JP2013011179A - 異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる異常検出装置を提供する。
【解決手段】
異常検出装置は、冷却器12の流路内における基準部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値である第1の部位に取り付けられた第1温度検出器9と、基準部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値とは異なる第2の熱抵抗値である第2の部位に取り付けられた第2温度検出器10と、第1温度検出器9により検出された検出値T1と第2温度検出器10により検出された検出値T2との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定するコントローラ1とを備える。
【選択図】図1
冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる異常検出装置を提供する。
【解決手段】
異常検出装置は、冷却器12の流路内における基準部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値である第1の部位に取り付けられた第1温度検出器9と、基準部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値とは異なる第2の熱抵抗値である第2の部位に取り付けられた第2温度検出器10と、第1温度検出器9により検出された検出値T1と第2温度検出器10により検出された検出値T2との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定するコントローラ1とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、冷却システムの異常検出装置に関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車では、一般にバッテリから供給される直流を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧された直流を交流に変換するインバータと、インバータから供給される交流電力により駆動するモータと、昇圧コンバータ、インバータおよびモータを冷却するための冷却システムとを備える。
冷却システムは、例えば、昇圧コンバータ、インバータおよびモータ等の発熱源を冷却する冷却器と、冷却器内に冷却水を循環させるための冷却配管と、冷却配管に接続され大気と冷却水との間で熱交換を行うラジエータと、冷却配管内の冷却水を流動させるための電動ウォーターポンプとを備えるものがある。
冷却システムは、例えば、昇圧コンバータ、インバータおよびモータ等の発熱源を冷却する冷却器と、冷却器内に冷却水を循環させるための冷却配管と、冷却配管に接続され大気と冷却水との間で熱交換を行うラジエータと、冷却配管内の冷却水を流動させるための電動ウォーターポンプとを備えるものがある。
ところで、この電動ウォーターポンプに異常が発生して冷却水の流量が低下すると、昇圧コンバータ、インバータおよびモータの冷却が十分に行われず、これらの温度が上昇してしまい故障の原因となる虞がある。従って、電動ウォーターポンプの異常等冷却システムの異常検出を行うことが好ましい。
これに対して、従来から、エンジン等の発熱源を冷却する冷却器について、発熱源の上流側である流路の入口側と、発熱源の下流側である出口側との2箇所に温度検出器を設け、入口側の冷却水の温度と出口側の冷却水の温度との差分または比を算出し、算出した値を予め定めた異常判定閾値と比較することにより、冷却システムの異常発生有無を判定する技術が提案されている(特許文献1参照)。ここでは、冷却器の入口側の冷却水の温度と出口側の冷却水の温度との比が冷却水の流量により変化することを利用する点が開示されている。冷却器の出口側の冷却水の温度は、冷却水が冷却器内を通過する時間に依存して変動する。例えば、冷却水の流量が低下して(即ち、冷却システムの異常が発生して)冷却水が冷却器内を通過する時間が長くなると、その分、温度が上昇することになる。
これに対して、従来から、エンジン等の発熱源を冷却する冷却器について、発熱源の上流側である流路の入口側と、発熱源の下流側である出口側との2箇所に温度検出器を設け、入口側の冷却水の温度と出口側の冷却水の温度との差分または比を算出し、算出した値を予め定めた異常判定閾値と比較することにより、冷却システムの異常発生有無を判定する技術が提案されている(特許文献1参照)。ここでは、冷却器の入口側の冷却水の温度と出口側の冷却水の温度との比が冷却水の流量により変化することを利用する点が開示されている。冷却器の出口側の冷却水の温度は、冷却水が冷却器内を通過する時間に依存して変動する。例えば、冷却水の流量が低下して(即ち、冷却システムの異常が発生して)冷却水が冷却器内を通過する時間が長くなると、その分、温度が上昇することになる。
そして、流路の出口側の温度検出器の検出値は、流路の入口側の冷却水の温度に、冷却器内を通過する際に発熱源から熱が伝達されることによる冷却水の温度上昇分を足し合わせた値となる。この温度上昇分が、冷却水の流量に応じて変化する成分に相当することになる。また、流路の入口側の冷却水の温度は、ラジエータにより略一定値に保たれることになる。
ところで、特許文献1に記載されているように、上記比較結果として、冷却器の入口側の冷却水の温度と冷却器の出口側の冷却水の温度との比(以下、温度比と称す。)を採用する場合、発熱源の発熱量が一定であると、冷却水の流量が決まるなら発熱源から冷却水に伝達される単位時間当たりの熱量が一義的に決まるので、上記比較結果も一義的に決まることになる。
しかしながら、この場合、発熱源が、消費電力の少ない昇圧コンバータやインバータである場合、発熱量が少ないので、流路の出口側の温度検出器の検出値における、流路の入口側の冷却水の温度に対する前述の冷却水の流量に応じて変化する成分(発熱源から熱が伝達されることによる冷却水の温度上昇分)の割合が小さくなる。これにより、冷却水の流量の変化に対する温度比の変化率が小さくなり、冷却システムの異常検出の精度が低下してしまう。
従って、温度比の変化率が冷却システムの異常検出の精度に支障をきたす程度に小さい場合に、この温度比の変化率を大きくすることで、冷却システムの異常検出の精度を向上させることが要請されている。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる異常検出装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる異常検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る異常検出装置は、冷却流体が流れる流路を有し、発熱体と流路を流れる冷却流体との間で熱交換することにより発熱体を冷却する冷却器と、冷却器に冷却流体を流すポンプとを有する冷却システムの異常検出装置であって、冷却器は、基準部位、第1の部位及び第2の部位を有し、基準部位と第1の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値であり、基準部位と第2の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値とは異なる第2の熱抵抗値であり、第1の部位に取り付けられた第1温度検出器と、第2の部位に取り付けられた第2温度検出器と、第1温度検出器により検出された検出値と第2温度検出器により検出された検出値との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定する異常判定部とを備える。
本発明に係る異常検出装置によると、第1温度検出器と第2温度検出器とが、冷却器において、それぞれ異なる熱抵抗を有する部位に取り付けているため、異常判定部において、第1温度検出器により検出された検出値と第2温度検出器により検出された検出値との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定することにより、冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる。
本発明に係る異常検出装置は、冷却流体が流れる流路を有し、発熱体と流路を流れる冷却流体との間で熱交換することにより発熱体を冷却する冷却器と、冷却器に冷却流体を流すポンプとを有する冷却システムの異常検出装置であって、冷却器は、基準部位、第1の部位及び第2の部位を有し、基準部位と第1の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値であり、基準部位と第2の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値とは異なる第2の熱抵抗値であり、第1の部位に取り付けられた第1温度検出器と、第2の部位に取り付けられた第2温度検出器と、第1温度検出器により検出された検出値と第2温度検出器により検出された検出値との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定する異常判定部とを備える。
本構成によれば、第1温度検出器および第2温度検出器のうち冷却器への冷却流体の入口により近い位置に取り付けられた温度検出器である一方の温度検出器の検出値が、一方の温度検出器が取り付けられた部位と一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗による温度差、一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位と第1温度検出器および第2温度検出器のうち他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間にある冷却流体の熱抵抗による温度差、並びに他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位の温度の和に相当する。一方、他方の温度検出器の検出値は、他方の温度検出器が取り付けられた部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗による温度差、および他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位の温度の和に相当する。従って、第1温度検出器の検出値と第2温度検出器の検出値との比較結果には、一方の温度検出器が取り付けられた部位と一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値と、他方の温度検出器が取り付けられた部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値と、一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間にある冷却流体の熱抵抗値とが反映されることになる。そして、一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間にある冷却流体の熱抵抗は、冷却流体の流量が変化すると(例えば、冷却システムの異常が生じた場合)変化する。つまり、第1の温度検出器の検出値と第2の温度検出器の検出値との比較結果から、冷却流体の流量の変化を検出することができる。また、上記比較結果には、一方の温度検出器が取り付けられた部位と一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値と、他方の温度検出器が取り付けられた部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値とが反映されているため、これらの比を適宜変更することで、冷却流体の流量の変化に対する比較結果の変化率を大きくすることができるので、異常検出装置の精度を向上させることができる。この一方の温度検出器が取り付けられた部位と一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値および他方の温度検出器が取り付けられた部位と他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗値の変更は、例えば、冷却器における第1温度検出器および第2温度検出器の取り付け位置の変更等により容易に実現することができる。
本発明において、例えば、上記一方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位を、基準部位とする。ここで、一方の温度検出器が第1温度検出器である場合、第1温度検出器が取り付けられた部位と第1温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値に相当し、第2温度検出器が取り付けられた部位と第2温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間の熱抵抗、および第1温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位と第2温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位との間にある冷却流体の熱抵抗の和が第2の熱抵抗値に相当する。
本発明において、例えば、上記他方の温度検出器が取り付けられた部位に最も近い流路内の部位を、基準部位としてもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第1の部位と上記流路との間の最短距離が、上記第2の部位と流路との間の最短距離よりも短いものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記冷却器が、板状の形状を有しており、上記流路が、冷却器の内部に設けられた空隙により構成されるものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第1の部位と上記流路との間の最短距離が、上記第2の部位と流路との間の最短距離よりも短いものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記冷却器が、板状の形状を有しており、上記流路が、冷却器の内部に設けられた空隙により構成されるものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第1の部位が、上記冷却器の上記発熱体が取り付けられる主面における、平面視で上記流路と重なる部位であり、上記第2の部位が、主面または上記主面と反対側の面における、平面視で流路と重ならない部位であってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第1の部位は、上記冷却器の上記発熱体が取り付けられる主面とは交差する端面の一部であり、上記第2の部位は、上記主面または上記主面と反対側の面における、平面視で上記流路と重ならない部位であってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第1の部位は、上記冷却器の上記発熱体が取り付けられる主面とは交差する端面の一部であり、上記第2の部位は、上記主面または上記主面と反対側の面における、平面視で上記流路と重ならない部位であってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記第2の部位が、上記冷却器の周面における、上記第1の部位よりも上記流路の下流側に位置し、上記異常判定手段が、上記第1の熱抵抗値と上記第2の熱抵抗値との大小関係が逆転することにより、上記第1温度検出器により検出された検出値と上記第2温度検出器により検出された検出値との大小関係が逆転した場合に、上記冷却システムが異常と判定するものであってもよい。
本構成によれば、異常判定部が、冷却システムの異常が発生してから、当該冷却システムの異常を判定するまでに要する時間の短縮を図ることができる。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定手段が、上記第1温度検出器により検出された検出値と上記第2温度検出器により検出された検出値との大小関係が逆転した状態で所定の時間だけ経過した場合、上記冷却システムが異常と判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定手段が、上記第1温度検出器により検出された検出値と上記第2温度検出器により検出された検出値との大小関係が逆転した状態で所定の時間だけ経過した場合、上記冷却システムが異常と判定するものであってもよい。
本構成によれば、上記冷却器の上記流路を流れる冷却流体の流量が一時的に低下することがあっても、異常判定部が、異常と判定しないので、誤判定を抑制することができる。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記冷却システムが、更に、上記冷却器に冷却配管を介して接続され冷却器から流入する上記冷却流体と大気との間で熱交換することにより冷却流体を冷却するラジエータと、ラジエータの熱交換効率を向上させるラジエータファンとを備え、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値の時間変化率と上記第2温度検出器の検出値の時間変化率との比較結果に基づいてラジエータファンの異常有無を判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記冷却システムが、更に、上記冷却器に冷却配管を介して接続され冷却器から流入する上記冷却流体と大気との間で熱交換することにより冷却流体を冷却するラジエータと、ラジエータの熱交換効率を向上させるラジエータファンとを備え、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値の時間変化率と上記第2温度検出器の検出値の時間変化率との比較結果に基づいてラジエータファンの異常有無を判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、前記演算値が、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率との差分値であるものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、前記異常判定部が、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率が0より大きく、且つ、前記差分値が0のときに前記ラジエータファンが異常と判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、前記異常判定部が、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率が0より大きく、且つ、前記差分値が0のときに前記ラジエータファンが異常と判定するものであってもよい。
本構成によれば、ラジエータファンでの異常発生を検知することができる。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値と上記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、第1温度検出器の検出値が第2温度検出器の検出値よりも大きい場合、第1温度検出器が異常と判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値と上記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、第1温度検出器の検出値が第2温度検出器の検出値よりも大きい場合、第1温度検出器が異常と判定するものであってもよい。
本構成によれば、前記異常判定部が、温度検出器の異常を検知することができるので、冷却システムの異常の誤判定を抑制することができる。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値と上記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、第1温度検出器の検出値が第2温度検出器の検出値よりも小さい場合、第2温度検出器が異常と判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、上記異常判定部が、更に、上記第1温度検出器の検出値と上記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、第1温度検出器の検出値が第2温度検出器の検出値よりも小さい場合、第2温度検出器が異常と判定するものであってもよい。
また、本発明に係る異常検出装置は、前記発熱体が、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換器であってもよい。
<実施の形態>
<1>構成
3相インバータを用いたモータ駆動システムの全体構成を示す図1に示す。
<実施の形態>
<1>構成
3相インバータを用いたモータ駆動システムの全体構成を示す図1に示す。
このモータ駆動システムは、図1に示すように、直流電源4と、直流電源4から供給される直流を昇圧する昇圧コンバータ3aと、昇圧コンバータ3aから供給される直流を交流に変換するインバータ3bと、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bの動作を制御するコントローラ1と、インバータ3bから供給される交流電力により駆動するモータ2と、モータ2、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bを冷却するための冷却システムとを備える。コントローラ1は、本発明における異常判定部に相当する。
モータ2は、インバータ3bから出力される3相の交流電流により駆動する3相交流モータから構成されている。
直流電源4は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池から構成されている。なお、この直流電源4は、外部電源から供給される交流電力を整流平滑化して出力するAC−DCコンバータにより構成してもよい。
直流電源4は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池から構成されている。なお、この直流電源4は、外部電源から供給される交流電力を整流平滑化して出力するAC−DCコンバータにより構成してもよい。
昇圧コンバータ3aは、スイッチング素子であるトランジスタ、コイルおよびダイオードを備えた昇圧型DC−DCコンバータにより構成され、直流電源4から入力される直流電圧を昇圧する。この昇圧コンバータ3aは、スイッチング素子のオンオフ動作のデューティ比を変更することで出力電圧を変化させることができる。
インバータ3bは、3相ブリッジ回路により構成され、昇圧コンバータ3aから入力される直流を互いに位相が各々120°(電気角で2π/3ラジアン)異なる3相交流に変換して出力する。
インバータ3bは、3相ブリッジ回路により構成され、昇圧コンバータ3aから入力される直流を互いに位相が各々120°(電気角で2π/3ラジアン)異なる3相交流に変換して出力する。
コントローラ1は、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bの制御を行う。具体的には、コントローラ1は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation:以下、PWMと略称する)信号を生成して、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bの一部を構成するスイッチング素子のゲートに入力する。そして、コントローラ1は、PWM信号の周期やデューティ比を変化させることにより、インバータ3bから出力される交流電力の大きさや周期を変化させる。
冷却システムは、冷却水を用いて冷却するシステムであり、内部に冷却水が流れる流路13(図2参照)が設けられ、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bで発生した熱を冷却水に伝達することにより昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bを冷却する冷却器12と、冷却水の熱を大気に放熱するためのラジエータ(熱交換器)6と、ラジエータ6の冷却効率を向上させるためのラジエータファン7と、ラジエータ6、モータ2および冷却器12の間で冷却水を循環させるための冷却配管8と、冷却配管8内の冷却水を流動させるための電動ウォーターポンプ5と、コントローラ1が冷却システムに異常が発生したと判定した場合にアラームを出力するアラーム出力部20とを備える。そして、電動ウォーターポンプ5により冷却配管8内の冷却水を流動させることで、モータ2、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bから冷却水に伝達した熱をラジエータ6で大気に放熱する。なお、電動ウォーターポンプ5およびラジエータファン7も、コントローラ1によって制御されている。
冷却器12は、図2(b)に示すように、矩形板状に形成され且つ内側に空隙からなる流路13が形成されている。そして、この冷却器13の厚み方向における主面には、昇圧コンバータ3aおよびインバータ3bを構成するモジュール基板11が取り付けられている。また、流路13は、平面視でモジュール基板11よりも面積が大きくなるように形成された主部13aと、主部13aに冷却水を導入するための導入部13bと、主部13aに導入された冷却水を排出するための排出部13cとから構成されている。モータ2を駆動させている場合において、モジュール基板11では、主にスイッチング素子が発熱源となり、モジュール基板11の熱は、冷却器12におけるモジュール基板11が取り付けられた側の壁12aを介して流路13内に充填された冷却水に伝達する。
ラジエータ6は、表面に凹凸を有するパネル状であって、内部に冷却配管8に連通する流路が形成されている。
ラジエータファン7は、ラジエータ6の表面に対向配置され、ラジエータ6表面に空気を送出する。
電動ウォーターポンプ5は、コントローラ1から入力される駆動用信号に基づいて駆動する。
ラジエータファン7は、ラジエータ6の表面に対向配置され、ラジエータ6表面に空気を送出する。
電動ウォーターポンプ5は、コントローラ1から入力される駆動用信号に基づいて駆動する。
第1温度検出器9および第2温度検出器10は、感温抵抗(サーミスタ)の両端間の電圧値から計測される抵抗値から周囲温度を検出する。サーミスタの温度特性は、第1温度検出器9に使用される場合、[数1]の関係式で表される。
ここで、T1は、第1温度検出器9の周囲温度(検出値)、T0は、基準温度、Rは、抵抗値、R0は、周囲温度T1が基準温度T0のときの抵抗値、Bは、サーミスタ定数を示す。[数1]の関係式から分かるように、周囲温度T1が高くなるほど、抵抗値Rの変化量が小さくなり、その結果、温度検出誤差が大きくなる。従って、本実施の形態では、第1温度検出器9および第2温度検出器10が検出対象とする温度範囲内で検出誤差が大きくならないように、使用するサーミスタのサーミスタ定数Bを選択している。また、第1温度検出器9は、冷却器12の主面における、平面視でモジュール基板11の外側であり且つ流路13の主部13aと重なる部位(第1の部位)に取り付けられている。また、第2温度検出器10は、冷却器12の主面における、平面視でモジュール基板11の外側であり且つ流路13と重ならない部位(第2の部位)に取り付けられている。なお、第2温度検出器10は、主面と反対側の面(裏面)に設けられていてもよい。
また、コントローラ1は、温度検出器9,10の検出値T1,T2に基づいて電動ウォーターポンプ5およびラジエータファン7の制御も行う。具体的には、コントローラ1は、第1温度検出器9および第2温度検出器10の検出値T1,T2に基づいて、電動ウォーターポンプ5およびラジエータファン7に対して、駆動開始させるための駆動用信号や回転数を制御するための回転数制御用信号を送信することにより、電動ウォーターポンプ5およびラジエータファン7のオンオフや回転数の制御を行う。更に、コントローラ1は、検出値T1,T2と、電動ウォーターポンプ5およびラジエータファン7の制御状況とに基づいて、電動ウォーターポンプ5或いはラジエータファン7に異常が発生したか否かを判定し、判定結果を通知する判定結果通知信号をアラーム出力部20に入力する。詳細は<4>で述べる。
アラーム出力部20は、例えば、ブザーや警報ランプを備えた警報装置により構成され、コントローラ1から判定結果通知信号を受信すると、ブザーを鳴動させたり、警報ランプを点灯させたりする。
<2>本実施の形態に係る冷却システムの異常検出装置と比較例に係る冷却システムの異常検出装置との比較
本実施の形態に係る冷却システムの異常検出装置と比較例に係る冷却システムの異常検出装置との比較を熱回路網の概念を用いて行う。
<2>本実施の形態に係る冷却システムの異常検出装置と比較例に係る冷却システムの異常検出装置との比較
本実施の形態に係る冷却システムの異常検出装置と比較例に係る冷却システムの異常検出装置との比較を熱回路網の概念を用いて行う。
比較例に係る冷却システムの構成図を図3(a)に示す。この冷却システムでは、冷却水が、電動ウォーターポンプ5により、冷却配管8を介して冷却器12およびラジエータ6を循環する(図3(a)の矢印参照)。また、本比較例では、冷却器12の入口側の冷却水の温度を検出する温度検出器109と、冷却器12の出口側の冷却水の温度を検出する温度検出器110とを備えている。そして、発熱源であるモジュール基板11からの熱が、冷却器12、冷却配管8内の冷却水、ラジエータ6、大気の順に放熱される。ここで、冷却水は、冷却器12を通過する間にモジュール基板11から伝達される熱により温度が上昇する。この冷却器12の出口から流出した冷却水は、温度を略維持したままラジエータ6に到達する。そして、ラジエータ6は、冷却器12から流入する冷却水を所定の温度まで冷却した後に出口から流出させる。このラジエータ6の出口から流出した冷却水は、温度を略維持したまま再び冷却器12に戻る。従って、温度検出器109の検出値T3は、ラジエータ6を出た直後の冷却水の温度に略一致し、温度検出器110の検出値T4は、ラジエータ6の入口に到達した冷却水の温度に略一致する。
この様子を熱回路網で表したものを図3(b)に示す。ここでは、モジュール基板11を熱流ΣJ0を発生する発熱源とし、ラジエータ6の出口側の冷却水の温度と大気との温度差をθ0としている。前述のように、ラジエータ6の入口側の冷却水の温度と出口側の冷却水の温度との間に温度差が生じるので、ラジエータ6の入口側と出口側との間に熱抵抗Rth2が介在するとみなすことができる。図3(b)では、温度検出器109,110が、同じ温度性能を有するものとしており、Cth0は、冷媒を含む冷却器12の熱容量としている。各温度検出器109,110は、冷却器12に蓄積される熱によって生じる温度を検出値T3,T4として検出する。
また、冷却器12の出口側の冷却水の温度は、冷却水が冷却器12内を通過する時間に依存して変動する。例えば、冷却水の流量が低下して(即ち、冷却システムの異常が発生して)冷却器12内を通過する時間が長くなると、その分、温度が上昇することになる。そして、冷却器12の出口から流出した冷却水は、前述のように、温度を略維持したままラジエータ6に到達する。従って、冷却水の流量の低下をラジエータ6の入口側と出口側との間に介在する熱抵抗Rth2の上昇と見ることができる。すると、2つの温度検出器109,110の検出値T3,T4の比較結果は、ラジエータ6の入口側と出口側との間に介在する熱抵抗Rth2を間接的に見ているとみなすことができ、比較結果の変化率は、ラジエータ6の入口側と出口側との間に介在する熱抵抗の変化率を見ていると言える。この比較例に係る冷却システムの異常検出装置では、比較結果として、冷却器12の入口側の冷却水の温度と冷却器12の出口側の冷却水の温度との比を採用している。
本比較例に係る冷却システムの異常検出装置では、モジュール基板11の発熱量が一定である場合、冷却水の流量が決まるとモジュール基板11から冷却水に伝達される単位時間当たりの熱量が一義的に決まるので、比較結果も一義的に決まることになる。すると、モジュール基板11の発熱量が小さくなると、温度検出器109,110の検出値T3,T4に含まれる、冷却水の流量に応じて変化する成分の割合が小さくなるので、比較結果の変化率が小さくなり、冷却システムの異常検出の精度が低下してしまうことになる。
次に、本実施の形態に係る異常検出装置について図4を用いて説明する。
図4では、発熱源であるモジュール基板11をJ0、第1の部位と流路13との間の熱抵抗をRth01、第2の部位と流路13との間の熱抵抗をRth02、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間の熱抵抗をRth1、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗(すなわちラジエータ6自体の熱抵抗)をRth2、ラジエータ6の出口と大気との温度差をθ0としている。
図4では、発熱源であるモジュール基板11をJ0、第1の部位と流路13との間の熱抵抗をRth01、第2の部位と流路13との間の熱抵抗をRth02、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間の熱抵抗をRth1、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗(すなわちラジエータ6自体の熱抵抗)をRth2、ラジエータ6の出口と大気との温度差をθ0としている。
ここで、第1の部位と第2の部位とに流入する熱流の大きさが等しいとしているが、これは、発熱源であるモジュール基板11からの熱流が冷却器12の主面に沿って等方的に外に向かって流れており、また、平面視で冷却器12におけるモジュール基板11の占有率が大きいので、第1の部位および第2の部位に到達する熱流の大きさは同じであると近似できるからである。また、第1の部位と流路13との間の熱抵抗Rth01は、第2の部位と流路13との間の熱抵抗Rth02よりも小さい。これは、第1の部位と流路13との間の最短距離が、第2の部位と流路13との間の最短距離に比べて小さいからである。また、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間の熱抵抗Rth1、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗Rth2、第1の部位と流路13との間の熱抵抗Rth01、および、第2の部位と流路13との間の熱抵抗Rth02は、流路13や冷却配管8を流れる冷却水の流量により変動する。具体的には、冷却水の流量が低下すると、熱抵抗Rth1,Rth2は上昇することになる。また、このときの熱抵抗Rth01の変化量に比べて、熱抵抗Rth02の変化量は大きい。ここにおいて、第1の熱抵抗値は、熱抵抗Rth01に相当し、第2の熱抵抗値は、熱抵抗Rth02と熱抵抗Rth1との和に相当する。そして、基準部位は、図4における熱抵抗Rth01と熱抵抗Rth1との間の部位Pに相当し、流路13内における第1の部位に最も近い部位に相当する。
次に、温度検出器9,10の内部熱抵抗や熱容量を考慮した冷却システムの熱回路網を図5に示す。図5では、温度検出器9,10が、同じ温度性能を有するものとしており、各温度検出器9,10について、冷却器12(冷媒を含む)の熱容量をCth0としている。各温度検出器9,10は、冷却器12に蓄積される熱によって生じる大気との温度差を検出値T1,T2として検出する。
<3>実験結果
本実施の形態に係るモータ駆動システムについての実験結果を図6に示す。図6における横軸が時間を表し、縦軸が温度(℃)を表しており、T1は、第1温度検出器9の検出値の推移、T2は、第2温度検出器10の検出値の推移を示している。
<3>実験結果
本実施の形態に係るモータ駆動システムについての実験結果を図6に示す。図6における横軸が時間を表し、縦軸が温度(℃)を表しており、T1は、第1温度検出器9の検出値の推移、T2は、第2温度検出器10の検出値の推移を示している。
実験は、第1温度検出器9および第2温度検出器10を概ね図2に示す位置に取り付けて行った。但し、図6(a)に示すデータを取得するときと、図6(b)に示すデータを取得するときとで、第1温度検出器9の取り付け位置を変更した。そして、電動ウォーターポンプ5を所定時間(例えば、97秒間)駆動させた後に、電動ウォーターポンプ5を停止して放置したときにおける、温度検出器9,10の検出値T1,T2の経時的な変化を観察した。なお、この実験においては、ラジエータファン7を停止した状態で維持した。
図6(a)に示す実験結果では、まず、時刻t0乃至t1では、電動ウォーターポンプ5が駆動している状態であり、図5に示す熱回路網において[数2]に示す関係式が成立している。
ここで、モジュール基板11から温度検出器9,10それぞれに流れる熱流の大きさをJとすると、第1温度検出器9の検出値T1は、(Rth01+Rth1+Rth2)×J0、第2温度検出器10の検出値T2は、(Rth02+Rth2)×J0となるので、第1温度検出器9の検出値T1に比べて第2温度検出器10の検出値T2のほうが大きい状態で推移することになる。
次に、時刻t1で、電動ウォーターポンプ5が停止し、流路13を流れる冷却水の流量が低下すると、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間の熱抵抗Rth1、および、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗Rth2のいずれもが上昇し、[数3]の関係が成立するようになる。
そして、熱抵抗Rth1、および熱抵抗Rth2の大きさが、電動ウォーターポンプ5の停止と同時にステップ関数的に増加するとした場合、電動ウォーターポンプ5停止後における第1温度検出器9の検出値T1の推移は、[数4]の関係式で表すことができる。
ここで、Rth10は、電動ウォーターポンプ5駆動時における熱抵抗Rth1の大きさ、Rth11は、電動ウォーターポンプ5停止後における熱抵抗Rth1の大きさ、Jは、モジュール基板11で発生する熱流の大きさ、tは、電動ウォーターポンプ5停止後の経過時間に相当し、T10は、電動ウォーターポンプ5駆動時における第1温度検出器9の検出値T1であり、電動ウォーターポンプ5停止直後における検出値T1に相当する。また、電動ウォーターポンプ5停止時における、第1の部位と流路13との間の熱抵抗Rth01の大きさをRth011、熱抵抗Rth1の大きさをRth11、熱抵抗Rth2の大きさをRth21とする。また、T11は、電動ウォーターポンプ5停止後、十分な時間経過後における第1温度検出器9の検出値T1に相当する。
同様に、電動ウォーターポンプ5停止後における第2温度検出器10の検出値T2の推移は、[数5]の関係式で表すことができる。
ここで、Rth20は、電動ウォーターポンプ5駆動時における熱抵抗Rth2の大きさ、Rth21は、電動ウォーターポンプ5停止後における熱抵抗Rth2の大きさ、T20は、電動ウォーターポンプ5駆動時における第2温度検出器10の検出値T2であり、電動ウォーターポンプ5停止直後における検出値T2に相当する。また、電動ウォーターポンプ5停止時における、第2の部位と流路13との間の熱抵抗Rth02の大きさをRth021、熱抵抗Rth1の大きさをRth11、熱抵抗Rth2の大きさをRth21とする。また、T21は、電動ウォーターポンプ5停止後、十分な時間経過後における第2温度検出器10の検出値T2に相当する。
図6(a)の電動ウォーターポンプ停止後の検出値T1,T2の挙動を表す曲線は、いずれも[数4]、[数5]の関係式が示すような指数関数的な温度特性を反映したものとなっている。また、検出値T10,T20との間に、T10<T20の関係が成立するのに対して、検出値T11,T21との間には、T11>T21の関係が成立する。このことから、検出値T1を表す曲線と検出値T2を表す曲線とが互いに交差する点(クロスポイント)が存在することになる。
具体的には、時刻t1以後、検出値T1,T2は、[数4]、[数5]の関係式に従って上昇していく。その後、時刻t2で、検出値T1を表す曲線と検出値T2を表す曲線とがクロスポイントに到達し、その後、検出値T1,T2の大小関係が逆転する。そして、時刻t3で検出値T1は、120℃に到達する。
図6(a)に示すように、検出値T1が60℃、検出値T2が62℃の状態で、電動ウォーターポンプ5が停止してから検出値T1の検出値T2との大小関係が逆転する点(クロスポイント)までの時間(t2−t3)は、検出値T1が120℃に到達するまでの時間(t3−t1)の約30%程度である。従って、本実施の形態に係る異常検出装置のように、検出値T1,T2についてのクロスポイントを検出する構成とすることで、従来の検出値T1の温度が120℃になったことを検出する構成に比べて検出時間の大幅な短縮を図ることができる。
図6(a)に示すように、検出値T1が60℃、検出値T2が62℃の状態で、電動ウォーターポンプ5が停止してから検出値T1の検出値T2との大小関係が逆転する点(クロスポイント)までの時間(t2−t3)は、検出値T1が120℃に到達するまでの時間(t3−t1)の約30%程度である。従って、本実施の形態に係る異常検出装置のように、検出値T1,T2についてのクロスポイントを検出する構成とすることで、従来の検出値T1の温度が120℃になったことを検出する構成に比べて検出時間の大幅な短縮を図ることができる。
また、図6(b)は、電動ウォーターポンプ5停止後において、熱抵抗Rth1と熱抵抗Rth2とで、[数6]の関係が成立する場合の実験結果を示している。
図4(b)の場合、検出値T1が60℃、検出値T2が62℃の状態で、電動ウォーターポンプ5が停止してから検出値T1の検出値T2との大小関係が逆転する点(クロスポイント)までの時間(t4−t1)は、検出値T1が120℃に到達するまでの時間(t5−t1)の約20%程度である。従って、図6(a)の場合に比べて検出時間の更なる短縮を図ることができる。
また、図6(a)および(b)の実験結果が示すように、第1温度検出器9および第2温度検出器10を取り付ける部位と流路13との間の熱抵抗Rth01,Rth02を変更することにより、[数5]および[数6]が示す比率を変えることができる。つまり、第1温度検出器9および第2温度検出器10を取り付ける部位を熱抵抗Rth01,Rth02,Rth1の異なる部位に変更することにより、検出値T1,T2の変化率を自由に変更することができる。
本実施の形態に係る冷却システムでは、第1温度検出器9の検出値T1が、第1の部位と基準部位Pとの間の熱抵抗(Rth01)による温度差と、基準部位Pと流路13内における第2の部位に最も近い部位との間の冷却水の熱抵抗(Rth1)、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗Rth2による温度差と、ラジエータ6の出口の温度との和に相当する。一方、第2温度検出器10の検出値T2は、第2の部位と流路13内における第2の部位に最も近い部位との間の熱抵抗Rth02による温度差と、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗Rth2による温度差と、ラジエータ6の出口の温度との和に相当する。従って、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との比較結果には、第1の熱抵抗値Rth01と第2の熱抵抗値(Rth02+Rth1)と、ラジエータ6の入口と出口との間の熱抵抗Rth2の大きさとが反映されることになる。熱抵抗Rth1、Rth2の変化を検出することにより、冷却水の流量の変化、即ち、冷却システムの異常を検出することができる。また、上記比較結果には、第1の熱抵抗値と第2の熱抵抗値とが反映されているので、これらの比を適宜変更することで、冷却水の流量の変化に対する比較結果の変化率を大きくすることができるので、冷却システムの異常検出の精度向上を図ることができる。この第1の熱抵抗値および第2の熱抵抗値の変更は、例えば、冷却器12における第1温度検出器9および第2温度検出器10の取り付け位置の変更等により容易に実現することができる。
また、本実施の形態に係る異常検出装置では、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との比較結果に、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間に介在する冷却水の熱抵抗Rth1の大きさが反映される。従って、第1温度検出器9の取り付け位置と第2温度検出器10の取り付け位置とを適宜変更することにより、流路13内における第1の部位に対応する部位と第2の部位に対応する部位との間の距離を変更して、熱抵抗Rth1の大きさを変更して、冷却水の流量の変化に対する比較結果の変化率を大きくすることができる。
<4>動作
<4−1>冷却システム異常診断処理
本実施の形態に係るモータ駆動システムの冷却システム異常診断処理の手順を示すフローチャートを図7に示す。
<4>動作
<4−1>冷却システム異常診断処理
本実施の形態に係るモータ駆動システムの冷却システム異常診断処理の手順を示すフローチャートを図7に示す。
まず、コントローラ1は、第1温度検出器9および第2温度検出器10の検出値T1、T2を取得する(ステップS1)。
次に、コントローラ1は、電動ウォーターポンプ5に対して駆動開始指示を行ったか否かを確認する(ステップS2)。具体的には、コントローラ1が電動ウォーターポンプ5に対して駆動用信号を送信しているか否かを確認する。
次に、コントローラ1は、電動ウォーターポンプ5に対して駆動開始指示を行ったか否かを確認する(ステップS2)。具体的には、コントローラ1が電動ウォーターポンプ5に対して駆動用信号を送信しているか否かを確認する。
ステップS2において、電動ウォーターポンプ5に対して駆動開始指示を行っていないと判定すると(ステップS2:No)、コントローラ1は、ステップS6の処理に移行する。
一方、ステップS2において、電動ウォーターポンプ5に対して駆動開始指示を行ったと判定すると(ステップS2:Yes)、コントローラ1は、第1温度検出器9の検出値T1が第2温度検出器10の検出値T2未満であるか否かを確認する(ステップS3)。
一方、ステップS2において、電動ウォーターポンプ5に対して駆動開始指示を行ったと判定すると(ステップS2:Yes)、コントローラ1は、第1温度検出器9の検出値T1が第2温度検出器10の検出値T2未満であるか否かを確認する(ステップS3)。
ここにおいて、電動ウォーターポンプ5が正常に駆動しており、電動ウォーターポンプ5の仕様で定められている所定の流量で冷却水が流動している場合、第1の部位と冷却水との間の熱抵抗は、第2の部位と冷却水との間の熱抵抗に比べて小さくなっており、第1温度検出器9の検出値T1が、第2温度検出器10の検出値T2よりも低い状態で推移する。例えば、図6(a)に示すように、検出値T1が60℃、検出値T2が62℃となるように、温度検出器9,10を取り付ける部位(第1の部位および第2の部位)が選択されている。一方、電動ウォーターポンプ5に異常が発生し、冷却水の流量が所定の流量よりも減少すると、第1の部位と冷却水との間の熱抵抗は、第2の部位と冷却水との間の熱抵抗よりも大きくなり、第1温度検出器9の検出値T1が、第2温度検出器10の検出値T2よりも大きくなる。
ステップS3において、検出値T1が検出値T2以上であると判定すると(ステップS3:Yes)、コントローラ1は、電動ウォーターポンプ5に異常が発生していると判定し(ステップS4)、アラームを出力する(ステップS5)。このアラームの出力では、コントローラ1が、アラーム出力部20に対して判定結果通知信号を送信する。
一方、ステップS3において、検出値T1が検出値T2に比べて小さいと判定すると(ステップS3:No)、コントローラ1は、電動ウォーターポンプ5は正常であると判定し、続いて、ラジエータファン7に対して駆動開始指示を行ったか否かを確認する(ステップS6)。具体的には、コントローラ1がラジエータファン7に対して駆動用信号を送信しているか否かを確認する。
一方、ステップS3において、検出値T1が検出値T2に比べて小さいと判定すると(ステップS3:No)、コントローラ1は、電動ウォーターポンプ5は正常であると判定し、続いて、ラジエータファン7に対して駆動開始指示を行ったか否かを確認する(ステップS6)。具体的には、コントローラ1がラジエータファン7に対して駆動用信号を送信しているか否かを確認する。
ステップS6において、ラジエータファン7に対して駆動開始指示を行っていないと判定すると(ステップS6:No)、コントローラ1は、冷却システム異常診断処理を終了する。
一方、ステップS6において、ラジエータファン7に対して駆動開始指示を行ったと判定すると(ステップS6:Yes)、コントローラ1は、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが等しく、且つ、各時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが正であるか否かを確認する(ステップS7)。
一方、ステップS6において、ラジエータファン7に対して駆動開始指示を行ったと判定すると(ステップS6:Yes)、コントローラ1は、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが等しく、且つ、各時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが正であるか否かを確認する(ステップS7)。
ステップS7において、時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが等しく、且つ、各時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが0より大きい場合(ステップS7:Yes)、コントローラ1は、ラジエータファン7に異常が発生したと判定し(ステップS8)、アラームを出力する(ステップS9)この状況は、ラジエータファン7に異常が発生し、ラジエータ6での冷却水と大気との間での熱交換が十分に行われていないことを表している。図5の熱回路網で説明すると、ラジエータ6から外部への熱伝達効率が低下した結果、大気とラジエータ6の出口との温度差θ0が時間とともに増加する状況を示している。
一方、ステップS7において、時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtが互いに異なる、或いは、各時間変化率ΔT1/Δt、ΔT2/Δtのいずれかが0より小さい場合(ステップS7:No)、コントローラ1は、ラジエータファン7は正常であると判定し、冷却システム異常診断処理を終了する。
以上のことから、本実施の形態に係る異常検出装置は、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との差分を評価することによって、冷却システムに異常が発生していないか否かを判定することができる。
<4−2>温度検出器異常診断処理
本実施の形態に係るモータ駆動システムの温度検出器異常診断処理のフローチャートを図8に示す。
以上のことから、本実施の形態に係る異常検出装置は、第1温度検出器9の検出値T1と第2温度検出器10の検出値T2との差分を評価することによって、冷却システムに異常が発生していないか否かを判定することができる。
<4−2>温度検出器異常診断処理
本実施の形態に係るモータ駆動システムの温度検出器異常診断処理のフローチャートを図8に示す。
まず、コントローラ1は、第1温度検出器9および第2温度検出器10の検出値T1、T2を取得する(ステップS51)。
次に、コントローラ1は、検出値T1、T2の差分値ΔT(=T1−T2)を算出する(ステップS52)。
続いて、コントローラ1は、差分値ΔTの絶対値が所定値αよりも大きいか否かを確認する(ステップS53)。この所定値αは、第1温度検出器9および第2温度検出器10が正常であるときの検出値T1,T2の範囲を参考にして決定する。
次に、コントローラ1は、検出値T1、T2の差分値ΔT(=T1−T2)を算出する(ステップS52)。
続いて、コントローラ1は、差分値ΔTの絶対値が所定値αよりも大きいか否かを確認する(ステップS53)。この所定値αは、第1温度検出器9および第2温度検出器10が正常であるときの検出値T1,T2の範囲を参考にして決定する。
ステップS53において、差分値ΔTの絶対値が所定値αよりも大きいと判定すると(ステップS53:Yes)、コントローラ1は、差分値ΔTの値が0よりも大きいか否かを確認する(ステップS54)。ここにおいて、温度検出器9,10が、オープン故障すると検出値T1,T2が大きく増大することを利用して、第1温度検出器9または第2温度検出機10のうちのいずれか一方がオープン故障し、他方が正常である状態を検出する。
ステップS54において、差分値ΔTが0よりも小さいと判定されると(ステップS54:No)、コントローラ1は、第1温度検出器9が正常で、第2温度検出器10がオープン故障していると判定し(ステップS55)、アラームを出力する(ステップS56)。このアラームの出力では、コントローラ1が、アラーム出力部20に対して判定結果通知信号を送信する。以下のアラームを出力する処理では、同様の処理が行われる。
一方、ステップS54において、差分値ΔTが0よりも大きいと判定されると(ステップS54:Yes)、コントローラ1は、第2温度検出器10が正常で、第1温度検出器9がオープン故障していると判定し(ステップS57)、アラームを出力する(ステップS58)。
また、ステップS53において、差分値ΔTの絶対値が所定値α以下と判定すると(ステップS53:No)、コントローラ1は、第1温度検出器9の時間変化率ΔT1/Δtが0より大きく、且つ、第2温度検出器10の時間変化率ΔT2/Δtが0であるか否かを確認する(ステップS59)。ここにおいて、温度検出器9,10が、ショート故障すると検出値T1,T2が略0の状態で変化しなくなることを利用して、第1温度検出器9または第2温度検出機10のうちのいずれか一方がショート故障し、他方が正常である状態を検出する。
また、ステップS53において、差分値ΔTの絶対値が所定値α以下と判定すると(ステップS53:No)、コントローラ1は、第1温度検出器9の時間変化率ΔT1/Δtが0より大きく、且つ、第2温度検出器10の時間変化率ΔT2/Δtが0であるか否かを確認する(ステップS59)。ここにおいて、温度検出器9,10が、ショート故障すると検出値T1,T2が略0の状態で変化しなくなることを利用して、第1温度検出器9または第2温度検出機10のうちのいずれか一方がショート故障し、他方が正常である状態を検出する。
ステップS59において、第1温度検出器9の検出値T1の時間変化率ΔT1/Δtが0より大きく、且つ、第2温度検出器10の検出値T2の時間変化率ΔT2/Δtが略0であると判定すると(ステップS59:Yes)、コントローラ1は、第2温度検出器10がショート故障していると判定し(ステップS60)、アラームを出力する(ステップS61)。
一方、ステップS59において、第1温度検出器9の検出値T1の時間変化率ΔT1/Δtが0以下、または、第2温度検出器10の検出値T2の時間変化率ΔT2/Δtが略0ではないと判定すると(ステップS59:No)、コントローラ1は、第2温度検出器10の時間変化率ΔT2/Δtが略0であり、且つ、第2温度検出器10の時間変化率ΔT2/Δtが0より大きいか否かを確認する(ステップS62)。
ステップS62において、第1温度検出器9の検出値T1の時間変化率ΔT1/Δtが略0であり、且つ、第2温度検出器10の検出値T2の時間変化率ΔT2/Δtが0より大きいと判定すると(ステップS62:Yes)、コントローラ1は、第1温度検出器9がショート故障していると判定し(ステップS63)、アラームを出力する(ステップS64)。
一方、ステップS62において、第1温度検出器9の検出値T1の時間変化率ΔT1/Δtが略0ではない、または、第2温度検出器10の検出値T2の時間変化率ΔT2/Δtが0以下であると判定すると(ステップS62:No)、コントローラ1は、温度検出器異常診断処理を終了する。このとき、コントローラ1は、第1温度検出器9および第2温度検出器10はいずれも正常であると判定することになる。
<変形例>
(1)前述の実施の形態では、温度検出器9,10を図2に示すように、冷却器12の一面側に取り付ける例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、第1温度検出器9を冷却器12の側面に取り付けてもよい。図9に示す例では、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間に介在する領域がない点が図2に示す構成とは相違する。ここで、冷却器12の外周壁において、第1温度検出器9が取り付けられた部位(第1の部位)と流路13の内壁との間の最短距離が、第2温度検出器10が取り付けられた部位(第2の部位)と流路13の内壁との間の最短距離に比べて短くなっている。つまり、第1の部位と冷却水との間の熱抵抗は、第2の部位と冷却水との間の熱抵抗に比べて小さくなっている。
<変形例>
(1)前述の実施の形態では、温度検出器9,10を図2に示すように、冷却器12の一面側に取り付ける例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、第1温度検出器9を冷却器12の側面に取り付けてもよい。図9に示す例では、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間に介在する領域がない点が図2に示す構成とは相違する。ここで、冷却器12の外周壁において、第1温度検出器9が取り付けられた部位(第1の部位)と流路13の内壁との間の最短距離が、第2温度検出器10が取り付けられた部位(第2の部位)と流路13の内壁との間の最短距離に比べて短くなっている。つまり、第1の部位と冷却水との間の熱抵抗は、第2の部位と冷却水との間の熱抵抗に比べて小さくなっている。
図10に、図9に示す冷却器12を備える冷却システム12の熱回路網を示す。図10に示す熱回路網は、図5の熱回路網と比べて、流路13内における第1の部位に最も近い部位と第2の部位に最も近い部位との間に介在する領域の熱抵抗をゼロと近似している点が相違している。
なお、温度検出器9,10は、図11に示すように、第1温度検出器9を冷却器12の側面に取り付けつつ、第2温度検出器10を、冷却器12の主面における、平面視でモジュール基板11の外側であり且つ流路13と重ならない部位に取り付けた構成でもよい。この場合、冷却システム12の熱回路網は、図5に示す熱回路網と略同様になる。
なお、温度検出器9,10は、図11に示すように、第1温度検出器9を冷却器12の側面に取り付けつつ、第2温度検出器10を、冷却器12の主面における、平面視でモジュール基板11の外側であり且つ流路13と重ならない部位に取り付けた構成でもよい。この場合、冷却システム12の熱回路網は、図5に示す熱回路網と略同様になる。
(2)前述の実施の形態では、コントローラ1が、温度検出器9,10の検出値を比較したときに、第1温度検出器10の検出値T1に比べて第2温度検出器10の検出値T2のほうが低い場合、電動ウォーターポンプ5の故障と判定してアラームを出力する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ1が、温度検出器9,10の検出値を比較したときに、第1温度検出器10の検出値T1に比べて第2温度検出器10の検出値T2のほうが低い場合、更に、検出値T1に比べて検出値T2のほうが低い状態で所定の時間が経過したときに、初めて電動ウォーターポンプ5の故障と判定するようにしてもよい。この変形例に係る異常検出装置の動作示すフローチャートを図12に示す。なお、図12のステップS101乃至S103、およびステップS105乃至S110での処理は、図7のステップS1乃至S3、ステップS4乃至S9と同様である。図12のステップS104(一点鎖線で囲んだ部分)で、コントローラ1が、検出値T1に比べて検出値T2のほうが低い状態で所定の時間が経過したか否かを判定する処理を行うことになる。
正常動作時は、熱抵抗が低く、温度上昇値が低く抑えられているが、冷却流体の流れが鈍くなることで熱抵抗が大きくなり温度上昇率が高くなる。この現象を用いることで、冷却系の異常を検知できれば良く、この構成に限定されない。
(3)前述の実施の形態では、電動ウォーターポンプ5の異常により冷却水の流量が減少する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、冷却配管8や冷却配管8のジョイント部(図示せず)から冷却水が漏れている場合も冷却システムの異常として検知するようにしてもよい。冷却配管8や冷却配管8のジョイント部から冷却水が漏れている場合、冷却配管8の内部圧力が減少し冷却水の流量が低下するので、本実施の形態と同様の方法で検出することができる。
(3)前述の実施の形態では、電動ウォーターポンプ5の異常により冷却水の流量が減少する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、冷却配管8や冷却配管8のジョイント部(図示せず)から冷却水が漏れている場合も冷却システムの異常として検知するようにしてもよい。冷却配管8や冷却配管8のジョイント部から冷却水が漏れている場合、冷却配管8の内部圧力が減少し冷却水の流量が低下するので、本実施の形態と同様の方法で検出することができる。
(4)前述の実施の形態では、モータ2が三相交流モータから構成される例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、リラクタンスモータ等から構成されるものであってもよい。
(5)前述の実施の形態では、冷却流体が冷却水であるものとして説明したがこれに限定されるものではない。例えば、冷却流体が気体であってもよいし、あるいは、気体と液体とが混合した冷媒であってもよい。
(5)前述の実施の形態では、冷却流体が冷却水であるものとして説明したがこれに限定されるものではない。例えば、冷却流体が気体であってもよいし、あるいは、気体と液体とが混合した冷媒であってもよい。
また、ポンプが電動ウォーターポンプである例について説明したが、これに限定されない。ポンプは、冷却流体を循環させる機能を有するものであればよい。
(6)前述の実施の形態では、図7に示すように、コントローラ1が、電動ウォーターポンプ5或いはラジエータファン7の異常を検出した場合、アラームを出力する処理のみを行う例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ1が、電動ウォーターポンプ5の異常を検出した場合、ラジエータファン7に駆動用信号を送信してラジエータファン7の回転数を上昇させるようにしてもよい。また、コントローラ1が、ラジエータファン7の異常を検出した場合、電動ウォーターポンプ5に駆動用信号を送信して電動ウォーターポンプ5の回転数を上昇させるようにしてもよい。これにより、冷却水の温度上昇を緩和することができるので、昇圧コンバータ3a、インバータ3bおよびモータ2の温度上昇に起因した故障発生を抑制することができる。
(6)前述の実施の形態では、図7に示すように、コントローラ1が、電動ウォーターポンプ5或いはラジエータファン7の異常を検出した場合、アラームを出力する処理のみを行う例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ1が、電動ウォーターポンプ5の異常を検出した場合、ラジエータファン7に駆動用信号を送信してラジエータファン7の回転数を上昇させるようにしてもよい。また、コントローラ1が、ラジエータファン7の異常を検出した場合、電動ウォーターポンプ5に駆動用信号を送信して電動ウォーターポンプ5の回転数を上昇させるようにしてもよい。これにより、冷却水の温度上昇を緩和することができるので、昇圧コンバータ3a、インバータ3bおよびモータ2の温度上昇に起因した故障発生を抑制することができる。
(7)前述の実施の形態では、基準部位が流路13内における第1の部位に最も近い部位に相当する例について説明したがこれに限定されない。例えば、流路13内における第2の部位に最も近い部位を基準部位としてもよい。
(8)前述の実施の形態および変形例は、単なる好適例に過ぎず、何らこれに限定されるものではない。また、前述の実施の形態および変形例に挙げた構成を、適宜組み合わせることも可能である。
(8)前述の実施の形態および変形例は、単なる好適例に過ぎず、何らこれに限定されるものではない。また、前述の実施の形態および変形例に挙げた構成を、適宜組み合わせることも可能である。
ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載されモータ等の負荷を駆動するモータ駆動システムに利用可能である。
1 コントローラ
2 モータ
3a 昇圧コンバータ
3b インバータ
4 直流電源
5 電動ウォーターポンプ
6 ラジエータ
7 ラジエータファン
8 冷却配管
9 第1温度検出器
10 第2温度検出器
11 モジュール基板(発熱体)
12 冷却器
13 流路
20 アラーム出力部
T1,T2 検出値
2 モータ
3a 昇圧コンバータ
3b インバータ
4 直流電源
5 電動ウォーターポンプ
6 ラジエータ
7 ラジエータファン
8 冷却配管
9 第1温度検出器
10 第2温度検出器
11 モジュール基板(発熱体)
12 冷却器
13 流路
20 アラーム出力部
T1,T2 検出値
Claims (13)
- 冷却流体が流れる流路を有し、発熱体と前記流路を流れる前記冷却流体との間で熱交換することにより前記発熱体を冷却する冷却器と、前記冷却器に冷却流体を流すポンプとを有する冷却システムの異常検出装置であって、
前記冷却器は、基準部位、第1の部位及び第2の部位を有し、
前記基準部位と前記第1の部位との間の熱抵抗が第1の熱抵抗値であり、
前記基準部位と前記第2の部位との間の熱抵抗が前記第1の熱抵抗値とは異なる第2の熱抵抗値であり、
前記第1の部位に取り付けられた第1温度検出器と、
前記第2の部位に取り付けられた第2温度検出器と、
前記第1温度検出器により検出された検出値と前記第2温度検出器により検出された検出値との比較結果に基づいて冷却システムの異常を判定する異常判定部とを備える
異常検出装置。 - 前記第1の部位と前記流路との間の最短距離が、前記第2の部位と前記流路との間の最短距離よりも短い、
請求項1記載の異常検出装置。 - 前記冷却器は、板状の形状を有しており、
前記流路は、前記冷却器の内部に設けられた空隙により構成される、
請求項2記載の異常検出装置。 - 前記第1の部位は、前記冷却器の前記発熱体が取り付けられる主面における、平面視で前記流路と重なる部位であり、
前記第2の部位は、前記主面または前記主面と反対側の面における、平面視で前記流路と重ならない部位である、
請求項3記載の異常検出装置。 - 前記第1の部位は、前記冷却器の前記発熱体が取り付けられる主面と交差する端面の一部であり、
前記第2の部位は、前記主面または前記主面と反対側の面における、平面視で前記流路と重ならない部位である、
請求項3記載の異常検出装置。 - 前記第2の部位は、前記冷却器の周面における、前記第1の部位よりも前記流路の下流側に位置し、
前記異常判定部は、前記第1の熱抵抗値と前記第2の熱抵抗値との大小関係が逆転することにより、前記第1温度検出器により検出された検出値と前記第2温度検出器により検出された検出値との大小関係が逆転した場合に、前記冷却システムが異常と判定する、
請求項1記載の異常検出装置。 - 前記第2の部位は、前記冷却器の周面における、前記第1の部位よりも前記流路の下流側に位置し、
前記異常判定部は、前記第1温度検出器により検出された検出値と前記第2温度検出器により検出された検出値との大小関係が逆転した状態で所定の時間だけ経過した場合、前記冷却システムが異常と判定する、
請求項1記載の冷却異常検出装置。 - 前記冷却システムは、更に、前記冷却器に配管を介して接続され前記冷却器から流入する前記冷却流体と大気との間で熱交換することにより冷却流体を冷却するラジエータと、前記ラジエータの熱交換効率を向上させるラジエータファンとを備え、
前記異常判定部は、更に、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率との比較結果に基づいて前記ラジエータファンの異常有無を判定する、
請求項1記載の異常検出装置。 - 前記比較結果は、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率との差分である、
請求項8記載の異常検出装置。 - 前記異常判定部は、前記第1温度検出器の検出値の時間変化率と前記第2温度検出器の検出値の時間変化率が0より大きく、且つ、前記差分が零のときに前記ラジエータファンが異常と判定する、
請求項9記載の異常検出装置。 - 前記異常判定部は、更に、前記第1温度検出器の検出値と前記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、前記第1温度検出器の検出値が前記第2温度検出器の検出値よりも大きい場合、第1温度検出器が異常と判定する、
請求項10記載の異常検出装置。 - 前記異常判定部は、更に、前記第1温度検出器の検出値と前記第2温度検出器の検出値との差の絶対値が所定値よりも大きく、且つ、前記第1温度検出器の検出値が前記第2温度検出器の検出値よりも小さい場合、第2温度検出器が異常と判定する、
請求項11記載の異常検出装置。 - 前記発熱体は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換器である、
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の異常検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011142774A JP2013011179A (ja) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 異常検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011142774A JP2013011179A (ja) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 異常検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013011179A true JP2013011179A (ja) | 2013-01-17 |
Family
ID=47685261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011142774A Withdrawn JP2013011179A (ja) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 異常検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013011179A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2950626A1 (en) | 2014-05-29 | 2015-12-02 | Hitachi, Ltd. | Error detection system for cooling apparatus |
EP3506482A4 (en) * | 2016-08-23 | 2019-08-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | CURRENT CONVERSION DEVICE TEMPERATURE DETECTING METHOD AND CURRENT CONVERTING DEVICE TEMPERATURE DEVICE DETECTING DEVICE |
-
2011
- 2011-06-28 JP JP2011142774A patent/JP2013011179A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2950626A1 (en) | 2014-05-29 | 2015-12-02 | Hitachi, Ltd. | Error detection system for cooling apparatus |
EP3506482A4 (en) * | 2016-08-23 | 2019-08-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | CURRENT CONVERSION DEVICE TEMPERATURE DETECTING METHOD AND CURRENT CONVERTING DEVICE TEMPERATURE DEVICE DETECTING DEVICE |
US10514309B2 (en) | 2016-08-23 | 2019-12-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Temperature abnormality detection method for power conversion device and temperature abnormality detection device for power conversion device |
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