JP2018070122A - 車両用冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】冷媒性能が低下する事態の発生を抑制し得る技術を提供する。
【解決手段】車両用冷却システムは、モータ及びモータを駆動するインバータを冷却するための冷媒が流れる流路と、流路に設けられ、外気と冷媒との間で熱交換を行うことによって、モータ及びインバータから回収された熱を放熱するラジエータと、流路に設けられ、流路内の冷媒を循環させるためのポンプと、制御装置と、を備える。制御装置は、流路内の冷媒の温度に基づいてポンプの回転数を設定し、(a)ラジエータの放熱量が特定の放熱量閾値よりも少なく、かつ、(b)モータの発熱量が第1の発熱量閾値よりも多いことと、インバータの発熱量が第2の発熱量閾値よりも多いことと、のうちの少なくとも一方が成立したときに、設定済みの回転数を減少させるように補正する。
【選択図】図3

Description

本明細書で開示する技術は、車両用冷却システムに関する。
特許文献1には、モータ及びモータを駆動するインバータを冷却するための冷媒が流れる流路と、流路に設けられ、外気と冷媒との間で熱交換を行うことによって、モータ及びインバータから回収された熱を放熱するラジエータと、流路に設けられ、流路内の冷媒を循環させるためのポンプと、制御装置と、を備える車両用冷却システムの一例が開示されている。
国際公開第2012/144031号
車両用冷却システムでは、制御装置は、流路内の冷媒の温度に基づいてポンプの回転数を設定する制御を行う。例えば、車両が高負荷で低速運転される場合のように、ラジエータの放熱量よりもモータ及びインバータの発熱量が多くなる場合がある。その場合、流路内の冷媒の温度が高くなるため、制御装置は、ポンプの回転数を比較的大きい値に設定する。これにより、流路内を流れる冷媒の流量を増やし、モータ及びインバータを十分に冷却することを図っている。
しかしながら、ラジエータの放熱量よりもモータ及びインバータの発熱量が多い状況が継続する場合に、流路内を流れる冷媒の流量が増えると、冷媒がモータ及びインバータから回収する熱量(即ち吸熱量)が大きくなり、ラジエータの放熱性能を上回る。そのような状態でポンプの運転を継続すると、ラジエータで十分に放熱が行われず(即ち、冷媒が十分に冷却されず)、流路内の冷媒の温度がさらに高温になる。それに応じて制御装置がポンプの回転数をさらに大きい値に設定すると、流路内の冷媒の流量がさらに増えるが、やはりラジエータで十分に放熱が行われず、流路内の冷媒の温度がさらに高温になる。このような運転が繰り返されて冷媒の温度が高温化することで、冷却性能が低下するおそれがある。本明細書では、冷媒性能が低下する事態の発生を抑制し得る技術を提供する。
本明細書が開示する車両用冷却システムは、モータ及びモータを駆動するインバータを冷却するための冷媒が流れる流路と、流路に設けられ、外気と冷媒との間で熱交換を行うことによって、モータ及びインバータから回収された熱を放熱するラジエータと、流路に設けられ、流路内の冷媒を循環させるためのポンプと、制御装置と、を備える。制御装置は、流路内の冷媒の温度に基づいてポンプの回転数を設定し、(a)ラジエータの放熱量が特定の放熱量閾値よりも少なく、かつ、(b)モータの発熱量が第1の発熱量閾値よりも多いことと、インバータの発熱量が第2の発熱量閾値よりも多いことと、のうちの少なくとも一方が成立したときに、設定済みの回転数を減少させるように補正する。
上記の構成によると、制御装置は、流路内の冷媒の温度に基づいて設定された回転数を減少させるように補正する制御を行うことができる。即ち、制御装置は、冷媒の温度に基づいて回転数を設定する制御に加えて、ラジエータの放熱量、及び、モータの発熱量とインバータの発熱量の少なくとも一方に基づいて、設定済みの回転数を補正する制御を行う。そのため、上記の構成によると、特定の放熱量閾値、第1の発熱量閾値及び第2の発熱量閾値を適切に設定しておけば、例えばラジエータの放熱量よりもモータ及びインバータの発熱量が多くなって冷媒の温度が上昇する状態であっても、ポンプの回転数が補正されることによって、冷媒の流量が過度に多くなることが抑制される。その結果、ラジエータで十分に放熱が行われ得る(即ち、冷媒が十分に冷却され得る)ため、流路内の冷媒の温度が高温化することが抑制され得る。従って、上記の車両用冷却システムによると、冷却性能が低下する事態の発生を抑制し得る。
ハイブリッド車のブロック図を示す。 車両用冷却システムのブロック図を示す。 第1実施例の回転数決定処理のフローチャートを示す。 冷却液の温度と指令回転数との関係を表わすグラフを示す。 補正テーブルの一例を示す。 第2実施例の回転数決定処理のフローチャートを示す。 第2実施例で使用される補正テーブルの一例を示す。
(第1実施例)
図1は、本実施例のハイブリッド車200のブロック図である。図1を参照して、車両用冷却システム100を搭載したハイブリッド車200の構成について説明する。
ハイブリッド車200は、走行用の駆動源として、モータ8とエンジン6を備えている。モータ8の出力トルクとエンジン6の出力トルクは、動力分配機構7で適宜に分配/合成されて出力される。動力分配機構7は、エンジン6の出力軸及びモータ8の出力軸に接続されており、両出力軸から伝達される動力を、所定比率で合成してデファレンシャルギヤ9を介して駆動輪9a、9bに伝達する。動力分配機構7は、エンジン6の出力軸から伝達される動力を分配し、モータ8の出力軸と駆動輪9a、9bに伝達する場合もある。この場合、モータ8は発電機として機能する。なお、図1では、本明細書の説明に要する部品だけを表し、説明に関係のない部品は図示を省略している。
モータ8は、システムメインリレー3及びインバータ4を介して、メインバッテリ2に接続されている。インバータ4は、メインバッテリ2の直流電力をモータ8の駆動に適した交流電力に変換する電力変換器である。メインバッテリ2の直流電力は、インバータ4により変換され、変換後の交流電力がモータ8に供給される。モータ8が発電機として機能する場合、インバータ4は、モータ8により発電される交流電力をメインバッテリ2の充電に適した直流電力に変換する。モータ8が発電した交流電力は、インバータ4により直流電力に変換され、変換後の直流電力がメインバッテリ2に供給される。インバータ4は、直流電力と交流電力の相互の変換を実現するためのインバータ回路を含んでいる。インバータ回路は、複数のスイッチング素子により構成される。複数のスイッチング素子は発熱するので、インバータ4は、複数のスイッチング素子を冷却するためのインバータクーラ17(図2参照)を備えている。
ハイブリッド車200は、メインバッテリ2の他にサブバッテリ12を備える。サブバッテリ12は、DCDCコンバータ10を介してメインバッテリ2に接続されている。DCDCコンバータ10は、メインバッテリ2の出力電圧をサブバッテリ12の充電に適した電圧まで降圧する。例えば、メインバッテリ2の出力電圧は300Vであり、サブバッテリ12の出力電圧は12Vである。メインバッテリ2の電力は、DCDCコンバータ10により12Vの電圧まで降圧され、降圧後の電力がサブバッテリ12に供給される。
サブバッテリ12は、メインバッテリ2の出力電圧より低い電圧(例えば、12V)で駆動するデバイス群(通称「補機」と呼ばれる)と接続される。このデバイス群は、例えば、カーナビゲーション装置やルームランプ等である。また、後述する車両用冷却システム100のウォータポンプ14もサブバッテリ12に接続されている。ウォータポンプ14はサブバッテリ12の電力により駆動する。
ハイブリッド車200は、ポンプ制御器50と、ポンプ制御器50の上位制御器として機能するHVECU60とを備える。ポンプ制御器50とHVECU60とは協働して、図2で説明する車両用冷却システム100の制御を行う。そのほか、HVECU60は、ハイブリッド車200に関する種々の情報を取得し、取得した情報を利用して、システムメインリレー3の開閉、インバータ4及びDCDCコンバータ10の制御を行う。ハイブリッド車200に関する情報は、例えば、イグニションスイッチ(図示省略)のON/OFF情報、アクセル開度情報、車速情報等がある。
図2は、車両用冷却システム100のブロック図である。図2を参照して、車両用冷却システム100の構成及び動作について説明する。
車両用冷却システム100は、ウォータポンプ14、リザーブタンク15、ラジエータ16、インバータクーラ17及びオイルクーラ18と、それらを一巡する管路としての冷却パイプ13とを備える。リザーブタンク15には、冷媒である冷却液80が貯蔵されている。冷却液80は、ウォータポンプ14により圧送されて、冷却パイプ13内を循環する。循環する冷却液80により、被冷却媒体(インバータクーラ17及びオイルクーラ18)が冷却される。冷却液80としては、例えばLLC(Long life Coolant)を用いてもよく、水等の他の液体を用いてもよい。
インバータクーラ17は、インバータ4に備えられている。インバータ4内の複数のスイッチング素子は、インバータクーラ17により冷却される。オイルクーラ18は、ドライブトレイン19を冷却する冷却装置である。オイルクーラ18は、オイルポンプ93の圧送によりオイル冷却パイプ91内を循環するオイルによって、モータ8と動力分配機構7を含むドライブトレイン19を冷却する。すなわち、モータ8や動力分配機構7は、オイル冷却パイプ91を循環するオイルにより冷却される。
ラジエータ16は、冷却パイプ13内の冷却液80と外気との間で熱交換を行うことによって、モータ8及びインバータ4から回収された熱を外部に放熱する。
ウォータポンプ14は、ポンプモータと、制御基板を備える。ポンプモータは、ウォータポンプ14の内部のインペラを回転させる。インペラの回転で生じる遠心力によってウォータポンプ14内の冷却液80が送出され、これによりウォータポンプ14の冷却性能が発揮される。冷却パイプ13内の冷却液80の流量の大小は、ウォータポンプ14の回転数に比例する。以下では、制御基板は、ポンプ制御器50からの指令値に従って、ポンプモータへの入力電力をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。ポンプ制御器50からの指令値は、PWM制御のデューティ比として与えられる。
ポンプ制御器50は、ウォータポンプ14の制御基板に対してPWM制御のための指令値を供給することで、ウォータポンプ14の駆動を制御する。ポンプ制御器50は、HVECU60からの指令回転数の供給に従って、当該指令回転数に基づく指令値(PWM制御のデューティ比)を制御基板に供給する。HVECU60は、後で説明する回転数決定処理(図3参照)を実行することによって指令回転数を決定し、決定された指令回転数をポンプ制御器50に供給する。
車両用冷却システム100は、さらに、温度センサ41と、回転数センサ42を備える。温度センサ41は、インバータクーラ17の温度を取得する。HVECU60は、温度センサ41により取得されたインバータクーラ17の温度を、予め実験により特定されHVECU60内に記憶されている数式を用いて補正し、冷却液80の温度とする。すなわち、温度センサ41は、冷却液80の温度を間接的に取得する水温センサとして機能する。回転数センサ42は、ウォータポンプ14の回転数(即ちポンプモータの回転数)を取得する。温度センサ41及び回転数センサ42は、HVECU60に接続されている。
図3は、HVECU60が実行する回転数決定処理の内容を示すフローチャートである。図3を参照して、HVECU60が実行する回転数決定処理について説明する。HVECU60は、ハイブリッド車200の運転が開始されることをトリガとして、図3の回転数決定処理を開始する。
S10では、HVECU60は、温度センサ41の取得値に基づいて、インバータクーラ17における冷却液80の温度を取得する。
S12では、HVECU60は、S10で取得された冷却液80の温度に基づいて、指令回転数を設定する。具体的に言うと、S12では、HVECU60は、予めHVECU60内に記憶されている冷却液80の温度と指令回転数との対応グラフ(図4参照)に基づいて、S10で取得された温度に対応する指令回転数を設定する。図4に示す対応グラフは、所定の数式に従って予め決められた冷却液80の温度と指令回転数との対応関係を示している。例えば、冷却液80の温度がT1の場合、HVECU60は、指令回転数をR1に設定する。
次いで、図3のS14では、HVECU60は、ラジエータ16の放熱量Qrが、所定の放熱量閾値αよりも少ないか否かを判断する。具体的には、S14では、まず、HVECU60は、この時点の外気温、ハイブリッド車200の車速等の諸要素に基づいて、所定の手法で放熱量Qrを算出する。そして、HVECU60は、算出された放熱量Qrが、放熱量閾値αよりも少ないか否かを判断する。放熱量閾値αは予め決められている閾値である。例えば、放熱量閾値αは、放熱量Qrがその値を下回ると、ラジエータ16による放熱性能が不足する可能性がある値に決められている。放熱量Qrが放熱量閾値αより少ない場合、HVECU60はS14でYESと判断し、S16に進む。一方、放熱量Qrが放熱量閾値α以上である場合、HVECU60はS14でNOと判断し、S16、S18の各処理をスキップしてS20に進む。
S16では、HVECU60は、モータ8の発熱量Qmが、所定の発熱量閾値βよりも多いか否かを判断する。具体的には、S16では、この時点のハイブリッド車200の車速、モータ8の負荷、ハイブリッド車200の運転時間、ハイブリッド車200が走行している地点の勾配等の諸要素に基づいて、所定の手法で発熱量Qmを算出する。そして、HVECU60は、算出された発熱量Qmが、発熱量閾値βよりも多いか否かを判断する。発熱量閾値βも、予め決められている閾値である。例えば、発熱量閾値βは、発熱量Qmがその値より多いと、ラジエータ16による放熱性能が不足する可能性がある値に決められている。発熱量Qmが発熱量閾値βより多い場合、HVECU60はS16でYESと判断し、S18に進む。一方、発熱量Qmが発熱量閾値β以下である場合、HVECU60はS16でNOと判断し、S18の処理をスキップしてS20に進む。
S18では、HVECU60は、S12で設定された指令回転数(即ち、冷却液80の温度に基づいて設定された指令回転数)を減少させるように補正する。具体的には、S18では、まず、HVECU60は、図5に示す補正テーブル300に従って補正係数を特定する。図5に示すように、補正テーブル300では、モータ8の発熱量Qmの範囲毎に補正係数が定められている。例えば、発熱量Qmが、Q2以上であってQ3より少ない範囲に存在する場合、HVECU60は補正係数「0.91」を特定する。発熱量Qmが、Q5以上であってQ6より少ない範囲に存在する場合、HVECU60は補正係数「0.60」を特定する。そして、HVECU60は、特定された補正係数と、S12で設定された指令回転数との積を、補正後の指令回転数とする。即ち、発熱量Qmが大きいほど、小さい補正係数が特定され、指令回転数の補正度合い(即ち減少度合い)が大きくなる。S18の処理により、S12で設定された指令回転数が減少するように補正される。
S20では、HVECU60は、指令回転数を決定する。上記S18がスキップされた場合(即ちS14でNO又はS16でNOの場合)には、S20では、HVECU60は、指令回転数をS12で設定された数に決定する。一方、上記S18の補正が行われた場合には、S20では、HVECU60は、指令回転数を、S18における補正後の指令回転数に決定する。
続くS22では、HVECU60は、S20で決定された指令回転数をポンプ制御器50に供給する。これにより、ポンプ制御器50は、HVECU60から取得した指令回転数(S22)に従って、制御基板に供給する指令値(PWM制御のデューティ比)を変更する。ウォータポンプ14は、ポンプ制御器50から取得した指令値に従った回転数に回転数を変更する。S22を終えると、HVECU60は、S10に戻り、S10〜S22以降の処理を繰り返し実行する。
以上、本実施例の車両用冷却システム100の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例では、HVECU60は、冷却液80の温度に基づいて指令回転数を設定し(図3のS12)、ラジエータ16の放熱量Qrが放熱量閾値αよりも少なく(S14でYES)、かつ、モータ8の発熱量Qmが発熱量閾値βよりも多い(S16でYES)場合に、設定済みの指令回転数を減少させるように補正する(S18)。即ち、本実施例では、HVECU60は、冷却液80の温度に基づいて設定された指令回転数を設定する制御(S12)に加えて、ラジエータ16の放熱量Qr、及び、モータ8の発熱量Qmに基づいて、設定済みの指令回転数を補正する制御(S14〜S18)を行うことができる。そのため、本実施例の車両用冷却システム100によると、放熱量閾値α及び発熱量閾値βを適切な値に設定しておけば、例えばラジエータ16の放熱量よりもモータ8及びインバータ4の発熱量が多くなって冷却液80の温度が上昇する状態であっても、ウォータポンプ14の指令回転数が補正されることによって、冷却液80の流量が過度に多くなることが抑制される。その結果、ラジエータ16で十分に放熱が行われ得る(即ち、冷却液80が十分に冷却され得る)ため、冷却パイプ13内の冷却液80の温度が高温化することが抑制され得る。従って、本実施例の車両用冷却システム100によると、冷却性能が低下する事態の発生を抑制することができる。
本実施例と請求項の記載との対応関係を説明しておく。冷却液80が「冷媒」の一例であり、冷却パイプ13が「流路」の一例である。HVECU60が「制御装置」の一例である。放熱量閾値αが「特定の放熱量閾値」の一例であり、発熱量閾値βが「第1の発熱量閾値」の一例である。
(第2実施例)
第1実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例では、図6に示すように、回転数決定処理の内容の一部が第1実施例とは異なる。図6のフローチャートでは、第1実施例(図3)と同内容の処理は同じ符号を用いて示している。図6に示すように、本実施例では、HVECU60は、S16でNOと判断する場合に、S20ではなく、S30に進む点が第1実施例とは異なる。
S30では、HVECU60は、インバータ4の発熱量Qiが、所定の発熱量閾値β´よりも多いか否かを判断する。発熱量Qiは、単位時間当たりのインバータ4の発熱量を意味する。具体的には、S30では、この時点のハイブリッド車200の車速、モータ8の負荷、ハイブリッド車200の運転時間、ハイブリッド車200が走行している地点の勾配等の諸要素に基づいて、所定の手法で発熱量Qiを算出する。そして、HVECU60は、算出された発熱量Qiが、発熱量閾値β´よりも多いか否かを判断する。発熱量閾値β´も、予め決められている閾値であり、発熱量Qiがその値より多いとラジエータ16による放熱性能が不足する可能性がある値に決められている。発熱量Qiが発熱量閾値β´より多い場合、HVECU60はS30でYESと判断し、S18に進む。一方、発熱量Qiが発熱量閾値β´以下である場合、HVECU60はS30でNOと判断し、S18の処理をスキップしてS20に進む。
S18では、HVECU60は、S12で設定された指令回転数(即ち、冷却液80の温度に基づいて設定された指令回転数)を減少させるように補正する。この際、S16でYESと判断されてS18が実行される場合には、第1実施例と同様に、HVECU60は、図5に示す補正テーブル300に従って補正係数を特定し、特定された補正係数を用いて指令回転数を補正する。
一方、S30でYESと判断されてS18が実行される場合には、HVECU60は、図7に示す補正テーブル400に従って補正係数を特定し、特定された補正係数を用いて指令回転数を補正する。図7に示すように、補正テーブル400では、インバータ4の発熱量Qiの範囲毎に補正係数が定められている。例えば、発熱量Qmが、Q12以上であってQ13より少ない範囲に存在する場合、HVECU60は補正係数「0.93」を特定する。発熱量Qiが、Q15以上であってQ16より少ない範囲に存在する場合、HVECU60は補正係数「0.70」を特定する。そして、HVECU60は、特定された補正係数と、S12で設定された指令回転数との積を、補正後の指令回転数とする。S20以降の処理は第1実施例と共通するため、詳しい説明を省略する。
本実施例では、HVECU60は、冷却液80の温度に基づいて設定された指令回転数を設定する制御(S12)に加えて、ラジエータ16の放熱量Qr、モータ8の発熱量Qm及びインバータ4の発熱量Qiに基づいて、設定済みの指令回転数を補正する制御(S14、S16、S30、S18)を行うことができる。即ち、本実施例では、HVECU60は、インバータ4の発熱量Qiも考慮した上で指令回転数を補正することができる。そのため、本実施例の車両用冷却システム100によると、放熱量閾値α、発熱量閾値β,β´を適切な値に設定しておくことにより、第1実施例と同様に、冷却性能が低下する事態の発生を抑制することができる。
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
(変形例1)上記の第2実施例において、HVECU60は、図6のS16でYESと判断する場合に、S18ではなく、S30に進むようにしてもよい。即ち、この変形例では、HVECU60は、S16とS30の両方でYESと判断される場合にのみ、S18において指令回転数を補正するようにしてもよい。その場合、HVECU60は、補正テーブル300、400のうちのいずれか一方に基づいて補正係数を特定するようにしてもよい。
(変形例2)また、第2実施例において、HVECU60は、図6のS14でYESと判断する場合(即ち、ラジエータ16の放熱量Qrが放熱量閾値αより少ない場合)に、S16の処理を省略して、S30の判断のみを実行してもよい。即ち、HVECU60は、ラジエータ16の放熱量Qrのみを考慮して補正を行うようにしてもよい。
(変形例3)車両用冷却システム100が搭載される車両は、上記のハイブリッド車200に限られない。車両用冷却システムは、モータを動力とし、当該モータを駆動するためのインバータを備える車両であれば、電気自動車や燃料電池車等、エンジンを備えない車両に搭載されてもよい。
また、本明細書また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、本明細書また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。
2:メインバッテリ
3:システムメインリレー
4:インバータ
6:エンジン
7:動力分配機構
8:モータ
9:デファレンシャルギヤ
9a、9b:駆動輪
10:DCDCコンバータ
12:サブバッテリ
13:冷却パイプ
14:ウォータポンプ
15:リザーブタンク
16:ラジエータ
17:インバータクーラ
18:オイルクーラ
19:ドライブトレイン
41:温度センサ
42:回転数センサ
50:ポンプ制御器
60:HVECU(上位制御器)
80:冷却液
91:オイル冷却パイプ
93:オイルポンプ
100:車両用冷却システム
200:ハイブリッド車

Claims (1)

  1. 車両用冷却システムであって、
    モータ及び前記モータを駆動するインバータを冷却するための冷媒が流れる流路と、
    前記流路に設けられ、外気と前記冷媒との間で熱交換を行うことによって、前記モータ及び前記インバータから回収された熱を放熱するラジエータと、
    前記流路に設けられ、前記流路内の前記冷媒を循環させるためのポンプと、
    制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記流路内の前記冷媒の温度に基づいて前記ポンプの回転数を設定し、
    (a)前記ラジエータの放熱量が特定の放熱量閾値よりも少なく、かつ、
    (b)前記モータの発熱量が第1の発熱量閾値よりも多いことと、前記インバータの発熱量が第2の発熱量閾値よりも多いことと、のうちの少なくとも一方が成立したときに、設定済みの前記回転数を減少させるように補正する、
    車両用冷却システム。
JP2016216645A 2016-11-04 2016-11-04 車両用冷却システム Active JP6733503B2 (ja)

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