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JP6471192B2 - ケーブル部材の温度推定システム - Google Patents
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JP6471192B2 - ケーブル部材の温度推定システム - Google Patents

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Description

この発明は、電流を通流させるケーブル部材の第1部位に第1デバイスが接続され、前記ケーブル部材の第2部位に第2デバイスが接続された構成において、前記第1部位の第1部位温度に基づき、前記第2部位の第2部位温度を推定するケーブル部材の温度推定システムに関する。
従来から、例えば、特許文献1の図1に示すように、エンジン(16)と共に車両の駆動源を構成する電動機(モータジェネレータ18)と、この電動機の電力を制御するパワーコントロールユニット(インバータ20)とが、ケーブル部材(高圧ケーブル30のアセンブリ)により電気的に接続されている(特許文献1の[0031]、[0036])。
なお、この明細書において、ケーブル部材には、ケーブルの他、前記電動機の相配線に前記ケーブルの一方の部位を電気的に接続するコネクタ(端子)や、前記パワーコントロールユニットの相配線に前記ケーブルの他方の部位を電気的に接続するコネクタ(端子)等の電気的接続手段が含まれる。
前記ケーブルは、導体の心線と、この心線を短絡等から保護する絶縁部材の被覆部とから構成されている。
ケーブル部材を構成するケーブルの前記心線に電流が通流することで該心線及び前記コネクタが発熱する。発熱量が許容限度を上回ると、前記ケーブルの被覆部が絶縁機能を喪失する。したがって、ケーブル部材を許容温度範囲内で使用する必要がある。
特開2012−244789号公報
特許文献1には、エンジン温度と、外気温と、ケーブル電流値と、車速とから、ケーブルの周囲温度を推定する技術が開示されている(特許文献1の[0042])。
このように、特許文献1では、ケーブルの周囲温度を推定する際に、エンジン温度、外気温、及びケーブル電流値等のケーブルの周囲温度に密接に関与する温度及びパラメータにより推定している。
ところで、ケーブル部材の温度を推定する際に、ケーブル部材の一方の部位の温度が温度センサにより検知されていて、他方の部位の温度が温度センサによる検知が困難な場合等に、前記他方の部位の温度を推定する手法が特許文献1には開示されていない。
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ケーブル部材の一方の部位の温度が温度センサ等により取得されている場合において、前記ケーブル部材の他方の部位の温度を検知する専用の温度センサを設けることなく簡単な構成で、前記他方の部位の温度を推定することを可能とするケーブル部材の温度推定システムを提供することを目的とする。
この発明に係るケーブル部材の温度推定システムは、
第1デバイスに第1部位が接続され、第2デバイスに第2部位が接続されることで、前記第1デバイスと前記第2デバイスとを電気的に接続するケーブル部材と、
前記第1部位の部位温度を取得する第1部位温度取得手段と、
前記第1部位の周囲温度を取得する第1部位周囲温度取得手段と、
前記第2部位の周囲温度を取得する第2部位周囲温度取得手段と、
前記第2部位の部位温度を推定する第2部位温度推定部と、を備え、
前記第2部位温度推定部は、
取得された前記第1部位の部位温度及び前記第1部位の周囲温度に基づいて前記第1部位の温度上昇パラメータを算出し、
該第1部位の温度上昇パラメータ及び取得された前記第2部位の周囲温度に基づき、前記第2部位の部位温度を推定するように構成される。
この発明によれば、ケーブル部材の一方の部位の温度が取得されている場合に、直接温度を検知することが困難な部位である、前記ケーブル部材の他方の部位の温度を、専用の温度センサを設けることなく簡単な構成で推定することができる。
すなわち、ケーブル部材の第1部位の部位温度及び周囲温度と、前記ケーブル部材の第2部位の部位温度及び周囲温度と、の各発熱部位による温度上昇度合が略同等であるという特性(知見)を考慮して、温度を直接取得することが困難なケーブル部材の第2部位の部位温度を、取得可能な第1部位の部位温度及び周囲温度並びに取得可能な第2部位の周囲温度から簡易に推定し得る。
このように、この発明によれば、ケーブル部材の第2部位の温度を、該第2部位の周囲温度と、該第2部位から離れた位置に存する前記第1部位の温度上昇パラメータとに基づいて推定できる。
この発明により、2つのデバイス(第1及び第2デバイス)を1つのケーブル部材で接続している特有な構成でのケーブル部材の部位温度の温度推定手法を確立できた。
この場合、前記第2部位温度推定部は、
さらに、前記第1部位から周囲への熱伝導に影響を与える第1パラメータと、前記第2部位から周囲への熱伝導に影響を与える第2パラメータと、を取得し、取得した前記第1及び第2パラメータに基づき、前記第2部位の温度を推定してもよい。
ケーブル部材の第1部位及び第2部位の温度上昇値は、自己発熱と周囲への熱伝導(放熱)により決定される。そこで、第1部位及び第2部位の周囲環境の違いによる熱伝導の違いを、センサ等により取得可能な第1及び第2パラメータを用いて反映することで、第2部位の温度を精度よく求めることができ、温度推定の精度が向上する。
ここで、前記ケーブル部材は、車両に搭載されており、
前記第1部位の周囲が空気で、前記第2部位の周囲が液体であり、
前記第1パラメータが前記車両の車速であり、
前記第2パラメータが前記第2部位の周囲の前記液体の流速又は該流速に相関する物理量としてもよい。
このように、車両の車速と、第2部位の周囲の液体の流速等の物理量を用いることで、車両における空気と液体の影響を精度よく反映できる。
なお、前記第1デバイスが、車載蓄電器から電動機へ供給される電力を制御するパワーコントロールユニットであり、
前記第2デバイスが前記電動機であり、
前記ケーブル部材は、前記パワーコントロールユニットから前記電動機へ電力を供給する高電圧ケーブルであり、
前記ケーブル部材の前記第2部位は、ケーブルと前記電動機との電気的接続部であり、前記液体が前記電動機を潤滑する潤滑油であってもよい。
この構成によれば、温度を測定することが困難な、ケーブルと電動機との電気的接続部の温度を精度よく推定することができる。
この発明によれば、ケーブル部材の一方の部位の温度が温度センサ等により取得されている場合において、前記ケーブル部材の他方の部位の温度を検知する専用の温度センサを設けることなく簡単な構成で、前記他方の部位の温度を推定することができる。
この実施形態に係るケーブル部材の温度推定システムが搭載された車両の概略構成を示す平面視図である。 前記ケーブル部材の温度推定システムの要部構成図である。 ケーブル部材のコネクタの装着状態の概略断面図である。 車速に対するコネクタ温度等の変化を示す実測特性図である。 コネクタ温度の推定手法の説明に供されるフローチャートである。 温度差を補正する補正係数を取得するためのマップである。 モータ側の周囲温度を求めるための変形例の説明に供される特性図である。
以下、この発明に係るケーブル部材の温度推定システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
[構成]
図1は、この実施形態に係るケーブル部材の温度推定システム10が搭載された車両20の概略構成を示す平面視図である。
図2は、ケーブル部材の温度推定システム10の要部構成図である。
車両20は、ハイブリッド車両であり、フロントフード内に配される前輪駆動用の電動機(モータ・MOT)12及びエンジン(ENG)14と、リア車軸と同軸上に配される後輪駆動用の電動機(モータ・MOT)16、18とを備える。
モータ12、16、18は、パワーコントロールユニット(PCU)22により駆動制御される。
車室下に配されるPCU22は、インバータであるパワードライブユニット(PDU)24と制御器であるECU(Electronic Control Unit)30とを備える。ECU30は、CPU及びメモリを有し、前記CPUが前記メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することで、各種機能手段として機能する。
PDU24には、バッテリ(BAT)32から高電圧の直流電力が供給されている。
PCU22(PDU24)とモータ12、16、18とは、それぞれ、ケーブル部材42、46、48を介して電気的に接続されている。
ケーブル部材42を代表として説明すると、ケーブル部材42は、高電圧ケーブル(ケーブル)50と、該高電圧ケーブル50の両端に設けられたコネクタ51、52とから構成されている。
着脱自由なコネクタ51、52は、それぞれPDU24側及びモータ12側に設けられたコネクタに装着されている。
図3は、装着状態にあるコネクタ52の概略断面図である。残りのコネクタ51の断面及びケーブル部材46、48の断面も同様な構成である。
図3に示すように、被覆部材54により絶縁被覆されている高電圧ケーブル50の心線に圧着端子56が取り付けられ、圧着端子56の孔部にモータ側端子58が挿入されて電気的に接続されている。圧着端子56のカシメ部60に接触抵抗が発生するので、ケーブル部材42の心線に電流が通流されているとき、ケーブル部材42の中、カシメ部60、換言すれば、コネクタ52が最も高温になる。コネクタ51も同様に高温になる。
図1に示すように、モータ12には、該モータ12の回転子・軸受等を冷却・潤滑するための潤滑油72の循環路73が設けられ、該潤滑油72はラジエータ62により外気と熱交換される。
エンジン14には、該エンジン14を冷却するためのラジエータ液74の循環路75が設けられ、該ラジエータ液74は、ラジエータ64により外気と熱交換される。
両循環路73、75には、それぞれ潤滑油72及びラジエータ液74を循環させるための図示しないモータポンプが挿入されている。
潤滑油72を循環させるオイルポンプとしてのモータポンプ78(図2参照)の回転数(ポンプ回転数)Npに応じて、ECU30により潤滑油72の循環路73内の平均流速(流速Vfという。)を求めることができる。なお、物理量である流速Vfは、物理量である回転数Npから求める他に、循環路73内を流通する潤滑油72の流量(流量も物理量である。)から求めるようにしてもよい。
潤滑油72の流速Vfを求めるためのポンプ回転数Np及び車速センサ80による車速Vvの他、周囲温度センサ91により検知されたコネクタ51の周囲温度Ta、コネクタ温度センサ81により検知されたコネクタ温度Tc1、及び油温センサ(潤滑油温度センサ)92により検知された油温TfがECU30に取り込まれる。
周囲温度センサ91は、PCU22(のPDU24)内に設けられ、コネクタ51近傍の温度が上昇している空気の温度を検知するものであり、車両20が走行している場合、PCU22は、車速Vvに応じた空気の流れにより空冷される。
コネクタ温度センサ81は、PCU22側のコネクタ51の端子に設けられ該端子の温度をコネクタ温度Tc1として検知する。
潤滑油温度センサ92は、モータ12内のオイルパン内の潤滑油72の温度である油温Tfをモータ12の周囲温度として検知する。
[動作]
次に、上述の実施形態に係るケーブル部材の温度推定システム10の動作について詳しく説明する。
この実施形態において、ECU30は、PCU22側でコネクタ温度センサ81により検知されたコネクタ温度Tc1、PCU22側の周囲温度センサ91により検知された周囲温度Ta、及びモータ12側の油温センサ92により検知された油温Tfに基づき、モータ12側のコネクタ52のコネクタ温度Tc2(カシメ部60の温度)を推定する。
まず、温度推定原理について説明する。
(1)温度推定原理の説明
図4は、車速Vvに対する、コネクタ51のコネクタ温度Tc1の温度特性101と、コネクタ52のコネクタ温度Tc2の温度特性202と、油温Tfの温度特性212と、コネクタ51の周囲温度(コネクタ周囲温度)Taの温度特性111とを実測した特性図である。
図4から車速Vvが早くなるに連れて各温度Tc1、Tc2、Tf、Taが低下することが理解される。
また、それぞれ実線で示したモータ12側のコネクタ温度Tc2の温度特性202及びモータ12を冷却等する潤滑油72の油温Tfの温度特性212は、特性の形状が近似していることが分かる。
さらに、それぞれ破線で示したPCU22側のコネクタ温度Tc1の温度特性101及びPCU22内の周囲温度Taの温度特性111は、特性の形状が近似していることが分かる。
よって、PCU22内の周囲温度Taの温度特性111に対するPCU22側のコネクタ温度Tc1の温度特性101と、モータ12を冷却等する潤滑油72の油温Tfの温度特性212に対するモータ12側のコネクタ温度Tc2の温度特性202とは、それぞれ相関が高いものと推定される。
ここで、車両20において、PCU22内の周囲温度Ta及びPCU22側のコネクタ温度Tc1は、それぞれコネクタ温度センサ81及び周囲温度センサ91により検知できている。また、モータ12側の油温Tfは、油温センサ92により検知できている。一方、モータ12側のコネクタ温度Tc2は、検知が困難であって推定するものであり未知である。
よって、PCU22内の既知の周囲温度Ta(温度特性111)とPCU22側のコネクタ温度Tc1(温度特性101)との相関関係を、モータ12側の既知の油温Tfとモータ12側の未知のコネクタ温度Tc2との関係に適用して未知のコネクタ温度Tc2を算出することとする。
(2)温度推定処理(温度推定手法)の説明
図5のフローチャートを参照してモータ12側の未知のコネクタ温度Tc2の推定手法(算出手法)について説明する。なお、フローチャートに係るプログラムの実行主体はECU30である。また、該フローチャートは、車両20のイグニッションがONであるときに実行される。
ステップS1にて、コネクタ温度センサ81及び周囲温度センサ91からPCU22側のコネクタ51のコネクタ温度Tc1と周囲温度Taを検知する。
ステップS2にて、PCU22側のコネクタ温度Tc1と周囲温度Taとの温度差ΔT1を次の(1)式により求める。
ΔT1=Tc1−Ta …(1)
次いで、ステップS3にて、PCU22側の温度差ΔT1に補正係数K1を乗じた次の(2)式により求める。PCU22側の温度差ΔT1を、モータ12側のコネクタ52のコネクタ温度Tc2と油温Tfとの温度差ΔT2に補正(適用)する。
ΔT2=K×ΔT1=K×(Tc1−Ta) …(2)
図6は、(2)式の補正係数Kを求めるための補正係数マップ(補正係数特性)250を示している。
補正係数Kは、車速Vv及び流速Vfから求められ、車速Vvが早い程、流速Vfが早い程、補正係数Kの値が小さくなる。なお、補正係数Kは、0.8〜1.1の値を取るが、その間の値は補間処理で求めてもよい。なお、流速Vfは、流速Vfに相関する流量又はポンプ回転数Npに代替してもよい。
したがって、ステップS3では、車速センサ80により車速Vvを検知すると共に、モータポンプ78の回転数Npを検知して流速Vfを算出し、図6に示した補正係数マップ250を参照して補正係数Kを求め、(2)式からモータ12側のコネクタ52のコネクタ温度Tc2と油温Tfとの温度差ΔT2を求める。
最後にステップS4にて、油温Tfを検知し、次の(3)式に示すように、検知した油温Tfに温度差ΔT2を加算することでモータ12側のコネクタ温度Tc2を推定(算出)する。
Tc2=Tf+ΔT2 …(3)
[まとめ]
以上説明したように、上述した実施形態に係るケーブル部材の温度推定システム10は、第1デバイス(第1発熱デバイス)としてのPCU22(のPDU24)に第1部位としてのコネクタ51が接続され、第2デバイス(第2発熱デバイス)としてのモータ12に第2部位としてのコネクタ52が接続されることで、前記第1デバイスとしてのPCU22(のPDU24)と前記第2デバイスとしてのモータ12とを電気的に接続するケーブル部材42と、前記第1部位としてのコネクタ51の部位温度としてのコネクタ温度Tc1を取得(検知)する第1部位温度取得手段(第1部位温度センサ)としてのコネクタ温度センサ81と、前記第1部位としてのコネクタ51の周囲温度Taを取得(検知)する第1部位周囲温度取得手段(第1部位周囲温度センサ)としての周囲温度センサ91と、前記第2部位としてのコネクタ52の周囲温度と看倣した油温Tfを取得(検知)する第2部位周囲温度取得手段(第2部位周囲温度センサ)としての潤滑油温度センサ92と、前記第2部位としてのコネクタ52の部位温度としてのコネクタ温度Tc2を推定する第2部位温度推定部としてのECU30と、を備える。
この場合、前記第2部位温度推定部としてのECU30は、取得(検知)された前記第1部位としてのコネクタ51の部位温度であるコネクタ温度Tc1及び前記第1部位の周囲温度Taに基づいて前記第1部位の温度上昇パラメータとしての温度差ΔT1(ΔT1=Tc1−Ta)を算出し(ステップS2)、該第1部位の温度上昇パラメータとしての温度差ΔT1及び取得(検知)された前記第2部位としてコネクタ52の周囲温度とみなした油温Tfに基づき、前記第2部位としてのコネクタ52の部位温度であるコネクタ温度Tc2を推定する(ステップS4)。
この実施形態によれば、ケーブル部材42の一方の部位(上記実施形態では、第1コネクタ51)の温度(コネクタ温度Tc1)が温度センサ(コネクタ温度センサ81)により取得(検知)されている場合に、直接温度を検知することが困難な部位である、ケーブル部材42の他方の部位(第2コネクタ52)の温度(コネクタ温度Tc2)を、サーミスタ等の専用の温度センサを設けることなく簡単な構成で推定することができる。
すなわち、第1発熱デバイスとしてのPCU22によって温度上昇する第1部位(第1コネクタ51)からの熱が伝達される該第1部位(第1コネクタ51)の周囲温度Taと、第2発熱デバイスとしてのモータ12によって温度上昇する第2部位(第2コネクタ52)からの熱が伝達される該第2部位(第2コネクタ52)の周囲温度(とみなしたモータ12の潤滑油72の油温Tf)と、の各発熱による温度上昇度合が略同等であるという特性(知見)を考慮して、直接温度を取得することが困難なケーブル部材42の第2部位(第2コネクタ52)の部位温度(第2コネクタ温度Tc2)を簡易に推定する。
すなわち、この実施形態によれば、ケーブル部材42の第2部位(第2コネクタ52)の部位温度(第2コネクタ温度Tc2)を、該第2部位(第2コネクタ52)の周囲温度としての油温Tfと、該第2部位(第2コネクタ52)から離れた位置に存する前記第1部位(第1コネクタ51)の温度上昇パラメータとしての温度差ΔT1とに基づいて推定できる。
このように、この実施形態によれば、2つの発熱デバイス(第1及び第2発熱デバイスとしてのPCU22とモータ12)を1つのケーブル部材42で接続している特有な構成における該ケーブル部材42の部位温度の温度推定手法を確立できた。
なお、たとえ、ケーブル部材42の他方の部位(第2コネクタ52)に前記サーミスタ等の専用の温度センサを設け得たとしても、該温度センサの信号線をフロントフード内の電動機12から車室下のPCU22まで配線することは、配線長が長大になり、組立工数等が増大し好ましくない。つまり、ケーブル部材42の他方の部位(第2コネクタ52)は、温度を測定することが困難な部位である。
この場合、前記第2部位温度推定部としてのECU30は、さらに、前記第1部位(第1コネクタ51)から周囲への熱伝導に影響を与える第1パラメータとしての車速Vvと、前記第2部位(第2コネクタ52)から周囲への熱伝導に影響を与える第2パラメータとしての流速Vf、を取得し、取得した前記第1及び第2パラメータ(車速Vvと流速Vf)に基づき、前記温度上昇パラメータとしての温度差ΔT1を補正した温度差ΔT2{ΔT2=K×(Tc1−Ta)}に基づき前記第2部位(第2コネクタ52)の温度(コネクタ温度Tc2)を推定する(ステップS4)。
この実施形態によれば、第1部位(第1コネクタ51)及び第2部位(第2コネクタ52)の周囲環境の違いによる熱伝導の違いを反映することで、第2部位(第2コネクタ52)の温度(コネクタ温度Tc2)を精度よく求めることができ、温度推定の精度が向上する。
上記実施形態において、ケーブル部材42は、車両20に搭載されており、前記第1部位(第1コネクタ51)の周囲が空気(気体冷媒)で、前記第2部位(第2コネクタ52)の周囲が液体(液冷媒)であり、前記第1パラメータが車速Vvであり、前記第2パラメータが前記第2部位(第2コネクタ52)の周囲の液体(潤滑油72)の流速Vfである。
このように、車両20の車速Vvと、第2部位(第2コネクタ52)の周囲の液体(潤滑油72)の流速Vfを用いることで、車両20における空気と液体の影響を精度よく反映できる。
より具体的に、上記実施形態において、前記第1発熱デバイスが、車載蓄電器としてのバッテリ32から電動機としてのモータ12へ供給される電力を制御するPCU22であり、前記第2発熱デバイスが前記電動機としてのモータ12であり、前記ケーブル部材42は、前記PCU22から前記モータ12へ電力を供給する高電圧ケーブル50であり、ケーブル部材42の前記第2部位は、該高電圧ケーブル50とモータ12との電気的接続部(第2コネクタ52)であり、前記液体がモータ12を潤滑する潤滑油72である。
この実施形態によれば、車両20中の高電圧ケーブル50とモータ12との電気的接続部(第2コネクタ52)の温度(コネクタ温度Tc2)を精度よく推定することができる。
[変形例]
なお、この実施形態に係る車両20では、モータ12とエンジン14とが一体化されているので、図7に示す、周囲温度Ta2に対するラジエータ液74の特性252から分かるように、コネクタ52の周囲温度Ta2は、ラジエータ液74の液温Twとモータ12を潤滑し且つ冷却する潤滑油72の油温Tfとから一意に求めることができる。
また、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…ケーブル部材の温度推定システム
12、16、18…電動機(モータ) 22…PCU
24…PDU 30…ECU
42、46、48…ケーブル部材 50…ケーブル
51、52…コネクタ 81…コネクタ温度センサ
91…周囲温度センサ 92…油温センサ

Claims (4)

  1. 第1デバイスに第1部位が接続され、第2デバイスに第2部位が接続されることで、前記第1デバイスと前記第2デバイスとを電気的に接続するケーブル部材と、
    前記第1部位の部位温度を取得する第1部位温度取得手段と、
    前記第1部位の周囲温度を取得する第1部位周囲温度取得手段と、
    前記第2部位の周囲温度を取得する第2部位周囲温度取得手段と、
    前記第2部位の部位温度を推定する第2部位温度推定部と、を備え、
    前記第2部位温度推定部は、
    取得された前記第1部位の部位温度及び前記第1部位の周囲温度に基づいて前記第1部位の温度上昇パラメータを算出し、
    該第1部位の温度上昇パラメータ及び取得された前記第2部位の周囲温度に基づき、前記第2部位の部位温度を推定する
    ことを特徴とするケーブル部材の温度推定システム。
  2. 請求項1に記載のケーブル部材の温度推定システムにおいて、
    前記第2部位温度推定部は、
    さらに、前記第1部位から周囲への熱伝導に影響を与える第1パラメータと、前記第2部位から周囲への熱伝導に影響を与える第2パラメータと、を取得し、取得した前記第1及び第2パラメータに基づき、前記第2部位の温度を推定する
    ことを特徴とするケーブル部材の温度推定システム。
  3. 請求項2に記載のケーブル部材の温度推定システムにおいて、
    前記ケーブル部材は、車両に搭載されており、
    前記第1部位の周囲が空気で、前記第2部位の周囲が液体であり、
    前記第1パラメータが前記車両の車速であり、
    前記第2パラメータが前記第2部位の周囲の前記液体の流速又は該流速に相関する物理量である
    ことを特徴とするケーブル部材の温度推定システム。
  4. 請求項3に記載のケーブル部材の温度推定システムにおいて、
    前記第1デバイスが、車載蓄電器から電動機へ供給される電力を制御するパワーコントロールユニットであり、
    前記第2デバイスが前記電動機であり、
    前記ケーブル部材は、前記パワーコントロールユニットから前記電動機へ電力を供給する高電圧ケーブルであり、
    前記ケーブル部材の前記第2部位は、ケーブルと前記電動機との電気的接続部であり、前記液体が前記電動機を潤滑する潤滑油である
    ことを特徴とするケーブル部材の温度推定システム。
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