JP7472651B2 - 電源機器の冷却制御装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、電源機器の冷却制御装置に関する。

例えば車両にはバッテリや電力変換器等の電源機器が搭載されており、その電源機器では作動時に発熱を伴うため、電源機器を冷却する技術が各種提案されている。例えば特許文献１には、蓄電機構を冷却するための冷却ファンを搭載した車両の制御装置において、車室内の騒音に関する情報に基づいて冷却ファンの作動を制限するとともに、冷却ファンの作動が制限されている場合に、蓄電機構に関する情報に基づいて温度が高ければブロアからの風量を増やすように制御することが記載されている。

特開２００５－３０６１９７号公報

例えば車両においては、バッテリ等における電力の入出力が頻繁に行われ、それに伴い電力変換器の作動も頻繁となる。そのため、バッテリや電力変換器での温度変化が繰り返し生じることが考えられる。この場合、バッテリや電力変換器に対して送風を行うブロアの風量変化に起因して騒音が生じることが懸念される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブロアの作動に伴う騒音を抑制しつつ、電源機器の冷却を適正に実施することができる電源機器の冷却制御装置を提供することを目的とする。

手段１は、
電源機器と、その電源機器を冷却する冷却風を生成するブロアとを備える冷却システムに適用され、
前記電源機器の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度に基づいてブロア制御量を算出する複数の制御量算出部と、
前記複数の制御量算出部により並行して算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備え、
前記各制御量算出部は、当該制御量算出部ごとに、前記電源機器の基準温度が各々定められ、その基準温度と前記電源機器の実温度とに応じて可変制御量を算出するとともに、その可変制御量を、前記制御量算出部ごとに異なる上限値により制限することで前記ブロア制御量を算出するものであり、
前記基準温度が高い制御量算出部では、前記基準温度が低い制御量算出部に比べて、前記可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、前記上限値がブロア風量の多い値として定められており、
前記風量制御部は、前記電源機器の実温度に応じて、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量を制御する。

上記構成では、複数の制御量算出部が設けられており、それら各制御量算出部により電源機器の実温度に基づいて互いに異なるブロア制御量がそれぞれ算出され、同時進行で算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量が制御される。詳しくは、各制御量算出部では、制御量算出部ごとの基準温度と電源機器の実温度とに応じて可変制御量が算出されるとともに、その可変制御量が、制御量算出部ごとに異なる上限値により制限されることでブロア制御量が算出される。この場合、複数の制御量算出部で算出された各ブロア制御量は、可変制御量により電源機器の実温度に追従して変化する一方で、制御量算出部ごとの上限値により一定値で保持されるものとなる。そのため、ブロア風量を電源機器の温度変化に追従させつつも、ブロア風量の過剰な変動が抑制される。

また、各制御量算出部では、電源機器の基準温度が互いに異なり、基準温度が高い制御量算出部では、基準温度が低い制御量算出部に比べて、可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、上限値がブロア風量の多い値として定められている。そして、電源機器の実温度に応じて、各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量が制御される。これにより、電源機器の温度が上昇変化又は下降変化する場合に、基準温度ごとに段階を持たせてブロア風量を制御することができる。

また、電源機器では、通電状況に応じて急な温度変化が生じることが考えられ、その急な温度変化に対応させてブロアの風量制御が行われることが望ましい。この点、上記構成では、複数の制御量算出部でそれぞれブロア制御量が算出され、同時進行で算出された各ブロア制御量が電源機器の実温度に応じて切り替えられつつ使い分けられる。これにより、急な温度変化に際し迅速かつ適切な対応が可能になっている。

上記構成によるブロア風量制御について図９を用いて補足する。図９には、複数の制御量算出部により算出される各ブロア制御量について電源機器の温度との関係が示されている。ここでは、３つの制御量算出部を用いる構成としており、制御量算出部ごとのブロア制御量Ｄとして、実線で示すブロア制御量Ｄ１と、一点鎖線で示すブロア制御量Ｄ２と、二点鎖線で示すブロア制御量Ｄ３とが算出される。３つの制御量算出部のうち、ブロア制御量Ｄ１を算出する制御量算出部が、最も基準温度の低い制御量算出部であり、ブロア制御量Ｄ３を算出する制御量算出部が、最も基準温度の高い制御量算出部である。

各ブロア制御量Ｄ１～Ｄ３は、それぞれ以下に示す制御量である。
・ブロア制御量Ｄ１は、所定の低温側温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Ｄｆｂ１を、上限値Ｌｍ１により制限することで求められた制御量である。
・ブロア制御量Ｄ２は、所定の中間温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Ｄｆｂ２を、上限値Ｌｍ２により制限することで求められた制御量である。
・ブロア制御量Ｄ３は、所定の高温側温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Ｄｆｂ３を、上限値Ｌｍ３により制限することで求められた制御量である。

この場合、例えばブロア制御量Ｄ１，Ｄ２で言えば、適用温度域の高いブロア制御量Ｄ２の可変制御量Ｄｆｂ２が、適用温度域の低いブロア制御量Ｄ１の可変制御量Ｄｆｂ１よりも小さい制御量（ブロア風量の少ない制御量）として算出される。また、ブロア制御量Ｄ２の上限値Ｌｍ２が、ブロア制御量Ｄ１の上限値Ｌｍ１よりも大きい制御量（ブロア風量の多い制御量）となっている。ブロア制御量Ｄ２，Ｄ３についても同様である。そして、ブロア制御量Ｄ１～Ｄ３ごとの適用温度域に応じて、各ブロア制御量Ｄ１～Ｄ３が適宜使い分けられる。

以上により、ブロアの作動に伴う騒音を抑制しつつ、電源機器の冷却を適正に実施することができる。

手段２では、手段１において、前記風量制御部は、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量を用いてブロア風量を制御する。

上記構成では、各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量によりブロア風量が制御されるため、制御量算出部ごとのブロア制御量の切り替えを要する境界温度域にあってもブロア風量の不足を抑制しつつ、電源機器を適正に冷却することができる。つまり、適正なブロア風量は電源機器の温度変化に伴って逐次変化するが、電源機器の温度変化に対応させつつ適正なブロア風量の設定が可能となっている。

手段３では、手段１又は２において、前記各制御量算出部は、前記可変制御量を、前記基準温度と、前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度との差に基づくフィードバック演算により、前記基準温度からの実温度の変化を抑える制御量として算出する。

上記構成によれば、電源機器の実温度について基準温度からの温度変化を抑制することができ、その温度変化の抑制により過度な風量変動を抑制することができる。これにより、ブロア風量を安定させ、ひいては騒音抑制を図ることができる。

手段４では、手段１～３のいずれかにおいて、前記制御量算出部ごとの前記ブロア制御量として、当該制御量算出部ごとの前記基準温度に対応する基準制御量が定められており、前記基準制御量は、前記各制御量算出部において前記上限値よりも小さい制御量であり、かつ前記基準温度の低い他の前記制御量算出部の前記上限値に一致する制御量である。

上記構成によれば、各制御量算出部において、基準温度に対応する基準制御量が、上限値よりも小さく、かつ基準温度の低い他の制御量算出部の上限値に一致する制御量となっている。これにより、各制御量算出部で算出されたブロア制御量が電源機器の実温度に応じて切り替えられる際に、ブロア制御量を段差無くスムーズに変化させることができる。そのため、ブロア風量を好適に管理することができ、ひいてはブロア風量の変動に起因する騒音の抑制が可能になっている。

手段５では、手段１～４のいずれかにおいて、前記複数の制御量算出部のうち並行して前記ブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、前記電源機器の実温度に応じて切り替える構成とした。

複数の制御量算出部においてブロア制御量の算出を全て並行して行う場合には、演算負荷の増加が懸念される。この点、複数の制御量算出部のうち並行してブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、電源機器の実温度に応じて切り替えることにより、演算負荷の軽減を図ることができる。

車両電源装置の概略を示す構成図。 制御部のブロア風量制御に関する構成を示す機能ブロック図。 各算出部により算出されるデューティ比を示す図。 ブロア風量制御の処理手順を示すフローチャート。 冷却状態監視の処理手順を示すフローチャート。 電力変換器の温度変化とブロア風量の推移とを示すタイムチャート。 電力変換器の温度変化とブロア風量の推移とを示すタイムチャート。 算出部の切り替え手順を示すフローチャート。 複数の制御量算出部により算出される各ブロア制御量について電力変換器の温度との関係を示す図。

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源装置において電力変換器の冷却を行う冷却システムを具体化するものとしている。車両は例えば電気自動車であり、高電圧バッテリからの電力供給に伴う回転電機の駆動により車両の走行が可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図１は、車両電源装置の概略を示す構成図である。図１において、高電圧バッテリ１１には回転電機ユニット１２が接続されている。高電圧バッテリ１１は、数１００Ｖ（例えば３００Ｖ程度）の高電圧電源である。不図示とするが、回転電機ユニット１２は、車両の走行動力源となる回転電機や、高電圧バッテリ１１の電圧を昇圧変換する電力変換器、直流と交流との電力変換を行うインバータなどを備えている。

また、高電圧バッテリ１１には電力変換ユニット２０が接続され、その電力変換ユニット２０には低電圧電源である低電圧バッテリ３１と、車両補機である低電圧負荷３２とが接続されている。電力変換ユニット２０は、ＤＣＤＣコンバータである電力変換器２１を備えており、電力変換器２１により、高電圧バッテリ１１の高電圧が降圧変換されて低電圧バッテリ３１の充電が行われる。電力変換ユニット２０は、車両において車室に隣接する場所に設けられ、例えばリアシート下方に設けられている。本実施形態では、電力変換器２１が「電源機器」に相当する。

電力変換ユニット２０において電力変換器２１は、複数の半導体スイッチング素子を有してなるスイッチ駆動部２２と、そのスイッチ駆動部２２でのスイッチングによる電力変換を制御する制御部２３とを備えている。低電圧バッテリ３１の充電時には、電力変換器２１において制御部２３によりスイッチ駆動部２２でのスイッチングが制御され、電力変換器２１からの電力供給により低電圧バッテリ３１が所定電圧に充電される。

また、電力変換ユニット２０は、冷却装置としてのブロア２５と、そのブロア２５を駆動する駆動部２６とを有しており、ブロア２５の駆動に伴い生じる冷却風により電力変換器２１が冷却される。ブロア２５は、駆動部２６の駆動量に応じて風量を可変とする風量可変ブロアである。電力変換ユニット２０の作動時にはスイッチ駆動部２２でのスイッチングに伴い発熱が生じるため、その発熱による温度上昇を抑えるべく、ブロア２５による空気冷却が行われる。

制御部２３は、電力変換器２１に設けられた温度センサ２７の温度検出値を入力し、その温度検出値に基づいてブロア２５の風量を制御する。温度センサ２７は、例えば電力変換器２１においてスイッチ駆動部２２に一体に、又はスイッチ駆動部２２の近傍に設けられている。具体的には、制御部２３は、温度検出値（電力変換器２１の実温度）に基づいて制御デューティを算出し、その制御デューティに応じて駆動部２６によりブロア２５を駆動させることでブロア風量を制御する。

次に、本実施形態におけるブロア風量制御について詳しく説明する。本実施形態では、制御部２３が、電力変換器２１の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、その電力変換器２１の実温度に基づいてブロア制御量を算出する複数の制御量算出部と、複数の制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備えるものとなっている。

図２は、制御部２３のブロア風量制御に関する構成を示す機能ブロック図である。図２の構成では、制御部２３は、ブロア風量を制御するブロア制御量Ｄとして、第１デューティ比Ｄ１と第２デューティ比Ｄ２と第３デューティ比Ｄ３とを算出し、それら各デューティ比Ｄ１～Ｄ３のいずれかに基づいてブロア２５の風量制御を行うものとしている。

具体的には、制御部２３は、第１デューティ比Ｄ１を算出する第１算出部４１と、第２デューティ比Ｄ２を算出する第２算出部４２と、第３デューティ比Ｄ３を算出する第３算出部４３とを有している。これら各算出部４１～４３では、算出部４１～４３ごとに電力変換器２１の基準温度Ｔｒｅｆが定められており、第１算出部４１は、低温基準温度Ｔｒｅｆ１に基づいて第１デューティ比Ｄ１を算出し、第２算出部４２は、中温基準温度Ｔｒｅｆ２に基づいて第２デューティ比Ｄ２を算出し、第３算出部４３は、高温基準温度Ｔｒｅｆ３に基づいて第３デューティ比Ｄ３を算出する。例えば、低温基準温度Ｔｒｅｆ１は９５℃であり、中温基準温度Ｔｒｅｆ２は１０５℃であり、高温基準温度Ｔｒｅｆ３は１１０℃である。本実施形態では、３つの算出部４１～４３が同時進行で各デューティ比Ｄ１～Ｄ３を算出する。各算出部４１～４３が「複数の制御量算出部」に相当する。

詳しくは、第１算出部４１では、電力変換器２１の実温度（温度センサ２７の検出温度）から低温基準温度Ｔｒｅｆ１を減算して温度偏差ΔＴ１を算出する（ΔＴ１＝実温度－Ｔｒｅｆ１）。そして、その温度偏差ΔＴ１に基づいてフィードバック演算を実施し、電力変換器２１の実温度に対応する可変デューティ比Ｄｆｂ１を算出する。このとき、フィードバック演算値をデューティ比の増減値として算出し、その演算値を可変デューティ比Ｄｆｂ１の前回値に加算した値を、可変デューティ比Ｄｆｂ１の今回値にするとよい。

また、第１算出部４１では、温度偏差ΔＴ１に基づき算出した可変デューティ比Ｄｆｂ１を予め定めた制限値で制限することで、第１デューティ比Ｄ１を算出する。本実施形態では、制限値Ｌｍとして４つの制限値Ｌｍ０，Ｌｍ１，Ｌｍ２，Ｌｍ３（Ｌｍ０＜Ｌｍ１＜Ｌｍ２＜Ｌｍ３）が定められており、第１算出部４１では、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ１を上限値として可変デューティ比Ｄｆｂ１を制限し、その制限後の値を第１デューティ比Ｄ１とする。

なお、各制限値Ｌｍ０～Ｌｍ３は、ブロア２５における複数の基準風量に対応して定められている。例えば、制限値Ｌｍ０は、ブロア風量＝３０ｍ^3／ｈに対応するデューティ比であり、制限値Ｌｍ１は、ブロア風量＝４０ｍ^3／ｈに対応するデューティ比であり、制限値Ｌｍ２は、ブロア風量＝６０ｍ^3／ｈに対応するデューティ比であり、制限値Ｌｍ３は、最大ブロア風量に対応するデューティ比である。

第１算出部４１により算出される第１デューティ比Ｄ１を図３（ａ）に示す。この場合、低温基準温度Ｔｒｅｆ１を基準とし、かつ電力変換器２１の実温度の上昇に応じて単調増加するようにして可変デューティ比Ｄｆｂ１が算出されるとともに、その可変デューティ比Ｄｆｂ１が、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ１を上限値として制限されて、第１デューティ比Ｄ１が算出される。なお、可変デューティ比Ｄｆｂ１は、電力変換器２１の実温度と低温基準温度Ｔｒｅｆ１とが一致する場合、すなわち温度偏差ΔＴ１がゼロの場合に制限値Ｌｍ０となるようにしてフィードバック演算されるようになっている。

第１算出部４１では、低温基準温度Ｔｒｅｆ１に対応する基準制御量が制限値Ｌｍ０となっており、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１から高温側に上昇する場合において、少なくとも制限値Ｌｍ０から制限値Ｌｍ１（第１算出部４１での上限値）までを含む範囲で、第１デューティ比Ｄ１として可変デューティ比Ｄｆｂ１が算出される。

また、図２において、第２算出部４２では、電力変換器２１の実温度から中温基準温度Ｔｒｅｆ２を減算して温度偏差ΔＴ２を算出する（ΔＴ２＝実温度－Ｔｒｅｆ２）。そして、その温度偏差ΔＴ２に基づいてフィードバック演算を実施し、電力変換器２１の実温度に対応する可変デューティ比Ｄｆｂ２を算出する。このとき、フィードバック演算値をデューティ比の増減値として算出し、その演算値を可変デューティ比Ｄｆｂ２の前回値に加算した値を、可変デューティ比Ｄｆｂ２の今回値にするとよい。

また、第２算出部４２では、温度偏差ΔＴ２に基づき算出した可変デューティ比Ｄｆｂ２を予め定めた制限値で制限することで、第２デューティ比Ｄ２を算出する。第２算出部４２では、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ２を上限値として可変デューティ比Ｄｆｂ２を制限し、その制限後の値を第２デューティ比Ｄ２とする。

第２算出部４２により算出される第２デューティ比Ｄ２を図３（ｂ）に示す。この場合、中温基準温度Ｔｒｅｆ２を基準とし、かつ電力変換器２１の実温度の上昇に応じて単調増加するようにして可変デューティ比Ｄｆｂ２が算出されるとともに、その可変デューティ比Ｄｆｂ２が、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ２を上限値として制限されて、第２デューティ比Ｄ２が算出される。なお、可変デューティ比Ｄｆｂ２は、電力変換器２１の実温度と中温基準温度Ｔｒｅｆ２とが一致する場合、すなわち温度偏差ΔＴ２がゼロの場合に制限値Ｌｍ１となるようにしてフィードバック演算されるようになっている。

第２算出部４２では、中温基準温度Ｔｒｅｆ２に対応する基準制御量が制限値Ｌｍ１となっており、電力変換器２１の実温度が中温基準温度Ｔｒｅｆ２から高温側に上昇する場合において、少なくとも制限値Ｌｍ１から制限値Ｌｍ２（第２算出部４２での上限値）までを含む範囲で、第２デューティ比Ｄ２として可変デューティ比Ｄｆｂ２が算出される。また、第２算出部４２では、中温基準温度Ｔｒｅｆ２に対応する基準制御量が、その第２算出部４２の上限値である制限値Ｌｍ２よりも小さく、かつ第１算出部４１の上限値である制限値Ｌｍ１に一致するものとなっている。

また、図２において、第３算出部４３では、電力変換器２１の実温度から高温基準温度Ｔｒｅｆ３を減算して温度偏差ΔＴ３を算出する（ΔＴ３＝実温度－Ｔｒｅｆ３）。そして、その温度偏差ΔＴ３に基づいてフィードバック演算を実施し、電力変換器２１の実温度に対応する可変デューティ比Ｄｆｂ３を算出する。このとき、フィードバック演算値をデューティ比の増減値として算出し、その演算値を可変デューティ比Ｄｆｂ３の前回値に加算した値を、可変デューティ比Ｄｆｂ３の今回値にするとよい。

また、第３算出部４３では、温度偏差ΔＴ３に基づき算出した可変デューティ比Ｄｆｂ３を予め定めた制限値で制限することで、第３デューティ比Ｄ３を算出する。第３算出部４３では、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ３を上限値として可変デューティ比Ｄｆｂ３を制限し、その制限後の値を第３デューティ比Ｄ３とする。

第３算出部４３により算出される第３デューティ比Ｄ３を図３（ｃ）に示す。この場合、高温基準温度Ｔｒｅｆ３を基準とし、かつ電力変換器２１の実温度の上昇に応じて単調増加するようにして可変デューティ比Ｄｆｂ３が算出されるとともに、その可変デューティ比Ｄｆｂ３が、制限値Ｌｍ０を下限値、制限値Ｌｍ３を上限値として制限されて、第３デューティ比Ｄ３が算出される。なお、可変デューティ比Ｄｆｂ３は、電力変換器２１の実温度と高温基準温度Ｔｒｅｆ３とが一致する場合、すなわち温度偏差ΔＴ３がゼロの場合に制限値Ｌｍ２となるようにしてフィードバック演算されるようになっている。

第３算出部４３では、高温基準温度Ｔｒｅｆ３に対応する基準制御量が制限値Ｌｍ２となっており、電力変換器２１の実温度が高温基準温度Ｔｒｅｆ３から高温側に上昇する場合において、少なくとも制限値Ｌｍ２から制限値Ｌｍ３（第３算出部４３での上限値）までを含む範囲で、第３デューティ比Ｄ３として可変デューティ比Ｄｆｂ３が算出される。
また、第３算出部４３では、高温基準温度Ｔｒｅｆ３に対応する基準制御量が、その第３算出部４３の上限値である制限値Ｌｍ３よりも小さく、かつ第２算出部４２の上限値である制限値Ｌｍ２に一致するものとなっている。

各算出部４１～４３のうち基準温度が高い算出部では、基準温度が低い算出部に比べて、可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３として小さいデューティ比（ブロア風量の少ないデューティ比）が算出されるようになっている。また、各算出部４１～４３のうち基準温度が高い算出部では、基準温度が低い算出部に比べて、デューティ比Ｄ１～Ｄ３の上限値が大きい値（ブロア風量の多い値）として定められている。

なお、第２算出部４２において、制限値Ｌｍ０を第２デューティ比Ｄ２の下限値にすることに代えて、制限値Ｌｍ１を第２デューティ比Ｄ２の下限値にすることも可能である。また、第３算出部４３において、制限値Ｌｍ０を第３デューティ比Ｄ３の下限値にすることに代えて、制限値Ｌｍ１又は制限値Ｌｍ２を第３デューティ比Ｄ３の下限値にすることも可能である。

図２において、各算出部４１～４３により算出されたデューティ比Ｄ１～Ｄ３は、駆動部２６に対するデューティ指令値ＤＦを設定する指令値設定部４４に入力される。指令値設定部４４では、デューティ比Ｄ１～Ｄ３のうち最大値（最大デューティ比）を、デューティ指令値ＤＦとして設定する。駆動部２６では、デューティ指令値ＤＦに基づいてブロア２５を駆動させる。これにより、ブロア２５の風量が適宜調整される。

各デューティ比Ｄ１～Ｄ３はそれぞれ図３（ａ）～（ｃ）のように算出され、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３のうち最大値となるデューティ比が電力変換器２１の温度範囲に応じて切り替えられる。この場合、電力変換器２１の実温度が中温基準温度Ｔｒｅｆ２未満となる温度範囲では、第１デューティ比Ｄ１がデューティ指令値ＤＦとして設定される。また、電力変換器２１の実温度が中温基準温度Ｔｒｅｆ２以上であり、かつ高温基準温度Ｔｒｅｆ３未満となる温度範囲では、第２デューティ比Ｄ２がデューティ指令値ＤＦとして設定される。さらに、電力変換器２１の実温度が高温基準温度Ｔｒｅｆ３以上となる温度範囲では、第３デューティ比Ｄ３がデューティ指令値ＤＦとして設定される。

なお、各算出部４１～４３において、可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３を算出するためのフィードバック演算は、例えばＰＩ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御のいずれかが実施されるとよい。可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３が「可変制御量」に相当する。上記構成では、制御部２３が３つの算出部４１～４３（制御量算出部）を備えるものとしたが、その数は２以上の任意でよく、４つ以上の算出部（制御量算出部）を備えるものであってもよい。

図４は、ブロア風量制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部２３により所定周期で繰り返し実施される。

図４において、ステップＳ１１では、温度センサ２７の検出温度を電力変換器２１の実温度として取得する。その後、ステップＳ１２～Ｓ１４では、互いに同時進行させつつ各デューティ比Ｄ１～Ｄ３の算出が行われる。つまり、ステップＳ１２では、電力変換器２１の実温度と低温基準温度Ｔｒｅｆ１とに基づいて第１デューティ比Ｄ１を算出し、ステップＳ１３では、電力変換器２１の実温度と中温基準温度Ｔｒｅｆ２とに基づいて第２デューティ比Ｄ２を算出し、ステップＳ１４では、電力変換器２１の実温度と高温基準温度Ｔｒｅｆ３とに基づいて第３デューティ比Ｄ３を算出する。これら各デューティ比Ｄ１～Ｄ３の算出手順は既述とのとおりである。

その後、ステップＳ１５では、デューティ比Ｄ１～Ｄ３のうち最大値をデューティ指令値ＤＦとして設定する。続くステップＳ１６では、デューティ指令値ＤＦを駆動部２６に出力する。

また、ブロア２５による電力変換器２１の冷却時において、ブロア２５の送風に関して何らかの異常が生じていると適正な冷却が実施できず、スイッチ駆動部２２でのスイッチング素子の破損等が懸念される。そのため、制御部２３は、ブロア２５による冷却状態を監視し、ブロア２５の送風による電力変換器２１の冷却が適正に実施されていない場合に、スイッチ駆動部２２の保護等を図るべく、電力変換器２１の出力制限を実施する。

図５は、ブロア風量制御と連動して実施される冷却状態監視の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部２３により所定周期で繰り返し実施される。

図５において、ステップＳ２１では、温度センサ２７の検出温度を電力変換器２１の実温度として取得する。その後、ステップＳ２２では、ブロア２５の風量指令値であるデューティ指令値ＤＦの増加にかかわらず所定の温度上昇が生じている状況であるか否かを判定する。このとき、現時点から遡って過去の所定期間内にデューティ指令値ＤＦが増加し、かつそのデューティ指令値ＤＦの増加にかかわらず電力変換器２１の実温度が所定値以上上昇していれば、ステップＳ２２が肯定され、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、現時点で電力変換器２１の出力制限を実施しているか否かを判定する。そして、電力変換器２１の出力制限を実施していなければ、ステップＳ２４に進み、電力変換器２１の出力制限を実施する。具体的には、電力変換器２１から出力される出力電流を減少させる。このとき、電力変換器２１の実温度、又は温度上昇の程度に応じて、電力変換器２１の出力制限の度合いを可変に設定するとよく、例えば電力変換器２１の実温度が高いほど、又は所定期間内の温度上昇量や温度上昇の傾きが大きいほど、電力変換器２１の出力電流の減少幅を大きくする。

また、ステップＳ２３において電力変換器２１の出力制限を実施していると判定された場合には、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、ブロア２５の送風に関して何らかの異常が生じていると判定する。例えば、電力変換器２１においてブロア２５の送風通路が形成されている場合には、その送風通路に詰まりが生じていると判定する。また、続くステップＳ２６では、電力変換器２１の作動を停止させるとともに、上位の制御装置に対して電力変換器２１において異常が生じている旨を通知する。

次に、車両の起動スイッチのオン後（すなわち車両起動後）における電力変換器２１の実温度の変化と、その温度変化に応じたブロア風量の推移とについて、図６及び図７のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図６は、電力変換器２１の作動開始後において電力変換器２１の実温度が基準温度Ｔｒｅｆ２～Ｔｒｅｆ３（１０５～１１０℃の間）の間で安定する場合の挙動を示すタイムチャートである。また、図７は、電力変換器２１の作動開始後において電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１未満（９５℃未満）の温度で安定する場合の挙動を示すタイムチャートである。

図６において、タイミングｔ１１では、車両の起動後において電力変換器２１の作動が開始され、それに伴い電力変換器２１の実温度が徐々に上昇する。本例では、電力変換器２１の温度が周囲の環境温度と同じ温度（例えば２５℃）から徐々に上昇するものとしている。

タイミングｔ１１～ｔ１２では、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１未満になっており、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３のうち第１デューティ比Ｄ１がデューティ指令値ＤＦとして設定される。つまり、第１デューティ比Ｄ１は制限値Ｌｍ０で制限されており、ブロア風量が制限値Ｌｍ０に対応する「３０ｍ^3／ｈ」となっている。このとき、ブロア風量が一定のまま保持されるため、風量変動により生じるうねり等の騒音が抑制されるものとなっている。

その後、タイミングｔ１２では、電力変換器２１の実温度が上昇し低温基準温度Ｔｒｅｆ１（９５℃）に到達する。これにより、タイミングｔ１２以降において、実温度と低温基準温度Ｔｒｅｆ１との温度偏差ΔＴ１に基づき算出された可変デューティ比Ｄｆｂ１が制限値Ｌｍ０よりも大きくなり、可変デューティ比Ｄｆｂ１がデューティ指令値ＤＦとして設定される。

タイミングｔ１２以降においては、ブロア風量が徐々に増加し、その風量増加に伴い電力変換器２１の実温度の上昇率（単位時間当たりの温度上昇量）が減じられる。つまり、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１から高温側に上昇する。このとき、電力変換器２１の実温度に応じてデューティ指令値ＤＦが増加し、低温基準温度Ｔｒｅｆ１からの温度上昇が抑制されるようにしてブロア風量制御が行われる。

その後、タイミングｔ１３では、第１デューティ比Ｄ１が制限値Ｌｍ１で制限され、そのタイミングｔ１３以降、ブロア風量が制限値Ｌｍ１に対応する「４０ｍ^3／ｈ」で保持される。これにより、ブロア風量が再び安定する。

その後、タイミングｔ１４では、電力変換器２１の実温度が中温基準温度Ｔｒｅｆ２（１０５℃）に到達する。これにより、タイミングｔ１４以降において、実温度と中温基準温度Ｔｒｅｆ２との温度偏差ΔＴ２に基づき算出された可変デューティ比Ｄｆｂ２が制限値Ｌｍ１よりも大きくなり、可変デューティ比Ｄｆｂ２がデューティ指令値ＤＦとして設定される。

タイミングｔ１４では、デューティ指令値ＤＦが第１デューティ比Ｄ１から第２デューティ比Ｄ２に切り替えられる。このとき、これら各デューティ比Ｄ１，Ｄ２は、第１算出部４１及び第２算出部４２により同時進行で算出されており、第１デューティ比Ｄ１から第２デューティ比Ｄ２への切り替えがスムーズにかつ応答性良く実施される。

タイミングｔ１４以降においては、ブロア風量が徐々に増加し、その風量増加に伴い電力変換器２１の実温度の上昇率が更に減じられる。つまり、電力変換器２１の実温度が中温基準温度Ｔｒｅｆ２から高温側に上昇する。このとき、電力変換器２１の実温度に応じてデューティ指令値ＤＦが増加し、中温基準温度Ｔｒｅｆ２からの温度上昇が抑制されるようにしてブロア風量制御が行われる。そしてその後、電力変換器２１の実温度が基準温度Ｔｒｅｆ２～Ｔｒｅｆ３の間で安定する。

また、図７において、タイミングｔ２１では、車両の起動後において電力変換器２１の作動が開始され、それに伴い電力変換器２１の実温度が徐々に上昇する。タイミングｔ２１～ｔ２２では、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１未満になっており、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３のうち第１デューティ比Ｄ１がデューティ指令値ＤＦとして設定される。このとき、ブロア風量が一定量で保持される。

その後、タイミングｔ２２以降は、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１（９５℃）以上となる。そのため、実温度と低温基準温度Ｔｒｅｆ１との温度偏差ΔＴ１に基づき算出された可変デューティ比Ｄｆｂ１が制限値Ｌｍ０よりも大きくなり、可変デューティ比Ｄｆｂ１がデューティ指令値ＤＦとして設定される。これにより、ブロア風量が徐々に増加し、その風量増加に伴い電力変換器２１の実温度の上昇率が減じられる。また、タイミングｔ２３以降、第１デューティ比Ｄ１が制限値Ｌｍ１で制限されることで、ブロア風量が一定量で保持される。

図７に示す事例では、タイミングｔ２３以降において、電力変換器２１の実温度が上昇から下降に転じる。そのため、タイミングｔ２４では、電力変換器２１の実温度が再び低温基準温度Ｔｒｅｆ１未満となり、可変デューティ比Ｄｆｂ１が制限値Ｌｍ１よりも小さくなることで、可変デューティ比Ｄｆｂ１が再びデューティ指令値ＤＦとして設定される。そしてその後、電力変換器２１の実温度が低温基準温度Ｔｒｅｆ１未満の温度で安定する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

制御部２３において、各算出部４１～４３が、算出部４１～４３ごとの基準温度Ｔｒｅｆ１～Ｔｒｅｆ３と電力変換器２１の実温度とに応じて可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３を算出するとともに、その可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３を、算出部４１～４３ごとに異なる上限値Ｌｍ１～Ｌｍ３により制限することで、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３を算出するようにした。この場合、複数の算出部４１～４３で算出された各デューティ比Ｄ１～Ｄ３は、可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３により電力変換器２１の実温度に追従して変化する一方で、算出部４１～４３ごとの上限値により一定値で保持されるものとなる。そのため、ブロア風量を電力変換器２１の温度変化に追従させつつも、ブロア風量の過剰な変動が抑制される。

また、各算出部４１～４３では、電力変換器２１の基準温度Ｔｒｅｆ１～Ｔｒｅｆ３が互いに異なり、基準温度が高い算出部では、基準温度が低い算出部に比べて、可変デューティ比として小さい値が算出される一方、上限値がブロア風量の多い値として定められている構成とした。そして、電力変換器２１の実温度に応じて、各算出部４１～４３により算出されたデューティ比Ｄ１～Ｄ３のいずれかを用いてブロア風量を制御する構成とした。これにより、電力変換器２１の温度が上昇変化又は下降変化する場合に、基準温度ごとに段階を持たせてブロア風量を制御することができる。

また、電力変換器２１では、電力変換動作に伴い急な温度変化が生じることが考えられ、その急な温度変化に対応させてブロア２５の風量制御が行われることが望ましい。この点、上記構成では、複数の算出部４１～４３でそれぞれデューティ比Ｄ１～Ｄ３が算出され、それら各デューティ比Ｄ１～Ｄ３が電力変換器２１の実温度に応じて切り替えられつつ適宜使い分けられる。これにより、急な温度変化に際し迅速かつ適切な対応が可能になっている。

以上により、ブロア風量の作動に伴う不快な騒音を抑制しつつ、電力変換器２１の冷却を適正に実施することができる。

各算出部４１～４３により算出されたデューティ比Ｄ１～Ｄ３のうちブロア風量が最大となるデューティ比Ｄ１～Ｄ３を用いてブロア風量を制御する構成とした。これにより、算出部４１～４３ごとのデューティ比Ｄ１～Ｄ３の切り替えを要する境界温度域にあってもブロア風量の不足を抑制しつつ、電力変換器２１を適正に冷却することができる。つまり、適正なブロア風量は電力変換器２１の温度変化に伴って逐次変化するが、電力変換器２１の温度変化に対応させつつ適正なブロア風量の設定が可能となっている。

各算出部４１～４３が、基準温度と電力変換器２１の実温度との差に基づくフィードバック演算により可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３を算出する構成とした。この可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ３によれば、電力変換器２１の実温度について基準温度からの温度変化を抑制することができ、その温度変化の抑制により過度な風量変動を抑制することができる。これにより、ブロア風量を安定させ、ひいては騒音抑制を図ることができる。

第２算出部４２及び第３算出部４３において、基準温度に対応する基準制御量（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を、上限値よりも小さく、かつ基準温度の低い他の算出部の上限値に一致する制御量とした。これにより、各算出部４１～４３で算出されたデューティ比Ｄ１～Ｄ３（ブロア制御量）が電力変換器２１の実温度に応じて切り替えられる際に、デューティ比Ｄ１～Ｄ３を段差無くスムーズに変化させることができる。そのため、ブロア風量を好適に管理することができ、ひいてはブロア風量の変動に起因する騒音の抑制が可能になっている。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、制御部２３において、第１算出部４１が制限値Ｌｍ０～Ｌｍ１の範囲で第１デューティ比Ｄ１を制限し、第２算出部４２が制限値Ｌｍ０～Ｌｍ２の範囲で第２デューティ比Ｄ２を制限し、第３算出部４３が制限値Ｌｍ０～Ｌｍ３の範囲で第３デューティ比Ｄ３を制限する構成としたが（図３（ａ）～（ｃ）参照）、これを変更してもよい。例えば、各算出部４１～４３において、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３の制限として上限制限のみを付与する構成としてもよい。この場合、各デューティ比Ｄ１～Ｄ３は、図９に示すように算出されるとよい。

・各算出部４１～４３において、可変制御値である可変デューティ比Ｄｆｂ１～Ｄｆｂ１を、フィードバック演算により算出されるフィードバック制御量でなく、マップ等を用いて算出される制御量としてもよい。

・３つの算出部４１～４３のうち、ブロア制御量であるデューティ比を同時進行で算出する算出部を、電力変換器２１の実温度に応じて切り替える構成としてもよい。この場合、例えば電力変換器２１の温度範囲として、
・基準温度Ｔｒｅｆ１未満を第１温度範囲、
・基準温度Ｔｒｅｆ１～Ｔｒｅｆ２の範囲を第２温度範囲、
・基準温度Ｔｒｅｆ２～Ｔｒｅｆ３の範囲を第３温度範囲、
・基準温度Ｔｒｅｆ３以上を第４温度範囲、
を定めておき、電力変換器２１の実温度がいずれの温度範囲に入っているかに応じて算出部の切り替えを行う構成とする。

具体的には、図８に示す切り替え処理が制御部２３により実施されるとよい。図８において、ステップＳ３１では、電力変換器２１の実温度が第１温度範囲に入っているか否かを判定し、ステップＳ３２では、電力変換器２１の実温度が第２温度範囲に入っているか否かを判定し、ステップＳ３３では、電力変換器２１の実温度が第３温度範囲に入っているか否かを判定する。そして、ステップＳ３１がＹＥＳであればステップＳ３４に進み、ステップＳ３２がＹＥＳであればステップＳ３５に進み、ステップＳ３３がＹＥＳであればステップＳ３６に進み、ステップＳ３３がＮＯであればステップＳ３７に進む。

ステップＳ３４では、第１算出部４１のみでデューティ比を算出する。ステップＳ３５では、第１算出部４１及び第２算出部４２でデューティ比を算出する。ステップＳ３６では、第２算出部４２及び第３算出部４３でデューティ比を算出する。ステップＳ３７では、第３算出部４３のみでデューティ比を算出する。

複数の算出部４１～４３においてブロア制御量の算出を全て並行して行う場合には、演算負荷の増加が懸念される。この点、複数の算出部４１～４３のうち並行してブロア制御量の算出を行う算出部を、電力変換器２１の実温度に応じて切り替えることにより、演算負荷の軽減を図ることができる。

・上記実施形態では、各算出部４１～４３により算出されたデューティ比Ｄ１～Ｄ３のうちブロア風量が最大となるデューティ比をデューティ指令値ＤＦとして用い、そのデューティ指令値ＤＦによりブロア風量を制御する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、制御部２３が、電力変換器２１の温度に基づいて各デューティ比Ｄ１～Ｄ３を切り替えて使い分ける構成としてもよい。

・上記実施形態では、電力変換器２１の温度を、電力変換器２１のスイッチ駆動部２２に一体に、又はスイッチ駆動部２２の近傍に設けた温度センサ２７により検出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、電力変換器２１の外部に設けられた温度センサの検出値から電力変換器２１の温度を推定する構成であってもよい。また、電力変換器２１のスイッチ駆動部２２における通電量に基づいて、電力変換器２１の温度を推定する構成であってもよい。

・電力変換器２１において複数箇所で温度を検出し、その複数の温度検出値に基づいてブロア風量制御を実施する構成としてもよい。この場合、複数の温度検出値の平均値に基づいてブロア風量制御を実施する構成や、複数の温度検出値のうち最大温度に基づいてブロア風量制御を実施する構成、複数の温度検出値のうち上昇率が最大となる温度に基づいてブロア風量制御を実施する構成、複数の温度検出値のうち上昇率が最小となる温度以外の温度に基づいてブロア風量制御を実施する構成などを採用することが可能である。

・上記実施形態では、電源機器としての電力変換器２１を冷却対象としてブロア２５の風量制御を実施する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、電源機器としての高電圧バッテリ１１を冷却対象としてブロアの風量制御を実施する構成としてもよい。

・本発明は、電気自動車以外への適用も可能であり、例えばハイブリッド自動車への適用が可能である。また、車両以外の電源装置への適用も可能である。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１１…高電圧バッテリ、２１…電力変換器、２３…制御部、２５…ブロア。

Claims (4)

1. 電源機器（１１，２１）と、その電源機器を冷却する冷却風を生成するブロア（２５）とを備える冷却システムに適用され、
   前記電源機器の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、
   前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度に基づいてブロア制御量（Ｄ）を算出する複数の制御量算出部と、
   前記複数の制御量算出部により並行して算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備え、
   前記各制御量算出部は、当該制御量算出部ごとに、前記電源機器の基準温度（Ｔｒｅｆ）が各々定められ、その基準温度と前記電源機器の実温度とに応じて可変制御量（Ｄｆｂ）を算出するとともに、その可変制御量を、前記制御量算出部ごとに異なる上限値（Ｌｍ）により制限することで前記ブロア制御量を算出するものであり、
   前記複数の制御量算出部のうち相対的に前記基準温度が高い制御量算出部である高基準側算出部では、相対的に前記基準温度が低い制御量算出部である低基準側算出部に比べて前記上限値がブロア風量の多い値として定められているとともに、前記高基準側算出部の前記基準温度よりも低温側の温度域において、前記低基準側算出部に比べて前記可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出されるものとなっており、
   前記風量制御部は、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量を用いてブロア風量を制御する電源機器の冷却制御装置（２３）。
2. 前記各制御量算出部は、前記可変制御量を、前記基準温度と、前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度との差に基づくフィードバック演算により、前記基準温度からの実温度の変化を抑える制御量として算出する請求項１に記載の電源機器の冷却制御装置。
3. 前記制御量算出部ごとの前記ブロア制御量として、当該制御量算出部ごとの前記基準温度に対応する基準制御量が定められており、
   前記複数の制御量算出部のうち、前記基準温度が最も低い制御量算出部では、前記基準制御量は、当該制御量算出部に定められた前記上限値よりも小さい制御量であり、
   前記複数の制御量算出部のうち、前記基準温度が最も低い制御量算出部を除く制御量算出部では、前記基準制御量は、前記制御量算出部ごとに定められた前記上限値よりも小さい制御量であり、かつ前記複数の制御量算出部で各々定められた前記基準温度の比較において基準温度の低い他の前記制御量算出部の前記上限値に一致する制御量であって、前記他の前記制御量算出部が複数ある場合にはそのうち前記基準温度が最も高い制御量算出部の前記上限値に一致する制御量である請求項１又は２に記載の電源機器の冷却制御装置。
4. 前記複数の制御量算出部のうち並行して前記ブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、前記電源機器の実温度に応じて切り替える構成とした請求項１～３のいずれか１項に記載の電源機器の冷却制御装置。

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