CN101578190B - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

冷却系统具有将蓄电池(10)的冷却系统与逆变装置(20)和电动发电机(MG1、MG2)的冷却系统共用化的结构。在该冷却系统中，当蓄电池温度低于预定的温度下限值时，控制装置(30)执行蓄电池(10)的升温控制。控制装置(30)控制切换阀(56)的动作，以使来自制冷剂路径(64)的冷却水被输出给旁通路径(68)。并且，当冷却水温低于预定的温度时，控制装置(30)控制逆变装置(20)，以使逆变装置(20)中包含的开关元件在开关动作时的电力损失比通常控制时的电力损失变大。其结果是，能够通过小型且低成本结构的冷却系统迅速挽回低温时产生的蓄电池(10)的容量下降。

Description

冷却系统
技术领域
本发明涉及冷却系统，特别是涉及负荷驱动电路的冷却系统。
背景技术
近年来，考虑环境问题，如电动汽车、混合动力汽车、燃料电池车等那样以电动机为驱动力源的车辆备受关注。在这样的车辆中安装有由二次电池或双电荷层电容器等构成的蓄电机构，以向电动机供应电力或者再生制动时将运动能转换为电能并储存电能。
在将这样的电动机作为驱动力源的车辆中，希望增大蓄电机构的充放电容量，以提高加速性能或行驶持续距离等行驶性能。
另一方面，蓄电机构利用电化学作用来储存电能，因此其充放电特性容易受到温度的影响。在一般的蓄电机构中，温度越低，其充放电性能就越下降。因此，为了维持预定的充放电性能，蓄电机构的温度管理、尤其是升温控制变得尤为重要。
例如在日本专利文献特开平06-24238号公报中公开了将安装在电动汽车上的蓄电池的温度控制在合适的温度范围内的蓄电池温度控制装置。根据该公报公开的内容，蓄电池温度控制装置包括用于冷却/加热蓄电池的循环水路。该循环水路被设置成不仅使蓄电池保温槽内部的冷却水向与车外部空气进行热交换的散热器、或者与车内空气进行热交换的暖气风箱循环，而且还使该冷却水向作为由于车辆起动而发热的发热部件的逆变器和马达循环。蓄电池温度控制装置当诸如在冬季等充电当中的蓄电池的温度低于适当温度时、或者当启动时蓄电池的温度低于适当温度时、或者当点火开启但车速为0时，通过设置在蓄电池保温槽中的电加热器对蓄电池进行加热。另一方面，在车速为0以外(行驶当中)的情况下，当马达和逆变器处于适当温度以上时，利用马达和逆变器放出的热对蓄电池进行加热。
另外，在日本专利文献特开平06-231807号公报中公开了以下的电动汽车的蓄电池加温装置，该蓄电池加温装置将蓄电池配置在用于加热车厢内部的燃烧式加热器的周围，并具有将处于工作状态的燃烧式加热器的废热传递给蓄电池的传递单元。
但是，在日本专利文献特开平06-24238号公报所公开的蓄电池温度控制装置中，虽公开了利用马达和逆变器放出的热来对蓄电池进行加热的构成，但当马达和逆变器的温度低于适当温度时，例如启动或车速为0时，开启电加热器对蓄电池进行加热。
因此，在日本专利文献特开平06-24238号公报中，需要将电加热器和电加热器的电源设置在蓄电池保温槽中，因此存在蓄电池温度控制装置尺寸变大并且成本上升的问题。
另外，在日本专利文献特开平06-231807号公报所公开的蓄电池加温装置中，公开了在蓄电池座的中央配置燃烧式加热器、并在该燃烧式加热器的周围配置多个蓄电池的构成，因此难以缩小蓄电池尺寸并降低成本。
因此，本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够通过小型且低成本的装置构成来提高蓄电机构的温度的冷却系统。
发明内容
根据本发明，冷却系统包括：负荷驱动装置，所述负荷驱动装置具有被构成为能够充放电的蓄电机构、以及从蓄电机构接受电力的供应来驱动电气负荷的驱动电路；冷却装置，所述冷却装置冷却负荷驱动装置；以及控制装置，所述控制装置控制负荷驱动装置和冷却装置的动作。冷却装置包括使制冷剂流过的制冷剂路径。蓄电机构被配置成与驱动电路共享制冷剂路径。控制装置包括升温控制部，所述升温控制部在蓄电机构的温度低于预定的温度下限值时执行蓄电机构的升温控制。升温控制部包括：估计部，所述估计部估计来自驱动电路的发热量；和驱动控制部，所述驱动控制部在由估计部估计出的来自驱动电路的发热量达不到加热蓄电机构所需的热量时，控制驱动电路，以使驱动电路所产生的电力损失比通常控制时的电力损失变大。
根据上述的冷却系统，在使蓄电机构的冷却系统与驱动电路的冷却系统共用化的构成中，当进行蓄电机构的升温控制时，如果来自驱动电路的发热量不足以进行升温控制，则增大驱动电路的电力损失。由此，通过与增加了发热量的驱动电路进行了热交换的制冷剂，能够迅速地挽回蓄电机构的容量下降。其结果是，能够通过小型且低成本构成的冷却系统来确保蓄电机构的充放电性能，提高电气负荷的动作可靠性。
优选的是，冷却装置包括：散热器，所述散热器配置在制冷剂路径上，对制冷剂进行冷却；散热器的旁通路径；以及切换阀，所述切换阀用于使制冷剂流过散热器和旁通路径中的任一个。升温控制部还包括切换阀控制部，所述切换阀控制部控制切换阀的动作，以使制冷剂流过旁通路径。
根据上述的冷却系统，在执行升温控制时，制冷剂不经由散热器循环，因此能够将从驱动电路产生的热量高效地输送给蓄电机构。其结果使，能够迅速加热蓄电机构。
优选的是，驱动电路包括电力变换器，所述电力变换器通过开关元件的开关动作而在蓄电机构与电气负荷之间进行电力变换。驱动控制部控制驱动电路，以使开关动作时产生的电力损失比通常控制时的电力损失变大。
根据上述的冷却系统，通过增大开关动作时的电力损失来增加来自驱动电路的发热量，能够迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，驱动控制部控制开关元件的驱动电源，以使开关元件在被接通的状态下的通电电阻比通常控制时的通电电阻变大。
根据上述的冷却系统，通过增大开关元件接通时的恒常损失来增加来自驱动电路的发热量，能够迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，驱动控制部控制开关元件的驱动电源，以使开关元件在被关断的状态下的通电电阻比通常动作时的通电电阻变小。
根据上述的冷却系统，通过增大开关元件关断时的恒常损失来增加来自驱动电路的发热量，能够更迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，驱动控制部控制驱动电路，以使开关元件的开关速度比通常动作时的开关速度变慢。
根据上述的冷却系统，通过增大开关动作时产生的开关损失来增加来自驱动电路的发热量，能够迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，驱动控制部将电连接在开关元件的驱动电源与开关元件的控制电极之间的电阻从第一电阻值切换为比第一电阻值大的第二电阻值。
根据上述的冷却系统，能够以简单的构成增大开关损失，因此能够通过小型且低成本的装置构成来迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，电气负荷是旋转电机。驱动控制部控制驱动电路，以使旋转电机的驱动效率比通常动作时的驱动效率变低。
根据上述的冷却系统，通过降低旋转电机的驱动效率，流经旋转电机的驱动电流变大，驱动电路的自身发热量增加，因此能够迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。
优选的是，旋转电机当通常动作时在为产生要求转矩而需要第一电流幅值的驱动电流的第一动作点进行动作。驱动控制部控制驱动电路，以使旋转电机在为产生相同的要求转矩而需要比第一电流幅值大的第二电流幅值的驱动电流的第二动作点进行动作。
根据上述的冷却系统，通过增大流过旋转电机的驱动电流，来自驱动电路的发热量增加，因此能够迅速地挽回低温时产生的蓄电机构的容量下降。另外，驱动电路和旋转电机通过自身发热而被加热，因此提高了电气负荷的动作可靠性。
优选的是，估计部基于制冷剂的温度、驱动电路的温度以及流经驱动电路的驱动电流中的任一个来估计来自驱动电路的发热量。
根据上述的冷却系统，能够容易地估计来自驱动电路的发热量。
优选的是，蓄电机构还被配置成与电气负荷共享制冷剂路径。
根据上述的冷却系统，通过与发热的驱动电路和电气负荷进行了热交换的制冷剂，能够更加有效且迅速加热蓄电机构。
根据本发明，能够通过小型且低成本的装置构成来迅速升高蓄电机构的温度。
附图说明
图1是说明应用本发明冷却系统的负荷驱动装置的构成的电路图；
图2是概念性地示出图1所示的负荷驱动装置的冷却系统的框图；
图3是图2中的控制装置的功能框图；
图4是示出开关元件的通电电阻与开关元件的栅极电压(gatevoltage)的关系的图；
图5是用于说明通常控制时的逆变装置的开关动作的图；
图6是用于说明损失增加控制时的逆变装置的开关动作的图；
图7是用于说明本发明实施方式的冷却系统的控制的流程图；
图8是用于说明通常控制时的逆变装置的开关动作的图；
图9是用于说明本发明实施方式的变更例1的损失增加控制时的逆变装置的开关动作的图；
图10是应用本发明实施方式的变更例1的冷却系统的负荷驱动装置中的控制装置的功能框图；
图11是示出本发明实施方式的变更例1的栅极驱动电路的构成例的电路图；
图12是用于说明本发明实施方式的变更例1的冷却系统的控制的流程图；
图13是用于说明本发明实施方式的变更例2的电动发电机的控制的图；
图14是应用本发明实施方式的变更例2的冷却系统的负荷驱动装置中的控制装置的功能框图；
图15是用于说明本发明实施方式的变更例2的冷却系统的控制的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图来详细说明本发明的实施方式。另外，图中相同的标号表示相同或相当的部分。
图1是说明应用本发明冷却系统的负荷驱动装置的构成的电路图。
参考图1，负荷驱动装置包括：电动发电机MG1、MG2、逆变装置20、蓄电池10、电流传感器24、28、以及控制装置30。
电动发电机MG1、MG2是三相交流同步电动发电机，包括在外周面具有多个永久磁铁的转子、以及缠绕有产生旋转磁场的三相绕组的定子。电动发电机MG1、MG2作为通过由永久磁铁产生的磁场与由三相绕组形成的磁场的相互作用来旋转驱动转子的电动机而动作，并且作为通过由永久磁铁产生的磁场与转子的旋转的相互作用来使三相绕组的两端产生电动势的发电机而动作。
蓄电池10构成了可充放电的“蓄电机构”，例如由镍氢电池或锂离子电池等二次电池或双电荷层电容器构成。蓄电池10将直流电压供应给逆变装置20，并且通过来自逆变装置20的直流电压而被充电。
逆变装置20包括：与电动发电机MG1对应设置的逆变器14、与电动发电机MG2对应设置的逆变器31、平滑电容器C、电源线L1、接地线L2、以及电压传感器13。
平滑电容器C连接在电源线L1与接地线L2之间，使蓄电池10的输出电压、即逆变器14、31的输入电压平滑化。电压传感器13检测出平滑电容器C的两端的电压(即，相当于逆变器14、31的输入电压。以下同)Vm，并将该检测出的电压Vm输出给控制装置30。
逆变器14具有一般的三相逆变器的结构，包括：构成U相桥臂的开关元件Q1、Q2、构成V相桥臂的开关元件Q3、Q4、构成W相桥臂的开关元件Q5、Q6。与开关元件Q1～Q6的每一个对应连接有反并联二极管D1～D6，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。逆变器14的各相桥臂与电动发电机MG1的对应相连接。作为本实施方式中的开关元件，可应用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)或MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor，金属氧化物半导体-场效应晶体管)等。
逆变器31的结构与逆变器14相同，因此不重复详细说明。逆变器31的各相桥臂与电动发电机MG2的对应相连接。
电流传感器24检测流经电动发电机MG1的马达电流Iv1、Iw1，并将该检测出的马达电流Iv1、Iw1输出给控制装置30。电流传感器28检测流经电动发电机MG2的马达电流Iv2、Iw2，并将该检测出的马达电流Iv2、Iw2输出给控制装置30。
控制装置30控制逆变器14中的开关元件Q1～Q6的开关动作，从而控制逆变器14，以使电动发电机MG1基于从蓄电池10供应而来的电力产生与马达转矩指令相对应的转矩，或者将由电动发电机MG1发出的交流电力变换为直流电力对蓄电池10进行充电。
具体地说，控制装置30从没有图示的外部ECU(Electrical ControlUnit，电子控制单元)接收转矩指令值TR1和马达转速MRN1，从电压传感器13接收输出电压Vm，从电流传感器24接收马达电流Iv1、Iw1。控制装置30基于这些输出值来生成信号PWMI1并将该生成的信号PWMI1输出给逆变器14，信号PWMI1用于在逆变器14通过后述的方法驱动电动发电机MG1时对逆变器14的开关元件Q1～Q6进行开关控制。
即，信号PWMI1是逆变器14的开关元件Q1～Q6的导通/关断控制信号，开关元件Q1～Q6通过栅极驱动电路GD1～GD6并响应这些导通/关断控制信号而被开闭。
控制装置30还控制逆变器31中的开关元件Q1～Q6的开关动作，从而控制逆变器31，以使电动发电机MG2基于从蓄电池10供应而来的电力产生与马达转矩指令相对应的转矩，或者将由电动发电机MG2发出的交流电力变换为直流电力对蓄电池10进行充电。具体地说，控制装置30基于来自外部ECU的转矩指令值TR2和马达转速MRN2、来自电压传感器13的输出电压Vm以及来自电流传感器28的马达电流Iv2、Iw2来生成信号PWMI2，并将该生成的信号PWMI2输出给逆变器31，信号PWMI2用于在逆变器31驱动电动发电机MG2时对控制逆变器31的开关元件Q1～Q6)进行开关控制。
在上述说明中，包括逆变器14、31和平滑电容器C的逆变装置20构成了“负荷驱动装置”。并且，在将该负荷驱动装置作为产生车辆的驱动力的驱动力产生部的情况下，车辆通过将利用从蓄电池10供应给驱动力产生部的电力产生的驱动力传递给车轮而行驶。另外，车辆在再生时通过驱动力产生部从运动能产生电力并回收到蓄电池10中。
图2是概念性地示出图1所示的负荷驱动装置的冷却系统的框图。
参考图2，冷却系统包括：逆变装置20、电动发电机MG1、MG2、蓄电池10、电动泵(以下简称为泵)50、储液箱52、散热器54以及制冷剂路径58～66。
制冷剂路径58设置在泵50与逆变装置20之间，制冷剂路径60设置在逆变装置20与电动发电机MG1、MG2之间，制冷剂路径62设置在电动发电机MG1、MG2与蓄电池10之间。并且，制冷剂路径64设置在蓄电池10与散热器54的第一端口之间，制冷剂路径66设置在散热器54的第二端口与储液箱52之间。
泵50是用于使不冻液等冷却水循环的泵，其使制冷剂沿图示的箭头方向循环。散热器54冷却从逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10中循环而来的制冷剂。在散热器54中冷却后的冷却水暂时储存在储液箱52中，并返回到泵50中。
即，在本发明的冷却系统中，逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10通过单个冷却系统冷却。在上述说明中，从自散热器54侧观看时的上游侧起以逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10的顺序配置了这些各装置，但各装置的配置顺序不限于上述的顺序。
如上所述，根据本发明，通过将逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的冷却水用于蓄电池10的冷却，能够将蓄电池10的冷却系统与逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的冷却系统共用化，从而可减小冷却系统的尺寸并降低成本。
另外，通过减少冷却系统的重量，减少了安装有负荷驱动装置的车辆的重量，其结果是提高了车辆的燃油效率。
并且，根据本发明，利用逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的冷却水与蓄电池10的冷却水被共用，确保了低温环境下的蓄电池10的充放电性能。即，利用冷却水将从逆变装置20和电动发电机MG1、MG2产生的热量输送给蓄电池10，使用该热量加热蓄电池10，由此能够挽回低温时产生的蓄电池10的容量下降。
详细地说，如图2所示，冷却系统还包括旁通路径68、切换阀56以及温度传感器40、42。
切换阀56设置在蓄电池10与散热器54之间的制冷剂路径64中。切换阀56将流过制冷剂路径64的冷却水的输出目的地切换为散热器54和旁通路径68中的任一个。
旁通路径68是散热器54的旁通路，被设置在制冷剂路径66与切换阀56之间。
温度传感器40检测蓄电池10的温度(以下称为蓄电池温度)Tb，并将该检测出的蓄电池温度Tb输出给控制装置30。温度传感器42检测冷却水的温度(以下称为冷却水温)Tw，并将该检测出的冷却水温Tw输出给控制装置30。
控制装置30控制上述的逆变装置20中的开关动作，并且对用于使冷却水循环的泵50进行驱动控制。考虑冷却水在经由逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10的流路中的压力损失以及各装置的发热量等来设定流量的目标值，并控制泵50的转速以使流量达到所述设定的目标值，由此来进行泵50的驱动控制。
另外，控制装置30基于来自温度传感器40的蓄电池温度Tb来判断是否需要升高蓄电池10的温度。具体地说，控制装置30判断蓄电池温度Tb是否低于预定的温度下限值Tb_lim。并且，当蓄电池温度Tb低于温度下限值Tb_lim时，执行蓄电池10的升温控制。
(蓄电池的升温控制)
通过根据蓄电池温度Tb控制切换阀56的动作来进行蓄电池10的升温控制。详细地说，控制装置30在蓄电池温度Tb为温度下限值Tb_lim以上时、即不是升温控制的通常控制时，控制切换阀56的动作，以将来自制冷剂路径64的冷却水输出给散热器54。另一方面，当蓄电池温度Tb低于温度下限值Tb_lim时、即执行升温控制时，控制切换阀56的动作，以将来自制冷剂路径64的冷却水输出给旁通路径68。
这样，根据蓄电池温度Tb来控制切换阀56的动作，由此在执行升温控制时，冷却水不经由散热器54而循环，因此能够防止通过逆变装置20和电动发电机MG1、MG2加热的冷却水被散热器54冷却。其结果是，能够有效地加热蓄电池10，能够挽回低温时产生的蓄电池10的容量下降。
但是，在这样将逆变装置20和电动发电机MG1、MG2作为发热部件并来自该发热部件的发热来加热蓄电池10的构成中，当如启动负荷驱动装置时那样来自发热部件的发热量少时，有可能难以加热蓄电池10。
因此，本发明中的冷却系统具有以下构成：当进行蓄电池10的升温控制时，控制逆变装置20，使得在逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量达不到加热蓄电池10所需的热量时逆变装置20所产生的电力损失比通常控制时大。
通过如上构成，来自逆变装置20的发热量增加，因此能够迅速加热蓄电池10。以下将使逆变装置20的电力损失增加的上述的控制也称为“损失增加控制”。
(逆变装置的损失增加控制)
控制装置30最初估计逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量，并判断所述估计出的发热量是否满足加热蓄电池10所需的热量。作为一个例子，控制装置30基于来自温度传感器42的冷却水温Tw来估计逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量，并判断所述估计出的发热量是否满足加热蓄电池10所需的热量。
此时，当冷却水温Tw低于基于加热蓄电池10所需的热量预先设定好的预定的温度Tw_std时，控制装置30判断为逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量达不到加热蓄电池10所需的热量。然后，控制装置30执行逆变装置20的损失增加控制。另一方面，当冷却水温Tw为预定的温度Tw_std以上时，控制装置30判断为逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量满足加热蓄电池10所需的热量，执行逆变装置20的通常控制。
在上述说明中，基于来自温度传感器42的冷却水温Tw来估计逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量，但也可以基于检测逆变装置20的装置温度的温度传感器的温度检测值以及检测电动发电机MG1、MG2的马达温度的温度传感器的检测值来估计该发热量。或者，还可以基于来自电流传感器24的马达电流Iv1、Iw1来估计该发热量。
接着，控制装置30在执行损失增加控制时如下所述的那样控制逆变器14、31，以使逆变装置20所包含的开关元件Q1～Q6在开关动作时的电力损失比通常控制时大。
图3是图2中的控制装置30的功能框图。
在该图3至图15中，以对逆变装置20中的逆变器14进行的控制为代表进行说明，但对于逆变装置20中的逆变器31也进行同样的控制。
参考图3，控制装置30包括：马达控制用相电压计算部300、PWM信号变换部302、以及冷却装置控制部304。
马达控制用相电压计算部300从电压传感器13接收平滑电容器C的两端的电压、即向逆变器14输入的输入电压Vm，从电流传感器24接收流经电动发电机MG1的马达电流Iu1、Iv1，从外部ECU接收转矩指令值TR1。并且，马达控制用相电压计算部300基于这些输入的信号来计算施加给电动发电机MG1的各相的电压，并将该计算结果输出给PWM信号变换部302。
PWM信号变换部302基于从马达控制用相电压计算部300接收到的计算结果来生成实际用于导通/关断逆变器14的各开关元件Q1～Q6的信号PWMI1，并将所述生成的信号PWMI1输出给逆变器14的各开关元件Q1～Q6。开关元件Q1～Q6通过栅极驱动电路GD1～GD6响应于信号PWMI1而被开闭。
冷却装置控制部304在从温度传感器40接收蓄电池温度Tb、并从温度传感器42接收冷却水温Tw后，判断蓄电池温度Tb是否低于预定的温度下限值Tb_lim。并且，冷却装置控制部304在蓄电池温度Tb低于预定的温度下限值Tb_lim时，执行蓄电池10的升温控制。
在该升温控制中，冷却装置控制部304生成信号DRV，并将所述生成的信号DRV输出给切换阀56，信号DRV用于控制切换阀56的动作，以使来自制冷剂路径64的冷却水被输出给旁通路径68。由此，冷却水不经由散热器54(图2)而循环，因此能够防止通过逆变装置20和电动发电机MG1、MG2加热了的冷却水被散热器54冷却。其结果是，能够利用冷却水将从逆变装置20发出的热量有效地输送给蓄电池10。
并且，冷却装置控制部304判断来自温度传感器42的冷却水温Tw是否低于预定的温度Tw_std。当冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std、即逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量的估计值达不到加热蓄电池10所需的热量时，冷却装置控制部304执行逆变装置20的损失增加控制。
详细地说，冷却装置控制部304生成开关控制信号SC并输出给逆变器14。开关控制信号SC是用于指示驱动逆变器14以在负荷驱动装置的动作中使得开关元件Q1～Q6在开关动作时产生的电力损失比通常控制时大的信号。
这里，逆变器14在开关动作时产生的电力损失Ploss可通过开关元件Q1～Q6导通时固定产生的导通损失Pon与开关元件Q1～Q6在接通/关断时产生的开关损失Psw之和来表示。在本实施方式中，通过增大其中的导通损失Pon来增加来自逆变器14的发热量。
具体地说，冷却装置控制部304控制逆变器14的开关动作，以使开关元件Q1～Q6在接通的状态下的通电电阻高于通常控制时的通电电阻高。
图4是示出开关元件的通电电阻与向开关元件的栅极施加的驱动电压(以下也称为栅极电压的关系的图。
参考图4，栅极电压越低，就越能够提高开关元件的通电电阻。并且，在通常控制时，为了减小导通损失Pon，栅极电压Vg4作为导通电压而施加给栅极。与此相对，在损失增加控制时，比通常控制时的栅极电压Vg4低的Vg3作为导通电压而被施加给栅极。由此，损失增加控制时的开关元件的通电电阻比通常控制时的通电电阻高，其结果是能够增大开关元件的导通损失Pon。因此，来自逆变装置20的发热量增加。
并且，冷却装置控制部304控制逆变器14的开关动作，以使开关元件在被接通的状态下的通电电阻比通常控制时的通电电阻低。
即，如图4所示，在通常控制时，栅极电压Vg1作为关断电压被施加给栅极，以使得在被关断的状态下的开关元件中的电流为近似为0，即使得通电电阻变高。与此相对，在损失增加控制时，比通常控制时的栅极电压Vg1高的Vg2作为关断电压被施加给栅极。由此，在损失增加控制时，开关元件处于关断状态时的通电电阻比通常控制时低，其结果是在开关元件中有与栅极电压Vg2相应的电流流过。因此，即使在被关断的状态下，也可以产生开关元件的导通损失Pon，因此能够进一步增加来自逆变装置20的发热量。
如上所述，通过在通常控制时和损失增加控制时改变开关元件的驱动电压(导通电压和关断电压)的构成，开关元件在被接通的状态和被关断的状态下的通电电阻发生变化。其结果是，如图5和图6所示，能够在损失增加控制时增大开关动作时所产生的导通损失Pon。
例如可由与逆变器14的各开关元件Q1～Q6对应的栅极驱动电路GD1～GD6根据来自冷却装置控制部304的开关控制信号SC来改变施加给各开关元件的栅极的导通电压和关断电压，由此能够实现使驱动电压可变的构成。
图5是用于说明通常控制时的逆变装置20的开关动作的图。另一方面，图6是用于说明损失增加控制时的逆变装置20的开关动作的图。
参考图5，纵轴表示控制开关元件的导通/关断的栅极控制信号GS、开关元件中的电压V、电流I以及开关动作时的电力损失Ploss，横轴表示时间。栅极控制信号GS在开关元件接通的期间被设定为逻辑高电平(H电平)，在关断的期间被设定为逻辑低电平(L电平)。
在时刻t1以前，栅极控制信号GS为L电平，因此开关元件的电压V≠0，而电流I＝0。
在时刻t1，一旦栅极控制信号GS从L电平变为H电平，则根据响应于栅极控制信号GS的栅极电压的变化，电流I开始流动，同时电压V下降。在完全被接通的状态下，电压V变为由开关元件的特性决定的L电平的电压。
在时刻t2，一旦栅极控制信号GS从H电平变为L电平，则根据响应于栅极控制信号GS的栅极电压的变化，电流I开始下降，同时电压V上升。在完全被关断的状态下，电流I＝0。
在实际的开关动作时，随着由栅极驱动电路引起的栅极电压的变化，电压V和电流I发生变化。由此，在开关元件中产生相当于电压V与电流I之积的电力损失Ploss。电力损失Ploss由开关损失Psw和导通损失Pon1构成。
与此相对，在损失增加控制时，如图6所示，在栅极控制信号GS为L电平的时刻t1以前，开关元件的电压V≠0，并且在开关元件完全被关断的状态下的电流为I≠0。
另外，在时刻t1，一旦栅极控制信号GS从L电平变为H电平，则电流I增加，同时电压V下降。完全被接通的状态下的电压V高于通常控制时的电压。
在时刻t2，一旦栅极控制信号GS从H电平变为L电平，则电流I开始下降，同时电压V上升。完全被关断的状态下，电流I≠0。
并且，在实际进行开关动作时，响应栅极电压的变化，电压V和电流I发生变化，产生电力损失Ploss。导通损失Pon2大于通常控制时的导通损失Pon1，因此此时的电力损失Ploss超过通常控制时的电力损失Ploss。从而，来自逆变装置20的发热量增加，蓄电池10被迅速加热。
在逆变装置20中，通过进行上述损失增加控制，开关元件的元件温度上升。开关元件具有随着元件温度的上升而元件耐压增加的温度依赖性。因此，开关元件的元件耐压变得高于电动发电机MG1、MG2产生的反电动势，能够防止低温时产生的开关元件的耐压被破坏。
图7是用于说明本发明实施方式中的冷却系统的控制的流程图。
参考图7，控制装置30在从温度传感器40获得蓄电池温度Tb、并从温度传感器42获得冷却水温Tw后(步骤S01)，判断蓄电池温度Tb是否低于预定的温度下限值Tb_lim(步骤S02)。当蓄电池温度Tb低于预定的温度下限值Tb_lim时，控制装置30控制切换阀56的动作，以使冷却水被输出给旁通路径68(步骤S03)。由此开始蓄电池10的升温控制。
在蓄电池10的升温控制开始之后，控制装置30判断冷却水温Tw是否低于预定的温度Tw_std(步骤S04)。当冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std时，控制装置30执行逆变装置20的损失增加控制。即，改变逆变器14(或31)的开关元件的驱动电压(导通电压和关断电压)，以使逆变装置20开关动作时的导通损失比通常控制时的导通损失变大(步骤S05)。
另一方面，在步骤S04中，当冷却水温Tw为预定的温度Tb_std以上时，控制装置30不进行逆变装置20的损失增加控制，执行通常控制(步骤S07)。
再次返回到步骤S02，当蓄电池温度Tb为预定的温度下限值Tb_lim以上时，控制装置30控制切换阀56的动作，以使冷却水被输出给散热器54(步骤S06)。由此，不进行蓄电池10的升温控制，逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10通过共用的冷却系统被冷却。当不进行升温控制时，控制装置30不进行步骤S05所示的逆变装置20的损失增加控制，而执行通常控制(步骤S07)。
如上所述，根据本发明实施方式的冷却系统，通过采用用单个冷却系统冷却逆变装置20、电动发电机MG1、MG2以及蓄电池10的结构，能够在蓄电池10的容量下降了的低温环境下，利用从逆变装置20和电动发电机MG1、MG2发出的热量有效地加热蓄电池10。
另外，当逆变装置20和电动发电机MG1、MG2中的发热量少时，通过增大逆变装置20的电力损失来增加该发热量，能够迅速加热蓄电池10。因此，不需要设置用于加热蓄电池10的加热器。
其结果是，能够通过具有小型且低成本构成的冷却系统，来确保蓄电池10的充放电性能，提高电动发电机MG1、MG2的动作可靠性。
[变更例1]
在以下所示的变更例1和2中，对用于执行逆变装置20的损失增加控制的其他构成进行说明。在本变更例1中，增加逆变装置20的电力损失Ploss中的开关损失Psw。
图8是用于说明通常控制时的逆变装置20的开关动作的图。另一方面，图9是用于说明本变更例1中的损失增加控制时的逆变装置20的开关动作的图。另外，图8所示的内容与图5相同，因此不重复详细说明。
参考图9，纵轴表示控制开关元件的导通/关断的栅极控制信号GS、开关元件中的电压V、电流I以及开关动作时的电力损失Ploss，横轴表示时间。在本变更例1中，控制逆变器14的开关动作，以使作为开关元件的开闭速度的开关速度比通常控制时的开关速度变低。
通过降低开关速度，开关元件的电压V和电流I变化的速率变小。其结果是，开关元件的接通时间和关断时间变长，因此开关损失Psw2比通常控制时的开关损失Psw1变大。由此，来自逆变装置20的发热量增加，蓄电池10被迅速加热。
图10是应用本变更例1的冷却系统的负荷驱动装置中的控制装置的功能框图。图10的控制装置30A是用冷却装置控制部314取代图3的控制装置30中的冷却装置控制部304而成的。因此，对共同的部分省略详细的说明。
冷却装置控制部314在从温度传感器40接收蓄电池温度Tb、并从温度传感器42接收冷却水温Tw后，判断蓄电池温度Tb是否低于预定的温度下限值Tb_lim。并且，当蓄电池温度Tb低于预定的温度下限值Tb_lim时，冷却装置控制部314执行蓄电池10的升温控制。即，冷却装置控制部314生成信号DRV，并将该信号DRV输出给切换阀56，信号DRV用于控制切换阀56的动作以使来自制冷剂路径64的冷却水被输出给旁通路径68。由此，从逆变装置20和电动发电机MG1、MG2发出的热量通过冷却水被输送给蓄电池10。
另外，冷却装置控制部314判断来自温度传感器42的冷却水温Tw是否低于预定的温度Tw_std。当冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std时，冷却装置控制部314执行逆变装置20的损失增加控制。冷却装置控制部314生成用于控制逆变器14中的开关元件的开关速度的信号(以下称为开关速度控制信号)SDC，并将该信号SDC输出给逆变器14。
开关速度控制信号SDC被输入给与逆变器14的各开关元件对应配置的栅极驱动电路。栅极驱动电路根据开关速度控制信号SDC来使开关速度可变。
图11是示出本变更例1中的栅极驱动电路的构成例的电路图。
参考图11，栅极驱动电路GD具有驱动单元70、电阻R1、R2以及开关76。栅极驱动电路GD概括示出了图1所示的栅极驱动电路GD1～GD6。
驱动单元70具有上拉用的p型晶体管72以及下拉用的n型晶体管74。P型晶体管72被连接在导通电压Vb与节点N1之间。n型晶体管74被连接在关断电压Vs与节点N1之间。栅极控制信号GS的反相信号同时施加给p型晶体管72的栅极和n型晶体管74的栅极。
电阻R1和电阻R2并联连接在节点N1与栅极Ng之间。电阻R1的电阻值下雨电阻R2的电阻值。并且，在电阻R1和R2的一个端子与开关元件Q的栅极Ng之间连接有开关76。
当开关速度控制信号SDC为H电平时，开关76进行动作以连接电阻R1的一端和栅极Ng。另一方面，当开关速度控制信号SDC为L电平时，开关76进行动作以连接电阻R2的一端和栅极Ng。
根据栅极控制信号GS，p型晶体管72和n型晶体管74中的一个接通，另一个关断。即，当栅极控制信号GS为H电平时，节点N1与导通电压Vb连接，当栅极控制信号GS为L电平时，节点N1与关断电压Vs连接。
并且，连接在驱动电压(导通电压Vb或关断电压Vs)与栅极Ng之间的栅极电阻可根据开关速度控制信号SDC而分两步变化。
因此，能够在通常控制时，为了抑制开关损失Pon1，而将开关速度控制信号SDC设为H电平进行图8所示的开关动作，另一方面在损失增加控制时，将开关速度控制信号SDC设为L电平，来降低开关速度，增加开关损失Pon2。其结果是，来自逆变装置20的发热量增加，蓄电池10被迅速加热。
另外，在逆变装置20中，通过进行上述损失增加控制，如上所述开关元件的元件温度上升，因此能够防止低温时产生的开关元件的耐压被破坏。
另外，通过降低开关速度，所谓的浪涌电压下降。由此能够防止在开关元件的元件耐压变低的低温情况下，开关元件由于浪涌电压而被破坏。
图12是用于说明本发明实施方式的变更例1中的冷却系统的控制的流程图。图12的流程图是用步骤S051和步骤S071取代图7的流程图中的步骤S05和步骤S07而成的。因此，对共同的步骤不重复详细说明。
参考图12，在步骤S04中，当来自温度传感器42的冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std时，控制装置30A执行逆变装置20的损失增加控制。即，降低逆变器14(或31)的开关元件的开关速度，以使逆变装置20在开关动作时的开关损失比通常控制时变大(步骤S051)。
另一方面，在步骤S04中，当冷却水温Tw为预定的温度Tb_std以上时，控制装置30A不进行逆变装置20的损失增加控制，而执行通常控制(步骤S071)。
[变更例2]
在变更例2中，当执行逆变装置20的损失增加控制时，驱动电动发电机MG1、MG2，以使电动发电机MG1、MG2的马达效率比通常控制时低。即，控制电动发电机MG1、MG2，以便在维持固定的输出转矩的情况下增加电力损失。
图13是用于说明本发明实施方式的变更例2中的电动发电机MG1、MG2的控制的图。
参考图13，电动发电机MG1、MG2的转矩与流经电动发电机的电流(马达电流)的电流相位θ的关系通过曲线k1～k3来表示。在曲线k1～k3中，马达电流的幅值互不相同，曲线k1的幅值最小(设为幅值I1)，曲线k3的幅值最大(设为幅值I3(＞I2＞I1))。
并且，在曲线k1～k3的每个曲线中，转矩按照相对于某个电流相位θopt达到最大的方式变化。因此，通常，电流以转矩达到最大的电流相位θopt流过电动发电机。以下，也将电流相位θ＝θopt时的电动发电机的动作点A称为最佳动作点。
另一方面，在曲线k1～k3的每个曲线中，随着电流相位θ逐渐偏离提供最佳动作点A的θopt，转矩将逐渐减少。即，通过使电流相位θ偏离θopt，马达效率下降。
在本变更例中，当进行损失增加控制时，控制电动发电机MG1、MG2，以使其在维持固定的输出转矩的同时降低马达效率、即使电力损失增加。
详细地说，当进行损失增加控制时，如图13所示，以动作点B驱动电动发电机MG1、MG2，在动作点B处，电流幅值为比最佳动作点A处的电流幅值I1大的电流幅值I3，并且电流相位θ为从最佳动作点A的电流幅值θopt偏离了的电流相位θi。在该动作点B处，电动发电机MG1、MG2输出与最佳动作点A的输出转矩相等的转矩。以下，将该动作点B也称为马达损失增加点。马达损失增加点B处的电流相位θi既可以是高于电流相位θopt的相位，也可以是低于电流相位θopt的相位。
这样，通过驱动电动发电机MG1、MG2以使马达效率下降，流经电动发电机MG1、MG2的电流的幅值比通常控制时变大。其结果是，逆变装置20的电力损失Ploss变大，来自逆变装置20的发热量增加。另外，在电动发电机MG1、MG2中，三相绕组所产生的电力损失也变大，因此来自电动发电机MG1、MG2的发热量也增加。因此，能够进一步增加从逆变装置20和电动发电机MG1、MG2利用冷却水输送至蓄电池10的热量，其结果是能够更加迅速地加热蓄电池10。
图14是应用本变更例2的冷却系统的负荷驱动装置中的控制装置的功能框图。
参考图14，控制装置30B包括：驱动电流指令运算部320、逆变器控制部322以及冷却装置控制部324。
驱动电流指令运算部320基于来自外部ECU的转矩指令值TR1来生成使得电动发电机MG1在最佳动作点A(图13)动作的驱动电流指令Iu*、Iv*、Iw*，并将该驱动电流指令Iu*、Iv*、Iw*输出给逆变器控制部322。
逆变器控制部322在从驱动电流指令运算部320接收驱动电流指令Iu1*、Iv1*、Iw1*、并从电流传感器24接收马达电流Iv1、Iw1后，基于驱动电流指令与实际电流值的偏差来生成用于实际导通/关断逆变器14的各开关元件Q1～Q6的信号PWMI1，并将所述生成的信号PWMI1输出给逆变器14。开关元件Q1～Q6通过栅极驱动电路GD1～GD6响应信号PWMI1而被开闭。
冷却装置控制部324在从温度传感器40接收蓄电池温度Tb并从温度传感器42接收冷却水温Tw后，判断蓄电池温度Tb是否低于预定的温度下限值Tb_lim。并且，当蓄电池温度Tb低于预定的温度下限值Tb_lim时，冷却装置控制部304生成用于控制切换阀56的动作以使来自制冷剂路径64的冷却水被输出给旁通路径68的信号DRV，并将所述生成的信号DRV输出给切换阀56。
并且，冷却装置控制部324判断来自温度传感器42的冷却水温Tw是否低于预定的温度Tw_std。当冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std时，冷却装置控制部324执行逆变装置20的损失增加控制。冷却装置控制部324生成马达控制信号MC并将其输出给驱动电流指令运算部320，这里，马达控制信号MC是用于指示驱动逆变器14以使电动发电机MG1(或MG2)的马达效率下降的信号。
驱动电流指令运算部320在接收马达控制信号MC后，基于来自外部ECU的转矩指令值TR1来生成驱动电流指令Iu*、Iv*、Iw*，并将该驱动电流指令Iu*、Iv*、Iw*输出给逆变器控制部322，以使电动发电机MG1在马达损失增加点B(图13)动作。逆变器控制部322基于驱动电流指令与实际电流值的偏差来生成信号PWMI1，并将其输出给逆变器14。
如上所述，根据本变更例2，控制装置30B在进行蓄电池10的升温控制时，根据冷却水温Tw在维持固定的输出转矩的情况下改变电动发电机MG1、MG2的电流幅值。由此，逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的电力损失改变，其结果是来自逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的发热量改变。
通过进行损失增加控制，逆变装置20和电动发电机MG1、MG2的装置温度和马达温度分别上升。由此，逆变装置20的元件耐压变高。并且，在电动发电机MG1、MG2中，随着马达温度的上升，反电动势变高。其结果是，能够防止低温时发生的开关元件的耐压被破坏。
图15是用于说明本发明实施方式的变更例2中的冷却系统的控制的流程图。图16的流程图是用步骤S052和步骤S072取代图7的流程图中的步骤S05和步骤S07而成的。因此，对共同的步骤不重复详细说明。
参考图15，在步骤S04中，当来自温度传感器42的冷却水温Tw低于预定的温度Tw_std时，控制装置30B执行逆变装置20的损失增加控制。即，控制逆变装置20中的开关动作，以使电动发电机MG1、MG2在马达损失增加点B(图13)动作(步骤S052)。
另一方面，在步骤S04中，当冷却水温Tw为预定的温度Tb_std以上时，控制装置30B不进行逆变装置20的损失增加控制，而执行通常控制。即，控制装置30B控制逆变装置20中的开关动作，以使电动发电机MG1、MG2在最佳动作点A(图13)动作(步骤S072)。
在上述的实施方式中，对将驱动电气负荷的“驱动电路”作为逆变装置的构成例进行了说明，但对于通过在蓄电机构与电气负荷之间进行电压变换的变换器构成的结构，也同样能够应用本发明。
另外，在上述实施方式中，对制冷剂使用冷却水的构成进行了说明，但除此以外，制冷剂也可以使用例如冷却风。
并且，在上述实施方式中，对逆变装置所使用的开关元件采用了IGBT和MOS-FET这样的电压驱动型元件的情况为代表进行了说明，但是也可以采用双极性晶体管这样的电流驱动型元件。当开关元件使用双极性晶体管时，通过构成为在通常控制时和损失增加控制时改变开关元件的基极电流，可改变开关元件被导通的状态和被关断的状态下的通电电阻。
应认为此次公开的实施方式在所有方面均仅为例示而不具有限制性。本发明的范围通过权利要求而非上述说明来表示，其中应包括与权利要求等同的意义和范围内的所有变更。
产业上的实用性
本发明能够应用于安装在车辆上的负荷驱动装置的冷却系统。

Claims (11)

1.一种冷却系统，包括：
负荷驱动装置(20)，所述负荷驱动装置(20)具有被构成为能够充放电的蓄电机构(10)、以及从所述蓄电机构(10)接受电力的供应来驱动电气负荷的驱动电路(14、31)；
冷却装置，所述冷却装置冷却所述负荷驱动装置；以及
控制装置(30)，所述控制装置(30)控制所述负荷驱动装置和所述冷却装置的动作，
所述冷却装置包括使制冷剂流过的制冷剂路径(58～66)，
所述蓄电机构(10)被配置成与所述驱动电路(14、31)共享所述制冷剂路径，
所述控制装置(30)包括升温控制部，所述升温控制部在所述蓄电机构(10)的温度低于预定的温度下限值时执行所述蓄电机构(10)的升温控制，
所述升温控制部包括：
估计部，所述估计部估计来自所述驱动电路(14、31)的发热量；和
驱动控制部，所述驱动控制部在由所述估计部估计出的来自所述驱动电路(14、31)的发热量达不到加热所述蓄电机构(10)所需的热量时，控制所述驱动电路(14、31)，以使所述驱动电路(14、31)所产生的电力损失比通常控制时的电力损失变大。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，
所述冷却装置包括：
散热器(54)，所述散热器(54)被配置在所述制冷剂路径(58～66)上，对所述制冷剂进行冷却；
所述散热器(54)的旁通路径(68)；以及
切换阀(56)，所述切换阀(56)用于使所述制冷剂流过所述散热器(54)和所述旁通路径(68)中的任一个，
所述升温控制部还包括切换阀控制部，所述切换阀控制部控制所述切换阀(56)的动作，以使所述制冷剂流过所述旁通路径(68)。
3.如权利要求2所述的冷却系统，其中，
所述驱动电路(14、31)包括电力变换器，所述电力变换器通过开关元件(Q1～Q6)的开关动作而在所述蓄电机构(10)与所述电气负荷之间进行电力变换，
所述驱动控制部控制所述驱动电路(14、31)，以使所述开关动作时产生的电力损失比通常控制时的电力损失变大。
4.如权利要求3所述的冷却系统，其中，
所述驱动控制部控制所述开关元件(Q1～Q6)的驱动电源，以使所述开关元件(Q1～Q6)在被接通的状态下的通电电阻比通常控制时的通电电阻变大。
5.如权利要求3所述的冷却系统，其中，
所述驱动控制部控制所述开关元件(Q1～Q6)的驱动电源，以使所述开关元件(Q1～Q6)在被关断的状态下的通电电阻比通常动作时的通电电阻变小。
6.如权利要求3所述的冷却系统，其中，
所述驱动控制部控制所述驱动电路(14、31)，以使所述开关元件(Q1～Q6)的开关速度比通常动作时的开关速度变慢。
7.如权利要求6所述的冷却系统，其中，
所述驱动控制部将电连接在所述开关元件(Q1～Q6)的驱动电源与所述开关元件(Q1～Q6)的控制电极之间的电阻从第一电阻值切换为比所述第一电阻值大的第二电阻值。
8.如权利要求3所述的冷却系统，其中，
所述电气负荷是旋转电机(MG1、MG2)，
所述驱动控制部控制所述驱动电路(14、31)，以使所述旋转电机(MG1、MG2)的驱动效率比通常动作时的驱动效率变低。
9.如权利要求8所述的冷却系统，其中，
所述旋转电机(MG1、MG2)当通常动作时在为产生要求转矩而需要第一电流幅值的驱动电流的第一动作点动作，
所述驱动控制部控制所述驱动电路(14、31)，以使所述旋转电机(MG1、MG2)在第二动作点动作，在所述第二动作点，为产生相同的所述要求转矩需要比所述第一电流幅值大的第二电流幅值的驱动电流。
10.如权利要求1至9中任一项所述的冷却系统，其中，
所述估计部基于所述制冷剂的温度、所述驱动电路(14、31)的温度以及流经所述驱动电路(14、31)的驱动电流中的任一个来估计来自所述驱动电路(14、31)的发热量。
11.如权利要求10所述的冷却系统，其中，
所述蓄电机构(10)还被配置成与所述电气负荷共享所述制冷剂路径(58～66)。
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