(57)【要約】【課題】冷媒の流量に応じて冷却装置が冷却異常の状態であることを適切に検出する冷却異常検出装置を提供する。【解決手段】冷媒を循環させて熱源を冷却する冷却装置と、冷却装置が冷却異常の状態であることを検出するコントローラとを備え、冷却装置は熱源の温度を検出する第１温度センサ及び冷媒の温度を検出する第２温度センサを含み、コントローラは、冷却装置が冷却異常の状態であるか否かを判定する閾値を冷媒の流量に応じて設定し、第１温度センサにより検出された熱源の温度と第２温度センサにより検出された冷媒の温度との関係及び閾値に基づいて、冷却異常の状態を検出する冷却異常検出装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させて熱源を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置が冷却異常の状態であることを検出するコントローラと、を備え、
前記冷却装置は前記熱源の温度を検出する第１温度センサ及び前記冷媒の温度を検出する第２温度センサを含み、
前記コントローラは、
前記冷却装置が冷却異常の状態であるか否かを判定する閾値を前記冷媒の流量に応じて設定し、
前記第１温度センサにより検出された前記熱源の温度と前記第２温度センサにより検出された前記冷媒の温度との関係及び前記閾値に基づいて、前記冷却異常の状態を検出する
冷却異常検出装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記熱源の温度と前記冷媒の温度との温度差が前記閾値より大きい場合に、前記冷却異常の状態であると判定する
請求項１に記載の冷却異常検出装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記冷媒の流量が所定の流量値未満から前記所定の流量値以上へと変わる場合に、前記閾値を第１閾値から第２閾値へと切り替え、前記冷媒の流量が前記所定の流量値以上から前記所定の流量値未満へと変わる場合に、前記閾値を前記第２閾値から前記第１閾値へと切り替え、
前記第１閾値は前記第２閾値よりも大きい
請求項２に記載の冷却異常検出装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記冷媒の流量が増えるにつれて、前記冷媒の流量と負の比例関係を保つように前記閾値を設定する
請求項２に記載の冷却異常検出装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、前記冷媒が流れる流路と、前記冷媒の流量を制御する制御信号に基づいて前記流路に前記冷媒を送るポンプとを含み、
前記コントローラは、前記制御信号に基づいて前記冷媒の流量を演算し、演算された前記冷媒の流量に基づいて前記閾値を設定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却異常検出装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記冷媒の温度に基づいて前記冷媒の流量を演算し、演算された前記冷媒の流量に基づいて前記閾値を設定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却異常検出装置。
【請求項７】
前記冷却装置は、前記冷媒が流れる流路と、前記冷媒の流量を検出する流量センサとを含み、
前記コントローラは、前記流量センサにより検出された前記冷媒の流量に基づいて前記閾値を設定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却異常検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機駆動システムと、流体を用いて回転電機駆動システムを冷却する冷却装置と、冷却装置の回転電機駆動システムに対する冷却能力の変動に応じて回転電機駆動システムを制御する制御装置と、回転電機駆動システムの温度を検知する第１の温度センサと、流体の温度を検知する第２の温度センサとを備える車両駆動システムが開示されている（特許文献１）。制御装置は、回転電機駆動システムと流体の温度差に応じて冷却能力を判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、流体の流量によって流体の温度が変わることを考慮していないため、冷却装置が冷却異常の状態であることを適切に検出できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、冷媒の流量に応じて冷却装置が冷却異常の状態であることを適切に検出できる冷却異常検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、冷却装置が冷却異常の状態であるか否かを判定する閾値を冷媒の流量に応じて設定し、第１温度センサにより検出された熱源の温度と第２温度センサにより検出された冷媒の温度との関係と閾値に基づいて、冷却装置が冷却異常の状態であることを判定することで、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却装置が冷却異常の状態であることを適切に検出する冷却異常検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る冷却異常検出装置を含む冷却異常検出システムの構成を示す概要図である。
【図２】図２は、外部コントローラが水温により流量を制御する制御方法の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、温度差について冷却水の流量特性を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例に係る冷却異常検出装置が冷却装置の状態を誤検出することを説明するためのグラフである。
【図５】図５は、比較例に係る冷却異常検出装置が冷却異常の状態を検出した際の半導体素子の温度について説明するためのグラフである。
【図６】図６は、ポンプ制御信号による閾値の設定方法を示す一例である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る冷却異常検出装置の冷却異常判定処理フローを示すフローチャートである。
【図８】図８は、冷却装置の冷却異常時における半導体素子及び温度差のシミュレーション結果である。
【図９】図９は、ポンプ制御信号による閾値の設定方法を示す一例である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る冷却異常検出装置を含む冷却異常検出システムの構成を示す概要図である。
【図１１】図１１は、水温による閾値の設定方法を示す一例である。
【図１２】図１２は、水温による閾値の設定方法を示す一例である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る冷却異常検出装置を含む冷却異常検出システムの構成を示す概要図である。
【図１４】図１４は、流量による閾値の設定方法を示す一例である。
【図１５】図１５は、流量による閾値の設定方法を示す一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る冷却異常検出装置１００を含む冷却異常検出システム１１０の構成を示す概要図である。本実施形態に係る冷却異常検出システム１１０は、冷却異常検出装置１００と外部コントローラ１０１とを備える。冷却異常検出システム１１０は、例えば、電動車両に搭載される。本実施形態においては、冷却異常検出システム１１０は、バッテリの電力を使用してモータ駆動する電動車両に適用されている。なお、冷却異常検出システム１１０は、電動車両への適用に限定されない。
【００１１】
外部コントローラ１０１は、冷却装置２０を制御する装置である。外部コントローラ１０１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を備えている。外部コントローラ１０１は、ポンプ２１及び第２温度センサ２５と電気的に接続されている。外部コントローラ１０１には、第２温度センサ２５により検出された冷却水の水温Ｔｗが入力される。後述するが、冷却水は流路２２を流れる冷媒である。外部コントローラ１０１はポンプ２１にポンプ制御信号ＷＰを出力する。外部コントローラ１０１は、ポンプ制御信号ＷＰをポンプ２１へ出力することで、ポンプ２１が送る冷却水の流量を制御する。ポンプ制御信号ＷＰはポンプ２１が送る冷却水の流量を表した指令値であり、ポンプ２１はポンプ制御信号ＷＰで表される流量分の冷却水を流路２２へ送る。
【００１２】
外部コントローラ１０１は、ポンプ２１の消費電力を抑制するために、ポンプ２１が送る流量が必要最低限となるようにポンプ２１を制御する。図２は、外部コントローラ１０１が水温Ｔｗにより流量を制御する制御方法の一例を示すグラフである。図２の縦軸は、ポンプ制御信号ＷＰで表される冷却水の流量を示し、横軸は水温Ｔｗを示す。外部コントローラ１０１は、図２に示すように、水温Ｔｗが水温Ｔｗ１より低い場合には、冷却水の流量がポンプ制御信号ＷＰ１となるように、ポンプ制御信号ＷＰを設定する。また、外部コントローラ１０１は、水温Ｔｗが水温Ｔｗ２（＞水温Ｔｗ１）より高い場合には、冷却水の流量がポンプ制御信号ＷＰ２（＞ポンプ制御信号ＷＰ１）となるように、ポンプ制御信号ＷＰを設定する。さらに、外部コントローラ１０１は、水温Ｔｗが水温Ｔｗ１から水温Ｔｗ２の間の範囲内である場合には、冷却水の流量がポンプ制御信号ＷＰ１からポンプ制御信号ＷＰ２の範囲内で表される流量であって、冷却水の流量が水温Ｔｗと比例する関係の流量となるように、ポンプ制御信号ＷＰを設定する。これにより、流路２２を流れる冷却水の流量は抑制され、ポンプ２１の消費電力を抑制できる。
【００１３】
また、外部コントローラ１０１は、インバータ１０及びモータ（図示なし）と電気的に接続されており、外部コントローラ１０１はモータからのトルク指令値に基づいてインバータ１０を制御する。外部コントローラ１０１は、パワーモジュール１１の半導体素子のスイッチング動作を制御することでインバータ１０を制御する。
【００１４】
再び、図１に戻り、冷却異常検出装置１００について説明する。
【００１５】
冷却異常検出装置１００は冷却装置２０が冷却異常の状態であるか否かを判定する冷却異常検出装置である。冷却異常検出装置１００は、冷却装置２０とコントローラ３０とを備える。
【００１６】
冷却装置２０はインバータ１０を冷却するための冷却装置である。図１では、点線で囲まれた範囲のブロックは冷却装置２０を示している。
【００１７】
インバータ１０は、パワーモジュール１１を搭載している電力変換装置である。インバータ１０は少なくともバッテリ、モータ、コントローラ３０、及び外部コントローラ１０１と電気的に接続されている。インバータ１０には、外部コントローラ１０１からの制御信号が入力信号として入力される。インバータ１０は、当該制御信号によりバッテリから供給される直流電力を交流に変換してモータに当該交流電力を供給する（力行動作）。また、インバータ１０は、モータの回転数が減速すると、モータから供給される交流電力を直流電力に変換して、バッテリに当該直流電力を供給する（回生動作）。例えば、インバータ１０が３相インバータである場合に、インバータ１０は、直流電力を３相交流電力に変換してモータに３相交流電力を供給する。
【００１８】
パワーモジュール１１は、半導体素子から構成されたスイッチング回路である。パワーモジュール１１は、外部コントローラ１０１からの制御信号により、スイッチング動作を行う。これにより、インバータ１０は上述した力行動作及び回生動作を行う。半導体素子がスイッチング動作を行うと、半導体素子には電流が流れるため、半導体素子は発熱する。発熱した半導体素子の温度は半導体素子を保護する保護温度範囲外になり、インバータ１０の動作は異常動作となる。そのため、冷却装置２０により半導体素子を冷却する必要がある。本実施形態では、パワーモジュール１１はインバータ１０における熱源となる。なお、半導体素子には、例えば、ＳｉＣパワー半導体が挙げられる。
【００１９】
冷却装置２０は、ポンプ２１、流路２２、ラジエータ２３、第１温度センサ２４、及び第２温度センサ２５を含んでいる。
【００２０】
ポンプ２１は、冷却水を流路２２に送るためのウォーターポンプである。ポンプ２１は、コントローラ３０と電気的に接続されており、コントローラ３０から出力されたポンプ制御信号ＷＰに基づいて冷却水の流量を変更する。
【００２１】
流路２２は、冷却水が流れる流路である。本実施形態においては、冷却水はインバータ１０を冷却するための冷媒である。そのため、流路２２は、ポンプ２１から送られる冷却水がインバータ１０を冷却するようにインバータ１０の周囲に設けられている。そして、流路２２はインバータ１０の熱を含んだ冷却水がラジエータ２３に送られるように設けられている。さらに、流路２２はラジエータ２３を通過した冷却水が再びポンプ２１に送られるように設けられている。つまり、流路２２は、図１に示すように、冷却水が循環するように設けられている。なお、インバータ１０を冷却する冷媒としては、冷却水に限られず、冷却オイルや冷媒ガスであってもよい。
【００２２】
ラジエータ２３は、冷却水の熱を放熱するための装置である。インバータ１０の熱を含んだ冷却水はラジエータ２３により放熱される。そして、ラジエータ２３で放熱された冷却水は流路２２によりポンプ２１へ送られる。ラジエータ２３がインバータ１０の熱を冷却水を介して放熱すことで、冷却装置２０はインバータ１０を冷却する。
【００２３】
第１温度センサ２４は、パワーモジュール１１の温度を検出するための温度センサである。第１温度センサ２４は、図１に示すように、パワーモジュール１１の内側に設置されている。第１温度センサ２４は、検出した温度をパワーモジュール温度Ｔｓとしてコントローラ３０に出力する。
【００２４】
第２温度センサ２５は、冷却水の温度を検出するための温度センサである。本実施形態においては、第２温度センサ２５は、図１に示すように、インバータ１０の周囲に設けられた流路２２に設置されている。第２温度センサ２５は、検出した温度を水温Ｔｗとしてコントローラ３０に出力する。
【００２５】
コントローラ３０は、冷却装置２０が冷却異常である状態か否かを検出する装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を備えている。コントローラ３０は、冷却装置２０が冷却異常である状態か否かを検出するための機能ブロックとして、異常検出部３１及び閾値演算部３２を備えている。
【００２６】
ここで、冷却装置２０の冷却異常の状態について説明する。冷却装置２０の冷却異常の状態としては、例えば、流路２２を流れる冷却水の流量の不足により、冷却装置２０がインバータ１０を十分に冷却できていない状態が挙げられる。例えば、流路２２が詰まると、冷却水が流れなくなる状態又は冷却水が不足する状態になり、冷却装置２０はインバータ１０を十分に冷却できない状態になる。また、冷却装置２０の冷却異常の状態としては、例えば、第１温度センサ２４、第２温度センサ２５が正常動作せずに、検出温度が異常値を示す状態が挙げられる。さらに、冷却装置２０の冷却異常の状態としては、例えば、ポンプ２１、ラジエータ２３の異常動作が挙げられる。加えて、ポンプ２１の異常動作には、ポンプ２１自体の異常動作に限らず、コントローラ３０とポンプ２１間の接続不良が挙げられる。続いて、コントローラ３０の各機能について説明する。
【００２７】
異常検出部３１は、冷却装置２０が冷却異常の状態である状態か否かを判定する。異常検出部３１には、第１温度センサ２４により検出されたパワーモジュール温度Ｔｓ、第２温度センサ２５により検出された水温Ｔｗ，及び閾値演算部３２で演算された閾値ΔＴｔｈが入力される。閾値ΔＴｔｈについては後述するが、冷却装置２０が冷却異常の状態である状態か否かを判定するための閾値である。異常検出部３１は、パワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗとの関係及び閾値ΔＴｔｈに基づいて冷却異常の状態を検出する。具体的には、異常検出部３１は、パワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗの温度差ΔＴ（＝Ｔｓ−Ｔｗ）を演算し、温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈより大きい場合に、冷却異常の状態であると判定する。異常検出部３１は、温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈ以下の場合に、正常状態であると判定する。なお、冷却異常の状態であると判定する方法は、温度差ΔＴと閾値ΔＴｔｈとを比較する方法に限られない。例えば、異常検出部３１は、パワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗの比率を演算し、当該比率と閾値ΔＴｔｈとを比較する方法により、冷却異常の状態であると判定してもよい。
【００２８】
次に、図３を用いて、温度差ΔＴについて冷却水の流量特性を説明する。図３は、温度差ΔＴについて冷却水の流量特性を示すグラフである。図３に示すグラフの縦軸は温度を示し、横軸は冷却水の流量を示すグラフである。図３に示す温度差ΔＴｅｘはパワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗとの温度差ΔＴを示している。図３に示すグラフは、温度差ΔＴｅｘが冷却水の流量に対してどのように推移するかを示すグラフである。図３に示すように、冷却水の流量が流量ＦＲ１から流量ＦＲ２まで増加すると、温度差ΔＴｅｘは温度差ΔＴ１から温度差ΔＴ２まで減少する。さらに、冷却水の流量が流量ＦＲ２から流量ＦＲ３まで増加すると、温度差ΔＴｅｘは温度差ΔＴ２から温度差ΔＴ３まで減少する。つまり、冷却水の流量が増加するにつれて、パワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗとの温度差が小さくなることを示している。これは、インバータ１０と冷却水との熱交換には、冷却水の流量が関係しているためである。
【００２９】
ここで、本実施形態とは異なり、冷却異常の状態を判定する閾値ΔＴｔｈを固定する場合の比較例に係る冷却異常検出装置について、図４、５を用いて説明する。比較例に係る冷却異常検出装置は、本実施形態に係るコントローラ３０と異なるコントローラを備えている点以外については、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００と同様の構成である。以降の説明においては、比較例に係るコントローラは、本実施形態におけるコントローラ３０の異常検出部３１と同様の機能を有しているものとして説明する。
【００３０】
図４は、比較例に係る冷却異常検出装置が冷却装置２０の状態を誤検出することを説明するためのグラフである。図４に示すグラフは、閾値ΔＴｔｈ１以外は、図３に示すグラフと同様であるため、説明は省略する。図４に示す閾値Ｔｔｈ１は、上述した閾値の一例（温度差ΔＴ３＜閾値ΔＴｔｈ１＜温度差ΔＴ２）を示している。例えば、図４に示すように、冷却水の流量と無関係に閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ１で固定する。冷却水の流量が流量ＦＲ３の時には、温度差ΔＴ３が閾値ΔＴｔｈ１以下であるため、比較例に係るコントローラは冷却装置２０が正常状態であると判定する。そして、パワーモジュール１１が冷却装置２０により冷却されると、水温Ｔｗが下がるため、外部コントローラ１０１はポンプ２１の消費電力を抑制するために、冷却水の流量は流量ＦＲ３から流量ＦＲ２へ減少させるように、ポンプ２１を制御する。冷却水の流量が流量ＦＲ２の時には、温度差ΔＴ２が閾値ΔＴｔｈ１より大きいため、比較例に係るコントローラは冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定する。つまり、閾値ΔＴｔｈを固定値（例えば、図５に示す閾値ΔＴｔｈ１）に設定すると、比較例に係るコントローラは、冷却装置２０が正常状態にも関わらず冷却異常の状態であると誤検出してしまう。
【００３１】
図５は、比較例に係る冷却異常検出装置が冷却異常の状態を検出した際の半導体素子の温度について説明するためのグラフである。図５に示すグラフは、閾値ΔＴｔｈ２、温度差ΔＴｏｖｅｒ以外は、図３に示すグラフと同様であるため、説明は省略する。図５では、流量ＦＲ１（＜流量ＦＲ２，ＦＲ３）は、冷却水の流量の仕様下限値を示している。閾値ΔＴｔｈ２は温度差ΔＴ１より大きな値の閾値の一例であり、冷却水の流量が当該仕様下限値であっても冷却装置２０の冷却異常の状態を判定することができる閾値ΔＴｔｈを示している。例えば、閾値ΔＴｔｈを閾値Ｔｔｈ２で固定すると、冷却水の流量が流量ＦＲ１の時には、温度差ΔＴ１が閾値ΔＴｔｈ２以下であるため、比較例に係るコントローラは冷却装置２０が正常状態であると判定する。そして、冷却水の流量が流量ＦＲ２（＞流量ＦＲ１）の時には、温度差ΔＴ２が閾値ΔＴｔｈ２以下であるため、比較例に係るコントローラは、冷却装置２０が正常状態であると判定する。ここで、冷却装置２０の冷却異常の状態を検出した際の半導体素子の温度について説明する。例えば、冷却水の流量が流量ＦＲ３の時に、パワーモジュール１１の半導体素子が何らかの原因で発熱して温度上昇し、温度差ΔＴが温度差ΔＴ３より大きくなるとする。図５に示すように、半導体素子の発熱により温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈ２より大きい温度差ΔＴｏｖｅｒになると、比較例に係るコントローラは、冷却装置２０が冷却異常の状態と判定する。つまり、温度差ΔＴが温度差ΔＴｏｖｅｒになるまで半導体素子が温度上昇しないと、比較例に係るコントローラは冷却装置２０が冷却異常の状態と判定しない。そのため、比較例に係るコントローラが冷却異常の状態を検出した際には、半導体素子の温度は保護温度範囲を超えている可能性がある。つまり、閾値ΔＴｔｈを固定値（例えば、図５に示す閾値ΔＴｔｈ２）に設定すると、冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定した際に、半導体素子を保護できない可能性がある。
【００３２】
このように、閾値ΔＴｔｈを固定すると、冷却装置２０の状態について誤検出し、又は冷却異常検出時における半導体素子を十分に保護できないため、閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて適切に設定する必要がある。本実施形態の冷却異常検出装置１００は、コントローラ３０の閾値演算部３２により閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて適切に設定する。
【００３３】
再び、図１に戻り、コントローラ３０の機能について説明する。
【００３４】
閾値演算部３２には、外部コントローラ１０１からポンプ制御信号ＷＰが入力される。閾値演算部３２は、冷却装置２０が冷却異常である状態であるか否かを判定する閾値ΔＴｔｈを演算する。また、閾値演算部３２は、演算した閾値ΔＴｔｈを異常検出部３１へ出力する。本実施形態においては、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰに基づいて閾値ΔＴｔｈを演算する。閾値演算部３２は、まず、ポンプ制御信号ＷＰで表される冷却水の流量を演算する。例えば、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰと冷却水の流量との関係を予めマップとしてＲＡＭに蓄積しておくことで、ポンプ制御信号ＷＰから冷却水の流量を演算する。本実施形態においては、ポンプ制御信号ＷＰと冷却水の流量との関係は１対１の関係として説明する。そして、閾値演算部３２は、演算した冷却水の流量が予め設定される所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。なお、ポンプ制御信号ＷＰと冷却水の流量との関係は１対１の関係に限定されない。
【００３５】
図６は、ポンプ制御信号ＷＰによる閾値ΔＴｔｈの設定方法を示す一例である。図６に示すグラフの縦軸は閾値ΔＴｔｈを示し、横軸はポンプ制御信号ＷＰで表される冷却水の流量を示す。閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰが予め設定される所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。図６に示すように、例えば、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰが予め設定される所定値ＷＰ３以上になると、すなわち、冷却水の流量が所定値以上になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ３から閾値ΔＴｔｈ４（＜閾値ΔＴｔｈ３）へ切り替える。反対に、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰが予め設定される所定値ＷＰ３未満になると、すなわち、冷却水の流量が所定値未満になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ４から閾値ΔＴｔｈ３へ切り替える。
【００３６】
次に、コントローラ３０が冷却装置２０の冷却異常を検出した場合に実行する機能について説明する。コントローラ３０は、提示装置（図示しない）と外部コントローラ１０１と接続されている。コントローラ３０は、異常検出部３１で冷却装置２０の冷却異常の状態を検出すると、冷却装置２０に対する保護動作を実施する。コントローラ３０は、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを示す信号を、提示装置に出力する。提示装置は、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを、ディスプレイに示したりランプで点灯させることで、電動車両の運転手に知らせる。また、コントローラ３０は、パワーモジュール１１の半導体素子に流す電流を制限することを示す信号を、外部コントローラ１０１に出力する。コントローラ３０は、冷却装置２０の冷却異常の状態によりインバータ１０が異常状態となる前にフェールセーフ処理を実行する。
【００３７】
図７は、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００の冷却異常判定処理フローを示すフローチャートである。なお、図７に示す冷却異常判定処理は、コントローラ３０により、一定の時間間隔で繰り返し行われる。
【００３８】
まず、ステップＳ１０１では、コントローラ３０の閾値演算部３２は閾値ΔＴｔｈを演算する。図４に示すように、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰが予め設定される所定値ＷＰ３以上の場合には、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ４に設定し、ポンプ制御信号ＷＰが予め設定される所定値ＷＰ３未満の場合には、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ３（＞閾値ΔＴｔｈ４）に設定する。そして、閾値演算部３２は、コントローラ３０の異常検出部３１に演算した閾値ΔＴｔｈを出力する。
【００３９】
ステップＳ１０２では、第１温度センサ２４はパワーモジュール温度Ｔｓを検出し、第２温度センサ２５は水温Ｔｗを検出する。そして、第１温度センサ２４はパワーモジュール温度Ｔｓを異常検出部３１に出力する。第２温度センサ２５は水温Ｔｗを異常検出部３１に出力する。
【００４０】
ステップＳ１０３では、コントローラ３０の異常検出部３１はパワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗとの温度差ΔＴを演算する。ステップＳ１０４では、コントローラ３０の異常検出部３１は温度差ΔＴと閾値ΔＴｔｈとを比較する。具体的には、コントローラ３０の異常検出部３１は温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈより大きいか否かを判定する。温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈより大きい場合には、ステップＳ１０５へ進み、温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈ以下の場合には、ステップＳ１０６へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０５では、コントローラ３０の異常検出部３１は冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定する。そして、コントローラ３０はインバータ１０に対する保護動作を実施する。例えば、コントローラ３０は、提示装置に冷却異常の状態を示す信号を出力する。また、コントローラ３０は、パワーモジュール１１の半導体素子に流れる電流を制限する信号を外部コントローラ１０１に出力する。ステップＳ１０６では、コントローラ３０の異常検出部３１は冷却装置２０が正常状態であると判定する。
【００４２】
次に、冷却異常検出装置１００を電動車両に適用した場合のシミュレーション結果を用いて、本発明の効果を説明する。図８は、冷却異常時における半導体素子及び温度差ΔＴのシミュレーション結果である。図８に示すシミュレーション結果の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。冷却水の流量が０［ｌ／ｍ］の状態、すなわち、流路２２の水詰まりが起きた状態（冷却異常時）を条件としてシミュレーションを実施した。
【００４３】
冷却異常時における半導体素子は、図８に示すＳ＿０のように、時間に対して温度変化する。すなわち、半導体素子は温度Ｔｓ＿ｍｉｎからスタートし、スタート直後に大きく温度上昇する。その後、半導体素子は時間経過とともにスタート直後よりも緩やかに温度上昇する。そして、時間が時間ｔ＿ｍａｘまで経過すると、半導体素子は保護温度の上限温度Ｔｓ＿ｍａｘに到達する。冷却異常時における温度差ΔＴは、図８に示す温度差ΔＴ＿０のように、時間に対して温度変化する。すなわち、温度差ΔＴ＿０は温度０［℃］からスタートし、時間経過とともに、ほぼ一定の温度上昇率を保ったまま温度上昇する。
【００４４】
閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ＿０（＞０［℃］）に設定すると、冷却異常時における温度差ΔＴは、時間ｔ＿ｄｅｔにおいて、閾値ΔＴｔｈ＿０と交差する。すなわち、冷却異常時における温度差ΔＴは、時間ｔ＿ｄｅｔにおいて、温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈ＿０より大きくなる。そのため、当該時間ｔ＿ｄｅｔにおいて、コントローラ３０の異常検出部３１は冷却装置２０が冷却異常の状態であることを検出する。
【００４５】
ここで、仮に、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ＿０より大きい閾値ΔＴｔｈ＿ｍａｘに設定した場合について説明する。閾値ΔＴｔｈ＿ｍａｘは、半導体素子が保護温度の上限温度Ｔｓ＿ｍａｘになる時に、コントローラ３０の異常検出部３１は冷却装置２０が冷却異常の状態であること検出する閾値である。このため、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ＿ｍａｘに設定すると、冷却異常が検出された際において半導体素子は保護温度の上限温度Ｔｓ＿ｍａｘになり、半導体素子は十分に保護されない。
【００４６】
本実施形態では、コントローラ３０の閾値演算部３２により、時間ｔ＿ｄｅｔにおける閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ＿ｍａｘより低い閾値ΔＴｔｈ＿０に設定している。そのため、冷却異常が検出された際において（ｔ＿ｄｅｔにおいて）、半導体素子は保護温度の上限温度Ｔｓ＿ｍａｘより低い温度になる。つまり、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ＿ｍａｘより低い閾値ΔＴｔｈ＿０に設定することで、コントローラ３０の異常検出部３１は、半導体素子が保護温度の上限温度Ｔｓ＿ｍａｘを超える前に、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを検出する。言い換えると、冷却装置２０の冷却異常を検出した時間ｔ＿ｄｅｔの時点で、半導体素子は保護温度の範囲内であり、半導体素子は十分に保護されている。
【００４７】
さらに、冷却装置２０が正常状態であって、冷却水の流量が仕様下限値における温度差ΔＴは、図８に示す温度差ΔＴ＿ｌｏｗのように、時間に対して温度変化する。すなわち、温度差ΔＴ＿ｌｏｗは温度０［℃］からスタートし、時間経過とともに、温度差ΔＴ＿０の温度上昇率よりも低い温度上昇率を保ったまま温度上昇する。温度差ΔＴ＿ｌｏｗの温度上昇率は、冷却異常時における温度差ΔＴ＿０の温度上昇率より低い。そのため、時間ｔ＿ｄｅｔの時点で、冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定するために、閾値ΔＴｔｈを温度差ΔＴ＿ｌｏｗより高い閾値ΔＴｔｈ＿０に設定すると、温度差ΔＴ＿ｌｏｗは、閾値ΔＴｔｈ＿０と交差しない。すなわち、冷却装置２０が正常状態であって、冷却水の流量が仕様下限値であっても、冷却異常検出装置１００は、誤って冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定しない。つまり、冷却異常検出装置１００は冷却装置２０が正常な状態であるにも関わらず冷却装置２０の状態について誤検出しない。
【００４８】
このように、本発明の効果をシミュレーションにより確認することができた。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００は、冷却水を循環させてパワーモジュール１１を冷却する冷却装置２０と、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを検出するコントローラ３０とを備える。コントローラ３０は、冷却装置２０が冷却異常の状態であるか否かを判定する閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて設定する。そして、コントローラ３０は、第１温度センサ２４により検出されたパワーモジュール温度Ｔｓと第２温度センサ２５により検出された水温Ｔｗとの関係及び閾値ΔＴｔｈに基づいて、冷却装置２０の冷却異常の状態を検出する。これにより、冷却水の流量に応じて冷却装置２０が冷却異常の状態であることを適切に検出できる。その結果、冷却装置２０の状態を誤検出することを防ぎ、かつ、冷却異常の状態の検出時における半導体素子を保護することができる。
【００５０】
また、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００において、コントローラ３０は、パワーモジュール温度Ｔｓと水温Ｔｗとの温度差ΔＴが閾値ΔＴｔｈより大きい場合に、冷却装置２０が冷却異常の状態であると判定する。これにより、パワーモジュール１１の半導体素子が発熱すると、パワーモジュール温度Ｔｓは半導体素子の発熱に応じて温度上昇するため、温度差ΔＴが冷却装置２０の冷却異常の状態を判定する閾値ΔＴｔｈよりも大きくなる。その結果、適切に冷却装置２０の冷却異常の状態を検出できる。
【００５１】
さらに、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００において、冷却装置２０は、冷却水が流れる流路２２と、冷却水の流量を制御するポンプ制御信号ＷＰに基づいて流路２２に冷却水を送るポンプ２１とを含む。そして、コントローラ３０は、ポンプ制御信号ＷＰに基づいて冷却水の流量を演算し、演算した冷却水の流量に基づいて閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、ポンプ２１が送る冷却水の流量に応じて適切な閾値ΔＴｔｈを設定することができる。その結果、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを冷却水の流量に応じて適切に検出できる。さらに、ポンプ２１の異常状態及びポンプ２１と外部コントローラ１０１間の接続不良についても冷却異常の状態として検出できる。
【００５２】
加えて、本実施形態に係る冷却異常検出装置１００において、コントローラ３０は、冷却水の流量が予め設定される所定値を超えるか否かで閾値ΔＴｔｈを切り替える。これにより、冷却装置２０の冷却異常の状態を判定する閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて設定することができる。
【００５３】
上述した実施形態では、コントローラ３０の閾値演算部３２は、図６に示すような設定方法により閾値ΔＴｔｈを設定する構成を例示したが、この構成に限定されない。図９は、ポンプ制御信号ＷＰによる閾値ΔＴｔｈの設定方法を示す一例である。図９に示す縦軸及び横軸は、図６に示す縦軸及び横軸と同じであるため、説明は省略する。閾値演算部３２は、図９に示すように、ポンプ制御信号ＷＰで表される冷却水の流量が増加すると、一定の割合で減少するように閾値ΔＴｔｈを設定する。具体的には、閾値演算部３２は、ポンプ制御信号ＷＰと負の比例関係を保つように閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、冷却水の流量の変化に追従した閾値ΔＴｔｈを設定することができるため、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを高い精度で判定することができる。
【００５４】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る冷却異常検出装置２００を含む冷却異常検出システム２１０について説明する。図１０は、第２実施形態に係る冷却異常検出装置２００を含む冷却異常検出システム２１０の構成を示す概要図である。本実施形態に係る冷却異常検出システム２１０は、冷却異常検出装置２００と外部コントローラ１０１とを備える。本実施形態に係る冷却異常検出装置２００は、第１実施形態に係る冷却異常検出装置１００と同様の構成を有し、以下に説明する動作以外は、第１実施形態と同様に動作する。
【００５５】
コントローラ４０は、第１実施形態に係るコントローラ３０と比べて、閾値演算部４２を備えていること及び閾値演算部４２には外部コントローラ１０１からポンプ制御信号ＷＰが入力されないこと以外は同様の構成を備えているため、説明は省略する。
【００５６】
閾値演算部４２には、第２温度センサ２５の検出温度である水温Ｔｗが入力される。閾値演算部４２は、冷却装置２０が冷却異常である状態であるか否かを判定する閾値ΔＴｔｈを演算する。また、閾値演算部４２は、演算した閾値ΔＴｔｈを異常検出部３１へ出力する。本実施形態においては、閾値演算部４２は、水温Ｔｗに基づいて閾値ΔＴｔｈを演算する。閾値演算部４２は、まず、水温Ｔｗで表される冷却水の流量を演算する。例えば、閾値演算部４２は、水温Ｔｗと冷却水の流量との関係を予めマップとしてＲＡＭに蓄積しておくことで、水温Ｔｗから冷却水の流量を演算する。本実施形態においては、水温Ｔｗと冷却水の流量との関係は１対１の関係として説明する。そして、閾値演算部４２は、演算した冷却水の流量が予め設定する所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。なお、水温Ｔｗと冷却水の流量との関係は１対１の関係に限定されない。
【００５７】
図１１は、水温Ｔｗによる閾値ΔＴｔｈの設定方法を示す一例である。図１１に示すグラフの縦軸は閾値ΔＴｔｈを示し、横軸は水温Ｔｗを示す。閾値演算部４２は、図１１に示すように、水温Ｔｗが予め設定される所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。図１１に示すように、例えば、閾値演算部４２は、水温Ｔｗが予め設定される所定値Ｔｗ３以上になると、すなわち、冷却水の流量が所定値以上になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ５から閾値ΔＴｔｈ６（＜閾値ΔＴｔｈ５）へ切り替える。反対に、閾値演算部４２は、水温Ｔｗが予め設定される所定値Ｔｗ３未満になると、すなわち、冷却水の流量が所定値未満になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ６から閾値ΔＴｔｈ５へ切り替える。これにより、冷却装置２０の冷却異常の状態を判定する閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて設定することができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係る冷却異常検出装置２００において、コントローラ４０は、水温Ｔｗに基づいて冷却水の流量を演算し、演算した冷却水に基づいて閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、冷却水の水温に応じて適切な閾値ΔＴｔｈを設定することができる。その結果、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを冷却水の流量に応じて適切に検出できる。
【００５９】
上述した実施形態では、コントローラ４０の閾値演算部４２は、図１１に示すように閾値ΔＴｔｈを設定する構成を例示したが、この構成に限定されない。図１２は、水温Ｔｗによる閾値ΔＴｔｈの設定方法を示す一例である。図１２に示す縦軸及び横軸は、図１１に示す縦軸及び横軸と同じであるため、説明は省略する。閾値演算部４２は、図１２に示すように、水温Ｔｗで冷却水の流量が増加すると、一定の割合で減少するように閾値ΔＴｔｈを設定する。具体的には、閾値演算部４２は、水温Ｔｗと負の比例関係を保つように閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、冷却水の流量の変化に追従して閾値ΔＴｔｈを設定することができるため、冷却装置２０が冷却異常の状態であることを高い精度で判定することができる。
【００６０】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る冷却異常検出装置３００を含む冷却異常検出システム３１０について説明する。図１３は、第３実施形態に係る冷却異常検出装置３００を含む冷却異常検出システム３１０の構成を示す概要図である。本実施形態に係る冷却異常検出システム３１０は、冷却異常検出装置３００と外部コントローラ１０１とを備える。本実施形態に係る冷却異常検出装置３００は、冷却装置５０とコントローラ６０とを備える。
【００６１】
冷却装置５０は、第１実施形態に係る冷却装置２０と比べて、流量センサ５１を備えていること以外は同様の構成を備えているため、説明は省略する。
【００６２】
流量センサ５１は、冷却水の流量を検出する流量センサである。流量センサ５１は、流路２２に流れる冷却水の流量を測定するために、例えば、図１３に示すように、ポンプ２１直近の流路２２に設置されている。なお、流量センサ５１はポンプ２１直近の流路２２に限らず、流路２２内であれば何処に設置してもよい。また、ポンプ２１又はラジエータ２３の内部に取り付けてもよい。流量センサ５１は、検出量を流量ＦＲとしてコントローラ６０に出力する。
【００６３】
コントローラ６０は、第１実施形態に係るコントローラ３０と比べて、閾値演算部６２を備えていること及び閾値演算部６２には外部コントローラ１０１からポンプ制御信号ＷＰが入力されないこと以外は同様の構成を備えているため、説明は省略する。
【００６４】
閾値演算部６２には、流量センサ５１の検出量である流量ＦＲが入力される。閾値演算部６２は、冷却装置５０が冷却異常である状態であるか否かを判定する閾値ΔＴｔｈを演算する。また、閾値演算部６２は、演算した閾値ΔＴｔｈを異常検出部３１へ出力する。本実施形態においては、閾値演算部６２は、流量ＦＲに基づいて閾値ΔＴｔｈを演算する。閾値演算部６２は、流量ＦＲが予め設定する所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。
【００６５】
図１４は、流量ＦＲによる閾値ΔＴｔｈの設定方法を示す一例である。図１４に示すグラフの縦軸は閾値ΔＴｔｈを示し、横軸は流量ＦＲを示す。閾値演算部６２は、図１４に示すように、流量ＦＲが予め設定される所定値を超えるか否かで、閾値ΔＴｔｈを切り替える。図１４に示すように、例えば、閾値演算部６２は、流量ＦＲが予め設定される所定値ＦＲ４以上になると、すなわち、冷却水の流量が所定値以上になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ７から閾値ΔＴｔｈ８（＜閾値ΔＴｔｈ７）へ切り替える。反対に、閾値演算部６２は、流量ＦＲが予め設定される所定値ＦＲ４未満になると、すなわち、冷却水の流量が所定値未満になると、閾値ΔＴｔｈを閾値ΔＴｔｈ８から閾値ΔＴｔｈ７へ切り替える。これにより、冷却装置５０の冷却異常の状態を判定する閾値ΔＴｔｈを冷却水の流量に応じて設定することができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係る冷却異常検出装置３００において、冷却装置５０は流量センサ５１を含み、コントローラ６０は、流量ＦＲに基づいて閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、冷却装置５０が冷却異常の状態であることを冷却水の流量に応じて適切に検出できる。
【００６７】
上述した実施形態では、コントローラ６０の閾値演算部６２は、図１４に示すように閾値ΔＴｔｈを設定する構成を例示したが、この構成に限定されない。図１５は、流量ＦＲによる閾値ΔＴｔｈの設定を示す一例である。図１５に示す縦軸及び横軸は、図１４に示す縦軸及び横軸と同じであるため、説明は省略する。閾値演算部６２は、図１５に示すように、流量ＦＲが増加すると、一定の割合で減少するように閾値ΔＴｔｈを設定する。具体的には、閾値演算部６２は、流量ＦＲと負の比例関係を保つように閾値ΔＴｔｈを設定する。これにより、冷却水の流量の変化に追従して閾値ΔＴｔｈを設定することができるため、冷却装置５０が冷却異常の状態であることを高い精度で判定することができる。
【００６８】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態では、コントローラ３０、４０、６０は、ポンプ制御信号ＷＰ、水温Ｔｗ、流量ＦＲそれぞれにより閾値ΔＴｔｈを演算する構成を例示したが、この構成に限定されず、ポンプ制御信号ＷＰ、水温Ｔｗ、流量ＦＲを全て組み合わせて閾値ΔＴｔｈを演算する構成にしてもよい。例えば、コントローラは、ポンプ制御信号ＷＰから演算した冷却水の流量と、水温Ｔｗから演算した冷却水の流量と、流量ＦＲとを平均し、平均した冷却水の流量を用いて閾値ΔＴｔｈを設定してもよい。また、コントローラは、ポンプ制御信号ＷＰ、水温Ｔｗ、流量ＦＲのうち２つ以上を用いて閾値ΔＴｔｈを演算する構成にしてもよい。例えば、コントローラは、ポンプ制御信号ＷＰから演算した冷却水の流量と、水温Ｔｗから演算した冷却水の流量とを平均し、平均した冷却水の流量を用いて閾値ΔＴｔｈを設定してもよい。
【００７０】
さらに、上述した実施形態では、冷却異常検出装置は、インバータの冷却装置について冷却異常の状態を検出する構成を例示したが、この構成に限定されず、例えば、車両が内燃機関のみを動力とするエンジン車両である場合には、エンジンの冷却装置について冷却異常の状態を検出する構成としてもよい。この場合において、エンジンは熱源となる。また、バッテリの冷却装置について冷却異常の状態を検出する構成としてもよい。この場合において、バッテリは熱源となる。さらに、冷却異常検出装置は、車両に限らず、例えば、パソコンのＣＰＵの冷却装置について冷却の異常を検出する構成としてもよい。この場合において、冷却装置は冷却水を用いてＣＰＵを冷却し、ＣＰＵは熱源となる。
【００７１】
上記の冷却水は本発明の冷媒に相当し、上記のパワーモジュール１１の半導体素子は本発明の熱源に相当し、上記のポンプ制御信号ＷＰは本発明の制御信号に相当し、所定値ＷＰ３、Ｔｗ３、ＦＲ４は本発明の所定の流量値に相当し、閾値ΔＴｔｈ３、ΔＴｔｈ５、ΔＴｔｈ７は本発明の第１閾値に相当し、閾値ΔＴｔｈ４、ΔＴｔｈ６、ΔＴｔｈ８は本発明の第２閾値に相当する。
【符号の説明】
【００７２】
１０・・・インバータ
１１・・・パワーモジュール
２０・・・冷却装置
２１・・・ポンプ
２２・・・流路
２３・・・ラジエータ
２４・・・第１温度センサ
２５・・・第２温度センサ
３０・・・コントローラ
３１・・・異常検出部
３２・・・閾値演算部
１００・・・冷却異常検出装置
１０１・・・外部コントローラ
１１０・・・冷却異常検出システム
【図１】
2018042414.tif 000003
【図２】
2018042414.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018042414.tif 000006
【図５】
2018042414.tif 000007
【図６】
2018042414.tif 000008
【図７】
2018042414.tif 000009
【図８】
2018042414.tif 000010
【図９】
2018042414.tif 000011
【図１０】
2018042414.tif 000012
【図１１】
2018042414.tif 000013
【図１２】
2018042414.tif 000014
【図１３】
2018042414.tif 000015
【図１４】
2018042414.tif 000016
【図１５】
2018042414.tif 000017