(57)【要約】【課題】冷却装置の駆動エネルギーを節約する。【解決手段】温度センサ５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４内部に設けられている半導体デバイスの温度Ｔを検出する。車両制御装置１１は、検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１より高くなると、冷却装置６の冷媒量をＨ（Ｈｉｇｈ）とし、第２の所定温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より低くなると、冷却装置６の冷媒量をＬ（Ｌｏｗ）とする。また、冷却装置６の冷媒量がＨの状態で、検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下になってから、所定時間が経過した場合も、冷却装置６の冷媒量をＨからＬに変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物を第１の冷却度合および前記第１の冷却度合より冷却度合が弱い第２の冷却度合の少なくとも２段階で切り換えて冷却可能な冷却手段と、
前記冷却対象物の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出される温度が第１の所定温度より高くなると、前記冷却手段の冷却度合を前記第１の冷却度合とし、前記冷却手段の冷却度合が前記第１の冷却度合に設定されている状態で、前記温度検出手段によって検出される温度が前記第１の所定温度より低い第２の所定温度より低くなると、前記冷却手段の冷却度合を前記第２の冷却度合に変更する制御手段と、
前記制御手段によって、前記冷却手段の冷却度合が前記第１の冷却度合に設定されると、時間の計測を開始する計時手段とを備え、
前記制御手段は、前記計時手段によって計測される時間が所定時間を経過すると、前記冷却手段の冷却度合を前記第２の冷却度合に変更することを特徴とする冷却装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置の制御装置において、
前記計時手段は、前記冷却手段の冷却度合が前記第１の冷却度合に設定された後、前記温度検出手段によって検出される温度が前記第１の所定温度以下になると、時間の計測を開始することを特徴とする冷却装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷却装置の制御装置において、
前記冷却対象物は、ＤＣ−ＤＣコンバータの内部に設けられている半導体デバイスであることを特徴とする冷却装置の制御装置。
【請求項４】
冷却対象物の温度が第１の所定温度より高くなると、冷却対象物を冷却する冷却装置の冷却度合を第１の冷却度合とし、前記冷却装置の冷却度合が前記第１の冷却度合に設定されている状態で、前記冷却対象物の温度が前記第１の所定温度より低い第２の所定温度より低くなると、前記冷却装置の冷却度合を前記第１の冷却度合より冷却度合が弱い第２の冷却度合に変更する冷却装置の制御方法において、
前記冷却装置の冷却度合が前記第１の冷却度合に設定されると、時間の計測を開始し、
前記計測時間が所定時間を経過すると、前記冷却装置の冷却度合を前記第２の冷却度合に変更することを特徴とする冷却装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却対象物を冷却する冷却装置の冷却度合を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却対象物であるＣＰＵの温度を検出し、検出した温度がＴ２以上になると、ペルチェ素子と電動ファンを用いてＣＰＵの冷却を行い、検出した温度がＴ１（Ｔ１＜Ｔ２）以下になると、電動ファンのみを用いてＣＰＵの冷却を行うＣＰＵの温度制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の温度制御装置では、冷却対象物の温度がＴ２以上に上昇して、ペルチェ素子と電動ファンを用いてＣＰＵの冷却を行っている時に、冷却対象物の温度がＴ１以下に低下しない場合には、ペルチェ素子に電流を供給し続けることになるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による冷却装置の制御装置および冷却装置の制御方法は、冷却対象物の温度が第１の所定温度より高くなると、冷却対象物を冷却する冷却装置の冷却度合を第１の冷却度合とし、冷却装置の冷却度合が第１の冷却度合に設定されている状態で、冷却対象物の温度が第１の所定温度より低い第２の所定温度より低くなると、冷却装置の冷却度合を第１の冷却度合より冷却度合が弱い第２の冷却度合に変更するものであって、冷却装置の冷却度合が第１の冷却度合に設定されると、時間の計測を開始し、計測時間が所定時間を経過すると、冷却装置の冷却度合を第２の冷却度合に変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による冷却装置の制御装置および冷却装置の制御方法によれば、冷却装置の冷却度合を第１の冷却度合に設定した後、冷却対象物の温度が第２の所定温度より低くならなくても、冷却装置の冷却度合を第１の冷却度合に設定してから所定時間が経過すると、冷却度合の弱い第２の冷却度合に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、一実施の形態における冷却装置の制御装置を適用したハイブリッド自動車の電源系の主要構成図である。高圧バッテリ１の電圧は、一般的に２００〜４００Ｖ程度であり、図示しない車両駆動用モータに供給されたり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４で降圧されて、負荷１０に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、高圧バッテリ１の直流電圧を降圧して、補機バッテリ７や負荷１０に供給する。補機バッテリ７の電圧は、一般的に１４Ｖ程度であり、負荷１０に供給される。負荷１０は、エンジン点火装置やヘッドライト等の照明装置、ワイパなどの電気負荷である。
【０００８】
高圧バッテリ１とＤＣ−ＤＣコンバータ４との間には、リレー２，３が設けられている。リレー２，３は、車両システム起動時にオンし、停止時にオフすることにより、停止時にＤＣ−ＤＣコンバータ４に高圧バッテリの電圧が印加されないようにしている。また、補機バッテリ７と負荷１０との間には、ヒューズ８，９が設けられている。ヒューズ８，９は、負荷短絡時に流れる短絡電流を遮断して、電線や負荷１０を保護する。車両制御装置１１は、車両の各種制御を行う装置であり、ＣＰＵ１１ａ、メモリ１１ｂ、および、タイマ１１ｃを備え、リレー２，３のオン／オフ制御、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の制御、および、後述する冷却装置６の制御を行う。
【０００９】
温度センサ５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４内部に設けられている半導体デバイスの温度を検出する。この半導体デバイスは、変圧のために設けられているスイッチングデバイスであって、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴであり、一般的にジャンクション温度１２５℃〜１５０℃が限界温度とされている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４に電流が流れると、内部の半導体デバイスは自己発熱によって温度が上昇する。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ４、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の内部に設けられている半導体デバイスを冷却するために、冷却装置６が設けられている。
【００１０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４内部に設けられている半導体デバイスは、アルミ材のヒートシンクに取り付けられており、そのヒートシンクを冷却装置６で冷却することにより、半導体デバイスの温度上昇を抑制する。冷却装置６は、風冷方式のものでも水冷方式のものでもよい。例えば、風冷方式であれば、冷却装置６は電動ファンであり、電動ファンでヒートシンクに風を送る。この場合、風が冷媒となって、ヒートシンクの熱を放熱する。また、水冷方式の場合には、電動ポンプでヒートシンクに水を送ることにより、ヒートシンクを冷却する。この場合、水が冷媒となって、ヒートシンクの熱を放熱する。なお、車両システム起動後、冷却装置６には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４で降圧された高圧バッテリ１の電圧が供給される。
【００１１】
車両制御装置１１は、温度センサ５によって検出される半導体デバイスの温度に基づいて、半導体デバイスを冷却装置６で冷却する際の冷却度合を変更する。本実施の形態では、温度センサ５によって検出される温度に応じて、冷却装置６でヒートシンクを冷却する際の冷媒量をＨ（Ｈｉｇｈ），Ｌ（Ｌｏｗ）（Ｌ＜Ｈ）の２段階で変化させることにより、冷却装置６の冷却度合を変更する。具体的には、温度センサ５により検出される温度が第１の所定温度Ｔ１より高くなると、冷媒量をＨとし、冷媒量がＨの状態で、温度センサ５により検出される温度が第２の所定温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より低くなると、冷媒量をＬとする。ただし、冷媒量をＨに設定した後、温度センサ５により検出される温度が第１の所定温度Ｔ１以下に低下してから所定時間が経過すると、温度センサ５により検出される温度が第２の所定温度Ｔ２より低くなっていなくても、冷媒量をＬに変更する。なお、冷却装置６の冷媒量の初期値は、Ｌとなっている。
【００１２】
なお、第１の所定温度Ｔ１は、半導体デバイスのジャンクション温度が限界温度に達しないような温度を実験などによって予め求めて設定しておく。また、第２の所定温度Ｔ２も、実験などによって得られる適切な値を予め設定しておく。
【００１３】
図２は、一実施の形態における冷却装置の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両制御装置１１は、車両が起動すると、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０では、温度センサ５によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の内部に設けられている半導体デバイスの温度Ｔを検出し、ステップＳ２０に進む。
【００１４】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で検出した温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１より高いか否かを判定する。検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下であると判定するとステップＳ１０に戻り、第１の所定温度Ｔ１より高いと判定するとステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、冷却装置６の冷媒量をＬからＨに変更して、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、温度センサ５によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の内部に設けられている半導体デバイスの温度Ｔを再び検出し、ステップＳ５０に進む。
【００１５】
ステップＳ５０では、ステップＳ４０で検出した温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。冷却装置６の冷媒量をＨに変更したことにより、半導体デバイスの温度が低下し、半導体デバイスの検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下に低下したと判定すると、ステップＳ６０に進み、検出温度Ｔがまだ第１の所定温度Ｔ１より高いと判定するとステップＳ４０に戻る。ステップＳ６０では、タイマ１１ｃによる計時をスタートさせて、ステップＳ７０に進む。
【００１６】
ステップＳ７０では、ステップＳ６０で計時をスタートさせたタイマ１１ｃの計測時間が所定時間を経過したか否かを判定する。所定時間は、例えば、冷却時の半導体デバイスの温度変化や、冷却装置６の冷媒量をＨとした時の電力消費量などに基づいて、適切な値を予め求めて設定しておく。タイマ１１ｃの計測時間が所定時間を経過したと判定すると、ステップＳ１００に進み、所定時間を経過していないと判定すると、ステップＳ８０に進む。
【００１７】
ステップＳ８０では、温度センサ５によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の内部に設けられている半導体デバイスの温度Ｔを検出して、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、ステップＳ８０で検出した半導体デバイスの温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２より低いか否かを判定する。検出温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以上であると判定するとステップＳ７０に戻り、第２の所定温度Ｔ２より低いと判定すると、ステップＳ１００に進む。
【００１８】
ステップＳ１００では、タイマ１１ｃの計測値を０にリセットして、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、冷却装置６の冷媒量をＨからＬに変更して、ステップＳ１０に戻る。
【００１９】
図３は、一実施の形態における冷却装置の制御装置を適用した場合の、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の内部に設けられている半導体デバイスの温度変化の一例を示す図である。半導体デバイスの温度Ｔが上昇して、時刻Ｔaにおいて、第１の所定温度Ｔ１より高くなると、冷却装置６の冷媒量がＬからＨに変更される。この後、半導体デバイスの温度Ｔが低下するが、温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２より低下する前に、タイマ１１ｃによって計測される時間が所定時間を経過したため、時刻Ｔbにおいて、冷却装置６の冷媒量がＨからＬに変更される。
【００２０】
図４は、半導体デバイスの温度のみに基づいて、冷却装置６の冷媒量を変化させる従来の制御装置を適用した場合の半導体デバイスの温度変化の一例を示す図である。半導体デバイスの温度Ｔが上昇して、時刻Ｔcにおいて、第１の所定温度Ｔ１より高くなると、冷却装置６の冷媒量がＬからＨに変更される。この後、半導体デバイスの温度Ｔが低下するが、温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２より低下しないため、冷却装置６の冷媒量はＨに設定されたままとなる。この場合、冷却装置６は、冷媒量Ｌの時に比べて駆動エネルギーの大きい冷媒量Ｈの状態で作動し続けることになり、エネルギー消費量が大きくなる。
【００２１】
第１の実施の形態における冷却装置の制御装置によれば、冷却対象物であるＤＣ−ＤＣコンバータ４内部に設置されている半導体デバイスの温度が第１の所定温度Ｔ１より高くなると、半導体デバイスを冷却する冷却装置６の冷却度合を第１の冷却度合（冷媒量Ｈ）とし、半導体デバイスの温度が第２の所定温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より低くなると、冷却装置６の冷却度合を第２の冷却度合（冷媒量Ｌ：Ｌ＜Ｈ）とする。また、冷却装置６の冷却度合が第１の冷却度合に設定された後、半導体デバイスの温度が第１の所定温度Ｔ１以下になると、タイマ１１ｃによる計時を開始し、計測されている時間が所定時間を経過すると、冷却装置６の冷却度合を第２の冷却度合に変更するようにした。これにより、冷却装置６の冷却度合を第１の冷却度合（冷媒量Ｈ）に設定している状態で、半導体デバイスの温度が第２の所定温度Ｔ２より低くならなくても、半導体デバイスの温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下になってから所定時間が経過すると、冷却装置６の冷却度合を第２の冷却度合（冷媒量Ｌ）に変更するので、冷却装置６の駆動エネルギーを節約することができる。例えば、冷却装置６の駆動電源をバッテリとしているシステムにおいては、バッテリの消費電力を抑制することができる。
【００２２】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、冷却装置６の冷却方式は、上述した風冷方式や水冷方式に限定されることはなく、例えば、油を冷媒とする油冷方式でもよいし、他の液体を冷媒とする方式であってもよい。また、風冷方式の場合の冷却装置６の一例として電動ファンを挙げたが、圧縮機のようなものであってもよい。すなわち、冷却装置６は、冷却対象物を第１の冷却度合および第１の冷却度合より冷却度合が弱い第２の冷却度合の少なくとも２段階で切り換えて冷却可能な装置であればよい。
【００２３】
図２に示すフローチャートでは、冷却装置６の冷媒量をＨに設定した後（ステップＳ３０）、半導体デバイスの検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下に低下すると、タイマ１１ｃによる計時を開始した。しかし、図３に示すように、冷媒量をＨに変更すると、冷却対象物の温度がすぐに低下するような場合には、冷却装置６の冷媒量がＬからＨに変更されると、タイマ１１ｃによる計時を開始するようにしてもよい。すなわち、冷却装置の冷媒量がＬからＨに変更されてから所定時間が経過すると、冷媒量をＨからＬに変更する。ただし、冷媒量をＨに変更した後、、冷却対象物の温度が第１の所定温度Ｔ１以下に低下するまでに時間がかかるような場合には、冷却対象物の検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以下に低下してから、タイマ１１ｃによる計時を開始する方が好ましい。
【００２４】
冷却対象物は、車両に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ４内に設置されている半導体デバイスに限定されることはない。例えば、インバータ内部に設置されている半導体デバイスであってもよいし、エンジンや車両駆動用モータ、高圧バッテリ等でもよい。また、本発明による冷却装置の制御装置は、車両に限らず、車両以外のシステムに適用することもできる。例えば、発電所における発電機の冷却装置や、変電所における変圧器の冷却装置、各種工場におけるモータの冷却装置などに適用することができる。
【００２５】
温度センサ５は、冷却対象物である半導体デバイスの温度を検出したが、半導体デバイス周辺のヒートシンクや基板の温度を検出してもよいし、冷媒の温度を検出してもよい。
【００２６】
上述した一実施の形態では、冷却装置の冷却度合、すなわち、冷媒量をＨおよびＬの２段階で切り換えることができるものとして説明したが、Ｈ（Ｈｉｇｈ），Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ），Ｌ（Ｌｏｗ）の３段階で切り換えるようにしてもよい。この場合、上述したＨとＬの冷媒量の切り換え時の制御方法を、ＨとＭの冷媒量の切り換え時、および、ＭとＬの冷媒量の切り換え時に、適用することができる。また、冷却度合を４段階以上で切り換える冷却装置にも、同様の制御を適用することができる。
【００２７】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、冷却装置６が冷却手段を、温度センサ５が温度検出手段を、車両制御装置１１が制御手段を、タイマ１１ｃが計時手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施の形態における冷却装置の制御装置を適用したハイブリッド自動車の電源系の主要構成図
【図２】一実施の形態における冷却装置の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート
【図３】一実施の形態における冷却装置の制御装置を適用した場合の、ＤＣ−ＤＣコンバータの内部に設けられている半導体デバイスの温度変化の一例を示す図
【図４】半導体デバイスの温度のみに基づいて、冷却装置の冷媒量を変化させる従来の装置を適用した場合の半導体デバイスの温度変化の一例を示す図
【符号の説明】
【００２９】
１…高圧バッテリ、２，３…リレー、４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５…温度センサ、６…冷却装置、７…補機バッテリ、８，９…ヒューズ、１０…負荷、１１…車両制御装置、１１ａ…ＣＰＵ、１１ｂ…メモリ、１１ｃ…タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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