JP2008253098A - Cooling system and vehicle with the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、冷却システムおよびそれを備える車両に関し、特に、負荷駆動回路の冷却システムおよびその冷却システムを搭載した車両に関する。 The present invention relates to a cooling system and a vehicle including the same, and more particularly to a cooling system for a load drive circuit and a vehicle equipped with the cooling system.
通常、電気自動車(EV:Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)等の車両において、電気エネルギーによる駆動力は、高電圧の電池から供給される直流電力をインバータによって3相交流電力に変換し、これにより3相交流モータを回転させることにより得ている。また、車両の減速時には、逆に3相交流モータの回生発電により得られる回生エネルギーを電池に蓄電することにより、エネルギーを無駄なく利用して走行している。 Usually, in a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV), the driving force by electric energy is converted from DC power supplied from a high-voltage battery to three-phase AC power by an inverter. This is obtained by rotating a three-phase AC motor. Further, when the vehicle is decelerated, the battery is stored with regenerative energy obtained by the regenerative power generation of the three-phase AC motor, so that the vehicle travels without wasting energy.
このようなハイブリッド自動車または電気自動車において、インバータはスイッチング素子のスイッチング動作により発熱する。そのため、インバータを過熱による熱破壊から保護するための冷却装置を設ける必要がある。 In such a hybrid vehicle or electric vehicle, the inverter generates heat by the switching operation of the switching element. Therefore, it is necessary to provide a cooling device for protecting the inverter from thermal destruction due to overheating.
従来より、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等においては、シリンダ内の燃焼ガス温度が2000℃以上にもなるため、冷却水やオイル等の冷却液を循環させて、これらの部分を冷却する構成が採られている(たとえば特許文献1〜3参照)。 Conventionally, in a diesel engine, a gasoline engine, or the like, the combustion gas temperature in the cylinder reaches 2000 ° C. or higher, and therefore, a cooling liquid such as cooling water or oil is circulated to cool these parts. (For example, refer to Patent Documents 1 to 3).
たとえば特開2000−297643号公報(特許文献1)は、流量制御バルブを有する冷却液用の戻し通路を設け、エンジン側への冷却液の供給量を、エンジンの負荷状態に合わせて調整制御することにより、エンジンの冷却による熱損失を少なくして、エンジンの燃費を向上できるエンジンの冷却装置を開示する。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-297643 (Patent Document 1) provides a coolant return passage having a flow rate control valve, and adjusts and controls the amount of coolant supplied to the engine side in accordance with the load state of the engine. Accordingly, an engine cooling apparatus that can reduce heat loss due to engine cooling and improve engine fuel efficiency is disclosed.
また、特開平11−294164号公報(特許文献2)は、エンジンの冷却水の熱を放熱するためのラジエータに対向して設けられた冷却ファンと、エンジンとラジエータとの間の冷却水通路に設けられて冷却水の流量を規制する開弁量が制御されるサーモスタットとを備える冷却ファンの制御装置を開示する。これによれば、冷却水の水温とエンジン負荷域とに応じてサーモスタットの開弁量を制御するのに連動して冷却ファンの回転数を制御することにより、冷却ファンの無駄な稼動を防止している。 Japanese Patent Laid-Open No. 11-294164 (Patent Document 2) discloses a cooling fan provided opposite to a radiator for dissipating heat of engine cooling water, and a cooling water passage between the engine and the radiator. Disclosed is a control device for a cooling fan that includes a thermostat that is provided and controls a valve opening amount that regulates the flow rate of cooling water. According to this, unnecessary operation of the cooling fan is prevented by controlling the rotation speed of the cooling fan in conjunction with controlling the valve opening amount of the thermostat according to the coolant temperature and the engine load range. ing.
さらに、特開平10−8960号公報(特許文献3)は、エンジンの運転状態に基づいてエンジンの発熱量を予測し、この発熱量に見合う熱量を冷却液から放熱させるのに必要な冷却ファン動力を予測して、冷却ファンをフィードフォワード的に駆動する車両用冷却ファン装置を開示する。 Further, Japanese Patent Laid-Open No. 10-8960 (Patent Document 3) predicts the amount of heat generated by the engine based on the operating state of the engine, and the cooling fan power necessary for radiating the amount of heat corresponding to the amount of generated heat from the coolant. Accordingly, a cooling fan device for a vehicle that drives the cooling fan in a feed-forward manner is disclosed.
また、ハイブリッド車両の冷却装置に関しても、たとえば特開平11−285106号公報(特許文献4)および特開2004−324613号公報(特許文献5)には、電動モータおよび電源装置の少なくとも一方との間に冷却水が循環するラジエータと、ラジエータに冷却風を供給する電動ファンとを設け、電動モータおよび電源装置の検出出力と原動機(エンジンおよび電動モータ)の予測負荷とに基づいて電動ファンの冷却風量を制御するファン駆動手段が開示される。 As for a cooling device for a hybrid vehicle, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-285106 (Patent Document 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-324613 (Patent Document 5) describe a cooling apparatus between A radiator for circulating cooling water and an electric fan for supplying cooling air to the radiator are provided, and the cooling air volume of the electric fan based on the detection output of the electric motor and the power supply device and the predicted load of the prime mover (engine and electric motor) Fan driving means for controlling is disclosed.
さらに、半導体素子の冷却装置としては、たとえば特開平2003−314910号公報(特許文献6)に、半導体素子冷却板に設けた温度センサの温度と設定温度との差分により冷媒ポンプの回転数を制御するものが開示されている。
インバータの冷却装置においては、一般的に、ラジエータとインバータとの間に冷媒路を設け、電動ウォーターポンプを駆動させて冷媒路に冷却水を循環させる構成が広く採用されている。本構成において、電動ウォーターポンプは、車両に搭載された電源から電力の供給を受けて回転駆動する。したがって、電動ウォーターポンプの消費電力が大きくなるに従って、車両の燃費を悪化させる結果となる。 In general, in an inverter cooling device, a configuration in which a refrigerant path is provided between a radiator and an inverter and an electric water pump is driven to circulate cooling water through the refrigerant path is widely adopted. In this configuration, the electric water pump is driven to rotate by receiving electric power from a power source mounted on the vehicle. Therefore, as the power consumption of the electric water pump is increased, the fuel consumption of the vehicle is deteriorated.
しかしながら、上述した従来の冷却装置のうち、エンジンの冷却装置については、エンジンを略一定温度に保つことによってエンジンの燃費向上を図ることを目的とするに留まり、電動ウォーターポンプの省電力化については何ら検討されていない。これは、多くのエンジンの冷却装置において、ウォーターポンプはエンジンのクランクシャフトからの回転力を受けて駆動されることから、消費電力への配慮がなされていないことによる。 However, among the conventional cooling devices described above, the engine cooling device is only intended to improve the fuel efficiency of the engine by maintaining the engine at a substantially constant temperature. Nothing has been considered. This is because, in many engine cooling devices, the water pump is driven by the rotational force from the crankshaft of the engine, and thus power consumption is not taken into consideration.
また、半導体素子冷却板の温度の検出結果に応じて冷媒ポンプの回転数を制御するものについては、低温時における冷媒ポンプの消費電力を低減できるものの、モータの要求出力の急変によってインバータの発熱量が急激に増加した場合には、実際のインバータの温度上昇に対して冷却能力の制御が追従できないという問題が起こり得る。その結果、インバータの過熱を十分に防止できず、インバータを熱破壊させる可能性が生じる。 In addition, for the device that controls the rotation speed of the refrigerant pump according to the detection result of the temperature of the semiconductor element cooling plate, although the power consumption of the refrigerant pump at low temperatures can be reduced, the amount of heat generated by the inverter due to a sudden change in the required output of the motor When the current increases rapidly, there is a possibility that the cooling capacity control cannot follow the actual inverter temperature rise. As a result, overheating of the inverter cannot be sufficiently prevented, and the inverter may be thermally destroyed.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、負荷駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能な冷却システムを提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a cooling system capable of achieving both thermal protection of the load drive circuit and power saving of the cooling device. is there.
また、この発明の別の目的は、負荷駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能な冷却システムを備えた車両を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a vehicle including a cooling system capable of achieving both thermal protection of a load drive circuit and power saving of a cooling device.
この発明によれば、冷却システムは、スイッチング素子のスイッチング動作により電源と電気負荷との間で電力変換を行なう駆動回路と、電源から電力の供給を受けて駆動回路を冷却する冷却装置と、駆動回路に対する冷却媒体の供給量を制御する冷却制御装置とを備える。冷却制御装置は、駆動回路に発生する電力損失を推定する電力損失推定手段と、推定した電力損失に基づいて冷却媒体の供給量を決定する供給量決定手段とを含む。 According to the present invention, a cooling system includes a drive circuit that converts power between a power source and an electric load by a switching operation of the switching element, a cooling device that cools the drive circuit by receiving power from the power source, and a drive And a cooling control device that controls the supply amount of the cooling medium to the circuit. The cooling control device includes a power loss estimation unit that estimates a power loss generated in the drive circuit, and a supply amount determination unit that determines a supply amount of the cooling medium based on the estimated power loss.
上記の冷却システムによれば、駆動回路に発生する損失に対して適切な冷却媒体の供給量が設定されるため、冷却媒体の供給量を一律に固定する冷却装置に対して、冷却装置の省電力化が図られる。また、低損失時には冷却媒体の供給量を減少させることができるため、冷却装置における圧力損失を低減して冷却効率を高めることができる。さらに、温度上昇が予想される駆動回路に対して適切な量の冷却媒体を応答性良く供給することができるため、駆動回路の熱的保護を確実に行なうことができる。 According to the above cooling system, since an appropriate amount of cooling medium is set for the loss generated in the drive circuit, the cooling device is reduced compared to the cooling device that uniformly fixes the amount of cooling medium supplied. Electricity is achieved. Moreover, since the supply amount of the cooling medium can be reduced when the loss is low, the pressure loss in the cooling device can be reduced and the cooling efficiency can be increased. Furthermore, since an appropriate amount of cooling medium can be supplied with high responsiveness to the drive circuit that is expected to rise in temperature, the drive circuit can be reliably thermally protected.
好ましくは、電力損失推定手段は、電気負荷に対する要求出力から電力損失を推定する第1の損失推定手段を含む。供給量決定手段は、予め設定された電力損失と冷却媒体の供給量との関係に基づいて、推定された電力損失に対応する冷却媒体の供給量を決定する。 Preferably, the power loss estimation means includes first loss estimation means for estimating a power loss from a required output for the electric load. The supply amount determining means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the estimated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、温度上昇が予想される駆動回路に対して適切な量の冷却媒体を応答性良く供給することができるため、駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立を実現することができる。 According to the above cooling system, an appropriate amount of cooling medium can be supplied with high responsiveness to the drive circuit expected to rise in temperature, so that the drive circuit can be thermally protected and the cooling device can save power. Can be realized.
好ましくは、電気負荷は、車両の駆動力を発生する回転電機である。冷却システムは、車両のアクセル開度から決定された回転電機に対する要求出力に基づいて電流指令を生成するとともに、回転電機の駆動電流が電流指令に一致するようにスイッチング動作を制御する制御装置をさらに備える。第1の損失推定手段は、アクセル開度に基づいて電力損失を推定する。 Preferably, the electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of the vehicle. The cooling system further generates a current command based on the required output for the rotating electrical machine determined from the accelerator opening of the vehicle, and further includes a control device that controls the switching operation so that the driving current of the rotating electrical machine matches the current command. Prepare. The first loss estimation means estimates the power loss based on the accelerator opening.
上記の冷却システムによれば、要求出力の決定要素であるアクセル開度に基づいて冷却媒体の供給量が設定されるため、簡易に駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立を図ることができる。 According to the above cooling system, since the supply amount of the cooling medium is set based on the accelerator opening that is a determinant of the required output, it is possible to easily achieve both thermal protection of the drive circuit and power saving of the cooling device. Can be achieved.
好ましくは、電気負荷は、車両の駆動力を発生する回転電機である。冷却システムは、回転電機の出力が要求出力に一致するようにスイッチング動作を制御する制御装置をさらに備える。第1の損失推定手段は、回転電機の出力と電力損失との関係を予め設定しており、設定した関係に基づいて要求出力に対応する電力損失を推定する。 Preferably, the electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of the vehicle. The cooling system further includes a control device that controls the switching operation so that the output of the rotating electrical machine matches the required output. The first loss estimation means presets the relationship between the output of the rotating electrical machine and the power loss, and estimates the power loss corresponding to the requested output based on the set relationship.
上記の冷却システムによれば、要求出力に基づいて冷却媒体の供給量が設定されるため、簡易に駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化とを両立させることができる。 According to the above cooling system, since the supply amount of the cooling medium is set based on the required output, it is possible to easily achieve both thermal protection of the drive circuit and power saving of the cooling device.
好ましくは、冷却システムは、駆動回路の入力電圧を検出する電圧センサをさらに備える。電力損失推定手段は、電圧センサが検出した入力電圧を用いて、第1の損失推定手段により推定された電力損失を補正する電力損失補正手段をさらに含む。供給量決定手段は、予め設定された電力損失と冷却媒体の供給量との関係に基づいて、補正された電力損失に対応する冷却媒体の供給量を決定する。 Preferably, the cooling system further includes a voltage sensor that detects an input voltage of the driving circuit. The power loss estimation means further includes power loss correction means for correcting the power loss estimated by the first loss estimation means using the input voltage detected by the voltage sensor. The supply amount determining means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the corrected power loss based on the relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、冷却媒体の供給量をより一層駆動回路の損失に適合させることができるため、冷却装置の消費電力をさらに低減することができる。 According to the above cooling system, the supply amount of the cooling medium can be further adapted to the loss of the drive circuit, so that the power consumption of the cooling device can be further reduced.
好ましくは、電気負荷は、車両の駆動力を発生する回転電機である。冷却システムは、回転電機に対する要求出力に基づいて電流指令を生成するとともに、回転電機の駆動電流が電流指令に一致するようにスイッチング動作を制御する制御装置と、駆動電流を検出する電流センサとをさらに備える。電力損失推定手段は、駆動電流から電力損失を推定する第2の損失推定手段を含む。第2の損失推定手段は、駆動電流と電力損失との関係を予め設定しており、設定した関係に基づいて、検出された駆動電流に対応する電力損失を推定する。供給量決定手段は、予め設定された電力損失と冷却媒体の供給量との関係に基づいて、推定された電力損失に対応する冷却媒体の供給量を決定する。 Preferably, the electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of the vehicle. The cooling system generates a current command based on a required output to the rotating electrical machine, and includes a control device that controls the switching operation so that the driving current of the rotating electrical machine matches the current command, and a current sensor that detects the driving current. Further prepare. The power loss estimation means includes second loss estimation means for estimating power loss from the drive current. The second loss estimation means presets the relationship between the drive current and the power loss, and estimates the power loss corresponding to the detected drive current based on the set relationship. The supply amount determining means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the estimated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、駆動電流に基づいて冷却媒体の供給量が設定されるため、冷却媒体の供給量をより一層駆動回路の損失に適合させることができる。そのため、冷却装置の消費電力をさらに低減することができる。 According to the above cooling system, since the supply amount of the cooling medium is set based on the drive current, the supply amount of the cooling medium can be further adapted to the loss of the drive circuit. Therefore, the power consumption of the cooling device can be further reduced.
好ましくは、電力損失推定手段は、駆動回路の入力電力および出力電力をそれぞれ演算するとともに、演算した入力電力および出力電力の差分から電力損失を算出する第3の損失推定手段を含む。供給量決定手段は、予め設定された電力損失と冷却媒体の供給量との関係に基づいて、算出された電力損失に対応する冷却媒体の供給量を決定する。 Preferably, the power loss estimation means includes third loss estimation means for calculating the input power and the output power of the drive circuit, respectively, and calculating the power loss from the difference between the calculated input power and output power. The supply amount determining means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the calculated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、電力損失の演算結果に基づいて冷却媒体の供給量が設定されるため、冷却媒体の供給量をより一層駆動回路の損失に適合させることができる。そのため、冷却装置の消費電力をさらに低減することができる。 According to the above cooling system, since the supply amount of the cooling medium is set based on the calculation result of the power loss, the supply amount of the cooling medium can be further adapted to the loss of the drive circuit. Therefore, the power consumption of the cooling device can be further reduced.
好ましくは、冷却装置は、冷却媒体を通流する冷媒路と、冷媒路に配設され、冷却媒体を冷却するラジエータと、電源から電力の供給を受けて回転駆動されて冷媒路に冷却媒体を循環させるポンプとを含む。冷却制御装置は、決定された冷却媒体の供給量に応じてポンプの吐出量を制御する。 Preferably, the cooling device is provided with a refrigerant path through which the cooling medium flows, a radiator that cools the cooling medium, and a rotational drive driven by power supplied from the power source to supply the cooling medium to the refrigerant path. And a circulating pump. The cooling control device controls the discharge amount of the pump according to the determined supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、駆動回路の電力損失に応じてポンプの吐出量を可変としたことにより、駆動回路の冷却に必要な冷却能力を確保しながら、ポンプの消費電力を低減することができる。 According to the above cooling system, by making the pump discharge amount variable according to the power loss of the drive circuit, it is possible to reduce the power consumption of the pump while ensuring the cooling capacity necessary for cooling the drive circuit. it can.
好ましくは、冷却装置は、冷却媒体を通流する冷媒路と、冷媒路に配設され、冷却媒体を冷却するラジエータと、電源から電力の供給を受けて回転駆動されて冷媒路に冷却媒体を循環させるポンプと、ポンプと駆動回路との間の冷媒路に配設され、開弁量に応じて冷却媒体の少なくとも一部を駆動回路に通流させるための流量制御弁とを含む。冷却制御装置は、決定された冷却媒体の供給量に応じて開弁量を制御する。 Preferably, the cooling device is provided with a refrigerant path through which the cooling medium flows, a radiator that cools the cooling medium, and a rotational drive driven by power supplied from the power source to supply the cooling medium to the refrigerant path. It includes a pump to be circulated, and a flow rate control valve that is disposed in a refrigerant path between the pump and the drive circuit and allows at least a part of the cooling medium to flow through the drive circuit in accordance with the valve opening amount. The cooling control device controls the valve opening amount in accordance with the determined supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、駆動回路の電力損失に応じて駆動回路を通流する冷却媒体の流量を可変としたことにより、冷却装置における圧力損失を低減してポンプの省電力化を図ることができる。 According to the above cooling system, the flow rate of the cooling medium flowing through the drive circuit is made variable according to the power loss of the drive circuit, thereby reducing the pressure loss in the cooling device and saving the power of the pump. Can do.
好ましくは、冷却装置は、ラジエータに冷却空気を供給するためのファンをさらに含む。冷却制御装置は、推定した電力損失に基づいて冷却空気の供給量を制御する。 Preferably, the cooling device further includes a fan for supplying cooling air to the radiator. The cooling control device controls the supply amount of the cooling air based on the estimated power loss.
上記の冷却システムによれば、駆動回路からの受熱量とラジエータからの放熱量とを等しくすることができるため、冷却媒体の供給量の増加に応じて適切に冷却能力を高めることができる。 According to the above cooling system, the amount of heat received from the drive circuit and the amount of heat released from the radiator can be made equal, so that the cooling capacity can be appropriately increased according to the increase in the amount of cooling medium supplied.
好ましくは、冷却装置は、圧縮機、凝縮器、減圧機、および蒸発器を有して構成された冷凍サイクルを含む。冷却制御装置は、決定された冷却媒体の供給量に応じて圧縮機の吐出量を制御する。 Preferably, the cooling device includes a refrigeration cycle configured with a compressor, a condenser, a decompressor, and an evaporator. The cooling control device controls the discharge amount of the compressor according to the determined supply amount of the cooling medium.
上記の冷却システムによれば、冷凍サイクルから構成された冷却システムにおいて、駆動回路の電力損失に応じて圧縮機の吐出量を可変としたことにより、駆動回路の冷却に必要な冷却能力を確保しながら冷却システムの消費電力を低減することができる。 According to the above cooling system, in the cooling system composed of the refrigeration cycle, the cooling capacity necessary for cooling the drive circuit is ensured by making the discharge amount of the compressor variable according to the power loss of the drive circuit. However, the power consumption of the cooling system can be reduced.
好ましくは、冷却装置は、凝縮器に冷却空気を供給するためのファンをさらに含む。冷却制御装置は、推定した電力損失に基づいて冷却空気の供給量を制御する。 Preferably, the cooling device further includes a fan for supplying cooling air to the condenser. The cooling control device controls the supply amount of the cooling air based on the estimated power loss.
上記の冷却システムによれば、駆動回路からの受熱量と凝縮器からの放熱量とを等しくすることができるため、冷却媒体の供給量の増加に応じて適切に冷却能力を高めることができる。 According to the above cooling system, the amount of heat received from the drive circuit and the amount of heat released from the condenser can be made equal, so that the cooling capacity can be appropriately increased according to the increase in the amount of cooling medium supplied.
好ましくは、冷却媒体は、スイッチング素子の動作温度よりも低い沸点を有する。冷却装置は、冷却媒体をスイッチング素子が固着された冷却板に衝突させて沸騰により駆動回路を冷却する。 Preferably, the cooling medium has a boiling point lower than the operating temperature of the switching element. The cooling device causes the cooling medium to collide with the cooling plate to which the switching element is fixed and cools the drive circuit by boiling.
上記の冷却システムによれば、冷却装置に沸騰冷却を採用したことにより、消費電力を抑えながら、スイッチング素子の動作温度が冷却媒体の沸点よりも高い駆動回路を効率良く冷却することができる。 According to the above cooling system, by adopting boiling cooling for the cooling device, it is possible to efficiently cool the drive circuit in which the operating temperature of the switching element is higher than the boiling point of the cooling medium while suppressing power consumption.
好ましくは、スイッチング素子は、シリコンカーバイドからなるパワー素子である。
上記の冷却システムによれば、冷却装置に沸騰冷却を採用したことにより、冷却装置の消費電力を抑えながら、駆動回路を効率良く冷却することができる。
Preferably, the switching element is a power element made of silicon carbide.
According to the above cooling system, by adopting the boil cooling for the cooling device, the drive circuit can be efficiently cooled while suppressing the power consumption of the cooling device.
好ましくは、スイッチング素子は、窒化ガリウム系のパワー素子である。
上記の冷却システムによれば、冷却装置に沸騰冷却を採用したことにより、冷却装置の消費電力を抑えながら、駆動回路を効率良く冷却することができる。
Preferably, the switching element is a gallium nitride power element.
According to the above cooling system, by adopting boiling cooling for the cooling device, the drive circuit can be efficiently cooled while suppressing the power consumption of the cooling device.
この発明によれば、車両は、上述した冷却システムのいずれか1つを備える。
上記の車両によれば、冷却システムが省電力化されることにより、燃費の向上を実現することができる。
According to the present invention, the vehicle includes any one of the cooling systems described above.
According to the above vehicle, the fuel consumption can be improved by reducing the power consumption of the cooling system.
この発明によれば、駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能となる。その結果、この発明による冷却システムを搭載した車両の燃費を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to achieve both thermal protection of the drive circuit and power saving of the cooling device. As a result, the fuel efficiency of a vehicle equipped with the cooling system according to the present invention can be improved.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による冷却システムを概念的に示すブロック図である。
[Embodiment 1]
1 is a block diagram conceptually showing a cooling system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1を参照して、冷却システムは、ラジエータ(放熱器)50と、冷媒路51と、交流モータの駆動制御を行なうインバータ14と、蒸発器54と、ラジエータ50と、電動ポンプ(以下、ポンプと略す)60と、気液分離器52と、電動ファン(以下、ファンと略す)70とを含む。
Referring to FIG. 1, a cooling system includes a radiator (radiator) 50, a
ポンプ60は、不凍液などの冷媒を循環させるためのポンプであって、図示される矢印の方向に冷媒を循環させる。
The
蒸発器54は、ポンプ60から吐出された液相冷媒とインバータ14とを熱交換させて、インバータ14から発生する熱を受熱してインバータ14を冷却する。
The
ラジエータ50は、蒸発器54から流出した冷媒を冷媒路51から受け、その受けた冷媒をファン70を用いて冷却する。気液分離器52は、ラジエータ50の下流側に設けられ、冷媒を液相と気相とに分離し、液相の冷媒だけをポンプ60の上流側に送り込む。
The
制御装置40は、後述する方法によりトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて、インバータ14を駆動制御するための信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
また、制御装置40は、後述する方法によりポンプ60の吐出量を制御するための信号PDRを生成し、その生成した信号PDRをポンプ60へ出力する。
Further, the
さらに、制御装置40は、後述する方法によりファン70の冷却空気の供給量を制御するための信号FDRを生成し、その生成した信号FDRをファン70へ出力する。
Furthermore, the
図2は、図1の冷却システムの状態線図(T−S線図)である。図中の点1〜4は、図1の冷却システムにおける冷媒の状態点を示している。 FIG. 2 is a state diagram (TS diagram) of the cooling system of FIG. 1. Points 1 to 4 in the figure indicate refrigerant state points in the cooling system of FIG. 1.
図2を参照して、熱の授受は、等温変化1−2と等温変化2−3とで行なわれる。具体的には、点1−2間の等温変化は、蒸発器54におけるインバータ14と冷媒との間の熱交換を示している。このとき冷媒は、図中の矢印で示す熱量(入熱量)Q1をインバータ14から受熱する。
Referring to FIG. 2, heat is exchanged by isothermal change 1-2 and isothermal change 2-3. Specifically, the isothermal change between points 1-2 indicates heat exchange between the
また、点2−3間の等温変化は、ラジエータ50における冷媒と冷却空気との間の熱交換を示している。このとき、冷媒は図中の矢印で示す熱量(出熱量)Q2を冷却空気に放熱する。
Further, the isothermal change between the points 2-3 indicates heat exchange between the refrigerant and the cooling air in the
そして、この入熱量Q1と出熱量Q2とを等しくすることにより、冷媒の作動圧力Pが略一定に保たれる。すなわち、冷媒の温度Tを略一定に保つことができる。 And the operating pressure P of a refrigerant | coolant is kept substantially constant by making this heat input Q1 and the heat output Q2 equal. That is, the refrigerant temperature T can be kept substantially constant.
図3は、図1の冷却システムが適用されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
図3を参照して、モータ駆動装置は、バッテリBと、交流モータM1の制御を行なうパワー制御ユニット21と、制御装置40とを備える。
FIG. 3 is a schematic block diagram of a motor drive device to which the cooling system of FIG. 1 is applied.
Referring to FIG. 3, the motor drive device includes a battery B, a power control unit 21 that controls AC motor M <b> 1, and a
交流モータM1は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータM1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなモータである。 AC motor M1 is a drive motor for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Further, AC motor M1 is a motor that has a function of a generator driven by an engine and operates as an electric motor for the engine and can start the engine, for example.
パワー制御ユニット21は、昇圧コンバータ12と、コンデンサC2と、インバータ14とを含む。
Power control unit 21 includes
昇圧コンバータ12は、リアクトルL1と、NPNトランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端はバッテリBの電源ラインに接続され、他方端はNPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ2との中間点に接続される。NPNトランジスタQ1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタQ1のコレクタは電源ラインに接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタはアースラインに接続される。また、各NPNトランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ接続されている。
コンデンサC2は、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ14に対しての影響を低減する。電圧センサ13は、コンデンサC2の両端の電圧Vm(すなわち、インバータ14の入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した電圧Vmを制御装置40へ出力する。
The capacitor C2 is connected between the power supply line and the ground line, and reduces the influence on the
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とからなる。U相アーム15、V相アーム16およびW相アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
U相アーム15は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4からなる。V相アーム16は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6からなる。W相アーム17は、直列接続されたNPNトランジスタQ7,Q8からなる。また、各NPNトランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
なお、本実施の形態において、昇圧コンバータ12およびインバータ14を構成するNPNトランジスタQ1〜Q8およびダイオードD1〜D8は、たとえばシリコンカーバイド(SiC)からなる。SiCパワー素子は、近年注目を浴びているパワー半導体素子であって、従来のSi系パワー素子と比較して禁制帯幅や熱伝導度が大きく、高耐電圧、高耐熱性、低損失、低オン抵抗などの特性を備えており、自動車エレクトロニクスに要求される多くの特性を備えている。
In the present embodiment, NPN transistors Q1-Q8 and diodes D1-D8
各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。U相コイルの他端がNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。 An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M1. In other words, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to the midpoint. The other end of the U-phase coil is at the midpoint of NPN transistors Q3 and Q4, the other end of the V-phase coil is at the midpoint of NPN transistors Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil is at the midpoint of NPN transistors Q7 and Q8. Each is connected.
バッテリBは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池や燃料電池などが適用される。また、バッテリBに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いてもよい。電圧センサ10は、バッテリBから出力される直流電圧Vbを検出し、その検出した直流電圧Vbを制御装置40へ出力する。
As the battery B, a secondary battery such as nickel hydride or lithium ion, a fuel cell, or the like is applied. Further, as a power storage device replacing battery B, a large-capacity capacitor such as an electric double layer capacitor may be used.
昇圧コンバータ12は、バッテリBから直流電圧Vbが供給されると、制御装置40からの信号PWMCによってNPNトランジスタQ2がオンされた期間に応じて直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2へ供給する。
When DC voltage Vb is supplied from battery B, boost
また、昇圧コンバータ12は、制御装置40から信号PWMCを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14から供給された直流電圧を降圧してバッテリBを充電する。
When
インバータ14は、バッテリBから直流電圧が供給されると、制御装置40からの信号PWMIに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。
When the DC voltage is supplied from the battery B, the
また、インバータ14は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置40からの信号PWMIに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をバッテリBへ供給する。
Further, the
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速(または加速を中止)させることを含む。 Note that regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver operating the hybrid vehicle or electric vehicle performs footbrake operation, or while not operating the footbrake, Including decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while regenerating power.
電流センサ24は、交流モータM1に流れるモータ電流Iv,Iwを検出し、その検出したモータ電流Iv,Iwを制御装置40へ出力する。なお、図1においては、電流センサ24は、2個しか示されていない。これは、交流モータM1が3相モータの場合、2つの相に流れるモータ電流Iv,Iwを検出すれば、その検出されたモータ電流Iv,Iwに基づいて残りの相に流れるモータ電流Iuを演算できるからである。したがって、3相の各々に流れるモータ電流Iu,Iv,Iwを独自に検出する場合、3個の電流センサ24を設けてもよい。
レゾルバ30は、交流モータM1の回転軸に取り付けられており、交流モータM1の回転子の回転角度θを検出して制御装置40へ出力する。
The
制御装置40は、図示しない外部ECU(Electric Control Unit)からトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受け、電圧センサ13から出力電圧Vmを受け、電流センサ24からモータ電流Iv,Iwを受け、レゾルバ30から回転角度θを受ける。制御装置40は、出力電圧Vm、トルク指令値TR、モータ電流Iv,Iwおよび回転角度θに基づいて、後述する方法によりインバータ14が交流モータM1を駆動するときにインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
また、制御装置40は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、出力電圧Vm、トルク指令値TRおよびモータ電流Iv,Iwに基づいて、交流モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
Further, the
さらに、制御装置40は、インバータ14が交流モータM1を駆動するとき、直流電圧Vb、出力電圧Vm、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチング制御するための信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Furthermore, when
以上の構成からなるモータ駆動装置において、インバータ14は、スイッチング素子から発生する熱損失による温度上昇を抑えるために、図1に示した冷却システムにより冷却される。このとき、スイッチング素子を構成するSiCパワー素子は、従来のSi系パワー素子の動作温度上限が150℃程度であるのに対して、動作温度が400℃程度まで上昇することから、以下に示すように、高い冷却性能を備えた沸騰冷却が適用される。
In the motor drive device configured as described above, the
図4は、インバータを構成するNPNトランジスタの冷却構造を説明するための断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the cooling structure of the NPN transistor constituting the inverter.
図4を参照して、放熱板86は、シリコングリス88を介してヒートシンク90上に配置される。絶縁基板82は、窒化アルミニウム822と、アルミニウム820,824とからなる。アルミニウム820は、窒化アルミニウム822の一主面に設置され、アルミニウム824は、窒化アルミニウム822の一主面の反対面に設置される。
Referring to FIG. 4,
絶縁基板82は、アルミニウム824が半田84によって放熱板86に接着されることによって放熱板86に固着される。NPNトランジスタQ3は、半田80によってアルミニウム820に接着されることによって絶縁基板82に固着される。ワイヤWLは、NPNトランジスタQ3に接続される。
The insulating
その他のNPNトランジスタおよびダイオードも、NPNトランジスタQ3と同じように図4に示す態様で基板(絶縁基板82および放熱板86)に固着される。
Other NPN transistors and diodes are also fixed to the substrate (insulating
ヒートシンク90および板状体92,94は、図1に示した蒸発器54を構成する。
詳細には、ヒートシンク90の下面と板状体94との間には、冷却水が通流するための冷媒路が設けられる。冷媒路は、複数の貫通孔96が形成された板状体92によって上下方向に二分割されている。分割された冷媒路のうちの下側に位置する第1の冷媒路には、図示しないポンプ60から吐出された液相の冷媒が導入される。
The
Specifically, a refrigerant path for allowing cooling water to flow is provided between the lower surface of the
そして、第1の冷媒路内に導入された冷媒は、図中の矢印で示すように、第1の冷媒路を通流しながら、貫通孔96を通って上側に位置する第2の冷媒路へ流れ込む。 Then, the refrigerant introduced into the first refrigerant path flows through the first refrigerant path to the second refrigerant path located on the upper side while flowing through the first refrigerant path, as indicated by an arrow in the figure. Flows in.
第2の冷媒路では、貫通孔96を通った冷媒がヒートシンク90の下面に衝突すると、その流れ方向を90°変えてヒートシンク90の平面上を放射状に流れるが、この際、ヒートシンク90から受熱して加熱され、気泡を発生しながら下流側へと流れる。この気泡を含む冷媒は、冷媒路51に導出された後、冷媒路51を経てラジエータ50に戻される。
In the second refrigerant path, when the refrigerant that has passed through the through
なお、本実施の形態においては、冷却システムに沸騰冷却を採用した場合について説明するが、この発明の適用範囲は、沸騰冷却に限定されるものではなく、冷媒により冷却する冷却システム全般を含むものである。 In the present embodiment, a case where boiling cooling is employed in the cooling system will be described. However, the scope of application of the present invention is not limited to boiling cooling, but includes all cooling systems that are cooled by a refrigerant. .
次に、こうして構成された本発明の実施の形態による冷却システムにおけるポンプ60およびファン70の駆動制御について説明する。
Next, drive control of the
図5は、図1における制御装置40の機能ブロック図である。
図5を参照して、制御装置40は、インバータ制御回路と、図示しないコンバータ制御回路と、ポンプ60を駆動制御するポンプ駆動制御部430と、ファン70を駆動制御するファン駆動制御部440とを含む。
FIG. 5 is a functional block diagram of the
Referring to FIG. 5,
インバータ制御回路は、電流指令変換部410と、減算器412,414と、PI制御部416,418と、2相/3相変換部420と、PWM生成部422と、3相/2相変換部424とからなる。なお、図4では、インバータ制御回路にPWM制御を適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、矩形波制御を適用した構成としても良い。
The inverter control circuit includes a current
3相/2相変換部424は、2個の電流センサ24,24からモータ電流Iv,Iwを受ける、そして、3相/2相変換部424は、モータ電流Iv,Iwに基づいてモータ電流Iu=−Iv−Iwを演算する。
The three-phase / two-
さらに、3相/2相変換部424は、モータ電流Iu,Iv,Iwをレゾルバ30かららの回転角度θを用いて三相二相変換する。つまり、3相/2相変換部424は、交流モータM1の3相コイルの各相に流れる3相のモータ電流Iu,Iv,Iwを、回転角度θを用いてd軸およびq軸に流れる電流値Id,Iqに変換する。そして、3相/2相変換部424は、演算した電流値Idを減算器412へ出力し、演算した電流値Iqを減算器414へ出力する。
Further, the three-phase / two-
電流指令変換部410は、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受け、電圧センサ13から電圧Vmを受ける。そして、電流指令変換部410は、トルク指令値TR、モータ回転数MRNおよび電圧Vmに基づいて、トルク指令値TRによって指定された要求トルクを出力するための電流指令Id*,Iq*を生成し、その生成した電流指令Id*,Iq*を減算器412,414へそれぞれ出力する。
Current
減算器412は、電流指令変換部410から電流指令Id*を受け、3相/2相変換部424から電流値Idを受ける。そして、減算器412は、電流指令Id*と電流値Idとの偏差(=Id*−Id)を演算し、その演算した偏差をPI制御部416へ出力する。また、減算器414は、電流指令変換部410から電流指令Iq*を受け、3相/2相変換部424から電流値Iqを受ける。そして、減算器414は、電流指令Iq*と電流値Iqとの偏差(=Iq*−Iq)を演算し、その演算した偏差をPI制御部418へ出力する。
Subtractor 412 receives current command Id * from current
PI制御部416,418は、それぞれ、偏差Id*−Id,Iq*−Iqに対してPIゲインを用いてモータ電流調整用の電圧操作量Vd,Vqを演算し、その演算した電圧操作量Vd,Vqを2相/3相変換部420へ出力する。
The
2相/3相変換部420は、PI制御部416,418からの電圧操作量Vd,Vqをレゾルバ30からの回転角度θを用いて二相三相変換する。つまり、2相/3相変換部420は、d軸およびq軸に印加する電圧操作量Vd,Vqを、回転角度θを用いて交流モータM1の3相コイルに印加する電圧操作量Vu,Vv,Vwに変換する。そして、2相/3相変換部420は、電圧操作量Vu,Vv,VwをPWM生成部422へ出力する。
The two-phase / three-
PWM生成部422は、電圧操作量Vu,Vv,Vwと、電圧センサ13からの電圧Vmとに基づいて信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
The
以上のように、インバータ制御回路は、交流モータM1の要求トルク(トルク指令値TRに相当)を、交流モータM1のd軸成分とq軸成分との電流指令Id*,Iq*に変換し、実際の電流値Id,Iqがこれらの電流指令と一致するようにPI制御によってフィードバックをかける、いわゆる電流制御を採用する。 As described above, the inverter control circuit converts the required torque of AC motor M1 (corresponding to torque command value TR) into current commands Id * and Iq * of the d-axis component and q-axis component of AC motor M1, So-called current control is employed in which feedback is performed by PI control so that the actual current values Id and Iq coincide with these current commands.
なお、トルク指令値TRは、外部ECUに設けられたトルク指令演算部400によって設定される。詳細には、トルク指令演算部400において、まず車両のアクセル開度ACCおよび車速より車両要求パワーが計算され、この車両要求パワーを満足するためのモータ要求パワーが決定される。たとえば、ハイブリッド車両では、エンジン出力パワーおよびモータ出力パワーの和によって車両要求パワーを確保するので、エンジン効率を優先してエンジン出力パワーを決定した後に、車両要求パワーから当該エンジン出力パワーを差し引くことによってモータ要求パワーが決定される。そして、この決定されたモータ要求パワーを主としてバッテリBの充電量等を勘案した上で、モータ回転数MRNを考慮してモータの要求トルク(トルク指令値TR)が算出される。 The torque command value TR is set by a torque command calculation unit 400 provided in the external ECU. Specifically, the torque command calculation unit 400 first calculates the vehicle required power from the accelerator opening ACC of the vehicle and the vehicle speed, and determines the motor required power to satisfy the vehicle required power. For example, in a hybrid vehicle, the vehicle required power is secured by the sum of the engine output power and the motor output power. Therefore, after determining the engine output power with priority on engine efficiency, the engine output power is subtracted from the vehicle required power. The required motor power is determined. Then, the motor required torque (torque command value TR) is calculated in consideration of the motor rotational speed MRN with the determined motor required power mainly taking into account the charge amount of the battery B and the like.
ここで、上述した電流制御においては、フィードバック制御された電流がインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8を通過することにより、各NPNトランジスタには損失が発生する。この損失は、通過電流の二乗に略比例することから、交流モータM1のトルク指令値TRが大きくなるに従って、NPNトランジスタQ3〜Q8に発生する損失が増加することになる。
Here, in the current control described above, a loss occurs in each NPN transistor when the feedback-controlled current passes through the NPN transistors Q3 to Q8 of the
そして、インバータ14に発生する損失(発熱量)が増加すれば、これに追従して冷却システムの冷却能力を高めることが必要とされる。特に、交流モータM1の要求トルクの急激な変動に応じてインバータ14の損失が急増した場合においては、早急に冷却能力を高める必要が生じる。
And if the loss (heat generation amount) generated in the
冷却システムの制御応答性を確保するためには、インバータ14の損失が最大となるときに要求される冷却能力に固定して冷却システムを駆動する方法が挙げられる。しかしながら、かかる方法は、冷媒路を循環する冷媒の流量が最大流量付近に固定されることから、ポンプ60には大きな駆動力を連続的に与える必要がある。これは、冷却システムの消費電力を無駄に増加させることになるため、モータ駆動装置を搭載した車両においては、燃費を低下させる要因となる。
In order to ensure the control response of the cooling system, there is a method of driving the cooling system while fixing the cooling capacity required when the loss of the
そこで、この発明による冷却システムは、交流モータM1の駆動制御時にインバータ14に発生する損失を推定し、その推定した損失に応じて冷媒路51を通流する冷媒の流量を可変制御する構成とする。
Therefore, the cooling system according to the present invention is configured to estimate the loss generated in the
さらに、冷媒が受熱したインバータ14からの発熱を効率良く冷却空気に放熱して冷媒温度を下げるために、上記の推定したインバータ14の損失に応じて、ラジエータ50に設けられたファン70からの冷却空気の供給量を可変制御する構成とする。
Further, in order to efficiently dissipate the heat generated from the
これによれば、冷媒流量が増加した場合には、ファン70からの冷却空気の供給量も増加することとなる。すなわち、冷媒流量の増加によってインバータからの除熱能力が増大したことに伴ない、ラジエータ50からの放熱能力も増大する。
According to this, when the refrigerant flow rate increases, the supply amount of cooling air from the
これは、図2の状態線図で示される入熱量Q1と出熱量Q2とがアンバランスになることによって冷却システムの作動圧力Pおよび作動温度T1が上昇するのを回避する趣旨である。冷却システムの作動圧力Pおよび作動温度T1の上昇は、インバータ14からの除熱能力自体が冷媒流量の増加によっても殆ど増大しなくなるという不具合に繋がる。
This is to avoid the operating pressure P and operating temperature T1 of the cooling system from increasing due to the unbalanced amount of heat input Q1 and amount of heat output Q2 shown in the state diagram of FIG. The increase in the operating pressure P and the operating temperature T1 of the cooling system leads to a problem that the heat removal capability itself from the
したがって、この発明によれば、冷却システムの冷却能力を、インバータ14の温度上昇に追随して高めることができる。その結果、高温時におけるインバータ14の熱的保護を確実に行なうことができる一方で、低温時において消費電力が無駄に増加するのを防止することができる。この結果、冷却システムを省電力化でき、車両の燃費を向上することができる。
Therefore, according to the present invention, the cooling capacity of the cooling system can be increased following the temperature increase of the
[インバータの損失推定手段の説明]
インバータ14の損失を推定する手段については、本実施の形態では、交流モータM1に対する要求パワーに基づいて損失を推定する構成を採用する。これによれば、要求パワーの急増による急激な温度上昇が予想されるインバータ14に対して応答性良く冷媒を供給することができる。したがって、インバータ14を確実に過熱から保護することができる。
[Explanation of inverter loss estimation means]
As a means for estimating the loss of the
具体的には、図5の制御装置40において、ポンプ駆動制御部430は、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ(図示せず)にて検出されたアクセル開度ACCに基づいてインバータ14の損失を推定する。
Specifically, in the
図5において、インバータ制御回路に与えられるトルク指令値TRは、上述したように、外部ECU(例えばハイブリッドECU)のトルク指令演算部400において、アクセル開度センサからのアクセル開度ACCを主として、バッテリBの充電量などを総合的に勘案して決定される。このとき、決定されたトルク指令値TRは、アクセル開度ACCの増加に略比例するように増加する。そして、インバータ制御回路は、外部ECUからトルク指令値TRを受けると、上述した方法によってトルク指令値TRを電流指令Id*,Iq*に変換し、その変換した電流指令Id*,Iq*に従って電流制御を実行する。 In FIG. 5, as described above, the torque command value TR given to the inverter control circuit is based on the accelerator opening ACC from the accelerator opening sensor in the torque command calculation unit 400 of the external ECU (for example, a hybrid ECU). It is determined by comprehensively considering the charge amount of B and the like. At this time, the determined torque command value TR increases so as to be substantially proportional to the increase in the accelerator opening ACC. When receiving the torque command value TR from the external ECU, the inverter control circuit converts the torque command value TR into the current commands Id * and Iq * by the method described above, and the current according to the converted current commands Id * and Iq *. Execute control.
このとき、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8には、電流指令Id*,Iq*に略一致したモータ電流の二乗に比例した損失が発生する。すなわち、インバータ14に発生する損失とアクセル開度ACCとの間には、図6に示すような一対一の対応関係が成り立つことから、アクセル開度ACCに基づいてインバータ14の損失を推定することが可能となる。
At this time, the NPN transistors Q3 to Q8 of the
そこで、ポンプ駆動制御部430は、図6に示すアクセル開度ACCとインバータ14の損失との関係に基づいてアクセル開度ACCと目標流量Q*との関係を予め設定しておき、この設定した関係に基づいて目標流量Q*の設定を行なうものとする。
Therefore, the pump drive control unit 430 presets the relationship between the accelerator opening ACC and the target flow rate Q * based on the relationship between the accelerator opening ACC and the loss of the
図7は、アクセル開度ACCと目標流量Q*および目標風量F*との関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the accelerator opening ACC, the target flow rate Q *, and the target air volume F *.
図7のラインLN1を参照して、目標流量Q*は、アクセル開度ACCが高くなるに従って増加するように設定される。詳細には、あるアクセル開度A1%に対応する目標流量Q1は、一例として、当該アクセル開度A1%に対応するトルク指令値TRを基に決定された電流指令Id*,Iq*と一致するように電流制御されたモータ電流Id,Iqがインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8を流れたときに単位時間当りに発生するインバータ14の損失を推定し、その推定したインバータ14の損失に対して、目標流量Q1に相当する冷媒を循環させたときの単位時間当たりの放熱可能量が上回るように設定される。
Referring to line LN1 in FIG. 7, target flow rate Q * is set to increase as accelerator opening ACC increases. Specifically, the target flow rate Q1 corresponding to a certain accelerator opening A1%, for example, coincides with current commands Id * and Iq * determined based on the torque command value TR corresponding to the accelerator opening A1%. Thus, the loss of the
そして、ポンプ駆動制御部430は、図7のラインLN1に示されるアクセル開度ACCと目標流量Q*との関係を予め目標流量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、アクセル開度ACCが与えられると、目標流量設定用マップから対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する。そして、ポンプ駆動制御部430は、ポンプ60の吐出量が設定した目標流量Q*と一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する。ポンプ60は、ポンプ駆動制御部430からの信号PDRに応じて回転数が制御され、目標流量Q*に一致した流量の冷媒を冷媒路51に循環させる。
Then, the pump drive control unit 430 stores the relationship between the accelerator opening degree ACC and the target flow rate Q * indicated by the line LN1 in FIG. 7 in advance in a storage area (not shown) as a target flow rate setting map. When ACC is given, the corresponding flow rate is extracted from the target flow rate setting map and set as the target flow rate Q *. Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
さらに、ファン駆動制御部440においても、ポンプ駆動制御部430と同様に、図7のラインLN2に示すアクセル開度ACCと目標風量F*との関係が予め設定され、目標風量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納される。なお、当該関係において、あるアクセル開度A1%に対応する目標風量F1は、冷媒から冷却空気に放熱される熱量(図2の出熱量Q2に相当)が、当該アクセル開度A1%に基づいて推定されるインバータ14の損失相当であって、インバータ14から冷媒が受熱する熱量(図2の入熱量Q1)と略等しくなるように設定される。
Further, in the fan drive control unit 440, similarly to the pump drive control unit 430, the relationship between the accelerator opening degree ACC and the target air volume F * shown in the line LN2 in FIG. 7 is set in advance and illustrated as a target air volume setting map. Not stored in the storage area. In this relation, the target air volume F1 corresponding to a certain accelerator opening A1% is based on the amount of heat radiated from the refrigerant to the cooling air (corresponding to the heat output Q2 in FIG. 2) based on the accelerator opening A1%. This is equivalent to the estimated loss of the
そして、ファン駆動制御部440は、アクセル開度ACCが与えられると、目標風量設定用マップから対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する。ファン駆動制御部440は、その設定した目標風量F*で冷却空気が供給されるようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する。ファン70はファン駆動制御部440からの信号FDRに応じて回転数が制御され、目標風量F*に一致した風量の冷却空気をラジエータ50に供給する。
Then, when the accelerator opening degree ACC is given, the fan drive control unit 440 extracts the corresponding air volume from the target air volume setting map and sets it as the target air volume F *. The fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
図8は、この発明の実施の形態1によるポンプ60およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart for illustrating drive control of
図8を参照して、ポンプ駆動制御部430は、アクセル開度センサからアクセル開度ACCを受けると(ステップS01)、予め記憶領域に格納している目標流量設定マップ(図7のラインLN1に相当)から与えられたアクセル開度ACCに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS02)。 Referring to FIG. 8, upon receiving accelerator opening ACC from the accelerator opening sensor (step S01), pump drive control unit 430 receives a target flow rate setting map (stored in line LN1 in FIG. 7) stored in advance in the storage area. The flow rate corresponding to the accelerator opening degree ACC given from (equivalent) is extracted and set as the target flow rate Q * (step S02).
また、ファン駆動制御部440は、予め記憶領域に格納している目標風量設定マップ(図7のラインLN2に相当)から与えられたアクセル開度ACCに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS03)。 The fan drive control unit 440 extracts the air volume corresponding to the accelerator opening ACC given from the target air volume setting map (corresponding to the line LN2 in FIG. 7) stored in advance in the storage area, and extracts the target air volume F *. (Step S03).
そして、ポンプ駆動制御部430は、ステップS02で設定した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する(ステップS04)。ポンプ60は、ポンプ駆動制御部430の信号PDRに応じて回転数が制御され、目標流量Q*に一致した流量の冷媒を吐出して冷媒路51に循環させる。
Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
ファン駆動制御部440は、ステップS03で設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS05)。ファン70は、ファン駆動制御部440からの信号FDRに応じて回転数が制御され、目標風量F*に一致した風量の冷却空気をラジエータ50に供給する。
The fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、交流モータの要求出力に基づいて冷媒の流量を可変制御することにより、交流モータの動作状態に応じて変化するインバータの損失に対して適切な流量の冷媒を応答性良く供給することができる。これにより、インバータ14の損失が最大となるときに要求される冷却能力に固定して冷却システムを駆動する従来の冷却システムに対して、冷却システムの省電力化を実現することができる。この結果、車両の燃費を向上することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, by variably controlling the flow rate of the refrigerant based on the required output of the AC motor, the inverter loss that changes in accordance with the operating state of the AC motor can be prevented. An appropriate flow rate of refrigerant can be supplied with good responsiveness. Thereby, it is possible to realize power saving of the cooling system as compared with the conventional cooling system that drives the cooling system while fixing the cooling capacity required when the loss of the
なお、インバータ14の損失を推定する手段は、上述したアクセル開度ACCに基づいて推定する構成の他にも、以下の変形例1〜4で開示される構成によっても行なうことができる。
The means for estimating the loss of the
[変形例1]
インバータ14の損失の推定は、以下に述べるように、交流モータM1の出力(トルク、回転数)とインバータ14の損失との関係を予め導出しておくことによっても行なうことができる。
[Modification 1]
The loss of the
これによれば、数%のばらつきを含むアクセル開度から一義的にインバータ14の損失を推定するのに対して、損失をより正確に推定することが可能となる。すなわち、推定した損失と実際にインバータ14の動作時に発生する損失とのずれをより小さくすることができる。この結果、インバータ14の損失に対して冷媒流量が過剰になるのを抑制でき、ポンプ60の消費電力をより一層低減することができる。
According to this, it is possible to estimate the loss more accurately while estimating the loss of the
図9は、交流モータM1の出力特性とインバータ14の損失との関係を示す図である。
図9を参照して、ラインLN3は、交流モータM1の出力トルクとモータ回転数MRNとの関係に相当する。交流モータM1のトルクは所定の回転数までは略一定であり、所定の回転数を超えると、モータ回転数MRNの増加に伴なって徐々に低下する。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the output characteristics of AC motor M1 and the loss of
Referring to FIG. 9, line LN3 corresponds to the relationship between output torque of AC motor M1 and motor rotational speed MRN. The torque of AC motor M1 is substantially constant up to a predetermined rotational speed, and when it exceeds the predetermined rotational speed, it gradually decreases as motor rotational speed MRN increases.
インバータ14の損失は、交流モータM1の出力(トルク×回転数)が相対的に高くなるに従って大きくなる傾向を示す。なお、図中に示すインバータ14の損失L1,L2,L3・・・は、予め交流モータM1の出力を変化させたときにインバータ14に発生する損失を実測または演算することにより得られたものである。そして、得られた損失に対応して目標流量Q*を適宜設定することにより、図10に示す関係が導かれる。
The loss of the
図10は、交流モータM1の出力特性と目標流量Q*との関係を示す図である。
図10を参照して、インバータ14の損失L1,L2,L3・・・に対応して目標流量Qa,Qb,Qc・・・が設定される。たとえば交流モータM1の動作状態が、出力トルクT1およびモータ回転数MRN1で特定される動作状態(図中の点Paに対応)のときには、インバータ14の損失は図9に示す関係からL1と推定される。この場合の目標流量Q*は、図10に示す関係からQaに設定される。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the output characteristics of AC motor M1 and target flow rate Q *.
Referring to FIG. 10, target flow rates Qa, Qb, Qc... Are set corresponding to the losses L1, L2, L3. For example, when the operating state of AC motor M1 is the operating state specified by output torque T1 and motor rotational speed MRN1 (corresponding to point Pa in the figure), the loss of
ポンプ駆動制御部430は、図10の交流モータM1の出力特性と目標流量Q*との関係を予め目標流量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、外部ECUから交流モータM1の要求出力として、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNが与えられると、目標流量設定用マップから要求出力に対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する。そして、ポンプ駆動制御部430は、その設定した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成し、その生成した信号PDRをポンプ60へ出力する。
The pump drive control unit 430 stores the relationship between the output characteristics of the AC motor M1 in FIG. 10 and the target flow rate Q * in advance in a storage area (not shown) as a target flow rate setting map, and requests the AC motor M1 from the external ECU. When the torque command value TR and the motor rotational speed MRN are given as outputs, the flow rate corresponding to the requested output is extracted from the target flow rate setting map and set as the target flow rate Q *. Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
なお、図示は省略するが、ファン駆動制御部440においても、図9の交流モータM1の出力特性とインバータ14の損失との関係に基づいて、交流モータM1の出力特性と目標風量F*との関係が予め設定されて記憶領域に格納される。そして、ファン駆動制御部440は、外部ECUからトルク指令値TRとモータ回転数MRNとが与えられると、目標風量設定用マップから要求出力に対応する風量を抽出して目標風量F*として設定するとともに、その設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する。
Although illustration is omitted, also in the fan drive control unit 440, based on the relationship between the output characteristic of the AC motor M1 and the loss of the
図11は、この発明の実施の形態1の変形例1によるポンプ60およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart for illustrating drive control of
図11を参照して、ポンプ駆動制御部430は、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受けると(ステップS11)、予め記憶領域に格納している目標流量設定用マップ(図10に相当)から与えられたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS12)。 Referring to FIG. 11, upon receiving torque command value TR and motor rotation speed MRN from an external ECU (step S11), pump drive control unit 430 receives a target flow rate setting map (FIG. 10) stored in advance in a storage area. The flow rate corresponding to the torque command value TR and the motor rotational speed MRN given from the above is extracted and set as the target flow rate Q * (step S12).
また、ファン駆動制御部440においても同様に、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受けると、予め記憶領域に格納している目標風量設定用マップから与えられたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS13)
そして、ポンプ駆動制御部430は、ステップS12で設定した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する(ステップS14)。ポンプ60はポンプ駆動制御部430の信号PDRに応じて回転数が制御され、目標流量Q*に一致した流量の冷媒を吐出して冷媒路51に循環させる。
Similarly, in fan drive control unit 440, when torque command value TR and motor rotational speed MRN are received from the external ECU, torque command value TR and the command value TR given from the target air volume setting map stored in the storage area in advance are stored. The air volume corresponding to the motor rotational speed MRN is extracted and set as the target air volume F * (step S13).
Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
さらに、ファン駆動制御部440は、ステップS13で設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS15)。ファン70は、ファン駆動制御部440からの信号FDRに応じて回転数が制御され、目標風量F*に一致した風量の冷却空気をラジエータ50に供給する。
Further, the fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
[変形例2]
図9で示した交流モータM1の出力特性とインバータ14の損失との関係は、予め設定されたインバータ14の入力電圧Vmと、その入力電圧Vmとトルク指令値TRとを用いて生成された電流指令Id*,Iq*とに基づいて求められたものである。
[Modification 2]
The relationship between the output characteristic of AC motor M1 and the loss of
そのため、交流モータM1がトルク指令値TRによって指定されたトルクを出力しているときであっても、インバータ14の入力電圧Vmの実際値が設定値と異なるときには、インバータ14に実際に発生している損失が、図9の関係から推定される損失とは異なる可能性が起こり得る。
Therefore, even when AC motor M1 outputs the torque specified by torque command value TR, when actual value of input voltage Vm of
例えば交流モータM1の出力が要求出力に一致している場合であっても、入力電圧Vmが設定値の半分であれば、インバータ14を通過する電流は、概ね設定値の2倍に上昇することとなる。この結果、インバータ14の損失は電流値の二乗に比例して増加するため、図9の関係から推定される損失の略4倍にまで増加する。この場合、インバータ14の損失の推定値に基づいて設定した目標流量Q*および目標風量F*では十分な冷却能力を得ることができない。
For example, even when the output of the AC motor M1 matches the required output, if the input voltage Vm is half of the set value, the current passing through the
そこで、本変形例は、図9の関係から導かれるインバータ14の損失を、インバータ14の入力電圧Vmの実測値に応じて補正する構成とする。
Therefore, in this modification, the loss of the
これによれば、上述した例の場合、電圧センサ13からの電圧Vmが設定値の半分であることに応じて、図9の関係からトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて求められるインバータ14の損失は、その略4倍の損失となるように補正される。このとき、補正された損失に見合った冷却能力を確保するためには、目標流量Q*を、図10に示す交流モータM1の出力特性と目標流量Q*との関係から導かれる流量の略4倍に補正して設定すれば良いことは明らかである。
According to this, in the case of the above-described example, the inverter obtained based on the torque command value TR and the motor rotational speed MRN from the relationship of FIG. 9 in response to the voltage Vm from the
したがって、ポンプ駆動制御部430は、外部ECUから交流モータM1の要求出力として、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNが与えられると、図10に示す目標流量設定用マップから要求出力に対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定するとともに、電圧センサ13からの電圧Vmの検出値と設定値との比rを求める。そして、この比rを用いて式(1)により設定した目標流量Q*を補正する。
Q*(補正値)=1/r2・Q*(設定値) ・・・(1)
そして、ポンプ駆動制御部430は、補正後の目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する。これにより、ポンプ60は、ポンプ駆動制御部430の信号PDRに応じて回転数が制御され、目標流量Q*に一致した流量の冷媒を吐出して冷媒路51に循環させる。
Therefore, when the torque command value TR and the motor rotation speed MRN are given as the requested output of the AC motor M1 from the external ECU, the pump drive control unit 430 has a flow rate corresponding to the requested output from the target flow rate setting map shown in FIG. Is extracted and set as the target flow rate Q *, and the ratio r between the detected value of the voltage Vm from the
Q * (correction value) = 1 / r 2 · Q * (setting value) (1)
Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
なお、かかる補正は、ファン駆動制御部440においても実行される。すなわち、ファン駆動制御部440は、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNが与えられると、予め設定された目標風量設定用マップから要求出力に対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する。そして、式(2)により設定した目標風量F*を、電圧センサ13からの電圧Vmの検出値と設定値との比rを用いて補正する。
F*(補正値)=1/r2・F*(設定値) ・・・(2)
そして、ファン駆動制御部440は、補正後の目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する。
Such correction is also executed in the fan drive control unit 440. That is, when the torque command value TR and the motor rotation speed MRN are given from the external ECU, the fan drive control unit 440 extracts the air volume corresponding to the requested output from the preset target air volume setting map, and the target air volume F *. Set as. Then, the target air volume F * set by the equation (2) is corrected using the ratio r between the detected value of the voltage Vm from the
F * (correction value) = 1 / r 2 · F * (setting value) (2)
Then, the fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
図12は、この発明の実施の形態1の変形例2によるポンプ60およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart for illustrating drive control of
図12を参照して、ポンプ駆動制御部430およびファン駆動制御部440は、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受け、電圧センサ13からインバータ14の入力電圧Vmを受ける(ステップS21)。そして、ポンプ駆動制御部430は、予め記憶領域に格納している目標流量設定用マップ(図10参照)から与えられたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS22)。
Referring to FIG. 12, pump drive control unit 430 and fan drive control unit 440 receive torque command value TR and motor rotational speed MRN from an external ECU, and input voltage Vm of
また、ファン駆動制御部440も同様に、予め記憶領域に格納している目標風量設定用マップから与えられたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS23)。 Similarly, the fan drive control unit 440 extracts the air flow corresponding to the torque command value TR and the motor rotational speed MRN given from the target air flow setting map stored in advance in the storage area, and sets it as the target air flow F *. Set (step S23).
次に、ポンプ駆動制御部430は電圧センサ13から与えられるインバータ14の入力電圧Vmと設定値との比rに応じて目標流量Q*を補正する。同様に、ファン駆動制御部440は、インバータ14の入力電圧Vmと設定値との比rに応じて目標風量F*を補正する(ステップS24)。
Next, the pump drive control unit 430 corrects the target flow rate Q * according to the ratio r between the input voltage Vm of the
ポンプ駆動制御部430は、ステップS24で補正した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する(ステップS25)。
The pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
また、ファン駆動制御部440は、ステップS24で補正した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS26)。
In addition, the fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
[変形例3]
以上に述べたように、この発明による冷却システムは、モータ駆動時にインバータ14に発生する損失を推定し、その推定した損失に応じてポンプ60の吐出量およびファン70の冷却空気供給量を可変制御する構成とする。
[Modification 3]
As described above, the cooling system according to the present invention estimates the loss generated in the
かかる構成において、インバータ14の損失の推定については、上述したように、モータの要求出力(アクセル開度またはトルク指令値およびモータ回転数)からインバータ14に発生し得る損失を推定することにより、実際のインバータの温度上昇に応じて冷媒の流量を制御するのと比較して、冷却能力の制御応答性を確保することができる。
In such a configuration, the loss of the
しかしながら、その一方で、推定した損失を実際の損失が上回った場合の冷却能力不足を未然に防ぐためには、一定のモータの要求出力においてインバータ14を通過し得る電流の最大値を見込んで損失を推定する必要が生じる。そのため、インバータ14の通過電流が最大値に満たないときには、却って冷却能力過剰となり、低消費電力という本発明の効果を十分に享受できない可能性がある。
However, on the other hand, in order to prevent the cooling capacity from being insufficient when the actual loss exceeds the estimated loss, the loss is expected in consideration of the maximum value of the current that can pass through the
そこで、本変形例による冷却システムは、さらなる省電力化の観点から、モータ駆動制御時のインバータ14の損失を演算し、その演算結果に応じてポンプ60の吐出量およびファン70の冷却空気供給量を可変制御する構成とする。これによれば、モータの要求出力からインバータ14の損失を推定する場合と比較して、実際にインバータ14に発生している損失に見合った流量の冷媒が常に冷媒路に供給されるため、冷却システムの消費電力をより一層低減することができる。
Accordingly, the cooling system according to the present modification calculates the loss of the
詳細には、ポンプ駆動制御部430は、交流モータM1の駆動時において、インバータ14の入力電力Pinおよび出力電力Poutをそれぞれ算出する。図13を参照して、制御装置40は、電圧センサ13からインバータ14の入力電圧Vmを受けるとともに、電流センサ20からインバータ14の入力電流Imを受ける。制御装置40におけるポンプ駆動制御部430は、これらの入力信号を式(3)に代入してインバータ14の入力電力Pinを演算する。
Pin=Im×Vm ・・・(3)
同様にして、ポンプ駆動制御部430は、電圧センサ18から交流モータM1のV相とW相との間の相間電圧Vvwを受け、電流センサ24からV相モータ電流Ivを受けると、式(4)によりインバータ14の出力電力Poutを演算する。
Pout=√3・Vvw×Ivcosφ ・・・(4)
ただし、cosφは力率である。
Specifically, pump drive control unit 430 calculates input power Pin and output power Pout of
Pin = Im × Vm (3)
Similarly, when the pump drive control unit 430 receives the interphase voltage Vvw between the V phase and the W phase of the AC motor M1 from the
Pout = √3 · Vvw × Ivcosφ (4)
Here, cos φ is a power factor.
次に、ポンプ駆動制御部430は、演算した入力電力Pinおよび出力電力Poutを式(5)に代入してインバータ14の損失Plossを求める。
Ploss=Pin−Pout ・・・(5)
そして、ポンプ駆動制御部430は、求めた損失Plossに基づいて目標流量Q*を設定する。このとき、ポンプ駆動制御部430は、損失Plossと目標流量Q*との関係を示すマップを予め記憶領域に格納しており、このマップの中から演算した損失Plossに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する。
Next, the pump drive control unit 430 obtains the loss Ploss of the
Ploss = Pin−Pout (5)
Then, the pump drive control unit 430 sets the target flow rate Q * based on the obtained loss Ploss. At this time, the pump drive control unit 430 stores a map indicating the relationship between the loss Ploss and the target flow rate Q * in the storage area in advance, and extracts a flow rate corresponding to the calculated loss Ploss from the map. Set as target flow rate Q *.
また、ファン駆動制御部440においても同様に、式(3)〜(5)に従って求めたインバータ損失Plossに基づいて目標風量F*を設定する。ファン駆動制御部440は、損失Plossと目標風量F*との関係を示すマップを予め記憶領域に格納しており、このマップの中から演算した損失Plossに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する。 Similarly, in fan drive control unit 440, target air volume F * is set based on inverter loss Ploss obtained according to equations (3) to (5). The fan drive control unit 440 stores in advance a map indicating the relationship between the loss Ploss and the target air volume F * in the storage area, extracts the air volume corresponding to the calculated loss Ploss from the map, and extracts the target air volume F. Set as *.
図14は、この発明の実施の形態1の変形例3によるポンプ60およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart for illustrating drive control of
図14を参照して、ポンプ駆動制御部430(およびファン駆動制御部440)は、交流モータM1の駆動制御時において、電圧センサ13からインバータ14の入力電圧Vmを受け、電流センサ20からインバータ14の入力電流Imを受けると(ステップS31)、これらの入力に基づいて上述した方法によりインバータ14の入力電力Pinを演算する(ステップS32)。
Referring to FIG. 14, pump drive control unit 430 (and fan drive control unit 440) receives input voltage Vm of
さらに、ポンプ駆動制御部430(およびファン駆動制御部440)は、電圧センサ18から相間電圧Vvwを受け、電流センサ24からモータ電流Ivを受けると(ステップS33)、これらの入力に基づいて上述した方法によりインバータ14の出力電力Poutを演算する(ステップS34)。そして、ステップS32,S34で得られた入力電力Pinおよび出力電力Poutからインバータ14の損失Plossを演算する(ステップS35)。
Further, when the pump drive control unit 430 (and the fan drive control unit 440) receives the interphase voltage Vvw from the
次に、ポンプ駆動制御部430は、予め記憶領域に格納している目標流量設定マップから損失Plossに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS36)。また、ファン駆動制御部440は、予め記憶領域に格納している目標風量設定マップから損失Plossに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS37)。 Next, the pump drive control unit 430 extracts the flow rate corresponding to the loss Ploss from the target flow rate setting map stored in advance in the storage area, and sets it as the target flow rate Q * (step S36). Further, the fan drive control unit 440 extracts the air volume corresponding to the loss Ploss from the target air volume setting map stored in advance in the storage area, and sets it as the target air volume F * (step S37).
ポンプ駆動制御部430は、ステップS36で設定した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する(ステップS38)。
The pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
また、ファン駆動制御部440は、ステップS37で設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS39)。
Further, the fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
[変形例4]
インバータ14の損失をより簡易に取得する方法としては、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8を通過する電流とインバータ14の損失との関係を予め導出しておき、当該関係に従って通過電流の検出値に対応する損失を求める方法が挙げられる。
[Modification 4]
As a method of obtaining the loss of the
この方法は、先の変更例3で示したインバータ14の損失を演算する方法と同様に、冷却能力をより一層インバータ14の損失に適合させることができるため、冷却システムの省電力化を高めることができる点で有効である。
Since this method can further adjust the cooling capacity to the loss of the
詳細には、ポンプ駆動制御部430およびファン駆動制御部440は、図15に示すインバータ14の出力電流(モータ電流)とインバータ14の損失との関係を予め設定しておき、この設定した関係に基づいてインバータ14の損失を求める。
Specifically, the pump drive control unit 430 and the fan drive control unit 440 set in advance a relationship between the output current (motor current) of the
ここで、インバータ14の出力電流と損失との間には、電流の大きさが同じ(たとえば電流値I1とする)であっても、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフするときのスイッチング周波数の高低によって発生する損失が異なるという関係が存在する。
Here, even when the output current of the
詳細には、スイッチング周波数が相対的に高いとき、たとえばインバータ14がPWM制御モードであるときには、スイッチング動作時に発生するスイッチング損失が増加するため、図15の点P10で示すように相対的に大きな損失が発生する。一方、スイッチング周波数が相対的に低いとき、たとえばインバータ14が矩形波制御モードであるときには、スイッチング損失が抑えられるため、図15の点P11で示すように相対的に小さい損失が発生する。
Specifically, when the switching frequency is relatively high, for example, when the
そのため、図15においては、スイッチング周波数による損失のばらつきを吸収するために、スイッチング周波数が最も高いときの損失(点P10に相当)を基準として出力電流と損失との関係が設定される。 Therefore, in FIG. 15, in order to absorb the variation in loss due to the switching frequency, the relationship between the output current and the loss is set based on the loss (corresponding to the point P10) when the switching frequency is the highest.
そして、ポンプ駆動制御部430は、図15で求めたインバータ14の出力電流とインバータ14の損失との関係に基づいてインバータ14の出力電流と目標流量Q*との関係を予め設定し、この設定した関係を目標流量設定用マップとして記憶領域に格納する。
Then, the pump drive control unit 430 presets the relationship between the output current of the
ファン駆動制御部440についても同様に、図15に示すインバータ14の出力電流とインバータ14の損失との関係に基づいてインバータ14の出力電流と目標風量F*との関係を予め設定し、この設定した関係を目標風量設定用マップとして記憶領域に格納する。
Similarly, for fan drive control unit 440, the relationship between the output current of
図16は、インバータ14の出力電流I1と目標流量Q*および目標風量F*との関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the output current I1 of the
図16のラインLN4を参照して、ある出力電流I1に対する目標流量Q1は、一例として、電流I1がインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8を流れたときに単位時間当りに発生するインバータ14の損失に対して、目標流量Q1に相当する冷媒を循環させたときの単位時間当たりの放熱可能量が上回るように設定される。
Referring to line LN4 in FIG. 16, target flow rate Q1 for an output current I1 is, for example, the loss of
また、図16のラインLN5を参照して、出力電流I1に対する目標風量F1は、冷媒から冷却空気に放熱される熱量(図2の出熱量Q2に相当)が、電流I1がインバータ14を流れたときに発生する損失相当であって、かつ、インバータ14から冷媒が受熱する熱量(図2の入熱量Q1)と略等しくなるように設定される。
Further, referring to line LN5 in FIG. 16, the target air volume F1 with respect to the output current I1 is the amount of heat radiated from the refrigerant to the cooling air (corresponding to the amount of heat output Q2 in FIG. 2), but the current I1 flows through the
図17は、この発明の実施の形態1の変形例4によるポンプ60およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 17 is a flowchart for illustrating drive control of
図17を参照して、ポンプ駆動制御部430は、交流モータM1の駆動制御時において、電流センサ24からモータ電流を受けると(ステップS41)、予め記憶領域に格納している目標流量設定用マップ(図16のラインLN4に相当)から与えられたモータ電流に対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS42)。 Referring to FIG. 17, when driving control of AC motor M1 is performed, pump drive control unit 430 receives a motor current from current sensor 24 (step S41), and a target flow rate setting map stored in advance in a storage area. The flow rate corresponding to the motor current given from (corresponding to the line LN4 in FIG. 16) is extracted and set as the target flow rate Q * (step S42).
ファン駆動制御部440は、電流センサ24からモータ電流を受けると、予め記憶領域に格納している目標風量設定用マップ(図16のラインLN5に相当)から与えられたモータ電流に対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS43)。
When the fan drive control unit 440 receives the motor current from the
そして、ポンプ駆動制御部430は、ステップS42で設定した目標流量Q*と吐出量とが一致するようにポンプ60を駆動するための信号PDRを生成してポンプ60へ出力する(ステップS44)。
Then, the pump drive control unit 430 generates a signal PDR for driving the
また、ファン駆動制御部440は、ステップS43で設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS45)。
Further, the fan drive control unit 440 generates a signal FDR for driving the
[実施の形態2]
図18は、この発明の実施の形態2による冷却システムを概念的に示すブロック図である。
[Embodiment 2]
FIG. 18 is a block diagram conceptually showing the cooling system according to the second embodiment of the present invention.
図18を参照して、冷却システムは、ラジエータ50と、冷媒路51と、インバータ14と、蒸発器54と、ラジエータ50と、ポンプ60と、気液分離器52と、ファン70と、バイパス弁56と、バイパスライン58とを含む。図18の冷却システムは、図1の冷却システムにおけるポンプ60と蒸発器54との間の冷媒路51を、バイパス弁56によって冷媒路51を通流した冷媒が蒸発器54とバイパスライン58との少なくとも一方に導かれるように変更したものである。
Referring to FIG. 18, the cooling system includes a
バイパス弁56は、ポンプ60の下流側に設けられ、切換ダンパ561と、アクチュエータ560とからなる。
The
切換ダンパ561は、制御装置40Aからの信号DRVにより制御されるアクチュエータ560により開弁量が制御される。アクチュエータ560は、信号DRVに応じて切換ダンパ561の開弁量を、ポンプ60から蒸発器54への冷媒の通流を遮断する閉塞位置からポンプ60からの冷媒の全てに蒸発器54への通流を許容する開放位置までの間で制御する。これにより、切換ダンパ561の開弁量に応じて、冷媒路51を通流した冷媒の少なくとも一部が蒸発器54内を循環する。このとき、残りの一部の冷媒は、バイパスライン58を通流することにより、蒸発器54を経由せず直接的にラジエータ50に戻される。
The switching
制御装置40Aは、先の実施の形態1で開示した複数の方法のいずれかを用いて目標流量Q*を設定すると、その設定した目標流量Q*の冷媒を蒸発器54に通流させるように切換ダンパ561の開弁量を決定し、その決定した開弁量を指示する信号DRVを生成してアクチュエータ560へ出力する。アクチュエータ560は、信号DRVに指示された開弁量となるように切換ダンパ561を駆動制御する。これにより、蒸発器54内にはインバータ14の損失に見合った流量の冷媒が通流する。
When the target flow rate Q * is set using any of the plurality of methods disclosed in the first embodiment, the
以上のように、本実施の形態による冷却システムにおいては、冷媒路全体の流量を一定とする一方で、蒸発器54の上流側に配したバイパス弁56の開弁量を制御することによって蒸発器54を通流する冷媒の流量が制御される。
As described above, in the cooling system according to the present embodiment, the evaporator is controlled by controlling the valve opening amount of the
このような構成とすることにより、交流モータM1の要求出力が相対的に小さい場合には、流通抵抗の大きい蒸発器54の内部を通流する冷媒の流量を減少できるため、圧力損失を低減することができる。この結果、ポンプ60を駆動する電力を抑えることができ、消費電力の低減を図ることができる。
With such a configuration, when the required output of the AC motor M1 is relatively small, the flow rate of the refrigerant flowing through the
図19は、この発明の実施の形態2によるバイパス弁56の駆動制御を説明するためのフローチャートである。なお、図19のフローチャートにおいて、目標流量Q*の設定は、先の実施の形態1で説明したように、アクセル開度ACCに基づいて行なうものとする。
FIG. 19 is a flowchart for illustrating drive control of
図19を参照して、制御装置40Aは、アクセル開度センサからアクセル開度ACCを受けると(ステップS51)、予め記憶領域に格納している目標流量設定マップ(図7のラインLN1に相当)から与えられたアクセル開度ACCに対応する流量を抽出して目標流量Q*として設定する(ステップS52)。
Referring to FIG. 19, when
そして、制御装置40Aは、その設定された目標流量Q*で冷媒が蒸発器54を通流するように切換ダンパ561の開弁量を決定し、その決定した開弁量を指示する信号DRVを生成してアクチュエータ560へ出力する(ステップS53)。アクチュエータ560は、制御装置40Aからの信号DRVに応じて切換ダンパ561を制御する。これにより、冷媒路51を通流する冷媒のうちの目標流量Q*に一致した流量の冷媒が蒸発器54を通流する。
Then, the
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、蒸発器を通流する冷媒の流量がインバータの損失に応じて可変制御されるため、冷媒路で発生する圧力損失を低減でき、冷却システムの消費電力を低減することができる。その結果、この発明による冷却システムを搭載した車両の燃費を向上することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, since the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator is variably controlled according to the loss of the inverter, the pressure loss generated in the refrigerant path can be reduced, and the cooling The power consumption of the system can be reduced. As a result, the fuel efficiency of a vehicle equipped with the cooling system according to the present invention can be improved.
[実施の形態3]
また、この発明による冷却システムは、図20に示すような構成とすることも可能である。
[Embodiment 3]
Further, the cooling system according to the present invention may be configured as shown in FIG.
図20は、この発明の実施の形態3による冷却システムを概念的に示すブロック図である。 FIG. 20 is a block diagram conceptually showing the cooling system according to the third embodiment of the present invention.
図20を参照して、冷却システムは、冷媒を吸入圧縮する圧縮機62と、圧縮機62から吐出する冷媒を凝縮させる凝縮器(放熱器)50Bと、凝縮器50Bから流出した冷媒を減圧する膨張弁63と、膨張弁63にて減圧された冷媒を蒸発させてインバータ14の冷却を行なう蒸発器54と、冷媒路51と、ファン70とを含む。本実施の形態に係る冷却システムにおいては、圧縮機62、凝縮器50B、膨張弁63および蒸発器54により、蒸気圧縮式冷凍サイクル(以下、冷凍サイクル)が構成されている。
Referring to FIG. 20, the cooling system depressurizes the compressor 62 that sucks and compresses the refrigerant, the condenser (heat radiator) 50B that condenses the refrigerant discharged from the compressor 62, and the refrigerant that flows out of the condenser 50B. It includes an
図21は、図20の冷却システムの状態線図(T−S線図)である。図中の点1〜4は、図20の冷却システムにおける冷媒の状態点を示している。 FIG. 21 is a state diagram (TS diagram) of the cooling system of FIG. Points 1 to 4 in the figure indicate refrigerant state points in the cooling system of FIG.
図21を参照して、熱の授受は、等圧等温変化1−2と等圧変化3−4とで行なわれる。具体的には、点1−2間の等圧等温変化は、蒸発器54におけるインバータ14と冷媒との間の熱交換を示している。このとき冷媒は、図中の矢印で示す熱量(入熱量)Q1をインバータ14から受熱する。
Referring to FIG. 21, heat is exchanged by an isobaric isothermal change 1-2 and an isobaric change 3-4. Specifically, the isobaric isothermal change between points 1-2 indicates heat exchange between the
また、点3−4間の等圧変化は、凝縮器50Bにおける冷媒と冷却空気との間の熱交換を示している。このとき、冷媒は図中の矢印で示す熱量(出熱量)Q2を冷却空気に放熱する。 Moreover, the equal pressure change between points 3-4 has shown the heat exchange between the refrigerant | coolant and cooling air in the condenser 50B. At this time, the refrigerant radiates heat (heat output) Q2 indicated by an arrow in the drawing to the cooling air.
そして、この入熱量Q1と出熱量Q2とを等しくすることにより、低圧側の作動圧力P1および高圧側の作動圧力P2の各々が略一定に保たれる。すなわち、低圧側および高圧側のそれぞれにおいて冷媒の作動温度T1,T2を略一定に保つことができる。 By making the heat input amount Q1 and the heat output amount Q2 equal, each of the low-pressure side operating pressure P1 and the high-pressure side operating pressure P2 is kept substantially constant. That is, the operating temperatures T1 and T2 of the refrigerant can be kept substantially constant on each of the low pressure side and the high pressure side.
このような冷凍サイクルにおいて、サイクル内を循環する冷媒の流量は、例えば圧縮機62の吐出量を制御することによって行なうことができる。具体的には、圧縮機62の駆動方式をモータ駆動とし、当該モータの回転数を制御することによって冷媒の吐出量を制御することができる。 In such a refrigeration cycle, the flow rate of the refrigerant circulating in the cycle can be performed, for example, by controlling the discharge amount of the compressor 62. Specifically, the amount of refrigerant discharged can be controlled by controlling the number of rotations of the motor by driving the compressor 62 using a motor.
そこで、本実施の形態は、冷凍サイクルから構成された冷却システムにおいて、交流モータM1の駆動制御時にインバータ14に発生する損失を推定し、その推定した損失に応じて圧縮機62の吐出量を可変制御する構成とする。
Therefore, in the present embodiment, in a cooling system constituted by a refrigeration cycle, a loss generated in the
詳細には、制御装置40Bは、先の実施の形態1で開示した複数の方法のいずれかを用いてインバータ14の損失を推定すると、その推定した損失を冷媒が蒸発する蒸発潜熱で賄うことができるように、圧縮機62の目標吐出量P*を設定する。そして、その設定した目標吐出量P*と吐出量とが一致するように圧縮機62の回転数を制御する。
Specifically, when
さらに、制御装置40Bは、冷媒から冷却空気に放熱される熱量が、推定したインバータ14の損失相当であって、かつ、インバータ14から冷媒が受熱する熱量と略等しくなるように、ファン70における冷却空気の目標流量F*を設定する。そして、その設定した目標風量F*の冷却空気が凝縮器50Bに供給されるようにファン70の回転数を制御する。
Furthermore, the
一例として、制御装置40Bは、図22に示すようなアクセル開度ACCと目標吐出量P*および目標風量F*との関係を予め目標吐出量(または目標風量)設定マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、アクセル開度ACCを受けると、当該マップから対応する吐出量(または風量)を抽出して目標吐出量P*(または目標風量F*)として設定するように構成することができる。
As an example, the
図22は、アクセル開度ACCと目標吐出量P*および目標風量F*との関係を示す図である。図中のラインLN6は、アクセル開度ACCと目標吐出量P*との関係を示し、ラインLN7は、アクセル開度ACCと目標風量F*との関係を示している。 FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the accelerator opening ACC, the target discharge amount P *, and the target air volume F *. The line LN6 in the figure shows the relationship between the accelerator opening ACC and the target discharge amount P *, and the line LN7 shows the relationship between the accelerator opening ACC and the target air volume F *.
図23は、この発明の実施の形態3による圧縮機62およびファン70の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
FIG. 23 is a flowchart for illustrating drive control of compressor 62 and
図23を参照して、制御装置40Bは、アクセル開度センサからアクセル開度ACCを受けると(ステップS61)、予め記憶領域に格納している目標吐出量設定マップ(図21のラインLN6に相当)から与えられたアクセル開度ACCに対応する吐出量を抽出して目標吐出量Q*として設定する(ステップS62)。
23, when
また、制御装置40Bは、予め記憶領域に格納している目標風量設定マップ(図21のラインLN7に相当)から与えられたアクセル開度ACCに対応する風量を抽出して目標風量F*として設定する(ステップS63)。
Further, the
次に、制御装置40Bは、ステップS62で設定した目標吐出量Q*で冷媒を吐出するように圧縮機62の回転数を制御するための信号CDRを生成して圧縮機62へ出力する(ステップS64)。
Next, the
制御装置40Bはさらに、ステップS63で設定した目標風量F*と冷却空気の供給量とが一致するようにファン70を駆動するための信号FDRを生成してファン70へ出力する(ステップS65)。
The
以上のように、この発明の実施の形態3によれば、交流モータの要求出力に基づいて冷凍サイクル内を循環する冷媒の流量を可変制御することにより、交流モータの動作状態に応じて変化するインバータの損失に対して適切な流量の冷媒を応答性良く供給することができる。これにより、インバータ14の損失が最大となるときに要求される冷却能力に固定して冷却システムを駆動する従来の冷却システムに対して、冷却システムの省電力化を実現することができる。この結果、車両の燃費を向上することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, the flow rate of the refrigerant circulating in the refrigeration cycle is variably controlled based on the required output of the AC motor, thereby changing according to the operating state of the AC motor. A refrigerant having an appropriate flow rate can be supplied with good responsiveness to the loss of the inverter. Thereby, it is possible to realize power saving of the cooling system as compared with the conventional cooling system that drives the cooling system while fixing the cooling capacity required when the loss of the
なお、上記の各実施の形態においては、インバータ14を冷却する構成について説明したが、インバータ14と昇圧コンバータ12とを含むパワー制御ユニット21を冷却する構成であってもよい。
In each of the above embodiments, the configuration for cooling
また、上記の各実施の形態においては、インバータ14に用いるスイッチング素子としてSiCパワー素子を用いる場合を代表的に説明したが、その他のパワー素子、たとえば、窒化ガリウム(GaN)からなるGaN系のパワー素子や、ダイヤモンド系のパワー素子であってもよい。
In each of the above embodiments, the case where the SiC power element is used as the switching element used in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、車両に搭載された負荷駆動装置の冷却システムに適用することができる。 The present invention can be applied to a cooling system for a load driving device mounted on a vehicle.
10,13 電圧センサ、12 昇圧コンバータ、13,18 電圧センサ、14 インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、20,24 電流センサ、30 レゾルバ、40,40A,40B 制御装置、50 ラジエータ、50B 凝縮器、52 気液分離器、54 蒸発器、56 バイパス弁、560 アクチュエータ、561 切換ダンパ、58 バイパスライン、60 ポンプ、62 圧縮機、63 膨張弁、70 ファン、80,84 半田、82 絶縁基板、86 放熱板、88 シリコングリス、90 ヒートシンク、92,94 板状体、96 貫通孔、400 トルク指令演算部、410 電流指令変換部、412,414 減算器、416,418 PI制御部、420 2相/3相変換部、422 PWM生成部、424 3相/2相変換部、430 ポンプ駆動制御部、440 ファン駆動制御部、820,824 アルミニウム、822 窒化アルミニウム、B バッテリ、C2 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L1 リアクトル、M1 交流モータ、Q1〜Q8 NPNトランジスタ、WL ワイヤ。 10, 13 Voltage sensor, 12 Boost converter, 13, 18 Voltage sensor, 14 Inverter, 15 U-phase arm, 16 V-phase arm, 17 W-phase arm, 20, 24 Current sensor, 30 Resolver, 40, 40A, 40B Control device , 50 Radiator, 50B Condenser, 52 Gas-liquid separator, 54 Evaporator, 56 Bypass valve, 560 Actuator, 561 Switching damper, 58 Bypass line, 60 Pump, 62 Compressor, 63 Expansion valve, 70 Fan, 80, 84 Solder, 82 Insulating substrate, 86 Heat sink, 88 Silicon grease, 90 Heat sink, 92,94 Plate, 96 Through hole, 400 Torque command calculation unit, 410 Current command conversion unit, 412,414 Subtractor, 416,418 PI Control unit, 420 2-phase / 3-phase conversion unit, 422 PWM generation Part, 424 three-phase / two-phase conversion part, 430 pump drive control part, 440 fan drive control part, 820,824 aluminum, 822 aluminum nitride, B battery, C2 capacitor, D1-D8 diode, L1 reactor, M1 AC motor, Q1-Q8 NPN transistor, WL wire.
Claims (16)
前記電源から電力の供給を受けて前記駆動回路を冷却する冷却装置と、
前記駆動回路に対する冷却媒体の供給量を制御する冷却制御装置とを備え、
前記冷却制御装置は、
前記駆動回路に発生する電力損失を推定する電力損失推定手段と、
推定した前記電力損失に基づいて前記冷却媒体の供給量を決定する供給量決定手段とを含む、冷却システム。 A drive circuit that performs power conversion between a power source and an electric load by a switching operation of the switching element;
A cooling device for receiving power from the power source and cooling the drive circuit;
A cooling control device for controlling the amount of cooling medium supplied to the drive circuit,
The cooling control device includes:
Power loss estimation means for estimating power loss generated in the drive circuit;
And a supply amount determining means for determining a supply amount of the cooling medium based on the estimated power loss.
前記供給量決定手段は、予め設定された前記電力損失と前記冷却媒体の供給量との関係に基づいて、推定された前記電力損失に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求項1に記載の冷却システム。 The power loss estimation means includes first loss estimation means for estimating the power loss from a required output for the electric load,
The supply amount determination means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the estimated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium. As described in the cooling system.
前記車両のアクセル開度から決定された前記回転電機に対する要求出力に基づいて電流指令を生成するとともに、前記回転電機の駆動電流が前記電流指令に一致するように前記スイッチング動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記第1の損失推定手段は、前記アクセル開度に基づいて前記電力損失を推定する、請求項2に記載の冷却システム。 The electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of a vehicle,
A control device that generates a current command based on a required output for the rotating electrical machine determined from the accelerator opening of the vehicle, and controls the switching operation so that a driving current of the rotating electrical machine matches the current command. In addition,
The cooling system according to claim 2, wherein the first loss estimation means estimates the power loss based on the accelerator opening.
前記回転電機の出力が前記要求出力に一致するように前記スイッチング動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記第1の損失推定手段は、前記回転電機の出力と前記電力損失との関係を予め設定しており、設定した前記関係に基づいて前記要求出力に対応する前記電力損失を推定する、請求項2に記載の冷却システム。 The electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of a vehicle,
A control device for controlling the switching operation so that the output of the rotating electrical machine matches the required output;
The first loss estimation means preliminarily sets a relationship between the output of the rotating electrical machine and the power loss, and estimates the power loss corresponding to the requested output based on the set relationship. 2. The cooling system according to 2.
前記電力損失推定手段は、前記電圧センサが検出した前記入力電圧を用いて、前記第1の損失推定手段により推定された前記電力損失を補正する電力損失補正手段をさらに含み、
前記供給量決定手段は、予め設定された前記電力損失と前記冷却媒体の供給量との関係に基づいて、補正された前記電力損失に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求項4に記載の冷却システム。 A voltage sensor for detecting an input voltage of the drive circuit;
The power loss estimation means further includes power loss correction means for correcting the power loss estimated by the first loss estimation means using the input voltage detected by the voltage sensor,
The said supply amount determination means determines the supply amount of the said cooling medium corresponding to the corrected said power loss based on the relationship between the said preset power loss and the supply amount of the said cooling medium. As described in the cooling system.
前記回転電機に対する要求出力に基づいて電流指令を生成するとともに、前記回転電機の駆動電流が前記電流指令に一致するように前記スイッチング動作を制御する制御装置と、
前記駆動電流を検出する電流センサとをさらに備え、
前記電力損失推定手段は、前記駆動電流から前記電力損失を推定する第2の損失推定手段を含み、
前記第2の損失推定手段は、前記駆動電流と前記電力損失との関係を予め設定しており、設定した前記関係に基づいて、検出された前記駆動電流に対応する前記電力損失を推定し、
前記供給量決定手段は、予め設定された前記電力損失と前記冷却媒体の供給量との関係に基づいて、推定された前記電力損失に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求項1に記載の冷却システム。 The electric load is a rotating electric machine that generates a driving force of a vehicle,
A control device that generates a current command based on a required output for the rotating electrical machine, and controls the switching operation so that a driving current of the rotating electrical machine matches the current command;
A current sensor for detecting the drive current;
The power loss estimation means includes second loss estimation means for estimating the power loss from the drive current,
The second loss estimation means presets a relationship between the drive current and the power loss, and estimates the power loss corresponding to the detected drive current based on the set relationship.
The supply amount determination means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the estimated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium. As described in the cooling system.
前記供給量決定手段は、予め設定された前記電力損失と前記冷却媒体の供給量との関係に基づいて、算出された前記電力損失に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求項1に記載の冷却システム。 The power loss estimation means includes third loss estimation means for calculating the input power and the output power of the drive circuit, and calculating the power loss from the difference between the calculated input power and the output power,
The supply amount determining means determines the supply amount of the cooling medium corresponding to the calculated power loss based on a relationship between the preset power loss and the supply amount of the cooling medium. As described in the cooling system.
前記冷却媒体を通流する冷媒路と、
前記冷媒路に配設され、前記冷却媒体を冷却するラジエータと、
前記電源から電力の供給を受けて回転駆動されて前記冷媒路に前記冷却媒体を循環させるポンプとを含み、
前記冷却制御装置は、決定された前記冷却媒体の供給量に応じて前記ポンプの吐出量を制御する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の冷却システム。 The cooling device is
A refrigerant path through which the cooling medium flows;
A radiator disposed in the refrigerant path and configured to cool the cooling medium;
A pump that is rotationally driven in response to the supply of electric power from the power source and circulates the cooling medium in the refrigerant path,
The cooling system according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling control device controls a discharge amount of the pump according to the determined supply amount of the cooling medium.
前記冷却媒体を通流する冷媒路と、
前記冷媒路に配設され、前記冷却媒体を冷却するラジエータと、
前記電源から電力の供給を受けて回転駆動されて前記冷媒路に前記冷却媒体を循環させるポンプと、
前記ポンプと前記駆動回路との間の前記冷媒路に配設され、開弁量に応じて前記冷却媒体の少なくとも一部を前記駆動回路に通流させるための流量制御弁とを含み、
前記冷却制御装置は、決定された前記冷却媒体の供給量に応じて前記開弁量を制御する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の冷却システム。 The cooling device is
A refrigerant path through which the cooling medium flows;
A radiator disposed in the refrigerant path and configured to cool the cooling medium;
A pump that is rotationally driven in response to the supply of electric power from the power source and circulates the cooling medium in the refrigerant path;
A flow rate control valve disposed in the refrigerant path between the pump and the drive circuit, for allowing at least a part of the cooling medium to flow through the drive circuit according to a valve opening amount;
The cooling system according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling control device controls the valve opening amount in accordance with the determined supply amount of the cooling medium.
前記ラジエータに冷却空気を供給するためのファンをさらに含み、
前記冷却制御装置は、推定した前記電力損失に基づいて前記冷却空気の供給量を制御する、請求項8または請求項9に記載の冷却システム。 The cooling device is
A fan for supplying cooling air to the radiator;
The cooling system according to claim 8 or 9, wherein the cooling control device controls a supply amount of the cooling air based on the estimated power loss.
圧縮機、凝縮器、減圧機、および蒸発器を有して構成された冷凍サイクルを含み、
前記冷却制御装置は、決定された前記冷却媒体の供給量に応じて前記圧縮機の吐出量を制御する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の冷却システム。 The cooling device is
Including a refrigeration cycle configured with a compressor, a condenser, a decompressor, and an evaporator;
The cooling system according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling control device controls a discharge amount of the compressor according to the determined supply amount of the cooling medium.
前記冷却制御装置は、推定した前記電力損失に基づいて前記冷却空気の供給量を制御する、請求項11に記載の冷却システム。 The cooling device further includes a fan for supplying cooling air to the condenser,
The cooling system according to claim 11, wherein the cooling control device controls the supply amount of the cooling air based on the estimated power loss.
前記冷却装置は、前記冷却媒体を前記スイッチング素子が固着された冷却板に衝突させて沸騰により前記駆動回路を冷却する、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の冷却システム。 The cooling medium has a boiling point lower than the operating temperature of the switching element;
The cooling system according to any one of claims 1 to 12, wherein the cooling device collides the cooling medium with a cooling plate to which the switching element is fixed and cools the drive circuit by boiling.
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