JP2005224042A

JP2005224042A - 温度調節装置

Info

Publication number: JP2005224042A
Application number: JP2004030409A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Anpo; 和太安保
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: JP4052256B2

Abstract

【課題】電気自動車に搭載されたモータやインバータの冷却を確保しながら、冷却水を循環させる電動ウォーターポンプの電力消費を抑える。
【解決手段】モータやインバータに形成された冷却水の流路と共に循環路を形成する循環管路に冷却水を循環させる電動ウォータポンプと冷却水を外気により冷却するラジエータとを設けると共に冷却水の温度を検出する温度センサを取り付ける。温度センサにより検出された冷却水の温度（冷却水温Ｔｗ）が所定温度Ｔ０を上回ったときには冷却水を乱流域で循環するよう目標流量Ｑ＊を設定し、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０を下回ったときには冷却水を層流域で循環するよう目標流量Ｑ＊を設定して電動ウォーターポンプを駆動制御する。冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０未満のときに流量抵抗が小さくなる層流域で冷却水を循環させるから、電動ウォーターポンプの消費電力を抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、温度調節装置に関し、詳しくは、電気自動車における電力の入出力を行なう電気駆動系の温度を調節する温度調節装置に関する。

従来、この種の温度調節装置としては、モータを冷却する冷却水の温度に基づいて冷却水を循環させる電動ポンプをオンオフ制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、冷却水の温度が所定温度未満のときには電動ポンプをオフしてモータへの冷却水の供給を停止し、冷却水の温度が所定温度以上のときには電動ポンプをオンしてモータに冷却水を供給することにより、モータの温度を調節している。
特開平１１−２２４６０号公報

上述の温度調節装置では、電動ポンプのオンオフ制御によりモータの温度を調節しているから、モータへの冷却水の供給が不足してその冷却が十分に行えない場合が生じたり、必要以上の流量の冷却水をモータに供給して電動ポンプの消費電力が過大となる場合が生じる。

本発明の温度調節装置は、こうした問題を解決し、電気自動車における電力の入出力を行なう電気駆動系の冷却を十分に行ないながら冷却媒体を循環する電動ポンプの消費電力を抑えることを目的とする。

本発明の温度調節装置は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の温度調節装置は、
電気自動車における電力の入出力を行なう電気駆動系の温度を調節する温度調節装置であって、
前記電気駆動系に接続された循環路と、
前記循環路に冷却媒体を循環させる電動ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記冷却媒体と熱交換を行なう熱交換器と、
前記冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、
該検出された冷却媒体の温度に基づいて少なくとも該冷却媒体が層流域の流量で前記熱交換器を流れる第１の流量と該冷却媒体が乱流域の流量で前記熱交換器を流れる第２の流量とが切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御する駆動制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の温度調節装置では、循環路内の冷却媒体の温度に基づいて冷却媒体が層流域で熱交換器を流れる第１の流量と冷却媒体が乱流域で熱交換器を流れる第２の流量とが切り替えられるよう電動ポンプを駆動制御する。冷却媒体を乱流域の流量で循環させると熱交換器での熱交換効率が大きくなり層流域の流量で循環させると熱交換効率は小さくなるが熱交換器の流量抵抗が小さくなるから、冷却媒体の温度に基づいて乱流域の流量と層流域の流量とを切り替えることにより、電気駆動系の十分な冷却を確保しながら電動ポンプの消費電力を抑えることができる。

こうした本発明の温度調節装置において、前記駆動制御手段は、前記検出された冷却媒体の温度が第１所定温度を上回ったときに前記第２の流量に切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御し、前記検出された冷却媒体の温度が第２所定温度を下回ったときに前記第１の流量に切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の温度調節装置において、前記第２所定温度は、前記第１所定温度と同一の温度または前記第２所定温度よりも低い温度であるものとすることもできる。

また、本発明の温度調節装置において、前記駆動制御手段は、前記検出された冷却媒体の温度が第３所定温度未満のときには前記電動ポンプの駆動を停止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動ポンプの消費電力を更に抑えることができる。

さらに、本発明の温度調節装置において、前記電気駆動系は、駆動輪に動力を出力可能な電動機と、該電動機を駆動する駆動回路とを含む系であるものとすることもできる。こうすれば、電動機と駆動回路とを冷却することができる。

あるいは、本発明の温度調節装置において、前記電気自動車は、内燃機関を備え、前記内燃機関に接続され、前記循環路とは異なる流路として形成された第２の循環路と、前記内燃機関の出力軸の回転力により機械的に駆動して前記第２の循環路に冷却媒体を循環させるポンプと、前記第２の循環路に設けられ、前記冷却媒体と熱交換を行なう第２の熱交換器とを備えるものとすることもできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての温度調節装置２０を備える電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。説明の都合上、まず、実施例の温度調節装置２０を備える電気自動車１０について簡単に説明して、その後に実施例の温度調節装置２０について説明する。電気自動車１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２のクランクシャフト１３にキャリアが接続された遊星歯車機構１４と、遊星歯車機構１４のサンギヤに接続された発電可能なモータＭＧ１と、遊星歯車機構１４のリングギヤに接続されたモータＭＧ２と、インバータ１５，１６を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリ１７と、自動車全体を制御すると共に実施例の温度調節装置２０の一部としても機能する電子制御ユニット４０とを備えるハイブリッド自動車として構成されている。遊星歯車機構１４のリングギヤには駆動軸１８が接続されており、駆動軸１８にはディファレンシャルギヤを介して駆動輪１９ａ，１９ｂが連結されている。したがって、駆動軸１８に出力された動力は最終的に駆動輪１９ａ，１９ｂに出力される。

実施例の温度調節装置２０は、図示するように、モータＭＧ１，ＭＧ２，インバータ１５，１６に形成されたモータ・インバータ冷却用の冷却媒体（冷却水）の流路（図示せず）と共に循環路を形成する循環管路２２と、この循環管路２２に冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ２４と、冷却水を外気により冷却するラジエータ２６と、ラジエータ２６に取り付けられた冷却ファン２８と、循環管路２２上に取り付けられた温度センサ２９とからなるモータ・インバータ冷却用のシステムと、エンジン１２に形成されたエンジン冷却用の冷却媒体（冷却水）の通路（図示せず）と共に循環路を形成する循環管路３２と、エンジン２２のクランクシャフト１３に連結されクランクシャフト１３の回転力により機械的に駆動して循環管路３２に冷却水を循環させるウォータポンプ３４と、冷却水を外気により冷却するラジエータ３６と、ラジエータ３６に取り付けられた冷却ファン３８とからなるエンジン冷却用のシステムと、これらのシステムを制御する電子制御ユニット４０とを備える。

電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートとを備える。この電子制御ユニット４０には、エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するためのエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関する信号や温度センサ２９により検出されたモータ・インバータ冷却用の冷却水の温度（冷却水温）Ｔｗなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット４０からは、エンジン２２を制御するための制御信号やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するためのインバータ１５，１６のスイッチング素子のスイッチング制御信号、電動ウォータポンプ２４を駆動するための駆動信号、冷却ファン２８，３８を駆動するための駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の温度調節装置２０の動作について説明する。図２は、実施例の温度調節装置２０の電子制御ユニット４０により実行される温度調節処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

温度調節処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、温度センサ２９により検出されたモータ・インバータ冷却用の冷却水の温度（冷却水温）Ｔｗを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだ冷却水温Ｔｗと閾値Ｔｗｒｅｆとを比較する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｔｗｒｅｆは、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６を冷却するために電動ウォーターポンプ２４の駆動が必要か否かを判定するための閾値であり、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６などにより定められる。冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以下のときには、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６の冷却は必要ないと判断して、電動ウォーターポンプ２６をオフして（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。

冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆより大きいときには、この冷却水温Ｔｗに基づいて冷却水の目標流量Ｑ＊を設定すると共に（ステップＳ１３０）、設定した目標流量Ｑ＊で冷却水が循環するよう電動ウォーターポンプ２４を駆動制御して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、目標流量Ｑ＊の設定は、実施例では、冷却水温Ｔｗと目標流量Ｑ＊との関係を予め求めて目標流量設定用マップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、冷却水温Ｔｗが与えられると目標流量設定用マップから対応する目標流量Ｑ＊を導出して設定することにより行なうものとした。この目標流量設定用マップの一例を図３に示す。図示するように、目標流量Ｑ＊は、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０未満のときには冷却水が層流域で循環するよう設定され、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０以上のときに冷却水が乱流域で循環するよう設定される。図４に、ラジエータ２６を流れる冷却水の流量とラジエータ２６の冷却能力との関係を示す説明図を示す。図示するように、冷却水を乱流域の流量で循環させると、ラジエータ２６での冷却水の熱交換効率が大幅に向上し、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６の冷却が促進される。一方で、流量抵抗も大きくなり電動ウォーターポンプ２４で消費される電力は比較的大きなものとなる。冷却水を層流域の流量で循環させると、ラジエータ２６の熱交換効率は大きく落ちるものの、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６をある程度冷却しながら電動ウォーターポンプ２６の消費電力を抑えることができる。このように、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔ０未満のときに層流域の流量で冷却水が循環するよう目標流量Ｑ＊を設定することにより、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６の過剰な冷却を抑制して装置のエネルギ効率を向上させているのである。

以上説明した実施例の温度調節装置２０によれば、モータ・インバータ冷却用の冷却水の温度（冷却水温Ｔｗ）に基づいてその目標流量Ｑ＊を層流域の流量か乱流域の流量かに切り替えるから、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ１５，１６の十分な冷却を確保しながら冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ２４の電力消費を抑えることができる。この結果、装置全体のエネルギ効率をより向上させることができる。

実施例の温度調節装置２０では、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには電動ウォーターポンプ２４をオフして冷却水の循環を停止するものとしたが、閾値Ｔｗｒｅｆ未満でも電動ウォーターポンプ２４をオフせずに冷却水を層流域で循環させるものとしてもよい。

実施例の温度調節装置２０では、所定温度Ｔ０をもって層流域の流量と乱流域の流量とを切り替えるものとしたが、冷却水温Ｔｗの上昇時と下降時に対してヒステリシスを持たせるものとしてもよい。また、実施例の温度調節装置２０では、図３に示すように、層流域での目標流量Ｑ＊を所定温度以上では冷却水温Ｔｗに拘わらず一定とし、乱流域での目標流量Ｑ＊を冷却水温Ｔｗに拘わらず一定としたが、冷却水温Ｔｗに応じて階段状に変更したり比例的に変更するなど一定としないものとしてもよい。さらに、実施例の温度調節装置２０では、遷移域での流量を目標流量Ｑ＊として使用しないものとしたが、使用するものとしても構わない。

実施例では、温度調節装置２０をエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を備える電気自動車１０に適用して説明したが、走行用のモータのみを備える通常の電気自動車に適用するものとしてもよいことは勿論である。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施形態としての温度調節装置２０を備える電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の温度調節装置２０の電子制御ユニット４０により実行される温度調節処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。目標流量設定用マップの一例を示す説明図である。冷却水の流量とラジエータ２６の冷却効果との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０電気自動車、１２エンジン、１３クランクシャフト、１４遊星歯車機構、１５，１６インバータ、１７バッテリ、１８駆動軸、１９ａ，１９ｂ駆動輪、２０温度調節装置、２２循環管路、２４電動ウォーターポンプ、２６ラジエータ、２８冷却ファン、２９温度センサ、３２循環管路、３４ウォーターポンプ、３６ラジエータ、３８冷却ファン、４０電子制御ユニット、４２ＣＰＵ、４４ＲＯＭ、４６ＲＡＭ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

電気自動車における電力の入出力を行なう電気駆動系の温度を調節する温度調節装置であって、
前記電気駆動系に接続された循環路と、
前記循環路に冷却媒体を循環させる電動ポンプと、
前記循環路に設けられ、前記冷却媒体と熱交換を行なう熱交換器と、
前記冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、
該検出された冷却媒体の温度に基づいて少なくとも該冷却媒体が層流域の流量で前記熱交換器を流れる第１の流量と該冷却媒体が乱流域の流量で前記熱交換器を流れる第２の流量とが切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御する駆動制御手段と
を備える温度調節装置。
前記駆動制御手段は、前記検出された冷却媒体の温度が第１所定温度を上回ったときに前記第２の流量に切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御し、前記検出された冷却媒体の温度が第２所定温度を下回ったときに前記第１の流量に切り替えられるよう前記電動ポンプを駆動制御する手段である請求項１記載の温度調節装置。
前記第２所定温度は、前記第１所定温度と同一の温度または前記第２所定温度よりも低い温度である請求項２記載の温度調節装置。
前記駆動制御手段は、前記検出された冷却媒体の温度が第３所定温度未満のときには前記電動ポンプの駆動を停止する手段である請求項１ないし３いずれか記載の温度調節装置。
前記電気駆動系は、駆動輪に動力を出力可能な電動機と、該電動機を駆動する駆動回路とを含む系である請求項１ないし４いずれか記載の温度調節装置。
請求項１ないし５いずれか記載の温度調節装置であって、
前記電気自動車は、内燃機関を備え、
前記内燃機関に接続され、前記循環路とは異なる流路として形成された第２の循環路と、
前記内燃機関の出力軸の回転力により機械的に駆動して前記第２の循環路に冷却媒体を循環させるポンプと、
前記第２の循環路に設けられ、前記冷却媒体と熱交換を行なう第２の熱交換器と
を備える温度調節装置。