JP2010161904A - 冷却ファンの駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却ファンを安定的に駆動させることを可能にする冷却ファンの駆動制御装置を提供する。
【解決手段】ECU600は、冷却ファン402を駆動制御する。ECU600は、冷却ファン402の駆動開始時の回転数が所定の下限値以下の場合には、駆動開始時のデューティ指令値を増加させる。一方、ECU600は、冷却ファン402の駆動開始時の回転数が所定の上限値を上回る場合には、駆動開始時のデューティ指令値を低下させる。
【選択図】図1
【解決手段】ECU600は、冷却ファン402を駆動制御する。ECU600は、冷却ファン402の駆動開始時の回転数が所定の下限値以下の場合には、駆動開始時のデューティ指令値を増加させる。一方、ECU600は、冷却ファン402の駆動開始時の回転数が所定の上限値を上回る場合には、駆動開始時のデューティ指令値を低下させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、冷却ファンの駆動制御装置に関し、特に、冷却ファンを安定的に駆動させる技術に関する。
従来より、モータからの駆動力を用いて走行可能なハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。これらの車両には、モータに供給する電力を蓄える二次電池(バッテリ)やキャパシタ(コンデンサ)などの蓄電機構が搭載されている。バッテリやキャパシタは、充放電に伴い発熱するため、冷却する必要がある。そのため、ハイブリッド車などには、バッテリなどを冷却するための冷却ファンが搭載されている。
特開2005−184979号公報(特許文献1)は、電池ユニットを冷却するための送風ファンと、送風ファンに供給する電力を制御するスイッチング素子と、そのスイッチング素子をオンオフするデューティを制御する制御回路とを備える車両用の電源装置を開示する。制御回路は、電池温度と、車速およびエンジン回転数のいずれか一方とに基づいてデューティを変更する。
しかしながらデューティが適切に設定されていない場合、次のような問題が起こりうる。たとえばデューティが大きすぎると、冷却ファンが回りすぎるため、振動および騒音(NV:Noise & Vibration)が大きくなる可能性がある。一方、デューティが小さすぎると、冷却ファンが回らない可能性がある。冷却ファンの状態は経年により変化しうる。このため、予め設定されたデューティでは冷却ファンを適切に動作できない可能性がある。
本発明の目的は、冷却ファンを安定的に駆動させることを可能にする冷却ファンの駆動制御装置を提供することである。
本発明は要約すれば、冷却ファンの駆動制御装置であって、デューティ指令値に応じて冷却ファンの駆動電圧を制御することにより、冷却ファンの回転数を変化させる駆動部と、冷却ファンの回転数を検出する検出部と、検出部により検出された回転数に基づいて、デューティ指令値を設定するデューティ設定部とを備える。デューティ設定部は、検出部により検出された冷却ファンの駆動開始時の回転数が所定の下限値以下の場合には、駆動開始時のデューティ指令値を増加させる一方で、検出部により検出された駆動開始時の回転数が所定の上限値を上回る場合には、駆動開始時のデューティ指令値を低下させる。
本発明によれば、冷却ファンを安定的に駆動させることを可能にする。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1を参照して、本発明の実施の形態1に係る冷却ファンの駆動制御装置を搭載した車両について説明する。この車両は、エンジン100と、第1MG(Motor Generator)200と、PCU(Power Control Unit)300と、高圧バッテリ400と、冷却ファン402と、補機バッテリ410と、DC/DCコンバータ412と、第2MG500と、ECU(Electronic Control Unit)600とを備える。
図1を参照して、本発明の実施の形態1に係る冷却ファンの駆動制御装置を搭載した車両について説明する。この車両は、エンジン100と、第1MG(Motor Generator)200と、PCU(Power Control Unit)300と、高圧バッテリ400と、冷却ファン402と、補機バッテリ410と、DC/DCコンバータ412と、第2MG500と、ECU(Electronic Control Unit)600とを備える。
なお、本実施の形態において、車両は、エンジン100を搭載したハイブリッド車両を用いて説明するが、ハイブリッド車両の代わりに、燃料電池を搭載した燃料電池車や、電気自動車などを用いてもよい。
エンジン100は、燃料と空気との混合気を燃焼させてクランクシャフト(図示せず)を回転させ、駆動力を発生する。エンジン100が発生した駆動力は、動力分割機構102により、2経路に分割される。一方は減速機104を介して車輪106を駆動する経路である。もう一方は、第1MG200を駆動させて発電する経路である。
第1MG200は、動力分割機構102により分割されたエンジン100の駆動力により駆動させられ、発電する。第1MG200により発電された電力は、車両の運転状態や、高圧バッテリ400のSOC(State Of Charge)の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、第1MG200により発電された電力は、PCU300を介して第2MG500に供給される。
一方、高圧バッテリ400のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1MG200により発電された電力は、PCU300のインバータ302により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ304により電圧が調整された後、高圧バッテリ400に蓄えられる。
高圧バッテリ400のSOCは、電流センサ420により検出された入力電流および出力電流に基づいて、ECU600により推定される。なお、SOCを推定する方法は、公知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰返さない。
高圧バッテリ400は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。なお、高圧バッテリ400の代わりに、キャパシタ(コンデンサ)を用いてもよい。高圧バッテリ400は、冷却ファン402により供給された冷却空気との間で熱交換が行なわれ、冷却される。冷却ファン402は、車室内の空気を高圧バッテリ400に対して供給する。
冷却ファン402には、高圧バッテリ400よりも定格電圧が低い補機バッテリ410から電力が供給される。なお、高圧バッテリ400の定格電圧は、たとえば300V程度であって、補機バッテリ410の定格電圧(出力時の定格電圧)は、たとえば14V程度である。冷却ファン402は、ECU600によりデューティ制御される。すなわち、冷却ファン402は、ECU600から冷却ファン402へ送信されるデューティ指令値(冷却ファン402に対するデューティ比の指令値)により制御される。
ここで、デューティ制御とは、補機バッテリ410と冷却ファン402との間に設けられたスイッチング素子がオンになる比率(デューティ比)を制御することにより、冷却ファン402の駆動電圧を制御することをいう。したがって、冷却ファン402の駆動電圧は、デューティ指令値に対応した電圧になる。
冷却ファン402の回転数は、回転数センサ404により検出される。回転数センサ404により検出された回転数は、ECU600に送信される。回転数センサ404により冷却ファン402の回転数が検出されると、ECU600は、冷却ファン402が駆動したことを検出する。
冷却ファン402は、ロック機構406によりロック可能であるように設けられる。ロック機構406により冷却ファン402がロックされると、冷却ファン402は回転不能になる。
たとえば、通電などを行なうことにより突出する係止部材がロック機構406に設けられる。冷却ファン402の回転軸の円周上に設けられた凹部に、ロック機構406の係止部材を係合することにより、冷却ファン402がロックされる。なお、冷却ファン402をロックする方法はこれに限らない。
補機バッテリ410には、DC/DCコンバータ412を介して高圧バッテリ400から電力が供給される。すなわち、高圧バッテリ400の出力電圧をDC/DCコンバータ412により降圧することにより、補機バッテリ410が充電される。補機バッテリ410の電圧は、電圧センサ414により検出され、検出結果を表す信号がECU600に送信される。補機バッテリ410には、たとえば鉛蓄電池が用いられるが、その他、ニッケル水素電池やリチウム電池等であってもよく、キャパシタ(コンデンサ)等であってもよい。
第2MG500は、三相交流回転電機である。第2MG500は、高圧バッテリ400に蓄えられた電力および第1MG200により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。第2MG500の駆動力は、減速機104を介して車輪106に伝えられる。これにより、第2MG500は、エンジン100をアシストして車両を走行させたり、第2MG500からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。
車両の回生制動時には、減速機104を介して車輪106により第2MG500が駆動させられ、第2MG500が発電機として作動させられる。これにより第2MG500は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第2MG500により発電された電力は、インバータ302およびコンバータ304を介して高圧バッテリ400に蓄えられる。
ECU600には、バッテリ温度センサ602、車速センサ604、クランクポジションセンサ606、第1回転数センサ608および第2回転数センサ610が接続されている。
バッテリ温度センサ602は、高圧バッテリ400の温度TBを検出する。車速センサ604は、車輪の回転数を検出する。クランクポジションセンサ606は、クランクシャフトに設けられたタイミングロータに対向して設けられており、クランクシャフトの回転数を検出する。第1回転数センサ608は、第1MG200の回転数を検出する。第2回転数センサ610は、第2MG500の回転数を検出する。
バッテリ温度センサ602、車速センサ604、クランクポジションセンサ606、第1回転数センサ608および第2回転数センサ610の検出結果を表す信号は、ECU600に送信される。
ECU600は、各センサから送信された信号、車両の運転状態、アクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、高圧バッテリ400のSOCおよび温度、メモリ612に記憶されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ECU600は、車両が所望の運転状態となるように車両に搭載された機器類を制御する。なお、ECU600は複数のECUに分割するようにしてもよい。
ECU600は、高圧バッテリ400の温度TB、SOC、入出力電流などに基づいて、冷却ファン402の風量を示す冷却ファン402のファン駆動段数を設定する。
ファン駆動段数は、高圧バッテリ400の温度TBが高いほど、あるいは、高圧バッテリ400のSOCや高圧バッテリ400からの入出力電流が高いほど、より高い段数に設定される。ファン駆動段数が大きいほど、より高いデューティ指令値が設定される。すなわちファン駆動段数が大きいほど、駆動電圧が大きくなり、冷却ファンの回転数が高くなる。
図2に示すように、時刻t1において冷却ファン402の駆動が開始されると、デューティ指令値は、ファン駆動段数に応じた初期値に設定される。そして、時刻t1以後、デューティ指令値は時間とともに増加する。これにより冷却ファン402の回転数が上昇する。そして時刻t2以後においてデューティ指令値は一定の指令値Aになり、その後指令値Aに保たれる。なお以後では、指令値Aに達する以前のデューティ指令値を、冷却ファンの駆動開始時のデューティ指令値として「初期駆動デューティ」とも呼ぶことにする。
図3を参照して、ECU600の機能について説明する。なお、以下に説明する機能は、ハードウェアにより実現するようにしてもよく、ソフトウェアにより実現するようにしてもよい。
ECU600は、駆動部700と、検出部702と、デューティ設定部704とを備える。
駆動部700は、デューティ設定部704からのデューティ指令値に従ってスイッチング素子403をオンオフすることにより、冷却ファン402の駆動電圧を制御する。スイッチング素子403は、補機バッテリ410と冷却ファンとの間に設けられ、駆動部700によるデューティ制御により、冷却ファン402に、デューティ指令値に応じた駆動電圧を供給して冷却ファンを駆動させる。
検出部702は、回転数センサ404により検出される冷却ファン402の回転数に基づいて、冷却ファン402が動作したことを検出する。たとえば、検出部702は、回転数センサ404が検出した冷却ファン402の回転数が、予め定められた下限値以上である場合、冷却ファン402の動作を検出する。冷却ファン402の回転数と比較される下限値は、たとえば正値である。また、検出部702は、回転数センサ404が検出した冷却ファン402の回転数が予め定められた上限値以上である場合には、冷却ファン402の過回転を検出する。
デューティ設定部704は、駆動部700による冷却ファン402の駆動開始時において、バッテリ温度センサ602により検出された高圧バッテリ400の温度TBに基づいてファン駆動段数を設定するとともに、そのファン駆動段数に対応するデューティ指令値(初期値)を駆動部700に出力する。さらに、デューティ設定部704は、デューティ指令値を上昇させる。
さらに、デューティ設定部704は、検出部702による検出結果に基づいて、冷却ファンの駆動開始時のデューティ指令値、すなわち初期駆動デューティを補正する。なお、デューティ指令値を補正することを以下では「学習」とも呼ぶことにする。
図4を参照して、実施の形態1においてECU600により実行されるデューティ指令値の補正(学習)処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、高圧バッテリ400の冷却が必要なときに実行されるものとするが、たとえば一定のタイミングで実行されてもよい。
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、ECU600は、デューティ指令値を予め記憶された初期値に設定するとともに、その指令値に従って、冷却ファン402を駆動する。たとえばECU600は、高圧バッテリ400の温度TB、SOC、入出力電流などに基づいて冷却ファン402のファン駆動段数を設定し、その段数に基づいてデューティ指令値の初期値を設定する。
S102にて、ECU600は、冷却ファン402の駆動が成功したか否かを判定する。ECU600は、冷却ファンの回転数が下限値を上回る場合に、冷却ファン402の駆動が成功したと判定する。この場合(S102にてYES)、ECU600は、予め記憶されたデューティ指令値の初期値から所定値Xを減算し、その減算後の値を学習値とする(S104)。一方、ECU600は、冷却ファンの回転数が下限値以下の場合には冷却ファン402の駆動が失敗したと判定する。この場合(S102にてNO)、ECU600は、予め記憶されたデューティ指令値の初期値に所定値Yを加え、その加算後の値を学習値とする(S106)。X,Yは正値であるとともに、X<Yである。ECU600は、S104あるいはS106にて、デューティ指令値の初期値の補正(すなわち学習)を行なう。
S108にて、ECU600は、S104あるいはS106により算出されたデューティ指令値の初期値を学習値として記憶する。すなわち図5のフローチャートに示した処理が実行されるごとにデューティ指令値の初期値が補正(学習)される。
図5を参照して、冷却ファン402の駆動が成功した場合、学習値であるデューティ指令値の初期値をXだけ低下させる処理が実行される。一方、冷却ファン402の駆動が失敗した場合、学習値をYだけ低下させる処理が実行される。なお、デューティ指令値が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりしないよう、上限および下限のガード(上限値および下限値)が設定される。
たとえば冷却ファン402の1回目の駆動時では、駆動が成功する。これにより、2回目の駆動時における学習値は、1回目の駆動時の学習値よりXだけ小さい値となる。3回目の駆動時には、冷却ファン402の駆動が失敗する。これにより4回目の駆動時における学習値は3回目の駆動時の学習値よりもYだけ高い値となる。
図6および図2を参照して、ECU600は、学習値をXだけ低下させた場合には、元のデューティ指令値(学習前のデューティ指令値)に対して全体的にXだけ小さくなるよう、デューティ指令値を推移させる。一方、ECU600は、学習値をYだけ増加させた場合には、元のデューティ指令値に対して全体的にYだけ大きくなるようデューティ指令値を推移させる。
冷却ファン402の状態は、たとえば個体ごとにばらついたり経年により変化したりする。冷却ファンの個体差、経年による変化等を考慮せずにデューティ指令値を固定した場合、冷却ファンの現在の状態にとって、デューティ指令値の初期値が適切でない(高すぎたり、低すぎたりする)可能性がある。
デューティ指令値の初期値が大きすぎた場合、デューティ指令値が全体的に大きくなるので冷却ファン402が回りすぎることが起こる。このため冷却ファン402の駆動に伴い発生する振動および騒音(NV:Noise & Vibration)が大きくなる可能性がある。一方、デューティ指令値の初期値が小さすぎた場合、デューティ指令値が全体的に小さくなる。これにより冷却ファン402が回りにくくなる可能性がある。冷却ファン402の回転数が低すぎる場合には、冷却ファン402が異常であると誤判定される可能性がある。
実施の形態1によれば、ECU600は、冷却ファン402の駆動の成功および失敗に基づいて冷却ファンの駆動開始時のデューティ指令値を補正(学習)する。より具体的には、デューティ指令値の初期値を補正(学習)する。これにより、冷却ファン402の現在の状態に対応したデューティ指令値を設定できるので、デューティ指令値が大きすぎたり小さすぎたりすることを回避できる。よって、実施の形態1によれば、冷却ファンを安定的に駆動させることができる。
[実施の形態2]
本発明の実施の形態2に係る冷却ファンの駆動制御装置を搭載した車両の構成は図1に示す構成と同様である。さらに、ECU600の構成については図3に示した構成と同様である。
本発明の実施の形態2に係る冷却ファンの駆動制御装置を搭載した車両の構成は図1に示す構成と同様である。さらに、ECU600の構成については図3に示した構成と同様である。
実施の形態2は、初期駆動デューティの学習の方法の点において実施の形態1と異なる。実施の形態2では、デューティ設定部704(図3参照。以下も同様)は、冷却ファンの駆動開始時から所定時間後の冷却ファン402の回転数に基づいて、デューティ指令値の初期値を補正(学習)する。具体的には、検出部702により検出された冷却ファン402の回転数が第1の基準値(NE1)より小さい場合には、デューティ設定部704はデューティ指令値の初期値を増加させる。検出部702により検出された冷却ファン402の回転数が第2の基準値(NE2)より大きい場合には、デューティ設定部704はデューティ指令値の初期値を減少させる。
なおデューティ指令値の増加量および減少量は適切に設定される。たとえば実施の形態1と同様に、デューティ指令値の増加量および減少量をそれぞれYおよびXに設定してもよい。また、デューティ指令値の増加量および減少量は同じ値であってもよい。
図7および図8を参照して、実施の形態2においてECU600により実行されるデューティ指令値の補正(学習)処理について説明する。
S110にて、ECU600は、デューティ指令値を、予め記憶された初期値に設定するとともに、その指令値に従って冷却ファン402を駆動する。さらに、ECU600は、時間計測を開始する。時刻t1において、デューティ指令値は予め記憶された初期値に設定されて、冷却ファン402の駆動が開始される。
ECU600は、所定の時間レートに従ってデューティ指令値を初期値から上昇させるとともに、時刻t1から所定時間Tが経過したか否かを判定する(S112)。なお、この所定時間Tは、デューティ指令値が一定になる(図8に示す時刻t2)までの時間として設定される。
所定時間Tが経過していないと判定された場合(S112にてNO)、S112の処理が繰返される。一方、ECU600は、所定時間Tが経過したと判定した場合(S112にてYES)、回転数センサ404の検出結果に基づいて、冷却ファン402の回転数が第1の基準値NE1より小さいか否かを判定する(S114)。図8に示す領域A1は、冷却ファン402の回転数が第1の基準値NE1より小さい領域である。
ECU600は、冷却ファン402の回転数が第1の基準値NE1より小さいと判定した場合(S114にてYES)、予め記憶されたデューティ指令値の初期値を増加させる(S116)。S116にて、たとえばECU600は、デューティ指令値の初期値に上述の所定値Yを加える。
ECU600は、冷却ファン402の回転数が第1の基準値NE1以上であると判定した場合(S114にてNO)、冷却ファン402の回転数が第2の基準値NE2より大きいか否かを判定する(S118)。図8に示す領域A2は、冷却ファン402の回転数が第2の基準値NE2より大きい領域である。
ECU600は、冷却ファン402の回転数が第2の基準値NE2より大きいと判定した場合(S118にてYES)、予め記憶されたデューティ指令値の初期値を減少させる(S120)。S120にて、たとえばECU600は、デューティ指令値の初期値から上述の所定値Xを減算する。
ECU600は、冷却ファン402の回転数が第2の基準値NE2以下であると判定した場合(S118にてNO)、デューティ指令値の初期値を維持する(S122)。この場合、冷却ファン402の回転数は第1の基準値NE1以上、かつ第2の基準値NE2以下であるので、デューティ指令値の初期値は変更されない。
一方、ECU600は、S116あるいはS120にて、予め記憶されたデューティ指令値の初期値を増加させたり減少させたりした場合、その算出されたデューティ指令値の初期値を学習値として記憶する(S124)。
ECU600が、デューティ指令値の初期値の学習として、予め記憶されたデューティ指令値の初期値をYだけ増加させた場合、元の指令値(学習前のデューティ指令値)に対して全体的にYだけ大きくなるようにデューティ指令値が推移する。一方、ECU600が、デューティ指令値の初期値の学習として、予め記憶されたデューティ指令値の初期値をXだけ減少させた場合、元の指令値(学習前のデューティ指令値)に対して全体的にXだけ小さくなるようにデューティ指令値が推移する。
以上のように、実施の形態2によれば実施の形態1と同様に、冷却ファン402の駆動時のデューティ指令値が大きすぎたり小さすぎたりすることを回避できる。よって、実施の形態1によれば、冷却ファンを安定的に駆動させることができる。
なお、上述の説明においては、ECU600がデューティ指令値を学習することにより、学習前のデューティ指令値を全体的にシフト(増加あるいは減少)させるものとしたが、図9に示すように、デューティ指令値の初期値を変えずに、デューティ指令値の時間上昇率を増加あるいは減少させてもよい。時間上昇率の増加または減少の判定については、実施の形態1あるいは形態2による判定を適用できる。すなわち、冷却ファンの駆動が成功したか失敗したかに基づいて、時間上昇率を増加させるかあるいは減少させるかを判定してもよいし、冷却ファンの駆動開始から所定時間後の冷却ファンの回転数に基づいて、時間上昇率を増加させるかあるいは減少させるかを判定してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100 エンジン、102 動力分割機構、104 減速機、106 車輪、200 第1MG、500 第2MG、302 インバータ、304 コンバータ、400 高圧バッテリ、402 冷却ファン、403 スイッチング素子、404 回転数センサ、406 ロック機構、410 補機バッテリ、412 DC/DCコンバータ、414 電圧センサ、420 電流センサ、602 バッテリ温度センサ、604 車速センサ、606 クランクポジションセンサ、608 第1回転数センサ、610 第2回転数センサ、612 メモリ、700 駆動部、702 検出部、704 デューティ設定部、A1,A2 領域。
Claims (1)
- 冷却ファンの駆動制御装置であって、
デューティ指令値に応じて前記冷却ファンの駆動電圧を制御することにより、前記冷却ファンの回転数を変化させる駆動部と、
前記冷却ファンの回転数を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記回転数に基づいて、前記デューティ指令値を設定するデューティ設定部とを備え、
前記デューティ設定部は、前記検出部により検出された前記冷却ファンの駆動開始時の前記回転数が所定の下限値以下の場合には、前記駆動開始時の前記デューティ指令値を増加させる一方で、前記検出部により検出された前記駆動開始時の前記回転数が所定の上限値を上回る場合には、前記駆動開始時の前記デューティ指令値を低下させる、冷却ファンの駆動制御装置。
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