JP5553632B2 - ハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法 - Google Patents

ハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法 Download PDF

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Description

本発明はハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法に関し、更に詳しくは、ハイブリッド車両用電力変換装置のＣＡＮ通信エラー判断時、電力変換装置の状態によって温度を予測して電力変換装置を冷却する冷却装置をより効率的に制御できるようにしたハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法に関する。
ハイブリッド車両はエンジンだけでなくモータ駆動源を補助動力源として採択し、排気ガスの低減及び燃費の向上を図ることができる未来型車両であり、並列型ハイブリッド車両の駆動系（ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ）の構成を見てみると、図４の構成図から分かるように、エンジン１０、モータ１２、自動変速機１４が駆動軸１６上に直結されており、前記エンジン１０及びモータ１２間にはクラッチ１８が配列されており、バッテリー制御装置２２により充電量などが管理されるバッテリー２０がインバーター２４を介して前記モータ１２と充放電が可能となるように連結されている。
更に、１２Ｖ補助バッテリー２６がＤＣ−ＤＣコンバーター（以下、ＬＤＣと称す）２８を介してバッテリー２０とインバーター２４間の連結ラインに連結されている。
また、前記インバーター２４及びＬＤＣ２８、即ち、ハイブリッド用電力変換装置に対する冷却のために、冷却装置（冷却ファンまたはウォーターポンプ）３０及びこの冷却装置３０を制御する冷却装置制御装置３２が含まれている。
このとき、前記バッテリー制御装置２２と、インバーター２４及びＬＤＣ２８、冷却装置制御装置３２は、信号インターフェースのためのＣＡＮ通信ライン３６により互いに連結されている。
このようにバッテリー制御装置２２と、インバーター２４及びＬＤＣ２８、冷却装置制御装置３２がＣＡＮ通信を利用して互いに情報をやり取りすることができ、図２の順序図に見られるように、前記冷却装置制御装置３２は各ハイブリッドシステムの温度情報をＣＡＮ通信を通じて受け、その情報を基に冷却装置３０の段数などを制御する。
前記のように、現在ハイブリッド車両にはオルタネーターの代りに１２Ｖバッテリーの充電及び電装回路に電力供給制御の担当をするＬＤＣ２８と、車両を駆動させるためのモータを制御するインバーター２４が適用されているが、このＬＤＣ２８及びインバーター２４、即ち、ハイブリッド用電力変換装置はその内部温度を測定する温度センサー（図示せず）を有しており、測定された温度データをＣＡＮ通信を通して冷却装置３０を制御する冷却装置制御装置３２に送信している。
このように正常状態では、ハイブリッド用電力変換装置はその温度センサーの情報をＣＡＮ通信を利用して冷却装置制御装置３２に送信し、冷却装置制御装置３２では各電力変換装置の温度を受けて冷却量を決定して冷却装置を制御する。
しかし、前記電力変換装置のＣＡＮ通信エラー発生時、電力変換装置の温度センサーで検出された温度情報をこれ以上送信できなくなり、よって冷却装置制御装置は温度情報を受けることができなくなるため、電力変換装置の過温度保護に問題点を発生させ得る。
即ち、ＣＡＮ通信エラー時、電力変換装置の過温度防止のために、冷却装置を制御する冷却装置制御装置では冷却のための冷却装置の駆動を最大に設定して運用しているが、このような戦略は冷却装置の駆動騒音が大きく発生する原因となり、不必要な冷却装置の電力消耗を招来するという問題点がある。
言い換えると、ハイブリッド用電力変換装置のＣＡＮ通信エラーが発生すると、冷却装置制御装置が各電力変換装置の実際温度と関係なく冷却装置（冷却ファン及びウォーターポンプ）を最大出力で制御して電力変換装置を冷却しているが、このような冷却ロジックは冷却装置の騒音を必要以上誘発させると共に、冷却装置の耐久寿命及び効率性を大きく落とすという原因となっている。
特開２００８−１５００２３号公報
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電力変換装置のＣＡＮ通信エラー判断時、電力変換装置の現在温度を推定し、この推定温度に合う風量を出すように冷却装置を制御するが、電力変換装置の過温度保護ロジックによる出力値を検出して冷却風量を増加または減少させて、ＣＡＮ通信エラー時にも電力変換装置に対する冷却がより効率的に行われるようにしたハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明によるハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法は、ハイブリッド車両の電力変換装置を冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却装置制御装置を含み、前記電力変換装置と前記冷却装置制御装置がＣＡＮ通信ラインにより連結されたハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法において、ＣＡＮ通信が正常に行われる場合、前記冷却装置制御装置は、ＣＡＮ通信を通じて前記電力変換装置の温度情報を受信し、その温度情報に基いて前記冷却装置の風量段数を制御する段階と、前記電力変換装置の温度が冷却不足で上昇し、前記電力変換装置の内部温度センサーが過温度を感知すると、過温度保護ロジックが前記電力変換装置の温度を下げるため前記電力変換装置の出力を定められた基準値以下に制限する段階と、を備え、ＣＡＮ通信がエラーの場合、前記冷却装置制御装置は、ＣＡＮ通信エラー時点の風力段階から前記電力変換装置の現在温度を推定して、この推定温度に合う風量段数にて前記冷却装置を制御する段階と、前記電力変換装置が前記過温度保護ロジックの基準値である最小動作出力値より大きい出力を出している場合、前記電力変換装置の実際要求冷却量が不足していないと判断して、前記冷却装置制御装置が前記冷却装置の風量段数を１段階下に制御する段階と、前記電力変換装置が前記過温度ロジックの基準値である最小動作出力値より小さい出力を出している場合、前記電力変換装置の実際要求冷却量が不足していると判断して、前記冷却装置制御装置が前記冷却装置の風量段数を１段階上に制御する段階と、を含むことを特徴とする。

好ましい一具現例として、前記過温度保護ロジックは、前記電力変換装置の内部温度センサーで過温度を感知する過程と、感知温度が過温度である場合、前記電力変換装置の出力を基準値である最小動作出力値以下に制限して前記電力変換装置の温度が下降するようにする過程と、によって進められることを特徴とする。好ましい別の具現例として、前記冷却装置制御装置は、前記電力変換装置の温度が正常運用温度に復帰して前記過温度保護ロジックが解除され、前記電力変換装置の出力値が正常範囲で一定時間以上動作中である場合を検出すると、前記冷却装置の風量段数を下げる制御を行なうことを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法によると、ＣＡＮ通信エラー判断時点の電力変換装置の温度を現在温度と推定し、この推定温度に合う冷却風量を出すように冷却装置を制御し、また、電力変換装置の過温度保護ロジックによる出力値を検出して冷却風量を増加または減少させるようにすることで、ＣＡＮ通信エラー時にも電力変換装置に対する過温度を防止することができる冷却を行うことができる。
特に、電力変換装置（インバーター、ＤＣ−ＤＣコンバーター）のＣＡＮ通信エラー時、既存のように冷却装置の冷却量を最大に制御する方式ではない、電力変換装置の出力（電圧、電流、電力）状態によって過温度状態を推定して、それに合う冷却量を制御するようにすることで、冷却装置である冷却ファンの冷却負荷を節減すると同時に騒音の低減及び耐久性の向上を図ることができる。
本発明によるハイブリッド車両のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法を説明する順序図である。 従来のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法説明する順序図である。 従来のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法を説明するグラフである。 本発明によるハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御システムの構成図である。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図４を参照すると、前述したとおり、インバーター２４及びＬＤＣ２８、即ち、ハイブリッド用電力変換装置に対する冷却のために、冷却装置（冷却ファンまたはウォーターポンプ）３０及びこの冷却装置３０を制御する冷却装置制御装置３２が含まれており、各種制御装置（バッテリー制御装置など）を初め、インバーター２４及びＬＤＣ２８、冷却装置制御装置３２は信号インターフェースのためのＣＡＮ通信ライン３６により互いに連結されている。
そこで、電力変換装置の冷却のための冷却装置制御は、電力変換装置の温度情報をＣＡＮ通信を通して冷却装置制御装置３２が受信した後、その温度情報によって冷却装置の風量を出すように冷却装置を制御する方式を採択している。
即ち、図２に示すように、電力変換装置の温度情報を７段階（Ｔ１〜Ｔ７）に区分し、この温度情報に合う冷却量も７段階（Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ７）に区分して、電力変換装置の温度に合わせて冷却装置の風量調節が行われながら、電力変換装置の冷却が行われる。
しかし、電力変換装置のＣＡＮ通信にエラーが発生した場合、冷却装置制御装置３２は温度情報を受信することができないため、特定風量、即ち、最大風量（Ｔ７、Ｓｔｅｐ７）で制御をするようにそのロジックが構成されており、このような制御技法は電力変換装置の実際温度に関係なく最大風量で冷却制御が行われるため、ファン負荷を必要以上に消費するだけでなく、ファンの騒音及び耐久に非常に不利な制御技法と言える。
このために、本発明は電力変換装置のＣＡＮ通信エラー時、より効果的で効率的に冷却制御が行われるようにした点に特徴がある。
もちろん、本発明でもＣＡＮ通信が正常的に行われる場合は、冷却装置制御装置３２が電力変換装置の温度情報をＣＡＮ通信を通して受け、その情報を基に冷却装置の風量段数などを制御する。
ここで、ＣＡＮ通信エラー時、本発明の電力変換装置に対する冷却制御方法を説明すると次のとおりである。
図１は本発明によるハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法を説明する順序図である。
本発明の電力変換装置の冷却制御方法は、ＣＡＮ通信エラー時、温度による冷却制御マップを逆に利用してエラー発生時点の冷却値に対する温度を最初温度と推定して、冷却ファンを制御する。
例えば、図２を参照して説明すると、ＣＡＮ通信エラー時点で電力変換装置の温度がＴ４であり、このＴ４に合う冷却装置（冷却ファン）の風量がＳｔｅｐ４であったらならば、冷却装置制御装置でＣＡＮ通信エラー時点の現在冷却風量であるＳｔｅｐ４に対応するＴ４を最初温度（＝電力変換装置の現在温度）と推定した後、この最初温度に合うＳｔｅｐ４の風量が継続して発生するように冷却ファンの速度を制御する。
一方、電力変換装置の実際要求冷却量の不足により、電力変換装置の温度が上昇するとき、各電力変換装置の内部温度センサーで過温度を感知すると、別途の過温度保護ロジックが動作し、この過温度保護ロジックにより電力変換装置の温度を下げるために電力変換装置の出力（電圧、電流、電力）が定められた基準値以下に制限される。
このような過温度保護ロジックにより電力変換装置の出力が変化することを冷却装置制御装置３２でも検出することができるが、その理由は電力変換装置と冷却装置制御装置３２全て、１２Ｖ補助バッテリーにラインで連結されているため、冷却装置制御装置３２で電力変換装置の過温度保護ロジックによる出力変化を検出することができる。
このとき、前記電力変換装置が過温度保護ロジックに該当しない出力（電圧、電流、電力）、即ち、過温度保護ロジックが実行される基準値（最小動作出力）より更に大きい出力を出す場合、電力変換装置の実際要求冷却量が不足していないと判断して、冷却装置制御装置３２は冷却ファンの風量段数を１段階下に制御する。
即ち、前記のように推定された最初温度、即ち、電力変換装置の現在温度に合う風量より１段階低い風量に冷却ファンを制御して、冷却ファンの騒音低減及び電力消耗を図ることができるようにする。
反面、前記電力変換装置が過温度保護ロジックに該当する出力（電圧、電流、電力）、即ち、過温度保護ロジックが実行される基準値（最小動作出力）より更に小さい出力を出す場合、電力変換装置の実際要求冷却量が不足していると判断して、冷却装置制御装置３２は冷却ファンの風量段数を１段階上に制御して、電力変換装置に対する冷却が迅速に行われるようにする。
即ち、電力変換装置の出力が過温度保護ロジックに該当される出力（電圧、電流、電力）で検出されると、電力変換装置の推定温度を現在冷却量からＳｔｅｐ１ほど増加された値に該当する温度と推定して、冷却装置に対する冷却が迅速に行われるようにする。
このとき、冷却ファンの風量段数を１段階上に制御して、電力変換装置に対する冷却が行われるようにした後、電力変換装置が正常運用温度に復帰して過温度保護ロジックが解除された場合、電力変換装置の出力値が正常範囲で一定時間以上で動作中である場合は、再び冷却量を減らす制御をして、冷却ファンの制御を状況に応じて柔軟に処理することができる。
１０ エンジン
１２ モータ
１４ 自動変速機
１６ 駆動軸
１８ クラッチ
２０ バッテリー
２２ バッテリー制御装置
２４ インバーター
２６ １２Ｖ補助バッテリー
２８ ＤＣ−ＤＣコンバーター（略称ＬＤＣ）
３０ 冷却装置
３２ 冷却装置制御装置
３６ ＣＡＮ通信ライン

Claims (3)

  1. ハイブリッド車両の電力変換装置を冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御する冷却装置制御装置を含み、前記電力変換装置と前記冷却装置制御装置がＣＡＮ通信ラインにより連結されたハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法において、
    ＣＡＮ通信が正常に行われる場合、前記冷却装置制御装置は、ＣＡＮ通信を通じて前記電力変換装置の温度情報を受信し、その温度情報に基いて前記冷却装置の風量段数を制御する段階と、
    前記電力変換装置の温度が冷却不足で上昇し、前記電力変換装置の内部温度センサーが過温度を感知すると、過温度保護ロジックが前記電力変換装置の温度を下げるため前記電力変換装置の出力を定められた基準値以下に制限する段階と、を備え、
    ＣＡＮ通信がエラーの場合、前記冷却装置制御装置は、ＣＡＮ通信エラー時点の風力段階から前記電力変換装置の現在温度を推定して、この推定温度に合う風量段数にて前記冷却装置を制御する段階と、
    前記電力変換装置が前記過温度保護ロジックの基準値である最小動作出力値より大きい出力を出している場合、前記電力変換装置の実際要求冷却量が不足していないと判断して、前記冷却装置制御装置が前記冷却装置の風量段数を１段階下に制御する段階と、
    前記電力変換装置が前記過温度ロジックの基準値である最小動作出力値より小さい出力を出している場合、前記電力変換装置の実際要求冷却量が不足していると判断して、前記冷却装置制御装置が前記冷却装置の風量段数を１段階上に制御する段階と、
    を含むことを特徴とするハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法。
  2. 前記過温度保護ロジックは、
    前記電力変換装置の内部温度センサーで過温度を感知する過程と、
    感知温度が過温度である場合、前記電力変換装置の出力を基準値である最小動作出力値以下に制限して前記電力変換装置の温度が下降するようにする過程と、
    によって進められることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法。
  3. 前記冷却装置制御装置は、前記電力変換装置の温度が正常運用温度に復帰して前記過温度保護ロジックが解除され、前記電力変換装置の出力値が正常範囲で一定時間以上動作中である場合を検出すると、前記冷却装置の風量段数を下げる制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電力変換装置の冷却制御方法。
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