电动机控制器、电动车辆和开关元件的热应力估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动机控制器、配备电动机控制器的电动车辆，以及用于估算将电源 的输出电力转换成驱动电动机的电力的开关元件所经受的热应力的方法。
【背景技术】
[0002] 电动机配备开关元件，该开关元件将电源的输出电力转换成驱动电动机的电力。 在下文中，将源电力转换成驱动电动机的电力的开关元件将被简称为"开关元件"。开关元 件是将电源的直流电力转换成交流电力的逆变器的主部件，或者是升高电源电压的升压转 换器的主部件。有些电动机具有至少10千瓦的驱动电力，并且大电流流过具有这种大输出 的电动机的开关元件。因此，开关元件易于具有高热值以及高温度。同时，电动车辆频繁地 重复启动和停止，以及频繁地重复加速和减速，这样使得开关元件的温度频繁地变化。除了 电动车辆之外，用于驱动机器人关节的电动机也频繁地重复启动和停止，并且频繁地重复 加速和减速，从而使得开关元件的温度频繁地变化。由于开关元件的温度变化，开关元件 (或开关元件周围的部件)重复膨胀和收缩。开关元件(或开关元件周围的部件)在每次膨胀 或收缩期间都要经受损害。在本说明书中，将归因于温度变化的开关元件损害称为"热应 力"。当开关元件所经受的热应力超过预定量时，开关元件的性能会降低。
[0003][0004] 在根据JP 2012-19587 A的技术中，将一组开关元件温度的上升和开关元件温度 的下降计数为一次热应力。多个极大点和多个极小点出现在开关元件的温度的时间相关变 化中。因此，时间轴上彼此相邻的极小点处的温度不必彼此相等。在从比温度上升开始时的 温度高的温度转向另一温度上升的情况下，开关元件的温度可能下降到比温度上升开始时 的温度低的温度。这样，开关元件所经受的损害（即，热应力)在温度上升阶段和温度下降阶 段中可能不同。JP 2012-19587 A中公开的技术未考虑此差别。
【发明内容】
[0005] 本说明书提供一种精确地估算具有电动机控制器的开关元件所经受的热应力的 技术。
[0006] 本说明书涉及一种电动机控制器。所述电动机控制器包括开关元件、温度传感器 和计算机。所述开关元件被配置为将电源的输出电力转换成驱动电动机的电力。所述温度 传感器被配置为测量所述开关元件的温度。所述计算机被配置为提取所述开关元件的温度 的时间相关变化中的极大点和极小点，所述计算机被配置为计算彼此相邻的所述极大点与 所述极小点之间的温度差，并且被配置为基于每个计算出的温度差来计算所述开关元件所 经受的热应力的估算值。
[0007] 在上述电动机控制器中，在所述开关元件的温度的时间相关变化中的上升阶段 (从所述极小点到后续极大点）和下降阶段(从所述极大点到后续极小点）中的每一者中计 算所述温度差，并且在所述热应力的估算值中反映所述温度差。因此，所获取的所述热应力 的估算值是精确的。所获取的估算值例如用于控制所述开关元件的冷却器。
[0008] 通过上述计算机执行的处理可实时地执行，也可在累积开关元件温度数据之后离 线执行。例如，所述电动机控制器可将有关所述开关元件的温度的时间序列数据存储在存 储器中。在所述电动机控制器的维护期间，维护人员可通过使用所述时间序列数据和上述 处理来获取所述开关元件的热应力的估算值。所述估算值可在维护所述电动机控制器期间 使用。本说明书还提供一种用于估算所述电动机控制器的所述开关元件所经受的热应力的 方法。所述开关元件被配置为将电源的输出电力转换成驱动电动机的电力。所述电动机控 制器包括计算机。所述估算方法包括：由所述计算机提取所述开关元件的温度的时间相关 变化中的极大点和极小点；由所述计算机计算从所述极大点到后续极小点的温度差以及从 所述极小点到后续极大点的温度差；以及由所述计算机基于每个计算出的温度差来计算所 述开关元件所经受的热应力的估算值。这些处理允许高度精确地获取所述开关元件所经受 的热应力。
[0009] 具体地说，本说明书中公开的电动机控制器可应用于配备行驶用电动机的电动车 辆。一种车辆包括:行驶用电动机;制冷剂循环路径，其被配置为冷却开关元件;栗，其被配 置为使制冷剂循环；以及电动机控制器。所述电动机控制器包括开关元件、温度传感器和计 算机。所述开关元件被配置为将电源的输出电力转换成驱动电动机的电力。所述温度传感 器被配置为测量所述开关元件的温度。所述计算机可被配置为提取所述开关元件的温度的 时间相关变化中的极大点和极小点。所述计算机可被配置为计算彼此相邻的所述极大点与 所述极小点之间的温度差，并且被配置为基于每个计算出的温度差来计算所述开关元件所 经受的热应力的估算值。所述计算机可被配置为，在所述估算值超过预定判定值的情况下， 将所述栗针对预定制冷剂温度的输出增大到比所述估算值超过所述判定值之前更高的水 平，或者，所述计算机可被配置为，使所述栗针对预定制冷剂温度的输出随着所述估算值的 每单位时间增加率或所述估算值的每单位行驶距离增加率的增大而增大。
【附图说明】
[0010] 下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在 这些附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：
[0011] 图1是示出包括根据第一实施例的电动机控制器的混合动力汽车的驱动系统的配 置的框图；
[0012] 图2是示出混合动力汽车的冷却系统的配置的框图；
[0013] 图3是示出制冷剂温度与电动栗输出之间的关系的一个实例的图；
[0014]图4是示出开关元件温度变化的一个实例的图；
[0015]图5是不出直方图的一个实例的表；
[0016] 图6是与图5中的表对应的图；
[0017] 图7是示出温度变化的另一实例的图；
[0018] 图8是根据图7的温度变化的直方图；
[0019] 图9是示出温度变化的又一实例的图（考虑温度差符号）；
[0020] 图10是图9左右反转后的图；
[0021] 图11是与图9和10的图对应的直方图；
[0022]图12是用于估算总应力比的处理的流程图；
[0023] 图13是使用总应力比的电动栗控制切换处理的一个实例的流程图；
[0024] 图14是使用总应力比的电动栗控制切换处理的另一实例的流程图；
[0025] 图15是包括根据第二实施例的电动机控制器的机器人的框图；以及
[0026] 图16是示出加权因数的一个实例的表。
【具体实施方式】
[0027] 将参考附图描述电动机控制器的第一实施例。根据该实施例的电动机控制器被安 装在混合动力汽车2中，并且将主电池3的电力转换成适合于行驶用电动机8的电力。根据该 实施例的混合动力汽车2的配置将参考图1进行描述。图1是示出混合动力汽车2的驱动系统 的配置的框图。在图1中，仅示出描述本说明书重点说明的技术所需的部件。需要指出，与描 述无关的部件未在图中示出。
[0028] 混合动力汽车2配备电动机8和引擎6作为用于行驶的驱动源。电动机8的输出转矩 和引擎6的输出转矩由动力分配机构7适当地分配和合成。动力分配机构7例如是行星齿轮。 动力分配机构7以预定比率合成从引擎6的输出轴6a传输的动力和从电动机8的电动机轴8a 传输的动力以输出到输出轴7 a。动力分配机构7的输出经由差动齿轮10被传输到驱动轮 10a、10b。此外，动力分配机构7以预定比率将从引擎6的输出轴6a传输的动力分配到电动机 8的电动机轴8a和输出轴7a。在这种情况下，电动机8通过引擎6的驱动力产生电力。
[0029] 主电池3供应用于驱动电动机8的电力。主电池3具有例如30V的输出电压。混合动 力汽车2配备辅助机器电池(未示出）以及主电池3。辅助机器电池被用于将电力供应到以低 于主电池3的输出电压的电压驱动的一组装置。这些装置的实例包括汽车导航装置和车内 灯。该装置组通常被称为"辅助机器"。电力控制单元5(在下面描述)的除大电流电路之外的 信号处理电路(例如电源控制器51)是辅助机器的另一实例。"主电池"的称呼是为了便于将 其与"辅助机器电池"相区分。
[0030]主电池3经由系统主继电器4被连接到电力控制单元5。在下文中，为便于描述，电 力控制单元5将被称为"P⑶5" 1⑶5是被设置在主电池3与电动机8之间的电力装置。 5与根据该实施例的电动机控制器对应。PCU 5包括电压转换器20、逆变器30和电源控制器 51。电压转换器20将主电池3的电压升高到适合于电动机8的电压(例如，600V)。逆变器30将 升压后的直流电力转换成交流电力。电源控制器51控制电压转换器20和逆变器30。逆变器 30的输出与被供应到电动机8的电力对应。在PCU 5中，构成电压转换器20和逆变器30的电 子部件等(包括开关元件22、23、31到36)通过冷却系统11 (在下面描述)冷却。
[0031]混合动力汽车2能够使用引擎6的驱动力，通过电动机8产生电力。此外，混合动力 汽车2能够使用车辆的动能（车辆在制动期间的减速能量），通过电动机8产生电力。该电力 产生被称为"再生"。在电动机8产生电力的情况下，逆变器30将交流电力转换成直流电力， 电压转换器20被降压到稍高于主电池3的电压的电压以供应到主电池3。
[0032]电压转换器20是具有电抗器31、开关元件22、23(诸如IGBT)和电容器24作为主部 件的电路。用于反向电流旁路的二极管（回流二极管)被反并联连接到各个开关单元22、23。 用于平滑化被输入到逆变器30的电流的电容器25在电压转换器20的高电压侧（即，逆变器 30侧)被并联到电压转换器20。
[0033] 逆变器30是具有开关元件31、32、33、34、35、36作为主部件的电路。开关元件31、 32、33、34、35、36执行开关操作。在下文中，标号"31、32、33、34、35、36"将被表示为"31到 36"。用于电流旁路的二极管也被反并联到各个开关元件31到36。当六个开关元件31到36被 适当地接通和关断时，输出用于驱动电动机8的三相交流电力。电压转换器20的开关元件 22、23和逆变器30的开关元件31到36是主装置，这些装置将主电池3的输出电力转换成用于 驱动电动机8的电力。
[0034]电源控制器51是信息处理装置，其被配置为具有诸如存储器54、MPU和I/O接口之 类的电子部件。电源控制器51控制电压转换器20和逆变器30的开关元件22、23、31到36。当 开关元件22、23、31到36响应于电源控制器51所产生的ΠΜ信号而执行开关操作时，电压转 换器20和逆变器30转换输入电力。HV控制器53也被连接到电源控制器51。与驾驶员的操作 相关的信息被输入到HV控制器53。此信息的实例包括加速器开度信息和制动踏板力信息。 电源控制器51生成用于基于从HV控制器53输入的加速器开度、主电池3的电压等控制开关 元件22、23、31到36中的每一者的PWM信号。图1中的标号52表示冷却器控制器(在下面描 述)。
[0035] 诊断存储器56被连接到电源控制器51、冷却器控制器52和HV控制器53。诊断存储 器56是非易失性存储器。电源控制器51、冷却器控制器52和HV控制器53定期将与车辆相关 的信息存储在诊断存储器56中。诊断存储器56的设置是为了将与车辆状态相关的信息提供 给车辆维护人员。开关元件的总应力比Rt(在下面描述)也被存储在诊断存储器56中。<