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WO2015068240A1 - 車両用インバータの保護装置 - Google Patents

車両用インバータの保護装置 Download PDF

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WO2015068240A1
WO2015068240A1 PCT/JP2013/080135 JP2013080135W WO2015068240A1 WO 2015068240 A1 WO2015068240 A1 WO 2015068240A1 JP 2013080135 W JP2013080135 W JP 2013080135W WO 2015068240 A1 WO2015068240 A1 WO 2015068240A1
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WO
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coefficient
output limit
temperature
torque
inverter
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/080135
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭一 榎木
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US15/022,380 priority patent/US9692351B2/en
Priority to PCT/JP2013/080135 priority patent/WO2015068240A1/ja
Priority to CN201380080786.6A priority patent/CN105706355B/zh
Priority to DE112013007577.6T priority patent/DE112013007577T5/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H6/00—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions

Definitions

  • This invention relates to a protection device for a vehicle inverter.
  • the temperature detecting means for individually detecting the power device temperature and outputting the temperature value respectively, and the output from the temperature detecting means is set to the highest temperature of the device.
  • a control device for an electric vehicle including a gate control circuit having a protection function for limiting the current of the inverter has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the storage device of the control unit stores switching characteristics such as steady-state ON loss, switching loss, transient thermal impedance, etc. of the switching element of the inverter as a memory, and the switching element loss calculation formula is stored as a memory.
  • the loss of the switching element is derived by a formula that incorporates the steady-state ON loss, switching loss, etc. stored in memory using the output current, control rate, and output frequency of the inverter approximating a square wave as variables, and this loss and the transient thermal impedance of the memory
  • a heating protection method in which the device junction temperature is calculated using, and the output current of the inverter is controlled so that this temperature does not exceed the set temperature (see, for example, Patent Document 2).
  • JP 2001-169401 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-233832
  • the prior art has the following problems.
  • the motor is rotating at a very low speed and the torque is large, the time during which a large amount of current flows through a specific element is long, and the element is turned ON / OFF in synchronization with the motor rotation, so the element temperature fluctuates and fluctuates becomes larger. For this reason, when torque limitation is applied according to the element temperature, torque fluctuation increases, and drivability may deteriorate.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a protection device for a vehicle inverter capable of protecting an inverter element from overheating and preventing deterioration of drivability. Objective.
  • a protection device for a vehicle inverter is a protection device for a vehicle inverter that includes a motor as a power source and protects an inverter for driving the motor from overheating.
  • the maximum element temperature calculation unit that calculates the temperature and the output limit value according to the maximum element temperature are calculated, and if the current output limit value is smaller than the previous output limit coefficient, the current output limit coefficient is set to the current output limit coefficient. If the current output limit value is equal to or greater than the previous output limit coefficient, the element temperature output limit coefficient is set to the current output limit coefficient by adding a predetermined value from the previous output limit coefficient.
  • a calculation unit a basic torque limit value calculation unit that maps the basic torque limit value based on the motor rotation speed of the motor, and an element temperature output limit coefficient for the basic torque limit value San, in which a torque limit value determining unit for determining a torque limit value.
  • the inverter element when the maximum element temperature increases, the inverter element is protected from overheating by quickly limiting the torque according to the maximum element temperature, while the maximum element temperature is oscillatory. Even if it fluctuates and falls temporarily, by gradually releasing the torque limit, the fluctuation of the torque limit can be suppressed and the deterioration of drivability can be prevented.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a mounting structure of the IGBT chip illustrated in FIG. 1. It is a block block diagram which shows the motor control part of the protection apparatus of the inverter for vehicles which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block block diagram which shows the torque limitation calculating part shown by FIG. 3 in detail. It is a flowchart which shows the process of the low-pass filter calculating part shown in FIG. 4, and a 1st output limiting coefficient calculating part.
  • FIG. 4 It is a flowchart which shows the process of the largest element temperature calculating part shown in FIG. 4, and a 2nd output restriction coefficient calculating part.
  • 5 is a flowchart showing processing of a minimum value selection unit, a torque limit map, and a multiplication unit shown in FIG.
  • the protection apparatus for an inverter for a vehicle according to Embodiment 1 of the present invention it is an explanatory diagram showing torque limit control when the motor is rotating extremely low.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the entire system including a vehicle inverter protection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an inverter 101 controls the ON / OFF of IGBTs (insulated gate bipolar transistors) 102 to 107, which are switching elements, to convert DC power from a battery 128 into three-phase AC power, thereby generating three-phase AC power.
  • the motor 129 is driven.
  • diodes 108 to 113 are mounted as element temperature sensors. By utilizing the fact that the forward voltage of the diode has a negative temperature characteristic, the temperature of the chip is detected by the element temperature detection circuit 121. Is detected. Also, regenerative diodes 114 to 119 for power regeneration are connected to the IGBTs 102 to 107.
  • diode 109 is connected to the element temperature detection circuit 121 for the sake of convenience so as not to complicate the drawing, and connection to other diodes is omitted, but all other diodes are also connected to the element temperature detection circuit 121. It is connected.
  • the IGBTs 102 to 107 are driven from the control device 122 via the drive circuit 120.
  • the control device 122 is provided with a microcomputer 123 that performs calculations related to motor control and instructs the ON / OFF of the IGBTs 102 to 107, and a water temperature detection circuit 125 that detects the temperature of the cooling water of the inverter 101 by the thermistor 126.
  • drive circuits other than the IGBT 103 are omitted.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the mounting structure of the IGBT chip shown in FIG.
  • the IGBT chip 201, solder 202, copper foil 203, insulating substrate 204, heat sink 205, grease 206, and water cooling jacket 207 are stacked in this order from the top.
  • the cooling water 208 is allowed to flow through the water channel provided in the water cooling jacket 207 so that the heat generated in the IGBT chip 201 is removed by the cooling water 208.
  • a thermistor 209 as a water temperature sensor is embedded in the water cooling jacket 207.
  • FIG. 3 is a block configuration diagram showing a motor control unit of the protection device for a vehicle inverter according to the first embodiment of the present invention. This motor control unit is provided in the microcomputer 123 of FIG.
  • the motor control unit includes a torque correction calculation unit 301, a torque limit calculation unit 302, a minimum value selection unit 303, a current control calculation unit 304, and an IGBT drive calculation unit 305.
  • the torque correction calculation unit 301 receives a command torque from an external vehicle controller (not shown) through, for example, a CAN (Controller Area Network) (not shown), calculates various torque corrections for the command torque, and performs corrected torque. Output as.
  • a command torque from an external vehicle controller (not shown) through, for example, a CAN (Controller Area Network) (not shown), calculates various torque corrections for the command torque, and performs corrected torque. Output as.
  • CAN Controller Area Network
  • the torque limit calculation unit 302 calculates from the coolant temperature detected by the water temperature detection circuit 125, the element temperature detected by the element temperature detection circuit 121, and a resolver (not shown) signal provided in the motor 129, for example. A torque limit value is calculated based on the motor rotation speed.
  • the minimum value selection unit 303 compares the corrected torque from the torque correction calculation unit 301 with the torque limit value from the torque limit calculation unit 302, selects the smaller value as the target torque, and applies the torque limit. Like that.
  • the current control calculation unit 304 feedback-controls the motor current so as to be the target torque from the minimum value selection unit 303, and outputs a target voltage.
  • the IGBT drive calculation unit 305 drives the IGBT so that the target voltage from the current control calculation unit 304 is obtained.
  • the corrected torque calculated by the torque correction calculation unit 301 is directly output to the current control calculation unit 304 as the target torque, and the target voltage is calculated based on the target torque. Is set.
  • FIG. 4 is a block diagram showing in detail the torque limit calculation unit 302 shown in FIG.
  • a torque limit calculation unit 302 includes a low-pass filter calculation unit 401, a first output limit coefficient calculation unit (water temperature output limit coefficient calculation unit) 402, a maximum element temperature calculation unit 403, and a second output limit coefficient calculation unit (element It has a temperature output limit coefficient calculation unit 404, a minimum value selection unit (limit coefficient selection unit) 405, a torque limit map (basic torque limit value calculation unit) 406, and a multiplication unit (torque limit value determination unit) 407.
  • the low-pass filter calculation unit 401 filters the cooling water temperature T w detected by the water temperature detection circuit 125 and outputs the filtered water temperature T wf .
  • the first output limit coefficient calculation unit 402 calculates the first output limit coefficient k 1 based on a value obtained by subtracting the post-filter water temperature T wf from the low-pass filter calculation unit 401 from the previously stored upper limit element temperature T * jLMT. calculate.
  • the maximum element temperature calculation unit 403 calculates and outputs the maximum element temperature T jmax from each element temperature T j1 .
  • the second output limit coefficient calculation unit 404 calculates the second output limit coefficient k 2 based on the maximum element temperature T jmax from the maximum element temperature calculation unit 403.
  • the minimum value selection unit 405 compares the first output limit coefficient k 1 from the first output limit coefficient calculation unit 402 with the second output limit coefficient k 2 from the second output limit coefficient calculation unit 404 and is small. This value is output as the output limiting coefficient k.
  • the torque limit map 406 is a map in which the upper limit torque in the normal temperature region is stored, and the basic torque limit value Tm LMT_b is referenced from the torque limit map based on the motor speed ⁇ m.
  • Multiplier 407 multiplies the basic torque limit value by output limit coefficient k and outputs torque limit value Tm LMT .
  • FIG. 5 is a flowchart showing the processing of the low-pass filter calculation unit 401 and the first output limit coefficient calculation unit 402 shown in FIG.
  • step S501 the water temperature Tw is read (step S501). Against Subsequently, it reads the water temperature T w, the low-pass filter process is executed (step S502).
  • the first output restriction coefficient k 1 is calculated (step S503).
  • the thermal resistance from the element temperature to the water temperature is R [° C./W]
  • the upper limit element temperature is T * jLMT [° C.]
  • the water temperature (temperature at which the restriction starts to be applied) assumed in the design is T * w0 [° C.]
  • the allowable element heat generation amount Q LMT [W] at the upper limit element temperature is expressed by the following equation.
  • the allowable element heat generation amount Q ′ LMT when the water temperature becomes T wf higher than T * w0 is expressed by the following equation.
  • the first output limiting coefficient k 1 at the water temperature T wf is expressed by the following equation.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing of the maximum element temperature calculation unit 403 and the second output limit coefficient calculation unit 404 shown in FIG.
  • each element temperature T j1... 6 is read (step S601). Subsequently, the maximum element temperature T jmax is calculated (step S602).
  • the output limit value K a is mapped referenced according to the maximum element temperature T jmax (step S603).
  • step S604 the output limit value K a and the previous value k 2 (i-1) of the second output limit coefficients are compared (step S604), if the smaller of the output limit value K a, that is, the output when limit is greater the correction amount K a to the current value k 2 (i) of the second output limit coefficient is set (step S605).
  • step S606 it is determined whether or not the first output limit value K a is (step S606), the maximum element temperature decreases sufficiently, already output limit value If K a is 1, this value k 2 of the second output restriction coefficient (i) is also set to 1, the output restriction is released (step S607).
  • step S607 the previous value of the second output limiting coefficient k 2 is updated (step S607), and the process of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing processing of the minimum value selection unit 405, torque limit map 406, and multiplication unit 407 shown in FIG.
  • the first output limit coefficient k 1 from the first output limit coefficient calculation unit 402 and the second output limit coefficient k 2 from the second output limit coefficient calculation unit 404 are compared, and the smaller one is compared.
  • the value is output as an output limiting coefficient k (step S701).
  • a basic torque limit value Tm LMT_b is calculated from the torque limit map (step S702).
  • the basic torque limit value is multiplied by the output limit coefficient k to calculate the torque limit value Tm LMT (step S703), and the process of FIG. 8 ends.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing torque limit control when the motor is rotating at an extremely low speed in the vehicle inverter protection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the water temperature behavior is slower than the element temperature behavior. This is due to the thermal resistance from the element to the cooling water and the mounting position of the water temperature sensor.
  • the temperature history remains in the element temperature according to the order in which the current starts to flow through the element, so the behavior of the six element temperatures varies.
  • the one-dot chain line element has the highest temperature, and it is necessary to limit the output and to protect the one-dot chain line element from overheating.
  • the torque limit value (dotted line) becomes smaller, and the actual torque (solid line) is limited. Note that the torque limit value continues to decrease while the element temperature rises.
  • the torque limit value is decreased by a predetermined value without being affected by the element temperature fluctuation. Can be prevented.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing torque limit control when the inverter is not driven in the vehicle inverter protection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 shows an example of the behavior under a condition where the motor operation output is small but the engine operation output is large, and the water temperature continues to rise due to the engine temperature rise even though the element temperature does not change much. Shows the case.
  • the output restriction starts to work, and the torque limit value gradually decreases.
  • the element temperature output restriction coefficient calculation unit quickly limits the torque according to the maximum element temperature and protects the inverter element from overheating.
  • the maximum element temperature fluctuates in vibration and temporarily decreases, by gradually releasing the torque limit, the fluctuation of the torque limit can be suppressed and the drivability can be prevented from deteriorating.
  • a protective device can be obtained.
  • the water temperature output limit coefficient calculation unit that calculates the water temperature output limit coefficient, and select and output the element temperature output limit coefficient and the water temperature output limit coefficient with the smaller limit coefficient
  • a torque limiting value determining unit that multiplies the basic torque limiting value by the element temperature output limiting coefficient or the water temperature output limiting coefficient selected by the limiting coefficient selecting unit, and a torque limiting value.
  • the water temperature output limit coefficient calculation unit calculates the ratio between the value obtained by subtracting the coolant temperature from the predetermined upper limit element temperature and the value obtained by subtracting the design water temperature, which is the water temperature at which torque limitation starts from the upper limit element temperature. Based on this, a water temperature output limiting coefficient is calculated. Therefore, appropriate element overheat protection can be realized based on the water temperature.

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Abstract

　インバータの素子を過熱から保護するとともに、ドライバビリティの悪化を防止することができる車両用インバータの保護装置を得る。インバータの各素子温度から最大素子温度を演算する最大素子温度演算部と、最大素子温度に応じた出力制限値を算出し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数よりも小さければ、今回の出力制限係数に今回の出力制限値を設定し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数以上であれば、前回の出力制限係数からあらかじめ定められた所定値を加算して今回の出力制限係数に設定する素子温度出力制限係数演算部を備える。

Description

車両用インバータの保護装置
　この発明は、車両用インバータの保護装置に関する。
　従来、インバータの素子を過熱から保護するものとして、パワーデバイス温度を個別に検出してそれぞれ温度値を出力する温度検出手段と、この温度検出手段からの出力のうち、最も温度が高いデバイス温度に基づいて、インバータの電流を制限する保護機能を有するゲート制御回路とを備えた電気自動車の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、制御部の記憶装置に、インバータのスイッチング素子の定常ＯＮ損失、スイッチング損失、過渡熱インピーダンス等のスイッチング特性およびスイッチング素子損失計算式をメモリとして格納しておき、制御部のＣＰＵにおいて、検出後矩形波に近似したインバータの出力電流と制御率及び出力周波数を変数としてメモリされた定常ＯＮ損失、スイッチング損失等を取り入れた計算式によりスイッチング素子の損失を導出し、この損失とメモリの過渡熱インピーダンスを用いて素子ジャンクション温度を算出し、この温度が設定温度を超えないようにインバータの出力電流制御を行う加熱保護方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１－１６９４０１号公報 特開平９－２３３８３２号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　モータが極低回転でトルクが大きい場合には、特定の素子に電流が多く流れる時間が長く、かつモータ回転に同期して素子がＯＮ／ＯＦＦされるので、素子温度が振動的になって変動が大きくなる。そのため、素子温度に応じてトルク制限をかけるとトルク変動が大きくなり、ドライバビリティが悪化する恐れがある。
　ここで、特許文献１および特許文献２に記載されたものは、とも素子温度に応じてトルク制限をかけているので、モータが極低回転でトルクが大きい場合には、ドライバビリティが悪化するという問題がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インバータの素子を過熱から保護するとともに、ドライバビリティの悪化を防止することができる車両用インバータの保護装置を得ることを目的とする。
　この発明に係る車両用インバータの保護装置は、動力源としてモータを備え、モータを駆動するためのインバータを過熱から保護する車両用インバータの保護装置であって、インバータの各素子温度から、最大素子温度を演算する最大素子温度演算部と、最大素子温度に応じた出力制限値を算出し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数よりも小さければ、今回の出力制限係数に今回の出力制限値を設定し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数以上であれば、前回の出力制限係数からあらかじめ定められた所定値を加算して今回の出力制限係数に設定する素子温度出力制限係数演算部と、モータのモータ回転数に基づいて、基本トルク制限値をマップ演算する基本トルク制限値演算部と、基本トルク制限値に素子温度出力制限係数を乗算して、トルク制限値を決定するトルク制限値決定部とを備えたものである。
　この発明に係る車両用インバータの保護装置によれば、最大素子温度が上昇する場合、最大素子温度に応じて速やかにトルク制限をかけてインバータ素子を過熱から保護する一方、最大素子温度が振動的に変動して一時的に低下しても、トルク制限を徐々に解除することによりトルク制限の変動を抑え、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置を含むシステム全体を示す構成図である。 図１に示したＩＧＢＴチップの実装構造の例示する構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置のモータ制御部を示すブロック構成図である。 図３に示されたトルク制限演算部を詳細に示すブロック構成図である。 図４に示したローパスフィルタ演算部および第１出力制限係数演算部の処理を示すフローチャートである。 図４に示した最大素子温度演算部および第２出力制限係数演算部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置の出力制限値Ｋaを示す説明図である。 図４に示した最小値選択部、トルク制限マップおよび乗算部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置において、モータが極低回転している場合のトルク制限制御を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置において、インバータが駆動していない場合のトルク制限制御を示す説明図である。
　以下、この発明に係る車両用インバータの保護装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置を含むシステム全体を示す構成図である。図１において、インバータ１０１は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）１０２～１０７のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、バッテリ１２８からの直流電力を３相交流電力に変換し、３相交流モータ１２９を駆動する構成となっている。
　ＩＧＢＴ１０２～１０７のチップ上には、素子温度センサとしてダイオード１０８～１１３が搭載されており、ダイオードの順方向電圧が負の温度特性を持つことを利用して、素子温度検出回路１２１によりチップの温度を検出する。また、ＩＧＢＴ１０２～１０７には、電力回生用の回生ダイオード１１４～１１９が接続されている。
　なお、図面が煩雑とならないように、便宜上ダイオード１０９のみを素子温度検出回路１２１に結線してあり、他のダイオードへの結線が省略されているが、他のダイオードもすべて素子温度検出回路１２１に接続されている。
　また、ＩＧＢＴ１０２～１０７は、制御装置１２２から駆動回路１２０を介して駆動される。制御装置１２２には、モータの制御に関する演算を行い、ＩＧＢＴ１０２～１０７のＯＮ／ＯＦＦを指示するマイコン１２３、インバータ１０１の冷却水の温度をサーミスタ１２６により検出する水温検出回路１２５が設けられている。なお、図１では、ＩＧＢＴ１０３以外に対する駆動回路は省略されている。
　図２は、図１に示したＩＧＢＴチップの実装構造の例示する構成図である。図２において、上から順に、ＩＧＢＴチップ２０１、ハンダ２０２、銅箔２０３、絶縁基板２０４、放熱板２０５、グリス２０６、水冷ジャケット２０７の順に積み重ねられている。
　水冷ジャケット２０７に設けられた水路に冷媒として冷却水２０８を流すことで、ＩＧＢＴチップ２０１に生じる熱を冷却水２０８で抜熱する構造となっている。また、水温センサとしてのサーミスタ２０９は、水冷ジャケット２０７に埋め込まれている。
　図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置のモータ制御部を示すブロック構成図である。このモータ制御部は、図１のマイコン１２３内に設けられている。
　まず、モータトルクが大きくモータ回転数が極低回転の場合には、素子温度の上昇が水温に現れないので、直接、素子温度を検出してモータトルクを抑制し、インバータ素子を過熱から保護する必要がある。また、近年、ハイブリッド車では、インバータ冷却水とエンジン冷却水とが共有される傾向があり、インバータが駆動されなくても冷却水が高温となる場合があるので、冷却水温度を検出してモータトルクを抑制し、インバータ素子を過熱から保護する必要がある。
　しかしながら、冷却水の水温によるトルク制限と、素子温度によるトルク制限とを重ねて行使した場合には、出力が過度に制限され、ドライバビリティが悪化する恐れがある。そこで、この発明の実施の形態１では、水温に応じて演算された係数と素子温度に応じて演算された係数とのうち、小さい方の係数に基づいて、トルク制限をかける処理を行い、トルク制限が適切に行われるようにしている。
　図３において、このモータ制御部は、トルク補正演算部３０１、トルク制限演算部３０２、最小値選択部３０３、電流制御演算部３０４およびＩＧＢＴ駆動演算部３０５を有している。
　トルク補正演算部３０１は、例えば図示しないＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）を通じて外部の車両コントローラ（図示せず）から指令トルクを受信し、指令トルクに対して種々のトルク補正を演算して、補正後トルクとして出力する。
　トルク制限演算部３０２は、水温検出回路１２５で検出された冷却水の水温、素子温度検出回路１２１で検出された素子温度、および例えばモータ１２９に設けられたレゾルバ（図示せず）の信号から演算されたモータ回転数に基づいて、トルク制限値を演算する。
　最小値選択部３０３は、トルク補正演算部３０１からの補正後トルクと、トルク制限演算部３０２からのトルク制限値とを比較して、小さい方の値を目標トルクとして選択し、トルク制限をかけるようにする。
　電流制御演算部３０４は、最小値選択部３０３からの目標トルクとなるように、モータ電流をフィードバック制御し、目標電圧を出力する。ＩＧＢＴ駆動演算部３０５は、電流制御演算部３０４からの目標電圧となるように、ＩＧＢＴを駆動する。
　なお、トルク制限演算部３０２が設けられていない場合には、トルク補正演算部３０１で演算された補正後トルクがそのまま目標トルクとして電流制御演算部３０４に出力され、目標トルクに基づいて目標電圧が設定される。
　図４は、図３に示されたトルク制限演算部３０２を詳細に示すブロック構成図である。図４において、トルク制限演算部３０２は、ローパスフィルタ演算部４０１、第１出力制限係数演算部（水温出力制限係数演算部）４０２、最大素子温度演算部４０３、第２出力制限係数演算部（素子温度出力制限係数演算部）４０４、最小値選択部（制限係数選択部）４０５、トルク制限マップ（基本トルク制限値演算部）４０６および乗算部（トルク制限値決定部）４０７を有している。
　ローパスフィルタ演算部４０１は、水温検出回路１２５で検出された冷却水の水温Ｔwをフィルタ処理し、フィルタ後水温Ｔwfを出力する。第１出力制限係数演算部４０２は、あらかじめ記憶された上限素子温度Ｔ* jLMTから、ローパスフィルタ演算部４０１からのフィルタ後水温Ｔwfを減算した値に基づいて、第１出力制限係数ｋ1を算出する。
　最大素子温度演算部４０３は、各素子温度Ｔj1・・・6から最大素子温度Ｔjmaxを演算して出力する。第２出力制限係数演算部４０４は、最大素子温度演算部４０３からの最大素子温度Ｔjmaxに基づいて、第２出力制限係数ｋ2を算出する。
　最小値選択部４０５は、第１出力制限係数演算部４０２からの第１出力制限係数ｋ1と、第２出力制限係数演算部４０４からの第２出力制限係数ｋ2とを比較して、小さい方の値を出力制限係数ｋとして出力する。
　トルク制限マップ４０６は、通常の温度領域における上限トルクを保存したマップであり、モータ回転数ωｍに基づいて、トルク制限マップから基本トルク制限値ＴｍLMT_bをマップ参照する。乗算部４０７は、基本トルク制限値に出力制限係数ｋを乗算し、トルク制限値ＴｍLMTを出力する。
　図５は、図４に示したローパスフィルタ演算部４０１および第１出力制限係数演算部４０２の処理を示すフローチャートである。
　図５において、まず、水温Ｔwが読み込まれる（ステップＳ５０１）。
　続いて、読み出された水温Ｔwに対して、ローパスフィルタ処理が実行される（ステップＳ５０２）。
　次に、第１出力制限係数ｋ1が算出される（ステップＳ５０３）。
　ここで、素子温度から水温までの熱抵抗をＲ［℃／Ｗ］、上限素子温度をＴ* jLMT［℃］、設計で前提とする水温（制限をかけ始める温度）をＴ* w0［℃］とすると、上限素子温度での許容素子発熱量ＱLMT［Ｗ］は、次式で表される。
　　ＱLMT＝（Ｔ* jLMT－Ｔ* w0）／Ｒ
　一方、水温がＴ* w0よりも高いＴwfになった場合における許容素子発熱量Ｑ’LMTは、次式で表される。
　　Ｑ’LMT＝（Ｔ* jLMT－Ｔwf）／Ｒ
　したがって、水温Ｔwfにおける第１出力制限係数ｋ1は、次式で表される。
　　ｋ1＝Ｑ’LMT／ＱLMT＝（Ｔ* jLMT－Ｔwf）／（Ｔ* jLMT－Ｔ* w0）
　続いて、第１出力制限係数ｋ1に対して、下限＝０．０、上限＝１．０で、上下限クリップが実行され（ステップＳ５０４）、図５の処理が終了する。
　図６は、図４に示した最大素子温度演算部４０３および第２出力制限係数演算部４０４の処理を示すフローチャートである。
　図６において、まず、各素子温度Ｔj1・・・6が読み込まれる（ステップＳ６０１）。
　続いて、最大素子温度Ｔjmaxが算出される（ステップＳ６０２）。
　次に、図７に示されるように、最大素子温度Ｔjmaxに応じて出力制限値Ｋaがマップ参照される（ステップＳ６０３）。
　続いて、出力制限値Ｋaと第２出力制限係数の前回値ｋ2（ｉ－１）とが比較され（ステップＳ６０４）、出力制限値Ｋaの方が小さい場合、つまり出力制限が大きい場合は、第２出力制限係数の今回値ｋ2（ｉ）に補正量Ｋaが設定される（ステップＳ６０５）。
　一方、出力制限値Ｋaの方が大きい場合は、まず、出力制限値Ｋaが１であるか否かが判定され（ステップＳ６０６）、最大素子温度が十分に低下して、すでに出力制限値Ｋaが１の場合には、第２出力制限係数の今回値ｋ2（ｉ）も１に設定され、出力制限が解除される（ステップＳ６０７）。
　次に、最大素子温度が低下しておらず、出力制限値Ｋaがまだ１になっていない場合には、第２出力制限係数ｋ2の前回値に、あらかじめ定められた所定値Ｋｂが加算され、第２出力制限係数の今回値ｋ2（ｉ－１）が設定される。ただし、第２出力制限係数は、１でクリップされる（ステップＳ６０８）。
　最後に、第２出力制限係数ｋ2の前回値が更新され（ステップＳ６０７）、図６の処理が終了する。
　図８は、図４に示した最小値選択部４０５、トルク制限マップ４０６および乗算部４０７の処理を示すフローチャートである。
　図８において、まず、第１出力制限係数演算部４０２からの第１出力制限係数ｋ1と、第２出力制限係数演算部４０４からの第２出力制限係数ｋ2とが比較され、小さい方の値を出力制限係数ｋとして出力される（ステップＳ７０１）。
　続いて、モータ回転数に基づいて、トルク制限マップから基本トルク制限値ＴｍLMT_bが算出される（ステップＳ７０２）。
　次に、基本トルク制限値に出力制限係数ｋが乗算され、トルク制限値ＴｍLMTが算出されて（ステップＳ７０３）、図８の処理が終了する。
　図９は、この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置において、モータが極低回転している場合のトルク制限制御を示す説明図である。
　図９において、モータが極低回転している場合には、１つ１つのＩＧＢＴに電流が流れている時間が長いので、素子温度の変動が大きくなる。すなわち、モータ回転に同期して通電するＩＧＢＴが変わり、通電ＯＮ中のＩＧＢＴは素子温度が上がり、通電ＯＦＦのＩＧＢＴは素子温度が下がるので、素子温度が上下変動する。特に、モータ回転数が低い領域では、その変動が顕著に現れる。
　一方、素子温度挙動に比べ、水温挙動は遅い。これは、素子から冷却水までの熱抵抗や水温センサの取り付け位置が原因である。
　ここで、素子温度挙動を見ると、素子に電流が流れ始めた順序により、素子温度には温度履歴が残るので、６つの素子温度の挙動はばらばらとなる。この例の場合には、一点鎖線の素子がもっとも温度が高く、出力を制限し、一点鎖線の素子を過熱保護する必要がある。
　そこで、この実施の形態１では、例えば素子温度が１３０度以上になると、出力制限が働き始め、トルク制限値（点線）が小さくなって実トルク（実線）が制限される。なお、素子温度が上昇していく期間は、トルク制限値が減少を続ける。
　その後、出力が制限されて、素子の発熱量が減少し、素子温度が下がり始めると、素子温度変動に影響されずにトルク制限値が所定値ずつ減少されるので、トルク変動を抑制しドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
　図１０は、この発明の実施の形態１に係る車両用インバータの保護装置において、インバータが駆動していない場合のトルク制限制御を示す説明図である。
　まず、コストの低減を目的として、上述したように、ハイブリッド車においては、エンジン冷却系とモータ・インバータの冷却系とが共有化されつつある。
　図１０は、モータ運転出力は小さいが、エンジン運転出力が大きい条件での挙動の一例を示しており、素子温度はあまり変化しないにもかかわらず、エンジン温度上昇のために水温が上昇を続けている場合を示している。
　ここで、この実施の形態１では、例えば水温が６０度を超えると、出力制限が働き始め、ゆるやかにトルク制限値が小さくなっていく。
　以上のように、実施の形態１によれば、素子温度出力制限係数演算部は、最大素子温度が上昇する場合、最大素子温度に応じて速やかにトルク制限をかけてインバータ素子を過熱から保護する一方、最大素子温度が振動的に変動して一時的に低下しても、トルク制限を徐々に解除することによりトルク制限の変動を抑え、ドライバビリティの悪化を防止することができる車両用インバータの保護装置を得ることができる。
　また、インバータの冷却水の水温に基づいて、水温出力制限係数を演算する水温出力制限係数演算部と、素子温度出力制限係数および水温出力制限係数のうち、制限係数が小さい方を選択して出力する制限係数選択部と、をさらに備え、トルク制限値決定部は、基本トルク制限値に、制限係数選択部で選択された素子温度出力制限係数または水温出力制限係数を乗算して、トルク制限値を決定する。
　そのため、水温および素子温度による２重の素子過熱保護により、より確実に素子が保護される。かつ、保護が過剰とならないように素子温度出力制限係数または水温出力制限係数が選択されるので、素子の出力性能も適切に維持される。
　また、水温出力制限係数演算部は、あらかじめ定められた上限素子温度から冷却水の水温を減算した値と、上限素子温度からトルク制限をかけ始める水温である設計水温を減算した値との比に基づいて、水温出力制限係数を演算する。
　そのため、水温に基づいて、適切な素子の過熱保護を実現することができる。

Claims (3)

  1. 　動力源としてモータを備え、前記モータを駆動するためのインバータを過熱から保護する車両用インバータの保護装置であって、
    　前記インバータの各素子温度から、最大素子温度を演算する最大素子温度演算部と、
    　前記最大素子温度に応じた出力制限値を算出し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数よりも小さければ、今回の出力制限係数に今回の出力制限値を設定し、今回の出力制限値が前回の出力制限係数以上であれば、前回の出力制限係数からあらかじめ定められた所定値を加算して今回の出力制限係数に設定する素子温度出力制限係数演算部と、
    　前記モータのモータ回転数に基づいて、基本トルク制限値をマップ演算する基本トルク制限値演算部と、
    　前記基本トルク制限値に前記素子温度出力制限係数を乗算して、トルク制限値を決定するトルク制限値決定部と、
    　を備えた車両用インバータの保護装置。
  2. 　前記インバータの冷却水の水温に基づいて、水温出力制限係数を演算する水温出力制限係数演算部と、
    　前記素子温度出力制限係数および前記水温出力制限係数のうち、出力制限係数が小さい方を選択して出力する制限係数選択部と、をさらに備え、
    　前記トルク制限値決定部は、前記基本トルク制限値に、前記制限係数選択部で選択された前記素子温度出力制限係数または前記水温出力制限係数を乗算して、トルク制限値を決定する
    　請求項１に記載の車両用インバータの保護装置。
  3. 　前記水温出力制限係数演算部は、
    　あらかじめ定められた上限素子温度から前記冷却水の水温を減算した値と、前記上限素子温度からトルク制限をかけ始める水温である設計水温を減算した値との比に基づいて、前記水温出力制限係数を演算する
    　請求項２に記載の車両用インバータの保護装置。
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