(57)【要約】【課題】電力変換回路の冷却システムにおいて、ポンプの出力が過大となることの抑制と電力変換回路の急な温度変化の抑制を両立させる。【解決手段】冷却システムは、電力変換回路を冷却するための冷却器と、冷却器に接続されている冷媒回路と、冷媒回路内の冷媒を圧送するポンプと、ポンプの出力を制御するための指令値をポンプに供給するコントローラを備える。コントローラは、電力変換回路の出力の変化量が所定値を超える場合に、出力に基づく第１指令値をポンプに供給し、上記の変化量が所定値未満の場合に、冷媒回路内の冷媒の温度に基づく第２指令値をポンプに供給する。【選択図】図３
2020022261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を冷却するための冷却器と、
前記冷却器に接続されている冷媒回路と、
前記冷媒回路内の冷媒を圧送するポンプと、
前記ポンプの出力を制御するための指令値を前記ポンプに供給するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記電力変換回路の出力の変化量が所定値を超えている場合に、前記電力変換回路の出力に基づく第１指令値を前記ポンプに供給し、
前記変化量が前記所定値未満の場合に、前記冷媒回路内の冷媒の温度に基づく第２指令値を前記ポンプに供給する、
冷却システム。
【請求項２】
前記コントローラには、前記電力変換回路の出力と前記指令値との関係を示す第１マップと、前記温度と前記指令値との関係を示す第２マップと、が記憶されており、
前記コントローラは、
前記変化量が前記所定値を超えている場合に、前記第１マップから前記電力変換回路の出力に対応する前記第１指令値を特定し、
前記変化量が前記所定値未満の場合に、前記第２マップから前記温度に対応する前記第２指令値を特定する、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記変化量が前記所定値を超えており、かつ、前記第１指令値が前記第２指令値を超えている場合に、前記第１指令値を前記ポンプに供給し、
前記変化量が前記所定値を超えており、かつ、前記第１指令値が前記第２指令値未満である判断する場合に、前記第２指令値を前記ポンプに供給する、請求項１又は２に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電力変換回路を冷却するための冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車載のインバータ内のトランジスタを冷却する冷却システムが開示されている。冷却システムは、インバータに接続されている冷媒路と冷媒路内の冷媒を循環させるポンプを備える。冷却システムは、冷媒の温度に基づいてポンプを制御する。具体的には、冷媒の温度の上昇に応じてポンプの回転数を上げる。
【０００３】
また、特許文献２には、シリコングリスを介してヒートシンク上に配置されるトランジスタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７―１６６８０４号公報
【特許文献２】特開２００８−２５３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の冷却システムは、冷媒の温度が上昇する場合にポンプの回転数を上げるので、冷媒の温度が低い場合にポンプの回転数が過度に上がることを抑制可能な点で有利である。しかし、このシステムでは、車両の急加速等によりインバータの出力が急上昇する場合でも、冷媒の温度が上昇していなければ、ポンプの回転数が維持されるため、インバータ内のトランジスタの温度が急上昇する場合がある。トランジスタの急な温度変化は好ましくない。例えば、特許文献２のようにトランジスタがシリコングリスを介してヒートシンク上に配置されている場合、トランジスタが急な温度変化を繰り返すと、トランジスタとヒートシンクの間の隙間が膨張と収縮を繰り返し、間に挟まれているシリコングリスの劣化が早まるおそれがある。
【０００６】
例えば、インバータの出力が急上昇することに起因してトランジスタの温度が急上昇する状況を見越してポンプの回転数を予め上げておけば、トランジスタの温度上昇を抑制することができる。この結果、トランジスタの急な温度変化を抑制することができる。しかし、ポンプの回転数を予め上げておくと、ポンプの回転数が過大となり、特許文献１の冷却システムの有利な点が損なわれる。
【０００７】
本明細書では、電力変換回路の冷却システムにおいて、ポンプの出力が過大となることの抑制と電力変換回路の急な温度変化の抑制を両立させるための技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する冷却システムは、電力変換回路を冷却するための冷却器と、冷却器に接続されている冷媒回路と、冷媒回路内の冷媒を圧送するポンプと、ポンプの出力を制御するための指令値をポンプに供給するコントローラを備える。コントローラは、電力変換回路の出力と冷媒回路内の冷媒の温度を取得し、出力の変化量が所定値を超える場合は当該出力に基づく第１指令値をポンプに供給する。コントローラは、出力の変化量が所定値未満の場合は温度に基づく第２指令値をポンプに供給する。
【０００９】
電力変換回路の出力が急上昇する場合には、電力変換回路の温度も急上昇する可能性が高い。上記の構成によれば、コントローラは、電力変換回路の出力の変化量が所定値を超える場合に、当該出力に基づく第１指令値をポンプに供給する。これにより、電力変換回路の温度が急上昇することを見越した第１指令値をポンプに供給することができる。この結果、電力変換回路の温度上昇が抑制されて、電力変換回路の急な温度変化を抑制することができる。一方、コントローラは、電力変換回路の出力の変化量が所定値未満の場合に、冷媒の温度に基づく第２指令値をポンプに供給する。これにより、電力変換回路の温度が急上昇する可能性が小さい場合には、冷媒の温度に基づく第２指令値をポンプに供給することができ、ポンプの出力が過大となることを抑制することができる。従って、ポンプの出力が過大となることの抑制と電力変換回路の急な温度変化の抑制を両立させることができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の冷却システムを搭載した電気自動車の駆動系のブロック図である。
【図２】第１マップを示す図である。
【図３】第２マップを示す図である。
【図４】コントローラが実行する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する実施例の特徴を整理しておく。
（特徴１）電力変換回路の出力は、電力変換回路の出力電流の計測値である。
（特徴２）電力変換回路内の電子部品は、伝熱部材と接している。冷却器は、電子部品と対面しており、伝熱部材と接している。電子部品は、例えば、トランジスタを収容しているパワーカードである。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
図面を参照して第１実施例の冷却システム１０を説明する。冷却システム１０は、車両１００に搭載されている。車両１００は、モータの駆動力のみで走行可能な電気自動車、又は、エンジン及びモータの少なくとも一方の駆動力で走行可能なハイブリッド車である。図１に、冷却システム１０を含む車両１００の駆動系のブロック図を示す。実施例の冷却システム１０は、電力変換回路２０を冷却する。電力変換回路２０は、システムメインリレー２１ａを介して、車載バッテリ２１に接続されている。電力変換回路２０は、車載バッテリ２１の直流電力を交流電力に変換して走行用のモータ２２に供給するインバータ回路と、車載バッテリ２１の直流電力を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧コンバータ回路を含む。走行用のモータの２２の出力トルクは、車軸２３を介して駆動輪２４に伝達される。電力変換回路２０は、１０キロワット以上の大電力を扱うので、電力変換回路２０内の電子部品（例えばトランジスタ）の発熱量は大きい。それゆえ、車両１００は、電力変換回路２０を冷却する冷却システム１０を備えている。
【００１３】
冷却システム１０は、冷媒回路１１と、ラジエータ１２と、ポンプ１３と、温度センサ１４と、冷却器１５を備えている。冷媒回路１１は、冷媒の流路であり、ラジエータ１２と冷却器１５を通過している。ポンプ１３は、冷媒回路１１内の冷媒を圧送する。これにより、冷媒がラジエータ１２と冷却器１５の間で循環する。冷媒は、例えば、水、又は、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）である。温度センサ１４は、冷却器１５を通過した冷媒の温度を計測する。
【００１４】
冷却器１５は、電力変換回路２０を冷却する。図１では、電力変換回路２０と冷却器１５は模式的に描かれている。電力変換回路２０は、主に複数個のトランジスタ（図示省略）によって構成されている。各トランジスタはパワーカード（図示省略）に収容されている。各パワーカードの側面には伝熱部材（図示省略）が接している。冷却器１５は、パワーカードの側面と対面して、伝熱部材と接している。別言すれば、パワーカードと冷却器１５の間には伝熱部材が挟まれている。伝熱部材は、例えば、伝熱グリス、伝熱シートである。
【００１５】
コントローラ１６は、ポンプ１３の出力を制御するための指令値をポンプ１３に供給する。ポンプ１３は、回転数がデューティ比で制御される電動式であり、ポンプ１３への指令値は、具体的にはデューティ比で与えられる。デューティ比が大きければ、ポンプ１３は高回転（即ち、高出力）で動作する。
【００１６】
図中の破線は、信号線を示す。コントローラ１６は、信号線を介して、温度センサ１４の温度計測値と、電力変換回路２０からモータ２２へ流れる出力電流を計測する電流センサ２０ａの電流計測値を取得する。また、コントローラ１６は、第１マップ１７と第２マップ１８を記憶している。コントローラ１６は、温度計測値、電流計測値、第１マップ１７、及び、第２マップを利用して、指令値を特定し、特定済みの指令値をポンプ１３に供給する（図４参照）。
【００１７】
図２に示す第１マップ１７は、電力変換回路２０からモータ２２へ流れる出力電流とポンプ１３への指令値との関係を示す。電力変換回路２０の出力電流が高まるほど電力変換回路２０内のトランジスタの発熱量も大きくなる。第１マップ１７では、トランジスタの発熱量の変化に対して、トランジスタの温度が一定になるように、出力電流と指令値の関係が設計されている。図２に示すように、出力電流と指令値は比例関係を示す。ポンプ１３への指令値は、第１マップ１７を利用して、電流センサ２０ａの電流計測値に対応する値として特定可能である。
【００１８】
図３に示す第２マップ１８は、冷媒回路１１を流れる冷媒の温度とポンプ１３への指令値との関係を示す。第２マップ１８では、冷媒の温度に対してトランジスタの温度を許容温度以下に維持するための冷媒の流量に基づいて、冷媒の温度と指令値の関係が設計されている。図３に示すように、冷媒の温度と指令値は正の相関を示し、正の相関の傾きは、冷媒の温度が低い範囲よりも冷媒の温度が高い範囲の方で大きくなる。ポンプ１３への指令値は、第２マップ１８を利用して、温度センサ１４の温度計測値に対応する値として特定可能である。
【００１９】
図４を参照して、第１マップ１７又は第２マップ１８を利用して指令値を特定するコントローラ１６の処理について説明する。図４の処理は、システムメインリレー２１ａが遮断状態から導通状態になると開始される。図４の処理は、システムメインリレー２１ａが遮断状態になるまで繰り返し実行される。
【００２０】
Ｓ１０では、コントローラ１６は、電流センサ２０ａの電流計測値を取得する。なお、コントローラ１６は、電流計測値を取得する毎に、電流計測値を記憶する。即ち、コントローラ１６は、電流計測値の履歴を記憶する。また、Ｓ１２では、コントローラ１６は、温度センサ１４の温度計測値を取得する。
【００２１】
Ｓ２０では、コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値以上であるか否かを判断する。電流計測値の変化量は、例えば、記憶済みの電流計測値の履歴を利用して計算される１階微分量である。また、変形例では、電流計測値の変化量は、記憶済みの電流計測値の履歴を利用して計算される２階微分量でもよいし、記憶済みの電流計測値の履歴のうちの所定期間における最大値と最小値の間の変動幅でもよいし、１階微分量と２階微分量と変動幅を組み合わせて得られる評価量でもよい。電流計測値の変化量が所定値以上であることは、電力変換回路２０内のトランジスタの急な温度上昇が発生する可能性が高いことを意味し、特に、変動幅と２階微分量のいずれかを考慮する場合、トランジスタの急な温度上昇と温度降下（即ち、急な温度変化）が発生する可能性が高いことを意味する。なお、図４の処理が最初に実行される際には、記憶済みの電流計測値の履歴は１個の電流計測値のみを含む。１個の電流計測値のみでは変化量を計算できないので、この場合、コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値未満であると推定する。なお、本実施例では、コントローラ１６は、電流計測値の変化量の絶対値を所定値と比較する。即ち、出力電流が急激に減少した場合も、ステップＳ２０の判断がＹＥＳとなる。
【００２２】
コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値以上であると判断する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）に、Ｓ２２において、第１マップ１７からＳ１０で取得した電流計測値に対応する第１指令値を特定する。そして、コントローラ１６は、Ｓ３０において、特定済みの第１指令値をポンプ１３に供給する。
【００２３】
また、コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値未満であると判断する場合（Ｓ２０でＮＯ）に、Ｓ２８において、第２マップ１８からＳ１２で取得した温度計測値に対応する第２指令値を特定する。そして、コントローラ１６は、Ｓ４０において、特定済みの第２指令値をポンプ１３に供給する。Ｓ３０又はＳ４０が終了すると、Ｓ１０に戻り、図４の処理が繰り返される。
【００２４】
（本実施例の効果）
例えば、図４のＳ２０の判断を実行することなく、常に第２マップ１８から温度計測値に対応する指令値を特定する第１比較例が想定される。第２マップ１８を利用する第１比較例では、冷媒の温度が高い場合にポンプ１３の出力を上げるので、冷媒の温度が低い場合にポンプ１３の出力が過度に上がることを抑制可能な点で有利である。しかし、第１比較例では、車両１００の急加速等により電力変換回路２０の出力が急上昇する場合でも、冷媒の温度が上昇していなければ、ポンプ１３の出力が維持されるため、電力変換回路２０内のトランジスタの温度が急上昇する場合がある。逆に、冷媒の温度が高く、ポンプ１３の出力が大きい状態であっても、電力変換回路２０の出力が急低下すると、トランジスタの発熱量に対してポンプ出力が過大となってトランジスタの温度が急降下するおそれがある。即ち、トランジスタの温度が急に変化する場合がある。本実施例では、トランジスタを収容しているパワーカードと冷却器１５の間には伝熱部材が挟まれている。この場合、トランジスタの急な温度変化によりパワーカードが膨張と収縮を繰り返すと、パワーカードと冷却器１５の間の伝熱部材が圧縮と復元を繰り返し、その結果、伝熱部材の劣化が早まる虞がある。
【００２５】
また、例えば、図４のＳ２０の判断を実行することなく、常に第１マップ１７から電流計測値に対応する指令値を特定する第２比較例が想定される。第１マップ１７を利用する第２比較例では、電力変換回路２０の出力が上昇することに起因して電力変換回路２０内のトランジスタの温度が上昇する状況を見越してポンプ１３の出力を予め上げておくことができるので、トランジスタの温度上昇を抑制することができる。この結果、トランジスタの急な温度変化を抑制することができる。しかし、第２比較例を採用してポンプ１３の出力を予め上げておくとポンプ１３の出力が過大となり、第１比較例の利点を得ることができない。
【００２６】
これに対して、本実施例によれば、コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値以上である場合（図４のＳ２０でＹＥＳ）、即ち、電力変換回路２０内のトランジスタの急な温度上昇が発生する可能性が高い場合に、第１マップ１７を利用して、電流計測値に基づく第１指令値をポンプに供給する（Ｓ３０）。これにより、トランジスタの温度が急上昇することを見越した第１指令値をポンプ１３に供給することができ、この結果、トランジスタの温度上昇が抑制されて、トランジスタの急な温度変化を抑制することができる。一方、コントローラ１６は、電流計測値の変化量が所定値未満である場合（図４のＳ２０でＮＯ）、即ち、トランジスタの急な温度上昇が発生する可能性が低い場合に、第２マップ１８を利用して、温度計測値に基づく第２指令値をポンプに供給する（Ｓ４０）。これにより、トランジスタの温度が急上昇しない場合には、冷媒の温度に基づく第２指令値をポンプ１３に供給することができ、この結果、ポンプ１３の出力が過大となることを抑制することができる。従って、ポンプの出力が過大となることの抑制とトランジスタの急な温度変化の抑制を両立させることができる。そして、電力変換回路２０の急な温度変化を抑制することで、伝熱部材の負荷が過大となることを抑制することができる。
【００２７】
（対応関係）
電力変換回路２０、冷却器１５、冷媒回路１１、ポンプ１３、コントローラ１６が、それぞれ、「電力変換回路」、「冷却器」、「冷媒回路」、「ポンプ」、「コントローラ」の一例である。電流計測値、温度計測値が、それぞれ、「電力変換回路の出力」、「冷媒の温度」の一例である。
【００２８】
（第２実施例）
本実施例は、図４の処理において、Ｓ２４、Ｓ２６が実行される点を除いて、第１実施例と同様である。即ち、ステップＳ２２からＳ３０への移行（実線）に代えて、ステップ間の移行が破線で示されている部分が第２実施例で追加された処理を示している。以下では、図４のＳ２４、Ｓ２６について説明する。
【００２９】
コントローラ１６は、Ｓ２２に続いて、Ｓ２４を実行する。Ｓ２４は、Ｓ２８と同様である。そして、コントローラ１６は、Ｓ２６において、Ｓ２２で特定された第１指令値がＳ２４で特定された第２指令値以上であるのか否かを判断する。コントローラ１６は、第１指令値が第２指令値以上であると判断する場合（Ｓ２６でＹＥＳ）に、Ｓ３０に進む。一方、コントローラ１６は、第１指令値が第２指令値未満であると判断する場合（Ｓ２６でＮＯ）に、Ｓ４０に進む。
【００３０】
電流計測値の変化量が所定値以上であり、かつ、第１指令値が第２指令値未満であること（即ち、Ｓ２６でＮＯ）は、例えば、冷媒の温度が高い状態で電力変換回路２０の出力が急上昇する状況を意味する。このような状況では、冷媒の温度が高い状態で冷却器１５の冷却効率を高めるようにポンプ１３の出力を高くしているので、仮に、Ｓ２６の判断を実行することなく、第２指令値未満である第１指令値をポンプ１３に供給すると、冷却器１５の冷却効率を低下させることとなる。本実施例では、このような状況において、第１指令値ではなく第２指令値をポンプ１３に供給することで、冷却器１５の冷却効率が低下することを抑制することができ、この結果、トランジスタの急な温度変化を抑制することができる。
【００３１】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術における「電力変換回路の出力」は、電流計測値に限らず、例えば、電力変換回路２０の出力電力の計測値でもよいし、当該出力電力と相関関係を有する値でもよい。電力変換回路の出力と相関関係を有する値は、電力変換回路の出力の推定値として利用できるからである。相関関係を有する値は、例えば、電力変換回路２０内のトランジスタのゲート端子に供給される信号のデューティ比、電力変換回路２０の出力電力に対する目標値、当該目標値を決定するための情報（例えば、アクセル開度）、電力変換回路２０に入力される入力電力（又は入力電流）の計測値、モータの２２の出力トルクなどである。
【００３２】
実施例のコントローラ１６は、出力電流の変化量の絶対値が所定値以上の場合、出力電流に基づく第１指令値を供給する。即ち、出力電流が急低下した場合も、出力電流に基づく第１指令値を供給する。変化量の絶対値が大きい場合は、冷媒温度に基づくよりも出力電流に基づいてポンプへの指令値を決定することで、電力変換回路の温度変化傾向に応じて素早くポンプ出力を調整することができる。
【００３３】
コントローラ１６は、出力電流の正値の変化量が所定の値以上の場合に出力電流に基づく第１指令値を出力するようにしてもよい。この場合、冷却システムは、電力変換回路の温度上昇を見越したポンプ出力を実現することができる。
【００３４】
コントローラ１６は、電力変換回路２０の出力電流の正値の変化量が所定値以上であることを検知した場合、その後の一定期間の、出力電流に基づく第１指令値を供給するようにしてもよい。そのように構成すれば、出力電流が小さい値から大きい値に変化した後に大きい出力電流が維持される場合、即ち、変化量が一時的に大きくなりその後所定量を下回った場合であっても、一定期間の間は第１指令値の供給が維持される。一定期間とは、例えば６０秒である。出力電流の大きい期間が６０秒程度経過すれば、冷媒の温度も上昇する。冷媒の温度が上昇した後は、温度に依存する指令値を供給すればよい。
【００３５】
さらに、コントローラ１６は、上記した一定期間の間に負値の変化量が負値の第２所定量よりも小さいことを検知した場合は、温度依存の指令値を供給してもよい。出力電流の変化量が負値の第２所定量よりも小さくなった場合は、その後の電力変換回路の発熱量が小さくなることを意味する。電力変換回路の発熱量が小さいのであれば、温度依存の指令値を供給する方が、ポンプ１３の出力を抑えられる。
【００３６】
実施例のコントローラ１６は、出力電流の変化量が所定値に等しい場合は第１指令値を出力する。コントローラは、変化量が所定値に等しい場合に第２指令値を出力するように構成されていてもよい。
【００３７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に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、出願時請求項記載の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例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、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。
【符号の説明】
【００３８】
１０    ：冷却システム
１１    ：冷媒回路
１２    ：ラジエータ
１３    ：ポンプ
１４    ：温度センサ
１５    ：冷却器
１６    ：コントローラ
１７    ：第１マップ
１８    ：第２マップ
２０    ：電力変換回路
２０ａ  ：電流センサ
２１    ：車載バッテリ
２１ａ  ：システムメインリレー
２２    ：モータ
２３    ：車軸
２４    ：駆動輪
１００  ：車両
【図１】
2020022261.tif 000003
【図２】
2020022261.tif 000004
【図３】
2020022261.tif 000005
【図４】
2020022261.tif 000006