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公開番号2021182843
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2020088400
出願日20200520
発明の名称電源機器の冷却制御装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブロアの作動に伴う騒音を抑制しつつ、電源機器の冷却を適正に実施する。
【解決手段】電力変換器21において、制御部23は、ブロア制御量を算出する複数の制御量算出部と、それらブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量を制御する風量制御部とを備える。各制御量算出部は、制御量算出部ごとに、電力変換器21の基準温度が各々定められ、その基準温度と電力変換器21の実温度とに応じて可変制御量を算出するとともに、その可変制御量を、制御量算出部ごとに異なる上限値により制限することでブロア制御量を算出する。基準温度が高い制御量算出部では、基準温度が低い制御量算出部に比べて、可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、上限値がブロア風量の多い値として定められている。風量制御部は、電力変換器21の実温度に応じて、各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量を制御する。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
電源機器(11,21)と、その電源機器を冷却する冷却風を生成するブロア(25)とを備える冷却システムに適用され、
前記電源機器の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度に基づいてブロア制御量(D)を算出する複数の制御量算出部と、
前記複数の制御量算出部により並行して算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備え、
前記各制御量算出部は、当該制御量算出部ごとに、前記電源機器の基準温度(Tref)が各々定められ、その基準温度と前記電源機器の実温度とに応じて可変制御量(Dfb)を算出するとともに、その可変制御量を、前記制御量算出部ごとに異なる上限値(Lm)により制限することで前記ブロア制御量を算出するものであり、
前記基準温度が高い制御量算出部では、前記基準温度が低い制御量算出部に比べて、前記可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、前記上限値がブロア風量の多い値として定められており、
前記風量制御部は、前記電源機器の実温度に応じて、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量を制御する電源機器の冷却制御装置(23)。
続きを表示(約 530 文字)【請求項2】
前記風量制御部は、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量を用いてブロア風量を制御する請求項1に記載の電源機器の冷却制御装置。
【請求項3】
前記各制御量算出部は、前記可変制御量を、前記基準温度と、前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度との差に基づくフィードバック演算により、前記基準温度からの実温度の変化を抑える制御量として算出する請求項1又は2に記載の電源機器の冷却制御装置。
【請求項4】
前記制御量算出部ごとの前記ブロア制御量として、当該制御量算出部ごとの前記基準温度に対応する基準制御量が定められており、
前記基準制御量は、前記各制御量算出部において前記上限値よりも小さい制御量であり、かつ前記基準温度の低い他の前記制御量算出部の前記上限値に一致する制御量である請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源機器の冷却制御装置。
【請求項5】
前記複数の制御量算出部のうち並行して前記ブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、前記電源機器の実温度に応じて切り替える構成とした請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源機器の冷却制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、電源機器の冷却制御装置に関する。
続きを表示(約 6,200 文字)【背景技術】
【0002】
例えば車両にはバッテリや電力変換器等の電源機器が搭載されており、その電源機器では作動時に発熱を伴うため、電源機器を冷却する技術が各種提案されている。例えば特許文献1には、蓄電機構を冷却するための冷却ファンを搭載した車両の制御装置において、車室内の騒音に関する情報に基づいて冷却ファンの作動を制限するとともに、冷却ファンの作動が制限されている場合に、蓄電機構に関する情報に基づいて温度が高ければブロアからの風量を増やすように制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2005−306197号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば車両においては、バッテリ等における電力の入出力が頻繁に行われ、それに伴い電力変換器の作動も頻繁となる。そのため、バッテリや電力変換器での温度変化が繰り返し生じることが考えられる。この場合、バッテリや電力変換器に対して送風を行うブロアの風量変化に起因して騒音が生じることが懸念される。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブロアの作動に伴う騒音を抑制しつつ、電源機器の冷却を適正に実施することができる電源機器の冷却制御装置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】
【0006】
手段1は、
電源機器と、その電源機器を冷却する冷却風を生成するブロアとを備える冷却システムに適用され、
前記電源機器の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度に基づいてブロア制御量を算出する複数の制御量算出部と、
前記複数の制御量算出部により並行して算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備え、
前記各制御量算出部は、当該制御量算出部ごとに、前記電源機器の基準温度が各々定められ、その基準温度と前記電源機器の実温度とに応じて可変制御量を算出するとともに、その可変制御量を、前記制御量算出部ごとに異なる上限値により制限することで前記ブロア制御量を算出するものであり、
前記基準温度が高い制御量算出部では、前記基準温度が低い制御量算出部に比べて、前記可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、前記上限値がブロア風量の多い値として定められており、
前記風量制御部は、前記電源機器の実温度に応じて、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量を制御する。
【0007】
上記構成では、複数の制御量算出部が設けられており、それら各制御量算出部により電源機器の実温度に基づいて互いに異なるブロア制御量がそれぞれ算出され、同時進行で算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量が制御される。詳しくは、各制御量算出部では、制御量算出部ごとの基準温度と電源機器の実温度とに応じて可変制御量が算出されるとともに、その可変制御量が、制御量算出部ごとに異なる上限値により制限されることでブロア制御量が算出される。この場合、複数の制御量算出部で算出された各ブロア制御量は、可変制御量により電源機器の実温度に追従して変化する一方で、制御量算出部ごとの上限値により一定値で保持されるものとなる。そのため、ブロア風量を電源機器の温度変化に追従させつつも、ブロア風量の過剰な変動が抑制される。
【0008】
また、各制御量算出部では、電源機器の基準温度が互いに異なり、基準温度が高い制御量算出部では、基準温度が低い制御量算出部に比べて、可変制御量としてブロア風量の少ない制御量が算出される一方、上限値がブロア風量の多い値として定められている。そして、電源機器の実温度に応じて、各制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを用いてブロア風量が制御される。これにより、電源機器の温度が上昇変化又は下降変化する場合に、基準温度ごとに段階を持たせてブロア風量を制御することができる。
【0009】
また、電源機器では、通電状況に応じて急な温度変化が生じることが考えられ、その急な温度変化に対応させてブロアの風量制御が行われることが望ましい。この点、上記構成では、複数の制御量算出部でそれぞれブロア制御量が算出され、同時進行で算出された各ブロア制御量が電源機器の実温度に応じて切り替えられつつ使い分けられる。これにより、急な温度変化に際し迅速かつ適切な対応が可能になっている。
【0010】
上記構成によるブロア風量制御について図9を用いて補足する。図9には、複数の制御量算出部により算出される各ブロア制御量について電源機器の温度との関係が示されている。ここでは、3つの制御量算出部を用いる構成としており、制御量算出部ごとのブロア制御量Dとして、実線で示すブロア制御量D1と、一点鎖線で示すブロア制御量D2と、二点鎖線で示すブロア制御量D3とが算出される。3つの制御量算出部のうち、ブロア制御量D1を算出する制御量算出部が、最も基準温度の低い制御量算出部であり、ブロア制御量D3を算出する制御量算出部が、最も基準温度の高い制御量算出部である。
【0011】
各ブロア制御量D1〜D3は、それぞれ以下に示す制御量である。
・ブロア制御量D1は、所定の低温側温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Dfb1を、上限値Lm1により制限することで求められた制御量である。
・ブロア制御量D2は、所定の中間温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Dfb2を、上限値Lm2により制限することで求められた制御量である。
・ブロア制御量D3は、所定の高温側温度を基準温度とし電源機器の実温度に応じて算出された可変制御量Dfb3を、上限値Lm3により制限することで求められた制御量である。
【0012】
この場合、例えばブロア制御量D1,D2で言えば、適用温度域の高いブロア制御量D2の可変制御量Dfb2が、適用温度域の低いブロア制御量D1の可変制御量Dfb1よりも小さい制御量(ブロア風量の少ない制御量)として算出される。また、ブロア制御量D2の上限値Lm2が、ブロア制御量D1の上限値Lm1よりも大きい制御量(ブロア風量の多い制御量)となっている。ブロア制御量D2,D3についても同様である。そして、ブロア制御量D1〜D3ごとの適用温度域に応じて、各ブロア制御量D1〜D3が適宜使い分けられる。
【0013】
以上により、ブロアの作動に伴う騒音を抑制しつつ、電源機器の冷却を適正に実施することができる。
【0014】
手段2では、手段1において、前記風量制御部は、前記各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量を用いてブロア風量を制御する。
【0015】
上記構成では、各制御量算出部により算出されたブロア制御量のうちブロア風量が最大となるブロア制御量によりブロア風量が制御されるため、制御量算出部ごとのブロア制御量の切り替えを要する境界温度域にあってもブロア風量の不足を抑制しつつ、電源機器を適正に冷却することができる。つまり、適正なブロア風量は電源機器の温度変化に伴って逐次変化するが、電源機器の温度変化に対応させつつ適正なブロア風量の設定が可能となっている。
【0016】
手段3では、手段1又は2において、前記各制御量算出部は、前記可変制御量を、前記基準温度と、前記温度取得部により取得された前記電源機器の実温度との差に基づくフィードバック演算により、前記基準温度からの実温度の変化を抑える制御量として算出する。
【0017】
上記構成によれば、電源機器の実温度について基準温度からの温度変化を抑制することができ、その温度変化の抑制により過度な風量変動を抑制することができる。これにより、ブロア風量を安定させ、ひいては騒音抑制を図ることができる。
【0018】
手段4では、手段1〜3のいずれかにおいて、前記制御量算出部ごとの前記ブロア制御量として、当該制御量算出部ごとの前記基準温度に対応する基準制御量が定められており、前記基準制御量は、前記各制御量算出部において前記上限値よりも小さい制御量であり、かつ前記基準温度の低い他の前記制御量算出部の前記上限値に一致する制御量である。
【0019】
上記構成によれば、各制御量算出部において、基準温度に対応する基準制御量が、上限値よりも小さく、かつ基準温度の低い他の制御量算出部の上限値に一致する制御量となっている。これにより、各制御量算出部で算出されたブロア制御量が電源機器の実温度に応じて切り替えられる際に、ブロア制御量を段差無くスムーズに変化させることができる。そのため、ブロア風量を好適に管理することができ、ひいてはブロア風量の変動に起因する騒音の抑制が可能になっている。
【0020】
手段5では、手段1〜4のいずれかにおいて、前記複数の制御量算出部のうち並行して前記ブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、前記電源機器の実温度に応じて切り替える構成とした。
【0021】
複数の制御量算出部においてブロア制御量の算出を全て並行して行う場合には、演算負荷の増加が懸念される。この点、複数の制御量算出部のうち並行してブロア制御量の算出を行う制御量算出部を、電源機器の実温度に応じて切り替えることにより、演算負荷の軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
車両電源装置の概略を示す構成図。
制御部のブロア風量制御に関する構成を示す機能ブロック図。
各算出部により算出されるデューティ比を示す図。
ブロア風量制御の処理手順を示すフローチャート。
冷却状態監視の処理手順を示すフローチャート。
電力変換器の温度変化とブロア風量の推移とを示すタイムチャート。
電力変換器の温度変化とブロア風量の推移とを示すタイムチャート。
算出部の切り替え手順を示すフローチャート。
複数の制御量算出部により算出される各ブロア制御量について電力変換器の温度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源装置において電力変換器の冷却を行う冷却システムを具体化するものとしている。車両は例えば電気自動車であり、高電圧バッテリからの電力供給に伴う回転電機の駆動により車両の走行が可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【0024】
図1は、車両電源装置の概略を示す構成図である。図1において、高電圧バッテリ11には回転電機ユニット12が接続されている。高電圧バッテリ11は、数100V(例えば300V程度)の高電圧電源である。不図示とするが、回転電機ユニット12は、車両の走行動力源となる回転電機や、高電圧バッテリ11の電圧を昇圧変換する電力変換器、直流と交流との電力変換を行うインバータなどを備えている。
【0025】
また、高電圧バッテリ11には電力変換ユニット20が接続され、その電力変換ユニット20には低電圧電源である低電圧バッテリ31と、車両補機である低電圧負荷32とが接続されている。電力変換ユニット20は、DCDCコンバータである電力変換器21を備えており、電力変換器21により、高電圧バッテリ11の高電圧が降圧変換されて低電圧バッテリ31の充電が行われる。電力変換ユニット20は、車両において車室に隣接する場所に設けられ、例えばリアシート下方に設けられている。本実施形態では、電力変換器21が「電源機器」に相当する。
【0026】
電力変換ユニット20において電力変換器21は、複数の半導体スイッチング素子を有してなるスイッチ駆動部22と、そのスイッチ駆動部22でのスイッチングによる電力変換を制御する制御部23とを備えている。低電圧バッテリ31の充電時には、電力変換器21において制御部23によりスイッチ駆動部22でのスイッチングが制御され、電力変換器21からの電力供給により低電圧バッテリ31が所定電圧に充電される。
【0027】
また、電力変換ユニット20は、冷却装置としてのブロア25と、そのブロア25を駆動する駆動部26とを有しており、ブロア25の駆動に伴い生じる冷却風により電力変換器21が冷却される。ブロア25は、駆動部26の駆動量に応じて風量を可変とする風量可変ブロアである。電力変換ユニット20の作動時にはスイッチ駆動部22でのスイッチングに伴い発熱が生じるため、その発熱による温度上昇を抑えるべく、ブロア25による空気冷却が行われる。
【0028】
制御部23は、電力変換器21に設けられた温度センサ27の温度検出値を入力し、その温度検出値に基づいてブロア25の風量を制御する。温度センサ27は、例えば電力変換器21においてスイッチ駆動部22に一体に、又はスイッチ駆動部22の近傍に設けられている。具体的には、制御部23は、温度検出値(電力変換器21の実温度)に基づいて制御デューティを算出し、その制御デューティに応じて駆動部26によりブロア25を駆動させることでブロア風量を制御する。
【0029】
次に、本実施形態におけるブロア風量制御について詳しく説明する。本実施形態では、制御部23が、電力変換器21の実際の温度を実温度として取得する温度取得部と、その電力変換器21の実温度に基づいてブロア制御量を算出する複数の制御量算出部と、複数の制御量算出部により算出されたブロア制御量のいずれかを選択的に用いてブロア風量を制御する風量制御部と、を備えるものとなっている。
【0030】
図2は、制御部23のブロア風量制御に関する構成を示す機能ブロック図である。図2の構成では、制御部23は、ブロア風量を制御するブロア制御量Dとして、第1デューティ比D1と第2デューティ比D2と第3デューティ比D3とを算出し、それら各デューティ比D1〜D3のいずれかに基づいてブロア25の風量制御を行うものとしている。
(【0031】以降は省略されています)

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