(57)【要約】【課題】部品点数の増加を伴わずに、フィルタ詰まりの有無を判定可能とする。【解決手段】車載バッテリ冷却システムは、フィルタ４０を介して冷却空気を取り込んでメインバッテリ１０に送り込むブロア２６と、ブロア２６を回転駆動させるブロアモータ２４と、ブロアモータ２４の実回転数Δθを回転数指令Ｒ＿ｃｏｍに一致させるようにブロアモータ２４を駆動制御する制御部４８と、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０から所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１に切り替わった時点から、ブロアモータ２４の実回転数Δθが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０から所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１に到達するまでの応答期間ｔを計測するタイマ５２と、応答期間ｔが所定の閾値期間ｔ＿Ｋより短いときに、フィルタ４０に目詰まりが生じたと判定する判定部５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタを介して冷却空気を取り込んでバッテリに送り込むブロアと、
前記ブロアを回転駆動させるブロアモータと、
前記ブロアモータの実回転数を回転数指令に一致させるように前記ブロアモータを駆動制御する制御部と、
前記回転数指令が所定の低回転数から所定の高回転数に切り替わった時点から、前記ブロアモータの実回転数が前記所定の低回転数から前記所定の高回転数に到達するまでの応答期間を計測するタイマと、
前記応答期間が所定の閾値期間より短いときに、前記フィルタに目詰まりが生じたと判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする、車載バッテリ冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリ冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車には、電源となるバッテリ（二次電池）と、その冷却システムが搭載されている。
【０００３】
冷却システムには、冷却空気を取り込んでこれをバッテリに送り込むブロアが設けられる。仮に冷却空気に塵埃が混じりそれがバッテリの接点等に付着すると過熱のおそれがあるので、フィルタを介して冷却空気がブロアに取り込まれる。
【０００４】
フィルタに塵埃が溜まり目詰まりを起こすとバッテリの冷却に支障が出る。そこで例えば特許文献１では、ブロアモータの消費電流に基づいてフィルタの目詰まり状態を判別している。目詰まり状態の判別に当たり、特許文献１では、ブロアモータの巻線温度の変化（より詳細にはこれに伴う巻線抵抗の変化）に起因する消費電流の変化を考慮して、ブロアモータに温度センサを設置し、測定された温度に基づいて消費電流の測定値を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、多くのバッテリ冷却システムでは、本来の温度管理対象であるバッテリ以外の機器には温度センサが設けられていない。このようなバッテリ冷却システムにブロアモータ用の温度センサを設置すると、当然のことながらコスト押し上げに繋がる。そこで本発明は、部品点数の増加を伴わずにフィルタ詰まりの有無を判定可能な、車載バッテリ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】
本発明に係る車載バッテリ冷却システムは、フィルタを介して冷却空気を取り込んでバッテリに送り込むブロアと、前記ブロアを回転駆動させるブロアモータと、前記ブロアモータの実回転数を回転数指令に一致させるように前記ブロアモータを駆動制御する制御部と、前記回転数指令が所定の低回転数から所定の高回転数に切り替わった時点から、前記ブロアモータの実回転数が前記所定の低回転数から前記所定の高回転数に到達するまでの応答期間を計測するタイマと、前記応答期間が所定の閾値期間より短いときに、前記フィルタに目詰まりが生じたと判定する判定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御部、タイマ、及び判定部は車載コンピュータで構築可能であり、温度センサ等の部品点数の増加を伴わずにフィルタ詰まりの有無が判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るバッテリ冷却システム及びこれを搭載した車両の要部を例示するブロック図である。
【図２】ブロアユニットの制御システムを例示する制御ブロック図である。
【図３】ブロアユニットの圧損に対する応答期間の減少度合いを例示するグラフである。
【図４】本実施形態に係るフィルタ詰まり判定フローを例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、本実施形態に係るバッテリ冷却システム及びこれが搭載された車両の構成を例示する。なお、図示を簡略化するために、図１では、本実施形態に係るバッテリ冷却システムとの関連性の低い構成については適宜図示を省略している。
【００１１】
図１に示す車両は、内燃機関ＥＮＧ及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を駆動源とするハイブリッド車両である。しかしながら、本実施形態に係るバッテリ冷却システムが搭載される車両はこれに限らない。要するに回転電機を駆動源とし、これに電力を供給する大容量のバッテリを備えた車両であればよく、例えば電気自動車や燃料電池車に、本実施形態に係る冷却システムを搭載してもよい。
【００１２】
図１に示す車両（ハイブリッド車両）では、メインバッテリ１０から出力された直流電力が昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２にて昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ１４にて直交変換される。変換後の交流電力は回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の少なくとも一方に供給される。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２及び内燃機関ＥＮＧから車輪１８への駆動力の伝達経路については既知であるため、ここでは説明を省略する。
【００１３】
また、図１に示す車両には、メインバッテリ１０と昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とを繋ぐ電路から分岐して、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続される分岐電路が設けられる。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって降圧された直流電力はブロア用インバータ２２にて直交変換される。変換後の交流電力はブロアモータ２４に供給される。ブロアモータ２４によりブロア２６が回転駆動させられ、これに伴い冷却空気が取り込まれる。
【００１４】
＜バッテリ冷却システムの構成＞
本実施形態に係るバッテリ冷却システムは、メインバッテリ１０、ブロア２６、ブロアモータ２４、ブロア用インバータ２２、及びＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０を備える。
【００１５】
メインバッテリ１０は、ニッケル水素やリチウムイオン電池等の二次電池から構成される。例えばメインバッテリ１０は、１〜５Ｖ程度の電池セル（単電池）を複数積層させたスタック（積層体）から構成される。また、メインバッテリ１０はカバー３２に収容される。カバー３２には冷却空気の供給口３４及び排出口３６が形成されている。後述するように、ブロア２６から送られた冷却空気が供給口３４からカバー３２内部に流入してメインバッテリ１０が空冷される。冷却後の空気は排出口３６から排出される。
【００１６】
ブロア２６は、冷却空気をメインバッテリ１０に送り込む送風機である。ブロア２６は例えばシロッコファン（多翼送風機）から構成される。本実施形態に係るブロア２６の吸入口３８は車室内に向けられている。メインバッテリ１０及び冷却システムがリアシート下部に設置されている場合、ブロア２６の吸入口３８はリアシート下部を覆うカバーから車室に露出するように設置される。
【００１７】
ブロア２６は冷却空気として車室内の空気を取り込む。取り込みに際して、車室内やフロアカーペット上の塵埃の吸入を避けるために、吸入口３８にはフィルタ４０が取り付けられている。例えばフィルタ４０は吸入口３８と同径のメッシュ部材から構成される。フィルタ４０を介してブロア２６に取り込まれた冷却空気は、ダクト４２を経由してメインバッテリ１０に送り込まれる。
【００１８】
ブロアモータ２４はブロア２６を回転駆動させる。ブロアモータ２４は例えば定格電圧が１４［Ｖ］の３相ブラシレスモータから構成される。ブロアモータ２４にはブロア用インバータ２２から駆動電圧（３相電圧）が印加され、これによりブロアモータ２４が回転駆動される。ブロアモータ２４のロータ位置θは位置センサ４４により検知され、後述するフィードバック制御に用いられる。なお、以下では、理解を容易にするため、ブロアモータ２４の回転数［ｒｐｍ］とブロア２６の回転数［ｒｐｍ］は同一であるとする。
【００１９】
ブロア用インバータ２２は、メインバッテリ１０から降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して供給された、または、サブバッテリ２８から直接供給された直流電力を直交変換してこれをブロアモータ２４に供給する。図２に示すように、ブロア用インバータ２２は複数のスイッチング素子を備えており、制御部４８から送られたＰＷＭ制御信号に基づいて、これらのスイッチング素子のオン／オフ動作が制御される。
【００２０】
図１に戻り、ＥＣＵ３０は、バッテリ冷却システムを含む車両内の機器を制御する。ＥＣＵ３０は例えばコンピュータから構成され、演算回路であるＣＰＵ４６と記憶部４９とを備える。
【００２１】
ＣＰＵ４６は、ブロアモータ２４及びブロア２６の駆動制御を行う制御部４８、フィルタ４０の目詰まり判定を行う判定部５０、及び後述する応答期間を計測するタイマ５２を備える。制御部４８、判定部５０、タイマ５２は、それぞれの機能や動作等を定義したプログラムを車載コンピュータであるＥＣＵに格納することで（仮想的に）構築される。
【００２２】
記憶部４９はＳＲＡＭ等の揮発性メモリ及びＲＯＭやハードディスク等の不揮発性メモリを含んで構成される。記憶部４９には後述する目詰まり判定フローを実行するためのプログラムや、応答期間−圧損マップ等が記憶されている。
【００２３】
ＥＣＵ３０は車両に搭載された各種センサから検出値を受信する。具体的には電圧センサ５４及び電流センサ５６からそれぞれメインバッテリ１０の電圧値Ｖｂ及び電流値Ｉｂを受信する。またＥＣＵ３０はバッテリ温度センサ５８からメインバッテリ１０の温度Ｔｂを受信する。またブロアモータ回転位置センサ４４からブロアモータ２４のロータ位置θを受信する。
【００２４】
＜ブロア制御システム＞
図２に、本実施形態に係る冷却システムの制御ブロック図を例示する。本実施形態では、制御部４８がブロアモータ２４への回転数指令Ｒ＿ｃｏｍをＰＷＭ制御信号に変換し、これによってブロアモータ２４を駆動制御する。
【００２５】
ＰＷＭ制御は電圧制御の一種であり、オン電圧を一定値とし、かつ、１周期当たりのオン期間の割合、すなわちデューティ比［％］を変化させることで、１周期当たりの出力電圧平均値を変化させる。回転数指令Ｒ＿ｃｏｍとデューティ比は対応関係にあり、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが高いほどデューティ比が高くなる（いわゆる電機子電圧制御）。制御部４８は回転数指令Ｒ＿ｃｏｍの変化に応じてデューティ比を変化させ、それによりブロアモータ２４及びブロア２６の回転数を制御する。
【００２６】
図２に例示する制御ブロック図では、制御部４８が仮想的に複数の機能部に分けられている。すなわち制御部４８は、回転数指令生成部４８Ａ、微分演算部４８Ｂ、ＰＩ制御部４８Ｃ、２相→３相変換部４８Ｄ、及びＰＷＭ生成部４８Ｅを備える。
【００２７】
制御部４８、ブロア用インバータ２２、ブロアモータ２４、及びブロアモータ回転位置センサ４４によってフィードバックループが形成される。以下このループに沿ってブロアモータ２４及びブロア２６の回転数制御について説明する。制御部４８の回転数指令生成部４８Ａには、ＥＣＵ３０の上位演算部からメインバッテリ１０の温度Ｔｂ及び車室温度が送られる。これらの値に基づいて回転数指令生成部４８Ａはブロアモータ２４（及びブロア２６）の回転数指令Ｒ＿ｃｏｍ[ｒｐｍ]を生成する。回転数指令Ｒ＿ｃｏｍから微分演算部４８Ｂによるブロアモータ２４の実回転数Δθ［ｒｐｍ］が減算されてＰＩ制御部４８Ｃに送られる。
【００２８】
ＰＩ制御部４８Ｃでは、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍと実回転数Δθの差分値（回転差分値）に基づいて、指令電圧Ｖ＿ｃｏｍが生成される。回転差分値と指令電圧Ｖ＿ｃｏｍとの対応関係は、例えばマップデータとして予め記憶部４９に記憶される。更にＰＩ制御部４８Ｃでは、指令電圧Ｖ＿ｃｏｍがｄ軸成分Ｖｄ＊及びｑ軸成分Ｖｑ＊に変換される。
【００２９】
２相→３相変換部４８Ｄでは、指令電圧のｄ軸成分Ｖｄ＊及びｑ軸成分Ｖｑ＊ならびにブロアモータ２４のロータ位置θに基づいて、３相電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが生成される。ＰＷＭ生成部４８Ｅでは３相電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相のデューティ比が各々定められたＰＷＭ制御信号が生成される。ＰＷＭ制御信号はブロア用インバータ２２の各スイッチング素子に送られ、これらスイッチング素子のオンオフ動作が制御される。メインバッテリ１０から降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して降圧された、またはサブバッテリ２８から直接印加された直流電圧は、ブロア用インバータ２２のスイッチング素子のオン／オフによって３相の方形波電圧に変換される（直交変換）。
【００３０】
３相電圧がブロアモータ２４に印加されることでブロアモータ２４のロータが回転駆動される。ロータの回転位置θ（機械角）はブロアモータ回転位置センサ４４に検知される。検知された回転位置θは微分演算部４８Ｂにて微分され実回転数Δθ（回転速度）となり、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍから実回転数Δθが減算される。以下、制御部４８によって、実回転数Δθが回転数指令Ｒ＿ｃｏｍに一致するようにフィードバック制御が実行される。
【００３１】
＜フィルタの目詰まり判定＞
判定部５０は、ブロアモータ２４の実回転数Δθ、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍ、及び実回転数Δθが回転数指令Ｒ＿ｃｏｍに到達するまでの応答期間ｔに基づいて、フィルタ４０の詰まりの有無を判定する。図３には、フィルタ詰まりと応答期間ｔとの関係を示すグラフが例示されている。このグラフは、横軸が圧損［Ｐａ］、縦軸が応答期間ｔを表している。圧損が増加するほど、フィルタ４０の目詰まりが進行していることを表している。
【００３２】
図３では、新品（使用初期）のブロア２６、ブロアモータ２４及びフィルタ４０を冷却システムに据え付けたとき（据付初期）の圧力損失をＰ０で表し、フィルタ４０が目詰まりして交換を要する状態に至ったときの圧力損失をＰｃで表している。また、各圧力損失における応答期間を測定するに当たって、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の低回転数（例えば０ｒｐｍ）から所定の高回転数（例えば２５００ｒｐｍ）に切り替わった時点から、ブロアモータ２４の実回転数Δθが当該所定の低回転数から所定の高回転数に到達するまでの期間を測定した。
【００３３】
このグラフに示されているように、例えば圧損Ｐ０のときの応答期間ｔ０が、圧損の進行に伴って短くなっていき、圧損Ｐｃのときには応答期間ｔ＿Ｋに至る。本実施形態では、この応答期間ｔ０からｔ＿Ｋまでの差分Δｔを利用して、フィルタ４０の詰まりの有無を判定する。
【００３４】
図４に、本実施形態に係るフィルタ４０の目詰まり判定フローを例示する。当該判定フローは、例えば車両のいわゆる総トリップ時間をもとに定期的に実行される。トリップ時間とは、ＥＣＵ３０が起動（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）される時点から停止（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）される時点までの期間を指しており、総トリップ時間とは、複数回に亘るＥＣＵ３０の起動及び停止に伴うトリップ時間の延べ時間を指している。
【００３５】
記憶部４９には、フィルタ４０の目詰まり判定に当たり、種々の固定パラメータが記憶されている。例えば、メインバッテリ１０の基準温度Ｔｂ＿Ｋ０、応答期間ｔの基準値である閾値期間ｔ＿Ｋ、確認カウントの閾値ｃｏｕｎｔ＿Ｋ、応答期間ｔを計測する基準となる所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０及び所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１等が記憶されている。
【００３６】
所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０及び所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１は、実際のブロア２６の可変制御において、当該回転数に設定される頻度の比較的高い回転数を設定することが好適である。例えば、所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０として０ｒｐｍ（すなわち、ブロアモータ２４の停止時）が設定され、所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１として、ブロアモータ２４の始動時回転数（例えば２５００ｒｐｍ）が設定される。
【００３７】
判定部５０は、メインバッテリ１０の温度Ｔｂが所定の閾値Ｔｂ＿Ｋ０を超過するか否かを判定する（Ｓ１０）。このステップでは、ブロア２６を作動させたときにメインバッテリ１０が過冷却（冷やし過ぎ）に至るか否かが判定される。メインバッテリ１０の温度Ｔｂが所定の閾値Ｔｂ＿Ｋ０以下である場合には、所定期間ｔａ待機の後（ステップＳ１２）、再びステップＳ１０に戻る。
【００３８】
ステップＳ１０にてメインバッテリ１０の温度Ｔｂが所定の閾値Ｔｂ＿Ｋ０を超過する場合、判定部５０は、回転数指令生成部４８Ａから受信した回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０であるか否かを判定する（Ｓ１４）。回転数指令がＲ＿ｃｏｍ０でない場合には所定期間ｔａ待機の後（Ｓ１２）、再びステップＳ１０に戻る。
【００３９】
ステップＳ１４にて回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０である場合、判定部５０は微分演算部４８Ｂから取得したブロアモータ２４（及びブロア２６）の実回転数Δθが、所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０に到達しているか否かを判定する（Ｓ１６）。実回転数Δθが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０にまだ到達してない場合は、所定時間ｔｂ（＜ｔａ）待機する（Ｓ１８）。所定時間ｔｂ経過後、判定部５０は回転数指令Ｒ＿ｃｏｍがＲ＿ｃｏｍ０に維持されているか否かを判定する（Ｓ２０）。回転数指令Ｒ＿ｃｏｍがＲ＿ｃｏｍ０から切り替わった場合、所定期間ｔａ待機の後（Ｓ１２）、再びステップＳ１０に戻る。
【００４０】
ステップＳ２０にて、回転数指令Ｒ＿ｃｏｍがＲ＿ｃｏｍ０に維持されている場合、判定部５０は再びステップＳ１６に戻って実回転数Δθが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０に到達したか否かを判定する。実回転数Δθが所定の低回転数Ｒ＿ｃｏｍ０に到達した場合、判定部５０は回転数指令Ｒ＿ｃｏｍの変化があるまで待機する（Ｓ２２）。
【００４１】
回転数指令Ｒ＿ｃｏｍに変化があった場合、判定部５０は、回転数Ｒ＿ｃｏｍ０から切り替わった回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１であるか否かを判定する（Ｓ２４）。切り替わった回転数指令がＲ＿ｃｏｍ１とは異なる場合、所定期間ｔａ待機の後（Ｓ１２）、再びステップＳ１０に戻る。
【００４２】
Ｒ＿ｃｏｍ０から切り替わった回転数指令Ｒ＿ｃｏｍが所定の高回転数Ｒ＿ｃｏｍ１である場合、判定部５０は、タイマ５２を作動させて、応答期間ｔのカウントを開始する（Ｓ２６）。さらに判定部５０は、ブロアモータ２４の実回転数Δθが回転数Ｒ＿ｃｏｍ１に到達したか否かを判定する（Ｓ２８）。回転数Ｒ＿ｃｏｍ１に到達していない場合、判定部５０は、タイマ５２が応答期間ｔのカウントをインクリメントするまで待機し（Ｓ３０）、その後、回転数指令がＲ＿ｃｏｍ１に維持されているか否かを判定する（Ｓ３２）。回転数指令がＲ＿ｃｏｍ１に維持されていない場合には、応答期間ｔのカウントを中止し（タイマ５２を止め）、所定期間ｔａ待機の後（Ｓ１２）、再びステップＳ１０に戻る。
【００４３】
ステップＳ３２にて回転数指令Ｒ＿ｃｏｍがＲ＿ｃｏｍ１に維持されている場合、判定部５０は再び実回転数Δθが回転数指令Ｒ＿ｃｏｍ１に到達したか否かを判定する（Ｓ２８）。到達している場合、判定部５０は応答期間ｔ、つまり、回転数指令がＲ＿ｃｏｍ０からＲ＿ｃｏｍ１に切り替わった時点から、実回転数ΔθがＲ＿ｃｏｍ０からＲ＿ｃｏｍ１に到達するまでの期間が、所定の閾値期間ｔ＿Ｋより短いか否かを判定する（Ｓ３４）。
【００４４】
応答期間ｔが閾値期間ｔ＿Ｋ以上である場合、判定部５０は、後述する確認カウンタｉを０に設定した（Ｓ３６）上で、フィルタ４０は詰まっていないと判定し（Ｓ３８）、フローを終了させる。
【００４５】
応答期間ｔが閾値期間ｔ＿Ｋ未満である場合、判定部５０は、確認カウンタｉをインクリメントする（Ｓ４０）。確認カウンタｉは誤判定防止のためのカウンタであり、応答期間ｔが閾値期間ｔ＿Ｋ未満であるとの判定が一度なされた際に、その判定が正しいか否かを確認するために設けられている。具体的には、応答期間ｔが閾値期間ｔ＿Ｋ未満であるとの判定が連続して複数回（例えば３回）あった場合に、当該判定を正しいものとして取り扱う。判定部５０は、ステップＳ４０にてインクリメントされた後の確認カウンタｉが閾値ｃｏｕｎｔ＿Ｋ（例えばｃｏｕｎｔ＿Ｋ＝２）を超過しているか否かを判定する（Ｓ４２）。
【００４６】
確認カウンタｉが閾値ｃｏｕｎｔ＿Ｋ以下である場合、判定部５０は所定期間ｔａ待機の後（Ｓ１２）、再びステップＳ１０に戻る。確認カウンタｉが閾値ｃｏｕｎｔ＿Ｋを超過する場合、判定部５０はフィルタ４０に詰まり有りと判定し（Ｓ４４）、フローを終了させる。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、応答期間ｔの判定（Ｓ３４）の際に、閾値ｔ＿Ｋとの比較を行っていたが、この形態に限らない。例えば所定の基準期間ｔ＿Ｋ０から応答期間ｔを引いた値が、所定の閾値期間ｔ＿Ｋ１を超過するか否かを判定し、超過する場合に確認カウンタｉをインクリメントさせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  バッテリ、２２  ブロア用インバータ、２４  ブロアモータ、２６  ブロア、４０  フィルタ、４８  制御部、５０  判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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