(57)【要約】【課題】電気自動車に搭載される冷却装置において、冷媒を送りだす電動ポンプを用いて、冷媒の流量を正確に推定する技術を提供する。【解決手段】冷却装置１００は、電気自動車に搭載される冷却装置である。冷却装置１００は、モータ１５とインバータ７とラジエータ６を一巡する冷媒流路２を備える。冷却装置１００は、さらに、冷媒を循環させる電動ポンプ１０と、電動ポンプの回転数を計測する回転数センサ４と、電動ポンプを制御するコントローラ１２を備える。コントローラ１２は、電動ポンプ１０に対して予め定められた出力指令値を与え、ポンプ回転数が安定した後に電動ポンプ１０への電力供給を停止し、冷媒の流れによって電動ポンプ１０が惰性で回転しているときの回転数から冷媒流路を流れる冷媒の流量を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車に搭載される冷却装置であり、
モータとインバータの少なくとも一方とラジエータを一巡する冷媒流路と、
冷媒を循環させる電動ポンプと、
電動ポンプの回転数を計測する回転数センサと、
電動ポンプを制御するコントローラと、
を備えており、
コントローラは、電動ポンプへの電力供給を停止し、冷媒の流れによって電動ポンプが惰性で回転しているときの回転数から冷媒流路を流れる冷媒の流量を推定することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
コントローラは、推定された冷媒の流量に基づいて、冷媒温度とポンプへの出力指令値の関係を定めた制御マップを修正することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
コントローラは、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも小さい場合は、冷媒温度に対するポンプへの出力指令値を増大させることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
コントローラは、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも大きい場合は、冷媒温度に対するポンプへの出力指令値を減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却装置。
【請求項５】
コントローラは、電動ポンプに予め定められた出力指令値を与え、ポンプ回転数が安定した後に、電動ポンプへの電力供給を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
コントローラは、電動ポンプへの電力供給を停止した後、ポンプ回転数が所定の回転数に低下するまでの低下率から、電力供給停止時の冷媒の流量を推定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
コントローラは、車両のメインスイッチがＯＮされたときに、冷媒の流量を推定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
コントローラは、冷媒温度が既定温度を超えたときに、冷媒の流量を推定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用の冷却装置に関する。本明細書における電気自動車には、燃料電池車、及び、車輪駆動用のモータとエンジンを共に有するハイブリッド車も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、車輪駆動用のモータやインバータ、あるいはバッテリを冷却するための冷却装置を備える。冷却装置は、モータなどの冷却対象のデバイスとラジエータとの間で冷媒を循環させる。冷媒を循環させるにはポンプを用いる。ポンプの出力を決定するには、ポンプの出力と冷却能力の関係を特定する必要がある。冷却能力は、流路を流れる冷媒の流量と相関がある。冷却装置は、流量の理論値に基づいて設計されるが、実際の流量は、冷却装置の製造時のばらつき、粘性など冷媒の違いによるばらつき、あるいは、経時劣化（流路へのよごれの付着などによる流路抵抗の増大）によって変化する。冷却装置の設計の際には、実際の流量の不確定さを許容するために、ポンプ出力は大きめに設定されていた。そこで、実際の冷却装置で冷媒の流量を計測（あるいは推定）し、その結果に基づいてポンプ出力を定めることができれば、過大なポンプ出力を設定する必要がなくなり消費電力を抑えることができる。冷媒の流量はポンプの回転数に相関することから、ポンプの回転数から冷媒の流量を推定する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、どのような処理によってポンプの回転数から冷媒の流量を推定するかまでは言及されていない。ポンプを駆動しているときの回転数では、冷媒の流れによる回転と、ポンプ自体の駆動力による回転とを分離することができず、正確な流量推定ができない。本明細書は、冷媒を送り出す電動ポンプを用いて、冷媒の流量を正確に推定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する冷却装置は、電気自動車に搭載される冷却装置であり、モータとインバータの少なくとも一方とラジエータを一巡する冷媒流路を備える。その冷却装置は、さらに、冷媒を循環させる電動ポンプと、電動ポンプの回転数を計測する回転数センサと、電動ポンプを制御するコントローラを備える。コントローラは、電動ポンプに対して予め定められた出力指令値を与え、ポンプ回転数が安定した後に電動ポンプへの電力供給を停止し、冷媒の流れによって電動ポンプが惰性で回転しているときの回転数から冷媒流路を流れる冷媒の流量を推定する。電動ポンプへの電力供給を停止することによって、ポンプ自体の駆動力による寄与をなくし、ポンプ回転数から流量を正確に推定することができる。
【０００６】
推定した流量は、通常のポンプ制御に反映される。即ち、コントローラは、推定された冷媒の流量に基づいて、冷媒温度とポンプ出力指令値の関係を定めた制御マップを修正する。具体的にはコントローラは、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも小さい場合は、冷媒温度に対するポンプ出力指令値を増大させる。あるいは、コントローラは、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも大きい場合は、冷媒温度に対するポンプ出力指令値を減少させる。別言すれば、コントローラは、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも小さい場合は冷媒温度に対するポンプへの出力指令値が増大するように制御マップを修正し、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも大きい場合は冷媒温度に対するポンプへの出力指令値が減少するように制御マップを修正する。推定した流量を通常のポンプ制御に反映することによって、冷媒温度に対するポンプ出力の適正化を図れる。なお、ポンプ出力指令値は、典型的には、電圧（あるいは電圧に相当するデューティ比）である。
【０００７】
流量は前述したように経年変化によって変わることがあるので、コントローラは、車両のメインスイッチがＯＮされたときに冷媒の流量を推定し、その結果を上記した制御マップに反映することが好ましい。あるいは、冷媒は温度によって粘性等の特性が変わることから、コントローラは、冷媒温度が既定の温度を超えたときに冷媒の流量を推定し、その結果を制御マップに反映することも好適である。
【０００８】
電力供給の停止直後では、ポンプを駆動状態から停止に切り換えたことの影響がポンプ回転数に現れる可能性がある。そこで、コントローラは、電動ポンプへの電力供給を停止した後、ポンプ回転数が所定の回転数に低下するまでの低下率から、電力供給停止直後の冷媒の流量を推定することも好適である。一瞬のデータだけでなく、ポンプ回転数が所定の回転数に低下するまでの経時的なデータから流量を推定すれば、流量をより一層正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】冷却装置のブロック図である。
【図２】冷媒温度と目標流量の関係の一例を示すグラフである。
【図３】目標流量とポンプ出力指令値との関係の一例を示すグラフである。
【図４】回転数の時間変化の一例を示すグラフである。
【図５】ポンプ出力指令値の修正処理を説明する図である。
【図６】制御マップ（冷媒温度とポンプへの出力指令値の関係を定めたグラフ）の修正の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、冷却装置１００のブロック図を示す。冷却装置１００は、車輪駆動用のモータ１５とエンジン（不図示）を備えるハイブリッド車に搭載されている。ハイブリッド車のエンジンとモータ１５は、ドライブトレイン１４のケース内に配置されている。なお、ドライブトレイン１４には、他に、動力分配器（不図示）が内蔵されている。動力分配器は、モータ１５の出力とエンジンの出力を分配／合成して車軸に伝えるギアセットである。インバータ７が、バッテリ（不図示）の直流電力を交流電力に変換し、モータ１５に供給する。インバータ７はまた、制動時にモータ１５が発生する回生電力（交流電力）を、バッテリの充電に適した直流電力に変換する機能も有する。
【００１１】
冷却装置１００は、インバータ７とモータ１５を冷却する。冷却装置１００は、インバータ７とモータ１５を一巡する冷媒流路２内に冷媒を循環させて、インバータ７とモータ１５を冷却する。なお、実施例のハイブリッド車では、厳密には、冷却装置１００の冷媒が直接モータ１５を冷却するのではない。モータ１５を内蔵したドライブトレイン１４には、オイルを冷媒とする独自の冷媒流路１６（及びポンプ１７）が備えられている。冷却装置１００の冷媒は、オイルクーラ９にてオイルの熱を奪う。即ち、冷却装置１００の冷媒は、別の冷媒（オイル）を介して間接的にモータ１５を冷却する。ただし、冷却装置１００によってモータ１５が冷却されるので、冷却装置１００はインバータ７とモータ１５を冷却するものであり、冷媒流路２は、インバータ７とモータ１５を一巡する、と表現してよい。また、冷却装置１００の冷媒は、例えばＬＬＣである。ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）とは、ラジエータ液と俗称されている冷媒であり、エチレングリコール等の不凍液である。
【００１２】
冷却装置１００の冷媒流路２には他に、ラジエータ６とリザーブタンク８とポンプ１０が備えられている。ラジエータ６は、車両が走行している間に受ける空気によって冷媒を冷却する。リザーブタンク８は、冷媒流路２を循環する冷媒を一時的に貯めておくタンクである。ポンプ１０は、冷媒を循環させるために備えられている。ポンプ１０は、バッテリの電力で動作する電動ポンプである。ポンプ１０には、その回転数を計測する回転数センサ４が備えられている。また、ポンプ１０の近傍には、冷媒流路２を流れる冷媒の温度を計測する温度センサ３が備えられている。
【００１３】
ポンプ１０は、コントローラ１２によって制御される。通常は、コントローラ１２は、温度センサ３によって計測される冷媒の温度に応じて、ポンプ１０を制御する（冷媒温度に応じてポンプ１０への出力指令値を決定する）。コントローラ１２は、ポンプ１０に対して電圧（あるいはデューティ比）で指令を与える。ポンプ１０は、与えられた電圧指令（あるいはデューティ比）に応じたトルクで回転する。なお、ポンプ１０の回転数は、ポンプの回転トルクと流路抵抗のバランスで定まる。コントローラ１２は、冷媒の温度が高いほど、ポンプの出力指令値を増加させる。
【００１４】
冷媒の温度とポンプ出力指令値の関係を説明する。冷却装置の設計において、まず、冷媒の温度に対して冷媒流路に流すべき冷媒流量（目標流量）が定まる。例えば、図２に、冷媒温度と目標流量の関係の一例を示す。例えば、図２のグラフから、冷媒温度がＴｍ１のときの目標流量Ｑ１が定まる。他方、設計上、目標流量とポンプ出力の間には一定の関係があるから、その関係からポンプへの指令値が定まる。ここで、ポンプへの指令値は、電圧、あるいは、電圧に相当するデューディ比である。以下、説明を簡単にするため、ポンプへの指令値は電圧であるとする。例えば、図３に、目標流量とポンプへの出力指令値（電圧指令値）との関係の一例を示す。図３のグラフより、目標流量Ｑ１を実現するための出力指令値としてＶ１が定まる。
【００１５】
図３のグラフは、設計段階の理論値である。実際の冷却装置においては、冷媒流路にごみが付着するなど、経年変化によって流路抵抗が変化する。あるいは、ポンプの特性誤差により、ポンプの実際の特性が設計上の特性からずれることもある。以上の理由から、流量とポンプ出力指令値との実際の関係は、図３のグラフからずれることがある。そこで、本明細書が開示する技術は、ポンプへの出力指令値に対する実際の流量を推定し、その推定結果に基づいてポンプ出力指令値を修正する（制御マップを修正する）。
【００１６】
流量の推定方法を説明する。コントローラ１２は、まず、予め定められた出力指令値をポンプに与え、その後に電力供給を停止する。今、予め与えられた出力指令値が、前述のＶ１であるとする。なお、出力指令値Ｖ１は、設計時点では流量Ｑ１を実現する見込みの指令値である。電力供給が停止されると、ポンプ１０は、冷媒の流れによって惰性で回転するが、回転は徐々に低下する。図４に、回転数の時間変化の一例を示す。回転数Ｎ１は、ポンプ１０に出力指令値Ｖ１を与えたときの回転数である。コントローラ１２は、出力指令値Ｖ１に対してポンプ回転数が安定した後、時刻Ｔ１でポンプ１０への電力供給を停止する。電力供給停止直後は、ポンプ駆動力が消失するので回転数がステップ状に下がり、その後しばらく（図４において符号Ｗが示す期間）は、回転数が安定しない。電力供給停止直後の、動力の寄与を除いた冷媒の流れによって惰性で回転するポンプの回転数（図４における回転数Ｎｘであり、この回転数は、ポンプ指令値Ｖ１に対する流量に相当する）が求めたい回転数であるが、符号Ｗが示す期間は回転数が安定しないため、以下の方法で回転数Ｎｘを求める。コントローラ１２は、時刻Ｔ１にて電力供給を停止した後、既定の回転数Ｎ２に達した時刻Ｔ２と、既定の回転数Ｎ３に達した時刻Ｔ３を記憶する。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間に低下した回転数は（Ｎ２−Ｎ３）であるから、この間の低下率は、（Ｎ２−Ｎ３）／（Ｔ３−Ｔ２）である。この低下率が、時刻Ｔ１から一定であると仮定すると、時刻Ｔ１における回転数Ｎｘは次の（数１）式で求まる。なお、コントローラ１２は、回転数がＮ３以下に低下した後、ポンプ１０への電力供給を再開する（時刻Ｔ４）。
【００１７】
Ｎｘ＝（Ｎ２−Ｎ３）（Ｔ３−Ｔ１）／（Ｔ３−Ｔ２）      （数１）
【００１８】
回転数と流量の間には特定の関係があるから、コントローラ１２は、その関係に基づき、回転数Ｎｘから流量を求める（流量を推定する）。今、回転数Ｎｘに相当する流量をＱ２とする。図５に、流量と指令値の関係を示したグラフを示す。グラフＬ１は、図３に示した設計段階における目標流量と指令値の関係である。設計段階では、目標流量と指令値との関係を示すグラフＬ１に基づき、目標流量Ｑ１を実現する指令値としてＶ１を定めた。しかし、ポンプ１０に指令値Ｖ１を与え、そのときの流量を推定するとＱ２であった。そこで、コントローラ１２は、指令値Ｖ１のときに流量がＱ２となるようグラフＬ１をシフトする。図５において、グラフＬ２がシフト後のグラフである。グラフＬ２が、指令値と流量の関係を正しく表すグラフとなる。コントローラ１２は、グラフＬ２より、流量Ｑ１（目標流量）に対する新たな指令値Ｖ２を特定する。コントローラ１２は、上記の流量推定と出力指令値の更新を何度も繰り返すので、前述の設計段階での目標流量Ｑ１を、「前回の流量推定値」とすると、結局、コントローラ１２は、推定された冷媒の流量Ｑ２が前回に推定した流量Ｑ１よりも大きい場合は、冷媒温度Ｔｍ１に対するポンプ出力指令値を減少させる（Ｖ１→Ｖ２）ことになる。逆に、コントローラ１２は、推定された冷媒の流量が前回に推定した流量よりも小さい場合は、冷媒温度に対するポンプ出力指令値を増大させる。こうして、コントローラ１２は、推定した流量に基づいて、冷媒温度に対するポンプ出力指令値の制御マップを修正する。
【００１９】
制御マップ修正の一例を説明する。図６は、冷媒温度とポンプへの出力指令値の関係を示すグラフである。このグラフが、冷媒温度とポンプへの出力指令値の関係を定めた制御マップに相当する。曲線Ｌ４は、図２と図３のグラフから得られた冷媒温度と出力指令値の関係を示すグラフである。即ち、曲線Ｌ４は、修正前の制御マップを表す。修正前は、曲線Ｌ４（制御マップ）に基づき、冷媒温度がＴｍ１のとき、ポンプ１０への出力指令値Ｖ１が定まった。しかし、冷媒流量を推定した結果、冷媒温度がＴｍ１のときの適正な出力指令値はＶ２であることが判明した。そこで、コントローラ１２は、冷媒温度Ｔｍ１のときの出力指令値がＶ２となるように曲線Ｌ４をシフトする。破線の曲線Ｌ５が、修正後の制御マップに相当する。コントローラ１２は、以後、修正後の制御マップに基づいて、ポンプ１０への出力指令値を決定する。
【００２０】
上記した制御マップの修正処理は、車両のメインスイッチがＯＮされたとき、および／または、冷媒温度が既定の温度を超えたときに実施するのがよい。前者は、走行を始める毎にマップの修正が行われるので、常に適正なポンプ出力指令を出すことができる。後者は、大きな冷却能力が必要とされる時点（冷媒温度が高温になったときに）でマップの修正が行われるので、ポンプへの出力指令値が大きいときに適正な出力指令を出すことができる。
【００２１】
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】
【００２２】
２：冷媒流路
３：温度センサ
４：回転数センサ
６：ラジエータ
７：インバータ
８：リザーブタンク
９：オイルクーラ
１０：ポンプ
１２：コントローラ
１４：ドライブトレイン
１５：モータ
１６：冷媒流路
１７：ポンプ
１００：冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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