(57)【要約】【課題】充電器及び電池における電力損失を考慮して充電器及び電池を最適に冷却することができる車載機器冷却システムを提供する。【解決手段】一定時間が経過する毎に、充電器及び電池による電力損失に基づくシステム全体の電力損失を算出する第１の演算制御部と、第１の演算制御部において前回算出されたシステム全体の電力損失と今回算出されたシステム全体の電力損失との差分であるシステム電力損失変化量を算出する第２の演算制御部と、前回制御した冷却ファンの回転数と現在制御している冷却ファンの回転数との差分であるファン回転数変化量を算出し、システム電力損失変化量及びファン回転数変化量に基づいて、冷却ファンの回転数を制御する第３の演算制御部と、を備え、第３の演算制御部は、ファン回転数変化量に対するシステム電力損失変化量が、正である場合には冷却ファンの回転数を下降させ、負である場合には冷却ファンの回転数を上昇させる。【選択図】図１
2019103273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却する車載機器冷却システムであって、
予め定めた一定時間が経過する毎に、前記充電器による電力損失と前記電池による電力損失とに基づくシステム全体の電力損失を算出する第１の演算制御部と、
前記第１の演算制御部において前回算出された前記システム全体の電力損失と今回算出された前記システム全体の電力損失との差分である、システム電力損失変化量を算出する第２の演算制御部と、
前回制御した前記冷却ファンの回転数と現在制御している前記冷却ファンの回転数との差分である、ファン回転数変化量を算出し、前記システム電力損失変化量及び前記ファン回転数変化量に基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する第３の演算制御部と、を備え、
前記第３の演算制御部は、前記ファン回転数変化量に対する前記システム電力損失変化量が、正である場合には前記冷却ファンの回転数を下降させ、負である場合には前記冷却ファンの回転数を上昇させる、
車載機器冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却する車載機器冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、同じ冷却ダクト内に充電器と電池とを配置し、１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却するシステムが開示されている。この冷却システムでは、冷却ダクト内の空気温度に基づいて、充電器及び電池を同時に冷却するか否かを判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０８８１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように、充電器は、本体の温度が高いほど導体の抵抗率が大きくなり電力損失が増大するが、電池は、本体の温度が低いほど内部抵抗値が大きくなり電力損失が増大する。すなわち、充電器と電池とは温度に関して相反する電力損失特性を示す。
【０００５】
このため、上記特許文献１に記載された冷却システムのように、充電器及び電池の電力損失を考慮することなく冷却ダクト内の空気温度に基づいて冷却要否を判断しているだけでは、所定の上限温度を超えないように制御はできるが、冷却システム全体の効率面では充電器及び電池を最適に冷却していない可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、充電器及び電池における電力損失を考慮して充電器及び電池を最適に冷却することができる車載機器冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却する車載機器冷却システムであって、予め定めた一定時間が経過する毎に、充電器による電力損失と電池による電力損失とに基づくシステム全体の電力損失を算出する第１の演算制御部と、第１の演算制御部において前回算出されたシステム全体の電力損失と今回算出されたシステム全体の電力損失との差分である、システム電力損失変化量を算出する第２の演算制御部と、前回制御した冷却ファンの回転数と現在制御している冷却ファンの回転数との差分である、ファン回転数変化量を算出し、システム電力損失変化量及びファン回転数変化量に基づいて、冷却ファンの回転数を制御する第３の演算制御部と、を備え、第３の演算制御部は、ファン回転数変化量に対するシステム電力損失変化量が、正である場合には冷却ファンの回転数を下降させ、負である場合には冷却ファンの回転数を上昇させる、ことを特徴とする。
【０００８】
この一態様の車載機器冷却システムでは、充電器の電力損失と電池の電力損失とに基づいてシステム全体の電力損失を算出し、このシステム全体の電力損失が前回から増加したか減少したかに従って、冷却ファンの回転数の上昇/下降を制御する。これにより、充電器及び電池の温度が車載機器冷却システムにおいて全体の電力損失が最も小さくなる温度を追従するように、冷却ファンの回転数を最適に制御して充電器及び電池を冷却することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明の車載機器冷却システムによれば、充電器及び電池における電力損失を考慮して充電器及び電池を最適に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る車載機器冷却システムの構成例を示す概略図
【図２】充電器の電力損失−温度特性の一例を示す図
【図３】電池の電力損失−温度特性の一例を示す図
【図４】車載機器冷却システムの電力損失−ファン回転数特性の一例を示す図
【図５】本発明の一実施形態に係る車載機器冷却システムが実行する冷却ファンの回転数制御処理の手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［概要］
本発明の車載機器冷却システムは、１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却するシステムである。このシステムでは、充電器及び電池の電力損失から求められるシステム全体の電力損失を算出し、このシステム全体の電力損失の変化量に基づいて冷却ファンの回転数の上昇/下降を制御する。これにより、システム全体の電力損失が最も小さくなるように充電器及び電池を最適に冷却することができる。
【００１２】
［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車載機器冷却システム１の構成例を示す概略図である。図１における本実施形態に係る車載機器冷却システム１は、充電器１１と、電池１２と、冷却ファン１３と、冷却ダクト１４と、電力センサー２１と、温度センサー２２と、電流センサー２３と、演算制御部２４と、を備えている。
【００１３】
充電器１１は、例えば、充電ケーブル（図示せず）を電源コンセントに接続して電池１２などを充電することができる構成である。充電器１１は、冷却風を流通させる車載機器冷却用の管である冷却ダクト１４内に設置される。この充電器１１は、図２に例示するように、本体の温度が高いほど導体の抵抗率が大きくなり損失が増大する損失特性を有している。充電器１１の限界温度は、一例として、低温が−３０℃、高温が１００℃である。
【００１４】
電池１２は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された駆動用バッテリーなどである。電池１２は、充電器１１と同じ冷却ダクト１４内に設置される。この電池１２は、図３に例示するように、本体の温度が低いほど内部抵抗値が大きくなり損失が増大する損失特性を有している。電池１２の限界温度は、一例として、低温が−１０℃、高温が５０℃である。
【００１５】
冷却ファン１３は、冷却ダクト１４内の所定の位置に設けられ、回転することによって充電器１１及び電池１２を冷却するための冷却風を冷却ダクト１４内に発生させることができる装置である。冷却ファン１３の回転数は、演算制御部２４によって制御される。
【００１６】
電力センサー２１は、充電器１１の入力電力Ｗｉｎ及び出力電力Ｗｏｕｔを測定できるように構成されている。この電力センサー２１で測定された充電器１１の入力電力Ｗｉｎ及び出力電力Ｗｏｕｔは、演算制御部２４に出力される。
【００１７】
温度センサー２２は、例えば電池１２の内部に設けられ、電池１２の温度を測定できるように構成されている。この温度センサー２２で測定された電池１２の温度は、演算制御部２４に出力される。
【００１８】
電流センサー２３は、電池１２へ流れる充電電流ＣＩを測定できるように構成されている。この電流センサー２３で測定された電池１２へ流れる充電電流ＣＩは、演算制御部２４に出力される。
【００１９】
演算制御部２４は、電力センサー２１、温度センサー２２、及び電流センサー２３でそれぞれ測定された充電器１１の入力電力Ｗｉｎ及び出力電力Ｗｏｕｔ、電池１２の温度Ｔ、及び電池１２へ流れる充電電流ＣＩを入力する。また、演算制御部２４は、電池１２の温度と経年数とから、電池１２の内部抵抗Ｒを推定する。例えば、電池１２単品における温度及び経年数と内部抵抗Ｒとを対応付けたマップを予め作成しておき、マップから電池１２の内部抵抗Ｒを推定することができる。
【００２０】
演算制御部２４は、これらの測定値及び推定値に基づいて、充電器電力損失Ｗｃｈｇ及び電池電力損失Ｗｂａｔを下記の式［１］及び式［２］に従って算出する。
Ｗｃｈｇ  ＝  Ｗｉｎ−Ｗｏｕｔ  …  ［１］
Ｗｂａｔ  ＝  ＣＩ２×Ｒ         …  ［２］
【００２１】
次に、演算制御部２４は、算出された充電器電力損失Ｗｃｈｇ及び電池電力損失Ｗｂａｔに基づいて、システム全体電力損失Ｗａｌｌを下記の式［３］に従って算出する。このシステム全体電力損失Ｗａｌｌは、一例として、図４のようなファン回転数−電力損失特性を示す。
Ｗａｌｌ  ＝  Ｗｃｈｇ＋Ｗｂａｔ  …  ［３］
【００２２】
そして、演算制御部２４は、算出したシステム全体電力損失Ｗａｌｌに基づいて、冷却ファン１３の回転数を制御することを行う。具体的には、演算制御部２４は、算出したシステム全体電力損失Ｗａｌｌをメモリ（図示せず）などに保持しており、前回算出したシステム全体電力損失Ｗａｌｌと今回算出したシステム全体電力損失Ｗａｌｌとの差分である、システム電力損失の変化量ΔＷａｌｌを算出する。また、演算制御部２４は、制御した冷却ファン１３の回転数をメモリ（図示せず）などに保持しており、前回制御した冷却ファン１３の回転数と現在制御中である冷却ファン１３の回転数との差分である、ファン回転数の変化量Δｆａｎを求める。
【００２３】
そして、演算制御部２４は、システム電力損失の変化量ΔＷａｌｌとファン回転数の変化量Δｆａｎとに基づいて、冷却ファン１３の回転数の上昇／下降を次に説明するように制御する。
【００２４】
［制御］
図５は、本実施形態に係る車載機器冷却システム１が実行する冷却ファン１３の回転数制御処理の手順を示すフローチャートである。この回転数制御処理は、車載機器冷却システム１が稼働している間、繰り返して実行される。
【００２５】
ステップＳ５０１：冷却ファン１３の回転数に初期値を設定する。この初期値は、任意に設定可能であるが、一例として冷却ファン１３の最大回転数（例えば５０００ｒｐｍ）の約半分（例えば２５００ｒｐｍ）とすることができる。
【００２６】
ステップＳ５０２：所定の時間Ｔの間、設定した回転数で冷却ファン１３を回転させる。この所定の時間Ｔは、任意に設定可能であるが、一例として電池１２の温度が安定する１分間とすることができる。設定した回転数によって冷却ファン１３を回転させた状態で所定の時間Ｔが経過すると、ステップＳ５０３に処理が進む。
【００２７】
ステップＳ５０３：充電器１１又は電池１２の温度が低温限界を下回るか否かを判断する。この低温限界は、例えば、充電器１１又は電池１２を正常かつ安全に動作させるための低温側の基準温度とすることができる。充電器１１又は電池１２の温度が低温限界を下回る場合は（Ｓ５０３、Ｙｅｓ）、ステップＳ５０４に処理が進む。一方、充電器１１又は電池１２の温度が低温限界を下回らない場合は（Ｓ５０３、Ｎｏ）、ステップＳ５０５に処理が進む。
【００２８】
ステップＳ５０４：冷却ファン１３の回転数をゼロに設定する。すなわち、冷却ファン１３による充電器１１及び電池１２の冷却を停止する。これにより、充電器１１及び電池１２の温度を急速に上昇させることができるので、システム故障を防ぐことができる。冷却ファン１３の回転数をゼロに設定すると、ステップＳ５０２に処理が戻る。
【００２９】
ステップＳ５０５：充電器１１又は電池１２の温度が高温限界を超えるか否かを判断する。この高温限界は、例えば、充電器１１又は電池１２を正常かつ安全に動作させるための高温側の基準温度とすることができる。充電器１１又は電池１２の温度が高温限界を超える場合は（Ｓ５０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ５０６に処理が進む。一方、充電器１１又は電池１２の温度が高温限界を超えない場合は（Ｓ５０５、Ｎｏ）、ステップＳ５０７に処理が進む。
【００３０】
ステップＳ５０６：冷却ファン１３の回転数を最大に設定する。すなわち、冷却ファン１３による最大能力で充電器１１及び電池１２を冷却する。これにより、充電器１１及び電池１２の温度を急速に下降させることができるので、システム故障を防ぐことができる。冷却ファン１３の回転数を最大に設定すると、ステップＳ５０２に処理が戻る。
【００３１】
ステップＳ５０７：電池１２の温度と経年数とに基づいて、電池１２の内部抵抗Ｒを推定する。この内部抵抗Ｒと電池１２へ流れる充電電流ＣＩとに基づいて、電池電力損失Ｗｂａｔを算出する。充電器１１の入力電力Ｗｉｎ及び出力電力Ｗｏｕｔに基づいて、充電器電力損失Ｗｃｈｇを算出する。充電器電力損失Ｗｃｈｇ及び電池電力損失Ｗｂａｔに基づいて、システム全体電力損失Ｗａｌｌを算出する。これらの推定及び算出の手法は、上述した通りである。
【００３２】
ステップＳ５０８：前回と今回のシステム全体電力損失Ｗａｌｌに基づいて、システム電力損失の変化量ΔＷａｌｌを算出する。前回と今回の冷却ファン１３の回転数に基づいて、ファン回転数の変化量Δｆａｎを算出する。これら変化量の算出手法は、上述した通りである。なお、処理開始後に最初に実行する際には、変化量ΔＷａｌｌ及び変化量Δｆａｎとして予め定めた初期値を用いればよい。
【００３３】
ステップＳ５０９：ファン回転数の変化量Δｆａｎに対するシステム電力損失の変化量ΔＷａｌｌが、「正」であるか「負」であるかを判断する。
【００３４】
より具体的には、前回よりもファン回転数を上昇させて（変化量Δｆａｎがプラス）所定の時間Ｔだけ回転させた結果、システム電力損失Ｗａｌｌが前回よりも増加した（変化量ΔＷａｌｌがプラス）場合、「正」であると判断する。また、前回よりもファン回転数を下降させて（変化量Δｆａｎがマイナス）所定の時間Ｔだけ回転させた結果、システム電力損失Ｗａｌｌが前回よりも減少した（変化量ΔＷａｌｌがマイナス）場合も、「正」であると判断する。一方、前回よりもファン回転数を上昇させて（変化量Δｆａｎがプラス）所定の時間Ｔだけ回転させた結果、システム電力損失Ｗａｌｌが前回よりも減少した（変化量ΔＷａｌｌがマイナス）場合、「負」であると判断する。また、前回よりもファン回転数を下降させて（変化量Δｆａｎがマイナス）所定の時間Ｔだけ回転させた結果、システム電力損失Ｗａｌｌが前回よりも増加した（変化量ΔＷａｌｌがプラス）場合も、「負」であると判断する。
【００３５】
例えば、ファン回転数を２５００ｒｐｍから２６００ｒｐｍに上昇させた結果（Δｆａｎ＝＋１００）、システム電力損失Ｗａｌｌが１０［Ｗ］から１１［Ｗ］に増加した（ΔＷａｌｌ＝＋１）場合は「正」であると判断し、システム電力損失Ｗａｌｌが１０［Ｗ］から９［Ｗ］に減少した（ΔＷａｌｌ＝−１）場合は「負」であると判断する。また、例えば、ファン回転数を２５００ｒｐｍから２４００ｒｐｍに下降させた結果（Δｆａｎ＝−１００）、システム電力損失Ｗａｌｌが１０［Ｗ］から１１［Ｗ］に増加した（ΔＷａｌｌ＝＋１）場合は「負」であると判断し、システム電力損失Ｗａｌｌが１０［Ｗ］から９［Ｗ］に減少した（ΔＷａｌｌ＝−１）場合は「正」であると判断する。
【００３６】
なお、ファン回転数を上昇又は下降させた結果、システム電力損失Ｗａｌｌが増加も減少もしない変化量ΔＷａｌｌが「ゼロ」である場合も勿論あり得る。この場合には、「正」及び「負」のいずれか一方の判断に含めて後述する処理を行えばよい。
【００３７】
ファン回転数の変化量Δｆａｎに対するシステム電力損失の変化量ΔＷａｌｌが「負」である場合は（Ｓ５０９、Ｎｏ）、ステップＳ５１０に処理が進む。一方、ファン回転数の変化量Δｆａｎに対するシステム電力損失の変化量ΔＷａｌｌが「正」である場合は（Ｓ５０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ５１１に処理が進む。
【００３８】
ステップＳ５１０：冷却ファン１３の回転数を１段階上昇させる。すなわち、冷却ファン１３による充電器１１及び電池１２の冷却性能を１段階高くする。この１段階の回転数は、任意に設定可能であるが、一例として１００ｒｐｍとすることができる。冷却ファン１３の回転数を１段階上昇して設定すると、ステップＳ５０２に処理が戻る。
【００３９】
ステップＳ５１１：冷却ファン１３の回転数を１段階下降させる。すなわち、冷却ファン１３による充電器１１及び電池１２の冷却性能を１段階低くする。この１段階の回転数は、任意に設定可能であるが、一例として１００ｒｐｍとすることができる。冷却ファン１３の回転数を１段階下降して設定すると、ステップＳ５０２に処理が戻る。
【００４０】
［作用・効果］
上述したように、本発明の一実施形態に係る車載機器冷却システム１によれば、充電器１１の電力損失Ｗｃｈｇと電池１２の電力損失Ｗｂａｔとに基づいてシステム全体の電力損失Ｗａｌｌを算出し、このシステム全体の電力損失Ｗａｌｌが前回から増加したか減少したかの変化量ΔＷａｌｌに従って、冷却ファン１３の回転数の上昇/下降を制御する。これにより、充電器１１及び電池１２の温度が車載機器冷却システム１において全体の電力損失Ｗａｌｌが最も小さくなる温度を追従するように、冷却ファン１３の回転数を最適に制御して充電器１１及び電池１２を冷却することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、電池１２の内部抵抗Ｒの推定に、温度センサー２２で測定した電池１２の内部温度を用いる例を示した。しかし、この温度以外にも、例えば、冷却ファン１３に取り込まれる吸気の温度や冷却ダクト１４の外側の外気温度を、電池１２の内部抵抗Ｒの推定に用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の車載機器冷却システムは、１つの冷却ファンを用いて充電器と電池とを同時に冷却するシステムに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１    車載機器冷却システム
１１  充電器
１２  電池
１３  ファン
１４  ダクト
２１  電力センサー
２２  温度センサー
２３  電流センサー
２４  演算制御部
【図１】
2019103273.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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