JP2017163683A - 車両の冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータの駆動が制限されることによる走行性能の低下を抑制する。【解決手段】モータ温度Tmが閾値Tmref2未満であり、かつ、オイル温度Toが閾値Toref2未満であるときには、モータ冷却系の電動オイルポンプがローモード、中間モード、ハイモードのいずれかで駆動するよう電動オイルポンプを制御し(ステップS150〜S180)、モータ温度Tmが閾値Tmref2以上となったりオイル温度Toが閾値Toref2以上のときには、電動オイルポンプがハイモードで駆動するように電動オイルポンプを制御する(ステップS150,S160)。これにより、モータの温度上昇を抑制することができ、車両の走行性能の低下を抑制することができる。【選択図】図2

Description

本発明は、車両の冷却装置に関する。
従来、この種の冷却装置としては、モータと、モータを駆動するインバータと、と共に車両に搭載され、インバータに冷却媒体(冷却水)を循環させるインバータ冷却系(冷却システム)を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。インバータ冷却系は、インバータに冷却水を循環させるためのウォーターポンプを備えている。この装置では、インバータの温度がモータの負荷率の制限を開始する制限開始温度以上のときには、冷却媒体の目標流量を最大流量になるようにウォーターポンプを制御する。これにより、インバータの熱的保護を確保している。
特開2008−72818号公報
上述の冷却装置では、インバータの温度が制限開始温度未満であるときに、モータが高温に至っている場合がある。この場合、インバータの温度に基づいて冷却媒体の目標流量を決めると、モータが高温であるにもかかわらず、冷却媒体の目標流量が最大流量より少なくなり、モータを十分に冷却することができなくなり、モータが高温に至る場合がある。一般に、モータが高温に至ると、モータの保護のために、モータの駆動を制限する処理が実行される。モータの駆動が制限されると、走行性能が低下してしまう。
本発明の車両は、モータの駆動が制限されることによる走行性能の低下を抑制することを主目的とする。
本発明の車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車両は、
走行用のモータと、該モータを駆動する駆動回路と、と共に車両に搭載され、第1冷却媒体を前記駆動回路に循環させる第1冷却系を備える車両の冷却装置であって、
前記モータに第2冷却媒体を循環させる電動ポンプと、前記第2冷却媒体を前記第1冷却媒体との熱交換により加熱または冷却する熱交換器と、を有する第2冷却系と、
前記電動ポンプが少なくとも第1駆動モードまたは該第1駆動モードより吐出量が多い第2駆動モードで駆動するように前記電動ポンプを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記モータの温度が第1温度未満のときには、前記第1冷却媒体の温度が第2温度未満となるように前記電動ポンプを前記第1駆動モードまたは第2駆動モードで駆動するように制御し、
前記モータの温度が前記第1温度以上であるときには、前記電動ポンプが前記第2駆動モードで駆動するように前記電動ポンプを制御する、
ことを要旨とする。
この本発明の車両では、第2冷却系は、モータに第2冷却媒体を循環させる電動ポンプと、第2冷却媒体を前記第1冷却媒体との熱交換により加熱または冷却する熱交換器と、を有しており、電動ポンプが第1駆動モードまたは第1駆動モードより吐出量が多い第2駆動モードで駆動するように電動ポンプを制御する。モータの温度が第1温度未満のときには、第1冷却媒体の温度が第2温度未満となるように電動ポンプを第1駆動モードまたは第2駆動モータで駆動するように制御する。これにより、第1冷却媒体を第2温度未満にすることができるから、駆動回路の温度上昇を抑制し、駆動回路の寿命の低下を抑制することができる。そして、モータの温度が第1温度以上であるときには、電動ポンプが第2駆動モードで駆動するように電動ポンプを制御する。これにより、モータの温度上昇を抑制することができる。このとき、熱交換器において第1冷却媒体と第2冷却媒体とが熱交換するから、第1冷却媒体の温度が上昇する。第1冷却媒体の温度が上昇すると、駆動回路の温度が上昇するが、電動ポンプを第2駆動モードで駆動させることにより、モータの温度の上昇が抑制されるから、モータの温度が第1温度以上である状態が継続する期間は比較的短期間となり、と、駆動回路の温度が上昇する期間は比較的短期間となり、駆動回路の寿命への影響は少ないと考えられる。このように、モータの温度が第1温度以上であるときには、駆動回路の冷却よりモータの冷却を優先させることにより、モータの温度上昇によるモータの駆動制限が抑制され、走行性能の低下を抑制することができる。ここで、「第1温度」は、モータの温度の上限として予め定めた温度としてもよい。「第2温度」は、第1冷却水の温度の上限として予め定めた温度としてもよい。
こうした本発明の車両において、前記第2冷却媒体の温度を前記モータの温度としてもよい。
本発明の一実施例としての車両10の構成の概略を示す構成図である。 実施例のECU70によって実行される電動オイルポンプ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図2に例示した電動オイルポンプ制御ルーチンにおける処理の目的,モータ温度Tmやオイル温度To,冷却水温Tw,電動オイルポンプ52の駆動モードの関係を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての車両10の構成の概略を示す構成図である。実施例の車両10は、図示するように、ハイブリッド駆動システム20と、冷却装置40と、を備える。
ハイブリッド駆動システム20は、エンジン22と、トランスアクスル30と、パワーコントロールユニット(以下、「PCU」という)24と、ACコンデンサ26とを備える。トランスアクスル30は、モータMG1,MG2やプラネタリギヤ等を有する。トランスアクスル30は、エンジン22からの動力をモータMG1,MG2によってトルク変換して車軸に出力したり、エンジン22からの動力を用いてモータMG1で発電して図示しないバッテリを充電したり、バッテリからの電力を用いてモータMG2から動力を車軸に出力したりする。PCU24は、モータMG1およびMG2を駆動制御するための図示しないインバータ回路等を有する。
冷却装置40は、エンジン22を冷却するエンジン冷却系40aと、PCU24を冷却するPCU冷却系40bと、モータMG1,MG2を冷却するモータ冷却系40cと、冷却装置40全体を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)70と、を備える。
エンジン冷却系40aは、走行風や図示しないファンからの冷却風との熱交換により冷却水を冷却するENGラジエータ42と、エンジン22からの動力によって駆動し冷却水をエンジン22,ENGラジエータ42の順に循環させるウォータポンプ(W/P)44と、を備える。エンジン冷却系40aは、ウォータポンプ44の駆動による冷却水の循環によってエンジン22を冷却する。
PCU冷却系40bは、走行風や図示しないファンからの冷却風との熱交換により冷却水を冷却するHVラジエータ46と、エンジン22からの動力によって駆動し冷却水をHVラジエータ46,PCU24の順に循環させるウォータポンプ48と、を備える。PCU冷却系40bは、ウォータポンプ48の駆動による冷却水の循環によってPCU24を冷却する。
モータ冷却系40cは、PCU冷却系40bを循環する冷却水との熱交換によりオイルを冷却(または加熱)する水冷オイルクーラ(O/C)50と、図示しないオイルパンからのオイルを水冷オイルクーラ50を経てモータMG1およびMG2を含むトランスアクスル30へ循環させる電動オイルポンプ(O/P)52と、外気との熱交換によりオイルを冷却(または加熱)する空冷オイルクーラ(O/C)54と、エンジン22からの動力によって駆動し図示しないオイルパンからのオイルを空冷オイルクーラ54を経てモータMG1およびMG2を含むトランスアクスル30へ循環させる機械式オイルポンプ(O/P)56と、を備える。このモータ冷却系40cは、電動オイルポンプ52,機械式オイルポンプ56の駆動により水冷オイルクーラ50を通過させたオイルによってモータMG1,MG2を含むトランスアクスル30を冷却する。電動オイルポンプ52は、ECU70により駆動制御されている。
ECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
ECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ECU70に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・トランスアクスル30内のオイルの温度を検出する温度センサ30aからのオイル温度To
・モータMG1,MG2の温度を検出する温度センサ30b,30cからのモータ温度Tm1,Tm2
・HVラジエータ46とPCU24との間の冷却水の温度を検出する水温センサ46aからの冷却水温Tw
ECU70からは、電動オイルポンプ52への駆動制御信号が出力ポートを介して出力されている。
次に、こうして構成された冷却装置40の動作、特に、電動オイルポンプ52を駆動する際の動作について説明する。図2は、実施例のECU70によって実行される電動オイルポンプ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図3は、図2に例示した電動オイルポンプ制御ルーチンにおける処理の目的,モータ温度Tmやオイル温度To,冷却水温Tw,電動オイルポンプ52の駆動モードの関係を示す説明図である。図2に例示した電動ポンプ制御ルーチンは、車両10がイグニッションオンされてシステム起動された後からイグニッションオフされてシステム停止されるまでの間、所定時間(例えば、数msec毎)に繰り返して実行される。
本ルーチンが実行されると、ECU70は、温度センサ30aからのオイル温度Toと、モータ温度Tmと、水温センサ46aからの冷却水温Twと、を入力する処理を実行する(ステップS100)。モータ温度Tmとしては、温度センサ30bからのモータ温度Tm1と温度センサ30cからのモータ温度Tm2とのうち高いほうの温度を入力している。
続いて、オイル温度Toが冷却水温Twより低いか否かを判定する(ステップS110)。オイル温度Toが冷却水温Twより低いときには、電動オイルポンプ52がハイ(High)モードで駆動するように電動オイルポンプ52を制御して(ステップS160)、本ルーチンを終了する(図3の左から第2欄参照)。オイル温度Toが冷却水温Twより低いときには、モータ冷却系40cを循環するオイルの粘度が高いと考えられる。オイルの粘度が高いと、トランスアクスル30の各回転要素での損失が大きくなり、エネルギ効率が低下する。実施例では、オイル温度Toが冷却水温Twより低いときには、電動オイルポンプ52がハイ(High)モードで駆動するように電動オイルポンプ52を制御することにより、水冷オイルクーラ50におけるPCU冷却系40bの冷却水とモータ冷却系40cのオイルとの熱交換を促進し、オイルを昇温させる。これにより、オイルの粘度を低くすることができ、エネルギ効率の向上を図ることができる。
オイル温度Toが冷却水温Tw以上であるときには(ステップS110)、続いて、オイル温度Toが閾値Toref1より低いか否かと、モータ温度Tmが閾値Tmref1より低いか否かと、を判定する(ステップS120)。閾値Toref1は、モータ冷却系40cに循環するオイルが常温であるか否かを判定するための閾値であり、例えば、90℃などである。閾値Tmref1は、モータMG1,MG2が常温であるか否かを判定するための閾値であり、例えば、120℃などである。オイルの温度Toが閾値To1refより低く、かつ、モータ温度Tmが閾値Tmref1より低いときには、オイルもモータMG1,MG2のうち温度の高いほうのモータも常温であると判断して、電動オイルポンプ52がロー(Low)モードで駆動するように電動オイルポンプ52を制御して(ステップS170)、本ルーチンを終了する(図3の左から第3欄参照)。ローモードは、ハイモードよりも電動オイルポンプ52の吐出量が小さくなるモードである。こうした処理により、電動オイルポンプ52の消費電力を低減することができ、エネルギ効率の向上を図ることができる。
オイル温度Toが閾値Toref1以上であるときや、モータ温度Tmが閾値Tmref1以上であるときには(ステップS120)、オイルが常温より高くなっていたり、モータMG1,MG2のうち温度の高いほうのモータが常温より高くなっていると判断して、続いて、冷却水温Twが閾値Twref1以下であるか否かを判定する(ステップS130)。閾値Twref1は、水冷オイルクーラ50でモータ冷却系40cを循環するオイルを充分に冷却できる冷却水温Twであるか否かを判定するための閾値であり、例えば、50℃などである。冷却水Twが閾値Twref1以下であるときには、水冷オイルクーラ50でモータ冷却系40cを循環するオイルを十分に冷却できると判断して、電動オイルポンプ52をハイモードで駆動して(ステップS160)、本ルーチンを終了する(図3の左から第4欄参照)。こうした処理により、トランスアクスル30、すなわち、モータMG1,MG2を十分に冷却することができる。
冷却水温Twが閾値Twref1を超えているときには、続いて、冷却水温Twが閾値Twref2以下であるか否かを判定する(ステップS140)。閾値Twref2は、PCU冷却系40bの冷却水温Twの上限として予め定めた温度であり、閾値Twref1より高い温度であり、例えば、65℃などである。冷却水温Twが閾値Twref2以下であるときには、冷却水温Twが閾値Twref2未満となるように電動オイルポンプ52を中間(Mid)モードで駆動して(ステップS180)、本ルーチンを終了する(図3の左から第5欄参照)。中間(Mid)モードは、ハイモードより電動オイルポンプ52の吐出量が小さく、ローモードより電動オイルポンプ52の吐出量が大きいモードである。今、オイル温度Toが閾値Toref1以上であったり、モータ温度Tm2が閾値Tmref1以上であることから、電動オイルポンプ52をハイモードで駆動すると、水冷オイルクーラ50でPCU冷却系40bの冷却水がモータ冷却系40cのオイルに温められて、冷却水温Twが更に上昇して閾値Twref2を超えやすくなる。電動オイルポンプ52をローモードで駆動すると、モータMG1,MG2の温度が上昇してモータ温度Tmやオイル温度Toが更に高くなりやすくなる。ステップS190の処理では、電動オイルポンプ52を中間(Mid)モードで駆動することにより、モータMG1,MG2の温度の上昇より冷却水温Twの上昇の抑制を優先して閾値Twref2未満とすることができる。これにより、モータMG1、MG2(トランスアクスル30)の冷却よりPCU24の冷却を優先して、PCU24の寿命を確保することができる。
冷却水温Twが閾値Twref2を超えているときには(ステップS140)、オイル温度Toが閾値Toref2以上であるか否かと、モータ温度Tm2が閾値Tmref2以上であるか否か、を判定する(ステップS150)。閾値Toref2は、PCU冷却系40bを循環するオイルの温度の上限として予め定めた温度であり、閾値Toref2より高い温度であり、例えば、110℃などである。閾値Tmref2は、モータMG1,MG2の温度の上限として予め定めた温度であり、閾値Tmref1より高い温度であり、例えば、140℃などである。オイル温度Toが閾値Toref2未満であり、且つ、モータ温度Tm2が閾値Tmref2未満であるときには、モータMG1,MG2(トランスアクスル30)の冷却よりPCU24の冷却を優先させるために、電動オイルポンプ52をローモードで駆動して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。これにより、PCU24の寿命を確保することができる。
オイル温度Toが閾値Toref2以上であったり、モータ温度Tm2が閾値Tmref2以上であるときには(ステップS150)、電動オイルポンプ52をハイモードで駆動して(ステップS160)、本ルーチンを終了する(図3の左から第5欄参照)。これにより、モータMG1,MG2の冷却が促進され、モータMG1、MG2の温度上昇を抑制することができる。ステップS160の処理は、冷却水温Twが閾値Twref2を超えているときに実行される。そのため、電動オイルポンプ52をハイモードで駆動すると、水冷オイルクーラ50により冷却水温Twが更に上昇しPCU24の温度が上昇する場合があるが、オイル温度Toが閾値Toref2以上となったり、モータ温度Tm2が閾値Tmref2以上となるのは、車両10が過酷な環境や加減速を繰り返すような厳しい走り方をされたときのみであり、比較的短時間であることから、PCU24の寿命への影響は少ないと考えられる。モータMG1、MG2は、短時間でも高温になると減磁などが発生することから、温度が上昇すると比較的早期に駆動が制限されるため、車両10の走行性能が低下するが、オイル温度Toが閾値Toref2以上であったり、モータ温度Tm2が閾値Tmref2以上であるときには、電動オイルポンプ52をハイモードで駆動することにより、PCU24の冷却よりモータMG2の冷却を促進させる。これにより、モータMG2の温度上昇を抑制して、車両10の走行性能が低下することを抑制する。
以上説明した実施例の車両10では、モータ温度Tmが閾値Tmref2未満であり、かつ、オイル温度Toが閾値Toref2未満であるときには、モータ冷却系40cの電動オイルポンプ52がローモード、中間モード、ハイモードのいずれかで駆動するよう電動オイルポンプ52を制御し、モータ温度Tmが閾値Tmref2以上となったりオイル温度Toが閾値Toref2以上のときには、電動オイルポンプ52がハイモードで駆動するように電動オイルポンプ52を制御する。これにより、モータMG1,MG2(トランスアクスル30)の温度上昇を抑制することができ、車両10の走行性能の低下を抑制することができる。
実施例の車両10では、図2に例示したステップS120,S150の処理で、オイル温度Toとモータ温度Tmをそれぞれ閾値Toref1,Toref2,Tmref1,Tmref2とを比較しているが、オイル温度Toおよびモータ温度Tmのいずれか一方のみをそれぞれの閾値と比較してもよい。
実施例の車両10では、ステップS120,S170の処理で、オイルの温度Toが閾値To1refより低く、かつ、モータ温度Tm2が閾値Tmref1より低いときには、電動オイルポンプ52をローモードで駆動しているが、電動オイルポンプ52をオフしてもよい。こうすれば、より電動オイルポンプ52の消費電力を低減させることができ、エネルギ効率の更なる向上を図ることができる。
実施例の車両10では、電動オイルポンプ52をローモード、中間モード、ハイモードのいずれかで駆動するものとしたが、こうした駆動モードとしては、吐出量の異なる少なくとも2つの駆動モードがあればよいから、例えば、駆動モードをローモードとハイモードとの2つにしてもよいし、駆動モードを4つ以上にしてもよい。駆動モードをローモードとハイモードとの2つにする場合、図2に例示したステップS140,S180の処理において、冷却水温Twが閾値Twref2≦であるときには、ローモードで駆動するもとすればよい。
実施例では、本発明を、エンジン22と、トランスアクスル30と、パワーコントロールユニット24と、ACコンデンサ26と、を備えるハイブリッド駆動システム20に提供しているが、ハイブリッド駆動システム20を、エンジン22,トランスアクスル30をプラネタリギヤやモータMG1を備えずに、モータMG2を備えるものとして、冷却装置40をエンジン冷却系40aを備えていないものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG2が「モータ」に相当し、PCU24が「駆動回路」に相当し、PCU冷却系40bが「第1冷却系」に相当し、モータ冷却系40cが「第2冷却系」に相当し、ECU70が「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
10 車両、20 ハイブリッド駆動システム、22 エンジン、24 パワーコントロールユニット(PCU)、26 ACコンデンサ、30 トランスアクスル、30a〜30c 温度センサ、40 冷却装置、40a エンジン冷却系、40b PCU冷却系、40c モータ冷却系、42 ENGラジエータ、44 ウォータポンプ、46 HVラジエータ、46a 水温センサ、48 ウォータポンプ、50 水冷オイルクーラ、52 電動オイルポンプ、54 空冷オイルクーラ、56 機械式オイルポンプ、70 電子制御ユニット(ECU)、MG1,MG2 モータ。

Claims (1)

  1. 走行用のモータと、該モータを駆動する駆動回路と、と共に車両に搭載され、第1冷却媒体を前記駆動回路に循環させる第1冷却系を備える車両の冷却装置であって、
    前記モータに第2冷却媒体を循環させる電動ポンプと、前記第2冷却媒体を前記第1冷却媒体との熱交換により加熱または冷却する熱交換器と、を有する第2冷却系と、
    前記電動ポンプが少なくとも第1駆動モードまたは該第1駆動モードより吐出量が多い第2駆動モードで駆動するように前記電動ポンプを制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、
    前記モータの温度が第1温度未満のときには、前記第1冷却媒体の温度が第2温度未満となるように前記電動ポンプを前記第1駆動モードまたは第2駆動モードで駆動するように制御し、
    前記モータの温度が前記第1温度以上であるときには、前記電動ポンプが前記第2駆動モードで駆動するように前記電動ポンプを制御する、
    車両の冷却装置。
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