JP2017105276A - 車両の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動ポンプの制御電源電力が不足する場合であっても、冷却性能を確保することが可能な車両の冷却システムを提供する。【解決手段】車載装置の冷却水の目標循環流量を冷却水の温度に基づいて決定する車両の冷却システム１は、冷却水が循環する循環流路２と、入力される制御デューティ信号に従って冷却水を循環流路に吐出する電動ポンプ３と、電動ポンプに電力を供給可能なバッテリ４と、電動ポンプおよびバッテリに接続され、冷却水の温度に基づいて決定される第１デューティ比を有する制御デューティ信号を電動ポンプに出力するポンプ制御ユニット５と、を備え、ポンプ制御ユニットは、バッテリから供給される電力の電力不足状態を監視パラメータに基づいて監視し、電力不足状態が検出された場合には、第１デューティ比に代えて、第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有する制御デューティ信号を電動ポンプに出力する。【選択図】図１

Description

本開示は、車両に搭載される車載装置を冷却水により冷却する冷却システムに関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の電動車両が多数実用化されている。このような電動車両は、走行用のモータを駆動させるための高圧の走行用バッテリと、各種補機に電力を供給するための低圧の補機バッテリとを備えている。一般的には、補機バッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して走行用バッテリに接続されている。そして、走行用バッテリの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧されて供給されることで、その電力により補機バッテリは適宜充電される（例えば、特許文献１参照）。

通常、電動車両は、このようなＤＣ／ＤＣコンバータや走行用モータをはじめ、走行用モータを制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を冷却するための冷却システムを備えている。例えば、特許文献２の車両の冷却システムでは、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）された電動ポンプによってラジエータなどに接続された冷却パイプに冷却水を圧送させて循環させることで、電圧コンバータやインバータのスイッチング素子、オイルクーラなどの冷却が必要な車載装置（コンポーネント）を冷却している。また、電動ポンプのデューティ比は冷却水の水温に基づいて決められており、デューティ比を制御することで電動ポンプの回転数（吐出圧）を制御し、冷却水の循環量が制御されている。

特開２０１２−８５４８１号公報 特開２０１４−１２１９９９号公報

特許文献１のような冷却水の循環流量を冷却水の温度に基づいて決定する冷却システムにおいて、電動ポンプの制御電源電圧は補機バッテリなどのバッテリから供給される。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障などの何らかの原因によって電動ポンプの電力（例えば、制御電源電圧など）が低下すると、電動ポンプの出力（回転数）が不足する。電動ポンプの出力（回転数）が不足すると、車両の循環流路を実際に循環する冷却水の循環流量は目標循環流量よりも少ないものとなってしまう。そして、電動ポンプの出力不足の状態が続くと、冷却システム上の車載装置が適切に冷却されず、車載装置が温度異常に至ることが懸念される。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、電動ポンプの制御電源電力が不足する場合であっても、冷却性能を確保することが可能な車両の冷却システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る車両の冷却システムは、
車載装置を冷却するための冷却水の目標循環流量を該冷却水の温度に基づいて決定する車両の冷却システムにおいて、
前記車両に設けられ、前記冷却水が循環する循環流路と、
前記循環流路に設けられ、入力される制御デューティ信号に従って前記冷却水を前記循環流路に吐出する電動ポンプと、
前記電動ポンプに電力を供給可能なバッテリと、
前記電動ポンプおよび前記バッテリに接続され、前記冷却水の温度に基づいて決定される第１デューティ比を有する前記制御デューティ信号を前記電動ポンプに出力するポンプ制御ユニットと、を備え、
前記ポンプ制御ユニットは、前記バッテリから供給される電力の電力不足状態を監視パラメータに基づいて監視し、前記電力不足状態が検出された場合には、前記第１デューティ比に代えて、前記第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有する前記制御デューティ信号を前記電動ポンプに出力する。

上記（１）の構成によれば、電動ポンプおよびバッテリに接続されるポンプ制御ユニットによって生成される制御デューティ信号に基づいて電動ポンプが制御される。また、ポンプ制御ユニットは、バッテリに関する監視パラメータに基づいて電力不足状態Ｅを検出すると、冷却水の温度に基づいて決定される第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有する制御デューティ信号を電動ポンプに出力する。これよって、電動ポンプが電力不足状態に陥った場合に電動ポンプの出力を向上させることができ、冷却性能を確保することができる。また、車両に形成された循環流路を循環する冷却水の流量（循環流量）を検出するための流量計などを別途設けることなく、電力不足状態Ｅにおいて冷却水の循環流量を確保することができ、冷却システムのコストを抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記監視パラメータは、前記バッテリから供給される前記電力の電圧値または電流値の少なくとも一方を含むパラメータであり、
前記ポンプ制御ユニットは、前記監視パラメータが所定の閾値以下となる場合を前記電力不足状態として検出する。
上記（２）の構成によれば、監視パラメータは、バッテリから直接入力され電流値または電圧値を含むパラメータであり、電力不足状態の検出を監視パラメータと所定の閾値との比較により精度良く検出することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ポンプ制御ユニットは、
前記冷却水の温度を取得する冷却水温度取得部と、
前記冷却水温度取得部により取得される前記冷却水の温度に基づいて前記第１デューティ比を決定する第１デューティ比決定部と、
前記監視パラメータを監視し、前記監視パラメータと前記所定の閾値とを比較することによって前記電力不足状態を検出するバッテリ監視部と、
前記バッテリ監視部によって前記電力不足状態が検出された場合には前記第２デューティ比を決定する第２デューティ比決定部と、
前記バッテリ監視部によって前記電力不足状態が検出されない場合には前記第１デューティ比を制御デューティ比として決定し、前記電力不足状態が検出された場合には前記第２デューティ比を制御デューティ比として決定するデューティ比決定部と、
前記デューティ比決定部から入力される前記制御デューティ比を有する前記制御デューティ信号を生成して前記電動ポンプに出力する信号生成部と、を含む。

上記（３）の構成によれば、ポンプ制御ユニットが、上述の各機能部（冷却水温度取得部、第１デューティ比決定部、バッテリ監視部、第２デューティ比決定部、デューティ比決定部、信号生成部）を備えることで、電力不足状態に陥った電動ポンプの出力を向上させることができ、冷却システムの冷却性能の確保を図ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記第２デューティ比は最大となるデューティ比である。
上記（４）の構成によれば、電動ポンプが電力不足状態に陥った際には、制御デューティ信号のデューティ比（制御デューティ比）は最大（例えば、１００％）となる。これによって、電動ポンプが電力不足状態に陥った場合には、バッテリから供給される最大限の電力を電動ポンプに供給することで、冷却システムの冷却性能の確保を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（４）の構成において、
前記所定の閾値は、８Ｖ以上かつ１０Ｖ以下の範囲のいずれかの値に設定される。
上記（５）の構成によれば、電動ポンプが作動可能な電力範囲において、電動ポンプの電力不足状態を適切に検出することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記ポンプ制御ユニットは、前記冷却水の温度に基づいて決定される前記第１デューティ比が最大デューティ比未満となる前記冷却水の温度領域において、前記第１デューティ比を前記第２デューティ比に切り替える。
上記（６）の構成によれば、ポンプ制御ユニットは、冷却水の温度と所定の閾値との比較による電力不足状態の検出を常に実行するのではなく、第１デューティ比が最大デューティ比とならない温度領域に冷却水の温度がある場合において、第２デューティ比を有する制御デューティ信号を生成する。これによって、ポンプ制御ユニットの負荷の軽減や電力消費の抑制を図ることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、電動ポンプの制御電源電力が不足する場合であっても、冷却性能を確保することが可能な車両の冷却システムが提供される。

本発明の一実施形態に係る車両の冷却システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るポンプ制御ユニットの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御デューティ信号の制御デューティ比を決定するフロー図である。 本発明の一実施形態に係る冷却水温度とデューティ比との関係を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の冷却システム１の構成を示す図である。この車両の冷却システム１は、冷却対象となる車載装置６を冷却するための冷却水Ｃの目標循環流量Ｑｔを、冷却水Ｃの温度に基づいて決定する冷却システムである。そして、図１に示されるように、車両の冷却システム１（以下、単に冷却システム１）は、冷却水Ｃが循環する循環流路２と、電動ポンプ３と、バッテリ４と、ポンプ制御ユニット５とを備える。

循環流路２は、図１に示されるように、車両に設けられており、冷却水Ｃが循環する流路である。循環流路２は、車両に搭載された冷却対象となる１以上の車載装置６を、例えば順番に辿るなどにより全て辿るように車両に配管（パイプ）を配設して形成される。また、循環流路２はラジエータ７１などの放熱装置にも接続される。そして、循環流路２を冷却水Ｃが循環することにより、発熱する車載装置６と冷却水とが熱交換し、車載装置６を冷却する。また、車載装置６との熱交換により高温化した冷却水Ｃは、放熱装置を通過することにより冷却され、その後に、車載装置６に向けて循環流路２を再循環される。

図１に示される実施形態では、車両は、車両駆動用モータ６１により駆動される電気自動車、ハイブリッド車などの電動車両となっている。また、冷却対象の車載装置６として、車載充電器６３ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ６３ｂを含む電力変換器６３、車両駆動用モータ６１のモータ制御機能及び電力変換機能（インバータ）を一体化したモータコントロールユニット６２（ＭＣＵ）、車両駆動用モータ６１が例示されている。そして、車両に形成された循環流路２は、電力変換器６３、ＭＣＵ（６２）、車両駆動用モータ６１、ラジエータ７１、電動ポンプ３（後述）の順番に冷却水Ｃが循環されるように、車両に配設されている。なお、車載充電器６３ａは、車両駆動用モータ６１に電力を供給する走行用バッテリ（不図示）を外部充電する際に、例えば、図示されない電動車両用の充電ケーブルのプラグを外部電源（家庭用ＡＣ１００Ｖ電源など）のコンセント口に挿入することで交流電力が供給され、供給された電力を高圧の直流電圧（ＤＣ３００Ｖなど）に変換して走行用バッテリ（不図示）へ出力する電圧変換器である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３ｂは、走行用バッテリ（不図示）や車載充電器６３ａからの高圧の直流電圧（ＤＣ３００Ｖなど）を低圧の直流電圧（ＤＣ１２Ｖなど）に変換して、補器バッテリなどに電力Ｗ１を供給する電圧変換器である。また、ラジエータ７１には、走行停止時のように走行風が充分に得られない場合にも冷却可能となるように、ラジエータ７１に風を供給するラジエータファン７２が備えられる（図１参照）。

なお、車載装置６は、図１に例示された装置に限定されないのは当然である。例えば、電動車両が、車両駆動用モータ６１をフロント側およびリア側にそれぞれ備えたツインモータ４ＷＤシステムを採用しているハイブリッド車の場合には、フロント側の車両駆動用モータ６１を制御するＭＣＵや、エンジンの動力を電気に変換するジェネレータのジェネレータコントロール（ＧＣＵ）を内蔵するフロントパワードライブユニット（ＰＤＵ）などのＥＣＵ（電子制御ユニット）を備える。このような電動車両においては、冷却対象の車載装置にＰＤＵを含めることで、例えば、フロント側のＰＤＵを冷却した後に、リア側のＭＣＵやリアモータ（車両駆動用モータ６１）が冷却水Ｃによって冷却されるように、循環流路２を形成しても良い。

電動ポンプ３（ウォータポンプ）は、図１に示されるように循環流路２に設けられ、入力される制御デューティ信号に従って冷却水Ｃを循環流路２に吐出するためのポンプである。すなわち、電動ポンプ３はＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）されており、ＰＷＭ制御における出力指令として与えられるデューティ信号（後述する制御デューティ比Ｒｃを有する制御デューティ信号Ｓ）に応じた出力をする。より詳細には、ＰＷＭ制御は、決められた周期とデューティ比に応じたパルスを電動ポンプ３の内蔵モータに与えると共に、１周期におけるパルス幅（Ｈｉｇｈ）の割合であるデューティ比を調整することで電動ポンプ３の出力（内蔵モータの回転速度）を制御する。定性的には、電動ポンプ３へ入力されるデューティ信号のデューティ比Ｒが小さくされるほど電動ポンプ３への供給電力が低下し、電動ポンプ３の出力は低下する。つまり、電動ポンプ３の内臓モータの回転速度が低下するため、電動ポンプ３から吐出される冷却水Ｃの流量が減少し、循環流路２を循環する冷却水Ｃの流量（循環流量Ｑ）が減少する。逆に、電動ポンプ３へ入力されるデューティ信号のデューティ比Ｒが大きくされるほど電動ポンプ３への供給電力が増大し、電動ポンプ３の出力は増大する。つまり、電動ポンプ３の内臓モータの回転速度が増大するため、電動ポンプ３から吐出される冷却水Ｃの流量が増大し、循環流路２を循環する冷却水Ｃの循環流量Ｑが増大する。図１に示される実施形態では、電動ポンプ３はラジエータ７１の下流に配設されており、ラジエータ７１から流出し、電動ポンプ３に流入する冷却水Ｃは、電動ポンプ３によってその下流へ圧送され、車載装置６を冷却するようになっている。

バッテリ４は、電動ポンプ３に電力Ｗｐを供給可能な電源である。図１に示される実施形態では、バッテリ４は補機バッテリであり、後述するポンプ制御ユニット５を介して電力供給ラインＬ（第２電力供給ラインＬ２、第３電力供給ラインＬ３）により接続された電動ポンプ３に電力Ｗｐを供給している。また、バッテリ４（補機バッテリ）は、第１電力供給ラインＬ１によってＤＣ／ＤＣコンバータ６３ｂと接続されることで、低電圧の直流電圧（ＤＣ１２Ｖなど）により充電が行われている。なお、バッテリ４は、不図示の走行用バッテリであっても良く、走行用バッテリの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ６３ｂを介して電動ポンプ３に直接入力されても良い。

ポンプ制御ユニット５は、図１に示されるように、電動ポンプ３およびバッテリ４に接続され、冷却水Ｃの温度に基づいて決定される第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力する。このポンプ制御ユニット５はＥＣＵ（電子制御ユニット）で構成されており、各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵでの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えたコンピュータとなっている。

また、第１デューティ比Ｒ１は、例えば１２Ｖなどのバッテリ４からの定格電力の供給により電動ポンプ３が作動した場合（通常状態）に、循環流路２を循環する冷却水Ｃの循環流量Ｑが目標循環流量Ｑｔとなるように決められた比率である。冷却対象となる車載装置６と冷却水Ｃとの熱交換により冷却水温度Ｔは変化することから、冷却水温度Ｔには車載装置６の冷却状態が反映される。通常状態において、第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓにより電動ポンプ３を作動させることで、冷却水温度Ｔから推測される冷却状態にある車載装置６を適切な温度範囲で作動させるために要求される冷却水Ｃの目標循環流量Ｑｔが循環流路２で循環することになる。

そして、ポンプ制御ユニット５は、循環流路２に設置される冷却水温検出手段によって検出される冷却水Ｃの温度（冷却水温度Ｔ）と、この冷却水温度Ｔに対応して定められた第１デューティ比Ｒ１との関係を示すマップ（後述する図４）を有しており、このマップに基づいて、電動ポンプ３に出力する制御デューティ信号Ｓの制御デューティ比Ｒｃを決定する。このマップは、例えば、冷却水温度Ｔを変数として第１デューティ比Ｒ１が算出可能な関数であっても良いし、１℃、０．１℃など所定の単位でリストアップされた冷却水温度Ｔの各々に対して第１デューティ比Ｒ１が定められた表形式の情報であっても良い。このようなマップは、ポンプ制御ユニット５が備えるＲＯＭなどのメモリに格納されることになる。

図１に示される実施形態では、ポンプ制御ユニット５と電動ポンプ３との間は第３電力供給ラインＬ３で接続され、ポンプ制御ユニット５とバッテリ４との間は第２電力供給ラインＬ２で接続されている。また、循環流路２には水温計８などの冷却水温検出手段が設けられており、冷却水温検出手段によって検出される冷却水Ｃの温度（冷却水温度Ｔ）がポンプ制御ユニット５に入力される。具体的には、図１では、水温計８は、電動ポンプ３の下流であって、電力変換器６３の上流に設置されている。ただし、この実施形態には限定されず、車両駆動用モータ６１とラジエータ７１との間や、ラジエータ７１と電動ポンプ３との間など、循環流路２のいずれかに設置されても良い。

上述したように、本実施形態の冷却システム１は、通常状態では、例えば１２Ｖなどの定格電圧による電力Ｗｐがバッテリ４から電動ポンプ３に供給されている。そして、通常状態においては、循環流路２を循環する冷却水Ｃの温度に基づいて制御デューティ信号Ｓの制御デューティ比Ｒｃを第１デューティ比Ｒ１として決定する。つまり、第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓが電動ポンプ３に出力されることで、循環流路２を循環する冷却水Ｃの流量が目標循環流量Ｑｔに制御されている。

このような冷却システム１において、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ６３ｂの異常、いずれかの電力供給ラインＬ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３など）の異常、バッテリ４の充電量不足など、何らかの原因でバッテリ４から出力される出力電力Ｗ２が低下するような事態が発生すると、電動ポンプ３に供給される電力Ｗｐが通常状態の時よりも低下する事態が想定される。この際、ポンプ制御ユニット５が、そのまま第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力すると次のような不具合が発生し得る。すなわち、バッテリ４の出力電力Ｗ２に基づいてＰＷＭ制御は行われるので、この出力電力Ｗ２が低下することで、例えば、バッテリ４から入力される入力電圧値Ｖｐが低下すると、その低下した分だけＰＷＭ制御におけるパルスの振幅が小さくなる。その結果、第１デューティ比Ｒ１によって意図されていた電力Ｗｐが電動ポンプ３に供給されなくなり、電動ポンプ３の出力は第１デューティ比Ｒ１によって意図されていた出力よりも小さいものとなる。そして、バッテリ４から供給される電力Ｗｐの低下の度合いによっては、第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓでは、電動ポンプ３によってなされる循環流量Ｑが目標循環流量Ｑｔよりも少なくなり、検出された冷却水温度Ｔに対して要求される冷却性能が確保されない異常状態が発生し得ることになる。なお、バッテリ４の出力電力Ｗ２は、厳密には、ポンプ制御ユニット５に入力される電力を意味する。

このような異常状態に対処すべく、ポンプ制御ユニット５は、バッテリ４から供給される電力Ｗｐの電力不足状態Ｅを監視パラメータＭに基づいて監視し、電力不足状態Ｅが検出された場合には、第１デューティ比Ｒ１に代えて、第１デューティ比Ｒ１よりも大きい第２デューティ比Ｒ２を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力するよう構成される。すなわち、第２デューティ比Ｒ２は、冷却水温度Ｔに基づいて決定される第１デューティ比Ｒ１よりも大きいデューティ比を有しているため、バッテリ４からポンプ制御ユニット５に供給される電力（出力電力Ｗ２）が同じ場合には、より大きい電力Ｗｐを電動ポンプ３に対して供給することができる。

図１に示される実施形態では、監視パラメータＭは、バッテリ４から供給される出力電力Ｗ２の電圧値（入力電圧値Ｖｐ）となっている。また、ポンプ制御ユニット５は、監視パラメータＭが所定の閾値Ｔｈ以下となる場合を電力不足状態Ｅとして検出するよう構成されている。他の幾つかの実施形態では、監視パラメータＭは、バッテリ４から供給される出力電力Ｗ２の電流値（入力電流値Ｉｐ）であっても良い。その他の幾つかの実施形態では、監視パラメータＭは、バッテリ４から供給される電力Ｗ２の入力電圧値Ｖｐおよび入力電流値Ｉｐから算出される電力Ｗ２などであっても良い。すなわち、ポンプ制御ユニット５は、バッテリ４から供給される電力Ｗ２の入力電圧値Ｖｐまたは入力電流値Ｉｐの少なくとも一方を含む監視パラメータＭが所定の閾値Ｔｈ以下となる電力不足状態Ｅが検出された場合には、第１デューティ比Ｒ１を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力せずに、第１デューティ比Ｒ１よりも大きい第２デューティ比Ｒ２を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力するよう構成される。このように、監視パラメータＭは、バッテリ４から直接入力され電流値または電圧値を含むパラメータであり、電力不足状態Ｅの検出を監視パラメータと所定の閾値Ｔｈとの比較により精度良く検出することができる。

また、上記の所定の閾値Ｔｈは、電動ポンプ３の出力が不足すると判断される値として設定される。図１に示される実施形態では、所定の閾値Ｔｈは、８Ｖ以上かつ１０Ｖ以下の範囲のいずれかの値に設定されている。これによって、電動ポンプ３が作動可能な電力範囲において、電動ポンプ３の電力不足状態Ｅを適切に検出することができる。

図１に示される実施形態では、第２デューティ比Ｒ２は最大となるデューティ比Ｒである１００％に設定されている。これによって、電動ポンプ３が電力不足状態Ｅに陥った場合には、バッテリ４から供給される最大限の電力Ｗｐを電動ポンプ３に供給することで、冷却システム１の冷却性能の確保を図ることができる。ただし、この実施形態には限定されず、他の幾つかの実施形態では、第２デューティ比Ｒ２は第１デューティ比Ｒ１よりも大きければ良い。例えば、第２デューティ比Ｒ２は、第１デューティ比Ｒ１に所定の係数を乗算して算出することで決定しても良く、この所定の係数は定数であっても良いし、冷却水温度Ｔの関数であっても良い。また、この所定の係数は、バッテリ４から供給される電力Ｗｐやその低下の度合いに応じて決定されても良い。

上記の構成によれば、電動ポンプ３およびバッテリ４に接続されるポンプ制御ユニット５によって生成される制御デューティ信号Ｓに基づいて電動ポンプ３が制御される。また、ポンプ制御ユニット５は、バッテリ４に関する監視パラメータＭ（入力電圧値Ｖｐまたは入力電流値Ｉｐの少なくとも一方）に基づいて電力不足状態Ｅを検出すると、冷却水温度Ｔに基づいて決定される第１デューティ比Ｒ１よりも大きい第２デューティ比Ｒ２を有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力する。これよって、電動ポンプ３が電力不足状態Ｅに陥った場合に電動ポンプ３の出力を向上させることができ、冷却性能を確保することができる。また、車両に形成された循環流路２を循環する冷却水Ｃの流量（循環流量Ｑ）を検出するための流量計などを別途設けることなく、電力不足状態Ｅにおいて冷却水Ｃの循環流量Ｑを確保することができ、冷却システム１のコストを抑制することができる。

次に、本発明の一実施形態に係るポンプ制御ユニット５を図２〜図３を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るポンプ制御ユニット５の機能ブロック図である。また、図３は、本発明の一実施形態に係る制御デューティ信号Ｓの制御デューティ比Ｒｃを決定するフロー図である。図２に示されるように、ポンプ制御ユニット５は、冷却水温度取得部５１、第１デューティ比決定部５２、バッテリ監視部５３、第２デューティ比決定部５４、制御デューティ比決定部５５、信号生成部５６の各機能部を備える。

冷却水温度取得部５１は、冷却水温度Ｔを取得する。図２に示される実施形態では、図１に示されるように、冷却水温度取得部５１は、循環流路２に設置される水温計８に接続されており、水温計８による検出結果が入力される。そして、冷却水温度取得部５１は、冷却水温度Ｔを取得すると、第１デューティ比決定部５２に冷却水温度Ｔに出力する。

第１デューティ比決定部５２は、冷却水温度取得部５１により取得される冷却水温度Ｔに基づいて第１デューティ比を決定する。図２に示される実施形態では、第１デューティ比決定部５２は、冷却水温度Ｔと第１デューティ比Ｒ１との関係（図４参照）を示す第１マップ（不図示）を有しており、この第１マップを参照することで、入力された冷却水温度Ｔに対応する第１デューティ比Ｒ１を取得する。

バッテリ監視部５３は、バッテリ４から供給される電力Ｗｐの監視パラメータＭを監視し、監視パラメータＭと所定の閾値Ｔｈとを比較することによって電力不足状態Ｅを検出する。図２に示される実施形態では、バッテリ監視部５３は、第２電力供給ラインＬ２によりバッテリ４と接続されており、バッテリ４から電力（出力電力Ｗ２）の供給を受けている。そして、バッテリ監視部５３は、電力不足状態Ｅを検出すると、第２デューティ比決定部５４および制御デューティ比決定部５５にその旨を出力する。バッテリ監視部５３は、電力不足状態Ｅの検出時と検出しない時に応じた信号をそれぞれ出力しても良い。

第２デューティ比決定部５４は、バッテリ監視部５３によって電力不足状態Ｅが検出された場合には第２デューティ比Ｒ２を決定する。図２に示される実施形態では、バッテリ監視部５３から電力不足状態Ｅが検出された旨が入力されると、第２デューティ比決定部５４は第２デューティ比Ｒ２を１００％として決定するように構成されている。他の幾つかの実施形態では、第２デューティ比決定部５４は、冷却水温度Ｔと第２デューティ比Ｒ２との関係（図４参照）を示す第２マップ（不図示）を有しており、この第２マップ（不図示）に基づいて第２デューティ比Ｒ２を決定しても良い。この際、第２デューティ比決定部５４が冷却水温度Ｔを取得するために、第２デューティ比決定部５４と冷却水温度取得部５１とが接続されている。また、冷却水温度取得部５１は、取得した冷却水温度Ｔを第１デューティ比決定部５２および第２デューティ比決定部５４に出力する。

一方、制御デューティ比決定部５５は、バッテリ監視部５３によって電力不足状態Ｅが検出されない場合には第１デューティ比Ｒ１を制御デューティ比Ｒｃとし決定し、電力不足状態Ｅが検出された場合には第２デューティ比Ｒ２を制御デューティ比Ｒｃとして決定する。図２に示される実施形態では、制御デューティ比決定部５５は、バッテリ監視部５３と、第１デューティ比決定部５２と、第２デューティ比決定部５４とにそれぞれ接続されており、これらの機能部の出力結果が入力される。そして、バッテリ監視部５３から入力される電力不足状態Ｅの検出結果に基づいて、第１デューティ比Ｒ１または第２デューティ比Ｒ２のいずれか一方を選択して、制御デューティ比Ｒｃとして決定する。こうして決定された制御デューティ比Ｒｃは信号生成部５６に出力される。

信号生成部５６は、制御デューティ比決定部５５から入力される制御デューティ比Ｒｃを有する制御デューティ信号Ｓを生成して電動ポンプ３に出力する。図２に示される実施形態では、信号生成部５６は、制御デューティ比決定部５５と接続されることで、制御デューティ比Ｒｃが入力される。また、信号生成部５６は、第２電力供給ラインＬ２によって接続されるバッテリ４から入力電圧値Ｖｐを有する電圧が入力されている。そして、制御デューティ比決定部５５から入力される制御デューティ比Ｒｃとバッテリ４から入力される入力電圧とを用いて、制御デューティ比Ｒｃでこの入力電圧を変調することで、制御デューティ比Ｒｃを有する制御デューティ信号Ｓを生成する。そして、生成された制御デューティ信号Ｓを、第３電力供給ラインＬ３を介して電動ポンプ３に出力する。

なお、図２に示される実施形態では、上述したように、第１デューティ比Ｒ１と第２デューティ比Ｒ２のうちから選択された方を制御デューティ信号Ｓとしている。他の幾つかの実施形態における他のポンプ制御ユニット５は、冷却水温度取得部５１と、バッテリ監視部５３と、信号生成部５６と、これらの３つの機能部の各々と接続される他のデューティ比決定部とを備えても良い。そして、この他のデューティ比決定部は、冷却水温度取得部５１から出力される冷却水温度Ｔとバッテリ監視部５３から出力される電力不足状態Ｅの検出結果とを同期した状態で取得することで、電力不足状態Ｅが未検出の場合には第１デューティ比Ｒ１を制御デューティ比Ｒｃとして決定し、電力不足状態Ｅが検出された場合には第２デューティ比Ｒ２を制御デューティ比Ｒｃとして決定しても良い。そして、信号生成部５６によって、決定された制御デューティ比Ｒｃを有する制御デューティ信号Ｓが生成される。

上記の各機能部を備えるポンプ制御ユニット５（図２）の制御フローの一例を図３で示す。図３に示される実施形態の監視パラメータＭは入力電圧値Ｖｐである。詳述すると、図３のステップＳ１において、冷却水温度取得部５１により冷却水温度Ｔが取得される。次のステップＳ２において、第１デューティ比決定部５２により、冷却水温度Ｔに基づいて第１デューティ比Ｒ１が決定される。次に、ステップＳ３において、バッテリ監視部５３によりバッテリ４からの入力電圧値Ｖｐが検出されると共に、ステップＳ４において入力電圧値Ｖｐと閾値Ｔｈが比較される。そして、入力電圧値Ｖｐが閾値Ｔｈ以上の場合には、ステップＳ４において、制御デューティ比決定部５５によって、第１デューティ比Ｒ１が制御デューティ比Ｒｃとして決定される。逆に、入力電圧値Ｖｐが閾値Ｔｈより小さい場合には、ステップＳ６において、第２デューティ比決定部５４によって第２デューティ比Ｒ２が決定された後、ステップＳ７において、制御デューティ比決定部５５によって、第２デューティ比Ｒ２が制御デューティ比Ｒｃとして決定される。そして、ステップＳ８において、決定された制御デューティ比Ｒｃを有する制御デューティ信号Ｓが生成される。その後、制御デューティ信号Ｓが電動ポンプ３に出力される。なお、ステップＳ６は、ステップＳ４における比較結果によらずに第２デューティ比Ｒ２が決定されても良い。

上記の構成によれば、ポンプ制御ユニット５が、上述の各機能部（冷却水温度取得部５１、第１デューティ比決定部５２、バッテリ監視部５３、第２デューティ比決定部５４、制御デューティ比決定部５５、信号生成部５６）を備えることで、電力不足状態Ｅに陥った電動ポンプ３の出力を向上させることができ、冷却システム１の冷却性能の確保を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、図４に示されるように、ポンプ制御ユニット５は、冷却水温度Ｔに基づいて決定される第１デューティ比Ｒ１が、最大デューティ比Ｒｍａｘ未満となる冷却水の温度領域（後述する低温側領域Ｆ２および高温側領域Ｆ３からなる温度領域）において、第１デューティ比Ｒ１を第２デューティ比Ｒ２に切り替える。図４は、本発明の一実施形態に係る冷却水温度Ｔ、デューティ比Ｒ、目標循環流量Ｑｔの関係を説明するための図である。図４において、横軸には、冷却水温度Ｔ（℃）が−４０℃から＋６０℃の範囲で表示されており、縦軸（右側のスケール）には、デューティ比Ｒが０％から１００％などの最大値（最大デューティ比Ｒｍａｘ）の範囲で表示されている。そして、各々の冷却水温度Ｔと第１デューティ比Ｒ１との関係を示す曲線が実線で示されおり、ポンプ制御ユニット５は、この実勢に示されるような関係に基づいて、検出された冷却水温度Ｔに対応する第１デューティ比Ｒ１を決定する。

また、図４の縦軸（左側のスケール）には、循環流路２を流れる冷却水Ｃの流量（単位分あたりのリットル）が示されている。そして、各々の冷却水温度Ｔと目標循環流量Ｑｔとの関係を示す曲線が破線で示されている。つまり、検出された冷却水温度Ｔに基づいて第１デューティ比Ｒ１を決定し、この第１デューティ比Ｒ１有する制御デューティ信号Ｓを電動ポンプ３に出力することにより、図４の破線で示される目標循環流量Ｑｔを循環流路２に循環させることができるようになっている。図４に示される実施形態では、冷却水温度Ｔの上昇に伴って要求される冷却性能は高くなることから、目標循環流量Ｑｔは冷却水温度Ｔの上昇に伴って増大しており、＋４５度付近で最大となっている。

図４の第１デューティ比Ｒ１の曲線について詳述すると、デューティ比Ｒが最大値（１００％）で推移する温度領域である極低温領域Ｆ１と、極低温領域Ｆ１の高温側に隣接した領域であって冷却水温度Ｔの上昇に伴ってデューティ比Ｒが減少傾向で推移する温度領域である低温側領域Ｆ２と、低温側領域Ｆ２の高温側に隣接した領域であって冷却水温度Ｔの上昇に伴ってデューティ比Ｒが増加傾向で推移する温度領域である高温側領域Ｆ３と、高温側領域Ｆ３の高温側に隣接した領域であってデューティ比Ｒが最大値（１００％）で推移する温度領域である極高温領域Ｆ４と、を有している。

図４に示される実施形態における上記の温度領域を説明する。
極低温領域Ｆ１は、冷却水温度Ｔが−２５℃付近以下となる範囲の温度領域となっている。極低温領域Ｆ１では、低温の冷却水Ｃの粘性などにより循環しにくい状態の冷却水Ｃに対して、目標循環流量Ｑｔを循環流路２に循環させるために、デューティ比Ｒは最大に設定されており、電動ポンプ３の出力が最大となっている。

低温側領域Ｆ２は、−２５℃付近から＋１５℃付近の範囲の温度領域となっている。低温側領域Ｆ２では、冷却水Ｃの温度の上昇に伴って冷却水Ｃの粘性が小さくなることから、デューティ比Ｒを最大とすることなく目標循環流量Ｑｔを確保可能な温度領域である。また、比較的に低い冷却性能によっても車載装置６を適切に冷却することが可能な温度領域でもある。このことから、電力消費の抑制や燃費の向上のために、デューティ比Ｒが可能な範囲で最大値から下げられている。

高温側領域Ｆ３は、＋１５℃付近から＋４０℃付近の範囲の温度領域となっている。高温側領域Ｆ３では、冷却水温度Ｔの増加に応じて高い冷却性能が要求される温度領域である。そして、図４では、電力消費の抑制や燃費の向上を図りつつ、適切な冷却性能を確保するために、徐々にデューティ比Ｒが上げられている。

極高温領域Ｆ４は、＋４０℃付近以上の範囲の温度領域となっている。極高温領域Ｆ４では、車載装置６の温度が高く、高い冷却性能が求められる領域である。このため、デューティ比Ｒを最大値（１００％）とすることで、電動ポンプ３は最大の出力で稼働されている。

そして、図４に示される実施形態では、上述の第１デューティ比Ｒ１を第２デューティ比Ｒ２に切り替える温度領域は、上記の低温側領域Ｆ２および高温側領域Ｆ３からなる温度領域となっている。この温度領域においては、第１デューティ比Ｒ１は最大デューティ比Ｒｍａｘに設定されておらず、第２デューティ比Ｒ２に切り替えることで、電動ポンプ３の出力を増大させることができる。

より具体的には、冷却水温度Ｔが極低温領域Ｆ１または極高温領域Ｆ４にある場合には、バッテリ監視部５３、第２デューティ比決定部５４などの動作を休止させても良い。このため、例えば、冷却水温度取得部５１とバッテリ監視部５３とが接続されており、低温側領域Ｆ２または高温側領域Ｆ３の温度領域に冷却水温度Ｔがある場合には、冷却水温度取得部５１は冷却水温度Ｔをバッテリ監視部５３に出力すると共に、この検出結果が入力された場合にのみバッテリ監視部５３が作動するよう構成しても良い。あるいは、バッテリ４とバッテリ監視部５３との間にスイッチが設けられ、低温側領域Ｆ２または高温側領域Ｆ３の温度領域に冷却水温度Ｔがある場合にのみ、スイッチが接続されるように構成されても良い。その他の方法であっても良い。制御デューティ比決定部５５に第１デューティ比Ｒ１を第２デューティ比Ｒ２に切り替えの許可、不許可を示す信号が冷却水温度取得部５１や第１デューティ比決定部５２などから入力されることで、許可された場合のみ上記の切り替えを実行するよう構成しても良い。他の方法であっても良い。

上記の構成によれば、ポンプ制御ユニット５は、電力不足状態Ｅの検出を常に実行するのではなく、第１デューティ比Ｒ１が最大デューティ比Ｒｍａｘとならない温度領域に冷却水温度Ｔがある場合において、第２デューティ比Ｒ２を有する制御デューティ信号Ｓを生成する。これによって、ポンプ制御ユニット５の負荷の軽減や電力消費の抑制を図ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、電力不足状態Ｅをバッテリの充電量（ＳＯＣ）により検出しても良い。

１ 冷却システム
２ 循環流路
３ 電動ポンプ
４ バッテリ
５ ポンプ制御ユニット
５１ 冷却水温度取得部
５２ 第１デューティ比決定部
５３ バッテリ監視部
５４ 第２デューティ比決定部
５５ 制御デューティ比決定部
５６ 信号生成部
６ 車載装置
６１ 車両駆動用モータ
６２ モータコントロールユニット
６３ 電力変換器
６３ａ 車載充電器
６３ｂ コンバータ
７１ ラジエータ
７２ ラジエータファン
８ 水温計
Ｓ 制御デューティ信号
Ｃ 冷却水
Ｅ 電力不足状態
Ｆ１ 極低温領域
Ｆ２ 低温側領域
Ｆ３ 高温側領域
Ｆ４ 極高温領域
Ｌ 電力供給ライン
Ｌ１ 第１電力供給ライン
Ｌ２ 第２電力供給ライン
Ｌ３ 第３電力供給ライン
Ｑ 循環流量
Ｑｔ 目標循環流量
Ｒ デューティ比
Ｒ１ 第１デューティ比
Ｒ２ 第２デューティ比
Ｒｃ 制御デューティ比
Ｒｍａｘ 最大デューティ比
Ｔ 冷却水温度
Ｔｈ 所定の閾値
Ｍ 監視パラメータ
Ｖｐ 入力電圧値
Ｉｐ 入力電流値
Ｗ 電力

Claims (6)

1. 車載装置を冷却するための冷却水の目標循環流量を該冷却水の温度に基づいて決定する車両の冷却システムにおいて、
   前記車両に設けられ、前記冷却水が循環する循環流路と、
   前記循環流路に設けられ、入力される制御デューティ信号に従って前記冷却水を前記循環流路に吐出する電動ポンプと、
   前記電動ポンプに電力を供給可能なバッテリと、
   前記電動ポンプおよび前記バッテリに接続され、前記冷却水の温度に基づいて決定される第１デューティ比を有する前記制御デューティ信号を前記電動ポンプに出力するポンプ制御ユニットと、を備え、
   前記ポンプ制御ユニットは、前記バッテリから供給される電力の電力不足状態を監視パラメータに基づいて監視し、前記電力不足状態が検出された場合には、前記第１デューティ比に代えて、前記第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有する前記制御デューティ信号を前記電動ポンプに出力することを特徴とする車両の冷却システム。
2. 前記監視パラメータは、前記バッテリから供給される前記電力の電圧値または電流値の少なくとも一方を含むパラメータであり、
   前記ポンプ制御ユニットは、前記監視パラメータが所定の閾値以下となる場合を前記電力不足状態として検出することを特徴とする請求項１に記載の車両の冷却システム。
3. 前記ポンプ制御ユニットは、
   前記冷却水の温度を取得する冷却水温度取得部と、
   前記冷却水温度取得部により取得される前記冷却水の温度に基づいて前記第１デューティ比を決定する第１デューティ比決定部と、
   前記監視パラメータを監視し、前記監視パラメータと前記所定の閾値とを比較することによって前記電力不足状態を検出するバッテリ監視部と、
   前記バッテリ監視部によって前記電力不足状態が検出された場合には前記第２デューティ比を決定する第２デューティ比決定部と、
   前記バッテリ監視部によって前記電力不足状態が検出されない場合には前記第１デューティ比を制御デューティ比として決定し、前記電力不足状態が検出された場合には前記第２デューティ比を制御デューティ比として決定するデューティ比決定部と、
   前記デューティ比決定部から入力される前記制御デューティ比を有する前記制御デューティ信号を生成して前記電動ポンプに出力する信号生成部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の車両の冷却システム。
4. 前記第２デューティ比は最大となるデューティ比であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の冷却システム。
5. 前記所定の閾値は、８Ｖ以上かつ１０Ｖ以下の範囲のいずれかの値に設定されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の車両の冷却システム。
6. 前記ポンプ制御ユニットは、前記冷却水の温度に基づいて決定される前記第１デューティ比が最大デューティ比未満となる前記冷却水の温度領域において、前記第１デューティ比を前記第２デューティ比に切り替えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両の冷却システム。

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