JP5760739B2

JP5760739B2 - 冷却システムおよび冷却ブロワ

Info

Publication number: JP5760739B2
Application number: JP2011140372A
Authority: JP
Inventors: 徳貴池尻
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP2013009511A

Description

本発明は、車載の電気機器、例えば、バッテリなどを冷却する冷却ブロワ、および、当該冷却ブロワを用いて電気機器を冷却する冷却システムに関する。

車両に搭載される電気機器の中には、駆動に伴い多量の熱を発生するものがある。こうした熱は、当該電気機器や周辺の他の電気機器の劣化を招くおそれがある。例えば、エンジンに代えて、または、エンジンに加えて、走行用モータを搭載した電気自動車やハイブリッド自動車には、走行用モータに駆動電力を供給する高圧バッテリが搭載される。かかる高圧バッテリは、充放電時に発熱して高温になり、結果的にバッテリが劣化することがある。こうした高温に起因する電気機器の劣化を防止するために、車両には、通常、当該電気機器を冷却するための冷却ブロワが搭載される。

通常、こうした冷却ブロワは、車両ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）により、その回転数が制御される。車両ＥＣＵは、冷却対象機器（例えば高圧バッテリなど）の温度や、ブロワに吸気される空気温度などに基づいて、対象機器の冷却に必要な冷却ブロワの目標回転数を算出する。そして、車両ＥＣＵは、得られた目標回転数と、冷却ブロワから出力された実回転数と、に基づいて冷却ブロワに出力する指令回転数を算出し、出力している。すなわち、従来、車両ＥＣＵにおいて、冷却ブロワの回転数がフィードバック制御されていた。

特開２００６−２１３２１０号公報

しかしながら、通常、冷却ブロワの実回転数は、そのまま車両ＥＣＵに出力されることは少なく、幾つかの中継装置を経由する関係上、ＤＡ変換やＡＤ変換といった信号変換を経て車両ＥＣＵに入力される。この信号変換の際に、誤差が蓄積され、最終的に、車両ＥＣＵに入力される実回転数と実際の実回転数との差が大きくなることがあった。その結果、適切なフィードバック制御ができず、回転不足あるいは回転過多を招くことがあった。

なお、特許文献１には、吸気温度センサ、バッテリ温度センサ、車速センサ、エアコンのブロア速度を検出するブロア速度センサなどからの各種信号を処理し、バッテリ冷却ファンの給電ＯＮ／ＯＦＦや回転速度制御を行なう技術が開示されている。しかし、この技術でも、バッテリ冷却ブロワの制御は、コントロールユニットで行なっているため、上述したような問題が起きるおそれがあった。

そこで、本発明では、冷却ブロワの回転をより適切に制御でき得る冷却ブロワおよび冷却システムを提供することを目的とする。

本発明の冷却システムは、車載の電気機器を、冷却ブロワを用いて冷却する冷却システムであって、車両に搭載された電気機器を送風により冷却する冷却ブロワと、前記冷却ブロワに対して目標回転数を出力する車両ＥＣＵと、を備え、前記冷却ブロワは、回転することにより送風する羽部材を備えたファンユニットと、前記ファンユニットを回転駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記車両ＥＣＵからの目標回転数および前記回転数検知手段により検知された実回転数に基づいてモータの回転駆動をフィードバック制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、さらに、冷却ブロワから出力された実回転数を示すアナログ信号をＡＤ変換して車両ＥＣＵに出力する監視ユニットと、前記冷却ブロワに設けられ、前記回転数検知手段で検知された実回転数を示すデジタル信号をＤＡ変換して監視ユニットに出力するＤＡ変換手段と、を備える。他の好適な態様では、前記制御部は、前記モータへの通電を遮断すると規定された第二閾値よりも低い第一閾値を超えた電流値が検知された場合には、前記モータへの通電電流値を抑制する電流抑制制御に切り替える。

他の本発明である冷却ブロワは、車載の電気機器を送風により冷却する冷却ブロワであって、回転することにより送風する羽部材を備えたファンユニットと、前記ファンユニットを回転駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、車両ＥＣＵから送られる目標回転数および前記回転数検知手段により検知された実回転数に基づいてモータの回転駆動をフィードバック制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、車両ＥＣＵではなく、冷却ブロワに設けられた制御マイコンによりモータの駆動をフィードバック制御しているため、信号変換に伴う誤差を防止でき、冷却ブロワの回転をより適切に制御できる。

本発明の実施形態である冷却システムの概略構成図である。本実施形態における冷却システム駆動の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である冷却システムの構成図である。この冷却システムは、車両、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される冷却システムで、走行用モータに電力を供給する高圧バッテリ（図示せず）を冷却するための冷却システムである。

なお、本実施形態においては、走行用モータに電力を供給する高圧バッテリを冷却対象としているが、車両に搭載されて冷却が必要な電気機器であれば、他の電気機器、例えば、キャパシタや燃料電池、インバータなどを冷却対象としてもよい。

この冷却システムには、高圧バッテリ（冷却対象の電気機器）を送風により冷却する冷却ブロワ１２と、冷却ブロワ１２を初めとする車載電気機器の駆動を制御する車両ＥＣＵ１０、車両ＥＣＵ１０が制御する各種電気機器の状態を収集して車両ＥＣＵ１０に送る監視ユニット１８、および、冷却ブロワ１２に電力を供給する補機バッテリ（図示せず）などが設けられている。

冷却ブロワ１２は、冷却対象の電気機器である高圧バッテリを送風により冷却するものである。この冷却ブロワ１２は、ファンユニット２６、駆動モータ２４、制御マイコン２２、回転数センサ３０、ＤＡコンバータ３２などを備えている。ファンユニット２６は回転に伴い送風する羽部材機構である。このファンユニット２６の回転軸には駆動モータ２４の出力軸が接続されており、駆動モータ２４の駆動に伴いファンユニットから送風される。

駆動モータ２４の回転数は、回転数センサ３０により検知される。回転数センサ３０から出力される実回転数を示すデジタル信号は制御マイコン２２およびＤＡコンバータ３２に出力される。なお、回転数センサ３０としては、例えば、ホール素子、レゾルバ、エンコーダなどを用いることができる。ＤＡコンバータ３２は、デジタル信号である回転数センサ３０からの出力をアナログ信号（電圧信号）に変換したうえで、監視ユニット１８に出力する。

制御マイコン２２は、車両ＥＣＵ１０からの指示に基づいて、駆動モータ２４の駆動を制御する。駆動モータ２４の目標回転数は、車両ＥＣＵ１０からデューティ信号として制御マイコン２２に送られる。制御マイコン２２は、この目標回転数で回転させるべく、駆動モータ２４をフィードバック制御する。すなわち、制御マイコン２２は、目標回転数と実回転数との差分に応じて指令回転数を算出し、当該指令回転数に応じたデューティ比で駆動モータ２４への通電を制御する。また、制御マイコン２２には、メモリ２８が設けられており、当該メモリ２８に障害情報などが記録される。

また、制御マイコン２２は、駆動モータ２４に通電される電流値を、メモリ２８に記憶された第一閾値と比較し、その比較結果に応じて、上記フィードバック制御の条件を変更するが、これについては、後に詳説する。

監視ユニット１８は、冷却ブロワ１２を初めとして、車両ＥＣＵ１０が制御対象とする各種電気機器の情報を収集し、車両ＥＣＵ１０に出力するユニットである。冷却ブロワ１２の制御に関していえば、この監視ユニット１８は、冷却ブロワ１２から入力された実回転数を表すアナログ信号を、ＡＤコンバータ３４でデジタル信号に変換し、車両ＥＣＵ１０に出力する。また、監視ユニット１８は、冷却ブロワ１２の実回転数の他に、高圧バッテリの温度や、冷却ブロワ１２により吸気される空気の温度（吸気温度）、電源である補機バッテリの電圧値なども収集し、車両ＥＣＵ１０に送る。

車両ＥＣＵ１０は、冷却ブロワ１２を初めとして、車両に搭載された各種電気機器の駆動を制御する。具体的には、車両ＥＣＵ１０は、高圧バッテリの充電状態を制御したり、車両の状態に応じて回転電機および車両に搭載された各種電気機器を制御したりする。

冷却ブロワ１２の制御に関して説明すると、車両ＥＣＵ１０は、高圧バッテリの温度や、吸気温度、補機バッテリの電圧値などに基づいて、冷却ブロワ１２の新たな目標回転数を算出する。そして、その目標回転数を表すデューティ比の信号を、冷却ブロワ１２に出力する。既述したように、冷却ブロワ１２の制御マイコン２２は、この目標回転数に応じて駆動モータ２４をフィードバック制御する。

また、車両ＥＣＵ１０は、現時点での目標回転数や、監視ユニット１８から送られる実回転数などに基づいて、冷却ブロワ１２の動作異常の有無の判断も行なっている。動作異常が生じた場合、車両ＥＣＵ１０は、その時点における各種パラメータの値を障害情報としてメモリ２０に記録する。

上記のような冷却システムの動作について、従来の冷却システムと比較して説明する。はじめに、従来の冷却システムについて簡単に説明する。従来の冷却システムは制御マイコンは設けられておらず、車両ＥＣＵが、直接回転数制御を行なっていた。すなわち、車両ＥＣＵは、算出した目標回転数、および、監視ユニットから入力された実回転数との差分値に基づいて、指令回転数を算出し、その指令回転数で駆動するべく、指令デューティ比をモータの駆動回路に出力していた。すなわち、従来は、車両ＥＣＵにおいて、フィードバック制御が行なわれていた。

しかし、従来の構成においては、車両ＥＣＵに入力される実回転数の誤差が大きいという問題があった。すなわち、従来の構成において、モータの回転数は、回転数センサで検知された後、冷却ブロワに設けられたＤＡコンバータによりＤＡ変換される。アナログ信号に変換された回転数信号は、監視ユニットに入力される。そして、監視ユニットは、入力された回転数信号を、ＡＤコンバータにより、再度、デジタル信号に変換したうえで、車両ＥＣＵに入力する。このように、従来の構成では、実回転数は、ＤＡ変換やＡＤ変換を経て車両ＥＣＵに入力されるが、この信号変換の際に誤差が生じてしまい、結果として、車両ＥＣＵに入力される実回転数の誤差が大きいという問題を招いていた。その結果、指令回転数を適切に算出できず、回転数不足や回転数過多という問題が生じていた。なお、回転数が不足する場合には、当然ながら、冷却能力が不足し、電気機器を十分に冷却できないという問題が生じる。また、回転数が過多の場合には、望ましくない振動やノイズが生じることがあった。

ここで、冷却ブロワの回転数センサで検知された回転数を、監視ユニットを介さず、直接、車両ＥＣＵに入力すれば、上記のような問題は避けることができる。しかしながら、既述したとおり、車両ＥＣＵは、冷却ブロワに限らず、多数の機器の駆動を制御する。かかる車両ＥＣＵに接続される信号線は、極力、増やしたくないという要望があった。

そこで、本実施形態では、車両ＥＣＵに接続する信号線の増加を防止しつつ、駆動モータ２４の回転数を適切に制御するために、制御マイコン２２を設け、当該制御マイコン２２において、フィードバック制御を行なうようにしている。この本実施形態における冷却ブロワ１２の駆動制御の流れを図２を参照して説明する。

冷却ブロワ１２を駆動する際には、まず、車両ＥＣＵ１０において、目標回転数が算出される（Ｓ１０）。この目標回転数は、既述したとおり、冷却対象である高圧バッテリの温度や、吸気温度、冷却バッテリに電力を供給する補機バッテリの電圧値に基づいて算出される。算出された目標回転数は、当該回転数に応じたデューティ信号として冷却ブロワ１２の制御マイコン２２に入力される（Ｓ１２）。

制御マイコン２２は、入力された目標回転数、および、回転数センサ３０から出力された実回転数に基づいて、駆動モータ２４をフィードバック制御する（Ｓ１４）。すなわち、目標回転数および実回転数の差に応じて指令回転数を算出し、この指令回転数に応じたデューティ比で駆動モータ２４への通電を制御する。

ここで、この制御マイコン２２に入力される実回転数を示す信号は、ＤＡ変換やＡＤ変換がされることなく、直接、回転数センサ３０から入力される。その結果、信号変換に伴う誤差が含まれておらず、現在の駆動モータ２４の状態を的確に表している。その結果、駆動モータ２４の回転数をより高精度に制御でき、回転不足や回転過多を効果的に防止できる。

なお、本実施形態においても、従来のシステムと同様に、回転数センサ３０で検知された実回転数は、監視ユニット１８を経て（ＤＡ変換、ＡＤ変換を経て）、車両ＥＣＵ１０に入力される。ただし、本実施形態において、車両ＥＣＵ１０は、この実回転数を、動作異常の有無判断にのみ用いており、駆動モータ２４の回転数制御には用いていない。すなわち、車両ＥＣＵ１０は、例えば、監視ユニット１８から実回転数を表す信号が入力されない場合や、監視ユニット１８から入力される実回転数と冷却ブロワ１２に出力した目標回転数との差分値が過大な場合に、動作異常が生じていると判断するが、監視ユニット１８から入力される実回転数を目標回転数の算出に利用することはしていない。

以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、冷却ブロワ１２に、駆動モータ２４の回転を自己フィードバック制御する制御マイコン２２を設け、この制御マイコン２２に、フィードバック量である実回転数を直接入力している。その結果、実回転数をＡＤ変換、ＤＡ変換に伴う誤差の発生を無くすことができ、結果として、冷却ブロワ１２をより適切に駆動制御できる。

また、本実施形態では、この駆動モータ２４の制御内容を、当該駆動モータ２４に通電される電流値で切り替えるようにしている。すなわち、既述したように、制御マイコン２２は、駆動モータ２４に通電される電流値として、メモリ２８に記録された第一閾値Ｄ１を超える電流値が検知された場合には、電流を絞る制御に切り替える。これは、次の理由による。

従来、制御マイコン２２を設けていない態様では、駆動モータ２４や当該駆動モータ２４への通電回路（図示せず）の故障を招き得るほどの過大な電流値、例えば、駆動モータ２４の定格電流値を超えるような値の電流値が流れた場合には、通電回路に設けられた保護回路により、駆動モータ２４への通電が自動的に遮断されるようになっていた。そして、かかる構成を持たせることにより、駆動モータ２４等の故障を効果的に防止することができた。しかしながら、こうした保護回路による過電流対策だけの場合、保護回路に設定された閾値（以下「第二閾値」という）を超える過電流値が検知されると即座に通電が遮断される。換言すれば、一時的な過電流であっても、第二閾値を超えれば、即座に通電が遮断され、エラーとなる。その結果、エラー発生が多くなりがちという問題があった。

本実施形態では、こうした問題を低減するために、制御マイコン２２において、第二閾値より低い第一閾値以上を設定し、当該第一閾値を超える電流値が検知されれば、即座に、電流を絞る制御である電流抑制制御に切り替えるようにしている。この制御の切り替えは、例えば、フィードバック制御で用いる各種ゲインの値を、通常制御用に設定された値から、電流抑制用に設定された値に変更するなどで実現される。また、制御マイコン２２は、第一閾値を超えた比較的高い電流値が検知されたことを、障害情報の一つとしてメモリ２８に記録する。

この電流抑制制御を行なったにも関わらず電流値が第二閾値を超えた場合には、保護回路により通電が遮断される。この場合、冷却ブロワ１２の駆動は強制的に停止される。この場合、制御マイコン２２は、エラーを示す信号を監視ユニット１８を介して車両ＥＣＵ１０に出力する。車両ＥＣＵ１０は、適宜、警告情報をユーザに通知する。

一方、電流抑制制御を実行した結果、電流値が第一閾値未満になれば、通常の制御に変更（制御に使用するゲインとして通常制御用に設定されたゲインを使用するなど）する。そして、以降も、冷却ブロワ１２の駆動を継続する。したがって、一時的な過電流であれば、冷却ブロワ１２の駆動は停止されることなく、駆動継続されることになる。なお、第一閾値以上、第二閾値未満の状態が続けば、基本的には電流抑制制御での冷却ブロワ１２の駆動が継続される。ただし、この状態が、過度に続いた場合には、例えば、回路や駆動モータ２４の損傷が推測される時間、続いた場合には、第二閾値を超えた場合と同様に、駆動モータ２４への通電を遮断するとともに、エラーを出力するようにしてもよい。

いずれにしても、このように冷却ブロワ１２に制御マイコン２２を設け、第二閾値（通電遮断する電流値）に満たないものの、比較的高い電流値が検知された場合に、電流抑制制御に切り替えることで、電流値が第二閾値を超えることを効果的に防止でき、ひいては、エラーの発生回数を低減できる。なお、本実施形態では、過電流対策に用いる閾値を二種類（第一閾値、第二閾値）としたが、これは、当然ながらより多数であってもよい。また、本実施形態では、第二閾値を超えた場合には、保護回路により強制的に通電を遮断するようにしているが、制御マイコン２２側の制御で通電を遮断するようにしてもよい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、冷却ブロワ１２に制御マイコン２２を設け、当該制御マイコン２２により駆動モータ２４をフィードバック制御している。その結果、信号変換に伴う誤差が含まれていない実回転数を、そのままフィードバック制御に利用することができるため、制御精度をより向上させることができる。また、制御マイコン２２で駆動モータ２４の制御を行なうことにより、通電を遮断させる前段階で、過電流抑制の対策を行なうことが可能となり、過電流に起因する冷却ブロワ１２の駆動停止、ひいては、エラーの発生を低減することができる。

１０車両ＥＣＵ、１２冷却ブロワ、１８監視ユニット、２０，２８メモリ、２２制御マイコン、２４駆動モータ、２６ファンユニット、３０回転数センサ、３２ＤＡコンバータ、３４ＡＤコンバータ。

Claims

車載の電気機器を、冷却ブロワを用いて冷却する冷却システムであって、
車両に搭載された電気機器を送風により冷却する冷却ブロワと、
前記冷却ブロワに対して目標回転数を出力する車両ＥＣＵと、
を備え、
前記冷却ブロワは、
回転することにより送風する羽部材を備えたファンユニットと、
前記ファンユニットを回転駆動するモータと、
前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、
前記車両ＥＣＵからの目標回転数および前記回転数検知手段により検知された実回転数に基づいてモータの回転駆動をフィードバック制御する制御部と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
請求項１に記載の冷却システムであって、さらに、
冷却ブロワから出力された実回転数を示すアナログ信号をＡＤ変換して車両ＥＣＵに出力する監視ユニットと、
前記冷却ブロワに設けられ、前記回転数検知手段で検知された実回転数を示すデジタル信号をＤＡ変換して監視ユニットに出力するＤＡ変換手段と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
請求項１または２に記載の冷却システムであって、
前記制御部は、前記モータへの通電を遮断すると規定された第二閾値よりも低い第一閾値を超えた電流値が検知された場合には、前記モータへの通電電流値を抑制する電流抑制制御に切り替える、ことを特徴とする冷却システム。
車載の電気機器を送風により冷却する冷却ブロワであって、
回転することにより送風する羽部材を備えたファンユニットと、
前記ファンユニットを回転駆動するモータと、
前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、
車両ＥＣＵから送られる目標回転数および前記回転数検知手段により検知された実回転数に基づいてモータの回転駆動をフィードバック制御する制御部と、
を備えることを特徴とする冷却ブロワ。