(57)【要約】【課題】電気自動車の様々な制御モードに対応しつつ、冷媒の流量を最適化できる車両用冷却回路の制御装置を提供する。【解決手段】本願は車両に搭載される複数の高電圧コンポーネントの車両用冷却回路の制御装置に関する。  冷却回路は、熱交換器と熱交換する冷媒が循環することで複数の高電圧コンポーネントを冷却可能であり、車両の制御モードに応じて選択可能な複数の循環ルートを有する。冷却回路の冷媒は、循環ルートに対応する制御マップに応じて制御される電動ポンプによって循環される。制御マップはハーディクロス法を用いて作成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される複数の高電圧コンポーネントの車両用冷却回路の制御装置であって、
前記複数の高電圧コンポーネント、及び、熱交換器と熱交換する冷媒が循環し、前記車両の制御モードに応じて複数の循環ルートを有する冷却回路と、
前記冷却回路の前記冷媒を循環させる電動ポンプと、
前記循環ルートに対応する制御マップに応じて前記電動ポンプを制御する電動ポンプ制御部と、
を含み、
前記制御マップはハーディクロス法を用いて作成されている、車両用冷却回路の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される高電圧コンポーネントを冷却する車両用冷却回路の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリに充電された電力を用いて走行する電気自動車では、バッテリをはじめ、高電圧コンポーネントが搭載される。高電圧コンポーネントでは動作時に発熱が生じるため、電気自動車には、これらの高電圧コンポーネントを冷却するための冷却回路が備えられている。この種の冷却回路では、電動ポンプを用いて冷媒の循環が行われるが、冷却に係るエネルギ効率を最適化する観点から、より最適な冷媒流量となるように電動ポンプを制御することが望ましい。
【０００３】
例えば特許文献１には、電気自動車のモータ及びインバータを冷却するための冷却回路の一例が開示されている。この文献では、モータ及びインバータは、冷媒が流れる単一の循環回路上に直列に配置されており、当該循環回路上に設けられた電動ポンプから冷媒が圧送されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７０４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、単一の循環回路上にモータ及びインバータのようなコンポーネントが直列に配置された比較的シンプルな構成であるが、実際の電気自動車では、制御モードに応じて動作する複数のコンポーネントが備えられた複雑なものになることがある。特に、制御モードの変化に応じて、動作するコンポーネントも変化する場合には、制御モードに応じて流路の切り替えが行われる。この場合、各流路において生じる圧損を考慮して電動ポンプを適切に制御しないと電力消費が増え、航続距離が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
本願の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、電気自動車の様々な制御モードに対応しつつ、冷媒の流量を最適化できる車両用冷却回路の制御装置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】
本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用冷却回路の制御装置は上記課題を解決するために、車両に搭載される複数の高電圧コンポーネントの車両用冷却回路の制御装置であって、前記複数の高電圧コンポーネント、及び、熱交換器と熱交換する冷媒が循環し、前記車両の制御モードに応じて複数の循環ルートを有する冷却回路と、前記冷却回路の前記冷媒を循環させる電動ポンプと、前記循環ルートに対応する制御マップに応じて前記電動ポンプを制御する電動ポンプ制御部と、を含み、前記制御マップはハーディクロス法を用いて作成されている。
【０００８】
上記構成によれば、車両の制御モードに応じた複数の循環ルートを有する冷却回路を流れる冷媒を圧送する電動ポンプは、予め用意された制御マップに基づいて制御される。この制御マップは、ハーディクロス法を用いることにより、各循環ルートに適した流量が規定されている。そのため、電動装置では、制御モードに適した流量制御が可能となり、無駄な電力消費を抑え、電気自動車の航続距離を効果的に伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用冷却回路の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の電動ポンプの流量・圧力を決定するための制御マップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１１】
図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用冷却回路の全体構成を示す模式図である。
車両１は、走行用動力源としてモータ２を備える電気自動車である。車両１には、モータ２を駆動するための電力が充電された数１００Ｖ系電源であるバッテリ４が搭載されている。バッテリ４には直流電力が蓄積されており、不図示のインバータ回路によって交流変換された後、モータ２に供給される。また減速時や降坂時にはモータ２を回生駆動させることにより交流電力を発電し、インバータ回路によって整流して直流化し、バッテリ４に蓄積可能となっている。
【００１２】
また車両１には、数１００Ｖ系電源であるバッテリ４の電力を、ＶＣＵ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等の制御ユニットの１２Ｖ系電源に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ６が搭載されている。
【００１３】
上述したモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６は、数１００Ｖ系の高電圧コンポーネントであり、その動作時に発熱を生じる。そのため、これらを冷却するための冷却回路８が車両１に搭載されている。冷却回路８は、これらの高電圧コンポーネントを冷却するための冷媒が流れる循環回路であって、冷媒と熱交換可能な複数の熱交換器１０を含んでいる。
【００１４】
本実施形態では、複数の熱交換器１０として、外気（走行風）との熱交換によって冷媒を冷却可能なラジエータ１０ａと、冷温媒体（不図示）との熱交換によって冷媒を冷却可能なチラー１０ｂと、高温媒体との熱交換によって冷媒を昇温可能なヒータ１０ｃと、が含まれる。これらラジエータ１０ａ、チラー１０ｂ及びヒータ１０ｃは、車両に対してあらかじめ設定された制御モードに対応した循環ルートを形成する。
【００１５】
具体的に説明すると、冷却回路８では、冷却対象となるモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６が、冷媒の流れに対して互いに直列に配置されている。そして、ラジエータ１０ａ、チラー１０ｂ及びヒータ１０ｃは、それぞれモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６に対して直列に配置されており、且つ、互いに並列に配列されている。これにより、ラジエータ１０ａ、モータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を通る第１循環ルートＲ１と、チラー１０ｂ、モータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を通る第２循環ルートＲ２と、ヒータ１０ｃ、モータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を通る第３循環ルートＲ３と、が形成されている。
【００１６】
これら第１循環ルートＲ１、第２循環ルートＲ２及び第３循環ルートＲ３は、それぞれの流路分岐点に設けられた切替バルブＶ１〜Ｖ４が開閉されることにより、いずれか一つが選択可能に構成されている。このような切替バルブＶ１〜Ｖ４の開閉操作によるルート選択は、後述するコントローラ１００の循環ルート選択部１０４からの制御信号に基づいて実施される。
【００１７】
ラジエータ１０ａを通る第１循環ルートＲ１が選択される第１制御モードは、冷却回路８を流れる冷媒を冷却する必要があり、且つ、外気温度が所定閾値より低い場合に実施される。これによりラジエータ１０ａにて冷媒と外気とが熱交換することにより冷媒の温度が低下し、発熱を生じるモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を冷却できる。
【００１８】
チラー１０ｂを通る第２循環ルートＲ２が選択される第２制御モードは、冷却回路８を流れる冷媒を冷却する必要があり、且つ、外気温度が所定閾値以上である場合に実施される。この場合、外気温度が高いためラジエータ１０ａでは冷媒の冷却が難しいが、チラー１０ｂを動作させることによって、外気温度が高い場合であっても冷媒を十分に冷却できる。その結果、チラー１０ｂによって温度が低下した冷媒を用いて、発熱を生じるモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を冷却できる。
尚、チラー１０ｂの動作にはラジエータ１０ａに比べて多くの消費エネルギを要するが、チラー１０ｂの動作を外気温度が所定閾値以上である場合に制限することで、消費エネルギを抑えながらも、良好な冷却性能を確保することができる。
【００１９】
ヒータ１０ｃを通る第３循環ルートＲ３が選択される第３制御モードは、冷却回路８を流れる冷媒を昇温することで、例えば冷態始動時のようにモータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を暖気する必要がある場合に実施される。この場合、ヒータ１０ｃはバッテリ４の電力を消費することにより冷媒を加熱することで、モータ２、バッテリ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ６の暖気を促進し、車両１の迅速な始動を達成できる。
【００２０】
このような冷却回路８には、循環する冷媒を圧送するための電動ポンプ１２が設けられている。電動ポンプ１２はバッテリ４からの電力を消費して駆動することにより、所定の流量・圧力で冷媒を吐出する。
【００２１】
上述の構成を有する冷却回路８の動作は、コントローラ１００によって制御される。コントローラ１００は、電子演算装置から構成される冷却回路８のコントロールユニットであり、予めインストールされた所定のプログラムに従って動作することで冷却回路８の制御装置として機能する。
【００２２】
図１に示されるように、コントローラ１００は、制御モード選択部１０２と、循環ルート選択部１０４と、電動ポンプ制御部１０６と、を備える。制御モード選択部１０２は、車両状態に基づいて上述の第１乃至第３制御モードの選択を行う。循環ルート選択部１０４は、第１循環ルートＲ１、第２循環ルートＲ２及び第３循環ルートＲ３から制御モード選択部１０２で選択された制御モードに対応する循環ルートを選択するとともに、当該選択された循環ルートが実現されるように切替バルブＶ１〜Ｖ４の開閉操作を行う。
【００２３】
電動ポンプ制御部１０６は、電動ポンプ１２が吐出する冷媒の流量・圧力が所定値となるように、電動ポンプ１２を制御する。ここで電動ポンプ１２の流量・圧力は、循環ルート選択部１０４で選択された循環ルートに対応する制御マップ２０に応じて決定される。
【００２４】
ここで図２は図１の電動ポンプ１２の流量・圧力を決定するための制御マップ２０の一例である。この制御マップ２０では、横軸に電動ポンプ１２の流量が示されており、縦軸に電動ポンプ１２の吐出圧力が示されており、第１制御モード、第２制御モード及び第３制御モードに対応する特性が規定されている。
尚、図２の制御マップでは、電動ポンプ１２の回転数が一定となるラインが等高線状に示されている。
【００２５】
図２の制御マップ２０に規定される第１制御モード、第２制御モード及び第３制御モードに対応する特性は、それぞれハーディクロス法を用いて予め作成される。ハーディクロス法は、冷却回路８（第１循環ルートＲ１、第２循環ルートＲ２及び第３循環ルートＲ３）を構成する各管路の流量を未知数とし、閉管路毎の損失水頭の総和がゼロになるように流量を仮定しながら反復補正計算を行うことで、流量を求める方法である。
【００２６】
図２の制御マップ２０では、各制御モードに対応する流量が規定されているため、電動ポンプ制御部１０６は、予め作成された制御マップ２０を参照することで制御値となる流量・圧力を特定し、電動ポンプ１２を制御する。これにより、電動ポンプ１２は各制御モード（各循環ルート）に適した流量・圧力で冷媒を圧送できる。
【００２７】
このように第１循環ルートＲ１、第２循環ルートＲ２及び第３循環ルートＲ３を含む複雑な冷却回路８においても、ハーディクロス法に基づいて規定された制御マップ２０に基づいて電動ポンプ１２の流量を決定することで、各流路において生じる圧損を考慮した、適切な電動ポンプ１２の制御が可能となる。その結果、電動ポンプ１２を含む車両全体における電力消費を抑え、航続距離を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、車両に搭載される複数の高電圧コンポーネントの車両用冷却回路の制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  車両
２  モータ
４  バッテリ
６  コンバータ
８  冷却回路
１０  熱交換器
１０ａ  ラジエータ
１０ｂ  チラー
１０ｃ  ヒータ
１２  電動ポンプ
２０  制御マップ
１００  コントローラ
１０２  制御モード選択部
１０４  循環ルート選択部
１０６  電動ポンプ制御部
Ｒ１  第１循環ルート
Ｒ２  第２循環ルート
Ｒ３  第３循環ルート
【図１】
2019064381.tif 000003
【図２】
2019064381.tif 000004