(57)【要約】【課題】車両の走行用回転電機（モータ）の駆動回路の冷却効率を高め、消費電力を軽減する。【解決手段】モータジェネレータの回転速度Ｎｍが０に近い所定回転速度以下で、モータトルクが所定以上の高トルクで、アクセル操作をしているとき（上り坂でモータのトルクにより停車している高負荷状態）に、ウォーターポンプの出力を最大出力に切り換えて、モータジェネレータを駆動するインバータの冷却量を応答よく増大して過熱を防止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される走行用回転電機の駆動回路を冷却する装置であって、
冷媒を供給して前記駆動回路を冷却する冷却ポンプと、
前記駆動回路の駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
前記駆動回路の駆動負荷が所定以上である高負荷状態を検出したときに、前記冷却ポンプの出力を、高出力側に移行制御するポンプ出力制御手段と、
を含んで構成した回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、上り坂においてモータとして機能する回転電機の出力トルクにより停車している状態のときを、前記高負荷状態として検出する請求項１に記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項３】
前記回転電機の回転速度を検出する手段、該回転電機の出力トルクを検出する手段及びアクセル操作量を検出する手段を含み、
前記負荷検出手段は、前記各検出手段によって、回転電機の回転速度が所定値以下、回転電機の出力トルクが所定値以上で、かつ、アクセル操作されていることを検出したときを、前記高負荷状態として検出する請求項２に記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項４】
前記負荷検出手段は、前記回転電機に接続されたバッテリの充電量が充電不足状態での車両減速時に、ジェネレータとして機能する回転電機によって発電した電力を前記バッテリに充電する状態のときを、前記高負荷状態として検出する請求項１に記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項５】
前記回転電機の回転速度を検出する手段、バッテリの充電量を検出する手段及びアクセル操作量を検出する手段を含み、
前記負荷検出手段は、前記各検出手段によって、前記バッテリの充電量が所定値以下、回転電機の回転速度が所定値以上で、かつ、アクセル開放状態を検出したときを、前記高負荷状態として検出する請求項４に記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項６】
前記ポンプ出力制御手段は、冷却ポンプの出力を前記高出力側に移行制御するときは、最大出力に制御する請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、スイッチング素子のスイッチング動作により直流−交流変換を行うインバータを含んでいる請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項８】
前記高負荷状態検出時以外の通常時における冷却ポンプの制御は、前記駆動回路の温度状態検出値に基づくフィードバック制御である請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の回転電機駆動回路の冷却装置。
【請求項９】
車両に搭載される走行用回転電機の駆動回路を冷却する方法であって、
前記駆動回路の駆動負荷を検出し、
前記駆動回路の駆動負荷が所定以上の高負荷状態であることを検出したときに、冷媒を供給して前記駆動回路を冷却する冷却ポンプの出力を、高出力側に移行制御する
回転電機駆動回路の冷却方法。
【請求項１０】
上り坂においてモータとして機能する回転電機の出力トルクにより停車している状態のときを、前記高負荷状態として検出する請求項９に記載の回転電機駆動回路の冷却方法。
【請求項１１】
前記回転電機に接続されたバッテリの充電量が充電不足状態での車両減速時に、ジェネレータとして機能する回転電機によって発電した電力を前記バッテリに充電する状態のときを、前記高負荷状態として検出する請求項９に記載の回転電機駆動回路の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用の回転電機（モータジェネレータ）を備えた電気自動車やハイブリッド車両などの、回転電機の駆動回路を冷却する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジン（内燃機関）およびモータを走行用駆動源とするハイブリッド車両において、モータ駆動系を電動冷却ポンプによって冷媒（冷却水）を供給して冷却するシステムが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１８７４３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示されるように、従来の冷却システムでは、冷媒温度を検出しつつ冷却ポンプの出力（冷媒循環量）をフィードバック制御している。
【０００４】
しかし、冷媒温度やモータの駆動回路であるインバータの素子温度など、温度状態の検出値に基づくフィードバック制御では、インバータの発熱量が急増して瞬時に温度上昇するような高負荷な状況に対応できない場合がある。
【０００５】
例えば、上り坂でアクセル操作により、モータの出力トルクによって車両の後退を阻止して停止させているような状況では、回転していないモータ（３相交流モータ）の１相に集中的に電流が流れ、駆動用インバータのスイッチング素子が急激に温度上昇し、冷却ポンプの出力増大による冷却量の増大に遅れを生じてしまう。
【０００６】
このため、常に冷却ポンプの出力を大きく設定したり、低めの冷媒温度で冷却ポンプの出力を増大したりすれば、インバータの過熱を抑制できるが、上記のようにインバータの発熱量が急増するような高負荷状態となる頻度は小さいので、必要ないときまで冷却ポンプの出力を高めることとなり、冷却ポンプの消費電力ひいては燃費が増大してしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、必要時のみ応答よく冷却量を増大させて、良好な冷却性能を確保しつつ消費電力、燃費を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明は、車両に搭載される走行用回転電機の駆動回路を冷却する装置であって、以下の手段Ａ〜Ｃを含んで構成した。
【０００９】
Ａ．冷媒を供給して前記駆動回路を冷却する冷却ポンプ
Ｂ．前記駆動回路の駆動負荷を検出する負荷検出手段
Ｃ．前記駆動回路の駆動負荷が所定以上である高負荷状態を検出したときに、前記冷却ポンプの出力を、高出力側に移行制御する冷却出力制御手段
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、回転電機の駆動回路の発熱量が急増する高負荷状態を検出して冷却ポンプを高出力側に移行制御することにより、速やかに冷媒供給量を増大させて駆動回路の過熱を防止でき、それ以外のときは、冷媒温度等に基づく制御を行うようにして、高出力の制御を必要最小限としたため、消費電力、燃費を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動系の冷却システムを備えたハイブリッド車両１の概略構成を示す。
【００１３】
ハイブリッド車両１において、エンジン（内燃機関）２と、回転電機であるモータジェネレータ（３相交流機）ＭＧ１，ＭＧ２とは、動力分割機構としての遊星歯車機構３を介して連係されている。詳細には、遊星歯車機構３のキャリアにはエンジン２のクランクシャフト、サンギヤにはモータジェネレータＭＧ１の駆動軸、リングギヤにはモータジェネレータＭＧ２の駆動軸が、それぞれ接続されている。
【００１４】
モータジェネレータＭＧ１は、インバータ４を介してバッテリ（電源）６と接続され、モータジェネレータＭＧ２は、インバータ５を介してバッテリ６と接続される。
【００１５】
図２は、電気回路部の回路構成を示す。
【００１６】
インバータ４は、モータジェネレータＭＧ１のＵ相に接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子Ｑ１１，Ｑ１２、Ｖ相に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ１３，Ｑ１４、Ｗ相に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ１５，Ｑ１６と、これらＩＧＢＴ素子Ｑ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように接続されたダイオードＤ１１〜Ｄ１６とを含んで構成されている。
【００１７】
同様に、インバータ５は、モータジェネレータＭＧ２のＵ相に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２１，Ｑ２２、Ｖ相に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２３，Ｑ２４、Ｗ相に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２５，Ｑ２６と、これらＩＧＢＴ素子Ｑ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２６とを含んで構成されている。
【００１８】
これらインバータ４，５は、電圧変動抑制用のコンデンサＣと共に、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）３０に内蔵されて、一体に設けられる。
【００１９】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動されてジェネレータとして機能し、発電した電力によって、モータとして機能するモータジェネレータＭＧ２を駆動し、あるいは、発電した電力の一部または全部を、インバータ４を介して交流／直流変換した後、バッテリ６に充電する。また、モータとして機能してエンジンを始動する。
【００２０】
モータジェネレータＭＧ２は、インバータ５によって変換された３相交流電流を供給されてモータとして駆動し、車輪７に駆動力を供給する走行駆動源としての機能を有する。
【００２１】
一方、車両の減速時には、車両の慣性によって駆動されてジェネレータとして機能し、発電した電力を、インバータ５によって交流／直流変換した後、バッテリ６に充電して電力を回生する機能を有する。
【００２２】
上記インバータ４，５及びモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、駆動時に発熱して温度上昇するので、これらを循環する冷却水(冷媒)を用いて冷却するモータ駆動系の冷却システム１０を備える。尚、図示しないが、同様に循環する冷却水を用いてエンジン２を冷却する冷却システムを備えている。
【００２３】
前記モータ駆動系の冷却システム１０は、インバータ４，５（を内蔵したＰＣＵ３０）、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を冷却する冷却水（冷媒）が循環する冷却水循環路１１と、冷却水循環路１１に冷却水を循環させる電動のウォーターポンプ（冷却ポンプ）１２と、冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ１３と、ラジエータ１３へ外気を供給する電動ファン１４とを備える。
【００２４】
さらに、ハイブリッド車両１を総合的に制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）２０を備える。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサで構成されており、アクセルペダルの踏み込み量などアクセル操作量を検出するアクセルセンサ２１、エンジン２の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ２２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転速度を検出するＭＧ回転速度センサ２３，２４、走行駆動源となるモータジェネレータＭＧ２の出力トルクを検出するトルクセンサ２５、冷却水循環路１１に取り付けられて冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ２６、その他図示しない各種制御に必要なセンサからの検出値を入力する。
【００２６】
そして、ＥＣＵ２０は、上記各センサからの検出値に基づいてエンジン１、インバータ４，５、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御すると共に、上記モータ駆動系の冷却システム１０を制御する。具体的には、ウォーターポンプ１２の出力（冷却水循環量）、電動ファン１４の出力を制御する。
【００２７】
ここで、通常は、インバータ４，５、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からの発熱量が大きく冷却水温度Ｔｗが高くなるほどウォーターポンプ１２の出力を増大して冷却水の循環量を増大させることにより、各部の温度上昇を抑制できる。
【００２８】
しかし、上述したように、上り坂でモータの出力トルクによって車両を停止させているような高負荷な状況では、水温の上昇に応じてウォーターポンプの出力を増大させても冷却量の増大に遅れを生じてしまう。
【００２９】
特に直接的な走行駆動源であるモータジェネレータ（本実施形態ではモータジェネレータＭＧ２）に電力を供給するインバータ（ＩＧＢＴ素子、ダイオード等のスイッチング素子）は、通電電流の増大によって急激に過熱するのに対し、冷却水の温度上昇の遅れが大きいため、水温によるフィードバック制御では応答よく冷却することが難しい。
【００３０】
上述した冷却ポンプの出力を常に大きくしたり、低めの冷媒温度でポンプ出力を増大したりする方式では、消費電力ひいては燃費が増大してしまう。
【００３１】
インバータの温度検出値に基づいてポンプ出力をフィードバック制御する構成とすれば、水温検出値でのフィードバック制御よりは、応答のよい冷却制御を行うことが可能であるが、車両用として一般的に用いられている３相交流モータでは、モータ回転を停止した状態ではインバータにおけるＵ，Ｖ，Ｗ相のうちの１相のみのスイッチング素子が集中的に通電されて過熱するため、相毎に計３個の温度センサを設ける必要があり、コスト高となり制御も複雑化する。
【００３２】
また、３相に温度センサを設けたとしても、温度を検出してから冷却量を増大するのでは遅れを伴うことには変わりないため、十分な冷却効果を得ることは困難である。
【００３３】
そこで、本実施形態では、通常は、前記水温Ｔｗに基づいて、ウォーターポンプ１２の出力（冷却水循環量）をフィードバック制御するが、走行駆動源であるモータジェネレータＭＧ２のモータ駆動回路であるインバータ５の発熱量が急増することが予測される所定以上の高負荷状態を検出したときに、ウォーターポンプ１２の出力を高出力側に移行させてフィードフォワード制御する。
【００３４】
図３は、上記実施形態に係る冷却制御のフローを示す。
【００３５】
ステップＳ１では、ＭＧ回転速度センサ２４で検出された走行駆動用のモータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｍが、所定値Ｎｍ０以下であるかを判定する。ここで、所定値Ｎｍ０は、０（停止）より、少し大きい程度の極低回転速度に設定しておく。
【００３６】
モータ回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ０以下と判定されたときは、ステップＳ２へ進み、トルクセンサ２４によって検出されたモータジェネレータＭＧ２の出力トルクＴｍが、所定値Ｔｍ０以上であるかを判定する。ここで、所定値Ｔｍ０は、上り坂で停車するのに必要な極めて高負荷な状態での出力トルクより、少し小さい程度の値に設定しておく。
【００３７】
また、トルクセンサ２５で検出される出力トルクＴｍを用いる代わりに、電流センサによって検出されるモータジェネレータＭＧ２の通電電流値Ｉｍを用い、Ｉｍが所定値Ｉｍ０以上であるかを判定する構成としてもよい。
【００３８】
ステップＳ２でモータジェネレータＭＧ２の出力トルクＴｍが所定値Ｔｍ０以上と判定されたときは、ステップＳ３へ進み、アクセルセンサ２１で検出されるアクセル操作量ＡＣＣが、所定値ＡＣＣ０以上であるかによって、アクセル操作がされている（アクセルペダルが踏まれている）かを判定する。具体的には、アクセルセンサ２１に内蔵、若しくはアクセル操作量に基づくソフトウェア処理で構成されたアクセルスイッチ（アクセル操作量ＡＣＣが、所定値ＡＣＣ０以上であるときにＯＮ、所定値ＡＣＣ０未満であるときにＯＦＦとなる）によって判定することができる。
【００３９】
ステップＳ３で、アクセル操作がされていると判定されたときは、ステップＳ４へ進み、ウォーターポンプ１２の出力を通常時より高出力、例えば、最大出力とする。
【００４０】
また、電動ファン１４も最大出力で駆動する。
【００４１】
かかる構成とすれば、上記のような上り坂でモータジェネレータＭＧ２の出力トルクによって停車する極めて高負荷な状態となることを、インバータ５の駆動負荷を検出することによって事前に予測して、ウォーターポンプ１２を高出力に切り換えるので、冷却水循環量を速やかに増大させてインバータ５を遅れなく冷却して過熱を防止することができる。
【００４２】
また、ステップＳ１〜ステップＳ３のいずれかの判定がＮＯであるときは、ステップＳ５へ進み、水温センサ２６で検出された水温Ｔｗに基づいて、ウォーターポンプ１２の出力をフィードバック制御する。具体的には、水温Ｔｗの上昇に応じてウォーターポンプ１２の出力を増大するように制御する。
【００４３】
図４は、上記冷却制御時における各部状態の変化の様子を示す。
【００４４】
通常の水温Ｔｗに応じてウォーターポンプ１２の出力をフィードバック制御している状態から、上り坂となって減速し、モータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｍが前記所定回転速度Ｎｍ０以下に低下し、かつ、出力トルクＴｍが所定値Ｔｍ０以上に増大すると（図示時刻ｔ１）、ウォーターポンプ１２の出力が最大出力に切り換えられる。
【００４５】
このように、モータジェネレータＭＧ２が回転を停止し、出力トルクＴｍによって降坂を阻止して停車させている極めて高負荷な状態となる前、すなわちインバータ５の発熱量が急増する前に、ウォーターポンプ１２を最大出力に切り換えることにより、インバータ５の急激な温度上昇を速やかに抑制できる（図の特性Ａ）。
【００４６】
比較例として図の特性Ｂは、上記の高負荷な状況で水温Ｔｗに応じたウォーターポンプ１２の出力制御を継続したときの特性を示し、インバータ５の負荷増大に対する水温Ｔｗの上昇の遅れに伴い、ウォーターポンプ１２の出力増大が遅れ、インバータ５の温度上昇を良好に抑制することができない。
【００４７】
そして、上記のようなモータジェネレータＭＧ２の駆動回路であるインバータ５の発熱量が急増するような極めて高負荷な状態は、発生頻度が小さいため、かかる高負荷状態を予測したときだけ、ウォーターポンプ１２の出力を最大出力に切り換えることで、電力消費を必要最小限に押さえることができる。
【００４８】
また、上記の高負荷な状況でモータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させ、発電した電力をモータジェネレータＭＧ２に加えることもできる。この場合、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ４の通電量も増大して発熱し、インバータ４とインバータ５からの発熱量が加わってＰＣＵ３０は、より温度上昇しやすくなるので、ウォーターポンプ１２の最大出力への切換をより早めに行う設定としてもよい。
【００４９】
インバータ５の発熱量が急増する高負荷状態としては、例えば、バッテリ６の充電量（ＳＯＣ）が不足している状態で、減速時にモータジェネレータＭＧ２をジェネレータとして機能して電力回生を行う際に、発電量を最大限大きくして充電量を速やかに回復するようにした場合などもある。
【００５０】
図５は、上記の場合の第２の実施の形態にかかる冷却制御のフローを示す。
【００５１】
ステップＳ１１では、バッテリ６の充電量（ＳＯＣ）が所定値以下で不足しているかを判定する。充電量（ＳＯＣ）は、例えば、電流センサで検出したバッテリ６への充電量を＋、放電量を−として積算することなどで算出できる。
【００５２】
ステップＳ１１でバッテリ６の充電量（ＳＯＣ）が不足していると判定されたときはステップＳ１２へ進み、アクセルセンサ２１で検出されるアクセル操作量が所定値以下のアクセル操作がされていない状態であるかを判定する。
【００５３】
ステップＳ１２でアクセル操作がされていないと判定されたときはステップＳ１３へ進み、ジェネレータとして機能するモータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｇが所定値ＮＧ０以上の高速状態であるかを判定する。
【００５４】
ステップＳ１３でモータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｇが所定値Ｎｇ０以上の高速状態であると判定されたときは、ステップＳ１４へ進んで、ウォーターポンプ１２の出力を最大出力に切り換える。
【００５５】
一方、ステップＳ１１〜ステップＳ１３のいずれかの判定がＮＯのときは、ステップＳ１５へ進み、水温センサ２６で検出された水温Ｔｗに基づいて、ウォーターポンプ１２の出力をフィードバック制御する。
【００５６】
このようにすれば、減速時にモータジェネレータＭＧ２の発電量を最大限大きくしてバッテリ６の充電量を速やかに回復する際に、インバータ５の発熱量が急増する状態を予測して、ウォーターポンプ１２の出力を最大とすることにより、インバータ５を速やかに効率よく冷却することができる。換言すれば、このように、インバータ５を十分に冷却することができるので、最大出力の大きなインバータ５を用いて電力回生効率を高めることができる。
【００５７】
そして、本実施形態においても、上記の高負荷状態のときだけウォーターポンプ１２を、より高出力に制御するため、消費電力、燃費を改善できる。
【００５８】
また、第１の実施形態における上り坂での高負荷状態と、第２の実施の形態における電力回生状態との両方を予測して、両方の場合にウォーターポンプ１２を高出力に制御する構成としてもよいことは勿論である。
【００５９】
なお、以上の実施形態ではモータジェネレータの駆動回路としてインバータのみを示したが、バッテリ電圧を昇圧してインバータに出力すると共に、インバータからの出力電圧を降圧してバッテリに出力するコンバータ、その他の付属回路を含むＰＣＵで構成されていてもよい。
【００６０】
また、通常時のウォーターポンプ１２のフィードバック制御に用いる温度検出値として、インバータ５の素子温度を水温に代えて用い、若しくは水温と共に用いて行う構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ駆動系の冷却システムを備えたハイブリッド車両の概略構成を示す図。
【図２】同上実施形態の電気回路部の回路図。
【図３】同上実施形態に係る冷却制御のフローチャート。
【図４】同上冷却制御時における各部状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図５】第２の実施の形態にかかる冷却制御のフローチャート。
【符号の説明】
【００６２】
１…ハイブリッド車両、２…エンジン、３…遊星歯車機構、４，５…インバータ、６…バッテリ、１０…冷却システム、１１…冷媒循環路、１２…ウォーターポンプ、２０…ＥＣＵ、２１…アクセルセンサ、２２…エンジン回転速度センサ、２３，２４…ＭＧ回転速度センサ、２５…トルクセンサ、２６…水温センサ、３０…ＰＣＵ、ＭＧ１，ＭＧ２…モータジェネレータ、Ｑ１１〜Ｑ１６…インバータ４のＩＧＢＴ素子、Ｄ１１〜Ｄ１６…インバータ４のダイオード、Ｑ２１〜Ｑ２６…インバータ５のＩＧＢＴ素子、Ｄ２１〜Ｄ２６…インバータ５のダイオード
【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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