JP2014051918A - Control device for electric pump - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、冷却液を圧送する電動ポンプの制御装置に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a control device for an electric pump that pumps coolant.
冷却液を圧送する電動ポンプの制御装置として、例えば、特許文献1に開示されるものがある。この技術では、ポンプが異物を噛み込んでいると判定すると、再起動処理を実行して噛み込んだ異物を潰したり、取り除いたりする。 As a control device for an electric pump that pumps the coolant, there is one disclosed in Patent Document 1, for example. In this technique, when it is determined that the pump is biting foreign matter, a restart process is executed to crush or remove the bitten foreign matter.
ところで、異物が噛み込んだ状態のままで電動ポンプのモータが止まると、通常時よりも大量の電流が流れ続ける。なお、本明細書では、説明を簡単にするため、モータに駆動電圧(駆動電力)を供給しているにも関わらずにモータが回転を停止することを「ロックする」と表現する。通常の電動ポンプ制御装置は、モータがロックした状態で駆動電圧を供給し続けることを想定していないため、電動ポンプを駆動する回路部品の温度が上昇して回路部品の劣化に繋がる虞がある。本明細書は、電動ポンプを駆動する回路部品の劣化を引き起こさずに、異物を除去する技術を提供する。 By the way, if the motor of the electric pump is stopped while the foreign matter is caught, a larger amount of current continues to flow than usual. In the present specification, for the sake of simplicity, it is expressed as “locking” that the motor stops rotating even though the drive voltage (drive power) is supplied to the motor. The normal electric pump control device does not assume that the drive voltage is continuously supplied in a state where the motor is locked. Therefore, there is a possibility that the temperature of the circuit component that drives the electric pump rises and the circuit component is deteriorated. . The present specification provides a technique for removing foreign matters without causing deterioration of circuit components that drive an electric pump.
本明細書が開示する電動ポンプの制御装置は、電動ポンプの駆動電圧を昇圧する昇圧回路と、電動ポンプに駆動電圧を供給している間に電動ポンプの回転停止を検出した場合、昇圧回路により電動ポンプの駆動電圧を昇圧する制御部と、を備える。モータがロックしていない場合には、制御装置のポンプ駆動回路は昇圧回路なしで電動ポンプを駆動することができる。電動ポンプに異物が噛み込んでロックして電動ポンプの回転が停止した場合には、昇圧回路により電動ポンプの駆動電圧が昇圧されるので、電動ポンプのモータには、通常時のポンプ駆動回路の負荷を高めずに、通常時に供給される駆動電圧よりも電圧の高い駆動電圧が供給される。このため、電動ポンプに駆動電圧を供給するポンプ駆動回路の半導体素子の電流を増加させることなく、電動ポンプを高トルク状態にして異物を除去するので、電動ポンプを駆動する回路部品の劣化を抑制する。 The control device for the electric pump disclosed in this specification includes a booster circuit that boosts the drive voltage of the electric pump, and a booster circuit that detects a rotation stop of the electric pump while supplying the drive voltage to the electric pump. And a controller that boosts the drive voltage of the electric pump. When the motor is not locked, the pump drive circuit of the control device can drive the electric pump without a booster circuit. When the electric pump stops when the electric pump is caught by a foreign object and is locked, the drive voltage of the electric pump is boosted by the booster circuit. Without increasing the load, a drive voltage higher than the drive voltage supplied at normal time is supplied. For this reason, the electric pump is put into a high torque state to remove foreign substances without increasing the current of the semiconductor element of the pump driving circuit that supplies the driving voltage to the electric pump, thereby suppressing deterioration of circuit components that drive the electric pump. To do.
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。 Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.
図面を参照して実施例の電動ポンプの制御装置を説明する。この実施例は、ハイブリッド車のインバータなどを冷却する冷却システムに電動ポンプの制御装置を適用したものである。まず、図1及び図2を参照してこの冷却システムの概要について説明する。図1に、ハイブリッド車の駆動系のブロック図を示し、図2に、冷却システムのブロック図を示す。 An electric pump control apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a control device for an electric pump is applied to a cooling system for cooling an inverter of a hybrid vehicle. First, the outline of this cooling system will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram of a hybrid vehicle drive system, and FIG. 2 is a block diagram of a cooling system.
ハイブリッド車は、第1モータ2と第2モータ3とエンジン4を駆動源として備えている。第1モータ2はエンジン4のセルモータや発電機として機能し、第2モータ3は走行用のモータとして、エンジン4と同様に車輪を駆動する。第1モータ2は、定常走行時のエンジン4又は第2モータ3のトルクにより発電をする。制動時は、第2モータ3が発電機として機能する。動力分配機構5は、第1モータ2、第2モータ3及びエンジン4によるそれぞれの出力を合成/分配して車軸6に出力する。ドライブトレイン7は、第1モータ2、第2モータ3及び動力分配機構5により構成される。第1モータ2及び第2モータ3には、メインバッテリ11から、電圧コンバータ15及びインバータ17、18を介して駆動電力が供給される。以下、第1モータ2及び第2モータ3を、単に「モータ2、3」と称する。
The hybrid vehicle includes a
メインバッテリ11の出力電圧は100ボルト以上であり、電圧コンバータ15により昇圧された後、インバータ17、18により交流電力に変換されてモータ2、3に供給される。メインバッテリ11と電圧コンバータ15の間にはシステムメインリレー13が介在する。電圧コンバータ15は、メインバッテリ11の電圧をモータ2、3の駆動に適した電圧に昇圧する機能と、モータ2、3が生成した回生電力をメインバッテリ11の充電に適した電圧に降圧する機能を有する。電圧コンバータ15とインバータ17、18は、IGBTなどのスイッチング素子を有しており、これらはパワーコントローラ21から出力されるPWM信号により制御される。HVコントローラ22は、車速、アクセル開度、メインバッテリ11の残量などに基づいて駆動系が出力すべき走行トルクを算出し適切な指令をパワーコントローラ21に出力する。この指令に基づいてパワーコントローラ21が先のPWM信号を生成して電圧コンバータ15などに出力する。なお、ハイブリッド車は、メインバッテリ11のほかに、補機(ヘッドライトやオーディオなどの低電力で駆動するデバイス)に電力を供給するサブバッテリを備える。サブバッテリの出力電圧は12〜42ボルトである。
The output voltage of the
このように制御される電圧コンバータ15、インバータ17、18の各スイッチング素子は、大電力をスイッチングするため発熱量が大きい。このため、これらの各スイッチング素子はインバータクーラ36により冷却される。冷却システム30は、ラジエータ35、インバータクーラ36、リザーブタンク37及びオイルクーラ38を一巡する冷却パイプ31内に冷却液を循環させて電圧コンバータ15及びインバータ17、18のスイッチング素子や、オイルクーラ38を冷却する。冷却液は、例えばLLC(Long Life Coolant)であり、電動ポンプ32により圧送されて冷却パイプ31内を循環している。オイルクーラ38は、ポンプ51の圧送により冷却パイプ52内を循環するオイルにてドライブトレイン7を冷却する冷却装置であり、モータ2、3及び動力分配機構5を冷却する。
The switching elements of the
電動ポンプ32は、ブラシレスDC3相モータ(以下、単に「モータ」と称する)により内部のインペラ(羽根車)を回転させてその遠心力によりポンプ内の冷却液を送出する機能を有しており、このモータの回転制御が冷却コントローラ39によるPWM制御により行われている。実施例では、電動ポンプ32の回転数を検出する回転数センサ41、冷却パイプ31を流れる冷却液の温度を検出する温度センサ42、及び、電動ポンプ32に供給される駆動電流を検出する電流センサ39eから送出される各センサ情報に基づいて、冷却コントローラ39がモータ回転のPWM制御を行っている。冷却コントローラ39のブロック図を図3に図示しているので、以後は図3を参照して説明する。
The
図3に示すように、冷却コントローラ39は、モータ制御部39a、インバータ回路39b、切換回路39c、昇圧回路39d、及び電流センサ39eを備える。冷却コントローラ39には、サブバッテリから駆動電力が供給されている。この駆動電力は、CPUや半導体メモリを含んで構成されるモータ制御部39aのほかに、インバータ回路39bや昇圧回路39dにも供給されて、電動ポンプ32のモータを回す。インバータ回路39bは、直列に接続されたIGBTなどのスイッチング素子をU相、V相、W相のそれぞれの位相に対応させてオンオフ制御することにより3相モータを駆動可能な交流電力を生成する回路で、モータ制御部39aから入力されるPWM制御信号によりこれらのスイッチング素子がオンオフ制御される。通常、インバータ回路39bの出力は、電動ポンプ32を駆動するのに十分な電圧と電流を出力することができるので、電動ポンプ32に直接接続される。しかし、実施例の冷却コントローラ39では、インバータ回路39bの出力は、切換回路39cを介して電動ポンプ32と昇圧回路39dのいずれかに選択的に接続される。モータ制御部39aは、温度センサ42によって計測される冷却液の温度に応じて電動ポンプ32のモータ回転を制御する。例えば、冷却液の温度が高いほど、電動ポンプ32による出力が大きくなるように、電動ポンプ32のモータを回転させるインバータ回路39bをPWM制御する。モータ制御部39aは、HVコントローラ22から入力される運転モード指令に基づいて所定段階の強弱で電動ポンプ32の回転制御も行う。
As shown in FIG. 3, the
実施例では、冷却コントローラ39は、切換回路39cと昇圧回路39dを備え、これらがインバータ回路39bと電動ポンプ32の間に介在する。また、インバータ回路39bから出力される駆動電流が電流センサ39eにより計測されてモータ制御部39aに入力される。切換回路39cは、インバータ回路39bから電動ポンプ32に接続されるU相、V相、W相の3相分の電力ラインを同時に切り換え可能に構成される半導体スイッチで、排他的にオンオフ制御される2つのスイッチ群を備えている。即ち、切換回路39cは、モータ制御部39aから入力される切換信号によって、スイッチ群Saがオンの場合にスイッチ群Sbがオフ、又はスイッチ群Saがオフの場合にスイッチ群Sbがオン、になるように切り換え可能に構成されている。実施例では、インバータ回路39bは、オン状態のスイッチ群Saを介して電動ポンプ32に接続され、オン状態のスイッチ群Sbを介して昇圧回路39dに接続される。
In the embodiment, the
昇圧回路39dは、インバータ回路39bから入力されるU相、V相、W相の各相ごとの電圧をそれぞれ同程度(例えば2倍又は3倍)に昇圧して電動ポンプ32に接続される電力ラインに出力する回路である。これにより、通常よりも低い電圧(例えば通常の75%)がインバータ回路39bから出力されても、電動ポンプ32のモータには、通常よりも電圧の高い3相駆動電力が供給される。このため、インペラの高トルク出力が可能になる。昇圧回路39dは、例えば、インダクタLとコンデンサCが直列に接続されたスイッチング素子をオンにすることによりコンデンサCにチャージした後、スイッチング素子をオフにすることによりインダクタLに生じる逆起電力を、コンデンサCのチャージ電圧に加えて昇圧をする典型的な回路で構成されている。スイッチング素子のオンオフ制御は、モータ制御部39aから入力される制御信号で制御してもよいし、また自励発振回路から入力される所定周期のオンオフ信号で制御してもよい。いずれの場合も、モータ制御部39aから昇圧機能のオンオフ制御が入力される。
The
電動ポンプ32は、構造上、回転するインペラとその周囲のハウジング内壁の間に形成される隙間は非常に狭い。そのため、冷却液の注入時に混入した埃や、冷却パイプ31内で発生した錆や金属片などの異物が、このような隙間に噛み込んだ場合には、インペラがロックしてモータの回転を妨げることがある。このような場合、実施例では、モータ制御部39aが実行する昇圧制御処理によってモータを高トルク出力状態とし、噛み込んだ異物の弾き出しを試みた後、ロックが解消しないときにはモータ制御部39aにより、インスツールパネルにより警告を表示したり、自己診断情報などを記録する半導体メモリ(ダイアグ用メモリデバイス)への書き込みにより記録したりする。ここからは、図4を参照して実施例による昇圧制御処理を説明する。図4に、モータ制御部39aが実行する昇圧制御処理のフローチャートを示す。
In the
モータ制御部39aによる昇圧制御処理は、電動ポンプ32のPWM制御と同様、逐次繰り返し実行される。この昇圧制御処理が実行される前提として、電動ポンプ32には、所定の回転数で通常運転を行うPWM制御信号がモータ制御部39aから出力されている。
The step-up control process by the
モータ制御部39aは、まずステップS111において回転数センサ41により電動ポンプ32の回転数を検出する。続くステップS113では電動ポンプ32がロックしているか否かを判定する。この判定は、電動ポンプ32の回転数に基づいて行う。回転数センサ41により検出されたモータの回転数がゼロである場合には(S113;YES)、モータ制御部39aから通常運転のPWM制御信号が出力されているにもかかわらず、電動ポンプ32が回転していないことから、前述した異物の噛み込みにより電動ポンプ32がロックしている蓋然性が高い。この場合にはモータ制御部39aはステップS115に処理を移行する。他方、回転数センサ41により電動ポンプ32の回転が検出された場合には(S113;NO)、異物の噛み込みもなく正常に回転している可能性が高いため、昇圧制御処理を一旦、終了して(リターン)、再び開始する(スタート)。
First, in step S111, the
ステップS115では、モータ制御部39aは所定のデューティ比でPWM制御を行う。このデューティ比は、予め設定されているもので、次のステップS117により電流センサ39eにより検出されたインバータ回路39bの出力電流の電流値が所定値になるまで繰り返し制御される。この電流の所定値は、通常のPWM制御によるインバータ回路39bの出力電流よりも小さい値(少ない値)に設定されている。インバータ回路39bの出力電流の電流値になると(S117;YES)、モータ制御部39aは、続くステップS121により切換回路39cの切換制御を行い、切換回路39cのスイッチ群Saがオフ、スイッチ群Sbがオンになるように切換回路39cを切り換える。これにより、インバータ回路39bの出力が切換回路39cを介して昇圧回路39dに入力される。
In step S115, the
次のステップS123では、モータ制御部39aは、昇圧回路39dのオン制御を行う。そして、所定時間が経過するまで(S125;YES)、このオン制御を維持する(S125;NO)。所定時間は例えば30秒間である。これにより、電動ポンプ32は、この所定時間の間、高速回転で回り続けるため、インペラとその周囲のハウジング内壁の隙間に噛みこんだ異物は、通常よりも高速に回転するインペラにより弾き出される可能性がある。所定時間の高速回転が終わると(S125;YES)、モータ制御部39aは、続くステップS131により、再度、電動ポンプ32の回転数を検出する。この検出は、ステップS111と同様に、回転数センサ41により行う。そして、モータ制御部39aは、ステップS133により電動ポンプ32の回転数に基づいて電動ポンプ32がロックしているか否かを判定する。ロックしている場合には(S133;YES)、続くステップS141により昇圧回路39dのオフ制御を行った後、ステップS143によりロックの確定判定を行う。この判定は、ステップS133によるロック判定の回数をカウントすることにより、例えばその回数が3回を超えている場合には確定を決定する(S143;YES)。確定したときにはモータ制御部39aはモータの回転を止めるPWM制御信号を電動ポンプ32に出力して電動ポンプ32を停止させる。他方、ステップS133によるロック判定の回数をカウント数から、所定回数を超えていない場合には(S143;NO)、再度、ステップS123に戻って昇圧回路39dのオン制御を行う。これにより、再び、電動ポンプ32は、所定時間の間、高速回転で回り続けるため、異物が弾き出される機会がまた訪れる。
In the next step S123, the
このように所定時間の高速回転を、所定ターン繰り返しているうちにロックが解消された場合には(S133;NO)、モータ制御部39aは、ステップS151により昇圧回路39dのオフ制御を行った後、ステップS153により切換回路39cの切換制御を行う。この切換制御では、ステップS121による制御とは逆に、切換回路39cのスイッチ群Saがオン、スイッチ群Sbがオフになるように切換回路39cを切り換える。これにより、インバータ回路39bの出力が、直接、電動ポンプ32に入力される。この後、ステップS155により、モータ制御部39aは、通常のデューティ比でPWM制御を行う。これにより、ロックが解消された電動ポンプ32は通常のPWM制御が可能になる。
When the lock is released while repeating high speed rotation for a predetermined time in this manner (S133; NO), the
冷却コントローラ39では、電動ポンプ32の駆動電圧を昇圧する昇圧回路39dと、電動ポンプ32に駆動電圧を供給している間に電動ポンプ32の回転停止を検出した場合(S133;YES)、昇圧回路39dにより電動ポンプ32の駆動電圧を昇圧するモータ制御部39aと、を備える。これにより、電動ポンプ32に異物が噛み込んでモータがロックして電動ポンプ32の回転が停止した場合には(S133;YES)、インバータ回路39bの出力電流を下げるPWM制御をした後(S115、S117;YES)、昇圧回路39dにより電動ポンプ32のモータの駆動電圧が昇圧されるので(S123)、電動ポンプ32のモータには、通常時に供給される駆動電圧よりも電圧の高い駆動電圧が供給される。このため、電動ポンプ32のモータに駆動電圧を供給するインバータ回路39bのスイッチング素子の電流を増加させることなく、電動ポンプ32を高トルク出力状態として異物を除去するので、電動ポンプ32を駆動する回路部品、特に、インバータ回路39bのスイッチング素子の劣化を抑制することが可能となる。
In the cooling
実施例技術に関する留意点を述べる。実施例の冷却コントローラ39が実施する制御は、まとめると以下のとおりである。冷却コントローラ39は、電動ポンプ32に供給する駆動電力を生成する駆動回路(インバータ回路39b)と、駆動回路の出力を昇圧する昇圧回路39dと、駆動回路の出力を昇圧回路を介して電動ポンプ32へ供給する経路と昇圧回路39dをバイパスして供給する経路のいずれかを選択的に切り替える切換回路39cを備えている。そして、冷却コントローラ39は、電動ポンプ32が回転可能な間は駆動回路の出力を、昇圧回路39dをバイパスしてモータへ供給し、電動ポンプ32に駆動電力を供給している間に電動ポンプ32の回転停止を検出した場合、昇圧回路39dを介して電動ポンプ32へ供給する。なお、「昇圧回路39dを介して電動ポンプ32へ供給する」とは、より正確には、昇圧回路39dを介して駆動回路の出力電力の電圧を昇圧して電動ポンプ32へ供給する、ことである。また、冷却コントローラ39は、昇圧回路を介して電動ポンプ32へ駆動電力を供給している間に電動ポンプ32が再び回転を始めたら昇圧回路39dをバイパスする経路に切り換える。
Points to be noted regarding the example technology will be described. The control performed by the cooling
冷却コントローラ39が「電動ポンプの制御装置」に相当する。また、モータ制御部39aが「制御部」の一例に相当する。インバータ回路39bがポンプ32の駆動回路の一例に相当し、インバータ回路39bのスイッチング素子が、電動ポンプを駆動する回路部品の一例に相当する。
The cooling
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
11:メインバッテリ
15:電圧コンバータ
17、18:インバータ
21:パワーコントローラ
22:HVコントローラ
30:冷却システム
31:冷却パイプ
32:電動ポンプ
35:ラジエータ
36:インバータクーラ
37:リザーブタンク
38:オイルクーラ
39:冷却コントローラ
39a:モータ制御部
39b:インバータ回路
39c:切換回路
39d:昇圧回路
39e:電流センサ
41:回転数センサ
42:温度センサ
11: main battery 15:
Claims (1)
電動ポンプの駆動電圧を昇圧する昇圧回路と、
電動ポンプに駆動電圧を供給している間に電動ポンプの回転停止を検出した場合、昇圧回路により電動ポンプの駆動電圧を昇圧する制御部と、
を備えることを特徴とする電動ポンプの制御装置。 It is a control device for an electric pump that pumps coolant,
A booster circuit for boosting the drive voltage of the electric pump;
When detecting the rotation stop of the electric pump while supplying the drive voltage to the electric pump, a controller that boosts the drive voltage of the electric pump by a booster circuit;
An electric pump control device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2012196460A JP2014051918A (en) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | Control device for electric pump |
Applications Claiming Priority (1)
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