JP6790608B2 - 車両用冷却装置 - Google Patents

Description

本明細書は、車両に搭載される機器を冷却する車両用冷却装置に関する技術を開示する。

特許文献１には、車両用冷却装置に関する技術として、電動機によって冷媒を送出するポンプの故障を、電動機の回転数に基づいて判断する技術が開示されている。特許文献２には、三相交流によって動作する永久磁石同期電動機において、回転子（ロータ）の位置および回転数を、固定子（ステータ）の各相に流れる交流のゼロクロス点の間隔から判断する技術が開示されている。このように電動機の回転数を三相交流の変動に基づいて判断する技術では、相切替え時に発生するサージ電流の前後にわたってゼロクロス点を検知しない期間（サージマスク期間）を設定する。

特開２０１３−１８５４９７号公報 特開２０１４−１６５９９０号公報

三相交流によって動作する永久磁石同期電動機をポンプの電動機として採用し、その回転数を三相交流の変動に基づいて判断する車両用冷却装置において、１回転分を想定して設定したサージマスク期間に外乱によって回転子が２回転（もしくは整数倍回転）する場合、電動機の回転数を実際より低く誤判断してしまう問題があった。この問題は、電動機の小型化に伴うロータのイナーシャの低下、および、電動機の出力向上を目的とする高回転化によって顕著となる。

本明細書に開示する一形態の車両用冷却装置は、車両に搭載される機器を冷却する。この車両用冷却装置は、ポンプと、ポンプ制御部と、回転数判断部と、計時部と、報知部とを備える。ポンプは、三相交流によって動作する永久磁石同期電動機を有し、永久磁石同期電動機によって発生する動力を用いて冷媒を送出する。ポンプ制御部は、ポンプに対する指示信号が稼働状態を示す期間において永久磁石同期電動機を稼働させるとともに、指示信号が停止状態を示す期間において永久磁石同期電動機を停止させる。回転数判断部は、三相交流における各相のゼロクロス点の間隔から永久磁石同期電動機の回転数を判断する。また、回転数判断部は、相切替え時に発生するサージ電流の前後にわたって前記ゼロクロス点を検知しない期間を設定する。計時部は、指示信号が稼働状態を示す期間において、回転数判断部によって判断される回転数が設定値未満に低下してから設定値未満を継続する継続時間を計測する。報知部は、継続時間が設定時間を超える場合、ポンプの異常を報知する。ポンプ制御部は、指示信号が稼働状態を示す期間において、回転数判断部によって判断される回転数が設定値未満に低下した場合、継続時間が設定時間を超える前に、永久磁石同期電動機を一時停止させた後、永久磁石同期電動機を再稼働させる再稼働部を含む。計時部は、再稼働部によって永久磁石同期電動機を再稼働させた後、回転数判断部によって判断される回転数が設定値以上である場合、計時部によって計測される継続時間を初期値に再設定する再設定部を含む。

上記形態の車両用冷却装置によれば、ポンプの異常を報知する時期を遅延することなく、永久磁石同期電動機の回転数を実際より低く誤判断する状態から復帰できる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

車両の構成を示す説明図である。 ポンプ制御処理を示すフローチャートである。 計時・報知処理を示すフローチャートである。 電動機の回転数を誤判断した状態から復帰する様子を示すタイムチャートである。 ポンプの異常を報知する様子を示すタイムチャートである。

図１は、車両１０の構成を示す説明図である。車両１０は、２つの動力源を備えるハイブリッド車である。車両１０は、内燃機関１１０と、動力伝達機構１５０と、駆動輪１８０と、二次電池２１０と、電力変換器２２０と、電動機２３０と、制御部３００を備える。車両１０の内燃機関１１０は、燃料を燃焼させることによって、駆動輪１８０を駆動する動力を生成する第１の動力源である。

車両１０の二次電池２１０は、電力を蓄える蓄電池（バッテリ）である。二次電池２１０は、発電機として動作する電動機２３０を介して、内燃機関１１０の回転動力から変換される電力と、駆動輪１８０の回転動力から変換される電力とを蓄える。車両１０の電力変換器２２０は、二次電池２１０から電動機２３０へと供給される電力を変換する。電力変換器２２０は、二次電池２１０から供給される直流電力を、電動機２３０を制御可能な三相交流電力に変換する三相出力インバータである。車両１０の電動機２３０は、電気エネルギを力学的エネルギに変換することによって、駆動輪１８０を駆動する動力を生成する第２の動力源である。

車両１０の動力伝達機構１５０は、内燃機関１１０および電動機２３０の各動力源から駆動輪１８０へと動力を伝達する。車両１０の駆動輪１８０は、動力伝達機構１５０から伝達される動力によって回転する。車両１０の制御部３００は、内燃機関１１０、電動機２３０を始めとする車両１０の各部を制御する制御装置である。

車両１０は、更に、車両１０に搭載される機器を冷却する車両用冷却装置２０を備える。車両用冷却装置２０は、冷媒を循環させることによって電力変換器２２０および電動機２３０を冷却する。車両用冷却装置２０は、ポンプ４００と、冷却系制御部５００とを備える。

車両用冷却装置２０のポンプ４００は、電動機４２０を有する電動ポンプである。ポンプ４００は、電動機４２０によって発生する動力を用いて冷媒を送出する。電動機４２０は、永久磁石が埋め込まれた回転子（ロータ）を有し、固定子（ステータ）の各相に流れる三相交流によって動作する永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）である。電動機４２０は、回転子の位置および回転数を三相交流の変動に基づいて判断するセンサレス制御によって制御可能に構成されている。

車両用冷却装置２０は、電動機４２０を制御する機器として、インバータ４３０と、平滑コンデンサ４４０と、リレー４５１，４５２とを備える。インバータ４３０は、冷却系制御部５００からの制御信号に基づいて、二次電池２１０から供給される直流電力を、電動機４２０を制御可能な三相交流電力に変換する三相出力インバータである。平滑コンデンサ４４０は、インバータ４３０と電気的に並列に接続されたコンデンサである。平滑コンデンサ４４０は、二次電池２１０からインバータ４３０に供給される直流電圧を平滑にする。リレー４５１，４５２は、冷却系制御部５００からの制御信号に基づいて、二次電池２１０とインバータ４３０との間の電気的な接続を入り切りする。

車両用冷却装置２０の冷却系制御部５００は、ポンプ４００を制御する制御装置である。冷却系制御部５００は、制御部３００からポンプ４００に対する指示信号ＳＷＰに基づいて、ポンプ４００を制御する。指示信号ＳＷＰは、二値変数である。値「０」を示す指示信号ＳＷＰは、ポンプ４００を停止状態にする指示を表す。値「１」を示す指示信号ＳＷＰは、ポンプ４００を稼働状態にする指示を表す。冷却系制御部５００は、ポンプ制御部５１０と、回転数判断部５２０と、計時部５３０と、報知部５４０とを備える。

冷却系制御部５００のポンプ制御部５１０は、指示信号ＳＷＰに基づいてインバータ４３０およびリレー４５１，４５２を制御する。ポンプ制御部５１０は、ポンプ４００に対する指示信号ＳＷＰが稼働状態を示す期間において電動機４２０を稼働させる。ポンプ制御部５１０は、ポンプ４００に対する指示信号ＳＷＰが停止状態を示す期間において電動機４２０を停止させる。

冷却系制御部５００の回転数判断部５２０は、インバータ４３０から電動機４２０に供給される三相交流の変動に基づいて電動機４２０の回転数ＮＷＰを判断する。回転数判断部５２０は、三相交流における各相のゼロクロス点の間隔から電動機４２０の回転数ＮＷＰを判断する。回転数判断部５２０は、相切替え時に発生するサージ電流の前後にわたってゼロクロス点を検知しない期間（サージマスク期間）を設定する。電動機４２０の回転数ＮＷＰは、ポンプ４００の回転数に等しい。

冷却系制御部５００の計時部５３０は、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示す期間において、回転数判断部５２０によって判断される回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下してから設定値Ｎｒ未満を継続する継続時間ＴＣを計測する。設定値Ｎｒは、電動機４２０の正常な回転数Ｎｓより低い回転数である。

冷却系制御部５００の報知部５４０は、継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超える場合、ポンプ４００の異常を報知する。報知部５４０は、診断フラグＤＧＮを用いて、ポンプ４００の異常を制御部３００に報知する。診断フラグＤＧＮは、二値変数である。値「０」を示す診断フラグＤＧＮは、ポンプ４００が正常である状態を表す。値「１」を示す診断フラグＤＧＮは、ポンプ４００が異常である状態を表す。

冷却系制御部５００のポンプ制御部５１０は、再稼働部５１２を含む。再稼働部５１２は、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示す期間において、回転数判断部５２０によって判断される回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下した場合、継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超える前に、電動機４２０を一時停止させた後、電動機４２０を再稼働させる。

冷却系制御部５００の計時部５３０は、再設定部５３２を含む。再設定部５３２は、再稼働部５１２によって電動機４２０を再稼働させた後、回転数判断部５２０によって判断される回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ以上である場合、計時部５３０によって計測される継続時間ＴＣを初期値に再設定する。

冷却系制御部５００の各部によって実現される各種機能は、コンピュータプログラムに基づいてソフトウェア的に実現される。冷却系制御部５００の各種機能の少なくとも一部は、回路構成に基づいてハードウェア的に実現されてもよい。

図２は、ポンプ制御処理を示すフローチャートである。冷却系制御部５００は、車両１０の運転手による車両１０の起動に伴って冷却系制御部５００に電源が投入された場合に、ポンプ制御部５１０の機能に基づいて動作することによって、図２のポンプ制御処理を開始する。

図２のポンプ制御処理を開始した後、冷却系制御部５００は、制御部３００からの指示信号ＳＷＰが値「１」であるか否か、言い換えると、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示しているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。指示信号ＳＷＰが値「１」である場合、言い換えると、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示している場合（ステップＳ１１０「ＹＥＳ」）、冷却系制御部５００は、電動機４２０を稼働させる（ステップＳ１２０）。指示信号ＳＷＰが値「０」である場合、言い換えると、指示信号ＳＷＰが停止状態を示している場合（ステップＳ１１０「ＮＯ」）、冷却系制御部５００は、電動機４２０を停止させた後（ステップＳ１７０）、図２のポンプ制御処理を終了する。冷却系制御部５００は、モータ信号ＳＭＴを用いて、電動機４２０を制御する。値「０」を示すモータ信号ＳＭＴは、電動機４２０を停止させる制御モードを表す。値「１」を示すモータ信号ＳＭＴは、電動機４２０を稼働させる制御モードを表す。

ポンプ４００を稼働させた場合（ステップＳ１２０）、冷却系制御部５００は、回転数判断部５２０の機能によって判断される電動機４２０の回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下しているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。電動機４２０の回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下する要因としては、回転数判断部５２０の機能によって回転数ＮＷＰを判断する際に、１回転分を想定して設定したサージマスク期間に外乱によって回転子が２回転（もしくは整数倍回転）する場合、電動機４２０の回転数を実際より低く誤判断することが考えられる。その他の要因としては、ポンプ４００の故障が考えられる。

電動機４２０の回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下しいてない場合（ステップＳ１３０「ＮＯ」）、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰを判断する処理（ステップＳ１１０）以降から各処理を繰り返す。電動機４２０の回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下している場合（ステップＳ１３０「ＹＥＳ」）、冷却系制御部５００は、再稼働部５１２の機能に基づいて動作することによって、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下してから設定時間Ｔａが経過したタイミングで、電動機４２０を一旦停止させる（ステップＳ１５０）。この場合、冷却系制御部５００は、モータ信号ＳＭＴを値「１」から値「０」に切り替える。その後、電動機４２０を一旦停止させてから設定時間Ｔｂが経過したタイミングで、電動機４２０を再稼動させる（ステップＳ１６０）。この場合、冷却系制御部５００は、モータ信号ＳＭＴを値「０」から値「１」に切り替える。その後、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰを判断する処理（ステップＳ１１０）以降から各処理を繰り返す。

図３は、計時・報知処理を示すフローチャートである。冷却系制御部５００は、車両１０の運転手による車両１０の起動に伴って冷却系制御部５００に電源が投入された場合に、計時部５３０および報知部５４０の各機能に基づいて動作することによって、図３の計時・報知処理を開始する。

図３の計時・報知処理を開始した後、冷却系制御部５００は、制御部３００からの指示信号ＳＷＰが値「１」であるか否か、言い換えると、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示しているか否かを判断する（ステップＳ２１０）。指示信号ＳＷＰが値「１」である場合、言い換えると、指示信号ＳＷＰが稼働状態を示している場合（ステップＳ２１０「ＹＥＳ」）、冷却系制御部５００は、回転数判断部５２０の機能によって判断される電動機４２０の回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下しているか否かを判断する（ステップＳ２２０）。指示信号ＳＷＰが値「０」である場合、言い換えると、指示信号ＳＷＰが停止状態を示している場合（ステップＳ２１０「ＮＯ」）、冷却系制御部５００は、図３の計時・報知処理を終了する。

回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下している場合（ステップＳ２２０「ＹＥＳ」）、冷却系制御部５００は、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下してから設定値Ｎｒ未満を継続する継続時間ＴＣを計測する（ステップＳ２３０）。その後、冷却系制御部５００は、継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超えるか否かを判断する（ステップＳ２４０）。設定時間Ｔｘは、電動機４２０を一旦停止させる設定時間Ｔａ（図２のステップＳ１５０）と、電動機４２０を再稼働させる設定時間Ｔｂ（図２のステップＳ１６０）とを足し合わせた時間より長い。継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超えていない場合（ステップＳ２４０「ＮＯ」）、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰを判断する処理（ステップＳ２１０）以降から各処理を繰り返す。

回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下していない場合、もしくは、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満から設定値Ｎｒ以上に増加した場合（ステップＳ２２０「ＮＯ」）、冷却系制御部５００は、継続時間ＴＣを初期値に再設定する（ステップＳ２５０）。その後、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰを判断する処理（ステップＳ２１０）以降から各処理を繰り返す。

継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超える場合（ステップＳ２４０「ＹＥＳ」）、冷却系制御部５００は、ポンプ４００の異常を報知する（ステップＳ２６０）。この場合、冷却系制御部５００は、診断フラグＤＧＮを値「０」から値「１」に切り替える。その後、冷却系制御部５００は、図３の計時・報知処理を終了する。

図４は、電動機の回転数を誤判断した状態から復帰する様子を示すタイムチャートである。図４には、車両１０において用いられる各種の変数が図示されている。図４の各変数において、縦軸は各変数の値を示し、横軸は時間を示す。

車両１０の車両動作状態が、動作停止状態を示す「ＯＦＦ」から、各部に電源が投入される状態を示す「ＩＧ」を経て、走行準備が完了した状態を示す「ＲＥＡＤＹ」になった場合（タイミングＴ１）、制御部３００は、指示信号ＳＷＰを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰに基づいて、モータ信号ＳＭＴを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。これによって、電動機４２０が停止状態から稼働状態に移行するため、電動機４２０の回転数ＮＷＰは、回転数Ｎｓへと上昇する。

その後、サージマスク期間に起因する回転数の誤判断によって、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下した場合（タイミングＴ２）、冷却系制御部５００は、継続時間ＴＣの計測を開始する。その後、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下してから設定時間Ｔａが経過した場合（タイミングＴ３）、冷却系制御部５００は、モータ信号ＳＭＴを値「１」（稼働状態）から値「０」（停止状態）に切り替える。これによって、電動機４２０が稼働状態から停止状態に移行する。

その後、電動機４２０を停止させてから設定時間Ｔｂが経過した場合（タイミングＴ４）、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰに基づいて、モータ信号ＳＭＴを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。これによって、正常な電動機４２０が停止状態から稼働状態に移行するため、電動機４２０の回転数ＮＷＰは、回転数Ｎｓへと上昇する。回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ以上になった場合（タイミングＴ５）、冷却系制御部５００は、継続時間ＴＣの計測を停止し、継続時間ＴＣを初期値である値「０」に再設定する。

図５は、ポンプの異常を報知する様子を示すタイムチャートである。図５には、図４と同様に、車両１０において用いられる各種の変数が図示されている。

車両１０の車両動作状態が、動作停止状態を示す「ＯＦＦ」から、各部に電源が投入される状態を示す「ＩＧ」を経て、走行準備が完了した状態を示す「ＲＥＡＤＹ」になった場合（タイミングＴ１１）、制御部３００は、指示信号ＳＷＰを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰに基づいて、モータ信号ＳＭＴを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。これによって、電動機４２０が停止状態から稼働状態に移行するため、電動機４２０の回転数ＮＷＰは、回転数Ｎｓへと上昇する。

その後、ポンプ４００の故障によって、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下した場合（タイミングＴ１２）、冷却系制御部５００は、継続時間ＴＣの計測を開始する。その後、回転数ＮＷＰが設定値Ｎｒ未満に低下してから設定時間Ｔａが経過した場合（タイミングＴ１３）、冷却系制御部５００は、モータ信号ＳＭＴを値「１」（稼働状態）から値「０」（停止状態）に切り替える。これによって、電動機４２０が稼働状態から停止状態に移行する。

その後、電動機４２０を停止させてから設定時間Ｔｂが経過した場合（タイミングＴ１４）、冷却系制御部５００は、指示信号ＳＷＰに基づいて、モータ信号ＳＭＴを値「０」（停止状態）から値「１」（稼働状態）に切り替える。しかしながら、ポンプ４００の故障によって、電動機４２０の回転数ＮＷＰは上昇しない。その後、継続時間ＴＣが設定時間Ｔｘを超えた場合（タイミングＴ１５）、冷却系制御部５００は、診断フラグＤＧＮを値「０」（ポンプ正常）から値「１」（ポンプ異常）に切り替える。

以上説明した実施形態によれば、ポンプ４００の異常を報知する時期（タイミングＴ１５）を遅延することなく、電動機４２０の回転数を実際より低く誤判断する状態から復帰できる。

上述した実施形態の特徴を以下に述べる。車両は、駆動輪を駆動する動力の少なくとも一部を、二次電池から供給される電力を用いて電動機によって生成する車両であればよく、ハイブリッド車に限らず、電気自動車、プラグインハイブリッド車および燃料電池自動車などであってもよい。

以上、実施形態を詳細に説明したが、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、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面において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、出願時の請求項に記載した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おいて説明した技術は、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…車両
２０…車両用冷却装置
１１０…内燃機関
１５０…動力伝達機構
１８０…駆動輪
２１０…二次電池
２２０…電力変換器
２３０…電動機
３００…制御部
４００…ポンプ
４２０…電動機
４３０…インバータ
４４０…平滑コンデンサ
４５１…リレー
５００…冷却系制御部
５１０…ポンプ制御部
５１２…再稼働部
５２０…回転数判断部
５３０…計時部
５３２…再設定部
５４０…報知部
ＤＧＮ…診断フラグ
ＮＷＰ…回転数
Ｎｒ…設定値
Ｎｓ…回転数
ＳＭＴ…モータ信号
ＳＷＰ…指示信号
ＴＣ…継続時間
Ｔａ…設定時間
Ｔｂ…設定時間
Ｔｘ…設定時間

Claims (1)

1. 車両に搭載される機器を冷却する車両用冷却装置であって、
   三相交流によって動作する永久磁石同期電動機を有し、前記永久磁石同期電動機によって発生する動力を用いて冷媒を送出するポンプと、
   前記ポンプに対する指示信号が稼働状態を示す期間において前記永久磁石同期電動機を稼働させるとともに、前記指示信号が停止状態を示す期間において前記永久磁石同期電動機を停止させるポンプ制御部と、
   前記三相交流における各相のゼロクロス点の間隔から前記永久磁石同期電動機の回転数を判断する回転数判断部であって、相切替え時に発生するサージ電流の前後にわたって前記ゼロクロス点を検知しない期間を設定する回転数判断部と、
   前記指示信号が前記稼働状態を示す期間において、前記回転数判断部によって判断される前記回転数が設定値未満に低下してから前記設定値未満を継続する継続時間を計測する計時部と、
   前記継続時間が設定時間を超える場合、前記ポンプの異常を報知する報知部と
   を備え、
   前記ポンプ制御部は、前記指示信号が前記稼働状態を示す期間において、前記回転数判断部によって判断される前記回転数が前記設定値未満に低下した場合、前記継続時間が設定時間を超える前に、前記永久磁石同期電動機を一時停止させた後、前記永久磁石同期電動機を再稼働させる再稼働部を含み、
   前記計時部は、前記再稼働部によって前記永久磁石同期電動機を再稼働させた後、前記回転数判断部によって判断される前記回転数が前記設定値以上である場合、前記計時部によって計測される前記継続時間を初期値に再設定する再設定部を含む、車両用冷却装置。

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