JPH10210790A - 電力変換器の過熱保護装置、その機能を有する電気自動車のインバータ制御装置およびインバータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータのスイッチング素子が高温状態に
あり、かつ、アクセル全開によって素子温度が急上昇し
たとき、素子過熱が発生するおそれがある。 【解決手段】 インバータＥＣＵ９は、アクセル開度Ａ
％を基に、モータ５が出力すべきトルク（トルク指令）
を決定する。そして、インバータ３の半導体素子温度と
その時間変化率を基に、決定したトルク指令を調整す
る。調整後のトルク指令に対応する制御信号を生成す
る。この制御信号に従って、インバータ３は電流を変換
しモータ５に供給する。半導体素子温度が高温状態にあ
り、素子温度の時間変化率が大きいときは、これに応じ
てトルク指令が小さくされる。出力トルクを小さくする
と半導体素子の発熱量も少なくなり、素子過熱が防止さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータなどの
電力変換器の過熱を防ぐ電力変換器過熱保護装置に関
し、特に、電力変換器の発熱抑制や冷却によって過熱を
防ぐ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源からの電力を変換して負荷装
置に供給するためにインバータなどの電力変換器が用い
られている。一般に電力変換器は、複数の半導体素子の
スイッチング動作によって電力を変換する。半導体素子
の内部損失に伴う発熱が原因となって半導体素子が過熱
すると、素子破壊に至る可能性がある。そこで、従来よ
り半導体素子の過熱を防ぐための技術が提案されてい
る。ここでは、電気自動車に搭載されたインバータを保
護する装置をとりあげて説明する。このインバータは、
バッテリからの電流を変換して車両駆動用のモータに供
給する。

【０００３】インバータの過熱を防止するためには、イ
ンバータを冷却する手法と、半導体素子自体の発熱を抑
制する手法とが考えられる。前者の手法に用いる冷却装
置は、例えば、冷却媒体たる冷却水をインバータのウォ
ータジャケットに送り込むウォータポンプを有し、ジャ
ケット内を冷却水が循環することによってインバータが
冷却される。

【０００４】また、特開平７−６７３８９号公報に記載
のモータ駆動装置には、インバータの放熱器上に温度ス
イッチが設けられている。このモータ駆動装置は、イン
バータが所定温度に達したことを検出するとモータを停
止させる。これにより、上記所定温度を越えた過熱の防
止が図られている。

【０００５】また、モータの出力トルクを調整すること
によってインバータの発熱を抑制するインバータ制御装
置が提案されている。モータの出力トルクが大きいと、
そのときの半導体素子の発熱量も多く、出力トルクが小
さければ半導体素子の発熱量も少ない。そこで、この従
来例の制御装置は、下記のように、半導体素子の温度
（以下、素子温度という）が高くなったときに、出力ト
ルク調整によって半導体素子の発熱を抑制する。

【０００６】この従来例のインバータ制御装置は、運転
者のアクセル操作を検出するとともに、素子温度を検出
する。通常、アクセル操作に応じてモータの出力トルク
の要求値（トルク指令）が決定され、この要求値に対応
する駆動信号がインバータに出力される。インバータ
は、駆動信号に従ってスイッチング動作し、これに応じ
てモータが上記要求値に示された出力トルクを発生す
る。

【０００７】そして、この従来例のインバータ制御装置
は、図１０に示すように、素子温度が制限開始温度Ｔ１
以上になったとき、出力トルクの要求値を下方に修正す
る。例えば、素子温度がＴａであれば、トルク指令に制
限率ａがかけられる。そして、修正されたトルク指令に
対応する駆動信号がインバータに出力される。モータの
出力トルクが小さくなるようにインバータを制御すれ
ば、これに伴って半導体素子の発熱量も少なくなる。従
って、上記の制御によって半導体素子の過熱防止を図る
ことができる。

【０００８】なお、図１０に示すように、この従来例の
制御装置では、半導体素子が破壊する素子破壊温度Ｔｄ
よりも低い零出力温度Ｔ２にて、トルク指令の制限率α
を０とする。従って、零出力温度Ｔ２に達すると、出力
トルクが０に落とされる。また、半導体素子が停止温度
Ｔｓ（Ｔ２＜Ｔｓ＜Ｔｄ）に達すると、インバータは、
過熱防止のために自ら停止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、例え
ば、インバータの温度が所定温度に達したらモータを停
止させることによって、インバータの過熱防止が図られ
る。しかし、インバータの温度が急上昇しているときに
は、モータを停止してもすぐには温度上昇がとまらず
に、インバータの温度が上記の所定温度を上回る可能性
がある。

【００１０】また、図１０の出力制限率を用いるインバ
ータ制御装置において、素子温度がＴ２付近であり運転
者がアクセルを全開にしたとする。このとき、アクセル
全開に応じてトルク指令が高くなり、素子温度が急上昇
する。そして、素子温度が温度Ｔ２になったときに出力
トルクを０に落としても、温度上昇がすぐには止まらな
い。そのため、素子温度が温度Ｔ２を上回ることがあ
り、素子過熱に至るおそれがある。

【００１１】なお、図１０における零出力温度Ｔ２を低
く設定すれば、上記のような素子温度の急上昇時にも過
熱発生を防止できる。素子温度がＴ２を上回ってから素
子過熱状態に至るまでに余裕ができるからである。しか
し、この場合、図１０の出力制限ラインが下方に設定さ
れる。従って、素子温度が急上昇していない場合にも多
めに出力制限を施すことになるので好ましくない。

【００１２】また、従来技術では、モータ巻線に短絡が
発生した場合など、異常に高い電流がインバータに流れ
た場合に素子温度が急上昇する。そして、素子温度が容
易に零出力温度Ｔ２を越えて素子破壊温度Ｔｄに至る。

【００１３】以上のように、従来技術では、インバータ
の温度を判断基準とした温度調整によって過熱防止を図
っているが、素子温度が急上昇した時には素子過熱状態
に至るおそれがあるという問題がある。この問題は、イ
ンバータに限られず、その他の電力変換器にも同様に発
生し、また、電気自動車用の電力変換器に限られずに発
生する。

【００１４】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものである。本発明の目的は、電力変換器の半導
体素子の温度が急上昇したときでも素子過熱を確実に防
止できる過熱保護装置を提供することにある。また、本
発明の目的は、上記機能を備えた電気自動車用のインバ
ータ制御装置やインバータ冷却装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の電力変換器の過熱保護装置は、電源から
の電力を変換して負荷装置に供給する電力変換器を使用
時の過熱から保護する装置であって、電力変換器の温度
を検出する温度検出手段と、温度検出結果に基づいて、
変換器温度の時間変化率を求める温度変化率演算手段
と、変換器温度検出値とその時間変化率に応じて温度調
整量を決定し、決定した温度調整量に従って電力変換器
の温度を調整する変換器温度調整手段とを含み、変換器
温度の時間変化率に基づいた温度調整により、温度急上
昇に伴う電力変換器の過熱を防ぐ。

【００１６】ここで、電源は例えばバッテリやコンデン
サであり、負荷装置は例えばモータや発電器であり、電
力変換器は例えばインバータやチョッパである。また、
温度検出手段は、半導体素子の温度を直接検出するもの
でもよく、電力変換器のその他の部分の温度を検出して
半導体素子の温度を示すパラメータを得るものでもよ
い。

【００１７】また、変換器温度調整手段による温度調整
は、変換器自体の発熱抑制、あるいは、変換器冷却量の
変更によって実現される。前者の発熱抑制は、例えば、
負荷装置たるモータの出力制限を行うことにより実現さ
れる。出力トルクの制限に伴って半導体素子の発熱量が
低下する。また、後者の冷却量の変更は、例えば、電力
変換器に設けられた冷却装置の制御によって実現され
る。冷却装置が電力変換器へ送る冷却媒体の流動量を調
整することにより冷却量が変わる。

【００１８】本発明では、変換器温度に加え、その時間
変化率に応じて温度調整量が決定される。時間変化率に
よって変換器の温度が急上昇しているか否かがわかる。
そして、決定された温度調整量に従って電力変換器の温
度が調整される。従って、本発明によれば、変換器温度
が高い状態から急上昇したときでも、変換器温度の時間
変化率に応じた温度調整により、変換器の過熱を防ぐこ
とができる。

【００１９】本発明により、変換器温度とその時間変化
率に基づいて温度調整量を適切に設定することができ
る。すなわち、変換器温度の急上昇時には積極的な温度
調整を行うとともに、それ以外の場合に温度調整をなる
べく行わない。これにより、発熱抑制のためのモータ出
力の制限などを行うことを極力避けつつ、変換器温度の
急上昇時の確実な過熱防止を実現できる。

【００２０】なお、温度調整量の決定の仕方の一例を示
すと、（ａ）変換器温度が高く時間変化率が大きい場合
には、温度調整量を大きくする、（ｂ）変換器温度が高
く、時間変化率が小さい場合には、温度調整量を小さく
する、（ｃ）変換器温度が低いときには、時間変化率が
高くても温度調整量を小さくする。

【００２１】（２）また、本発明の電気自動車のインバ
ータ制御装置は、モータへ電流を供給するインバータを
制御し、アクセル操作に応じた出力トルクをモータに発
生させる制御装置であって、運転者のアクセル操作に基
づいてトルク指令値を決定する指令値決定手段と、イン
バータの半導体素子温度を検出する温度検出手段と、半
導体素子温度の時間変化率を求める温度変化率検出手段
と、半導体素子温度およびその時間変化率に基づいて前
記トルク指令値を調整する指令値調整手段と、指令値調
整手段によって調整された調整トルク指令値に従ってイ
ンバータへの制御信号を生成する制御手段とを有し、半
導体素子温度の時間変化率に応じた出力トルクの調整に
よって、半導体素子の温度急上昇に伴う過熱を防ぐ。

【００２２】ここで、温度検出手段は、半導体素子の温
度を直接検出してもよい。また、インバータのその他の
部分またはインバータ外部における素子温度を示すパラ
メータ（温度に限られない）を検出し、これに基づいて
素子温度を判断してもよい。

【００２３】温度変化率検出手段は、温度検出手段によ
る検出結果に基づいて素子温度の時間変化率を求めても
よく、また、その他の検出値を基に時間変化率を求めて
もよい。さらに、時間変化率を、推定によって求めても
よい。具体例としては、アクセル操作量に基づき、アク
セル操作量が大きいときには素子温度の時間変化率が大
きいと判断する。さらに、アクセル操作や車速など、複
数の条件に基づいた判断を行ってもよい。

【００２４】この構成では、素子温度検出値に加え、そ
の時間変化率に応じてトルク指令値が調整される。上記
時間変化率が大きいときは、素子温度が急上昇してい
る。そこで、トルク指令値が小さく調整され、調整後の
トルク指令値に従った制御信号がインバータに出力され
る。この駆動信号に従ってインバータが動作するので、
モータの出力トルクが小さくなるとともに、インバータ
の素子温度も低下する。

【００２５】本態様によれば、例えば、素子温度が高
く、かつ、急上昇したときには、トルク指令を大幅に調
整して素子過熱を防止する。素子温度が高くとも急上昇
していない場合には、急上昇時ほど大幅にはトルク指令
を調整しない。このようにして、必要度に応じたトルク
調整を行いつつ、素子過熱の確実な防止を図ることがで
きる。

【００２６】（３）また、本発明の電気自動車のインバ
ータ冷却装置は、モータに電流を供給するインバータを
冷却する装置であって、インバータに設けられた冷却媒
体通路に冷却媒体を送り込む冷却用ポンプと、インバー
タの半導体素子温度を検出する温度検出手段と、半導体
素子温度の時間変化率を検出する温度変化率検出手段
と、半導体素子温度およびその時間変化率に基づいて冷
却媒体の流動量を決定し、決定された流動量の従って冷
却ポンプを制御するポンプ制御手段とを有し、半導体素
子温度の時間変化率に応じた冷却媒体の流動量の調整に
よって、半導体素子の温度急上昇に伴う過熱を防ぐ。こ
こでも、温度検出手段や温度変化率検出手段には、前述
の各種構成をとることができる。

【００２７】この態様によれば、冷却媒体の流量が、素
子温度検出値とその時間変化率に基づいて決定される。
上記時間変化率が大きいときは、素子温度が急上昇して
いる。そこで、冷却媒体の流動量が多く決められ、この
流動量に従って冷却ポンプが駆動される。

【００２８】本態様によれば、例えば、素子温度が高
く、かつ、急上昇したときには、冷却媒体の流動量を多
くして素子過熱を防止する。素子温度が高くとも急上昇
していない場合には、急上昇時ほどには冷却媒体の流動
量を多くしない。このようにして、冷却媒体の流動量を
必要度に応じた設定として冷却装置のエネルギ消費を抑
えつつ、素子過熱の確実な防止を図ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）を、図面を参照し説明する。

【００３０】「実施形態１」実施形態１では、本発明に
特徴的な温度調整機能が、インバータを制御するインバ
ータ制御装置に備えられる。図１は、本実施形態のイン
バータ制御装置が備えられた電気自動車の駆動システム
を示すブロック図である。

【００３１】電源装置たるバッテリ１にはインバータ３
が接続され、インバータ３に車両駆動用のモータ５が接
続されている。モータ５の出力軸は、回転軸や差動歯車
装置を介して車輪７と連結されている。

【００３２】インバータ３には複数のスイッチング素子
が設けられている。スイッチング素子は、ＩＧＢＴ、バ
イポーラトランジスタ、サイリスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ等
の半導体素子である。インバータ３は、インバータＥＣ
Ｕ９によって制御されている。そして、インバータＥＣ
Ｕ９から入力される駆動信号に従って上記複数のスイッ
チング素子がスイッチング動作する。このスイッチング
動作により、バッテリ１から供給された直流電流が交流
に変換され、モータ５に供給される。

【００３３】インバータＥＣＵ９は、アクセルペダル１
１と接続されており、運転者がアクセルペダル１１を踏
み込んだときに、その踏込み量を検出する。踏込み量は
以下のように、アクセル開度Ａ％を用いて表される。す
なわち、アクセル全開時を１００％とする。そして、ア
クセル全開時の踏込み量に対する、そのときのアクセル
踏込み量の比率を％で表したものをアクセル開度Ａ％と
する。

【００３４】また、インバータＥＣＵ９は、インバータ
３のケース内に設けられた温度センサ１３と接続されて
いる。温度センサ１３からの入力に基づき、インバータ
ＥＣＵ９は、スイッチング素子の温度ＩＮＶ−Ｔを得
る。ここでは、温度センサ１３が素子温度ＩＮＶ−Ｔを
直接検出するように構成してもよい。また、温度センサ
１３が、素子温度に応じて変化するようなある部位の温
度を検出し、この温度からインバータＥＣＵ９が素子温
度ＩＮＶ−Ｔを求めるように構成してもよい。さらにま
た、上記ある部位の温度を実際の素子温度ＩＮＶ−Ｔと
同様に処理して下記の制御を実行するように構成しても
よい。

【００３５】さらに、インバータＥＣＵ９は、素子温度
ＩＮＶ−Ｔを基に、単位時間当たりの素子温度の変化量
を求め、これを温度変化率ΔＴ／Δｔとする。このと
き、インバータＥＣＵ９は、内蔵するタイマ装置を用い
て、単位時間の間に素子温度ＩＮＶ−Ｔがどれだけ変化
したかを求める。

【００３６】次に、本実施形態のインバータ制御装置の
動作を説明する。インバータＥＣＵ９は、図２に従っ
て、アクセル開度Ａ％から、モータが出力すべきトルク
を求め、求めたトルクをトルク指令Ｔ＊とする。そし
て、図３に示された２種類の制限率、すなわち、第一制
限率αと第二制限率βを用いてトルク指令Ｔ＊を調整す
る。ここでは、トルク指令Ｔ＊に第一制限率αと第二制
限率βをかけたものが、調整後のトルク指令Ｔ＊とされ
る。

【００３７】図３の左側には、第一制限率αを規定する
制限ラインｍが示されている。第一制限率αは、素子温
度ＩＮＶ−Ｔに基づいて定められる。素子温度ＩＮＶ−
Ｔが制限開始温度Ｔ１以下のとき、第一制限率αは１０
０％である。従って、第一制限率αによっては、トルク
指令Ｔ＊が変更されない。そして、素子温度ＩＮＶ−Ｔ
が、制限開始温度Ｔ１よりも高くなると、そのときの素
子温度ＩＮＶ−Ｔに対応する第一制限率αがトルク指令
Ｔ＊にかけられる。素子温度ＩＮＶ−Ｔが零出力温度Ｔ
２以上に達すると、第一制限率αが０になり、トルク指
令Ｔ＊も０になる。

【００３８】図３の右側には、第二制限率βを規定する
制限ラインｎが示されている。第二制限率βは、温度変
化率ΔＴ／Δｔに基づいて定められる。この第二制限率
βは、素子温度ＩＮＶ−Ｔが上記の制限開始温度Ｔ１以
上のときに用いられる。温度変化率ΔＴ／Δｔが第一基
準値δ１以下のとき、第二制限率βは１００％である。
従って、第二制限率βによっては、トルク指令Ｔ＊が変
更されない。そして、温度変化率ΔＴ／Δｔが、第一基
準値δ１よりも高くなると、そのときの変化率ΔＴ／Δ
ｔに対応する第二制限率βがトルク指令Ｔ＊にかけられ
る。温度変化率ΔＴ／Δｔが第二基準値δ２以上に達す
ると、第二制限率βが０になり、トルク指令Ｔ＊も０に
なる。

【００３９】図４は、上記の第一制限率αおよび第二制
限率βを用いてトルク指令Ｔ＊を調整する際の処理を示
すフローチャートである。インバータＥＣＵ９は、温度
変化率ΔＴ／Δｔと第三基準値δ３を比較し（Ｓ１
０）、変化率ΔＴ／Δｔの方が大きい場合にはインバー
タ出力を０にする（シャットダウン）（Ｓ１２）。第三
基準値δ３は、スイッチング素子に異常に高い電流が流
れたときの温度変化率を想定して設定されている。その
ため、第三基準値δ３は、上記の第二基準値δ２よりも
かなり大きな値に設定されている。ステップＳ１０で
は、例えばモータ巻線の短絡発生などが原因となって素
子温度ＩＮＶ−Ｔが異常な速さで上昇していることが検
出される。

【００４０】温度変化率ΔＴ／Δｔが第三基準値δ３以
下であれば、素子温度ＩＮＶ−Ｔと制限開始温度Ｔ１を
比較する（Ｓ１４）。そして、素子温度ＩＮＶ−Ｔの方
が低ければスタートに戻る。このときは、アクセル開度
Ａ％から求めたトルク指令Ｔ＊をそのまま最終的な指令
値とし、制限率を用いた調整は行わない。

【００４１】一方、ステップＳ１４にてＩＮＶ−Ｔ＞Ｔ
１であれば、図３左側の制限ラインｍに従って素子温度
ＩＮＶ−Ｔから第一制限率αを決定し（Ｓ１６）、さら
に図３右側の制限ラインｎに従って、温度変化率ΔＴ／
Δｔから第二制限率βを決定する（Ｓ１８）。そして、
アクセル開度Ａ％から求めたトルク指令Ｔ＊に、第一制
限率αと第二制限率βをかけ、その結果を最終的なトル
ク指令Ｔ＊とする（Ｓ２０）。

【００４２】インバータＥＣＵ９内では、上記のフロー
チャートに従って求められたトルク指令Ｔ＊を基に、以
下のようにして、インバータ３へ供給する駆動信号が生
成される。すなわち、トルク指令Ｔ＊に対応するモータ
電流が求められ、これが電流指令Ｉ＊として電流制御部
に供給される。電流制御部は、電流指令Ｉ＊に基づき、
後段のＰＷＭ制御部におけるＰＷＭしきい値を示す電圧
指令を発生させる。ＰＷＭ制御部は、電圧指令を所定波
形のキャリアと比較することにより、パルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）されたスイッチング信号を発生させる。このスイ
ッチング信号が、駆動信号としてインバータ３へ供給さ
れる。

【００４３】インバータ３の複数のスイッチング素子
は、スイッチング信号に従ってスイッチングする。これ
により、バッテリ１から供給された直流電流が交流に変
換され、モータ５に供給される。ここに、電圧指令は電
流指令に応じて生成され、また、スイッチング信号は電
圧指令に応じて生成されている。従って、インバータ３
により、電流指令に応じた交流電流がモータ５に供給さ
れ、モータ５の出力トルクは上記トルク指令Ｔ＊に相当
する値となる。

【００４４】以上、本実施形態のインバータ制御装置の
動作を説明した。通常運転時、スイッチング素子の温度
は上昇しておらず、素子温度ＩＮＶ−Ｔは制限開始温度
Ｔ１よりも低い。従って、第一制限率αや第二制限率β
を用いたトルク指令の調整は行われない。

【００４５】素子温度ＩＮＶ−Ｔが上昇して制限開始温
度Ｔ１を上回り、零出力温度Ｔ２に近いＴｂ（図３）に
達したとする。また、アクセルが半開状態であるので温
度変化率ΔＴ／Δｔはあまり高くなく、δｂ（＜δ１）
（図３）であるとする。このとき、図３に示すように、
温度Ｔｂに対応する第一制限率はαａであり、温度変化
率δｂに対応する第二制限率は１００％である。そこ
で、アクセル開度Ａ％から決定されたトルク指令にαｂ
および１をかけた値が最終的なトルク指令Ｔ＊とされ
る。そして、この最終的なトルク指令Ｔ＊に対応する駆
動信号がインバータ３に供給される。これにより、イン
バータ３におけるスイッチング素子の発熱量が小さくな
る。出力トルクを制限すれば、その分だけスイッチング
素子の発熱量も小さくなるからである。

【００４６】素子温度ＩＮＶ−Ｔが上記のＴｂであり、
かつ、アクセル全開状態であるために温度変化率ΔＴ／
Δｔが大きく、δｃ（δ１＜δｃ＜δ２）（図３）であ
ったとする。このとき、第二制限率は、図３に示すよう
にβｃとなる。そこで、アクセル開度Ａ％から決定され
たトルク指令にαｂおよびβｃをかけた値が最終的なト
ルク指令Ｔ＊とされる。従って、このケースでは、上記
のケースよりもトルク制限が大幅に行われる。

【００４７】このように、本実施形態では、素子温度Ｉ
ＮＶ−Ｔが高いときでも、その時間変化率ΔＴ／Δｔに
応じ、必要な素子温度調整の程度が異なることに着目
し、この必要性に応じたトルク制限を行っている。すな
わち、素子温度が高くとも時間変化率が小さければ、素
子温度が急上昇していないので、これに応じた適度なト
ルク制限を行う。素子温度が高く時間変化率も大きけれ
ば、温度急上昇による素子過熱が発生しないように、さ
らにトルク制限を行う。従って、本実施形態によれば、
トルク制限を必要最小限に行いつつ、素子過熱を確実に
防止できる。そして特に、素子温度が高くなった状態
で、アクセル全開操作等により素子温度が急上昇した場
合にも、スイッチング素子の過熱が確実に防止される。

【００４８】図６を参照し、上記のように効率よく最低
限の出力制限が行われていることを説明する。図６は、
第一制限率を規定する制限ラインｍ（図３と同等）と、
従来の制限ライン（図１０と同等）とを比較して示して
いる。両制限ラインは、同種の車両駆動システムに適用
したときのラインである。本実施形態では、従来よりも
零出力温度Ｔ２が高く設定され、制限ラインｍは従来よ
りも上方に設定されている。素子温度が急上昇していな
いときは、この設定をもって十分に素子過熱を防止でき
る。従って、本実施形態では、温度変化率が大きくない
ときには、従来よりも出力トルクを高くできるとともに
（図６の斜線部分）、温度変化率が大きいときには、第
二制限率βを用いて出力トルクが下げられ、素子過熱が
確実に防止される。

【００４９】また、本実施形態では、温度変化率ΔＴ／
Δｔが第三基準値δ３を上回るときは、インバータ出力
が０とされる（シャットダウン）。例えば、モータ巻線
の短絡発生などによってスイッチング素子に異常に高い
電流が流れたとき、素子温度が異常に速く上昇する。こ
のとき、従来技術のように、素子温度が零出力温度Ｔ２
に達してからトルク指令Ｔ＊を０に落としたのでは、素
子温度がオーバーシュートして過熱域に至るおそれがあ
る。一方、上記制御では、温度変化率ΔＴ／Δｔが第三
基準値δ３を上回った時点でインバータ出力を０にする
ので、素子の過熱が防止される。

【００５０】本実施形態では、素子温度ＩＮＶ−Ｔと温
度変化率ΔＴ／Δｔを基に、トルク指令Ｔ＊を調整し
た。これに対し、その他の制御値を調整してもよい。す
なわち、トルク指令Ｔ＊の代わりに、上記の電流指令Ｉ
＊や電圧指令、あるいはスイッチング信号を調整しても
よい。また、素子温度ＩＮＶ−Ｔに基づいてトルク指令
Ｔ＊を調整するとともに、後段で、温度変化率ΔＴ／Δ
ｔに基づいて電圧指令を調整するといったことも考えら
れる。

【００５１】また、本実施形態の変形例として、図５に
示すようなマップを設けておいてもよい。このマップに
は、素子温度ＩＮＶ−Ｔと温度変化率ΔＴ／Δｔに関連
付けて出力制限率γが定められている。すなわち、マッ
プ上の出力制限率γは、上記の第一制限率αと第二制限
率βの積に相当する。インバータＥＣＵ９は、まず、前
出のように、図４のフローチャートのステップＳ１０〜
Ｓ１４を実行した後、図５のマップから出力制限率γを
求め、この制限率γを用いてトルク指令を修正する。そ
して、修正されたトルク指令に対応する駆動信号をイン
バータに出力する。

【００５２】「実施形態２」実施形態２では、本発明に
特徴的な温度調整機能が、インバータを冷却するインバ
ータ冷却装置に備えられる。図７は、本実施形態のイン
バータ冷却装置が備えられた電気自動車の駆動システム
を示すブロック図である。図７において、図１と同等の
構成には、同一の符号が付されている。以下において、
実施形態１と同様の部分については、適宜説明を省略す
る。

【００５３】実施形態１と同様に、電源装置たるバッテ
リ１にはインバータ３が接続され、インバータ３に車両
駆動用のモータ５が接続されている。モータ５の出力軸
は、回転軸や差動歯車装置を介して車輪７と連結されて
いる。

【００５４】インバータ３には、複数のスイッチング素
子が設けられている。インバータ３は、インバータＥＣ
Ｕ２０によって制御されている。インバータＥＣＵ２０
は、実施形態１と同様に、アクセルペダル１１と接続さ
れており、アクセル開度Ａ％を検出する。そして、前述
の図２に従って、アクセル開度Ａ％からトルク指令Ｔ＊
を求める。トルク指令Ｔ＊を基に、電圧指令が生成さ
れ、電圧指令を所定波形のキャリアと比較することによ
り、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたスイッチング信号が
生成される。このスイッチング信号は、駆動信号として
インバータ３へ供給される。インバータ３の複数のスイ
ッチング素子は、スイッチング信号に従ってスイッチン
グする。これにより、バッテリ１から供給された直流電
流が交流に変換され、モータ５に供給される。このよう
にして、モータ５の出力トルクは、上記トルク指令Ｔ＊
に相当する値となる。

【００５５】また、インバータ３には、冷却水を通すウ
ォータジャケットが設けられている。そして、インバー
タ３には、冷却水をウォータジャケットに送り込むため
のウォータポンプ２２が取り付けられている。スイッチ
ング素子やその他の部位に発生した熱は、ウォータジャ
ケット内の冷却水に伝わる。ウォータポンプ２２が駆動
すると、冷却水はジャケット内と図示しない放熱器を循
環する。このようにして、インバータが冷却される。

【００５６】ウォータポンプ２２はポンプ用モータを有
し、ポンプ用モータの回転力によって駆動される。ポン
プ用モータは、インバータＥＣＵ２０によって制御され
ている。インバータＥＣＵ２０は、ポンプ用モータの作
動電圧Ｐを決定し、この作動電圧Ｐに対応する電圧指示
信号をポンプ用モータに供給する。ポンプ用モータは、
電圧指示信号に従い、この信号に示され作動電圧Ｐにて
駆動する。

【００５７】ポンプ用モータの回転数は、作動電圧Ｐに
応じて変化する。そして、冷却水の流量は、ポンプ用モ
ータの回転数に応じて変化する。従って、インバータＥ
ＣＵ２０は、ポンプ用モータを制御することによって、
冷却水の流量を調整できる。

【００５８】また、インバータＥＣＵ２０は、実施形態
１と同様に、インバータ３のケース内に設けられた温度
センサ１３と接続されており、素子温度ＩＮＶ−Ｔを検
出する。さらに、インバータＥＣＵ２０は、素子温度Ｉ
ＮＶ−Ｔを基に温度変化率（素子温度の時間変化率）Δ
Ｔ／Δｔを求める。

【００５９】次に、本実施形態のインバータ冷却装置の
動作を説明する。図８は、インバータＥＣＵ２０が、ウ
ォータポンプ２２のポンプ用モータの制御のために行う
処理を示すフローチャートである。走行開始後、所定時
間ごとに、素子温度ＩＮＶ−Ｔが検出され（Ｓ３０）、
温度変化率ΔＴ／Δｔが求められる（Ｓ３２）。そし
て、素子温度ＩＮＶ−Ｔおよび温度変化率ΔＴ／Δｔを
基に、図９のマップを用いて、ポンプ用モータの作動電
圧Ｐが決定される（Ｓ３４）。

【００６０】図９において、横軸は素子温度ＩＮＶ−Ｔ
であり、縦軸は温度変化率ΔＴ／Δｔである。そして、
ポンプ用モータの作動電圧Ｐが、マップ上の右下がりの
直線によって区切られた領域ごとに規定されている。図
示のように、素子温度が低く温度変化率が小さいときに
は、作動電圧Ｐ＝０である。素子温度および温度変化率
がこの領域にあるときは、冷却水を循環させてのインバ
ータ冷却が不要だからである。そして、素子温度が高く
なり温度変化率が大きくなるに従って、作動電圧の設定
がＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４・・・と変更される。
ここで、Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４・・・の関係に
ある。従って、同一の温度変化率であっても、素子温度
が高いほど作動電圧Ｐが大きくなる。また、同一の素子
温度であっても、温度変化率が大きいほど作動電圧Ｐが
大きくなる。

【００６１】インバータＥＣＵ２０は、決定した作動電
圧Ｐに対応する電圧指示信号を生成し、ポンプ用モータ
に出力する（Ｓ３６）。ポンプ用モータは、電圧指示信
号に示される作動電圧Ｐにて回転駆動する。従ってポン
プ用モータは、図９のマップに従って決定された作動電
圧Ｐに応じた回転数で回転し、この回転数に応じた流量
の冷却水が、ウォータジャケットと放熱器を循環する。
なお、作動電圧Ｐ＝０のときは、ウォータポンプが停止
する。そして、インバータＥＣＵ２０は、ステップＳ３
０に戻り、同様の制御を繰り返す。

【００６２】以上、本実施形態のインバータ冷却装置の
動作を説明した。スイッチング素子の温度が上昇してお
らず、温度変化率ΔＴ／Δｔも低いときは、冷却水が循
環しなくとも素子過熱が発生しない。そこで、ポンプ用
モータは停止され、消費電力が節約される。

【００６３】素子温度ＩＮＶ−Ｔが高くなると、冷却水
を循環しての冷却が必要になる。このとき、素子温度Ｉ
ＮＶ−Ｔが高いほど、冷却水の流量を増大させて、より
多くの熱を逃がす必要がある。そこで、本実施形態で
は、素子温度ＩＮＶ−Ｔが高いときほど作動電圧Ｐが高
く設定される。また、温度変化率ΔＴ／Δｔが大きいほ
ど、素子温度が急上昇しており、素子温度が過熱域に入
る可能性が高い。温度変化率が大きくなるのは、実施形
態１に説明したように、例えばアクセル全開時である。
そこで、温度変化率ΔＴ／Δｔが大きいときほど、作動
電圧Ｐを高く設定する。これにより、冷却水の流量が増
大し、より多くの熱が冷却水に逃げる。

【００６４】このように、本実施形態では、素子温度Ｉ
ＮＶ−Ｔが高いときでも、その時間変化率ΔＴ／Δｔに
応じ、必要な素子温度調整の程度が異なることに着目
し、この必要性に応じた冷却を行っている。すなわち、
素子温度が高くとも時間変化率が小さければ、素子温度
が急上昇していないので、これに応じた適度な冷却を行
う。素子温度が高く時間変化率も大きければ、温度急上
昇による素子過熱が発生しないように、冷却水の流量を
多くする。従って、本実施形態によれば、ポンプ用モー
タの作動電圧を必要最小限に抑えてエネルギ消費を低減
しつつ、素子過熱を確実に防止できる。そして特に、素
子温度が高くなった状態で、アクセル全開操作等により
素子温度が急上昇した場合にも、素子の過熱が確実に防
止される。

【００６５】本実施形態では、バッテリからの電流をモ
ータに供給するためのインバータを冷却する装置に本発
明が適用された。これに対し、本発明は、発電器が発電
した電流を変換してバッテリに供給するインバータにも
同様に適用できる。

【００６６】また、実施形態１ではモータの出力トルク
制限を行い、実施形態２では冷却水の流量を調整してい
る。実施形態１と実施形態２の両構成を電気自動車の駆
動システムに設け、半導体素子の過熱防止を図ってもよ
いことはもちろんである。一例として、実施形態２のポ
ンプ用モータ制御による過熱防止を、素子温度ＩＮＶ−
Ｔが比較的低いときに行う。そして、実施形態１のトル
ク調整による過熱防止を高温側で行う。このように構成
すれば、冷却装置による過熱防止が優先して実行され、
冷却装置のみでは不十分なときにトルク調整が行われ
る。従って、トルク制限を行うこと極力避けることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１のインバータ制御装置を
備えた電気自動車の駆動システムの構成を示すブロック
図である。

【図２】 アクセル開度とトルク指令の関係を示す説明
図である。

【図３】 トルク指令を調整するための制限率を規定す
る制限ラインを示す説明図である。

【図４】 図３の制限率を用いたトルク指令の調整処理
を示すフローチャートである。

【図５】 実施形態１の変形例における、トルク指令の
調整用の出力制限率を求めるためのマップを示す説明図
である。

【図６】 実施形態１の第一制限率を規定する制限ライ
ンと、従来の制限ラインとを比較して示す説明図であ
る。

【図７】 実施形態２のインバータ冷却装置を備えた電
気自動車の駆動システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図８】 実施形態２のインバータ冷却装置の動作を示
すフローチャートである。

【図９】 冷却装置のポンプ用モータの作動電圧を決定
するためのマップを示す説明図である。

【図１０】 従来技術において、モータ出力トルク調整
のために用いられる出力制限率を示す説明図である。

【符号の説明】

１ バッテリ、３ インバータ、５ モータ、７ 車
輪、９，２０ インバータＥＣＵ、１１ アクセルペダ
ル、１３ 温度センサ、２２ ウォータポンプ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源からの電力を変換して負荷装置に供
   給する電力変換器を使用時の過熱から保護する電力変換
   器の過熱保護装置であって、 電力変換器の温度を検出する温度検出手段と、 温度検出結果に基づいて、変換器温度の時間変化率を求
   める温度変化率演算手段と、 変換器温度検出値とその時間変化率に応じて温度調整量
   を決定し、決定した温度調整量に従って電力変換器の温
   度を調整する変換器温度調整手段と、 を含み、変換器温度の時間変化率に基づいた温度調整に
   より、温度急上昇に伴う電力変換器の過熱を防ぐことを
   特徴とする電力変換器の過熱保護装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 前記負荷装置はモータであり、 前記変換器温度調整手段は、電力変換器の電力変換を制
   御してモータの出力トルクを調整する制御装置に設けら
   れ、変換器温度の調整は、出力トルク調整によって行わ
   れることを特徴とする電力変換器の過熱保護装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、 前記変換器温度調整手段は、冷却媒体を流動させて電力
   変換器を冷却する冷却装置に設けられ、変換器温度の調
   整は、冷却媒体の流動量の変更によって行われることを
   特徴とする電力変換器の過熱保護装置。
4. 【請求項４】 モータへ電流を供給するインバータを制
   御し、アクセル操作に応じた出力トルクをモータに発生
   させる電気自動車のインバータ制御装置であって、 運転者のアクセル操作に基づいてトルク指令値を決定す
   る指令値決定手段と、 インバータの半導体素子温度を検出する温度検出手段
   と、 半導体素子温度の時間変化率を求める温度変化率検出手
   段と、 半導体素子温度およびその時間変化率に基づいて前記ト
   ルク指令値を調整する指令値調整手段と、 指令値調整手段によって調整された調整トルク指令値に
   従ってインバータへの制御信号を生成する制御手段と、 を有し、半導体素子温度の時間変化率に応じた出力トル
   クの調整によって、半導体素子の温度急上昇に伴う過熱
   を防ぐことを特徴とする電気自動車のインバータ制御装
   置。
5. 【請求項５】 モータに電流を供給するインバータを冷
   却する電気自動車のインバータ冷却装置であって、 インバータに設けられた冷却媒体通路に冷却媒体を送り
   込む冷却用ポンプと、 インバータの半導体素子温度を検出する温度検出手段
   と、 半導体素子温度の時間変化率を検出する温度変化率検出
   手段と、 半導体素子温度およびその時間変化率に基づいて冷却媒
   体の流動量を決定し、決定された流動量の従って冷却ポ
   ンプを制御するポンプ制御手段と、 を有し、半導体素子温度の時間変化率に応じた冷却媒体
   の流動量の調整によって、半導体素子の温度急上昇に伴
   う過熱を防ぐことを特徴とする電気自動車のインバータ
   冷却装置。