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公開番号2021069259
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019195528
出願日20191028
発明の名称冷却装置
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人快友国際特許事務所
主分類B60L 58/26 20190101AFI20210402BHJP(車両一般)
要約【課題】2セットの循環流路とポンプを備えた冷却装置に関し、脱調を速やかに解消する技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する冷却装置は、ラジエータ、第1/第2循環流路、第1/第2ポンプ、回転数センサ、コントローラを備えている。第1循環流路は、第1発熱体を通過している。第2循環流路は、第2発熱体を通過しており、第1循環流路との間でラジエータを共用する。第1ポンプは第1循環流路内の冷媒を圧送し、第2ポンプは第2循環流路内の冷媒を圧送する。回転数センサは、第2ポンプの回転数を計測する。冷却装置はさらに、第2循環流路に弁を備えている。弁は、第2ポンプからラジエータへの冷媒の流れを遮断する。コントローラは、第2ポンプへの出力指令値が閾値指令値以上であるにもかかわらず回転数センサの計測回転数が閾値回転数以下の場合、第2ポンプを一時停止するとともに弁を閉じた後に第2ポンプを再起動する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
第1発熱体と第2発熱体を冷却する冷却装置であり、
ラジエータと、
前記ラジエータの冷媒入口と冷媒出口に接続されているとともに前記第1発熱体を通過している第1循環流路と、
前記第1循環流路内の冷媒を圧送する第1ポンプと、
前記冷媒入口と前記冷媒出口に接続されているとともに前記第2発熱体を通過しており、前記第1循環流路との間で前記ラジエータを共用する第2循環流路と、
前記第2循環流路内の前記冷媒を圧送する第2ポンプと、
前記第2循環流路に設けられており、前記ラジエータから前記第2ポンプへの前記冷媒の流れを遮断する弁と、
前記第2ポンプの回転数を計測する回転数センサと、
コントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、前記第2ポンプへの出力指令値が閾値指令値以上であるにもかかわらず前記回転数センサの計測回転数が閾値回転数以下の場合に前記第2ポンプを一時停止するとともに前記弁を閉じた後に前記第2ポンプを再起動する、冷却装置。
続きを表示(約 79 文字)【請求項2】
前記コントローラは、前記第2ポンプを再起動した後に前記弁を開くとともに前記第1ポンプの出力を高める、請求項1に記載の冷却装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書が開示する技術は、第1発熱体と第2発熱体のそれぞれに個別に循環流路を通して冷却する冷却装置に関する。
続きを表示(約 7,000 文字)【背景技術】
【0002】
冷却装置は、冷媒を循環させる循環流路と、冷媒を圧送するポンプを備えている。冷却装置では、ポンプの回転数が低い場合に回転数を適切に検知できなくなる場合がある。ポンプの回転数が低いときに回転数を適切に検知できなくなる現象は脱調と呼ばれる。特許文献1には、脱調が検知された場合にポンプを一時停止/再起動し、脱調を解消する技術が開示されている。特許文献1の技術は、ポンプを一時停止し、ポンプの回転数を改めてゼロから高めていくことで、脱調を解消する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−038208号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ラジエータを共用する2個の循環流路を備えており、2個の発熱体をそれぞれ個別に冷却する冷却装置が検討されている。2個の発熱体は温度が異なる場合があるため、それぞれの循環流路に個別にポンプが備えられる。そのような冷却器の場合、一方のポンプで脱調が生じた場合、そのポンプを停止しても、正常に動作しているポンプの冷媒流の流れの影響を受けてポンプが完全に停止するまで相応の時間を要してしまう。本明細書は、ラジエータを共用する2セットの循環流路とポンプを備えた冷却装置に関し、脱調を速やかに解消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、ラジエータ、第1/第2循環流路、第1/第2ポンプ、回転数センサ、コントローラを備えている。第1循環流路は、ラジエータの冷媒入口と冷媒出口に接続されているとともに第1発熱体を通過している。第2循環流路は、ラジエータの冷媒入口と冷媒出口に接続されているとともに第2発熱体を通過しており、第1循環流路との間でラジエータを共用する。第1ポンプは第1循環流路内の冷媒を圧送し、第2ポンプは第2循環流路内の冷媒を圧送する。回転数センサは、第2ポンプの回転数を計測する。
【0006】
本明細書が開示する冷却装置は、さらに、第2循環流路に弁を備えている。弁は、ラジエータから第2ポンプへの冷媒の流れを遮断する。コントローラは、第2ポンプへの出力指令値が閾値指令値以上であるにもかかわらず回転数センサの計測回転数が閾値回転数以下の場合、第2ポンプを一時停止するとともに弁を閉じた後に第2ポンプを再起動する。
【0007】
上記の構成によると、脱調を解消するべく第2ポンプを一時停止/再起動する際に、弁を閉じてラジエータから第2ポンプへの冷媒の流れを遮断する。それゆえ、第2ポンプは第1循環流路を流れる冷媒流の影響を受けず、回転が速やかに止まる。すなわち、脱調を速やかに解消することができる。
【0008】
本明細書が開示する一実施形態では、コントローラは、第2ポンプを再起動した後に弁を開くとともに第1ポンプの出力を高めるとよい。弁を開くとともに第1ポンプの出力を高めることで、第1循環流路における冷媒の流れがラジエータ内にて第2循環流路における冷媒の流れを加速し、脱調から復帰したポンプの回転数の速やかな上昇を補助する。
【0009】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1実施例の冷却装置の構成を示すブロック図である。
コントローラが実行する制御のフローチャートである。
コントローラが実行する制御のタイムチャートである。
第2実施例の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(第1実施例)図面を参照して第1実施例の冷却装置2を説明する。冷却装置2は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載される。ハイブリッド車や電気自動車は、走行用のモータ(不図示)、バッテリ11、バッテリ11の出力電力をモータの駆動電力に変換する電力変換装置21を備えている。バッテリ11が電力を出力すると、バッテリ11は発熱する。また、電力変換装置21に電流が流れると、電力変換装置21は発熱する。そこで、ハイブリッド車や電気自動車には、バッテリ11及び電力変換装置21を冷却するための冷却装置2が搭載される。
【0012】
冷却装置2は液体の冷媒が流れる水冷式である。冷媒は、典型的には、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。図1に示すように、冷却装置2は、ラジエータ4と、コントローラ6と、第1冷却システム10と、第2冷却システム20と、を備えている。図1の実線矢印は、冷媒の流れの方向を示している。また、図1の破線矢印は、信号線を示している。
【0013】
第1冷却システム10は、第1循環流路12と、第1ポンプ13と、第1リザーブタンク14と、ラジエータ4と、を備えている。第1循環流路12は、ラジエータ4の冷媒入口7及び冷媒出口8に接続されているとともに、バッテリ11を通過している。第1ポンプ13は、供給される三相交流によって動作する。第1ポンプ13は、第1リザーブタンク14の冷媒を圧送する。圧送された冷媒は、バッテリ11、ラジエータ4、第1リザーブタンク14の順に循環する。冷媒がバッテリ11を通過する際に、バッテリ11の熱を吸収し、バッテリ11を冷却する。バッテリ11を通過して温度が上昇した冷媒は、ラジエータ4で空気と熱交換して冷却される。冷却されて温度が下がった冷媒は、第1リザーブタンク14に戻る。端的に言えば、第1冷却システム10は、バッテリ11を冷却するための冷却システムである。
【0014】
第1ポンプ13は、コントローラ6と通信可能に接続されている。コントローラ6は、第1ポンプ13の出力を制御する。具体的な制御については後ほど説明する。
【0015】
第2冷却システム20は、第2循環流路22と、オイルクーラ25と、三方弁26と、第2ポンプ23と、第2リザーブタンク24と、ラジエータ4と、を備えている。第2循環流路22は、ラジエータ4の冷媒入口7及び冷媒出口8に接続されているとともに、電力変換装置21を通過している。即ち、第2循環流路22は、第1循環流路12との間でラジエータ4を共用する。従って、第1循環流路12を流れる冷媒と第2循環流路22を流れる冷媒は、それぞれの冷媒の流量や流速等が互いに影響し合う。
【0016】
オイルクーラ25は、モータ等に供給されるオイルを冷却するための装置である。なお、図1では、オイルクーラ25内のオイルの流路は図示省略している。
【0017】
三方弁26は、第2循環流路22を流れる冷媒を、ラジエータ流路22aと、バイパス流路22bと、に分流させる。ラジエータ流路22aは、ラジエータ4を通過する流路であり、バイパス流路22bは、ラジエータ4を迂回する(即ちラジエータ4を通過しない)流路である。以下では、第2循環流路22を流れる冷媒の流量と、ラジエータ流路22aを流れる冷媒の流量の比率を「分流比」と称する。例えば、三方弁26の分流比が0である場合、第2循環流路22を流れる冷媒は、バイパス流路22bのみに流れる。以下では、三方弁26の分流比が0であることを、「三方弁26を閉じる」と表現することもある。即ち、三方弁26が閉じられると、第2ポンプ23からラジエータ4への流れが遮断され、その結果、ラジエータ4から第2ポンプ23への冷媒の流れも遮断される。よって、三方弁26が閉じられている状況では、第1循環流路12を流れる冷媒と第2循環流路22を流れる冷媒のそれぞれの流れが、互いに影響しない。
【0018】
第2ポンプ23は、供給される三相交流によって動作する。第2ポンプ23は、第2リザーブタンク24の冷媒を圧送する。圧送された冷媒は、電力変換装置21、オイルクーラ25、三方弁26の順に通り、三方弁26によってラジエータ流路22aとバイパス流路22bに分流される。ラジエータ流路22aを流れる冷媒はラジエータ4を通過し、第2リザーブタンク24へと戻る。一方、バイパス流路22bを流れる冷媒は、ラジエータ4を迂回して、第2リザーブタンク24へと戻る。冷媒が電力変換装置21を通過する際に、電力変換装置21の熱を吸収し、電力変換装置21を冷却する。端的に言えば、第2冷却システム20は、電力変換装置21を冷却するための冷却システムである。
【0019】
第2ポンプ23及び三方弁26は、コントローラ6と通信可能に接続されている。コントローラ6は、第2ポンプ23の出力及び三方弁26の分流比を制御する。具体的な制御については後ほど説明する。
【0020】
冷却装置2は、さらに、第2ポンプ23の回転数を計測する回転数センサ27を備えている。回転数センサ27は、第2ポンプ23に供給される三相交流の変動に基づいて、第2ポンプ23の回転数を計測する。回転数センサ27は、相切り替え時に発生するサージ電流の前後にわたってゼロクロス点を検知しない期間(サージマスク期間)を設定している。回転数センサ27は、サージマスク期間に第2ポンプ23が1回転することを想定してサージマスク期間を設定する。しかしながら、サージマスク期間に、ノイズ等によって第2ポンプ23が2回転する場合、回転数センサ27は第2ポンプ23の回転数を、実際の第2ポンプ23の回転数よりも低く誤計測してしまう場合がある。以下では、コントローラ6が出力する第2ポンプ23への出力指令値が閾値指令値以上である状況において、回転数センサ27が計測する第2ポンプ23の回転数(以下では、単に「計測回転数」と称する)が閾値回転数よりも低いことを「脱調」と称する。
【0021】
第2ポンプ23に脱調が発生した場合、第2ポンプ23を一時停止した後に再起動することによって、第2ポンプ23の脱調を解消することができる場合がある。この際、第2ポンプ23を一時停止させることが必要である。ところが、第2ポンプ23に脱調が発生した場合に、第2ポンプ23の一時停止/再起動を実施しても、第1ポンプ13の動作によって流れる冷媒の流れの影響を受けて、第2ポンプ23を完全に停止させるまで相応の時間を要してしまう。そこで、第1実施例の冷却装置2では、脱調を速やかに解消すべく、第2ポンプ23を一時停止するときに三方弁26を閉じ、第1ポンプ13の動作が第2ポンプ23に及ばないようにする。
【0022】
図2を参照して、コントローラ6が実行する第1ポンプ13、第2ポンプ23、及び三方弁26の制御処理を説明する。まず、コントローラ6は、ステップS2において、第2ポンプ23に脱調が発生したか否かを判断する。即ち、第2ポンプ23への出力指令値が閾値指令値以上であり、かつ、第2ポンプ23の計測回転数が閾値回転数以下であるか否かを判断する。コントローラ6は、第2ポンプ23に脱調が発生していると判断する場合に、ステップS2でYESと判断し、ステップS4に進む。一方、コントローラ6は、第2ポンプ23に脱調が発生していないと判断する場合に、ステップS2でNOと判断し、ステップS6に進む。
【0023】
コントローラ6は、ステップS4において、ステップS2で発生した第2ポンプ23の脱調が所定時間Ta以上継続しているか否かを判断する。コントローラ6は、第2ポンプ23の脱調が所定時間Ta以上継続していると判断する場合に、ステップS4でYESと判断し、ステップS8に進む。一方、コントローラ6は、第2ポンプ23の脱調が所定時間Ta以上継続していないと判断する場合に、ステップS4でNOと判断し、ステップS6に進む。
【0024】
コントローラ6は、ステップS6において、第1ポンプ13、第2ポンプ23、及び三方弁26を通常制御する。ここで、通常制御とは、以下の通りである。
【0025】
まず、第1ポンプ13の通常制御について説明する。図1では図示省略しているが、バッテリ11は温度センサを備えている。コントローラ6は、バッテリ11と通信可能に接続されており(図示省略)、バッテリ11の温度に基づいて、第1ポンプ13の出力を決定し、第1ポンプ13に指令する。具体的には、バッテリ11の温度が高いほど、第1ポンプ13の出力を高める。即ち、コントローラ6は、第1ポンプ13が圧送する冷媒の流量を増加させる。従って、バッテリ11に対する冷却性能が向上し、バッテリ11の過度な温度上昇を抑制することができる。
【0026】
次に、第2ポンプ23及び三方弁26の通常制御について説明する。図1では図示省略しているが、電力変換装置21は温度センサを備えている。コントローラ6は、電力変換装置21と通信可能に接続されており(図示省略)、電力変換装置21の温度に基づいて、第2ポンプ23の出力及び三方弁26の分流比を決定し、それぞれに指令する。具体的には、電力変換装置21の温度が高いほど、第2ポンプ23の出力を高める、及び/又は、三方弁26の分流比を大きくする。分流比を大きくすると、ラジエータ流路22aを流れる冷媒の流量が増加する。即ち、コントローラ6は、第2ポンプ23が圧送する冷媒の流量を増加させる、及び/又は、第2循環流路22を流れる冷媒のうちラジエータ4を通過する冷媒の流量を増加させる。特に、第2循環流路22を流れる冷媒のうちラジエータ4を通過する冷媒の流量が増加すると、第2循環流路22を流れる冷媒の温度が低くなる。従って、電力変換装置21に対する冷却性能が向上し、電力変換装置21の過度な温度上昇を抑制することができる。
【0027】
再び図2の説明に戻る。第2ポンプ23の脱調が所定時間Ta以上継続していると判断される場合(ステップS4でYES)に、コントローラ6は、ステップS8において、第2ポンプ23を一時停止させるとともに、三方弁26を閉じる。即ち、コントローラ6は、第2ポンプ23への出力指令値を0に設定するとともに、三方弁26への分流比指令値を0に設定する。第2ポンプ23への出力指令値を0に設定することによって、第2ポンプ23の回転数は減少する。また、三方弁26への分流比指令値を0に設定することによって、第1循環流路12を流れる冷媒と第2循環流路22を流れる冷媒の流れが遮断される。これにより、第2ポンプ23は、正常に動作している第1ポンプ13の動作によって流れる冷媒の影響を受けないため、回転が速やかに止まる。
【0028】
その後、コントローラ6は、ステップS10において、第2ポンプ23を再起動させる。より具体的に、コントローラ6は、第2ポンプ23を停止させた後、所定時間Tbが経過した後に、第2ポンプ23への出力指令値を上昇させる(図3参照)。これにより、第2ポンプ23の回転数が上昇する。
【0029】
コントローラ6は、S12において、第2ポンプ23の脱調が解消したか否かを判断する。即ち、コントローラ6は、第2ポンプ23への出力指令値が閾値指令値以上であり、かつ、第2ポンプ23の計測回転数が閾値回転数以上であるか否かを判断する。コントローラ6は、第2ポンプ23の脱調が解消したと判断する場合に、ステップS14に進む。一方、コントローラ6は、第2ポンプ23の脱調が解消していないと判断する場合に、ステップS12の処理を繰り返す。なお、一定時間経過しても第2ポンプ23の脱調が解消されない場合、第2ポンプ23に異常が生じていることを外部(例えばユーザ)に報知してもよい。
【0030】
コントローラ6は、ステップS14において、三方弁26を開くとともに、第1ポンプ13の出力を高める。ここで三方弁26を「開く」とは、三方弁26への分流比指令値を0から高めることを意味する。三方弁26が開かれることによって、第1循環流路12及び第2循環流路22を流れる冷媒の両方が、ラジエータ4を含む共通の流路(即ちラジエータ流路22a)を流れる。これにより、第1循環流路12を流れる冷媒と第2循環流路22を流れる冷媒の流れが互いに影響し合う。特に、第1ポンプ13の出力を高めることにより、第1循環流路12における冷媒の流れが、ラジエータ4内にて第2循環流路22における冷媒の流れを加速することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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