JP2009254209A - 電源制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源制御システムにおいて、補機への電力供給を確保しながら、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、リアクトル２２と上アーム側のスイッチング素子２４と下アーム側のスイッチング素子２６を有する電圧変換器２０、インバータユニット３４、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、リアクトル２２の温度を取得するリアクトル温度取得モジュール６２と、リアクトル２２の温度に応じて蓄電装置１４のＷ_INとＷ_OUTとを制限する蓄電装置Ｗ_IN，Ｗ_OUT制限モジュール６４と、リアクトル２２の温度に応じて上アーム側のスイッチング素子２４をＯＮ状態に保持するスイッチング素子作動制限モジュール６６を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

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。

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るものがある。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、温度に応じて負荷への出力制限、コンバータの作動制限等が行なわれる。

例えば、特許文献１には、動力出力装置において、第２の実施形態として、昇降圧動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータの温度管理を、リアクトルの温度に応じて、リアクトルを流れる電流のリップルを大きくして温度上昇させ、リップルを小さくして温度上昇を抑制することが開示されている。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧側コンデンサの端子電圧を高く、スイッチング周波数を低く設定することでリップルを大きくし、その逆の設定でリップルを抑制することが述べられている。

また、本発明に関連するコンバータの作動制御の技術として、特許文献２には、車両駆動装置において、昇圧コンバータの昇圧側電圧検出センサが故障したとき、昇圧側コンデンサから低圧直流電源側に急激なサージ電流が流れることを防止する構成が開示されている。ここでは、直流電源側に電流センサを設け、電流が直流電源から昇圧コンバータ側に流れるときに初めて昇圧コンバータの上アームをオンにすることが開示されている。

また、特許文献３には、電圧変換装置において、昇圧コンバータの上アームをＯＮにしたときの昇圧コンバータの昇圧側コンデンサにおいて周期的に振動する端子電圧を検出し、そのピーク電圧と周波数とから昇圧コンバータの故障を判定することが開示されている。ここでは、昇圧側コンデンサＣ２と、昇圧コンバータの上アームＮＰＮトランジスタと、リアクトルＬとで共振回路が構成されるので、そのピーク電圧の変化と周波数の変化の組合せから、Ｃ２の故障とＬの故障を区別することができると述べられている。

特表２００２−０６５６２８号公報 特開２００６−３２５３２２号公報 特開２００４−２４２３７５号公報

インバータとコンバータとを含む電源回路において、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。

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、コンバータのリアクトルにも交流電流が流れる。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、リアクトルも交流電流の周波数に応じて渦電流損失が発生して温度が上昇してしまう。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。

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、補機への電力供給を確保しながら、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。

本発明に係る電源制御システムは、高電圧側正極母線と負極母線との間に直列接続される上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子と、上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との間の接続点に一方側が接続され、低電圧側正極母線に他方端が接続されるリアクトルとを含み、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、リアクトルの温度を取得する手段と、上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段であって、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムにおいて、制御手段は、リアクトルが昇温するときの昇温側閾値温度と降温するときの降温側閾値温度とを予め定め、昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持することが好ましい。

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、リアクトルの他方端に接続される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。

また、本発明に係る電源制御システムにおいて、制御手段は、さらに、リアクトルの温度が昇温して予め定めた入出力制限閾値温度以上となるときに、リアクトルの他方端に接続される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手段と、リアクトルの温度が入出力制限閾値温度を超えて昇温し、予め定めた昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持する手段と、上アーム側スイッチング素子がＯＮ状態のまま保持された後に状態で降温し、予め定めた降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のＯＮ状態の保持を解除する手段と、を含むことが好ましい。

上記構成により、電源制御システムは、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において、リアクトルの上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持する。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でも、高電圧側からリアクトルを介して補機に必要な電力供給を行うことができ、また、リアクトルには交流電流でなく直流電流が流れるので、渦電流損失が抑制され、電圧変換器の温度上昇が抑制される。

また、電源制御システムにおいて、リアクトルの昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持するので、リアクトルが低温のときは通常の制御を行うことができる。これにより、上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持することによる電圧の制御性低下を最小限に止めることができる。また、昇温側閾値温度と降温側閾値温度とを異なる温度とすることで、リアクトルの熱マスによる応答の遅れに対応でき、リアクトルの温度上昇を効果的に抑制できる。

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、リアクトルの他方端に接続される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。

また、電源制御システムにおいて、リアクトルの温度が昇温して入出力制限閾値温度以上となるときに、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い、さらに昇温して、昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持し、そこから降温して、降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のＯＮ状態の保持を解除する。このようなきめ細かい制御を行うことで、補機への電力供給を確保しながら、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制できる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_Lが図１に図示されているが、このＶ_Lが、電圧変換器２０の低電圧側の電圧である。

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。

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。

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。

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。

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。

なお、この２つのスイッチング素子２４，２６を区別して、正極母線側に接続される一方側のスイッチング素子２４を上アーム側のスイッチング素子、負極母線側に接続される他方側のスイッチング素子２６を下アーム側のスイッチング素子と呼ぶことができる。

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。

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。

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。

電圧変換器２０は、上記のようにスイッチング素子２４，２６のスイッチング動作によって昇圧または降圧を行うものであるので、リアクトル２２には、スイッチングによって流れる方向の変化する電流、すなわち交流電流が流れる。リアクトル２２の電力損失としては、このスイッチング周波数ｆに依存する鉄損と、流れる電流の大きさに依存する銅損とがある。これらの電力損失によって、電圧変換器２０の作動と共にリアクトル２２は発熱し、その温度が上昇することになる。

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Ｖ_Hが図１に図示されているが、このＶ_H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。

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。

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。

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。

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。

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。

低電圧作動補機５０は、電圧変換器２０の低電圧側の電圧Ｖ_Lによって作動する電気機器等である。図１では、Ｖ_L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、Ｖ_L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。

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、電圧変換器２０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。

制御部６０は、リアクトル２２の温度θ₁を取得するリアクトル温度取得モジュール６２と、リアクトル２２の温度θ₁に応じて、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷ_INと持ち出される出力電力であるＷ_OUTを制限する蓄電装置Ｗ_IN，Ｗ_OUT制限モジュール６４と、リアクトル２２の温度θ₁に応じて電圧変換器２０のスイッチング素子２４，２６の作動を制限するスイッチング素子作動制限モジュール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。

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４を用いて詳細に説明する。図２は電圧変換器２０の温度上昇を抑制する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であり、図４はリアクトル２２の温度θ₁の変化に伴って上アームのスイッチング素子２４等の作動の切替の様子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。

電源制御プログラムが立ち上がると、リアクトル２２の温度θ₁の取得が行われる（Ｓ１０）。この工程は、制御部６０のリアクトル温度取得モジュール６２の機能によって実行される。具体的には、温度センサ２８によってリアクトル２２の温度θ₁が検出され、その検出結果を制御部６０が取得する。

そして、リアクトル２２の温度θ₁が予め定めた温度Ａ℃以上か否かが判断される（Ｓ１２）。温度Ａ℃は、蓄電装置１４に持ち込まれる入力電力であるＷ_INと持ち出される出力電力であるＷ_OUTを制限するために予め設定された温度で、これを入出力制限閾値温度と呼ぶことができる。

Ｓ１２で判断が肯定されると、リアクトル２２の温度に応じて、蓄電装置１４のＷ_IN，Ｗ_OUTの制限が行われる（Ｓ１４）。この工程は、制御部６０の蓄電装置のＷ_IN，Ｗ_OUT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Ｗ_IN，Ｗ_OUT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。

蓄電装置１４のＷ_IN，Ｗ_OUTの制限が行われる様子を図３に示す。図３は、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Ｗ_INまたはＷ_OUTの量を取ってある。正規化したＷ_INまたはＷ_OUT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に示されるように、リアクトル２２の温度θ₁がＡ℃未満のときは負荷率が１で、負荷率制限が行われていない。一方、リアクトル２２の温度θ₁がＡ℃以上となると、θ₁が高温になるにつれて負荷率が１より次第に小さくなり、負荷率制限が次第に大きくなる。このように、入出力制限閾値温度であるＡ℃以上のθ₁において、θ₁に応じた蓄電装置１４のＷ_IN，Ｗ_OUTの制限が行われる。なお、図３には、後述の温度Ｂ℃、Ｃ℃の関係も示されている。

再び図２に戻り、次に、リアクトル２２の温度θ₁が予め定めた温度Ｃ℃以上か否かが判断される（Ｓ１６）。温度Ｃ℃は、リアクトル２２が昇温し続けたときに、電圧変換器２０のスイッチング素子２４，２６が通常のスイッチング制御の状態から、上アーム側のスイッチング素子２４をＯＮ状態のまま保持し、下アーム側のスイッチング素子２６をＯＦＦ状態のまま保持する作動制限状態にするために設定された温度で、これを昇温側閾値温度と呼ぶことができる。

Ｓ１６で判断が肯定されると、上記のように、上アーム側のスイッチング素子２４がＯＮ状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子２６がＯＦＦ状態のまま保持される（Ｓ１８）。この状態は、電圧変換器２０の昇降圧動作がスイッチング素子２４，２６のスイッチングによって行われることと異なり、スイッチング素子２４，２６の作動状態が制限された状態である。このように、スイッチング素子２４，２６の作動状態を交互にＯＮとＯＦＦを繰り返すスイッチング制御状態から、ＯＮまたはＯＦＦのいずれかに固定して保持することで、電圧変換器２０におけるスイッチング周波数ｆに依存する鉄損を抑制し、これに伴うリアクトル２２の発熱及び温度上昇を抑制することができる。また、上アーム側のスイッチング素子２４をＯＮ状態に保持するので、インバータ３６，３８側からリアクトル２２の側に電力を供給でき、これによって低電圧作動補機５０に必要な電力を供給できる。

次に、リアクトル２２の温度θ₁が予め定めた温度ＤＣ℃未満か否かが判断される（Ｓ２０）。温度Ｄ℃は、Ｓ１８の状態からリアクトル２２が降温したときに、電圧変換器２０のスイッチング素子２４，２６がＳ１８の作動制限状態から、通常のスイッチング制御状態に戻すために設定された温度で、これを降温側閾値温度と呼ぶことができる。

Ｓ２０で判断が肯定されると、上記のように、上アーム側のスイッチング素子２４のＯＮ状態保持、下アーム側のスイッチング素子２６のＯＦＦ状態保持が解除され、これらが再び通常のスイッチング制御状態に復帰する（Ｓ２２）。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２２の工程は、制御部６０のスイッチング素子作動制限モジュール６６の機能によって実行される。Ｓ２２の後は再びＳ１０に戻り、上記の手順が繰り返される。Ｓ１２，Ｓ１６，Ｓ２０において判断が否定された場合も同様にＳ１０に戻り、上記の手順が繰り返される。

図４は、図２の手順を時系列の変化として説明する図である。図４は、横軸に時間をとり、縦軸にリアクトル２２の温度θ₁をとり、さらに、リアクトル２２の温度範囲に対応付けて、上アーム側のスイッチング素子２４と下アーム側のスイッチング素子２６の作動状態を示した図である。

図４において、リアクトル２２の温度θ₁が次第に上昇して時刻ｔ₁においてＡ℃以上となると、Ｓ１２，Ｓ１４、図３で説明したように、蓄電装置１４のＷ_IN，Ｗ_OUTの制限が行われる。このとき、スイッチング素子２４，２６は通常のスイッチング制御の状態にある。

さらにリアクトル２２の温度θ₁が次第に上昇して、温度Ｂ℃も超え、時刻ｔ₂においてＣ℃以上となると、Ｓ１６，Ｓ１８で説明したように、上アーム側のスイッチング素子２４がＯＮ状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子２６がＯＦＦ状態のまま保持される。これによって、リアクトル２２における鉄損が減少し、しばらくの時間的遅れの後にリアクトル２２の温度が下降し始める。

そして、リアクトル２２の温度θ₁が次第に下降して、時刻ｔ₃において温度Ｂ℃未満となると、Ｓ２０，Ｓ２２で説明したように、上アーム側のスイッチング素子２４のＯＮ状態保持、及び下アーム側のスイッチング素子２６のＯＦＦ状態の保持が解除される。これによって、スイッチング素子２４，２６は通常のスイッチング制御状態に復帰する。なお、さらに温度θ₁が下降して時刻ｔ₄において温度Ａ℃未満となると、蓄電装置１４のＷ_IN，Ｗ_OUTの制限解除が行われる。

上記のように、上アーム側のスイッチング素子２４がＯＮ状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子２６がＯＦＦ状態のまま保持される期間は、リアクトル２２の温度範囲で、温度上昇側の温度Ｃ℃以上、温度降下側の温度Ｂ℃以上の範囲である。図４の時間軸で言えば、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間である。このように、電圧変換器２０において通常のスイッチング制御から外れる期間が限定されるので、電圧の制御性低下を最小限に止めることができる。

また、昇温側閾値温度と降温側閾値温度とを異なる温度とすることで、リアクトル２２の熱マスによる応答の遅れに対応でき、リアクトル２２の温度上昇を効果的に抑制できる。

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。 本発明に係る実施の形態において、電圧変換器の温度上昇を抑制する処理手順を示すフローチャートである。 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。 本発明に係る実施の形態において、リアクトルの温度の変化に伴って上アームのスイッチング素子等の作動の切替の様子を説明する図である。

符号の説明

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、６０ 制御部、６２ リアクトル温度取得モジュール、６４ 蓄電装置Ｗ_IN，Ｗ_OUT制限モジュール、６６ スイッチング素子作動制限モジュール。

Claims (4)

1. 高電圧側正極母線と負極母線との間に直列接続される上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子と、上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との間の接続点に一方側が接続され、低電圧側正極母線に他方端が接続されるリアクトルとを含み、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、
   リアクトルの温度を取得する手段と、
   上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段であって、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電源制御システム。
2. 請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
   制御手段は、リアクトルが昇温するときの昇温側閾値温度と降温するときの降温側閾値温度とを予め定め、昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持することを特徴とする電源制御システム。
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、リアクトルの他方端に接続される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。
4. 請求項１に記載の電源制御システムにおいて、
   制御手段は、さらに、
   リアクトルの温度が昇温して予め定めた入出力制限閾値温度以上となるときに、リアクトルの他方端に接続される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手段と、
   リアクトルの温度が入出力制限閾値温度を超えて昇温し、予め定めた昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をＯＮ状態のまま保持する手段と、
   上アーム側スイッチング素子がＯＮ状態のまま保持された後に状態で降温し、予め定めた降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のＯＮ状態の保持を解除する手段と、
   を含むことを特徴とする電源制御システム。

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