JP5655943B2 - 冷却システムおよびそれを備える車両 - Google Patents

Description

この発明は、冷却システムおよびそれを備える車両に関し、より特定的には、冷却システムの動作状況を診断するための技術に関する。

駆動源として電動機を用いる電動車両においては、電動機および電動機を駆動するインバータ等の駆動装置の過熱を防ぐために、電動機および駆動装置を冷却するための冷却システムが搭載されている。この冷却システムとしては、冷却水を循環させる流路、当該流路に冷却水を循環させる電動ポンプおよび冷却水を冷却するラジエータを備えるものが知られている。この種の冷却システムにおいては、電動ポンプの吐出流量が電動機および駆動装置の運転状態に基づいて決定される目標吐出流量となるように、電動ポンプの回転数制御を行なう技術が提案されている。

上記の冷却システムにおいて、流路内に空気が混入した状態で電動ポンプを駆動し続けると、電動ポンプの内部のモータの軸受け部分等に混入した空気が滞留し、いわゆる「エア噛み」と称される状態が生じ易くなる。このエア噛みが生じている軸受け部分では、冷却水が不足するために、過剰な熱負荷による不具合（軸受け部分の焼きつき等）が発生する虞がある。

また、空気が流路内に滞留することによって冷却水の循環が阻害されるために、冷却システムの冷却性能が低下する虞がある。

そこで、流路内に空気が混入しているか否かを判定するための技術として、たとえば特開２００８−９５５７０号公報（特許文献１）には、電動ポンプの動作状態を示すパラメータ（電動ポンプの回転数または電流値）を監視し、その監視されたパラメータに基づいて流路内に空気が混入しているか否かを判定する空気混入検出装置が開示される。この特許文献１に記載される空気混入検出装置は、流路内に空気が混入していると判定された場合には、回転数を高めるように電動ポンプを制御する。

特開２００８−９５５７０号公報 特開２００８−１８４９９６号公報 特開２００５−３６７８７号公報 特開平５−１７９９４８号公報

上記の特許文献１に記載される空気混入検出装置では、電動ポンプの動作状態を示すパラメータと所定閾値との大小関係に基づいて、流路内に空気が混入しているか否かを判定することができるが、流路内への空気の混入量について判定することは困難である。そのため、特許文献１に記載の技術では、流路内に空気が混入していると判定されると、一律に、電動ポンプの回転数を高めて電動ポンプの吐出流量を増加させる制御を実行するが、増加後の電動ポンプの吐出流量が必ずしも流路内に残存した空気を取り除くのに適した冷却水の流量とはなっていないという問題がある。たとえば電動ポンプ内に空気が滞留している場合には、電動ポンプの吐出流量を増加することで空気を押し流すことができるが、その一方で、流路内への空気の混入量が相対的に少ない場合や空気の粒が小さい場合には、流路内を流れる冷却水の流速が上昇することによってリザーバータンクでの冷却水と空気との分離機能が低下してしまい、却って空気を取り除き難くなってしまう。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却システムの流路内に混入した空気を確実に除去することが可能な冷却システムおよびそれを備える車両を提供することである。

この発明のある局面に従えば、発熱源を冷却するための冷却システムであって、発熱源を冷却する液媒体を循環させる流路と、流路上に設けられた液媒体を循環させるためのポンプと、ポンプの実回転数を検出するための回転数検出部と、所定期間におけるポンプの実回転数のばらつき度合いに応じてポンプの吐出流量を制御するための制御装置とを備える。

好ましくは、制御装置は、所定期間におけるポンプの実回転数の標準偏差に応じてポンプの吐出流量を制御する。

好ましくは、制御装置は、標準偏差が第１の閾値を超える場合には、標準偏差が第１の閾値以下となる場合と比べて、ポンプの吐出流量を増加させる。

好ましくは、制御装置は、標準偏差が第１の閾値よりも小さく、かつ第２の閾値を超える場合には、標準偏差が第２の閾値以下となる場合と比べて、ポンプの吐出流量を減少させる。

好ましくは、制御装置は、標準偏差が第２の閾値以下となる場合には、ポンプの吐出流量を維持する。

好ましくは、制御装置は、実回転数のばらつき度合いに基づいて推定される流路内への空気の混入量に応じてポンプの吐出流量を制御する。

好ましくは、冷却システムは、流路によって発熱源およびポンプと直列かつ環状に接続され、液媒体と空気とを分離可能に構成されたリザーバータンクをさらに備える。所定期間は、少なくとも液媒体が流路を一巡するのに必要な時間を含むように設定される。

この発明の別の局面に従えば、車両は、電動機を駆動源として用いる駆動装置と、電動機および駆動装置を冷却するための冷却システムとを備える。冷却システムは、液媒体を循環させる流路と、流路上に設けられた液媒体を循環させるためのポンプと、ポンプの実回転数を検出するための回転数検出部とを含む。冷却システムは、所定期間におけるポンプの実回転数のばらつき度合いに応じてポンプの吐出流量を制御するための制御装置をさらに備える。

本発明によれば、冷却システムの流路内に混入した空気を確実に除去することができる。

本発明の実施の形態による冷却システムが搭載された車両の概略構成図である。 図１の車両の構成のうち冷却システムの構成を抽出して示す図である。 回転数センサの検出値によって取得されるウォーターポンプの実回転数の一例を示す図である。 制御装置で実行される冷却システムの診断処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明が繰返さない。

（車両の構成）
図１は、本発明の実施の形態による冷却システムが搭載された車両１００の概略構成図である。なお、車両１００は電気自動車の例を示したが、冷却システムを搭載する車両であれば、本発明は電気自動車以外でも内燃機関を併用するハイブリッド自動車や燃料電池車にも適用可能である。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置であるバッテリＢと、電圧センサ１０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）４０と、モータジェネレータＭＧと、制御装置３０とを備える。ＰＣＵ４０は、電圧コンバータ１２と、平滑用コンデンサＣ０，Ｃ１と、電圧センサ１３と、インバータ１４とを含む。なお、ＰＣＵ４０は、電圧コンバータ１２を設けずにインバータ１４のみを含むものであってもよい。車両１００は、モータジェネレータＭＧを駆動するインバータ１４に給電するための正母線ＰＬ２をさらに備える。

平滑用コンデンサＣ１は、正母線ＰＬ１および負母線ＳＬ２の間に接続される。電圧コンバータ１２は、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。平滑用コンデンサＣ０は、電圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ０の端子間の電圧ＶＨを検出して制御装置３０に出力する。

車両１００は、さらに、バッテリＢの正極と正母線ＰＬ１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＢと、バッテリＢの負極と負母線ＳＬ２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲＧとを備える。

システムメインリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧは、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。電圧センサ１０は、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを検出する。図示しないが、電圧センサ１０とともに、バッテリＢの充電状態を監視するために、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検出するための電流センサが設けられている。

バッテリＢとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。負母線ＳＬ２は、電圧コンバータ１２の中を通ってインバータ１４側に延びている。

電圧コンバータ１２は、バッテリＢと正母線ＰＬ２との間に設けられ、電圧変換を行なう電圧変換器である。電圧コンバータ１２は、一方端が正母線ＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、正母線ＰＬ２と負母線ＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は、正母線ＰＬ２および負母線ＳＬ２に接続されている。インバータ１４は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧに対して電圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ１４は、回生制動に伴ない、モータジェネレータＭＧにおいて発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。このとき電圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、正母線ＰＬ２と負母線ＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、正母線ＰＬ２と負母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、正母線ＰＬ２と負母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、正母線ＰＬ２と負母線ＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

モータジェネレータＭＧは、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのステータコイルは各々の一方端が中性点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引き出されたラインに接続される。また、Ｖ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引き出されたラインに接続される。また、Ｗ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引き出されたラインに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧに流れる電流をモータ電流ＭＣＲＴとして検出し、モータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、アクセルセンサ１１１からアクセル開度を受け、シフトポジションセンサ１１３からシフトレバーの設定位置を受ける。さらに、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧの回転速度と、電流ＩＢおよび電圧ＶＢ，ＶＨの各値と、モータ電流ＭＣＲＴと、起動信号ＩＧＯＮとを受ける。そして制御装置３０は、これらの情報に基づいて電圧コンバータ１２およびインバータ１４を制御する。

具体的には、制御装置３０は、電圧コンバータ１２に対して、昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ、降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して、電圧コンバータ１２から出力される直流電圧を、モータジェネレータＭＧを駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩと、モータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣとを出力する。

（冷却システムの構成）
図１に示す構成において、車両１００は、ＰＣＵ４０およびモータジェネレータＭＧを冷却するための冷却システムとして、ラジエータ１０２と、リザーバータンク１０６と、ウォーターポンプ１０４とをさらに備える。図２には、図１の車両１００の構成のうち冷却システムの構成が抽出して示されている。

ラジエータ１０２とＰＣＵ４０とリザーバータンク１０６とウォーターポンプ１０４とモータジェネレータＭＧとは、流路１１６によって直列に環状に接続されている。

ウォーターポンプ１０４は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプである。ウォーターポンプ１０４は、リザーバータンク１０６から冷却水を吸引し、モータジェネレータＭＧに向けて冷却水を循環させる。

回転数センサ１１４は、ウォーターポンプ１０４の回転数（以下、Ｗ／Ｐ回転数と記す）Ｎを検出する。回転数センサ１１４は制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０は、回転数センサ１１４により検出されたＷ／Ｐ回転数Ｎを、絶えず、あるいは一定または不定周期で把握することができる。

なお、本発明に係る「回転数」とは、回転数そのものを含み、例えば単位時間当たりの回転数である回転速度など、時間概念と対応付けられる回転数を含む概念である。また、「ウォーターポンプ１０４の回転数（Ｗ／Ｐ回転数）」とは、ウォーターポンプ１０４において、冷却水の循環供給量（たとえば、吐出流量）と対応付けられる、回転可能な部位の回転数を指す。好適には、ウォーターポンプ１０４の動力源であるモータ、あるいは当該モータの回転に伴なって回転するポンプインペラ等の回転数を指す。

ラジエータ１０２は、ＰＣＵ４０内部の電圧コンバータ１２およびインバータ１４を冷却した後の冷却水を流路１１６から受け、その受けた冷却水を図示しないラジエータファンを用いて冷却する。

ＰＣＵ４０の冷却水入口付近には、冷却水温を検出する温度センサ１０８が設けられている。温度センサ１０８からは冷却水温ＴＷが制御装置３０に送信される。また、ＰＣＵ４０の内部には、電圧コンバータ１２の温度ＴＣを検出する温度センサ１１０と、インバータ１４の温度ＴＩを検出する温度センサ１１２とが設けられている。温度センサ１１０，１１２としては、インテリジェントパワーモジュールに内蔵されている温度検出素子等が用いられる。

制御装置３０は、温度センサ１１０からの温度ＴＣと温度センサ１１２からの温度ＴＩとに基づいて、ウォーターポンプ１０４を駆動するための信号ＳＰを生成し、その生成した信号ＳＰをウォーターポンプ１０４へ出力する。

（冷却システムの診断）
図２に示す冷却システムにおいて、ラジエータ１０２、ＰＣＵ４０、リザーバータンク１０６、ウォーターポンプ１０４およびモータジェネレータＭＧは、流路１１６によって直列に環状に接続されている。

流路１１６を流れる冷却水の流量、すなわち、ウォーターポンプ１０４の吐出流量は、制御装置３０により実行されるウォーターポンプ１０４の回転数制御によって制御される。具体的には、制御装置３０は、温度センサ１１０からの温度ＴＣおよび温度センサ１１２からの温度ＴＩに基づいて、ウォーターポンプ１０４の目標回転数を決定する。目標回転数は、Ｗ／Ｐ回転数Ｎの制御上の目標値を指す。制御装置３０は、電圧コンバータ１２の温度ＴＣおよびインバータ１４の温度ＴＩに応じたウォーターポンプ１０４の最適な回転数を定めるためのマップを有している。このマップは、例えば実験、シミュレーション等により取得したデータにより構成される。具体的には、例えば実験によりモータジェネレータＭＧの回転数、およびウォーターポンプ１０４の回転数を様々な値に変化させたときの冷却水温ＴＷを検出し、冷却に適した回転数を逐次特定することで、当該マップを構成することができる。制御装置３０は、温度センサ１１０からの温度ＴＣおよび温度センサ１１２からの温度ＴＩに基づいて、当該マップからウォーターポンプ１０４の最適な回転数（目標回転数）を読出し、その読出した目標回転数でウォーターポンプ１０４を駆動するための信号ＳＰを生成してウォーターポンプ１０４へ出力する。

このようにして、制御装置３０は、目標回転数を決定すると、ウォーターポンプ１０４の回転数Ｎが目標回転数となるようにウォーターポンプ１０４内部のモータを制御することによって、ウォーターポンプ１０４を通常運転する。なお、「通常運転」とは、後述する「間欠運転」と相対するものであり、決定された目標回転数が得られるようにウォーターポンプ１０４を運転する通常の運転態様を指す。

ウォーターポンプ１０４が通常運転されると、制御装置３０は、回転数センサ１１４により検出されるＷ／Ｐ回転数Ｎによりウォーターポンプ１０４の実回転数を取得する。そして、制御装置３０は、取得したウォーターポンプ１０４の実回転数（Ｗ／Ｐ回転数Ｎ）に基づいて、冷却システムの動作状況を診断する。以下に、本発明の実施の形態に係る冷却システムの診断処理について、図３および図４を参照して説明する。

図３は、回転数センサ１１４の検出値によって取得されるウォーターポンプ１０４の実回転数の一例を示す図である。

図３を参照して、ウォーターポンプ１０４の通常運転時には、ウォーターポンプ１０４の実回転数（Ｗ／Ｐ回転数Ｎ）は、理論的には目標回転数に一致する。実際には実回転数は、回転数センサ１１４の検出値に含まれる誤差を含んでいる。

ここで、車両１００が平坦な走行路を走行中に急制動が実行された場合を想定する。図３において、時刻ｔ１に急制動が実行されると、車両１００には大きな加速度が加わる。これにより車体が振動したり、車体の姿勢が変化すると、冷却システムでは、リザーバータンク１０６等を介して流路１１６内に空気が混入し易くなる。流路１１６内に空気が混入するとは、空気の塊が流路１１６内に滞留する、あるいは、ウォーターポンプ１０４のポンプ室に空気が入ることをいう。なお、冷却水の注水時や交換時においても、流路１１６から一時的に冷却水が抜き取られることによって、流路１１６内に空気が混入する可能性がある。

流路１１６内に空気が混入した場合には、ウォーターポンプ１０４にかかる負荷は、流路１１６内に空気が混入していない場合に比べて小さくなる。そのため、ウォーターポンプ１０４の回転数が目標回転数となるようにウォーターポンプ１０４を制御すると、実回転数は目標回転数よりも大きくなる。なお、時刻ｔ２における実回転数の上昇は、ウォーターポンプ１０４の内部に空気が混入したことを示している。

ウォーターポンプ１０４では、冷却水と比較して混入した空気が吐出され難いため、ウォーターポンプ１０４におけるモータの軸受け部等に混入した空気が滞留し、いわゆる「エア噛み」と称される状態が生じ易い。このようなエア噛みが生じている部位では、冷却水が相対的に不足するため、必然的に軸受け部の焼き付き等の過剰な熱負荷による不具合が発生する虞がある。このような不具合からウォーターポンプ１０４を保護するために、制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の過回転を検出すると、間欠運転が行なわれるようにウォーターポンプ１０４を制御する。

間欠運転では、通常運転期間の一部が、目標回転数とは別に設定された低回転数でウォーターポンプ１０４を駆動させる運転期間に置換される。なお、時刻ｔ３〜ｔ４に示される低回転の運転期間におけるウォーターポンプ１０４の動作形態としては、ウォーターポンプ１０４を停止させてもよいし、実質的に回転数が零とみなし得る程度に低い回転数でウォーターポンプ１０４を駆動してもよい。

このように間欠運転を実行することによって、ウォーターポンプ１０４の実回転数が相対的に高い期間と相対的に低い期間とが適宜切替わるため、冷却水の脈動が発生し易い。このような脈動によって、ウォーターポンプ１０４のエア噛みが解消され易くなる。また、流路１１６内に滞留している空気が冷却水とともにリザーバータンク１０６に押し流され易くなる。リザーバータンク１０６において空気と冷却水とが分離させられると、空気が流路１１６外に排出される。

流路１１６外に空気が排出されることによって、流路１１６内に滞留する空気が減少すると、ウォーターポンプ１０４の実回転数の上昇が抑えられる。図３の時刻ｔ５，ｔ６における実回転数の上昇は、流路１１６内を循環する冷却水がウォーターポンプ１０４に入ったことを示す。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ５（または時刻ｔ５〜ｔ６）の時間Δｔは、冷却水が流路１１６を一巡するのに要する時間に相当する。本実施の形態では、冷却水が流路１１６を一巡するごとにリザーバータンク１０６において空気が取り除かれるため、図３の時刻ｔ５およびｔ６における実回転数の上昇の度合いは徐々に小さくなっている。

以上に説明したように、流路１１６内に空気が混入すると、ウォーターポンプ１０４の実回転数は目標回転数に対して上昇する。そして、この実回転数の上昇の度合いは、流路１１６内への空気の混入量と関連付けられる。このような知見に基づき、本実施の形態に係る冷却システムの診断処理では、所定期間におけるウォーターポンプ１０４の実回転数のばらつき度合いに応じてウォーターポンプ１０４の吐出流量を制御する。具体的には、制御装置３０は、所定期間におけるウォーターポンプ１０４の実回転数のばらつき度合いに基づいて流路１１６内への空気の混入の有無を判定するとともに、流路１１６内への空気の混入量を推定する。そして、制御装置３０は、その推定された空気の混入量に応じてウォーターポンプ１０４の吐出流量を制御する。

ここで、「所定時間」は、図３に示したように、ウォーターポンプ１０４の実回転数の上昇の度合いと、ウォーターポンプ１０４におけるエア噛みの度合いおよび流路１１６内への空気の混入量とが相互に関連付けられることに基づき、冷却水が流路１１６を一巡するのに要する時間（図３の時間Δｔに相当）を少なくとも含むように設定される。この時間Δｔは、流路１１６内に存在する空気を排出し得る最小単位に相当する。

図４は、制御装置３０で実行される冷却システムの診断処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。また、図４のフローチャートの各ステップは、制御装置３０によるソフトウェア処理（格納プログラムのＣＰＵによる実行）あるいはハードウェア処理（専用電子回路の作動）によって実現されるものとする。

図４を参照して、制御装置３０は、ステップＳ０１では、ウォーターポンプ１０４の通常運転時において回転数センサ１１４により検出されるＷ／Ｐ回転数Ｎによりウォーターポンプ１０４の実回転数を取得する。

次に、制御装置３０は、ステップＳ０２により、所定時間Δｔにおけるウォーターポンプ１０４の実回転数（Ｗ／Ｐ回転数Ｎ）のばらつき度合いを検出する。本実施の形態では、制御装置３０は、実回転数のばらつき度合いを示す物理量として、所定時間Δｔにおける実回転数の標準偏差σを算出する。具体的には、制御装置３０は、回転数センサ１１４により一定周期ごとに検出されるＷ／Ｐ回転数Ｎを記憶し、その記憶されたＷ／Ｐ回転数Ｎｉ（ｉ＝１〜ｎ）の所定時間Δｔの間の標準偏差σを算出する。標準偏差σは、周知の式（１）に従って算出される。

ステップＳ０３では、制御装置３０は、ステップＳ０２により算出された実回転数の標準偏差σが予め設定された判定値σ１よりも大きいか否かを判定する。実回転数の標準偏差σが判定値σ１よりも大きい場合（ステップＳ０３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ０５により、流路１１６内への空気の混入量が大と判断する。

ここで、「空気の混入量が大」とは、例えば流路１１６内に混入した空気が多いために、ウォーターポンプ１０４内に空気が混入してエア噛みを生じさせている状態、あるいは、複雑に入り組んで配設された流路１１６の一部分に空気が滞留している状態など、冷却水の循環を阻害する度合いが大きい状態を指す。

ステップＳ０５において流路１１６内への空気の混入量が大と判断されると、制御装置３０は、ステップＳ０６により、ウォーターポンプ１０４の吐出流量を増加させる。このとき、制御装置３０は、通常運転時の吐出流量と比べて吐出流量が増加するように、ウォーターポンプ１０４を制御する。具体的には、制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の目標回転数を、通常運転時の目標回転数よりも高い値に変更する。そして、制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の実回転数が変更後の目標回転数となるように、ウォーターポンプ１０４を制御する。ステップＳ０６によって流路１１６内を流れる冷却水の流量を増加させると、その勢いによって、ウォーターポンプ１０４内または流路１１６の一部分に滞留した空気が押し流される。これにより、流路１１６内に混入した空気を流路１１６外へ排出することができる。

これに対して、実回転数の標準偏差σが判定値σ１以下と判定された場合（ステップＳ０３のＮＯ判定時）には、制御装置３０は続いて、ステップＳ０４により、実回転数の標準偏差σが予め設定された判定値σ２以上かつ判定値σ１以下であるか否かを判定する。実回転数の標準偏差σが判定値σ２以上かつ判定値σ１以下である場合（ステップＳ０４のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ０７により、流路１１６内への空気の混入量が小と判断する。

ここで、「空気の混入量が小」とは、上記の「空気の混入量が大」の場合と比較して、流路１１６内に滞留している空気が少ない、あるいは空気の粒が小さいために、冷却水の循環を阻害する度合いが小さい状態を指す。

ステップＳ０７において流路１１６内の空気の混入量が小と判断されると、制御装置３０は、ステップＳ０８により、ウォーターポンプ１０４の吐出流量を減少させる。このとき、制御装置３０は、通常運転時の吐出流量と比べて吐出流量が減少するように、ウォーターポンプ１０４を制御する。具体的には、制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の目標回転数を、通常運転時の目標回転数よりも低い値に変更する。そして、制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の実回転数が変更後の目標回転数となるように、ウォーターポンプ１０４を制御する。ステップＳ０８によってウォーターポンプ１０４の吐出流量が減少すると、流路１１６内を流れる冷却水の流速が低下する。

ここで、流路１１６に滞留している空気が少ない、あるいは空気の粒が小さい場合において上記のステップＳ０６のようにウォーターポンプ１０４の吐出流量を増加させると、空気は冷却水とともに流路１１６内を高速で循環することとなる。そのため、冷却水がリザーバータンク１０６を短時間で通過してしまい、冷却水と空気とが分離され難くなる。

そこで、制御装置３０は、ステップＳ０８ではウォーターポンプ１０４の吐出流量を通常運転時の吐出流量よりも減少させることによって、冷却水の流速を低下させる。これによれば、冷却水がリザーバータンク１０６内に存在する時間が長くなるため、リザーバータンク１０６において冷却水と空気とを分離し易くなる。この結果、流路１１６内に混入した空気を流路１１６外へ排出することができる。

一方、ステップＳ０４において実回転数の標準偏差σが判定値σ２よりも小さい場合（ステップＳ０４のＮＯ判定時）、制御装置３０は、ステップＳ０９により、流路１１６内への空気の混入量が極小と判断する。「空気の混入量が極小」とは、空気の混入量が略零となる状態を含み、流路１１６内に空気が混入していないと推定し得る状態を指す。流路１１６内の空気の混入量が極小と判断されると、制御装置３０は、ステップＳ１０により、ウォーターポンプ１０４の吐出流量が通常運転時の吐出流量を維持するように、ウォーターポンプ１０４を制御する。制御装置３０は、ウォーターポンプ１０４の目標回転数を通常運転時の目標回転数に維持する。

なお、図４のフローチャートでは、所定時間Δｔにおけるウォーターポンプ１０４の実回転数（Ｗ／Ｐ回転数Ｎ）のばらつき度合いを示す物理量として、所定時間Δｔにおける実回転数の標準偏差σを算出する構成について例示したが、実回転数のばらつき度合いを示す物理量は実回転数の標準偏差σに限定されるものでない。すなわち、流路１１６内に混入した空気によって生じる実回転数の変動を定量的に評価することができれば、標準偏差σ以外の物理量を採用することが可能である。

以上に述べたように、この発明の実施の形態によれば、所定時間Δｔにおけるウォーターポンプ１０４の実回転数のばらつき度合いに応じてウォーターポンプ１０４の吐出流量を制御することにより、流路１１６内に混入した空気を確実に取り除くことができる。

ここで、図３で説明したように、エア噛みの発生に際しては、ウォーターポンプ１０４を間欠運転させることによって、ウォーターポンプ１０４に加わる熱負荷を相対的に軽減させてウォーターポンプ１０４を保護することができる。その一方で、間欠運転の実行中は、通常運転時と比べて冷却水の流量が相対的に低下するため、冷却システムの冷却能力が低下してしまう不具合が生じる。

これに対して、この発明の実施の形態では、ウォーターポンプ１０４の実回転数のばらつき度合いに基づいて推定される流路１１６内への空気の混入量に応じてウォーターポンプ１０４の吐出流量を増加または減少させることにより、流路１１６内に混入した空気を効率的かつ効果的に流路１１６外に排出させることができる。これにより、たとえエア噛みが発生していたとしても短時間でこれを解消することができるため、間欠運転の必要性を減らすことができる。その結果、間欠運転の実行を抑制しつつ、熱負荷に起因するウォーターポンプ１０４の不具合を防止することができる。

なお、本実施の形態では、冷却システムが搭載された車両の一例として、電気自動車を例示したが、本発明の適用はこのような例に限定されるものではない。すなわち、冷却システムを搭載する車両であれば、本発明は、内燃機関を併用するハイブリッド自動車や燃料電池車にも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、冷却システムが搭載された車両に適用することができる。

１０ 電圧センサ、１２ 電圧コンバータ、１３ 電圧センサ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４ 電流センサ、３０ 制御装置、１００ 車両、１０２ ラジエータ、１０４ ウォーターポンプ、１０６ リザーバータンク、１０８，１１０，１１２ 温度センサ、１１１ アクセルセンサ、１１３ シフトポジションセンサ、１１４ 回転数センサ、１１６ 流路、Ｂ バッテリ、Ｃ０，Ｃ１ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ モータジェネレータ、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ システムメインリレー。

Claims (5)

1. 発熱源を冷却するための冷却システムであって、
   前記発熱源を冷却する液媒体を循環させる流路と、
   前記流路上に設けられた前記液媒体を循環させるためのポンプと、
   前記ポンプの実回転数を検出するための回転数検出部と、
   所定期間における前記ポンプの実回転数のばらつき度合いに応じて前記ポンプの吐出流量を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記所定期間における前記ポンプの実回転数の標準偏差に応じて前記ポンプの吐出流量を制御するように構成されており、前記標準偏差が第１の閾値を超える場合には、前記標準偏差が前記第１の閾値以下となる場合と比べて、前記ポンプの吐出流量を増加させる、冷却システム。
2. 前記制御装置は、前記標準偏差が前記第１の閾値よりも小さく、かつ第２の閾値を超える場合には、前記標準偏差が前記第２の閾値以下となる場合と比べて、前記ポンプの吐出流量を減少させる、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記制御装置は、前記標準偏差が前記第２の閾値以下となる場合には、前記ポンプの吐出流量を維持する、請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記流路によって前記発熱源および前記ポンプと直列かつ環状に接続され、前記液媒体と空気とを分離可能に構成されたリザーバータンクをさらに備え、
   前記所定期間は、少なくとも前記液媒体が前記流路を一巡するのに必要な時間を含むように設定される、請求項１に記載の冷却システム。
5. 電動機を駆動源として用いる駆動装置と、
   前記電動機および前記駆動装置を冷却するための冷却システムとを備え、
   前記冷却システムは、
   液媒体を循環させる流路と、
   前記流路上に設けられた前記液媒体を循環させるためのポンプと、
   前記ポンプの実回転数を検出するための回転数検出部とを含み、
   所定期間における前記ポンプの実回転数のばらつき度合いに応じて前記ポンプの吐出流量を制御するための制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記所定期間における前記ポンプの実回転数の標準偏差に応じて前記ポンプの吐出流量を制御するように構成されており、前記標準偏差が第１の閾値を超える場合には、前記標準偏差が前記第１の閾値以下となる場合と比べて、前記ポンプの吐出流量を増加させる、車両。

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