実際のダイオード温度をよく表すものとなる。
【００３７】
パワーコントローラ２５は、ダイオードの推定温度が所定の温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、電圧コンバータ２３に入力する電流、即ち、バッテリ電流ＩＢを抑制する。パワーコントローラ２５は、例えば図７に示すグラフに基づき、ダイオードの推定温度Ｔｅが温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、超過温度（温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた分の温度）に比例して入力電流ＩＢを漸減させる。
【００３８】
以上、電圧コンバータ２３が昇圧動作を行う際のダイオードＤ１の温度推定のアルゴリズムを説明した。電圧コンバータ２３が降圧動作を行う際のダイオードＤ２の温度推定アルゴリズムも同様である。但し、ダイオードＤ２の温度推定の場合、力行中か回生中かを判断すること、デューティ比ＤｈとしてＴｏｆｆ／Ｔｄ＝ＶＢ／ＶＨの代わりに、Ｔｏｎ／Ｔｄ＝（１−ＶＢ／ＶＨ）を用いること、及び、第２温度補正値を与えるマップデータが、計測されるリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎの様々な値に対応した補正値ではなく、リアクトル電流上端値ＩＬｍａｘの様々な値に対応した補正値となる点が異なるだけである。ここで、力行とは、モータによって車輪を駆動することを意味する。また、力行中か回生中かは、電圧コンバータ２３を流れる電流（電流の平均値）の大きさ（向き）によって判断することができる。力行中は、バッテリからインバータへ（図１において左から右へ）電流が流れ、回生中はインバータからバッテリへ（図１において右から左へ）電流が流れる。
【００３９】
実施例の留意点について述べる。実施例では、ＯＮ損失マップデータにおいて、第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａはリアクトル電流ＩＬに対して定められていた。また、スイッチング損失マップデータにおいて、第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａはリアクトル電流下端値ＩＬｍｉｎに対して定められていた。電圧コンバータ２３が有する電流センサがリアクトルＬ１を流れる電流ＩＬではなく、電圧コンバータ２３に入力端を流れる電流ＩＢ（バッテリ電流）を計測するものである場合、ＯＮ損失マップデータは、入力端を流れる電流ＩＢの様々な値に対して第１温度補正値ΔＴｏｎ＿ａが定められたデータを用いればよい。また、スイッチング損失マップデータも、入力端を流れる電流ＩＢの様々な値に対して第２温度補正値ΔＴｓｗ＿ａが定められたデータを用いればよい。この場合、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬあるいは電流下端値ＩＬｍｉｎに対して定められたＯＮ損失マップデータやスイッチング損失マップデータよりは温度推定の精度は若干下がるものの、それでも有用な推定温度を得ることができる。
【００４０】
インバータのキャリア周波数が不変の場合、即ち、スイッチング損失マップデータ２６ｂの各値を定める実験をしたときも実際に温度推定をするときも常に同じキャリア周波数である場合、キャリア周波数補正係数（即ちキャリア周波数補正マップデータ）は不要である。
【００４１】
パワーコントローラ２５は、また、ダイオードの推定温度Ｔｅが温度閾値Ｔｅ＿ｔｈを超えた場合、その時点から予め定められた時間期間の間、入力電流ＩＢの上限値を所定の幅だけ下げるようにしてもよい。
【００４２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４３】
２：冷却装置
４：ポンプ
１０：システムコントローラ
２１：インバータ
２３：電圧コンバータ
２６：記憶デバイス
２６ａ：ＯＮ損失マップデータ
２６ｂ：スイッチング損失マップデータ
２６ｃ：電圧補正マップデータ
２６ｄ：キャリア周波数補正マップデータ
１００：電気自動車
Ａｄ：電流センサ
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード
Ｄｈ：デューティ比
Ｆｃ：キャリア周波数
Ｆｃｍｐ：キャリア周波数補正係数
ＩＢ：バッテリ電流（入力電流）
ＩＬ：リアクトル電流
ＩＬｍａｘ：リアクトル電流上端値
ＩＬｍｉｎ：リアクトル電流下端値
Ｌ１：リアクトル
ＭＢ：バッテリ
ＭＧ１：モータ
ＰＷＭＡ、ＰＷＭＢ：パルス幅変調信号
Ｑｗｔ：温度センサ
Ｔｒ１、Ｔｒ２：スイッチング素子
ＶｄＨ、ＶｄＬ：電圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルとトランジスタとダイオードを有する電圧コンバータと、
ダイオードを冷却する冷媒の温度を計測する温度センサと、
リアクトルを流れる電流を計測する電流センサ、又は、電圧コンバータの入力端を流れる電流を計測する電流センサと、
電圧コンバータの出力電圧を計測する電圧センサと、
電流センサと電圧センサのセンサデータ及びトランジスタのデューティ比に基づいて温度補正値を算出し、算出した温度補正値を温度センサが計測した冷媒温度に加算してダイオードの推定温度とする温度推定器と、
を備えることを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
温度推定器は、
計測される電流の平均値に対応した第１温度補正値を定めたＯＮ損失マップデータと、
計測される電流の極値に対応した第２温度補正値を定めたスイッチング損失マップデータと、
電圧センサが計測する電圧に対応した電圧補正係数を定めた電圧補正マップデータと、
を記憶しているとともに、
電流センサが計測した電流に対応する第１温度補正値をＯＮ損失マップデータから特定し、
電流センサが計測した電流の極値に対応する第２温度補正値をスイッチング損失マップデータから特定し、
電圧センサが計測した電圧に対応する電圧補正係数を電圧補正マップデータから特定し、
特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値に、特定された第２温度補正値に電圧補正係数を乗じた値を加算して前記温度補正値とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項３】
温度推定器はさらに、
トランジスタへのＰＷＭ指令を生成する際のキャリア周波数に対応したキャリア周波数補正係数を定めたキャリア周波数補正マップデータを記憶しており、
現在のキャリア周波数に応じたキャリア周波数補正係数をキャリア周波数補正マップデータから特定し、
特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値に、特定された第２温度補正値に電圧補正係数とキャリア周波数補正係数を乗じた値を加算して前記温度補正値とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車。
【請求項４】
前記電圧コンバータは、トランジスタとダイオードが並列に接続された回路が２組直列に接続されており、２組の回路の間にリアクトルの一端が接続されている昇降圧コンバータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気自動車。
【請求項５】
ダイオードの推定温度が予め定められた温度閾値を超えている場合に、電圧コンバータへの入力電流の上限値を下げることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気自動車。
【請求項１】
リアクトルとトランジスタとダイオードを有する電圧コンバータと、
ダイオードを冷却する冷媒の温度を計測する温度センサと、
リアクトルを流れる電流を計測する電流センサ、又は、電圧コンバータの入力端を流れる電流を計測する電流センサと、
電圧コンバータの出力電圧を計測する電圧センサと、
電流センサと電圧センサのセンサデータ及びトランジスタのデューティ比に基づいて温度補正値を算出し、算出した温度補正値を温度センサが計測した冷媒温度に加算してダイオードの推定温度とする温度推定器と、
を備えることを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
温度推定器は、
計測される電流の平均値に対応した第１温度補正値を定めたＯＮ損失マップデータと、
計測される電流の極値に対応した第２温度補正値を定めたスイッチング損失マップデータと、
電圧センサが計測する電圧に対応した電圧補正係数を定めた電圧補正マップデータと、
を記憶しているとともに、
電流センサが計測した電流に対応する第１温度補正値をＯＮ損失マップデータから特定し、
電流センサが計測した電流の極値に対応する第２温度補正値をスイッチング損失マップデータから特定し、
電圧センサが計測した電圧に対応する電圧補正係数を電圧補正マップデータから特定し、
特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値に、特定された第２温度補正値に電圧補正係数を乗じた値を加算して前記温度補正値とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項３】
温度推定器はさらに、
トランジスタへのＰＷＭ指令を生成する際のキャリア周波数に対応したキャリア周波数補正係数を定めたキャリア周波数補正マップデータを記憶しており、
現在のキャリア周波数に応じたキャリア周波数補正係数をキャリア周波数補正マップデータから特定し、
特定された第１温度補正値にトランジスタのデューティ比を乗じた値に、特定された第２温度補正値に電圧補正係数とキャリア周波数補正係数を乗じた値を加算して前記温度補正値とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車。
【請求項４】
前記電圧コンバータは、トランジスタとダイオードが並列に接続された回路が２組直列に接続されており、２組の回路の間にリアクトルの一端が接続されている昇降圧コンバータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気自動車。
【請求項５】
ダイオードの推定温度が予め定められた温度閾値を超えている場合に、電圧コンバータへの入力電流の上限値を下げることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４８５１３（Ｐ２０１３−４８５１３Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５８９２（Ｐ２０１１−１８５８９２）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【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２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【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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