JP2011026956A

JP2011026956A - 冷却システムの診断装置

Info

Publication number: JP2011026956A
Application number: JP2009170121A
Authority: JP
Inventors: Minoru Iida; 実飯田; Kenji Inakoshi; 賢司稲越
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】冷却液の液量不足を判定する診断装置を簡単に構成する。
【解決手段】ウォータポンプを駆動するポンプ用モータをオフ状態に切り換えた後には、慣性力によってポンプ用モータは回転を継続するため、ポンプ用モータの回転速度に応じた端子電圧が検出される。ポンプ用モータの端子電圧は速やかに低下する場合には、慣性回転時のポンプ用モータに作用する冷却液の抵抗が大きいことから、冷却液量が十分な正常状態であると判定される。一方、ポンプ用モータの端子電圧が緩やかに低下する場合には、慣性回転時のポンプ用モータに作用する冷却液の抵抗が小さいことから、冷却液量が不足している異常状態であると判定される。このように、ポンプ用モータの端子電圧の推移に基づいて、冷却液の液量不足を判定することができるため、診断装置を簡単に構成することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷却液を圧送する冷却ポンプを備えた冷却システムの診断装置に関する。

エンジンや駆動用モータ等の熱源を適切な温度範囲に保つため、これらの熱源を搭載する車両には冷却システムが設けられている。冷却システムは、エンジンや駆動用モータに形成されるウォータジャケット、ウォータジャケットを通過した冷却液を冷却するラジエータ、ウォータジャケットとラジエータとの間で冷却液を循環させるウォータポンプ等によって構成されている。エンジンが搭載されるガソリン自動車の冷却システムにおいては、エンジンによってウォータポンプを駆動することが一般的であるが、ウォータポンプの回転数をきめ細かく制御するため、電動モータによってウォータポンプを駆動する冷却システムが提案されている(例えば、特許文献１参照)。また、駆動用モータが動力源となる電気自動車においても、ウォータポンプは電動モータによって駆動されることになる。

ところで、冷却システムを正常に機能させるためには、冷却液を十分に循環させることが必要である。そこで、特許文献１に記載される冷却システムにおいては、冷却液を循環させるウォータポンプが正常に作動しているか否かを判定するため、電動モータの電力値を算出するとともに、この電力値に基づきウォータポンプが正常に作動しているか否かを判定している。

特開２０００−３０３８３９号公報

しかしながら、冷却液が十分に循環しているか否かを判定するためには、ウォータポンプが正常に作動しているか否かを判定するだけでなく、冷却液量が十分であるか否かを判定する必要がある。例えば、冷却回路から冷却液が漏れていた場合には、ウォータポンプが正常に作動していたとしても、十分な冷却液を供給することができずにエンジン等を損傷させてしまうおそれがある。また、特許文献１の冷却システムにおいては、電動モータの電流値から電力値を算出しているが、電流値を検出するためにはシャント抵抗や電流センサを組み込む必要があるため、冷却システムの高コスト化を招く要因となっていた。

本発明の目的は、簡単な構成によって冷却液の液量不足を判定することが可能な診断装置を提供することにある。

本発明の冷却システムの診断装置は、冷却液を圧送する冷却ポンプを備えた冷却システムの診断装置であって、前記冷却ポンプを駆動する電動モータと、前記電動モータの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電動モータを通電状態と非通電状態とに切り換えるスイッチ手段と、前記電動モータを非通電状態に切り換えた後の端子電圧の推移に基づいて、冷却液の液量不足を判定する判定手段とを有することを特徴とする。

本発明の冷却システムの診断装置は、前記判定手段は、前記電動モータを非通電状態に切り換えてから所定時間が経過したときの端子電圧を求め、この端子電圧が所定の基準電圧を上回るときに液量不足であると判定することを特徴とする。

本発明の冷却システムの診断装置は、前記判定手段は、前記電動モータを非通電状態に切り換えてから端子電圧が所定電圧に達するまでの経過時間を求め、この経過時間が所定の基準時間を上回るときに液量不足であると判定することを特徴とする。

本発明によれば、電動モータを非通電状態に切り換えた後の端子電圧の推移に基づいて冷却液の液量不足を判定するようにしたので、簡単な構成によって冷却液の液量不足を判定することが可能となる。これにより、冷却システムの診断装置の低コスト化を達成することが可能となる。

電気自動車の構成を示す概略図である。冷却システムの構成を示す概略図である。ポンプ用モータをオン状態からオフ状態に切り換えたときの通電状況を示す説明図である。ポンプ用モータの端子電圧の推移を示す線図である。冷却液量の判定手順の一例を示すフローチャートである。冷却液量の判定手順の他の例を示すフローチャートである。ポンプ用モータの端子電圧の推移を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電気自動車１０の構成を示す概略図である。この電気自動車１０には本発明の一実施の形態である冷却システムの診断装置が搭載されている。図１に示すように、電気自動車１０は動力源となる駆動用モータ１１を有している。駆動用モータ１１には歯車列１２を介して駆動軸１３が連結され、この駆動軸１３には車輪１４，１５が連結されている。また、電気自動車１０は駆動用モータ１１の電源として機能する高電圧バッテリ１６を有している。この高電圧バッテリ１６としては、例えば４００Ｖのリチウムイオン二次電池が用いられる。

駆動用モータ１１にはインバータ２０が接続され、このインバータ２０には通電ケーブル２１，２２を介して高電圧バッテリ１６が接続されている。駆動用モータ１１を電動機として駆動する際には、インバータ２０によって高電圧バッテリ１６からの直流電流が交流電流に変換され、この交流電流が駆動用モータ１１に対して供給される。一方、駆動用モータ１１を発電機として駆動する際には、インバータ２０によって駆動用モータ１１からの交流電流が直流電流に変換され、この直流電流が高電圧バッテリ１６に対して供給される。また、インバータ２０を用いて交流電流の電流値や周波数を制御することにより、駆動用モータ１１のトルクや回転数を制御することが可能となる。なお、高電圧バッテリ１６に接続される通電ケーブル２１，２２にはメインリレー２３が設けられている。

高電圧バッテリ１６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４を介して低電圧バッテリ２５が接続されている。この低電圧バッテリ２５としては、例えば１２Ｖの鉛蓄電池が用いられる。低電圧バッテリ２５は、インバータ２０やコンバータ２４の電源として機能するとともに、後述する各種制御ユニット３０，３１やポンプ用モータ５１の電源としても機能している。また、電気自動車１０を統括制御するＥＶ制御ユニット(ＥＶＣＵ)３０には、アクセル操作量、ブレーキ操作量、車速、レンジポジション等の各種信号が入力される。そして、ＥＶ制御ユニット３０は、各種信号に基づいて駆動用モータ１１の目標トルクや目標回転数を設定するとともに、これらの目標値に基づいてインバータ２０に制御信号を出力する。さらに、高電圧バッテリ１６の充放電を制御するため、電気自動車１０にはバッテリ制御ユニット(ＢＣＵ)３１が設けられている。さらに、電気自動車１０内には通信ネットワーク３２が構築されており、この通信ネットワーク３２を介してインバータ２０、コンバータ２４、ＥＶ制御ユニット３０、バッテリ制御ユニット３１等は互いに接続されている。

熱源となる駆動用モータ１１、インバータ２０、コンバータ２４を冷却するため、電気自動車１０にはラジエータ４０を備えた水冷式の冷却システム４１が搭載されている。ここで、図２は冷却システム４１の構成を示す概略図である。図２に示すように、駆動用モータ１１、インバータ２０、コンバータ２４の各ハウジング１１ａ，２０ａ，２４ａには、ウォータジャケット１１ｂ，２０ｂ，２４ｂが形成されるとともに、入力ポート１１ｉ，２０ｉ，２４ｉおよび出力ポート１１ｏ，２０ｏ，２４ｏが形成されている。そして、各ハウジング１１ａ，２０ａ，２４ａの入力ポート１１ｉ，２０ｉ，２４ｉに案内された冷却液は、ウォータジャケット１１ｂ，２０ｂ，２４ｂを通過して熱を奪った後に、出力ポート１１ｏ，２０ｏ，２４ｏに案内されるようになっている。

また、駆動用モータ１１、インバータ２０、コンバータ２４に冷却液を案内するため、冷却システム４１には冷却液を循環させる冷却回路４２が構築されている。インバータ２０の出力ポート２０ｏとコンバータ２４の入力ポート２４ｉとは配管４３を介して接続されており、コンバータ２４の出力ポート２４ｏと駆動用モータ１１の入力ポート１１ｉとは配管４４を介して接続されている。さらに、駆動用モータ１１の出力ポート１１ｏとラジエータ４０の入力ポート４０ｉとは配管４５を介して接続されており、ラジエータ４０の出力ポート４０ｏとインバータ２０の入力ポート２０ｉとは配管４６を介して接続されている。このように、ラジエータ４０、インバータ２０、コンバータ２４、駆動用モータ１１は、配管４３〜４６を介して直列に接続されており、これらの配管４３〜４６によって冷却システム４１の冷却回路４２が形成されている。

さらに、ラジエータ４０とインバータ２０とを接続する配管４６には、インバータ２０に向けて冷却液を圧送するウォータポンプ(冷却ポンプ)５０が設けられている。このウォータポンプ５０は、ポンプ用モータ(電動モータ)５１によって駆動される電動式であり、インペラ５２を回転させて冷却液を圧送するポンプとなっている。また、駆動用モータ１１にはモータ温度を検出する温度センサ５３が設けられており、温度センサ５３からＥＶ制御ユニット３０に対してモータ温度が出力されている。そして、モータ温度が高い場合にはＥＶ制御ユニット３０によってポンプ用モータ５１が駆動される一方、モータ温度が低い場合にはＥＶ制御ユニット３０によってポンプ用モータ５１が停止されるようになっている。なお、インバータ２０やコンバータ２４に対して温度センサを取り付けることにより、インバータ温度やコンバータ温度に基づきポンプ用モータ５１を駆動しても良い。

続いて、ポンプ用モータ５１の制御系について説明する。図２に示すように、低電圧バッテリ２５からポンプ用モータ５１に電力を供給する通電回路５４には、ポンプ用モータ５１をオン状態(通電状態)とオフ状態(非通電状態)とに切り換えるリレースイッチ(スイッチ手段)５５が設けられている。このリレースイッチ５５のコイル５５ａには、ＥＶ制御ユニット３０のモータ駆動回路５６が接続されており、リレースイッチ５５の作動状態(接続状態，切断状態)はＥＶ制御ユニット３０によって制御されている。また、リレースイッチ５５の下流側の通電回路５４には、ＥＶ制御ユニット３０の電圧検出回路(電圧検出手段)５７が接続されており、電圧検出回路５７によってポンプ用モータ５１の端子電圧が検出されている。

また、ＥＶ制御ユニット３０には演算処理部５８が設けられており、この演算処理部５８によってポンプ用モータ５１の駆動状態が制御されている。演算処理部５８には温度センサ５３からモータ温度が入力されており、演算処理部５８はモータ温度が所定の基準温度Ｔａを上回るか否かを判定する。そして、演算処理部５８によってモータ温度が基準温度Ｔａを上回ったと判定されると、演算処理部５８はモータ駆動回路５６に対してオン信号を出力する。次いで、モータ駆動回路５６からコイル５５ａに対して通電がなされ、リレースイッチ５５が接続状態に切り換えられる。これにより、オン状態となったポンプ用モータ５１によってウォータポンプ５０が駆動されるため、冷却回路４２を循環する冷却液によってインバータ２０、コンバータ２４、駆動用モータ１１が冷却される。そして、冷却液の循環によってモータ温度が所定の基準温度Ｔｂ(Ｔｂ＜Ｔａ)を下回ったと判定されると、演算処理部５８はモータ駆動回路５６に対してオフ信号を出力する。次いで、モータ駆動回路５６からコイル５５ａに対する通電が遮断され、リレースイッチ５５が切断状態に切り換えられる。これにより、駆動用モータ１１等が十分に冷却されている場合には、ウォータポンプ５０を停止して不要な電力消費を抑制することが可能となる。

このように、必要に応じてウォータポンプ５０を駆動して冷却液を循環させることにより、駆動用モータ１１、インバータ２０、コンバータ２４を適切な温度範囲に保持することが可能となる。この冷却システム４１を正常に機能させるためには、冷却回路４２を冷却液で満たすことが重要となっている。そこで、判定手段として機能するＥＶ制御ユニット３０の演算処理部５８は、ポンプ用モータ５１の端子電圧の推移に基づいて冷却液量が不足しているか否かを判定する。以下、冷却液量の判定方法について説明する。

図３はポンプ用モータ５１をオン状態からオフ状態に切り換えたときの通電状況を示す説明図である。また、図４はポンプ用モータ５１の端子電圧の推移を示す線図である。まず、図３に示すように、ポンプ用モータ５１をオン状態からオフ状態に切り換えた場合であっても、ポンプ用モータ５１のロータ５９やウォータポンプ５０のインペラ５２には慣性力が作用するため、ポンプ用モータ５１のロータ５９は直ちに停止することなく回転状態を継続する。このように、リレースイッチ５５が切断された場合であっても、ポンプ用モータ５１のロータ５９の回転が停止するまでは、ロータ５９の回転速度に応じた端子電圧(逆起電力)が電圧検出回路５７によって検出されることになる。

また、ポンプ用モータ５１のインペラ５２には冷却液が抵抗となって作用するため、冷却液量に応じてインペラ５２に作用する抵抗力が変化することになる。すなわち、冷却回路４２内に冷却液が満たされている正常時においては、冷却液量が多くインペラ５２に作用する抵抗力が大きいことから、慣性回転時におけるロータ５９の回転速度は低下し易くなる。一方、冷却回路４２内の冷却液が不足している異常時においては、冷却液量が少なく、その分空気が混入され、インペラ５２に作用する抵抗力が小さいことから、慣性回転時におけるロータ５９の回転速度は低下し難くなる。このため、図４に示すように、冷却液量が十分な正常時においては、ポンプ用モータ５１をオフ状態に切り換えた後の端子電圧が速やかに低下する一方、冷却液量が不足する異常時においては、ポンプ用モータ５１をオフ状態に切り換えた後の端子電圧が緩やかに低下することになる。

したがって、ポンプ用モータ５１をオン状態からオフ状態に切り換えてから、所定の判定時間Ｔ１(例えば、３００ｍｓｅｃ)が経過したときの端子電圧が、所定の基準電圧Ｖ１(例えば、０．１８５×Ｖｍｏｎ)を下回るか否かによって、冷却液量が十分に確保されているか否かを判定することが可能となる。すなわち、図４に示すように、判定時間Ｔ１が経過した後の端子電圧が、基準電圧Ｖ１を下回るα１である場合には、冷却液量が十分となる正常状態であると判定されることになる。一方、判定時間Ｔ１が経過した後の端子電圧が、基準電圧Ｖ１を上回るβ１である場合には、漏れ等によって冷却液量が不足している異常状態であると判定されることになる。なお、基準電圧Ｖ１を説明する際に用いたＶｍｏｎとは、オン状態のポンプ用モータ５１に印加される端子電圧である。

続いて、前述した冷却液量の判定手順をフローチャートに従って説明する。ここで、図５は冷却液量の判定手順の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ１では、ウォータポンプ５０が駆動中であるか否かが判定される。ウォータポンプ５０が駆動中である場合、つまりポンプ用モータ５１がオン状態である場合には、ステップＳ２に進み、ウォータポンプ５０の停止条件が成立するか否かが判定される。例えば、ステップＳ２において、モータ温度が基準温度Ｔｂを下回る場合には、ウォータポンプ５０の停止条件が成立すると判定され、ステップＳ３においてタイマＴのリセット処理が実行された後に、ステップＳ４においてポンプ用モータ５１がオン状態からオフ状態に切り換えられる。

続いて、ステップＳ５においてタイマＴのカウント処理が実行され、ステップＳ６においてタイマＴが所定の判定時間Ｔ１を上回るか否かが判定される。ステップＳ６において、判定時間Ｔ１を経過していないと判定された場合には、再びステップＳ５に戻ってカウント処理が実行される。一方、ステップＳ６において、判定時間Ｔ１を経過したと判定された場合には、ステップＳ７に進み、ポンプ用モータ５１の端子電圧が所定の基準電圧Ｖ１以下であるか否かが判定される。ステップＳ７において、端子電圧が基準電圧Ｖ１以下であると判定された場合には、端子電圧が速やかに低下していることから、冷却液量が十分な正常状態であると判定される。一方、ステップＳ７において、端子電圧が基準電圧Ｖ１を上回ると判定された場合には、端子電圧が緩やかに低下していることから、冷却液量が不足している異常状態である判定される。そして、異常状態であると判定された場合には、続くステップＳ８において、異常状態を乗員に報知する警告灯６０が点灯されることになる。

前述の説明では、ポンプ用モータ５１をオフ状態に切り換えてから、判定時間Ｔ１が経過したときの端子電圧に基づいて、冷却液量が不足しているか否かを判定している。しかしながら、この判定方法に限られることはなく、ポンプ用モータ５１をオフ状態に切り換えてから、端子電圧が所定の判定電圧に低下するまでの経過時間に基づいて、冷却液量が不足しているか否かを判定しても良い。ここで、図６は冷却液量の判定手順の他の例を示すフローチャートである。また、図７はポンプ用モータ５１の端子電圧の推移を示す線図である。なお、図６のフローチャートにおいて、図５のフローチャートと同じステップについては同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、ステップＳ２において、ウォータポンプ５０の停止条件が成立すると判定された場合には、続くステップＳ３において経過時間を示すタイマＴのリセット処理が実行された後に、ステップＳ４においてポンプ用モータ５１がオン状態からオフ状態に切り換えられる。次いで、ステップＳ５においてタイマＴのカウント処理が実行され、ステップＳ１１において端子電圧が所定の判定電圧Ｖ２を下回るか否かが判定される。ステップＳ１１において、端子電圧が判定電圧Ｖ２を上回っていると判定された場合には、再びステップＳ５に戻ってカウント処理が実行される。一方、ステップＳ１１において、端子電圧が判定電圧Ｖ２を下回っていると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、タイマＴが基準時間Ｔ２以下であるか否かが判定される。そして、ステップＳ１２において、タイマＴが基準時間Ｔ２以下であると判定された場合には、冷却液量が十分な正常状態であると判定される一方、タイマＴが基準時間Ｔ２を上回ると判定された場合には、冷却液量が不足している異常状態であると判定される。

すなわち、図７に示すように、ポンプ用モータ５１をオン状態からオフ状態に切り換えてから、端子電圧が所定の判定電圧Ｖ２に低下するまでの経過時間が、基準時間Ｔ２を下回るα２である場合には、ポンプ用モータ５１の端子電圧が速やかに低下することから、冷却液量が十分な正常状態であると判定されることになる。一方、端子電圧が判定電圧Ｖ２に低下するまでの経過時間が、基準時間Ｔ２を上回るβ２である場合には、ポンプ用モータ５１の端子電圧が緩やかに低下することから、冷却液量が不足している異常状態であると判定されることになる。

これまで説明したように、オン状態からオフ状態に切り換えた後のポンプ用モータ５１の端子電圧の推移を検証することにより、ポンプ用モータ５１に作用する負荷の大きさから冷却液量を推定することが可能となる。このように、ポンプ用モータ５１の端子電圧の推移に基づき、冷却液量が不足しているか否かを判定するようにしたので、冷却液量を判定する診断装置を簡単に構成することが可能となる。これにより、診断装置の低コスト化を達成することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する場合には、電気自動車１０の冷却システム４１に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、ハイブリッド型の電気自動車に搭載される冷却システムや、ガソリン自動車に搭載される冷却システムに対して本発明を適用しても良い。さらに、自動車の冷却システムに限られることはなく、電子機器等を冷却するための冷却システムに対して本発明を適用しても良い。

また、冷却液量が不足する異常状態と判定された場合には、警告灯６０を点灯させているが、これに限られることはなく、スピーカから警告音を発生させても良い。さらに、前述の説明では、駆動用モータ１１のモータ温度に基づいてポンプ用モータ５１を駆動制御しているが、これに限られることはなく、イグニッションスイッチに連動するポンプ用モータを備えた冷却システムに対して本発明を適用しても良い。この場合には、イグニッションスイッチのオフ操作に連動してポンプ用モータがオフ状態に切り換えられるため、イグニッションスイッチをオフ操作した後のポンプ用モータの端子電圧に基づいて冷却液量が判定されることになる。

また、図示するポンプ用モータ５１は直流モータであるが、これに限られることはなく、ロータ５９の慣性回転に伴って逆起電力が発生するモータであれば、他の形式のモータを用いても良いことは言うまでもない。さらに、図示する冷却回路４２は、インバータ２０、コンバータ２４、駆動用モータ１１を直列に接続する冷却回路であるが、これに限られることはなく、インバータ２０やコンバータ２４を駆動モータ１１に対して並列に接続する冷却回路であっても良い。

４１冷却システム
５０ウォータポンプ(冷却ポンプ)
５１ポンプ用モータ(電動モータ)
５５リレースイッチ(スイッチ手段)
５７電圧検出回路(電圧検出手段)
５８演算処理部(判定手段)
Ｔ１判定時間(所定時間)
Ｔ２基準時間
Ｖ１基準電圧
Ｖ２判定電圧(所定電圧)
Ｔタイマ(経過時間)

Claims

冷却液を圧送する冷却ポンプを備えた冷却システムの診断装置であって、
前記冷却ポンプを駆動する電動モータと、
前記電動モータの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電動モータを通電状態と非通電状態とに切り換えるスイッチ手段と、
前記電動モータを非通電状態に切り換えた後の端子電圧の推移に基づいて、冷却液の液量不足を判定する判定手段とを有することを特徴とする冷却システムの診断装置。
請求項１記載の冷却システムの診断装置において、
前記判定手段は、前記電動モータを非通電状態に切り換えてから所定時間が経過したときの端子電圧を求め、この端子電圧が所定の基準電圧を上回るときに液量不足であると判定することを特徴とする冷却システムの診断装置。
請求項１記載の冷却システムの診断装置において、
前記判定手段は、前記電動モータを非通電状態に切り換えてから端子電圧が所定電圧に達するまでの経過時間を求め、この経過時間が所定の基準時間を上回るときに液量不足であると判定することを特徴とする冷却システムの診断装置。