逆变器控制装置以及车辆的制作方法

专利名称：逆变器控制装置以及车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变器控制装置以及车辆，特别是涉及根据逆变器的温度控制逆变器
的控制装置以及包括该控制装置的车辆。
背景技术：
最近，作为考虑到环境的汽车，混合动力汽车(Hybrid Vehicle)以及电动汽车 (Electric Vehicle)受到了关注。混合动力汽车是除了以往的发动机以外，还将经由逆变 器来通过直流电源驱动的马达作为动力源的汽车。即，混合动力汽车通过驱动发动机来得 到动力源，并且通过逆变器将来自直流电源的直流电压转换为交流电压，通过转换的交流 电压使马达旋转来得到动力源。 另外，电动汽车是将经由逆变器而通过直流电源驱动的马达作为动力源的汽车。
在多数情况下，逆变器包括IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅 双极型晶体管)、M0SFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属-氧 化层-半导体-场效晶体管)等半导体开关元件。随着周围温度或接合温度下降，IGBT、 MOSFET的绝缘耐压(以下，仅称为"耐压")下降。因此，需要根据逆变器的气氛温度适当 地控制逆变器的输入电压。 日本专利文献特开2004-166341号公报公开了在气氛温度下降从而马达反电动 势电压比逆变器耐压高时，变换来自电源的电压以防止逆变器的动作特性的下降的电压变 换装置。该电压变换装置包括改变来自电源的输入电压的电压电平将输出电压供应给电 力负载的电压变换器；以及驱动电压变换器使得所述电力负载的温度上升的驱动电路。具 体来说，逆变器冷却水温从基准温度下降得越多，升压变换器(电压变换器)的升压比就设 定得越高。由此，逆变器(电力负载)的损失进一步增加，因而逆变器的温度上升。
在包括半导体开关元件的逆变器中，当半导体开关元件断开时，通过配线的寄生 电感产生浪涌电压。这里，浪涌电压是指从逆变器的输入电压到由寄生电感产生的反电动 势电压的电压上升部分。为使该反电动势电压不超过半导体开关元件的耐压，需要考虑基 于浪涌电压的电压上升部分来确定逆变器的输入电压。 然而，在半导体开关元件的温度低的情况下，半导体开关元件的耐压下降。在无关 半导体开关元件的耐压从而逆变器的输入电压固定的情况下，耐压与输入电压之差、即浪 涌电压的允许量减小。因此，恐怕当在半导体开关元件的温度低的状态下驱动逆变器时会 对半导体开关元件产生不良影响。在日本专利文献特开2004-166341号公报中没有针对电 力负载的温度尚未充分上升的情况的电压变换器的控制而特别地进行公开。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种在逆变器的气氛温度下降的情况下也能够保护逆变 器且使其驱动的逆变器控制装置以及具有该装置的车辆。
本发明概括来说是一种控制逆变器的逆变器控制装置。逆变器控制装置包括直流电源，输出第一直流电压；电压变换部，变换第一直流电压的电压电平，将第二直流电压 供应给逆变器；温度检测部，检测逆变器的气氛温度；以及控制部。控制部基于温度检测部 的检测结果控制电压变换部，使得气氛温度越低第二直流电压就越低。控制部控制逆变器 的动作，使得第二直流电压转换为交流电压。 优选的是，控制部在判断为第二直流电压超过上限值的情况下使逆变器停止。 更优选的是，控制部随着气氛温度下降使上限值降低。 进而更优选的是，控制部在使第二直流电压降低之后，使上限值降低。 优选的是，逆变器控制装置还包括热交换装置，所述热交换装置通过使能够与逆
变器热交换的热交换介质循环，与逆变器之间进行热交换。气氛温度是热交换介质的温度。 更优选的是，热交换介质是冷却水。 优选的是，控制部在判断为气氛温度比预定的温度低的情况下，控制电压变换部 使得随着气氛温度下降而第二直流电压减小。 更优选的是，控制部在气氛温度比预定的温度高的情况下和气氛温度比预定的温 度低的情况下使逆变器的动作频率不同。 根据本发明的另一方面，一种车辆，包括逆变器；直流电源，输出第一直流电压； 电压变换部，变换第一直流电压的电压电平，将第二直流电压供应给逆变器；温度检测部， 检测逆变器的气氛温度；以及控制部。控制部基于温度检测部的检测结果控制电压变换部， 使得气氛温度越低第二直流电压就越低。控制部控制逆变器的动作，使得第二直流电压转 换为交流电压。 优选的是，控制部在判断为第二直流电压超过上限值的情况下使逆变器停止。 更优选的是，控制部在使第二直流电压降低之后，使上限值降低。 进而更优选的是，控制部在使第二直流电压降低之后，使上限值降低。 优选的是，车辆还包括热交换装置，所述热交换装置通过使能够与逆变器热交换
的热交换介质循环，与逆变器之间进行热交换。气氛温度是热交换介质的温度。 更优选的是，热交换介质是冷却水。 优选的是，控制部在判断为气氛温度比预定的温度低的情况下，控制电压变换部 使得随着气氛温度下降而第二直流电压减小。 更优选的是，控制部在气氛温度比预定的温度高的情况下和气氛温度比预定的温 度低的情况下使逆变器的动作频率不同。 因此，根据本发明，在逆变器的气氛温度下降的情况下，也能够保护逆变器并使其 驱动。


图1是示出安装本实施方式的逆变器驱动装置的车辆100的构成的图； 图2是图1的控制装置30A的功能框图； 图3是说明在电压VH与温度无关地设置为固定的情况下的逆变器14、14A的控制 的图； 图4是说明第一实施方式的逆变器控制的图； 图5是说明图2所示的控制装置30A执行的电压VH的控制处理的流程 图6是用于说明第二实施方式的车辆所应用的冷却系统的图； 图7是图6的控制装置30B的功能框图； 图8是说明图7所示的控制装置30B执行的电压VH的控制处理的流程图； 图9是示出基于控制装置30B的电压VH的控制的第一例的图； 图10是示出基于控制装置30B的电压VH的控制的第二例的图； 图11是控制装置30C的功能框图； 图12是用于说明在将上限值VHL设置为固定的情况下考虑的问题的图； 图13是用于说明第三实施方式的上限值VHL的控制的图； 图14是说明基于控制装置30C的电压VH的控制的流程图； 图15是用于说明在使上限值VHL的变化与电压VH的变化同步的情况下考虑的问 题的图； 图16是用于说明第四实施方式的上限值VHL的控制的图； 图17是说明第四实施方式的上限值VHL和电压VH的控制的流程图。
具体实施例方式以下，参考附图详细地说明本发明的实施方式。将图中相同或相当部分标注相同
标号而不再重复说明。(第一实施方式) 图1是示出安装本实施方式的逆变器驱动装置的车辆100的结构的图。车辆100 是除了发动机以外，还将经由逆变器来通过直流电源驱动的马达作为动力源的混合动力汽 车。 参考图1，车辆100包括直流电源B、电压传感器10、系统继电器SR1、SR2、电容器 Cl、电压变换部20、逆变器14、电流传感器24、以及控制装置30A。 直流电源B是镍氢或者锂离子等的二次电池。电压传感器10检测从直流电源B 输出的直流电压VB，并将检测出的直流电压值VB输出给控制装置30A。系统继电器SRl、 SR2通过来自控制装置30A的信号SE而接通/断开。更具体地说，系统继电器SR1、SR2通 过H(逻辑高)电平的信号SE而接通，通过L(逻辑低)电平的信号SE而断开。电容器Cl 在系统继电器SR1、 SR2接通时使直流电源B的端子间电压平滑。 电压变换部20包括电压传感器21、电流传感器11、电抗器L1、变换器12、电容器 C2以及电压传感器13。电抗器LI 一端经由系统继电器SRI与直流电源B的正极连接。
电流传感器11检测在直流电源B与变换器12之间流过的直流电流，并将该检测 出的电流作为直流电流值IB输出给控制装置30A。 变换器12包括串联地连接在输出电压VH的变换器12的输出端子之间的IGBT
元件Q1、Q2 ;以及与IGBT元件Q1、Q2分别并联地连接的二极管D1、D2。 电抗器LI的另一端连接在IGBT元件Ql的发射极和IGBT元件Q2的集电极上。二
极管Dl的阴极与IGBT元件Ql的集电极连接，二极管Dl的阳极与IGBT元件Ql的发射极
连接。二极管D2的阴极与IGBT元件Q2的集电极连接，二极管D2的阳极与IGBT元件Q2
的发射极连接。 电压传感器21检测变换器12的输入侧的电压作为电压值VL。电流传感器11检测在电抗器LI中流过的电流作为电流值IB。电容器C2连接在变换器12的输出侧并蓄积 从变换器12传递的能量，并且对电压进行平滑。电压传感器13检测变换器12的输出侧的 电压、即电容器C2的电极间的电压来作为电压值VH。 逆变器14从变换器12接受升压电位而驱动交流马达M1。另外，逆变器14将随着 再生制动在交流马达M1中发电而来的电力返回变换器12。此时，变换器12通过控制装置 30A被控制使得作为降压电路来动作。 逆变器14包括U相臂15、 V相臂16以及W相臂17。 U相臂15、 V相臂16以及W 相臂17并联地连接在变换器12的输出线之间。 U相臂15包括串联连接的IGBT元件Q3、 Q4 ;以及与IGBT元件Q3、 Q4分别并联 连接的二极管D3、 D4。 二极管D3的阴极与IGBT元件Q3的集电极连接，二极管D3的阳极 与IGBT元件Q3的发射极连接。二极管D4的阴极与IGBT元件Q4的集电极连接，二极管D4 的阳极与IGBT元件Q4的发射极连接。 V相臂16包括串联连接的IGBT元件Q5、 Q6 ;以及与IGBT元件Q5、 Q6分别并联 连接的二极管D5、 D6。 二极管D5的阴极与IGBT元件Q5的集电极连接，二极管D5的阳极 与IGBT元件Q5的发射极连接。二极管D6的阴极与IGBT元件Q6的集电极连接，二极管D6 的阳极与IGBT元件Q6的发射极连接。 W相臂17包括串联连接的IGBT元件Q7、 Q8 ;以及与IGBT元件Q7、 Q8分别并联 连接的二极管D7、 D8。 二极管D7的阴极与IGBT元件Q7的集电极连接，二极管D7的阳极 与IGBT元件Q7的发射极连接。二极管D8的阴极与IGBT元件Q8的集电极连接，二极管D8 的阳极与IGBT元件Q8的发射极连接。 各相臂的中间点连接在交流马达M1的各相绕组的各相端部上。S卩，交流马达M1 为三相的永磁铁马达，U、 V、W相的三个绕组的各自一端均连接于中性点。并且，U相绕组的 另一端连接在IGBT元件Q3、 Q4的连接节点上。另外，V相绕组的另一端连接在IGBT元件 Q5、 Q6的连接节点上。另外，W相绕组的另一端连接在IGBT元件Q7、 Q8的连接节点上。
电流传感器24检测在交流马达M1中流过的电流作为电流值MCRT1，将马达电流值 MCRT1输出给控制装置30A。 控制装置30A接受扭矩指令值TR1、马达转速MRN1、电压值VB、 VL、 VH、电流值IB 以及马达电流值MCRT1。并且，控制装置30A对电压变换部20输出升压指示PWU、降压指示 PWD以及停止指示STP。此外，控制装置30A对逆变器14输出将作为变换器12的输出的直 流电压变换为用于驱动交流马达M1的交流电压的驱动指示P丽I 1、将通过交流马达M1发 电的交流电压变换为直流电压而返回变换器12侧的再生指示P丽C 1以及停止指示STP 1。
接着，简单说明电压变换部20的动作。电压变换部20中的变换器12作为在牵引 运转时作为将来自直流电源B的电力供应给逆变器14的正方向变换电路的升压电路进行 动作。反之，在再生运转时，变换器12作为向直流电源B再生由交流马达M1发电的电力的 反方向变换电路的降压电路进行动作。 变换器12在将IGBT元件Ql设置为关断的状态下执行IGBT元件Q2的导通和关 断，由此作为升压电路进行动作。即，在IGBT元件Q2导通的状态下，形成电流从直流电源B 的正极经由电抗器Ll和IGBT元件Q2而流向直流电源B的负极的路径。在该电流流过的 期间，在电抗器L1中蓄积能量。
并且，在将IGBT元件Q2设置为关断状态时，蓄积在电抗器L1中的能量经由二极 管D1流向逆变器14侧。由此电容器C2的电极间的电压增大。因此，给予逆变器14的变 换器12的输出电压被升压。 另一方面，变换器12在将IGBT元件Q2设置为关断的状态下执行IGBT元件Ql的 导通和关断，由此作为降压电路进行动作。即，在IGBT元件Ql导通的状态下，从逆变器14 再生的电流流向IGBT元件Ql、电抗器以及直流电源B。 另外，在IGBT元件Ql关断的状态下，形成由电抗器Ll、直流电源B以及二极管D2 构成的环路，蓄积在电抗器L1中的能量向直流电源B再生。在该反方向转换中，与逆变器 14供应电力的时间相比，直流电源B接受电力的时间更长，从而逆变器14中的电压被降压 向直流电源B再生。电压转换部20的动作通过适当地控制上述的牵引动作和再生动作而 被执行。 在再生控制中，包括随着在具有由驾驶车辆100的驾驶员进行的脚制动操作的情 况下的再生发电的制动。另外，即使在不操作脚制动器的情况下，也包括通过在行驶中松开 加速踏板而进行再生发电并使车辆减速或使加速中止的情况。
车辆100还包括电流传感器28以及逆变器14A。 逆变器14A与逆变器14并联地连接在节点Nl和节点N2之间，另外，均与电压连 接部20连接。 逆变器14A从变换器12接受升压电位来驱动交流马达M2。另外，逆变器14A将随 着再生制动在交流马达M2中发电的电力返回给变换器12。此时，变换器12通过控制装置 30A进行控制使得作为降压电路来动作。 另外，在车辆100、即混合动力车中，发动机200与交流马达M1交换动力，在某时刻 交流马达M1进行发动机的启动，另外，在某时刻交流马达M1发挥接受发动机的动力进行发 电的发电机的作用。 逆变器14A包括U相臂15A、 V相臂16A以及W相臂17A。 U相臂15A、 V相臂16A 以及W相臂17A并联地连接在变换器12的输出线之间。由于U相臂15A、 V相臂16A以及 W相臂17A的构成分别与U相臂15、V相臂16以及W相臂17—样，因此不再重复说明。
逆变器14A的U、V、W相臂的中间点分别连接在交流马达M2的U、V、W相绕组的各 自的一端部上。即，交流马达M2为三相的永磁铁马达，U、 V、 W相的三个绕组的各自一端均 连接于中性点。 电流传感器28检测在交流马达M2中流过的马达电流值MCRT2，将马达电流值 MCRT2输出给控制装置30A。 控制装置30A除接受扭矩指令值TR1、马达转速MRN1、电压值VB、VL、VH、电流值IB 以及马达电流值MCRT1以外，还接受对应于交流马达M2的扭矩指令值TR2、马达转速MRN2、 以及马达电流值MCRT2。 控制装置30A根据上述的输入，对电压变换部20输出升压指示PWU、降压指示PWD 以及停止指示STP。 另外，控制装置30A对逆变器14输出将作为变换器12的输出的直流电压变换为 用于驱动交流马达M1的交流电压的驱动指示P丽I 1、将通过交流马达M1发电的交流电压 变换为直流电压而返回变换器12侧的再生指示P丽C 1以及停止指示STP 1。
此外，控制装置30A对逆变器14A输出将作为变换器12的输出的直流电压变换为 用于驱动交流马达M2的交流电压的驱动指示P丽I 2、将通过交流马达M2发电的交流电压 变换为直流电压而返回变换器12侧的再生指示P丽C 2以及停止指示STP 2。
车辆100还包括检测电抗器Ll的温度而输出温度值TL的温度传感器36 ;测定 变换器12的温度而输出温度值TCV的温度传感器35 ;测定逆变器14的温度而输出温度值 Til的温度传感器31 ;以及测定逆变器14A的温度而输出温度值Ti2的温度传感器32。可 以设置用于分别检测逆变器14所包括的IGBT元件Q3 Q6和逆变器14A所包括的6个 IGBT元件(合计12个IGBT元件)的温度的12个温度传感器。 控制装置30A基于温度值Til、 Ti2控制电压变换部20使得随着逆变器14(14A) 的气氛温度下降而电压VH减小，并控制逆变器14(14A)使得将电压VH变换为交流电压。
图2是图1的控制装置30A的功能框图。图2所示的控制装置30A可以通过软件 实现，也可以通过硬件实现。参考图2，控制装置30A包括上限值设定部41、变换器控制部 42以及逆变器控制部43。 上限值设定部41设定输入给逆变器14(14A)的电压VH的上限值VHL。在第一实 施方式中，上限值VHL为固定的值。 变换器控制部42从上限值设定部41接受上限值VHL。变换器控制部42还接受温 度值Til、Ti2、电压值VH、扭矩指令值TRl、TR2以及马达转速MRN1、 MRN2。并且，变换器控 制部42生成用于控制电压变换部20的升压指示PWU和降压指示PWD并将其输出。变换器 控制部42在温度值Til、Ti2中较低的一者比预定的温度值低的情况下，根据该温度值使电 压值VH下降。变换器控制部42在电压值VH超过上限值VHL的情况下，输出用于使电压变 换部20停止的停止指示STP。 逆变器控制部43接受扭矩指令值TR1、TR2、马达转速MRN1、MRN2以及马达电流值 MCRT1、MCRT2，输出用于控制逆变器14的驱动指示P丽Il和再生指示P丽C1，并输出用于控 制逆变器14A的驱动指示P丽I2以及再生指示P丽C2。逆变器控制部43在变换器控制部 42输出停止指示STP的情况下输出用于分别使逆变器14、14A停止的停止指示STP1、STP2。
图3是说明在电压VH与温度无关地设置为固定的情况下的逆变器14、14A的控制 的图。参考图3，温度T1、T2分别表示逆变器14(14A)所包括的IGBT元件的动作环境中的 最低温度和最高温度。耐压VLM表示IGBT元件的耐压。如图3所示，耐压VLM随着元件温 度下降而下降。 当IGBT元件关断时，通过配线等的寄生电感而产生浪涌电压。该浪涌电压被加 在逆变器14、14A的输入电压上。这里，存在基于电压传感器13的电压VH的误差(电压 AV1)。 S卩，电压VH可能高出AV1。确定浪涌允许量以使IGBT元件的浪涌允许量与逆变器 的输入电压的合计不超过耐压VLM。由此，浪涌允许量被计算为VLM-(VH+A VI)。
当电压VH在从温度T1至温度T2的范围内固定时，浪涌允许量在温度T1最小。温 度T1的浪涌允许量设为AVs。随着逆变器14、14A的开关速度(即动作频率)增大而浪涌 电压增大，因此开关速度基于温度Tl的浪涌允许量A Vs来确定。结果，逆变器14、14A的 开关速度被限制为速度A。 例如，由于常温的浪涌允许量比温度Tl的浪涌允许量大，因此在常温下能够将开 关速度设大。 一般来说，逆变器的开关速度越大，逆变器的效率就越高。然而，由于在图3所示的控制的情况下逆变器的开关速度是固定的，因而产生提高常温下的逆变器的效率的 问题。 图4是说明第一实施方式涉及的逆变器控制的图。参考图4，在第一实施方式中， 在元件温度比温度T3 (例如0°C )低的情况下，变换器控制部42随着温度下降而使电压VH 下降。 降低电压VH，由此可以想到在车辆100的动力性能上会产生影响。但是，若参考如 图4和图3则可以知道，根据第一实施方式能够增大比温度T3靠近低温侧的温度区域的浪 涌允许量AVs。因此，根据第一实施方式能够将比温度T3靠近低温侧的温度区域的开关速 度设成比速度A大的速度A1。 通过将开关速度Al设得比速度A大，能够使比温度T3低的温度的逆变器的效率 提高。结果，能够在逆变器的动作温度的整个范围内使逆变器的效率提高，因此能够使车辆 100的耗油率降低。 当元件温度的范围在从温度T2至温度T3的范围内时，电压VH是固定的。该温度 范围的开关速度被设定为与速度A1不同的速度A2。例如，能够通过将速度A2设得比速度 Al大而进一步提高逆变器的效率。即使速度A2与速度A相等，根据第一实施方式也能够使 逆变器的动作温度的整个范围内的逆变器的效率提高。因此，速度A2可以与速度A相等。
图5是说明图2所示的控制装置30A执行的电压VH的控制处理的流程图。该流 程图所示的处理例如在每个固定的时间被执行。 参考图5和图2，首先变换器控制部42从温度传感器31、32分别取得温度值Til、 Ti2 (步骤Sl)。接着，变换器控制部42判断温度值Til、Ti2中较低的一者是否小于等于图 4所示的温度T3 (步骤S2)。在测定逆变器的各个元件的温度的情况下(设置12个温度传 感器的情况下)，上限值设定部41判断12个IGBT元件中最低温度的元件的温度是否小于 等于温度T3。 在温度值Til、 Ti2中较低的一者小于等于温度T3的情况下(步骤S2中是)，变 换器控制部42根据该温度值使电压VH降低(步骤S3)。在温度值Til、Ti2中较低的一者 大于温度T3的情况下(步骤S2中否)，变换器控制部42控制电压VH以使得电压VH固定 (步骤S4)。当步骤S3或步骤S4的处理结束时整体处理结束。 当参考图l概括地说明第一实施方式时，第一实施方式的逆变器的控制装置包 括输出直流电压VB的直流电源B ;变换直流电压VB的电压电平，将电压VH供应给逆变 器14(14A)的电压变换部20 ;检测逆变器14(14A)的气氛温度(元件温度)的温度传感器 31(32);以及控制装置30A。控制装置30A基于作为温度传感器31(32)的检测结果的温度 值Til(Ti2)来控制电压变换部20，使得气氛温度越低电压VH就越低。控制装置30A控制 逆变器14 (14A)的动作，使得将电压VH变换为交流电压。 由此，能够在低温下(温度比图4所示的温度T3低的温度区域)充分地确保浪涌 允许量。结果，由于能够使低温下的逆变器的效率提高，因此能够使逆变器的动作温度范围 的整个区域的逆变器的效率提高。 另外，根据本实施方式，车辆100由于包括该逆变器控制装置，因此能够使逆变器
的整个温度范围的耗油率降低。(第二实施方式)
第二实施方式的车辆包括通过使冷却水循环来冷却逆变器14、14A的冷却系统。 第二实施方式的逆变器控制装置基于该冷却水的温度来控制电压VH。 S卩，在第二实施方式 中，冷却水的温度被作为逆变器的气氛温度检测。 第二实施方式的车辆在代替控制装置30A而具有控制装置30B这点与图1所示的 车辆100不同，但其他部分的构成由于与图1的构成是一样的，因此以后的说明不再重复。
图6是用于说明应用在第二实施方式的车辆中的冷却系统的图。参考图6，冷却系 统包括为冷却逆变器14、14A而使冷却水循环的泵44 ;用于使冷却水的热度放出而冷却的 散热器46 ;以及测定由散热器46冷却的冷却水的温度并输出温度值TC的温度传感器45。
控制装置30B从温度传感器45接受温度值TC，从温度传感器31接受温度值Til， 从温度传感器32接受温度值Ti2。控制装置30B基于温度值TC控制电压变换部20 (参考 图l)，由此控制电压VH。控制装置30B根据基于来自驾驶员的指示的扭矩指令值TR1、TR2 对逆变器14输出驱动指示P丽I 1 、再生指示P丽C1 ，并对逆变器14A输出驱动指示P丽I2、再 生指示P丽C2。控制装置30B在使逆变器14、 14A停止的情况下，将停止指示STP1、SYP2分 别输出给逆变器14、14A。 图7是图6的控制装置30B的功能框图。参考图7和图2，控制装置30B在代替变 换器控制部42而具有变换器控制部42A这点与控制装置30A不同。变换器控制部42A基 于温度值TC设定电压VH。在这点上，变换器控制部42A与变换器控制部42不同，但在其 他点上与变换器控制部42是一样的。由于控制装置30B的其他的部分的构成与控制装置 30A的对应的部分的构成是一样的，因此以后的说明不再重复。 图8是说明图7所示的控制装置30B执行的电压VH的控制处理的流程图。该流 程图所示的处理例如在每个固定的时间被执行。 参考图8和图7，首先上限值设定部41A从温度传感器45取得温度值TC(步骤 S1A)。接着，上限值设定部41A判断温度值TC是否小于等于图4所示的温度T3 (步骤S2A)。
在温度值TC小于等于温度T3的情况下(步骤S2A中是)，变换器控制部42根据 温度值TC使电压VH降低(步骤S3A)。在温度值TC大于温度T3的情况下(步骤S2A中 否)，变换器控制部42控制电压VH以使得电压VH固定(步骤S4A)。当步骤S3A或步骤 S4A的处理结束时整体处理结束。 图9是表示基于控制装置30B的电压VH的控制的第一例的图。 图10是表示基于控制装置30B的电压VH的控制的第二例的图。 参考图9和图10，温度T1、T2、T3与图4所示的温度T1、T2、T3分别相同。在第
一例的情况下，在比温度T3靠近低温侧的温度区域中，电压VH相对于水温以固定的比例下
降。在第二例的情况下，在该温度区域中电压VH阶梯式下降。可以不是如图9和图10所
示那样地特别限定成使电压VH以某方式降低，而是基于车辆的动力性能等适当地确定。在第一实施方式中，基于逆变器的元件温度来控制电压VH。在该情况下，检测元件
温度的温度传感器的可测定范围必须覆盖元件的动作温度的范围。但是，在多数情况下，为
提高温度传感器的测定精度，温度传感器的可测定范围被比较窄地确定。特别是在扩大温
度传感器的测定范围使得测定低温度的情况下，低温下的温度传感器的测定精度恶化的可
能性将变高。因此，为防止测定精度的下降，需要限制测定范围。 但是，在限制了测定范围的情况下，元件温度容易脱离温度传感器的测定范围。在作用，因而例如逆变器停止。因此，逆变器的动作温度的范
围变窄。 为防止该问题，考虑了例如增大IGBT元件而减少发热的方法和设置测定范围不
同的多个温度传感器的方法。但是，在采用上述方法的情况下成本会变高。 此外，元件温度容易根据在IGBT元件中流过的电流而变动。因此，在根据元件温
度来控制电压VH的情况下，电压VH可能经常变动。在该情况下，可能会对车辆100的举动
产生影响。 根据第二实施方式，基于冷却水的温度TC来控制电压VH。如图6所示，温度传感 器45检测逆变器14、 14A的上游侧的水温。因此，逆变器14、 14A的元件温度比温度传感器 45检测出的冷却水的温度高。 因此，在基于冷却水的温度控制电压VH的情况下，与基于元件温度控制电压VH的 情况相比电压VH变低。因此，能够进一步切实地保护IGBT元件。 此夕卜，由于冷却水的温度与元件温度相比变化缓慢，因此能够抑制电压VH的细微 的变动。由此能够使电压VH的控制稳定。此夕卜，由于检测冷却水的温度传感器的可测定范围比较宽(例如-5(TC IO(TC )， 因此能够不增加成本地控制电压VH。
(第三实施方式) 第三实施方式的车辆在代替控制装置30B而具有控制装置30C这点与图1所示的 车辆100不同。第三实施方式的车辆的其他部分的构成由于与车辆100的构成是一样的， 因此以后的说明不再重复。第三实施方式的车辆与第二实施方式的车辆一样，包括逆变器 14、14A的冷却系统。 图11是控制装置30C的功能框图。参考图11和图7，控制装置30C在代替上限值 设定部41而具有上限值设定部41A这点与控制装置30B不同。上限值设定部41A根据温 度TC来改变电压VH的上限值VHL。上限值设定部41A例如预先存储将温度值TC和上限值 VLM对应起来的设定表。并且，上限值设定部41A基于该设定表和温度值TC来设定上限值 VLM。 由于控制装置30C的其他的部分的构成与控制装置30B的构成是一样的，因此以 后的说明不再重复。 图12是用于说明在将上限值VHL设置为固定的情况下考虑的问题的图。参考图 12，在冷却水的水温处于从温度T3至温度T2的范围内的情况下，耐压VLM比上限值VHL大。 因此，在控制电压VH以使其不超过上限值VHL的情况下，电压VH不会超过耐压VLM。
但是，耐压VLM随着温度下降而下降。在水温处于从温度Tl至温度T3的范围内 的情况下，上限值VHL比耐压VLM高。在该情况下，在控制电压VH以使其不超过上限值VHL 的情况下，电压VH可能超过耐压VLM。在图12中以阴影线所示的区域表示上限值VHL比耐 压VLM大的区域。在该区域内过电压保护不能有效地发挥作用。 在图12中电压VH在温度T4、T5处阶梯式变化，但在电压VH直线式变化的情况下 也会发生上述问题。 图13是用于说明第三实施方式的上限值VHL的控制的图。参考图13和图ll，上 限值设定部41A在温度值TC (水温)比温度T3低的情况下使其与电压VH同步地使上限值VHL降低。这里，"使其与电压VH同步"是指如图13所示那样地，上限值设定部41A使上限 值VHL降低时的水温与降低电压VH时的水温是相同的。 上限值设定部41A根据温度值TC设定上限值VHL，由此能够在从温度Tl至温度 T2的范围的整个区域中使上限值VHL比耐压VLM低。因此，根据第三实施方式，能够在逆变 器的动作温度范围的整个区域有效地发挥过电压保护的作用。 图14是说明基于控制装置30C的电压VH的控制的流程图。参考图14和图11，上 限值设定部41A和变换器控制部42A取得温度值TC(步骤Sll)。接着，上限值设定部41A 和变换器控制部42A均判断温度值TC是否小于等于温度T3 (步骤S12)。
在温度值TC小于等于温度T3的情况下(步骤S12中是)，变换器控制部42A根 据温度值TC使电压VH降低。上限值设定部41A根据温度值TC使上限值VHL降低(步骤 S13)。 在温度值TC比温度T3大的情况下(步骤S12中否)，变换器控制部42A将电压 VH控制为固定。上限值设定部41A将上限值VHL控制为固定。当步骤S13或步骤S14的处 理结束时，整体的处理结束。 根据如上所述的第三实施方式，在逆变器的冷却水的温度低于预定值的情况下， 根据水温使电压VH的上限值VHL降低，因而能够在逆变器的动作温度范围的整个区域使过
电压保护有效地发挥作用。
(第四实施方式) 由于第四实施方式的车辆的构成与第三实施方式的车辆的构成是一样的，因此以 后的说明不再重复。第四实施方式的车辆包括的控制装置的构成与图ll所示的控制装置 30C的构成是一样的。 在第三实施方式中，上限值VHL与电压VH的下降同步地下降。在第四实施方式中， 在电压VH下降后上限值VHL下降。在这点上，第三实施方式与第四实施方式不同。以下， 详细地说明第四实施方式的上限值VHL的控制。 图15是用于说明在使上限值VHL的变化与电压VH的变化同步的情况下考虑的问 题的图。参考图15和图ll，上限值VHL相对于电压VH(指令值)高出电压差Vmgl。这里， "指令值"是在变换器控制部42A控制电压VH时，在变换器控制部12的内部生成的值。变 换器控制部42A基于该指令值生成升压指示PWU和降压指示PWD。 当在时刻tA冷却水的温度低于T3时，变换器控制部42A使电压VH(指令值)降 低。另外，在时刻tA，上限值设定部41A使上限值VHL降低。 但是，电压传感器13检测的电压值VH(实测值)比电压VH(指令值)的变化迟 地变化。因此，在从时刻tA至时刻tB的期间(期间At)内，电压值VH(实测值)比电 压VH(指令值)大，在时刻tB实测值与电指令值一致。在期间At内，上限值VHL与电压 VH(实测值)的差为比电压差Vmgl小的电压差Vmg2。因此，当在期间At内电压VH(实测 值)以某种原因上升时，错误地判断为产生了过电压状态的可能性变高。当如上述地检测 到过电压时，由于电压变换部20和逆变器14、14A的动作停止，因此可能对车辆的举动产生 影响。 图16是用于说明第四实施方式的上限值VHL的控制的图。参考图16，当在时刻 tA冷却水的温度Tc低于温度T3时，变换器控制部42A使电源VH(指令值)降低。但是，上限值VHL不与电压VH(指令值)同时下降。 在时刻tB，电压VH(实测值)与电压VH(指令值) 一致。此时，变换器控制部42A 向上限值设定部41A发送指示使得上限值VHL降低。上限值设定部41A根据来自变换器控 制部42A的指示使上限值VHL降低。由此，由于能够将电压差Vmg2与电压差Vmgl保持为 相同的大小，因此，即使使上限值VHL降低，也能够正确地检测过电压。
如图15和图16所示，在时刻tC，上限值VHL和电压VH(指令值)同时上升。但 是，此时的水温设定为比温度T3高预定值a的T3A。如上所述，电压VH(指令值)的温度 变化和上限值VHL的温度变化存在滞后现象。由此，在冷却水的温度在温度T3附近频繁变 化的情况下，也能够防止电压VH(指令值)和上限值VHL频繁地变化，因此能够使逆变器的 控制稳定。 图17是说明第四实施方式的上限值VHL和电压VH的控制的流程图。参考图17 和图11，上限值设定部41A和变换器控制部42A取得温度值TC(步骤S21)。接着，上限值 设定部41A和变换器控制部42A均判断温度值TC是否小于等于温度T3 (步骤S22)。
在温度值TC比温度T3大的情况下(步骤S22中否)，将电压VH(指令值)和上限 值VHL控制为固定(步骤S29)。当步骤S29的处理结束时，整体的处理结束。在温度值TC 小于等于T3的情况下(步骤S22中是)，变换器控制部42A根据温度值TC使VH(指令值) 降低(步骤S23)。 接着，变换器控制部42A基于电压传感器13的检测值，判断电压VH(实测值)是 否比电压VH(指令值)下降了 (步骤S24)。在图16所示的期间At，电压VH(实测值)大 于等于电压VH(指令值)。在该情况下(步骤S24中否)，重复步骤S24的判断处理。在电 压VH(实测值)比电压VH(指令值)低的情况下(步骤S24中是)，变换器控制部42A向上 限值设定部41A指示以使其降低上限值VHL。上限值设定部41A在接受了来自变换器控制 部42A的指示的情况下，根据温度值TC使上限值VHL降低(步骤S25) 。 S卩，上限值设定部 41A在温度值TC比温度T3低且电压VH(实测值)比电压CH(指令值)低的情况下使上限 值VHL降低。 接着，变换器控制部42A和上限值设定部41A判断温度值TC是否大于等于温度值 T3A(步骤S26)。在温度值TC比温度T3A低的情况下(步骤S26中否)，重复步骤S26的 判断处理。在温度值TC大于等于温度T3A的情况下，上限值设定部41A使上限值VHL上升 (步骤S27)，变换器控制部42A使电压VH(指令值)上升(步骤S28)。当步骤S28的处理 结束时，整体的处理结束。 如上所述，根据第四实施方式，即使使上限值VHL降低，也能够正确地检测过电压。 安装上述的各个实施方式的逆变器控制装置的车辆不限于混合动力汽车，例如可 以是电动汽车。 另外，在第二、第三以及第四实施方式中与逆变器进行热交换的热交换介质是冷 却水，但热交换介质能够使用例如冷却风、冷却油等各种介质。 应认为本次公开的实施方式的所有点仅为例示而不用于限制本发明。本发明的范 围并非是上述实施方式的说明，而是通过权利要求书表示，意图在于包括与权利要求书同 等意思以及范围内的所有的变更。
权利要求
一种逆变器控制装置，控制逆变器(14、14A)，所述逆变器控制装置包括直流电源(B)，输出第一直流电压；电压变换部(20)，变换所述第一直流电压的电压电平，将第二直流电压供应给所述逆变器(14、14A)；温度检测部(31、32、45)，检测所述逆变器(14、14A)的气氛温度；以及控制部(30A、30B、30C)，基于所述温度检测部(31、32、45)的检测结果，控制所述电压变换部(20)以使得所述气氛温度越低所述第二直流电压就越低，并且控制所述逆变器(14、14A)的动作以便将所述第二直流电压变换为交流电压。
2. 根据权利要求l所述的逆变器控制装置，其中，所述控制部(30A、30B、30C)在判断为所述第二直流电压超过上限值的情况下使所述 逆变器(14、14A)停止。
3. 根据权利要求2所述的逆变器控制装置，其中，所述控制部(30A、30B、30C)随着所述气氛温度下降使所述上限值降低。
4. 根据权利要求3所述的逆变器控制装置，其中，所述控制部(30C)在使所述第二直流电压降低之后，使所述上限值降低。
5. 根据权利要求l所述的逆变器控制装置，其中，所述逆变器控制装置还包括热交换装置，所述热交换装置通过使能够与所述逆变器 (14、14A)热交换的热交换介质循环，而与所述逆变器(14、14A)之间进行热交换， 所述气氛温度是所述热交换介质的温度。
6. 根据权利要求5所述的逆变器控制装置，其中， 所述热交换介质是冷却水。
7. 根据权利要求l所述的逆变器控制装置，其中，所述控制部(30A、30B、30C)在判断为所述气氛温度比预定的温度低的情况下，控制所 述电压变换部(20)使得所述第二直流电压随着所述气氛温度下降而减小。
8. 根据权利要求7所述的逆变器控制装置，其中，所述控制部(30A、30B、30C)使所述逆变器(14、14A)的动作频率在所述气氛温度比所 述预定的温度高的情况下和所述气氛温度比所述预定的温度低的情况下不同。
9. 一种车辆，包括 逆变器(14、14A);直流电源(B)，输出第一直流电压；电压变换部(20)，变换所述第一直流电压的电压电平，将第二直流电压供应给所述逆 变器(14、14A);温度检测部(31、32、45)，检测所述逆变器(14、14A)的气氛温度；以及控制部(30A、30B、30C)，基于所述温度检测部(31、32、45)的检测结果，控制所述电压变换部(20)以使得所述气氛温度越低所述第二直流电压就越低，并且控制所述逆变器(14、14A)的动作以便所述第二直流电压变换为交流电压。
10. 根据权利要求9所述的车辆，其中，所述控制部(30A、30B、30C)在判断为所述第二直流电压超过上限值的情况下使所述 逆变器(14、14A)停止。
11. 根据权利要求io所述的车辆，其中，所述控制部(30A、30B、30C)随着所述气氛温度下降使所述上限值降低。
12. 根据权利要求ll所述的车辆，其中，所述控制部(30C)在使所述第二直流电压降低之后，使所述上限值降低。
13. 根据权利要求9所述的车辆，其中，所述车辆还包括热交换装置，所述热交换装置通过使能够与所述逆变器(14、14A)热 交换的热交换介质循环，而与所述逆变器(14、14A)之间进行热交换， 所述气氛温度是所述热交换介质的温度。
14. 根据权利要求13所述的车辆，其中， 所述热交换介质是冷却水。
15. 根据权利要求9所述的车辆，其中，所述控制部(30A、30B、30C)在判断为所述气氛温度比预定的温度低的情况下，控制所 述电压变换部(20)使得所述第二直流电压随着所述气氛温度下降而减小。
16. 根据权利要求15所述的车辆，其中，所述控制部(30A、30B、30C)使所述逆变器(14、14A)的动作频率在所述气氛温度比所 述预定的温度高的情况下和所述气氛温度比所述预定的温度低的情况下不同。
全文摘要
一种逆变器的控制装置，包括直流电源(B)，输出第一直流电压(VB)；电压变换部(20)，变换直流电压(VB)的电压电平，将第一直流电压(VH)供应给逆变器(14(14A))；温度检测部(31(32))，检测逆变器(14(14A))的气氛温度(元件温度)；以及控制装置(30A)。控制装置(30A)基于作为温度传感器(31(32))的检测结果的温度值(Ti1(Ti2))控制电压变换部(20)使得气氛温度越低电压VH就越低。由此，能够在低温下充分地确保浪涌允许量。
文档编号H02P27/06GK101755384SQ200880025280
公开日2010年6月23日 申请日期2008年7月17日 优先权日2007年7月19日
发明者野泽奈津树 申请人:丰田自动车株式会社