JP2023120037A - 電動車用の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ制御装置によるポンプの制御に不具合が生じた場合に、電力制御回路の冷却が不可能又は不十分となることを抑制する。【解決手段】ポンプ駆動回路４２は、ポンプ４０の制御に所定の不具合が生じたときに、ポンプ４０を最大出力で運転させる。ポンプ制御装置４４は、モータ１６の回転数が第１回転数より大きいときは第１の制御マップを用い、モータ１６の回転数が第１回転数より小さく、第２回転数よりも大きいときは第２の制御マップを用い、検出温度に対応するポンプ４０の目標流量を決定する。ポンプ制御装置４４は、第１の制御マップ又は第２の制御マップの使用中、温度センサによる検出温度が所定の温度範囲内にあるときに、ポンプ４０の回転数が所定の閾値を超えているか否かを監視する。【選択図】図１

Description

本明細書に開示される技術は、電動車用の冷却システムに関する。ここでいう電動車とは、車輪を駆動する走行用モータを有する車両を広く意味しており、例えば、電気自動車（BEV: Battery Electric Vehicle）、ハイブリッド車（HEV: Hybrid Electric Vehicle）、燃料電池車（FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle）等が含まれる。

特許文献１に、電動車用の冷却システムが記載されている。電動車は、走行用のモータと、当該モータへの供給電力を制御する電力制御回路とを備えており、冷却システムは、冷却液が循環することによって電力制御回路を冷却する冷却回路と、冷却回路内の冷却液を循環させるポンプと、冷却回路内の冷却液の温度を検出する温度センサと、温度センサによる検出温度に基づいて、ポンプの動作を制御するポンプ制御装置とを備える。

特開２０２１－３５０８９号公報

工業製品である冷却システムでは、異常や故障といった不具合の発生が避けられず、そのような不具合の発生に対して、事前に対策を講じておく必要がある。特に、ポンプ制御装置によるポンプの制御に不具合が生じた場合は、電力制御回路の冷却が不可能又は不十分となるおそれがある。従って、そのような不具合に対しては、適切な対策を講じておく必要があり、そのための技術が必要とされている。

本明細書が開示する技術は、電動車用の冷却システムに具現化される。電動車は、走行用のモータと、前記モータに接続されたインバータを有して前記モータへの供給電力を制御する電力制御回路とを備える。冷却システムは、冷却液が循環することによって、前記電力制御回路を冷却する冷却回路と、前記冷却回路内の前記冷却液を循環させるポンプと、前記冷却回路内の前記冷却液の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる検出温度と、予め記憶している複数の制御マップとに基づいて、前記ポンプの動作を制御するポンプ制御装置と、前記ポンプ制御装置による前記ポンプの制御に所定の不具合が生じたときに、前記ポンプを最大出力で運転させる予備駆動装置とを備える。

前記ポンプ制御装置は、前記モータの回転数が第１回転数より大きいときは、前記複数の制御マップのうちの第１の制御マップを用いて、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定する。また、前記ポンプ制御装置は、前記モータの回転数が前記第１回転数よりも小さいとともに第２回転数よりも大きいときは、前記複数の制御マップのうちの第２の制御マップを用いて、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定する。そして、前記ポンプ制御装置は、前記第１の制御マップ又は前記第２の制御マップの使用中、前記温度センサによる前記検出温度が所定の温度範囲内にあるときに、前記ポンプの回転数が所定の閾値を超えているのか否かを監視する。

上記した構成では、冷却液の検出温度と制御マップとに基づいて、ポンプの目標流量が決定される。制御マップについては、複数の制御マップが用意されており、モータの回転数に応じて、使用する制御マップが切り替えられる。これにより、冷却液の検出温度だけでなく、インバータに作用する負荷の大きさに応じて、即ち、インバータの想定される発熱量に応じて、過不足のない適切な目標流量を決定することができる。

また、目標流量が適切に決定されることで、ポンプ制御装置によるポンプの制御に生じた不具合を、確実に検出することができる。即ち、上記した構成では、ポンプ制御装置によるポンプの制御に所定の不具合が生じたときに、ポンプを最大出力で運転させるように構成されている。その結果、冷却液の検出温度にかかわらず、ポンプの回転数は比較的に高い値に維持されることとなり、正常時とは明確に相違する挙動を示す。従って、第１の制御マップ又は第２の制御マップの使用中であって、かつ、冷却液の検出温度が所定の温度範囲（例えば通常の温度範囲）内にあるにもかかわらず、ポンプの回転数が所定の閾値を超えているときは、不具合が生じていると判断することができる。

本技術の一実施形態において、前記第１の制御マップは、前記インバータが矩形波駆動されることを想定したものであってよく、前記第２の制御マップは、前記インバータがＰＷＭ制御されることを想定したものであってよい。このように、第１の制御マップや第２の制御マップの具体的内容（即ち、測定温度と目標流量との間の関係）は、インバータに適用される制御方式を考慮して決定されてもよい。

上記の一実施形態において、前記複数の制御マップは、前記モータがロックされている状況を想定した第３の制御マップをさらに含んでもよい。この場合、前記ポンプ制御装置は、前記モータの回転数が前記第２回転数よりも小さいときは、前記第３の制御マップを使用することによって、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定してもよい。このような構成によると、例えば上り坂や段差によって走行用のモータがロックされ、インバータに大きな負荷が作用し得る状況では、それに応じた第３の制御マップを使用することによって、ポンプの目標流量を比較的に大きな値に設定することができる。

本技術の一実施形態において、前記所定の不具合は、前記ポンプ制御装置が出力する指令信号を伝送する指令信号線の断線であってよい。この場合、予備駆動装置は、ポンプ制御装置の出力する指令信号が、ポンプ（又はその駆動回路）へ入力されないときに、ポンプを最大出力で運転させるように構成されるとよい。但し、他の実施形態として、前記所定の不具合は、指令信号線の断線に限られず、他の部位や他の種類の不具合であってもよい。

実施例の電動車１０及び冷却システム３０の構成を示すブロック図。 複数の制御マップ４５を模式的に示す。 冷却システム３０の動作の流れを示すフローチャート。 モータ１６の回転数Ｒｍに対する制御マップの切り替えの一例を示す。

図面を参照して、実施例の電動車１０とその冷却システム３０について説明する。図１に示すように、電動車１０は、バッテリパック１２と、電力制御回路１４と、モータ１６と、モータ制御装置２０とを備える。モータ１６は、電動車１０の車輪（図示省略）を駆動する走行用のモータである。バッテリパック１２は、モータ１６に電力を供給する電源である。バッテリパック１２は、例えばリチウムイオンセルといった、複数の二次電池セルを内蔵しており、繰り返し充放電可能に構成されている。バッテリパック１２は、電力制御回路１４を介して、モータ１６に接続されている。

電力制御回路１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａとインバータ１４ｂとを有しており、バッテリパック１２から供給される直流電力を、モータ１６へ供給される交流電力に変換する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａについては、必ずしも必要とされない。電力制御回路１４の動作は、モータ制御装置２０によって制御される。モータ制御装置２０は、上位の制御装置（図示省略）からのトルク指令に応じて、電力制御回路１４の動作を制御することにより、モータ１６の出力するトルクを制御する。モータ１６には、モータ１６の回転数Ｒｍを検出するモータ回転数センサ１８が設けられている。モータ回転数センサ１８は、モータ制御装置２０に接続されており、その検出結果（回転数Ｒｍ）はモータ制御装置２０へ入力される。

ここで、本実施例における電動車１０は、車輪を駆動する走行用のモータ１６を有する車両を広く意味しており、例えば、バッテリ式の電気自動車に限られず、エンジンを併せ持つハイブリッド車や、電源として燃料電池を有する燃料電池車等が含まれる。また、電動車１０は、ユーザによって運転される車両に限られず、外部装置からの指令に応じて走行する車両や、人口知能等によって自律走行する車両等であってよい。

次に、冷却システム３０について説明する。冷却システム３０は、電動車１０に搭載されており、電力制御回路１４を冷却するように構成されている。なお、冷却システム３０は、電力制御回路１４に限られず、一つ又は複数の他の装置を冷却するように構成されてもよい。図１に示すように、冷却システム３０は、冷却回路３２と、冷却器３４と、ラジエータ３６と、ラジエータファン３８と、ポンプ４０とを備える。冷却器３４とラジエータ３６とポンプ４０とは、冷却回路３２上に配置されている。ラジエータファン３８は、ラジエータ３６に隣接して配置されており、ラジエータ３６へ送風するように構成されている。

冷却回路３２は、ポンプ４０によって、冷却液が循環するように構成されている。冷却器３４は、電力制御回路１４に隣接して配置されている。冷却回路３２を循環する冷却液は、冷却器３４において電力制御回路１４から熱を回収し、ラジエータ３６において外気へ熱を放出する。これにより、電力制御回路１４が冷却される。

冷却システム３０は、ポンプ駆動回路４２と、ポンプ制御装置４４と、温度センサ４６と、ポンプ回転数センサ４８とをさらに備える。温度センサ４６は、冷却回路３２に配置されており、冷却回路３２を循環する冷却液の温度Ｔｗを検出する。温度センサ４６は、ポンプ制御装置４４に接続されており、その検出結果（温度Ｔｗ）はポンプ制御装置４４へ入力される。ポンプ駆動回路４２は、ポンプ４０と補機バッテリ５０との間に配置されており、補機バッテリ５０からポンプ４０への供給電力を調整する。ポンプ駆動回路４２の動作は、ポンプ制御装置４４によって制御される。ポンプ回転数センサ４８は、ポンプ４０の回転数Ｒｐを検出する。ポンプ回転数センサ４８は、ポンプ制御装置４４に接続されており、その検出結果（回転数Ｒｐ）はポンプ制御装置４４へ入力される。

ポンプ制御装置４４は、温度センサ４６による検出温度Ｔｗと、予め記憶している複数の制御マップ４５（図２参照）とに基づいて、ポンプ駆動回路４２への指令信号を出力する。ポンプ制御装置４４が出力する指令信号は、指令信号線４４ａを介してポンプ駆動回路４２へ伝送される。図２に示すように、制御マップ４５には、冷却液の温度（水温）Ｔｗ毎に冷却液の目標流量（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）が記述されている。ポンプ制御装置４４は、制御マップ４５を参照することにより、検出温度Ｔｗに対応する目標流量を決定する。そして、ポンプ制御装置４４は、決定した目標流量に対応する指令信号をポンプ駆動回路４２へ与えることで、冷却回路３２における冷却液の流量を調整する。

図２に示すように、ポンプ制御装置４４が記憶している複数の制御マップ４５には、少なくとも、第１の制御マップ４５ａと第２の制御マップ４５ｂと第３の制御マップ４５ｃとが含まれる。第１の制御マップ４５ａは、前述した電力制御回路１４のインバータ１４ｂが矩形波駆動される状況を想定して、各検出温度Ｔｗに対応する目標流量が定められている。第２の制御マップ４５ｂは、電力制御回路１４のインバータ１４ｂがＰＷＭ制御される状況を想定して、各検出温度Ｔｗに対応する目標流量が定められている。そして、第３の制御マップ４５ｃは、モータ１６がロックされている状況を想定して、各検出温度Ｔｗに対応する目標流量が定められている。即ち、本実施例のポンプ制御装置４４では、冷却対象であるインバータ１４ｂへの負荷（即ち、想定される発熱量）に応じて、複数の制御マップ４５が用意されている。

ここで、冷却システム３０では、異常や故障といった不具合の一例として、指令信号線４４ａが断線することも想定される。この場合、ポンプ制御装置４４が指令信号を出力しても、その指令信号はポンプ駆動回路４２まで伝送されない。即ち、ポンプ制御装置４４は、ポンプ４０の動作を制御することができない。そこで、ポンプ駆動回路４２は、ポンプ制御装置４４からの指令信号が途絶えた場合、ポンプ４０を最大出力で運転するように構成されている。これにより、ポンプ４０の動作が制御不能となった場合でも、電力制御回路１４が過熱することを回避することができる。なお、本実施例におけるポンプ駆動回路４２は、本明細書が開示する技術における「予備駆動装置」の一例である。

図３に、冷却システム３０における動作の流れを示す。図３に示すように、ポンプ制御装置４４は、モータ１６の回転数Ｒｍが、第１回転数（一例として、９０００ｒｐｍ）より大きいときは（ステップＳ１２でＹＥＳ）、複数の制御マップ４５のなかから第１の制御マップ４５ａを選択する（ステップＳ１４）。そして、ポンプ制御装置４４は、選択した第１の制御マップ４５ａを用いて、冷却液の温度Ｔｗに対応するポンプ４０の目標流量を決定する（ステップＳ１８）。

但し、指令信号線４４ａが断線している場合は（ステップＳ１６でＹＥＳ）、前述したように、ポンプ駆動回路４２によってポンプ４０が最大出力で運転される。その結果、ポンプ４０の回転数Ｒｐは上昇して、冷却液の温度Ｔｗにかかわらず、当該回転数Ｒｐは大きな値を示す。そこで、ポンプ制御装置４４は、第１の制御マップ４５ａの使用中に、ポンプ４０の回転数Ｒｐを監視することによって、指令信号線４４ａの断線を検出するように構成されている。詳しくは、ポンプ制御装置４４は、冷却液の温度Ｔｗが通常の温度範囲内であるにもかかわらず、ポンプ４０の回転数Ｒｐが所定の閾値を超えているときに、指令信号線４４ａが断線したと判断する（ステップＳ２２）。

ポンプ制御装置４４は、モータ１６の回転数Ｒｍが、第１回転数（一例として、９０００ｒｐｍ）よりも小さいとともに、第２回転数（一例として、３００ｒｐｍ）よりも大きいときは（ステップＳ２４でＹＥＳ）、複数の制御マップ４５のなかから第２の制御マップ４５ｂを選択する（ステップＳ２６）。そして、ポンプ制御装置４４は、選択した第２の制御マップ４５ｂを用いて、冷却液の温度Ｔｗに対応するポンプ４０の目標流量を決定する（ステップＳ３０）。

但し、指令信号線４４ａが断線している場合は（ステップＳ２８でＹＥＳ）、前述したように、ポンプ駆動回路４２によってポンプ４０が最大出力で運転される。その結果、ポンプ４０の回転数Ｒｐは上昇して、冷却液の温度Ｔｗにかかわらず、当該回転数Ｒｐは大きな値を示す。そこで、ポンプ制御装置４４は、第２の制御マップ４５ｂの使用中においても、ポンプ４０の回転数Ｒｐを監視することによって、指令信号線４４ａの断線を検出するように構成されている。即ち、ポンプ制御装置４４は、冷却液の温度Ｔｗが通常の温度範囲内であるにもかかわらず、ポンプ４０の回転数Ｒｐが所定の閾値を超えているときに、指令信号線４４ａが断線したと判断する（ステップＳ３４）。

一方、ポンプ制御装置４４は、モータ１６の回転数Ｒｍが第２回転数（一例として、３００ｒｐｍ）よりも小さい場合、複数の制御マップ４５のなかから第３の制御マップ４５ｃを選択する。なお、第３の制御マップ４５ｃの使用中は、指令信号線４４ａの断線を検出する処理（Ｓ２２、Ｓ３４）を必ずしも実施する必要はない。

以上のように、本実施例の冷却システム３０では、冷却液の検出温度Ｔｗと制御マップ４５とに基づいて、ポンプ４０の目標流量が決定される。制御マップ４５については、複数の制御マップ４５ａ、４５ｂ、４５ｃが用意されており、モータ１６の回転数Ｒｍに応じて、使用する制御マップ４５ａ、４５ｂ、４５ｃが切り替えられる。これにより、冷却液の検出温度Ｔｗだけでなく、インバータ１４ｂに作用する負荷の大きさに応じて、即ち、インバータ１４ｂの想定される発熱量に応じて、過不足のない適切な目標流量を決定することができる。

また、目標流量が適切に決定されることで、ポンプ制御装置４４によるポンプ４０の制御に生じた不具合を、確実に検出することができる。即ち、上記した構成では、指令信号線４４ａが断線したときに、ポンプ４０を最大出力で運転させるように構成されている。その結果、冷却液の検出温度Ｔｗにかかわらず、ポンプ４０の回転数Ｒｐは比較的に高い値に維持されることとなり、正常時とは明確に相違する挙動を示す。従って、第１の制御マップ４５ａ又は第２の制御マップ４５ｂの使用中であって、かつ、冷却液の検出温度Ｔｗが所定の温度範囲（例えば通常の温度範囲）内にあるにもかかわらず、ポンプ４０の回転数Ｒｐが所定の閾値を超えているときは、指令信号線４４ａの断線が生じていると判断することができる。

本実施例の冷却システム３０において、制御マップ４５を切り替えるときのモータ１６の回転数、即ち、第１回転数や第２回転数は、例示した９０００ｒｐｍや３００ｒｐｍのような特定の数値に限定されるものではない。また、図４に示すように、第１の制御マップ４５ａ（矩形波）から第２の制御マップ４５ｂ（ＰＷＭ）へ切り替えるときの回転数（一例として、８５００ｒｐｍ）と、第２の制御マップ４５ｂ（ＰＷＭ）から第１の制御マップ４５ａ（矩形波）へ切り替えるときの回転数（一例として、９０００ｒｐｍ）とを、互いに相違させてもよい。また、第２の制御マップ４５ｂ（ＰＷＭ）から第３の制御マップ４５ｃ（ロック）へ切り替えるときの回転数（一例として、２００ｒｐｍ）と、第３の制御マップ４５ｃ（ロック）から第２の制御マップ４５ｂ（ＰＷＭ）へ切り替えるときの回転数（一例として、３００ｒｐｍ）とを、互いに相違させてもよい。このような構成によると、制御マップ４５の切り替えが無用に繰り返されることを回避することができる。

以上、本技術の実施形態について詳細に説明したが、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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の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。

１０：電動車
１２：バッテリパック
１４：電力制御回路
１４ａ：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ｂ：インバータ
１６：モータ
１８：モータ回転数センサ
２０：モータ制御装置
３０：冷却システム
３２：冷却回路
３４：冷却器
３６：ラジエータ
３８：ラジエータファン
４０：ポンプ
４２：ポンプ駆動回路
４４：ポンプ制御装置
４４ａ：指令信号線
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ：制御マップ
４６：温度センサ
４８：ポンプ回転数センサ
５０：補機バッテリ

Claims (4)

1. 電動車用の冷却システムであって、
   前記電動車は、
   走行用のモータと、
   前記モータに接続されたインバータを有し、前記モータへの供給電力を制御する電力制御回路と、を備え、
   前記冷却システムは、
   冷却液が循環することによって、前記電力制御回路を冷却する冷却回路と、
   前記冷却回路内の前記冷却液を循環させるポンプと、
   前記冷却回路内の前記冷却液の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサによる検出温度と、予め記憶している複数の制御マップとに基づいて、前記ポンプの動作を制御するポンプ制御装置と、
   前記ポンプ制御装置による前記ポンプの制御に所定の不具合が生じたときに、前記ポンプを最大出力で運転させる予備駆動装置と、
   を備え、
   前記ポンプ制御装置は、
   前記モータの回転数が第１回転数より大きいときは、前記複数の制御マップのうちの第１の制御マップを用いて、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定し、
   前記モータの回転数が前記第１回転数よりも小さいとともに第２回転数よりも大きいときは、前記複数の制御マップのうちの第２の制御マップを用いて、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定し、
   前記第１の制御マップ又は前記第２の制御マップの使用中は、前記温度センサによる前記検出温度が所定の温度範囲内にあるときに、前記ポンプの回転数が所定の閾値を超えているのか否かを監視する、
   冷却システム。
2. 前記第１の制御マップは、前記インバータが矩形波駆動されることを想定したものであり、
   前記第２の制御マップは、前記インバータがＰＷＭ制御されることを想定したものである、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記複数の制御マップは、前記モータがロックされている状況を想定した第３の制御マップをさらに含み、
   前記ポンプ制御装置は、前記モータの回転数が前記第２回転数よりも小さいときは、前記第３の制御マップを使用することによって、前記検出温度に対応する前記ポンプの目標流量を決定する、請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記所定の不具合は、前記ポンプ制御装置が出力する指令信号を伝送する指令信号線の断線である、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却システム。
   

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