JP2020054057A - 電力変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モータに電力を供給する電力変換器において電流センサを熱から保護する技術を提供する。
【解決手段】
電力変換器は、スイッチング素子と、電流センサと、冷却器と、コントローラを備えている。スイッチング素子は、電源の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換する。電流センサは、スイッチング素子の出力電流が流れるバスバに取り付けられており、出力電流を計測する。冷却器は、スイッチング素子を冷却する。コントローラは、冷媒温度に基づいて電流センサの推定温度を特定する。コントローラは、スイッチング素子の出力電流と入力電圧に基づいて推定温度の第１補正値と第２補正値を特定する。コントローラは、推定温度に第１補正値と第２補正値を加えた補正後温度が温度閾値を超えたらスイッチング素子の負荷を制限する。
【選択図】図６

Description

本明細書が開示する技術は、電源の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器に関する。

電気自動車は、電源の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器を備えている。なお、本明細書における電気自動車には、走行用モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車、および、走行用モータの電源として燃料電池を備えている自動車が含まれる。電力変換器の典型は、直流電力を交流電力に変換するインバータである。電力変換器は、インバータの前段に、直流電力の電圧を昇圧する昇圧コンバータを含む場合がある（例えば特許文献１）。以下では、走行用モータを単純にモータと称する。

電力変換器は、電力変換用のスイッチング素子を多く含んでいる。電力変換用のスイッチング素子は、パワースイッチング素子と呼ばれる場合がある。電力変換用のスイッチング素子は、大電力を扱うため、発熱量が大きい。スイッチング素子の過熱を避けつつ、スイッチング素子を有効に使うには、スイッチング素子の温度を知ることが重要である。特許文献１には、スイッチング素子を流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧からスイッチング素子の温度を推定する技術が開示されている。スイッチング素子の温度を推定することで、温度センサが不要になる。

また、電力変換器は、モータに適切に目標電流が供給されるように、出力電流を計測する電流センサを備えている。スイッチング素子の出力端にはバスバと呼ばれる細長金属板（あるいは金属棒）が接続される。バスバがスイッチング素子の出力電流を伝達する。特許文献２に開示されている電力変換器では、バスバに電流センサが取り付けられている。

特開２０１３−４８５１５号公報 特開２０１３−５５５０号公報

スイッチング素子の熱量はバスバを通じて電流センサにも伝わる。電流センサが過熱により使えなくなると、モータに適正な電力を供給できなくなる。それゆえ、電流センサの熱保護も重要である。本明細書は、走行用モータに電力を供給する電力変換器において電流センサを熱から保護する技術を提供する。特に、電流センサの温度を計測する専用の温度センサを設けずに、電流センサを熱から保護する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、電気自動車用の電力変換器であり、電源の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換するデバイスである。その電力変換器は、スイッチング素子と、冷却器と、電流センサと、温度センサと、コントローラを備えている。スイッチング素子は、電源の出力電力をモータの駆動電力に変換する。電流センサは、スイッチング素子の出力電流を計測する。電流センサは、スイッチング素子の出力電流が流れるバスバに取り付けられている。冷却器は、スイッチング素子を冷却する。温度センサは、冷却器の冷媒の温度（冷媒温度）を計測する。コントローラは、スイッチング素子を制御する。コントローラは、冷媒温度に基づいて電流センサの温度を推定する。推定された温度を推定温度と称する。コントローラは、スイッチング素子の出力電流に基づいて、推定温度の第１補正値を特定するとともに、スイッチング素子に印加される入力電圧に基づいて、推定温度の第２補正値を特定する。第１補正値と第２補正値は、バスバを通じてスイッチング素子から電流センサに加えられる熱量による電流センサの温度上昇分に相当する。コントローラは、推定温度に第１補正値と第２補正値を加えた補正後温度が所定の温度閾値を超えたら、スイッチング素子の負荷を制限する。

スイッチング素子の負荷を制限することで、スイッチング素子からバスバを通じて電流センサに加えられる熱量が減り、電流センサが熱から保護される。冷媒温度に加えてスイッチング素子の出力電流と入力電圧を考慮することで、電流センサの温度が精度よく推定される。本明細書が開示する電力変換器は、電流センサの温度を計測する専用の温度センサを用いることなく電流センサの温度を精度よく推定し、電流センサを適切に熱から保護することができる。

冷媒温度は雰囲気温度に影響される。それゆえ、冷媒温度に基づいて特定される推定温度は、雰囲気温度も考慮されたものになっている。本明細書が開示する電力変換器のコントローラは、雰囲気温度に基づいて冷却器を制御するように構成されていてもよい。冷媒温度と雰囲気温度の関係に含まれる誤差が減少するため、冷媒温度に基づいて推定する電流センサの推定温度がより正確に求まる。

冷媒温度と推定温度の関係、出力電流と第１補正値に関係、入力電圧と第２補正値の関係は、電力変換器の構造に基づいて予め特定されている。それらの関係は、数式であらわされていてもよいし、マップの形式で表されていてもよい。コントローラは、冷媒温度と推定温度の関係を表した第１マップと、出力電流と第１補正値の関係を表した第２マップと、入力電圧と第２補正値の関係を表した第３マップを記憶しているとよい。推定温度と第１補正値と第２補正値が簡単に導出できる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換器を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 電圧コンバータとインバータの回路図である。 電力変換器の底面図である。 電力変換器の正面図である。 端子台の内部構造を示した図である。 保護制御のフローチャートである。 第１マップの一例である。 第２マップの一例である。 第３マップの一例である。

図面を参照して実施例の電力変換器２を説明する。電力変換器２は、電気自動車１００に搭載されている。図１に、電力変換器２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、車輪を駆動するための２個のモータ９１ａ、９１ｂを有している。

電気自動車１００は、２個のモータ９１ａ、９１ｂのほか、直流電源１３と、電力変換器２と、上位コントローラ２５を備えている。直流電源１３は、リチウムイオンバッテリである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電力を、モータ９１ａ、９１ｂの駆動電力に変換する。モータ９１ａ、９１ｂは三相交流モータである。電力変換器２は、直流電源１３の出力電圧を昇圧し、昇圧された電力を三相交流に変換する。

電力変換器２は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、冷却器２０、コントローラ６を備えている。電圧コンバータ１１は、チョッパ型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、直流電源１３の電圧を昇圧してインバータ１２へ供給する。電圧コンバータ１１は、モータ９１ａ、９１ｂが発電した回生電力を（インバータ１２が直流電力に変換した後に）、直流電源１３の電圧まで降圧することもできる。

チョッパ型の電圧コンバータ１１は、複数のスイッチング素子９ａ、９ｂのほか、リアクトルとコンデンサを備えている。電圧コンバータ１１の回路構成は後に図２を参照して説明する。図１では、電圧コンバータ１１がスイッチング素子９ａ、９ｂと電流センサ５１を備えることを模式的に示してある。電流センサ５１は、リアクトル（後述）を流れる電流を計測する。図中の矢印破線は信号の流れを示している。電流センサ５１の計測データはコントローラ６に送られる。スイッチング素子９ａ、９ｂは、コントローラ６からの指令により動作する。電圧コンバータ１１の出力側には平滑コンデンサ１７と電圧センサ１８が備えられている。電圧センサ１８は、電圧コンバータ１１の出力電圧（インバータ１２への入力電圧）を計測する。電圧センサ１８の計測値は、コントローラ６に送られる。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路を含んでいる。それぞれのインバータ回路は、電圧コンバータ１１によって昇圧された直流電力を、モータ９１ａ、９１ｂを駆動する交流電力に変換する。インバータ回路の構成は後に図２を参照して説明する。図１では、インバータ１２がスイッチング素子９ｃ、９ｄを備えることを模式的に示してある。インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄも、コントローラ６からの指令により動作する。

インバータ１２がモータ９１ａ（９１ｂ）に供給する交流は、電流センサ５２ａ（５２ｂ）によって計測される。電流センサ５２ａ、５２ｂの計測値もコントローラ６へ送られる。

コントローラ６は、上位コントローラ２５から、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力指令を受信する。コントローラ６は、受信した目標出力指令が実現されるように、各種センサの計測値に基づいて、電圧コンバータ１１とインバータ１２のスイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄをフィードバック制御する。上位コントローラ２５は、アクセル開度、車速、直流電源１３の残量などから、モータ９１ａ、９１ｂの目標出力を決定し、その指令（目標出力指令）をコントローラ６へ送信する。

電力変換器２は、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂと、インバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄ、その他、電圧コンバータ１１のリアクトルなどを冷却する冷却器２０も備えている。冷却器２０は、冷媒が流れる循環路２１と、ラジエータ２３と、ポンプ２２と、温度センサ２４を備えている。循環路２１は、電圧コンバータ１１、インバータ１２、ラジエータ２３を通っている。後述するが、電圧コンバータ１１のスイッチング素子９ａ、９ｂとインバータ１２のスイッチング素子９ｃ、９ｄは、ひとつのユニットにまとめられており、そのユニットに冷媒が送られる。ユニットには複数の冷却チューブ（後述）が含まれており、それら冷却チューブが循環路２１の一部に相当する。ポンプ２２が、ラジエータ２３を通過した冷媒を上記した冷却チューブへ送り込む。温度センサ２４は、冷却チューブへ送り込まれる前の冷媒の温度を計測する。冷媒は水あるいは不凍液である。ポンプ２２は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、ポンプ２２を適切に制御し（即ち、冷媒の流量を制御し）、スイッチング素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの過熱を防止する。

電力変換器２には、雰囲気温度を計測する温度センサ８も備えられている。温度センサ８の計測値もコントローラ６に送られる。

図２に、電圧コンバータ１１とインバータ１２の回路図を示す。電圧コンバータ１１は、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂと、２個のダイオードと、リアクトル１５と、フィルタコンデンサ１４を備えている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂは、電圧コンバータ１１の高電圧端正極１１ｃと高電圧端負極１１ｄの間に直列に接続されている。それぞれのスイッチング素子に対してダイオードが逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点と低電圧端正極１１ａの間にリアクトル１５が接続されている。直列接続の中点とリアクトル１５の間に電流センサ５１が備えられている。電流センサ５１は、リアクトル１５を流れる電流、すなわち、電圧コンバータ１１に流れる電流を計測する。低電圧端正極１１ａと低電圧端負極１１ｂの間にフィルタコンデンサ１４が接続されている。低電圧端負極１１ｂと高電圧端負極１１ｄは直接に接続されている。２個のスイッチング素子９ａ、９ｂとダイオードを囲っている破線は、半導体モジュール３ｇを表している。半導体モジュール３ｇについては後述する。

先に述べたように、図２の電圧コンバータ１１は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。図２の電圧コンバータ１１は良く知られているので動作については説明を省略する。

インバータ１２は、２セットのインバータ回路１２ａ、１２ｂを備えている。インバータ回路１２ａについて説明する。インバータ回路１２ａは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が３セット並列に接続された回路構造を有している。各スイッチング素子９ｃ、９ｄにダイオードが逆並列に接続されている。破線３ａ−３ｃは、それぞれ半導体モジュールを表している。半導体モジュール３ａ−３ｃのそれぞれは、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続と、各スイッチング素子９ｃ、９ｄに逆並列に接続されたダイオードを収容している。

３個の半導体モジュール３ａ−３ｃ、すなわち、スイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続の３セットは、正極線（正極バスバ３５）と負極線（負極バスバ３６）の間で並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点から交流が出力される。３セットの直列接続の出力、すなわち、インバータ回路１２ａの出力電流は、出力バスバ４ａ−４ｃとパワーケーブル（不図示）を介してモータ９１ａに送られる。バスバとは、大電流を伝送するのに好適な導体である。バスバは、例えば銅板で作られる。

インバータ回路１２ｂは、インバータ回路１２ａと同じ構造を有している。図示は省略しているが、３個の半導体モジュール３ｄ−３ｆのそれぞれに、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続が収容されている。それぞれのスイッチング素子９ｃ、９ｄにはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列接続のそれぞれの中点からモータ９１ｂを駆動するための交流が出力される。３セットの直列接続のそれぞれの出力電流は、出力バスバ４ｄ−４ｆと不図示のパワーケーブルを介してモータ９１ｂへ送られる。

出力バスバ４ａ−４ｃには電流センサ５２ａが備えられており、出力バスバ４ｄ−４ｆには電流センサ５２ｂが備えられている。電流センサ５２ａは、出力バスバ４ａ−４ｃを流れる電流を計測し、電流センサ５２ｂは出力バスバ４ｄ−４ｆを流れる電流を計測する。計測された電流はコントローラ６に送られる（図１参照）。電流センサ５２ａ、５２ｂは、スイッチング素子９ｃ、９ｄの出力電流を計測する。

スイッチング素子９ａ−９ｄは、電力変換用のトランジスタ（パワートランジスタ）である。スイッチング素子９ａ−９ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。

図２の３ａ−３ｇは、半導体モジュールを表している。以下では、半導体モジュール３ａ−３ｇのいずれかひとつを区別なく表すときには、半導体モジュール３と表記する。ひとつの半導体モジュール３には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）と、それぞれのスイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードが収容されている。半導体モジュール３の本体は樹脂パッケージであり、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（あるいは９ｃ、９ｄ）は、樹脂パッケージの内部で直列に接続されている。

次に、図３−図５を参照して電力変換器２のハードウエア構成を説明する。図３は、電力変換器２の底面図であり、図４は電力変換器２の正面図である。図３ではケース３０の底を省略しており、図４では、ケース３０の前板を省略している。図３、図４では、ケース３０の一部を省略することで、ケース内部の部品レイアウトが見えるようにしてある。

スイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を収容した複数の半導体モジュール３ａ−３ｇは、複数の冷却チューブ２８とともに、積層ユニット２９を構成している。図３では、積層ユニット２９の両端の冷却チューブに符号２８を付し、残りの冷却チューブには符号を省略した。冷却チューブ２８が、先に説明した冷却器２０の循環路２１に相当する。半導体モジュール３ａ−３ｇと冷却チューブ２８は、１個ずつ交互に積層されており、半導体モジュール３ａ−３ｇのそれぞれの両側に冷却チューブ２８が接している。冷却チューブ２８の内部に冷媒が流れ、接している半導体モジュール３を冷却する。

それぞれの半導体モジュール３の本体から、正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３、および制御端子３０４が延びている。先に述べたように、半導体モジュール３の本体内部には、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続が収容されている。正極端子３０１、負極端子３０２、出力端子３０３は、それぞれ、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）の直列接続の正極、負極、中点と接続されている。図３では、右端の半導体モジュール３ｇの端子にのみ、符号３０１、３０２、３０３を付した、他の半導体モジュール３ａ−３ｆに対しては、端子を示す符号を省略した。

制御端子３０４は、半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）のゲートや、センスエミッタなどに接続されている。制御端子３０４の先端は、回路基板４４に接続されている。回路基板４４には、図１で示したコントローラ６が実装されている。コントローラ６は、制御端子３０４を介して半導体モジュール３の内部のスイッチング素子９ａ、９ｂ（９ｃ、９ｄ）を制御する。

図中の＋Ｙ方向で、平滑コンデンサ１７が積層ユニット２９に隣接している。図中の＋Ｘ方向でリアクトル１５が積層ユニット２９に隣接している。

半導体モジュール３ａ−３ｇの正極端子３０１は正極バスバ３５で平滑コンデンサ１７の一方の電極に接続されており、負極端子３０２は負極バスバ３６で平滑コンデンサ１７の他方の電極に接続されている。リアクトル１５の一端１５ａが、中継バスバ３７で半導体モジュール３ｇの出力端子３０３に接続されている。半導体モジュール３ｇの出力端子３０３は、電圧コンバータ１１において２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点に相当する（図２参照）。

−Ｙ方向で端子台４０が積層ユニット２９に隣接している。半導体モジュール３ａ−３ｆの出力端子３０３のそれぞれには出力バスバ４ａ−４ｆのそれぞれが接続されている。出力バスバ４ａ−４ｆは端子台４０を通過している。出力バスバ４ａ−４ｃ（４ｄ−４ｆ）の先端は、端子台４０の側面にて、パワー端子４０１ａ（４０１ｂ）となっている。半導体モジュール３ａ−３ｃはインバータ回路１２ａを構成し、半導体モジュール３ａ−３ｃの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ａ−４ｃの先端に相当するパワー端子４０１ａは不図示のパワーケーブルに接続される。そのパワーケーブルがモータ９１ａに接続される。半導体モジュール３ｄ−３ｆはインバータ回路１２ｂを構成し、半導体モジュール３ｃ−３ｆの出力端子３０３から三相交流が出力される。出力バスバ４ｄ−４ｆの先端に相当するパワー端子４０１ｂは不図示の別のパワーケーブルに接続される。別のパワーケーブルがモータ９１ｂに接続される。

端子台４０の内部には、先に述べた電流センサ５２ａ、５２ｂが埋設されている。図５に、端子台４０の内部構造を示す。図５は、端子台４０の本体４２を仮想線で描き、本体４２の内部の部品を実線で描いてある。

電流センサ５２ａ、５２ｂは、出力バスバ４ａ−４ｆを囲むリングコア７ａ−７ｆと、リングコアの切欠に配置されているホール素子５ａ−５ｆで構成される。電流センサ５１は、中継バスバ３７を囲んでいるリングコア７ｇと、リングコア７ｇの切欠に配置されているホール素子５ｇで構成される。以下では、電流センサ５２ａ、５２ｂについて説明する。電流センサ５１の構造も電流センサ５２ａと同じであるので、詳しい説明は省略する。

図５に示すように、出力バスバ４ａ−４ｃのそれぞれを流れる電流を計測する電流センサ５２ａは、リングコア７ａ−７ｃと、ホール素子５ａ−５ｃを備えている。リングコア７ａは、出力バスバ４ａを囲んでいる。リングコア７ａには切欠が設けられており、その切欠にホール素子５ａが配置されている。リングコア７ａは磁性体で作られている。リングコア７ａは、出力バスバ４ａを流れる電流が発生する磁束を集める。ホール素子５ａは、リングコア７ａを通る磁束を計測する。ホール素子５ａはセンサ基板４１に接続されている。センサ基板４１には、ホール素子５ａが計測した磁束の強さを、出力バスバ４ａを流れる電流の大きさに変換する回路が実装されている。

リングコア７ｂとホール素子５ｂの組、リングコア７ｃとホール素子５ｃの組は、リングコア７ａとホール素子５ａの組と同様の構造を有している。リングコア７ｂ（７ｃ）は出力バスバ４ｂ（４ｃ）を囲んでおり、リングコア７ｂ（７ｃ）の切欠にホール素子５ｂ（５ｃ）が配置されている。ホール素子５ｂ（５ｃ）はセンサ基板４１に接続されている。センサ基板４１に実装されている回路は、ホール素子５ｂ（５ｃ）が計測した磁束の強さから、出力バスバ４ｂ（４ｃ）を流れる電流を得る。

電流センサ５２ｂは、電流センサ５２ａと同じ構造を有している。電流センサ５２ｂは、リングコア７ｄ−７ｆとホール素子５ｄ−５ｆを備えており、出力バスバ４ｄ−４ｆのそれぞれを流れる電流を計測する。ホール素子５ａ−５ｆが計測した磁束の大きさは、センサ基板４１に実装されている回路によってそれぞれの出力バスバを流れる電流に変換される。センサ基板４１から延びている信号ピン４３が回路基板４４に接続されている。電流センサ５２ａ、５２ｂが計測した電流値は、センサ基板４１と信号ピン４３を通じて回路基板（コントローラ６）に送られる。

以下、説明の便宜上、電流センサ５２ａ、５２ｂのいずれか一方を示すときに電流センサ５２と表記する。出力バスバ４ａ−４ｆのいずれか１個を示すときには出力バスバ４と表記する。出力バスバ４に対応するホール素子をホール素子５と表記する。出力バスバ４が接続されている半導体モジュールを半導体モジュール３と表記し、半導体モジュール３に収容されているスイッチング素子をスイッチング素子９と表記する。

スイッチング素子９は、直流電源１３の出力電力をモータ９１ａ（９１ｂ）の駆動電力に変換する。スイッチング素子９の出力電流は出力バスバ４に流れる。出力バスバ４には電流センサ５２が取り付けられている。スイッチング素子９の熱は、出力バスバ４を通じて電流センサ５２に伝わる。従って、スイッチング素子９の負荷が大きいと、発熱も多くなり、電流センサ５２の温度が上昇する。なお、電流センサ５２の温度とは、より具体的には、ホール素子５の温度を意味する。電流センサ５２（ホール素子５）が過熱により使えなくなると、モータ９１ａ、９１ｂを適切に制御することが難しくなる。そこで、コントローラ６は、電流センサ５２を過熱から保護する制御を実施する。ただし、電流センサ５２の温度を計測する専用の温度センサを備えると電力変換器２のコストが増大する。電力変換器２は、スイッチング素子９を冷却する冷媒の温度、スイッチング素子９の出力電流、および、スイッチング素子９に印加される入力電圧から、電流センサ５２の温度を推定する。推定された電流センサ５２の温度（推定温度）に基づいて、コントローラ６は、電流センサ５２を熱から保護する。冷媒の温度は温度センサ２４（図１参照）から得られる。スイッチング素子９の出力電流は、電流センサ５２から得られる。スイッチング素子９に印加される入力電圧は電圧センサ１８（図１、図２参照）から得られる。

図６に、コントローラ６が実行する熱保護処理のフローチャートを示す。まず、コントローラ６は、冷媒温度Ｔｗ、出力電流Ｉｍ、および、入力電圧ＶＨを取得する（ステップＳ２）。先に述べたように、それらの値は、温度センサ２４、電流センサ５２、電圧センサ１８から得られる。次に、コントローラ６は、冷媒温度Ｔｗから、電流センサ５２の推定温度Ｔｅを求める（ステップＳ３）。

推定温度Ｔｅの求め方を説明する。冷媒温度Ｔｗと電流センサ５２の温度との間には電力変換器２の構造から定まる一意の対応関係がある。コントローラ６は、その対応関係を利用して、冷媒温度Ｔｗから電流センサ５２の温度（推定温度Ｔｅ）を得る。具体的には、コントローラ６は、対応関係を表したマップ（第１マップ）を参照し、冷媒温度Ｔｗから推定温度Ｔｅを得る。第１マップは予めコントローラ６に記憶されている。図７に、第１マップの例を示す。冷媒温度Ｔｗｘ（ｘ＝１〜９）に対して推定温度Ｔｅｘ（ｘ＝１〜９）が対応付けられている。ここで、「ｘ」は、第１マップにおいて、「Ｔｗ」と「Ｔｅ」の後ろに付された数字を代表している。Ｔｗｘ（ｘ＝１〜９）は、数字ｘが大きいほど、高い温度を示す。

推定温度Ｔｅは、冷却器寄与Ｔｃと雰囲気温寄与Ｔａの和で表される（Ｔｅ＝Ｔｃ＋Ｔａ）。冷却器寄与Ｔｃは、冷却器２０が電流センサ５２の温度に与える影響を表している。雰囲気温寄与Ｔａは、雰囲気温が電流センサ５２の温度に与える影響を表している。冷却器寄与Ｔｃは、電力変換器２の構造から定まるものであり、実験などにより予め設定されている。

雰囲気温寄与Ｔａも、電力変換器２の構造から定まるものであり、実験などにより予め設定されている。電力変換器２では、コントローラ６は、雰囲気温に基づいて冷却器２０のポンプ２２を制御しており、冷媒温度Ｔｗは、雰囲気温度に応じて変化する。それゆえ、冷媒温度Ｔｗと雰囲気温の間にも一定の対応関係がある。すなわち、第１マップの冷媒温度Ｔｗと雰囲気温寄与Ｔａの間にも、一意の対応関係が成立し得る。雰囲気温度は、電力変換器２が備える温度センサ８（図１参照）から得られる。コントローラ６が雰囲気温に基づいて冷却器２０を制御することで、冷媒温度Ｔｗと雰囲気温寄与Ｔａの対応関係に含まれる誤差が小さくなり、冷媒温度Ｔｗから推定温度Ｔｅを高い精度で求められる。

推定温度Ｔｅを求めた後、コントローラ６は、出力電流Ｉｍから、電流センサ５２（ホール素子５）の温度の第１補正値ｄＴ１を求める（ステップＳ４）。出力電流Ｉｍが大きいほど、出力バスバ４を流れる電流が大きくなり、電流センサ５２の温度が高くなる。第１補正値ｄＴ１は、出力電流Ｉｍに基づく電流センサ５２の温度上昇分に相当する。出力電流Ｉｍと第１補正値ｄＴ１の間にも、一意の特定の対応関係が成立する。その対応関係も、電力変換器２の構造に依存するものである。出力電流Ｉｍと第１補正値ｄＴ１の対応関係も予め特定されている。

コントローラ６は、その対応関係を利用して、出力電流Ｉｍから第１補正値ｄＴ１を得る。具体的には、コントローラ６には、出力電流Ｉｍと第１補正値ｄＴ１の対応関係を表したマップ（第２マップ）を参照し、出力電流Ｉｍから第１補正値ｄＴ１を得る。図８に、第２マップの例を示す。出力電流Ｉｍｘ（ｘ＝１〜９）に対して第１補正値ｄＴ１ｘ（ｘ＝１〜９）が対応付けられている。ここで、「ｘ」は、第２マップにおいて、「Ｉｍ」と「ｄＴ１」の後ろに付された数字を代表している。Ｉｍｘ（ｘ＝１〜９）は、数字ｘが大きいほど、大きい電流を示す。

第１補正値ｄＴ１は、バスバ寄与Ｔｂと樹脂寄与Ｔｒの和で表される（Ｔｅ＝Ｔｂ＋Ｔｒ）。バスバ寄与Ｔｂは、出力電流Ｉｍに起因する熱が出力バスバ４から直接に電流センサ５２に伝わることによる温度上昇分を表している。樹脂寄与Ｔｒは、出力電流Ｉｍに起因する熱が、端子台４０の樹脂製の本体４２を介して電流センサ５２に伝わることによる温度上昇分を表している。バスバ寄与Ｔｂ、樹脂寄与Ｔｒと第１補正値ｄＴ１の対応関係も、電力変換器２の構造から定まるものであり、実験などにより設定されており、予めコントローラ６に記憶されている。

次にコントローラ６は、入力電圧ＶＨから、電流センサ５２の温度の第２補正値ｄＴ２を求める（ステップＳ５）。入力電圧ＶＨが大きいほど、電流センサ５２の温度が高くなる。第２補正値ｄＴ２は、入力電圧ＶＨに基づく電流センサ５２の温度上昇分に相当する。入力電圧ＶＨが大きいほど、第２補正値ｄＴ２が大きくなる。入力電圧ＶＨと第２補正値ｄＴ２の間にも、一意の特定の対応関係が成立する。その対応関係も、電力変換器２の構造に依存するものである。入力電圧ＶＨと第２補正値ｄＴ２の対応関係も実験などにより予め特定されている。

コントローラ６は、その対応関係を利用して、入力電圧ＶＨから第２補正値ｄＴ２を得る。具体的には、コントローラ６には、入力電圧ＶＨと第２補正値ｄＴ２の対応関係を表したマップ（第３マップ）を参照し、入力電圧ＶＨから第２補正値ｄＴ２を得る。図９に、第３マップの例を示す。入力電圧ＶＨｘ（ｘ＝１〜９）に対して第２補正値ｄＴ２ｘ（ｘ＝１〜９）が対応つけられている。ここで、「ｘ」は、第３マップにおいて、「ＶＨ」と「ｄＴ２」の後ろに付された数字を代表している。ＶＨｘ（ｘ＝１〜９）は、数字が大きくなるほど、高い電圧を示す。

コントローラ６は、得られた推定温度Ｔｅに、得られた第１補正値ｄＴ１と第２補正値ｄＴ２を加算して、補正後温度Ｔｆを求める（ステップＳ６）。補正後温度Ｔｆが、電流センサ５２の最終的な推定温度を意味する。

コントローラ６は、補正後温度Ｔｆにローパスフィルタをかける（ステップＳ７）。ローパスフィルタは、一次フィルタでもよいし、二次フィルタであってもよい。ローパスフィルタは、単純には、補正後温度Ｔｆの移動平均であってもよい。

次に、コントローラ６は、フィルタを通した後の補正後温度Ｔｆを所定の温度閾値Ｔｈと比較する（ステップＳ８）。補正後温度Ｔｆが温度閾値Ｔｈを上回っていた場合、コントローラ６は、モータ９１ａ、９１ｂの最大負荷を制限する（ステップＳ８：ＹＥＳ、Ｓ９）。モータ９１ａ、９１ｂの最大負荷を制限することは、スイッチング素子９の負荷を制限することに他ならない。図６のステップＳ９の「ＳＷ素子」は、「スイッチング素子」を意味している。モータ９１ａ、９１ｂの最大負荷を制限することで（すなわち、スイッチング素子９の負荷を制限することで）、出力電流Ｉｍあるいは入力電圧ＶＨの上限が制限される。それゆえ、電流センサ５２の温度上昇が抑制され、電流センサ５２の過熱が防止される。補正後温度Ｔｆが温度閾値Ｔｈを上回っていない場合、コントローラ６は、処理を終了する（ステップＳ８：ＮＯ）。

以上の通り、実施例の電力変換器２は、電流センサ５２に専用の温度センサを用いることなく、電流センサ５２を過熱から保護することができる。

モータ９１ａ、９１ｂの負荷制限には、いくつかの種類があってよい。電気自動車１００がハイブリッド車の場合、モータトルクに対するエンジントルクの寄与率を高めることで、モータ９１ａ、９１ｂの負荷が制限される。あるいは、ハイブリッド車において、エンジン停止を禁じる処置も、モータの最大負荷を制限することに貢献する。

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。

２：電力変換器
３、３ａ−３ｇ：半導体モジュール
４、４ａ−４ｆ：出力バスバ
５、５ａ−５ｇ：ホール素子
６：コントローラ
７ａ−７ｆ：リングコア
８：温度センサ
９、９ａ−９ｄ：スイッチング素子
１１：電圧コンバータ
１２：インバータ
１３：直流電源
１４：フィルタコンデンサ
１５：リアクトル
１７：平滑コンデンサ
１８：電圧センサ
２０：冷却器
２１：循環路
２２：ポンプ
２３：ラジエータ
２４：温度センサ
２５：上位コントローラ
２８：冷却チューブ
３５：正極バスバ
３６：負極バスバ
５１、５２、５２ａ、５２ｂ：電流センサ
１００：電気自動車
３０１：正極端子
３０２：負極端子
３０３：出力端子

Claims (3)

1. 電源の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器であり、
   前記出力電力を前記駆動電力に変換するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の出力電流が流れるバスバに取り付けられており、前記出力電流を計測する電流センサと、
   前記スイッチング素子を冷却する冷却器と、
   前記冷却器の冷媒温度を計測する温度センサと、
   前記スイッチング素子を制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、
   前記冷媒温度に基づいて前記電流センサの推定温度を特定し、
   前記出力電流に基づいて前記推定温度の第１補正値を特定するとともに、前記スイッチング素子に印加される入力電圧に基づいて前記推定温度の第２補正値を特定し、
   前記推定温度に前記第１補正値と前記第２補正値を加えた補正後温度が所定の温度閾値を超えたら前記スイッチング素子の負荷を制限する、電気自動車用の電力変換器。
2. 前記コントローラは、雰囲気温度に基づいて前記冷却器を制御する、請求項１に記載の電力変換器。
3. 前記コントローラは、前記冷媒温度と前記推定温度の関係を表した第１マップと、前記出力電流と前記第１補正値の関係を表した第２マップと、前記入力電圧と前記第２補正値の関係を表した第３マップを記憶している、請求項１または２に記載の電力変換器。

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