JP2014047660A

JP2014047660A - 電動ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2014047660A
Application number: JP2012189673A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Hisada; 周平久田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】冷却液を循環させる電動ポンプの制御において、ロックを検知しても運転に支障がない状況では運転を中止しないようにする技術を提供する。
【解決手段】本明細書で開示する電動ポンプのコントローラは、電動ポンプに駆動電力を供給している間に電動ポンプのロックを検出した場合（Ｓ１２；ＹＥＳ）、冷却液の温度が閾値温度Ｔｐ１以上、又は電圧コンバータやインバータのスイッチング素子の温度が閾値温度Ｔｐ２以上であるときには（Ｓ１４；ＹＥＳ）、電動ポンプへの駆動電力の供給を停止する。いずれにも該当しないときには（Ｓ１４；ＮＯ）、電動ポンプ３２のロック解除制御（Ｓ１７）を行う。そのため、電動ポンプ内に異物が噛み込んでいたときにはそれが除去されることで、不要な電動ポンプの停止やそれによる警報の出力が抑制される。
【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電子部品を冷却する冷却器に冷却液を循環させる電動ポンプの制御装置に関する。

冷却液を循環させる電動ポンプの制御装置として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。この技術では、車両において、内燃機関の運転中にウォータポンプ、ラジエータファン、及びサーモスタットの作動などに伴う冷却水の温度変化により内燃機関冷却系の故障判定を行い、故障と判定した場合には警報ランプを点灯させる。

特開２００９−７４４３０号公報

一般に、このような制御装置では、異常や故障を検出した場合には、警報ランプを点灯させたり警報表示を出力したりするなどして、運転者に告知する構成を採るものが多い。しかし、故障や異常が検出されても、運転に差し支えない場合もある。またセンサの故障などによる誤検出もあり得る。本明細書は、電動ポンプの異常検知において、ポンプのロックを検知しても、運転に支障が無い状況下では運転を停止しないようにする技術を提供する。

本明細書が開示する電動ポンプの制御装置は、電動ポンプに駆動電力を供給している間に電動ポンプの回転停止（いわゆる「ロック」）を検出した場合、電子部品の温度が第１の閾値温度以上、又は、冷却液の温度が第２の閾値温度以上であるときには、電動ポンプへの駆動電力の供給を停止する。いずれにも該当しないときには（すなわち、電子部品の温度が第１の閾値温度未満であり、かつ、冷却液の温度が第２の閾値温度未満）、電動ポンプのロック解除制御を行う。換言すれば、電子部品の温度が第１の閾値温度未満、及び、冷却液の温度が第２の閾値温度未満であるときには、電動ポンプへの駆動電力の供給を停止することなく、電動ポンプのロック解除制御を行う。これにより、電動ポンプの回転停止が検出されても、電子部品及び冷却液の温度がある程度低い場合には、電動ポンプのロック解除制御を行う。そのため、電動ポンプ内に異物が噛み込んでいた場合にはそれが除去されることで、不要な電動ポンプの停止やそれによる警報の出力が抑制される。なお、「第１の閾値温度」及び「第２の閾値温度」は、電子部品や冷却液の具体的な特性で定まる。実際には、電子部品や冷却液の個々の特性に応じて、実験やシミュレーションなどにより予め定められる。また、「閾値温度以上」、「閾値温度未満」とした上記の判定基準は、「閾値温度を超える場合」、「閾値温度以下」としてもよい。また、「電動ポンプのロック解除制御」の典型は、電動ポンプを間欠運転又は逆転させる駆動電力を電動ポンプに供給することである。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

ハイブリッド車の駆動系のブロック図である。ハイブリッド車の冷却システムのブロック図である。冷却システムのコントローラが実行するロック検出確定処理のフローチャートである。電動ポンプの異常が確定する場合（１）の説明図である。電動ポンプの異常が確定する場合（２）の説明図である。電動ポンプが正常状態に復帰する場合の説明図である。

図面を参照して実施例の電動ポンプの制御装置を説明する。この実施例は、ハイブリッド車のインバータなどを冷却する冷却システムに電動ポンプの制御装置を適用したものである。まず、図１及び図２を参照してこの冷却システムの概要について説明する。図１に、ハイブリッド車１００の駆動系のブロック図を示し、図２に、冷却システムのブロック図を示す。

ハイブリッド車１００は、第１モータ２と第２モータ３とエンジン４を駆動源として備えている。第１モータ２はエンジン４のセルモータや発電機として機能し、第２モータ３は走行用のモータとして、エンジン４と同様に車輪を駆動する。第１モータ２は、定常走行時のエンジン４のトルクにより発電をすることもある。制動時は、第２モータ３が発電機として機能する。動力分配機構５は、第１モータ２、第２モータ３及びエンジン４によるそれぞれの出力を合成／分配して車軸６に出力する。ドライブトレイン７は、第１モータ２、第２モータ３及び動力分配機構５により構成される。第１モータ２及び第２モータ３には、メインバッテリ１１から、電圧コンバータ１５及びインバータ１７、１８を介して駆動電力が供給される。以下、第１モータ２及び第２モータ３を、単に「モータ２、３」と称する。

メインバッテリ１１の出力電圧は１００ボルト以上であり、電圧コンバータ１５により昇圧された後、インバータ１７、１８により交流電力に変換されてモータ２、３に供給される。メインバッテリ１１と電圧コンバータ１５の間にはシステムメインリレー１３が介在する。電圧コンバータ１５は、メインバッテリ１１の電圧をモータ２、３の駆動に適した電圧に昇圧する機能と、モータ２、３が生成した回生電力をメインバッテリ１１の充電に適した電圧に降圧する機能を有する。電圧コンバータ１５とインバータ１７、１８は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を有しており、これらはパワーコントローラ２１から出力されるＰＷＭ信号により制御される。ＨＶコントローラ２２は、車速、アクセル開度、メインバッテリ１１の残量などに基づいて駆動系が出力すべき走行トルクを算出し適切な指令をパワーコントローラ２１に出力する。この指令に基づいてパワーコントローラ２１が先のＰＷＭ信号を生成して電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８に出力する。

次に、図２を参照して冷却システム３０を説明する。上記のごとく制御される電圧コンバータ１５、インバータ１７、１８の各スイッチング素子は、大電力をスイッチングするため発熱量が大きい。このため、これらの各スイッチング素子はインバータクーラ３６により冷却される。冷却システム３０は、ラジエータ３５、インバータクーラ３６、リザーブタンク３７及びオイルクーラ３８を一巡する冷却パイプ３１内に冷却液を循環させて電圧コンバータ１５及びインバータ１７、１８のスイッチング素子や、オイルクーラ３８を冷却する。冷却液は、例えばＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）であり、電動ポンプ３２により圧送されて冷却パイプ３１内を循環する。オイルクーラ３８は、オイルポンプ５１の圧送により冷却パイプ５２内を循環するオイルにてドライブトレイン７を冷却する冷却装置であり、モータ２、３及び動力分配機構５を冷却する。

電動ポンプ３２は、モータにより内部のインペラ（羽根車）を回転させてその遠心力によりポンプ内の冷却液を送出する機能を有しており、このモータの回転制御が冷却コントローラ３９によるＰＷＭ制御により行われている。実施例では、電動ポンプ３２の回転数を検出する回転数センサ４１、冷却パイプ３１を流れる冷却液の温度を検出する温度センサ４２、冷却液の流量を検出する流量センサ４３、及び、インバータクーラ３６により冷却されるスイッチング素子の温度を検出する温度センサ４４から送出される各センサ情報に基づいて、冷却コントローラ３９がモータ回転のＰＷＭ制御を行っている。

電動ポンプ３２は、構造上、回転するインペラとその周囲のハウジング内壁の間に形成される隙間は非常に狭い。そのため、冷却液の注入時に混入した埃や、冷却パイプ３１内で発生した錆や金属片などの異物が、このような隙間に噛み込んだ場合には、インペラがロックしてモータの回転を妨げることがある。このような場合には、冷却コントローラ３９によって、電動ポンプ３２がロックしたことを検出してインスツールパネルにより警告を表示したり、自己診断情報などを記録する半導体メモリ（ダイアグ用メモリデバイス）への書き込みにより記録したりする。実施例では、冷却コントローラ３９が実行するロック検出確定処理により電動ポンプ３２のロックを検出している。ここからは、図３を参照して実施例によるロック検出確定処理を説明する。図３に、冷却コントローラが実行するロック検出確定処理のフローチャートを示す。

冷却コントローラ３９によるロック検出確定処理は、電動ポンプ３２のＰＷＭ制御と同様、逐次繰り返し実行される。このロック検出確定処理が実行される前提として、電動ポンプ３２には、所定の回転数で通常運転を行うＰＷＭ制御信号が冷却コントローラ３９から出力されている。以下、電動ポンプ３２の通常運転におけるモータの回転方向を「正回転」と称し、これとは逆方向の回転を「逆回転」と称する。

冷却コントローラ３９は、まずステップＳ１１において回転数センサ４１、温度センサ４２、４４により電動ポンプ３２の回転数、冷却液の温度（液温）及びスイッチング素子の温度（素子温）を検出する。続くステップＳ１２では電動ポンプ３２がロックしているか否かを判定する。この判定は、電動ポンプ３２の回転数に基づいて行う。回転数センサ４１により検出されたモータの回転数がゼロである場合には（Ｓ１２；ＹＥＳ）、冷却コントローラ３９から通常運転のＰＷＭ制御信号が出力されているにもかかわらず、電動ポンプ３２が回転していないことから、前述した異物の噛み込みにより電動ポンプ３２がロックしている蓋然性が高い。なお、「ロックしている」との判定には、モータの回転数がほぼゼロの場合を含む。この場合には冷却コントローラ３９はステップＳ１３に処理を移行する。他方、回転数センサ４１により電動ポンプ３２の回転が検出された場合には（Ｓ１２；ＮＯ）、異物の噛み込みもなく正常に回転している可能性が高いため、ロック検出確定処理を一旦、終了して（リターン）、次の制御周期にて図３の処理を再び開始する。

ステップＳ１３では正回転方向の間欠運転制御を行う。間欠運転制御は、例えば、モータを、０．５秒間、正回転させた後、０．５秒間、停止させる制御を所定時間（例えば３秒間）繰り返す。所定時間ではなく所定回数でもよい。これにより、通常運転とは異なる挙動をインペラがとるため、インペラとハウジング内壁の間に噛み込んだ異物が弾き出されることがある。次のステップＳ１４では電動ポンプ３２の異常を確定するか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１１により検出した冷却液の温度とスイッチング素子の温度に基づいて行われる。冷却液の温度が所定の閾値温度Ｔｐ１以上、又はスイッチング素子の温度が所定の閾値温度Ｔｐ２以上である場合には、電動ポンプ３２のロックによって冷却液の循環が止まっていることにより、本来、冷却されるべきスイッチング素子などの温度が上昇し続けている蓋然性が高い。そのため、この場合には電動ポンプ３２の異常を確定する。電動ポンプ３２の異常が確定したときには、冷却コントローラ３９はモータの回転を止めるＰＷＭ制御信号を電動ポンプ３２に出力して電動ポンプ３２を停止させる。所定の閾値温度Ｔｐ１は冷却液（例えばＬＬＣ）の具体的な特性、また所定の閾値温度Ｔｐ２はスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）の具体的な特性により、実験データや計算機シミュレーションの結果に基づいてそれぞれ設定される。

他方、冷却液の温度が所定の閾値温度Ｔｐ１以上、又はスイッチング素子の温度が所定の閾値温度Ｔｐ２以上でない場合、換言すると、冷却液の温度が所定の閾値温度Ｔｐ１未満で、かつ、スイッチング素子の温度が所定の閾値温度Ｔｐ２未満である場合には、電動ポンプ３２のロックによって冷却液の循環が止まっていても、例えば、冷却液による冷却容量の余剰により、又は冬期や寒冷地の外気により、スイッチング素子の発熱が抑えられている蓋然性が高い。そのため、このような場合には、電動ポンプ３２の異常を確定することなく、次のステップＳ１５に処理を移行する。

ステップＳ１５では、流量センサ４３により冷却パイプ３１を流れる冷却液の流量を検出する。先のステップＳ１３により行われた正回転方向の間欠運転制御によって、噛み込んだ異物が弾き出された場合には、その後の電動ポンプ３２の回転により冷却液が圧送されて冷却液の流量が検出される。この場合には続くステップＳ１６による流量の有無の判定により、正常状態に復帰したとして（Ｓ１６；Ｎｏ）、ロック検出確定処理を一旦、終了する。これに対し、流量が検出されない場合には（Ｓ１６；Ｙｅｓ）、続くステップＳ１７により逆回転方向の間欠運転制御を行う。この間欠運転制御は、例えば、モータを、０．５秒間、逆回転させた後、０．５秒間、停止させる制御を所定時間（例えば３秒間）繰り返す。所定回数でもよい。これにより、今度はインペラが通常運転とは逆方向にしかも間欠的に回る。そのため、ステップＳ１３による正回転方向の間欠運転では噛み込みから外れなかった異物がインペラの逆回転によりに弾き出されることがある。次のステップＳ１８では、ステップＳ１７により逆流した冷却液の流れを通常方向に戻して、ステップＳ１９、Ｓ２０による判定に備えるためモータを正回転方向に回転させる。

ステップＳ１９により、再び回転数センサ４１、温度センサ４２、４４により電動ポンプ３２の回転数、冷却液の温度（液温）及びスイッチング素子の温度（素子温）を検出した後、ステップＳ２０により電動ポンプ３２がロックしているか否かを判定する。この判定も電動ポンプ３２の回転数に基づいて行い、モータの回転数がゼロである場合には（Ｓ２０；ＹＥＳ）、まだロックが解消されていないため、ステップＳ１３に処理を戻して再度、間欠運転制御を行う。他方、電動ポンプ３２の回転が検出された場合には（Ｓ２０；ＮＯ）、ステップＳ１７による逆回転方向の間欠運転制御によって噛み込んだ異物が弾き出されて正常に回転している可能性が高い。そのため、ロック検出確定処理を一旦、終了する。

図４及び図５に、電動ポンプの異常が確定する場合の説明図を示す。また図６に、電動ポンプが正常状態に復帰する場合の説明図を示す。図４に示すように、冷却コントローラ３９は、タイミングＴａにおいて電動ポンプ３２のロックを検出すると（Ｓ１２；ＹＥＳ）、Ｔａ−Ｔｂの期間中、正回転間欠運転制御を行った後（Ｓ１３）、冷却水の温度とスイッチング素子の温度に基づいて異常確定の判定を行う（Ｓ１４）。図４の例では、スイッチング素子の温度が所定の閾値温度Ｔｐ２以上であることから、この判定タイミングＴｂで電動ポンプ３２の異常を確定する（Ｓ１４；ＹＥＳ）。その後、冷却コントローラ３９は、電動ポンプ３２の回転を停止させるため、ポンプ指令の出力を中止する。

また、図５に示すように、Ｔａ−Ｔｂの期間中、正回転間欠運転制御を行った後（Ｓ１３）、冷却水の温度（＜Ｔｐ１）とスイッチング素子の温度（＜Ｔｐ２）による異常確定判定の結果、異常が確定しない場合には（Ｓ１４；ＮＯ）、さらに冷却液の流量を確認する（Ｓ１５、Ｓ１６）。そして、冷却液が流れていない場合には（Ｓ１６；ＹＥＳ）、Ｔｂ−Ｔｃの期間中、逆回転間欠運転制御を行う（Ｓ１７）。タイミングＴｃから開始する正回転・連続運転制御の後も（Ｓ１８）、まだロックしているときには（Ｓ２０；ＹＥＳ）、タイミングＴｄで、再度、正回転間欠運転制御を行い（Ｓ１３）、２回目の異常確定判定を行う（Ｓ１４）。図５の例は、タイミングＴｅにおいてスイッチング素子の温度が所定の閾値温度Ｔｐ２以上であることから、この判定タイミングＴｅで電動ポンプ３２の異常を確定する（Ｓ１４；ＹＥＳ）。その後、冷却コントローラ３９は、電動ポンプ３２の回転を停止させるため、ポンプ指令の出力を中止する。

これに対して、図６に示す例のように、Ｔｂ−Ｔｃの期間中に行われる逆回転間欠運転制御により（Ｓ１７）、噛み込んだ異物が外れて電動ポンプ３２のロックが解消された場合には、タイミングＴｃから開始する正回転・連続運転制御（Ｓ１８）の後に行われる判定により、ロックしていない判定がなされる（Ｓ２０；ＮＯ）。このため、この判定タイミングＴｃで電動ポンプ３２の正常復帰を確定する。その後は、冷却コントローラ３９は、通常運転のポンプ指令を出力する。なお、異常確定によりポンプ指令の出力を中止した場合には、その旨の警告表示をインスツールパネルに出力するとともに、自己診断情報など記録する半導体メモリ（ダイアグ用メモリデバイス）にポンプ異常（ポンプロック）の情報を書き込んで記録する。また、ステップＳ１２やＳ２０によるロック判定により電動ポンプ３２がロックをしていると判定した場合には、その後の制御（Ｓ１３−Ｓ１９）にかかわらず、ロックをしていると判定した旨をダイアグ用メモリデバイスに書き込んで記録してもよい。この場合、警告表示はしない。これにより、ハイブリッド車の運転者には知らせないものの、整備や点検時に有用な警告情報として役立つ。

冷却コントローラ３９ではこのようなロック検出確定処理を実行することから、電動ポンプ３２に駆動電力が供給されている間に電動ポンプ３２の回転停止が検出されても（Ｓ１２；ＹＥＳ）、電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８のスイッチング素子の温度及び冷却液の温度が低い場合には（Ｓ１４；ＮＯ）、電動ポンプ３２のロック解除制御として逆回転間欠運転（Ｓ１７）を行う。そのため、電動ポンプ３２内に異物が噛み込んでいたときにはそれが除去されることで、不要な電動ポンプ３２の停止やそれによる警報の出力が抑制される。したがって、異常判定の精度を高められる。ロック解除制御は、電動ポンプ３２の正回転間欠運転制御（Ｓ１３）や逆回転方向の連続運転制御でもよい。また、電動ポンプ３２の回転停止を判断した場合、一旦、電動ポンプ３２を正転方向に間欠的に回転させてもよい（Ｓ１３）。これにより、電動ポンプ３２内の異物が除去されたときには冷却液が流れ始めるため、ロック解除制御の開始前に冷却液の流れを検出することで（Ｓ１５、Ｓ１６）、無用にロック解除制御を行う必要がなくなる（Ｓ１６；ＮＯ）。

実施例技術に関する留意点を述べる。冷却コントローラ３９が「電動ポンプの制御装置」に相当する。インバータクーラ３６が冷却器に相当する。閾値温度Ｔｐ１が第１の閾値温度、閾値温度Ｔｐ２が第２の閾値温度、にそれぞれ相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１１：メインバッテリ
１５：電圧コンバータ
１７、１８：インバータ
２１：パワーコントローラ
２２：ＨＶコントローラ
３０：冷却システム
３１：冷却パイプ
３２：電動ポンプ
３５：ラジエータ
３６：インバータクーラ
３９：冷却コントローラ
４１：回転数センサ
４２、４４：温度センサ
４３：流量センサ
Ｔｐ１、Ｔｐ２：閾値温度

Claims

電子部品を冷却する冷却器に冷却液を循環させる電動ポンプの制御装置であり、
電動ポンプに駆動電力を供給している間に電動ポンプの回転停止を検出した場合、電子部品の温度が第１の閾値温度以上、又は、冷却液の温度が第２の閾値温度以上であるときには、電動ポンプへの駆動電力の供給を停止し、いずれにも該当しないときには、電動ポンプのロック解除制御を行うことを特徴とする電動ポンプの制御装置。
前記ロック解除制御は、電動ポンプを間欠運転又は逆転させる駆動電力を電動ポンプに供給することである、請求項１に記載の電動ポンプの制御装置。