電源制御システム
【課題】電源制御システムにおいて、インバータの冷却系に異常が生じたときに、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することである。
【解決手段】電源制御システム１０は、蓄電装置１４、電圧変換器２０、インバータユニット３４、インバータ冷却系４０、低電圧作動補機５０を含む電源回路１２と、制御部６０とを含んで構成される。制御部６０は、インバータ冷却系４０の状態を取得し、その状態が正常か異常かを判断するインバータ冷却系状態取得モジュール６２と、インバータ冷却系が異常の場合に、蓄電装置１４のＷINとＷOUTとを制限する蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール６４と、インバータ冷却系４０が異常の場合に、低電圧作動補機５０の出力を制限する補機出力制限モジュール６６を含んで構成される。
【解決手段】電源制御システム１０は、蓄電装置１４、電圧変換器２０、インバータユニット３４、インバータ冷却系４０、低電圧作動補機５０を含む電源回路１２と、制御部６０とを含んで構成される。制御部６０は、インバータ冷却系４０の状態を取得し、その状態が正常か異常かを判断するインバータ冷却系状態取得モジュール６２と、インバータ冷却系が異常の場合に、蓄電装置１４のＷINとＷOUTとを制限する蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール６４と、インバータ冷却系４０が異常の場合に、低電圧作動補機５０の出力を制限する補機出力制限モジュール６６を含んで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源制御システムに係り、特に、リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器を備える電源の作動を制御する電源制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を駆動する電源装置には、直交変換回路であるインバータと、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うコンバータが設けられものがある。これらのインバータ、コンバータはスイッチング素子を用い大電力を扱うので、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。そのために、温度が監視され、適当な冷却システムが用いられ、また、温度に応じて負荷への出力制限等が行なわれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両駆動システムとして、コンバータのリアクトルの温度を検出し、検出された温度になまし処理を施し、冷却水温度が高いときにはなまし処理係数を大きくして温度の傾きを大きくし、温度変化を拡大して反映するようにし、この温度に基いてトルク電流についての負荷率制限を行うことが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電圧変換装置において、その昇圧コンバータの低圧側に補機が接続される場合、回生時にバッテリ電流の最大値に補機電流の最大値を加えた大電流が昇圧コンバータに通電し得るため過電圧となることが指摘されている。ここでは、昇圧コンバータに最大許容電流を設定し、その範囲内で、複数の補機の中で必要度の低いものから負荷を制限することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４９０６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２８８０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インバータの冷却系に異常が生じた場合等において、インバータの温度が上昇するときは、例えば、負荷である回転電機の駆動出力あるいは回生電力の制限等が行われ、インバータの作動電力を抑制することができる。また、これに伴って電圧変換器であるコンバータの温度が上昇するときは、低電圧蓄電装置である２次電池に対する電力の入出力を制限し、電圧変換器に流れる電力を制限することができる。
【０００７】
ところで、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に低電圧で作動する補機等が接続されている場合、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限すると、補機への供給電力がその作動電力に不足することが生じ得る。このときには、不足電力を補うため、高電圧側から電圧変換器を介して電力が供給されることになる。すなわちインバータもその分の作動を行い、また、電圧変換器のリアクトルにも電流が流れる。このように、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限しているにもかかわらず、インバータの温度も上昇し、リアクトルの温度も上昇してしまう。このように、従来技術では、インバータ、電圧変換器の温度上昇抑制が不十分となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。他の目的は、インバータの冷却系に異常が生じたときに、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電源制御システムは、リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器と、高電圧交流電力で作動する負荷と電圧変換器との間に接続配置されるインバータと、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する補機出力制限手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、インバータ冷却系の状態を取得する手段を備え、補機出力制限手段は、さらに、インバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、電源制御システムは、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する。これによって、例えば、低電圧蓄電装置の電力の入出力が制限されているときに、電圧変換器が補機への電力供給を行うことが抑制され、インバータの温度上昇、電圧変換器の温度上昇を抑制できる。
【００１４】
また、電源制御システムにおいて、インバータ冷却系の状態を取得し、取得されたインバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限するので、インバータの冷却系に異常が生じたときに、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行うので、リアクトルの温度上昇を抑制できる。
【００１６】
また、電源制御システムにおいて、補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであるので、これらの補機の出力制限を行うことで、例えば、インバータの冷却系に異常が生じたとき、あるいは、低電圧蓄電装置の電力の入出力が制限されているときでも、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、車両は、インバータ、電圧変換器を含む電源回路を搭載する車両であれば、エンジンと回転電機とを搭載するハイブリッド車両の他、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池を搭載する車両等であってもよい。また、回転電機は、車両に搭載されるもの以外、例えば据置型のモータ・ジェネレータであってもよい。また、回転電機として、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。また、以下では回転電機に対応して２つのインバータを備える電源回路の制御について説明するが、勿論１つの回転電機に対応して１つのインバータのみを備える場合であってもよく、それ以上のインバータを備えるものであってもよい。また、電源回路の構成として、蓄電装置、システムメインリレー、電圧変換器、平滑コンデンサ、放電抵抗、インバータ回路を有するものとして説明するが、これらの要素を適宜省略してもよく、またその他の要素を適宜付加するものとしてもよい。また、低電圧で作動する補機として、ＤＣ／ＤＣコンバータ、空調用電気制御ユニット（Ａ／Ｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）、空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）、空調用のコンプレッサ（ＣＯＭＰ）を説明するが、これら以外のもの、例えば、各種の低電圧作動モータ、ＥＣＵ、ランプ、オーディオ機器等の各種車両搭載用電子機器等であってもよい。
【００１８】
なお、以下では、回転電機を作動制御するインバータの作動電圧である約６００Ｖ程度の電圧を高電圧とし、蓄電装置の両端電圧である約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧を低電圧として説明するが、これらの電圧値は説明のための例示であって、勿論これ以外の電圧値であっても構わない。また、低電圧で作動する補機とは、蓄電装置の両端電圧である約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧で直接作動する機器の他、この約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧をさらに降圧して、例えば、約１２Ｖの電圧で作動する各種電気機器も含む。その意味では、低電圧で作動する補機とは、電圧変換器の昇圧前の電圧で作動する機器全般を指すものである。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、車両に搭載される回転電機等についての電源回路を制御する電源制御システム１０の構成を示す図である。電源制御システム１０は、車両の走行状態等に応じて、車両に搭載される電源回路の各構成要素の作動を制御する機能を有する。電源制御システム１０は、電源回路１２と制御部６０とを含んで構成される。なお、図１には、電源制御システム１０の構成要素ではないが、２つの回転電機６，８、空調用コンプレッサ４が図示されている。
【００２１】
２つの回転電機６，８のうち、第１の回転電機（ＭＧ１）６は、例えば、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、その場合には、図示されていないエンジンに接続され、エンジンの駆動力によって発電する機能を有する三相同期型回転電機である。第１の回転電機６は、例えば、約６００Ｖの高電圧で作動する第１のインバータ（ＭＧ１インバータ）３６によって作動制御される。
【００２２】
第２の回転電機（ＭＧ２）８は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電力が供給されるときは電動機として機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。車両に搭載される第２の回転電機８は、図示されていない車両の車軸に伝達されるエンジンの動力を補助して、駆動力を高める機能を有する。第２の回転電機８も、第１の回転電機６と同様に、例えば、約６００Ｖ程度の高電圧で作動する第２のインバータ（ＭＧ２インバータ）３８によって作動制御される。
【００２３】
空調用コンプレッサ（ＣＯＭＰ）４は、車両に搭載される空調装置を構成する圧縮機である。空調用コンプレッサ４は、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖ程度の低電圧で作動する空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）５８によって作動制御される。
【００２４】
電源回路１２は、蓄電装置１４、システムメインリレー１６、蓄電装置側の平滑コンデンサ１８、電圧変換器２０、インバータ側の平滑コンデンサ３０、インバータユニット３４、インバータ冷却系４０、低電圧作動補機５０を含んで構成される。
【００２５】
蓄電装置１４は、充放電可能な２次電池で、この蓄電装置１４は、電圧変換器２０の低電圧側に配置されるので、低電圧蓄電装置と呼ぶことができる。蓄電装置１４としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００２６】
システムメインリレー１６は、蓄電装置１４の正極母線と負極母線にそれぞれ設けられる大電力用リレーを含んで構成される大電力用遮断装置である。システムメインリレー１６は、電源回路１２が作動状態に入るときに接続状態とされ、電源回路１２が作動を終了すると遮断状態とされる。このように、システムメインリレー１６は、電源回路１２が作動していないときに蓄電装置１４をその他の要素から電力的に遮断することができ、これによって、例えば、車両の車体を、約２００Ｖから約３００Ｖの電圧またはこれを昇圧した約６００Ｖの電圧から安全に遮断する機能を有する。
【００２７】
蓄電装置１４と電圧変換器２０との間に設けられる蓄電装置側の平滑コンデンサ１８は、低電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ１８の両端電圧としてＶLが図１に図示されているが、このＶLが、電圧変換器２０の低電圧側の電圧である。
【００２８】
電圧変換器２０は、リアクトル２２と、２つのスイッチング素子２４，２６とを含んで構成される昇降圧回路である。電圧変換器２０は、蓄電装置１４側の約２００Ｖから約３００Ｖ程度の低電圧を、リアクトル２２のエネルギ蓄積作用を利用して、例えば約６００Ｖの高電圧に昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。また、電圧変換器２０は双方向機能を有し、インバータユニット３４を構成する第１のインバータ３６及び第２のインバータ３８の側からの電力を蓄電装置１４側に充電電力として供給するときには、第１のインバータ３６、第２のインバータ３８の側の高電圧を蓄電装置１４に適した低電圧に降圧する作用も有する。
【００２９】
リアクトル２２は、一方端が蓄電装置１４の側の正極母線に接続され、他方端が２つのスイッチング素子２４，２６の間の接続点に接続され、磁気エネルギを蓄積できる装置である。リアクトル２２は、磁性体であるコアにコイルを巻回し、コイルに高周波信号を流すことでインダクタンスとして利用するもので、スイッチング素子２４，２６と合わせて用いて、昇降圧回路を構成することができる。コイルに高周波信号を流すことでコア、コイルは発熱し、例えば、約１００℃から約２００℃程度に温度が上昇することがある。
【００３０】
リアクトル２２の近傍に配置される温度センサ２８は、リアクトル２２の温度θ1を検出し、適当な信号線を介して制御部６０にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
【００３１】
２つのスイッチング素子２４，２６は、互いに直列に接続されて、インバータユニット３４の正極母線と負極母線の間に配置される大電力スイッチングトランジスタである。２つのスイッチング素子２４，２６の間の接続点は、上記のように、リアクトル２２の他方端に接続される。スイッチング素子２４，２６としては、ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ：ＩＧＢＴ）を用いることができる。図１では、スイッチング素子２４，２６をｎチャネル型として示されているが、電圧の関係でこれをｐチャネル型とすることもできる。２つのスイッチング素子２４，２６には、それぞれに並列に、ダイオードが接続される。
【００３２】
２つのスイッチング素子２４，２６のうち、一方側のスイッチング素子２４は、コレクタ端子がインバータユニット３４の正極母線に接続され、エミッタ端子が他方側のスイッチング素子２６のコレクタ端子に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部６０からの制御信号線に接続される。他方側のスイッチング素子２６は、上記のようにコレクタ端子が一方側のスイッチング素子２４のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が蓄電装置１４とインバータユニット３４に共通の負極母線に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部６０からの制御信号線に接続される。
【００３３】
電圧変換器２０は、スイッチング素子２４，２６の制御によって次のように昇圧動作と降圧動作を行う。昇圧動作のときは、インバータユニット３４の側から蓄電装置１４の側に電力が供給され、降圧動作のときは、蓄電装置１４の側からインバータユニット３４の側に電力が供給される。
【００３４】
昇圧動作の場合は、スイッチング素子２４がオフとされ、スイッチング素子２６がオンとされる。これによって、インバータユニット３４との間の接続が開放状態となる。一方で、リアクトル２２の他方端が負極母線と接続状態となるので、蓄電装置１４の正極母線からリアクトル２２を介して負極母線に向かって電流が流れる。このように、リアクトル２２には、蓄電装置１４から電流が流れ込むので、その電流をＩとし、リアクトルのインピーダンスをＬとして、（ＬＩ2）／２のエネルギがリアクトル２２に蓄積される。これによりリアクトル２２の他方端の電圧が上昇し、スイッチング素子２４に並列に接続されるダイオードの作用によって、インバータユニット３４の側の電圧との差がある程度以上となると、そのエネルギがインバータユニット３４の側に流れ込む。これによって、インバータ側の平滑コンデンサ３０の電圧が次第に上昇する。このようにして、インバータユニット３４の正極母線と負極母線との間の電圧が高められて昇圧が行われる。
【００３５】
降圧動作の場合は、昇圧動作と逆で、スイッチング素子２６がオフとされ、スイッチング素子２４がオンとされる。これによって、リアクトル２２と負極母線との間の接続が開放状態となる。一方で、インバータユニット３４の正極母線がリアクトル２２の他方端と接続状態となるので、インバータ側の平滑コンデンサ３０に蓄積されたエネルギが、リアクトル２２に流れ込み、蓄電装置１４の側の平滑コンデンサ１８に転送される。このようにして、インバータユニット３４側の電力が降圧されて蓄電装置１４の側に供給される。
【００３６】
電圧変換器２０とインバータユニット３４の間に設けられるインバータ側の平滑コンデンサ３０は、高電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ３０の両端電圧としてＶHが図１に図示されているが、このＶHが、電圧変換器２０の高電圧側の電圧である。なお、放電抵抗３２は、電源回路１２の作動が停止して、平滑コンデンサ３０に蓄積されている電気エネルギを放電する必要のあるときに用いられる抵抗素子である。
【００３７】
インバータユニット３４は、２つのインバータ３６，３８を含んで構成される。２つのインバータ３６，３８は、いずれも、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続される回転電機に供給する機能と、逆にそれぞれの回転電機からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。２つのインバータ３６，３８のうち、第１の回転電機（ＭＧ１）６に接続され方を第１のインバータ（ＭＧ１インバータ）３６、第２の回転電機（ＭＧ２）８に接続される方を第２のインバータ（ＭＧ２インバータ）３８と呼ぶことができる。
【００３８】
インバータ３６，３８は、それぞれの基本構成は互いに同じで、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。スイッチング素子は、電圧変換器２０におけるスイッチング素子２４，２６と同様に、大電力用スイッチングトランジスタで、ＩＧＢＴ等を用いることができる。これらのスイッチング素子は、大電力のスイッチングを行うため、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。
【００３９】
インバータ冷却系４０は、インバータユニット３４を冷却するための冷却システムである。図１では、インバータユニット３４と共に電圧変換器２０も冷却するシステムとして示されているが、これは、電圧変換器２０からインバータユニット３４までが高電圧系として、１つのＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）としてまとめられ、１つのユニットケースに収納されていることが多いからである。その意味では、インバータ冷却系４０は、インバータを含むパワーユニットの冷却系ということができる。
【００４０】
インバータ冷却系４０は、冷却水等の冷媒を循環ポンプ４２によって冷媒循環流路４４に沿って循環させ、インバータ３６，３８と電圧変換器２０から熱を運び出して適当なラジエータ４６で外部に放熱する冷却システムである。
【００４１】
冷媒循環流路の近傍に配置される温度センサ４８は、冷媒である冷却水の温度θ2を検出し、適当な信号線を介して制御部６０にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
【００４２】
低電圧作動補機５０は、電圧変換器２０の低電圧側の電圧ＶLによって作動する電気機器等である。図１では、ＶLを有する低電圧電力を約１２Ｖの直流電力に変換して１２Ｖバッテリ５４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、１２Ｖの電圧で作動する空調用ＥＣＵ（Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）５６と、ＶLで作動し、空調用コンプレッサ（ＣＯＭＰ）４を作動制御する空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）５８が示されている。
【００４３】
制御部６０は、電源回路１２を構成する各要素の作動を全体として制御する機能を有する制御回路である。制御部６０は、図示されていない車両の走行等を制御する統合制御部の指示の下で作動する。制御部６０は、ここでは特に、インバータ冷却系４０に不具合が生じたときに、インバータユニット３４と電圧変換器２０の過度の温度上昇を抑制する制御を行う機能を有する。かかる制御部６０は、車両の搭載に適したコンピュータで構成することができる。これを独立のコンピュータとしてもよく、車両に搭載される他の制御装置の機能の一部に制御部６０の機能を含めるものとしてもよい。例えば、上記の統括制御部に制御部６０の機能を含めるものとしてもよい。
【００４４】
制御部６０は、インバータ冷却系４０の状態を取得し、その状態が正常か異常かを判断するインバータ冷却系状態取得モジュール６２と、インバータ冷却系が異常の場合に、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷINと持ち出される出力電力であるＷOUTを制限する蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール６４と、インバータ冷却系４０が異常の場合に、低電圧作動補機５０の出力を制限する補機出力制限モジュール６６を含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアによって実現され、具体的には、電源制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００４５】
上記構成の作用、特に制御部６０の各機能について、図２から図５を用いて詳細に説明する。図２はインバータ冷却系４０に異常がある場合の処理手順を示すフローチャートであり、図３は、蓄電装置１４の負荷率制限の様子を説明する図、図４は低電圧作動補機５０の出力制限マップの切り替えを説明する図、図５は低電圧作動補機５０の負荷率とリアクトル２２の温度との関係を説明する図である。図２のフローチャートの各手順は、電源制御プログラムの処理手順のそれぞれに対応する。
【００４６】
電源制御プログラムが立ち上がると、インバータ冷却系４０の状態の取得が行われる（Ｓ１０）。この工程は、制御部６０のインバータ冷却系状態取得モジュール６２の機能によって実行される。具体的には、温度センサ４８によってインバータ冷却系４０の冷媒である冷却水の温度θ2が検出され、その検出結果を制御部６０が取得する。
【００４７】
そして、インバータ冷却系４０の状態について正常か異常かが判断される（Ｓ１２）。正常か異常かの判断基準としては、温度センサ４８が検出した温度θ2と、予め定めた閾値温度とを比較し、検出した温度θ2が閾値温度を超えるときに、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断するものとできる。
【００４８】
インバータ冷却系４０の状態が異常となるときには、インバータ３６，３８が過負荷等で温度が異常に上昇する場合と、インバータ３６，３８は正常に作動しているが、インバータ冷却系４０を構成する要素に故障が発生し、インバータユニット３４を正常に冷却できなくなっている場合がある。いずれの場合も、結果として冷媒である冷却水の温度が上昇するので、温度センサ４８の温度θ2を監視することでインバータ冷却系４０の異常を検出することができる。さらに迅速に異常を検出するには、インバータ冷却系４０を構成する要素の故障を直接的に検出することが望ましい。
【００４９】
したがって、循環ポンプ４２の回転数が正常か異常か、ラジエータ４６の回転数が正常か異常か等も考慮して、インバータ冷却系４０の状態を判断するものとすることが望ましい。例えば、循環ポンプ４２の回転数情報を適当な信号線によって制御部６０に伝送し、この回転数情報を予め定めた閾値回転数と比較して、インバータ冷却系４０が正常か異常かを判断するものとできる。
【００５０】
Ｓ１２において、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されると、次に、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷINと持ち出される出力電力であるＷOUTを制限することが行われる（Ｓ１４）。この工程は、制御部６０の蓄電装置のＷIN，ＷOUT制限モジュール６４の機能によって実行される。蓄電装置１４とリアクトル２２の間に電力を消費する他の装置がない場合、あるいはあってもその消費電力が少ない場合には、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限することで、リアクトル２２を流れる電流を効果的に抑制することができ、これによってリアクトル２２発熱及び温度上昇を抑制することができる。
【００５１】
蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限は、リアクトル２２の温度θ1に応じて蓄電装置１４の負荷率制限マップを用いて行うことができる。図３はその様子を示す図で、横軸にリアクトル２２の温度θ1をとり、縦軸に正規化した蓄電装置のＷINまたはＷOUTの量を取ってある。正規化したＷINまたはＷOUTの値は、リアクトル２２の温度θ1が十分低い温度のときを１とし、任意の温度については、この１に対する割合を負荷率として示してある。図３において、インバータ冷却系４０が正常の場合の負荷率制限特性が実線で、インバータ冷却系４０が異常の場合の負荷率制限特性が破線で示されている。
【００５２】
インバータ冷却系４０が正常の場合は、リアクトル２２の温度θ1がＢ℃以下の低温では負荷率＝１で、蓄電装置のＷINまたはＷOUTの制限が行われない。リアクトル２２の温度θ1がＢ℃以上となると、リアクトル２２の温度θ1が上昇するにつれて、蓄電装置の負荷率が１よりも小さくなるように制限される。すなわち、ＷIN及びＷOUTが小さく制限される。
【００５３】
インバータ冷却系４０が異常のときは、蓄電装置１４の負荷率の制限が始まるリアクトル２２の温度が、正常のときの温度Ｂ℃よりも低温側の温度Ａ℃とされる。例えば、Ｂ＝１１０℃として、Ａ＝１００℃に設定される。つまり、インバータ冷却系４０が異常と判定されると、より低温側で、蓄電装置１４の負荷率制限が開始される。これによって、正常状態の場合よりも低温側で、リアクトル２２を流れる電流の制限が開始し、リアクトル２２の発熱及び温度上昇を抑制することができる。
【００５４】
再び図２に戻り、Ｓ１４の次に、低電圧で作動する補機の出力制限が行われる。この制限は、リアクトル２２の温度θ1と補機出力上限値との関係を示す補機出力制限マップの切替によって行われる（Ｓ１６）。補機出力制限マップの切替の様子を図４に示す。図４は、横軸にリアクトル２２の温度以外の任意のパラメータをとり、縦軸にはリアクトル２２の温度θ1に応じた補機の出力の上限値の例が示されている。
【００５５】
ここでは、一例として、インバータ冷却系４０が正常のときの補機出力の上限値を示す補機出力制限マップが実線で示され、インバータ冷却系４０が異常のときの補機出力の上限値を示す補機出力制限マップが破線で示されている。すなわち、インバータ冷却系４０が正常のときの補機出力制限マップは、補機出力の上限値がＰ0であるのに対し、インバータ冷却系４０が異常のときの補機出力制限マップは、補機出力の上限値がαＰ0とされる。αは補機の負荷率を示すもので１以下の数字である。αはリアクトル２２の温度によって異なる値を設定することができる。図４では、そのことを示すために、補機出力の上限値がＰ0のときをθ1＝６５℃、θ1＝８５℃となると、補機出力の上限値が０．５Ｐ0となるものとしてある。
【００５６】
図５は、リアクトル２２の温度θ1と補機負荷率αとの関係を示す図である。補機負荷率αは、リアクトル２２の温度θ1が閾値温度であるＤ℃以下の低温であるときは実線で示されるように、α＝１をとる。そして、閾値温度であるＤ℃を超えると、破線で示されるように、１以下の値をとる。図５では、図４の例に合わせて、α＝０．５をとるものとしてあるが、勿論これ以外の値に設定することができる。このように、閾値温度Ｄ℃を境にして、αを１からそれ以外の小さな値に不連続的に切り替える。
【００５７】
図５では、補機負荷率αの設定のもう１つの方法として、リアクトル２２の温度θ1に応じて、１から連続的に小さな値に設定する例が一点鎖線で示されている。ここでは、もう１つの閾値温度Ｃ℃が設けられ、リアクトル２２の温度θ1がＣ℃以下の低温であるときはα＝１、閾値温度であるＤ℃を超えると、例えばα＝０．５をとる。そして、Ｃ℃からＤ℃の間は、補機負荷率αは、リアクトル２２の温度θ1に応じて、α＝１からα＝０．５へ連続的に変化する値をとる。
【００５８】
再び図２に戻り、Ｓ１６においてリアクトル２２の温度θ1に応じて補機出力制限マップの切替が行われると、その切替にしたがって、各補機の出力制限が行われる。図２では、図１の構成にしたがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力制限が実行され（Ｓ１８）、空調用インバータ５８の出力制限が実行される（Ｓ２０）。例えば、上記の例で、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断され、リアクトル２２の温度が閾値温度Ｄ℃を超えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力が５０％に制限され、空調用インバータ５８の出力が５０％に制限される。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の工程は、制御部６０の補機出力制限モジュール６６の機能によって実行される。Ｓ２０の処理の後は、再びＳ１０に戻り、上記の処理手順が繰り返される。なお、Ｓ１２において判断が否定された場合も同様にＳ１０に戻る。
【００５９】
このように、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されると、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限と共に低電圧作動補機５０の出力が制限されるのは、次のような場合があるからである。すなわち、インバータ冷却系４０に異常が生じた場合において、インバータの温度が上昇するときは、一般的には、負荷である回転電機６，８の駆動出力あるいは回生電力の制限等が行われるので、インバータ３６，３８の作動電力を抑制することができる。また、これに伴って電圧変換器２０の温度が上昇するときは、蓄電装置１４に対する入出力電力であるＷIN，ＷOUTを制限し、電圧変換器２０に流れる電力を制限することができる。
【００６０】
ところが、図１で説明した構成のように、蓄電装置１４と電圧変換器２０との間に低電圧作動補機５０が接続されている場合、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限すると、低電圧作動補機５０への供給電力がその作動電力に不足することが生じ得る。このときには、不足電力を補うため、高電圧側のインバータ３６，３８から電圧変換器２０を介して電力が供給されることになる。すなわちインバータ３６，３８もその分の作動を行い、また、電圧変換器２０のリアクトル２２にも電流が流れる。このように、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限しているにもかかわらず、インバータ３６，３８の温度も上昇し、リアクトル２２の温度も上昇してしまうことが生じ得る。
【００６１】
そこで、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されるときには、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限を行うと共に、低電圧作動補機５０の出力を制限することとすれば、リアクトル２２の温度上昇を抑制でき、またインバータ３６，３８の温度上昇も抑制できる。そして、低電圧作動補機５０の出力制限をリアクトル２２の温度θ1に応じて行うこととすることで、低電圧作動補機５０の出力制限が過度となることを防ぎつつ、リアクトル２２の温度上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る実施の形態の電源制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、インバータ冷却系に異常がある場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、蓄電装置の負荷率制限の様子を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、低電圧作動補機の出力制限マップの切り替えを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、低電圧作動補機の負荷率とリアクトルの温度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
４ 空調用コンプレッサ、６，８ 回転電機、１０ 電源制御システム、１２ 電源回路、１４ 蓄電装置、１６ システムメインリレー、１８，３０ 平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２２ リアクトル、２４，２６ スイッチング素子、２８，４８ 温度センサ、３２ 放電抵抗、３４ インバータユニット、３６，３８ インバータ、４０ インバータ冷却系、４２ 循環ポンプ、４４ 冷媒循環流路、４６ ラジエータ、５０ 低電圧作動補機、５２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４ バッテリ、５６ 空調用ＥＣＵ、５８ 空調用インバータ、６０ 制御部、６２ インバータ冷却系状態取得モジュール、６４ 蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール、６６ 補機出力制限モジュール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源制御システムに係り、特に、リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器を備える電源の作動を制御する電源制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を駆動する電源装置には、直交変換回路であるインバータと、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うコンバータが設けられものがある。これらのインバータ、コンバータはスイッチング素子を用い大電力を扱うので、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。そのために、温度が監視され、適当な冷却システムが用いられ、また、温度に応じて負荷への出力制限等が行なわれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両駆動システムとして、コンバータのリアクトルの温度を検出し、検出された温度になまし処理を施し、冷却水温度が高いときにはなまし処理係数を大きくして温度の傾きを大きくし、温度変化を拡大して反映するようにし、この温度に基いてトルク電流についての負荷率制限を行うことが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電圧変換装置において、その昇圧コンバータの低圧側に補機が接続される場合、回生時にバッテリ電流の最大値に補機電流の最大値を加えた大電流が昇圧コンバータに通電し得るため過電圧となることが指摘されている。ここでは、昇圧コンバータに最大許容電流を設定し、その範囲内で、複数の補機の中で必要度の低いものから負荷を制限することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４９０６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２８８０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インバータの冷却系に異常が生じた場合等において、インバータの温度が上昇するときは、例えば、負荷である回転電機の駆動出力あるいは回生電力の制限等が行われ、インバータの作動電力を抑制することができる。また、これに伴って電圧変換器であるコンバータの温度が上昇するときは、低電圧蓄電装置である２次電池に対する電力の入出力を制限し、電圧変換器に流れる電力を制限することができる。
【０００７】
ところで、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に低電圧で作動する補機等が接続されている場合、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限すると、補機への供給電力がその作動電力に不足することが生じ得る。このときには、不足電力を補うため、高電圧側から電圧変換器を介して電力が供給されることになる。すなわちインバータもその分の作動を行い、また、電圧変換器のリアクトルにも電流が流れる。このように、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限しているにもかかわらず、インバータの温度も上昇し、リアクトルの温度も上昇してしまう。このように、従来技術では、インバータ、電圧変換器の温度上昇抑制が不十分となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。他の目的は、インバータの冷却系に異常が生じたときに、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電源制御システムは、リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器と、高電圧交流電力で作動する負荷と電圧変換器との間に接続配置されるインバータと、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する補機出力制限手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、インバータ冷却系の状態を取得する手段を備え、補機出力制限手段は、さらに、インバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、電源制御システムは、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する。これによって、例えば、低電圧蓄電装置の電力の入出力が制限されているときに、電圧変換器が補機への電力供給を行うことが抑制され、インバータの温度上昇、電圧変換器の温度上昇を抑制できる。
【００１４】
また、電源制御システムにおいて、インバータ冷却系の状態を取得し、取得されたインバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限するので、インバータの冷却系に異常が生じたときに、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行うので、リアクトルの温度上昇を抑制できる。
【００１６】
また、電源制御システムにおいて、補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであるので、これらの補機の出力制限を行うことで、例えば、インバータの冷却系に異常が生じたとき、あるいは、低電圧蓄電装置の電力の入出力が制限されているときでも、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、車両は、インバータ、電圧変換器を含む電源回路を搭載する車両であれば、エンジンと回転電機とを搭載するハイブリッド車両の他、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池を搭載する車両等であってもよい。また、回転電機は、車両に搭載されるもの以外、例えば据置型のモータ・ジェネレータであってもよい。また、回転電機として、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。また、以下では回転電機に対応して２つのインバータを備える電源回路の制御について説明するが、勿論１つの回転電機に対応して１つのインバータのみを備える場合であってもよく、それ以上のインバータを備えるものであってもよい。また、電源回路の構成として、蓄電装置、システムメインリレー、電圧変換器、平滑コンデンサ、放電抵抗、インバータ回路を有するものとして説明するが、これらの要素を適宜省略してもよく、またその他の要素を適宜付加するものとしてもよい。また、低電圧で作動する補機として、ＤＣ／ＤＣコンバータ、空調用電気制御ユニット（Ａ／Ｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）、空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）、空調用のコンプレッサ（ＣＯＭＰ）を説明するが、これら以外のもの、例えば、各種の低電圧作動モータ、ＥＣＵ、ランプ、オーディオ機器等の各種車両搭載用電子機器等であってもよい。
【００１８】
なお、以下では、回転電機を作動制御するインバータの作動電圧である約６００Ｖ程度の電圧を高電圧とし、蓄電装置の両端電圧である約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧を低電圧として説明するが、これらの電圧値は説明のための例示であって、勿論これ以外の電圧値であっても構わない。また、低電圧で作動する補機とは、蓄電装置の両端電圧である約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧で直接作動する機器の他、この約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧をさらに降圧して、例えば、約１２Ｖの電圧で作動する各種電気機器も含む。その意味では、低電圧で作動する補機とは、電圧変換器の昇圧前の電圧で作動する機器全般を指すものである。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、車両に搭載される回転電機等についての電源回路を制御する電源制御システム１０の構成を示す図である。電源制御システム１０は、車両の走行状態等に応じて、車両に搭載される電源回路の各構成要素の作動を制御する機能を有する。電源制御システム１０は、電源回路１２と制御部６０とを含んで構成される。なお、図１には、電源制御システム１０の構成要素ではないが、２つの回転電機６，８、空調用コンプレッサ４が図示されている。
【００２１】
２つの回転電機６，８のうち、第１の回転電機（ＭＧ１）６は、例えば、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、その場合には、図示されていないエンジンに接続され、エンジンの駆動力によって発電する機能を有する三相同期型回転電機である。第１の回転電機６は、例えば、約６００Ｖの高電圧で作動する第１のインバータ（ＭＧ１インバータ）３６によって作動制御される。
【００２２】
第２の回転電機（ＭＧ２）８は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電力が供給されるときは電動機として機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。車両に搭載される第２の回転電機８は、図示されていない車両の車軸に伝達されるエンジンの動力を補助して、駆動力を高める機能を有する。第２の回転電機８も、第１の回転電機６と同様に、例えば、約６００Ｖ程度の高電圧で作動する第２のインバータ（ＭＧ２インバータ）３８によって作動制御される。
【００２３】
空調用コンプレッサ（ＣＯＭＰ）４は、車両に搭載される空調装置を構成する圧縮機である。空調用コンプレッサ４は、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖ程度の低電圧で作動する空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）５８によって作動制御される。
【００２４】
電源回路１２は、蓄電装置１４、システムメインリレー１６、蓄電装置側の平滑コンデンサ１８、電圧変換器２０、インバータ側の平滑コンデンサ３０、インバータユニット３４、インバータ冷却系４０、低電圧作動補機５０を含んで構成される。
【００２５】
蓄電装置１４は、充放電可能な２次電池で、この蓄電装置１４は、電圧変換器２０の低電圧側に配置されるので、低電圧蓄電装置と呼ぶことができる。蓄電装置１４としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００２６】
システムメインリレー１６は、蓄電装置１４の正極母線と負極母線にそれぞれ設けられる大電力用リレーを含んで構成される大電力用遮断装置である。システムメインリレー１６は、電源回路１２が作動状態に入るときに接続状態とされ、電源回路１２が作動を終了すると遮断状態とされる。このように、システムメインリレー１６は、電源回路１２が作動していないときに蓄電装置１４をその他の要素から電力的に遮断することができ、これによって、例えば、車両の車体を、約２００Ｖから約３００Ｖの電圧またはこれを昇圧した約６００Ｖの電圧から安全に遮断する機能を有する。
【００２７】
蓄電装置１４と電圧変換器２０との間に設けられる蓄電装置側の平滑コンデンサ１８は、低電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ１８の両端電圧としてＶLが図１に図示されているが、このＶLが、電圧変換器２０の低電圧側の電圧である。
【００２８】
電圧変換器２０は、リアクトル２２と、２つのスイッチング素子２４，２６とを含んで構成される昇降圧回路である。電圧変換器２０は、蓄電装置１４側の約２００Ｖから約３００Ｖ程度の低電圧を、リアクトル２２のエネルギ蓄積作用を利用して、例えば約６００Ｖの高電圧に昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。また、電圧変換器２０は双方向機能を有し、インバータユニット３４を構成する第１のインバータ３６及び第２のインバータ３８の側からの電力を蓄電装置１４側に充電電力として供給するときには、第１のインバータ３６、第２のインバータ３８の側の高電圧を蓄電装置１４に適した低電圧に降圧する作用も有する。
【００２９】
リアクトル２２は、一方端が蓄電装置１４の側の正極母線に接続され、他方端が２つのスイッチング素子２４，２６の間の接続点に接続され、磁気エネルギを蓄積できる装置である。リアクトル２２は、磁性体であるコアにコイルを巻回し、コイルに高周波信号を流すことでインダクタンスとして利用するもので、スイッチング素子２４，２６と合わせて用いて、昇降圧回路を構成することができる。コイルに高周波信号を流すことでコア、コイルは発熱し、例えば、約１００℃から約２００℃程度に温度が上昇することがある。
【００３０】
リアクトル２２の近傍に配置される温度センサ２８は、リアクトル２２の温度θ1を検出し、適当な信号線を介して制御部６０にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
【００３１】
２つのスイッチング素子２４，２６は、互いに直列に接続されて、インバータユニット３４の正極母線と負極母線の間に配置される大電力スイッチングトランジスタである。２つのスイッチング素子２４，２６の間の接続点は、上記のように、リアクトル２２の他方端に接続される。スイッチング素子２４，２６としては、ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ：ＩＧＢＴ）を用いることができる。図１では、スイッチング素子２４，２６をｎチャネル型として示されているが、電圧の関係でこれをｐチャネル型とすることもできる。２つのスイッチング素子２４，２６には、それぞれに並列に、ダイオードが接続される。
【００３２】
２つのスイッチング素子２４，２６のうち、一方側のスイッチング素子２４は、コレクタ端子がインバータユニット３４の正極母線に接続され、エミッタ端子が他方側のスイッチング素子２６のコレクタ端子に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部６０からの制御信号線に接続される。他方側のスイッチング素子２６は、上記のようにコレクタ端子が一方側のスイッチング素子２４のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が蓄電装置１４とインバータユニット３４に共通の負極母線に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部６０からの制御信号線に接続される。
【００３３】
電圧変換器２０は、スイッチング素子２４，２６の制御によって次のように昇圧動作と降圧動作を行う。昇圧動作のときは、インバータユニット３４の側から蓄電装置１４の側に電力が供給され、降圧動作のときは、蓄電装置１４の側からインバータユニット３４の側に電力が供給される。
【００３４】
昇圧動作の場合は、スイッチング素子２４がオフとされ、スイッチング素子２６がオンとされる。これによって、インバータユニット３４との間の接続が開放状態となる。一方で、リアクトル２２の他方端が負極母線と接続状態となるので、蓄電装置１４の正極母線からリアクトル２２を介して負極母線に向かって電流が流れる。このように、リアクトル２２には、蓄電装置１４から電流が流れ込むので、その電流をＩとし、リアクトルのインピーダンスをＬとして、（ＬＩ2）／２のエネルギがリアクトル２２に蓄積される。これによりリアクトル２２の他方端の電圧が上昇し、スイッチング素子２４に並列に接続されるダイオードの作用によって、インバータユニット３４の側の電圧との差がある程度以上となると、そのエネルギがインバータユニット３４の側に流れ込む。これによって、インバータ側の平滑コンデンサ３０の電圧が次第に上昇する。このようにして、インバータユニット３４の正極母線と負極母線との間の電圧が高められて昇圧が行われる。
【００３５】
降圧動作の場合は、昇圧動作と逆で、スイッチング素子２６がオフとされ、スイッチング素子２４がオンとされる。これによって、リアクトル２２と負極母線との間の接続が開放状態となる。一方で、インバータユニット３４の正極母線がリアクトル２２の他方端と接続状態となるので、インバータ側の平滑コンデンサ３０に蓄積されたエネルギが、リアクトル２２に流れ込み、蓄電装置１４の側の平滑コンデンサ１８に転送される。このようにして、インバータユニット３４側の電力が降圧されて蓄電装置１４の側に供給される。
【００３６】
電圧変換器２０とインバータユニット３４の間に設けられるインバータ側の平滑コンデンサ３０は、高電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ３０の両端電圧としてＶHが図１に図示されているが、このＶHが、電圧変換器２０の高電圧側の電圧である。なお、放電抵抗３２は、電源回路１２の作動が停止して、平滑コンデンサ３０に蓄積されている電気エネルギを放電する必要のあるときに用いられる抵抗素子である。
【００３７】
インバータユニット３４は、２つのインバータ３６，３８を含んで構成される。２つのインバータ３６，３８は、いずれも、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続される回転電機に供給する機能と、逆にそれぞれの回転電機からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。２つのインバータ３６，３８のうち、第１の回転電機（ＭＧ１）６に接続され方を第１のインバータ（ＭＧ１インバータ）３６、第２の回転電機（ＭＧ２）８に接続される方を第２のインバータ（ＭＧ２インバータ）３８と呼ぶことができる。
【００３８】
インバータ３６，３８は、それぞれの基本構成は互いに同じで、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。スイッチング素子は、電圧変換器２０におけるスイッチング素子２４，２６と同様に、大電力用スイッチングトランジスタで、ＩＧＢＴ等を用いることができる。これらのスイッチング素子は、大電力のスイッチングを行うため、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。
【００３９】
インバータ冷却系４０は、インバータユニット３４を冷却するための冷却システムである。図１では、インバータユニット３４と共に電圧変換器２０も冷却するシステムとして示されているが、これは、電圧変換器２０からインバータユニット３４までが高電圧系として、１つのＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）としてまとめられ、１つのユニットケースに収納されていることが多いからである。その意味では、インバータ冷却系４０は、インバータを含むパワーユニットの冷却系ということができる。
【００４０】
インバータ冷却系４０は、冷却水等の冷媒を循環ポンプ４２によって冷媒循環流路４４に沿って循環させ、インバータ３６，３８と電圧変換器２０から熱を運び出して適当なラジエータ４６で外部に放熱する冷却システムである。
【００４１】
冷媒循環流路の近傍に配置される温度センサ４８は、冷媒である冷却水の温度θ2を検出し、適当な信号線を介して制御部６０にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
【００４２】
低電圧作動補機５０は、電圧変換器２０の低電圧側の電圧ＶLによって作動する電気機器等である。図１では、ＶLを有する低電圧電力を約１２Ｖの直流電力に変換して１２Ｖバッテリ５４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、１２Ｖの電圧で作動する空調用ＥＣＵ（Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）５６と、ＶLで作動し、空調用コンプレッサ（ＣＯＭＰ）４を作動制御する空調用インバータ（Ａ／Ｃインバータ）５８が示されている。
【００４３】
制御部６０は、電源回路１２を構成する各要素の作動を全体として制御する機能を有する制御回路である。制御部６０は、図示されていない車両の走行等を制御する統合制御部の指示の下で作動する。制御部６０は、ここでは特に、インバータ冷却系４０に不具合が生じたときに、インバータユニット３４と電圧変換器２０の過度の温度上昇を抑制する制御を行う機能を有する。かかる制御部６０は、車両の搭載に適したコンピュータで構成することができる。これを独立のコンピュータとしてもよく、車両に搭載される他の制御装置の機能の一部に制御部６０の機能を含めるものとしてもよい。例えば、上記の統括制御部に制御部６０の機能を含めるものとしてもよい。
【００４４】
制御部６０は、インバータ冷却系４０の状態を取得し、その状態が正常か異常かを判断するインバータ冷却系状態取得モジュール６２と、インバータ冷却系が異常の場合に、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷINと持ち出される出力電力であるＷOUTを制限する蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール６４と、インバータ冷却系４０が異常の場合に、低電圧作動補機５０の出力を制限する補機出力制限モジュール６６を含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアによって実現され、具体的には、電源制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００４５】
上記構成の作用、特に制御部６０の各機能について、図２から図５を用いて詳細に説明する。図２はインバータ冷却系４０に異常がある場合の処理手順を示すフローチャートであり、図３は、蓄電装置１４の負荷率制限の様子を説明する図、図４は低電圧作動補機５０の出力制限マップの切り替えを説明する図、図５は低電圧作動補機５０の負荷率とリアクトル２２の温度との関係を説明する図である。図２のフローチャートの各手順は、電源制御プログラムの処理手順のそれぞれに対応する。
【００４６】
電源制御プログラムが立ち上がると、インバータ冷却系４０の状態の取得が行われる（Ｓ１０）。この工程は、制御部６０のインバータ冷却系状態取得モジュール６２の機能によって実行される。具体的には、温度センサ４８によってインバータ冷却系４０の冷媒である冷却水の温度θ2が検出され、その検出結果を制御部６０が取得する。
【００４７】
そして、インバータ冷却系４０の状態について正常か異常かが判断される（Ｓ１２）。正常か異常かの判断基準としては、温度センサ４８が検出した温度θ2と、予め定めた閾値温度とを比較し、検出した温度θ2が閾値温度を超えるときに、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断するものとできる。
【００４８】
インバータ冷却系４０の状態が異常となるときには、インバータ３６，３８が過負荷等で温度が異常に上昇する場合と、インバータ３６，３８は正常に作動しているが、インバータ冷却系４０を構成する要素に故障が発生し、インバータユニット３４を正常に冷却できなくなっている場合がある。いずれの場合も、結果として冷媒である冷却水の温度が上昇するので、温度センサ４８の温度θ2を監視することでインバータ冷却系４０の異常を検出することができる。さらに迅速に異常を検出するには、インバータ冷却系４０を構成する要素の故障を直接的に検出することが望ましい。
【００４９】
したがって、循環ポンプ４２の回転数が正常か異常か、ラジエータ４６の回転数が正常か異常か等も考慮して、インバータ冷却系４０の状態を判断するものとすることが望ましい。例えば、循環ポンプ４２の回転数情報を適当な信号線によって制御部６０に伝送し、この回転数情報を予め定めた閾値回転数と比較して、インバータ冷却系４０が正常か異常かを判断するものとできる。
【００５０】
Ｓ１２において、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されると、次に、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷINと持ち出される出力電力であるＷOUTを制限することが行われる（Ｓ１４）。この工程は、制御部６０の蓄電装置のＷIN，ＷOUT制限モジュール６４の機能によって実行される。蓄電装置１４とリアクトル２２の間に電力を消費する他の装置がない場合、あるいはあってもその消費電力が少ない場合には、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限することで、リアクトル２２を流れる電流を効果的に抑制することができ、これによってリアクトル２２発熱及び温度上昇を抑制することができる。
【００５１】
蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限は、リアクトル２２の温度θ1に応じて蓄電装置１４の負荷率制限マップを用いて行うことができる。図３はその様子を示す図で、横軸にリアクトル２２の温度θ1をとり、縦軸に正規化した蓄電装置のＷINまたはＷOUTの量を取ってある。正規化したＷINまたはＷOUTの値は、リアクトル２２の温度θ1が十分低い温度のときを１とし、任意の温度については、この１に対する割合を負荷率として示してある。図３において、インバータ冷却系４０が正常の場合の負荷率制限特性が実線で、インバータ冷却系４０が異常の場合の負荷率制限特性が破線で示されている。
【００５２】
インバータ冷却系４０が正常の場合は、リアクトル２２の温度θ1がＢ℃以下の低温では負荷率＝１で、蓄電装置のＷINまたはＷOUTの制限が行われない。リアクトル２２の温度θ1がＢ℃以上となると、リアクトル２２の温度θ1が上昇するにつれて、蓄電装置の負荷率が１よりも小さくなるように制限される。すなわち、ＷIN及びＷOUTが小さく制限される。
【００５３】
インバータ冷却系４０が異常のときは、蓄電装置１４の負荷率の制限が始まるリアクトル２２の温度が、正常のときの温度Ｂ℃よりも低温側の温度Ａ℃とされる。例えば、Ｂ＝１１０℃として、Ａ＝１００℃に設定される。つまり、インバータ冷却系４０が異常と判定されると、より低温側で、蓄電装置１４の負荷率制限が開始される。これによって、正常状態の場合よりも低温側で、リアクトル２２を流れる電流の制限が開始し、リアクトル２２の発熱及び温度上昇を抑制することができる。
【００５４】
再び図２に戻り、Ｓ１４の次に、低電圧で作動する補機の出力制限が行われる。この制限は、リアクトル２２の温度θ1と補機出力上限値との関係を示す補機出力制限マップの切替によって行われる（Ｓ１６）。補機出力制限マップの切替の様子を図４に示す。図４は、横軸にリアクトル２２の温度以外の任意のパラメータをとり、縦軸にはリアクトル２２の温度θ1に応じた補機の出力の上限値の例が示されている。
【００５５】
ここでは、一例として、インバータ冷却系４０が正常のときの補機出力の上限値を示す補機出力制限マップが実線で示され、インバータ冷却系４０が異常のときの補機出力の上限値を示す補機出力制限マップが破線で示されている。すなわち、インバータ冷却系４０が正常のときの補機出力制限マップは、補機出力の上限値がＰ0であるのに対し、インバータ冷却系４０が異常のときの補機出力制限マップは、補機出力の上限値がαＰ0とされる。αは補機の負荷率を示すもので１以下の数字である。αはリアクトル２２の温度によって異なる値を設定することができる。図４では、そのことを示すために、補機出力の上限値がＰ0のときをθ1＝６５℃、θ1＝８５℃となると、補機出力の上限値が０．５Ｐ0となるものとしてある。
【００５６】
図５は、リアクトル２２の温度θ1と補機負荷率αとの関係を示す図である。補機負荷率αは、リアクトル２２の温度θ1が閾値温度であるＤ℃以下の低温であるときは実線で示されるように、α＝１をとる。そして、閾値温度であるＤ℃を超えると、破線で示されるように、１以下の値をとる。図５では、図４の例に合わせて、α＝０．５をとるものとしてあるが、勿論これ以外の値に設定することができる。このように、閾値温度Ｄ℃を境にして、αを１からそれ以外の小さな値に不連続的に切り替える。
【００５７】
図５では、補機負荷率αの設定のもう１つの方法として、リアクトル２２の温度θ1に応じて、１から連続的に小さな値に設定する例が一点鎖線で示されている。ここでは、もう１つの閾値温度Ｃ℃が設けられ、リアクトル２２の温度θ1がＣ℃以下の低温であるときはα＝１、閾値温度であるＤ℃を超えると、例えばα＝０．５をとる。そして、Ｃ℃からＤ℃の間は、補機負荷率αは、リアクトル２２の温度θ1に応じて、α＝１からα＝０．５へ連続的に変化する値をとる。
【００５８】
再び図２に戻り、Ｓ１６においてリアクトル２２の温度θ1に応じて補機出力制限マップの切替が行われると、その切替にしたがって、各補機の出力制限が行われる。図２では、図１の構成にしたがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力制限が実行され（Ｓ１８）、空調用インバータ５８の出力制限が実行される（Ｓ２０）。例えば、上記の例で、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断され、リアクトル２２の温度が閾値温度Ｄ℃を超えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力が５０％に制限され、空調用インバータ５８の出力が５０％に制限される。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０の工程は、制御部６０の補機出力制限モジュール６６の機能によって実行される。Ｓ２０の処理の後は、再びＳ１０に戻り、上記の処理手順が繰り返される。なお、Ｓ１２において判断が否定された場合も同様にＳ１０に戻る。
【００５９】
このように、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されると、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限と共に低電圧作動補機５０の出力が制限されるのは、次のような場合があるからである。すなわち、インバータ冷却系４０に異常が生じた場合において、インバータの温度が上昇するときは、一般的には、負荷である回転電機６，８の駆動出力あるいは回生電力の制限等が行われるので、インバータ３６，３８の作動電力を抑制することができる。また、これに伴って電圧変換器２０の温度が上昇するときは、蓄電装置１４に対する入出力電力であるＷIN，ＷOUTを制限し、電圧変換器２０に流れる電力を制限することができる。
【００６０】
ところが、図１で説明した構成のように、蓄電装置１４と電圧変換器２０との間に低電圧作動補機５０が接続されている場合、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限すると、低電圧作動補機５０への供給電力がその作動電力に不足することが生じ得る。このときには、不足電力を補うため、高電圧側のインバータ３６，３８から電圧変換器２０を介して電力が供給されることになる。すなわちインバータ３６，３８もその分の作動を行い、また、電圧変換器２０のリアクトル２２にも電流が流れる。このように、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTを制限しているにもかかわらず、インバータ３６，３８の温度も上昇し、リアクトル２２の温度も上昇してしまうことが生じ得る。
【００６１】
そこで、インバータ冷却系４０の状態が異常であると判断されるときには、蓄電装置１４のＷIN，ＷOUTの制限を行うと共に、低電圧作動補機５０の出力を制限することとすれば、リアクトル２２の温度上昇を抑制でき、またインバータ３６，３８の温度上昇も抑制できる。そして、低電圧作動補機５０の出力制限をリアクトル２２の温度θ1に応じて行うこととすることで、低電圧作動補機５０の出力制限が過度となることを防ぎつつ、リアクトル２２の温度上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る実施の形態の電源制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、インバータ冷却系に異常がある場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、蓄電装置の負荷率制限の様子を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、低電圧作動補機の出力制限マップの切り替えを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、低電圧作動補機の負荷率とリアクトルの温度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
４ 空調用コンプレッサ、６，８ 回転電機、１０ 電源制御システム、１２ 電源回路、１４ 蓄電装置、１６ システムメインリレー、１８，３０ 平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２２ リアクトル、２４，２６ スイッチング素子、２８，４８ 温度センサ、３２ 放電抵抗、３４ インバータユニット、３６，３８ インバータ、４０ インバータ冷却系、４２ 循環ポンプ、４４ 冷媒循環流路、４６ ラジエータ、５０ 低電圧作動補機、５２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４ バッテリ、５６ 空調用ＥＣＵ、５８ 空調用インバータ、６０ 制御部、６２ インバータ冷却系状態取得モジュール、６４ 蓄電装置ＷIN，ＷOUT制限モジュール、６６ 補機出力制限モジュール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器と、
高電圧交流電力で作動する負荷と電圧変換器との間に接続配置されるインバータと、
低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する補機出力制限手段と、
を備えることを特徴とする電源制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
インバータ冷却系の状態を取得する手段を備え、
補機出力制限手段は、さらに、
インバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限することを特徴とする電源制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることを特徴とする電源制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであることを特徴とする電源制御システム。
【請求項１】
リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器と、
高電圧交流電力で作動する負荷と電圧変換器との間に接続配置されるインバータと、
低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に並列に接続配置され低電圧電力で作動する補機について、リアクトルの温度に応じ補機の出力を制限する補機出力制限手段と、
を備えることを特徴とする電源制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
インバータ冷却系の状態を取得する手段を備え、
補機出力制限手段は、さらに、
インバータ冷却系の状態に応じ補機の出力を制限することを特徴とする電源制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
リアクトルの温度に応じて低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることを特徴とする電源制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
補機は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはエアコンプレッサであることを特徴とする電源制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５４２０６（Ｐ２００９−２５４２０６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０２５２０（Ｐ２００８−１０２５２０）
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【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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