JP6707900B2 - 車両の冷却装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載された冷却対象を循環する冷却水を用いて冷却可能な車両の冷却装置に関する。

車両に搭載された冷却対象を冷却するための冷却装置として、電動式ポンプを用いて冷却水を循環するものが知られている。この種の冷却装置では、車両メンテナンス時に冷却水を交換する際に、一旦全ての冷却水を排出した後、電動式ポンプの上方に位置する気水分離タンク（コンデンスタンク）の注水口から新たな冷却水を注水することにより、注水作業が行われる。

このとき、気水分離タンクに満たされた冷却水は、気水分離タンクの注水口から電動式ポンプの入口までは満たされた状態となるが、電動式ポンプや循環経路中に少なからず空気が残存している。このような残存空気は、例えば電動式ポンプによって冷却水を循環させることにより気水分離タンクに排出される。循環系路中の残存空気が排出されていくと、気水分離タンクに貯留される冷却水量は減少していくため、電動式ポンプのインペラに空気が巻き込まれること（エア噛み）を防止すべく、気水分離タンクに新たな注水を行う必要がある。このように注水作業中は、気水分離タンク中の冷却水量を十分に確保しながら、残留空気の排出を行うために、電動式ポンプの動作／停止を交互に繰り返しながら作業を進める必要がある。

例えば特許文献１には、このような注水作業時における電動式ポンプの動作をスムーズに進めるために、所定条件下で電動式ポンプを間欠動作させるように制御することで、作業員の電動式ポンプの操作負担を軽減して、注水作業を効率化することが開示されている。

特許第４６５６０５３号

上記特許文献１で実施される電動式ポンプの間欠動作では、一定の作動時間と非作動時間とが交互に繰り返されるように制御される。一方、電動式ポンプの間欠動作を行いながら注水作業を進めていくと、繰り返し回数が多くなるに従って循環系路中の残存空気が減少していくため、作業に必要な作動時間や非作動時間の長さもまた短くなっていき、その結果、作業が進むに従って作業者にとって無駄な待機時間が生じていくことになる。このように上記技術では、注水作業の効率化に改善の余地が残されている。

本発明の少なくとも１実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、作業負担を効率化しつつ短期間で注水作業を完了可能な車両の冷却装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも１実施形態に係る車両の冷却装置は上記課題を解決するために、車両に設けられ、冷却水を注入するための注水口と、前記注水口の下方に設けられ、前記注水口から注入された冷却水を貯留するための気水分離タンクと、前記気水分離タンクの下流側に設けられた前記冷却水を循環させるための電動式ポンプとを含む循環経路と、前記注水口から前記気水分離タンクへの注水作業回数に応じて、前記電動式ポンプの作動時間と非作動時間とを交互に繰り返するように、前記電動式ポンプを制御する制御装置と、を備え、前記作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従って段階的に短くなるように設定され、前記非作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従って段階的に短くなるように設定され、更に、前記作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従ってゼロより大きな所定値に収束するように設定されており、前記非作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従ってゼロに収束するように設定されている。

気水分離タンクへの注水作業回数が増加していくと、電動式ポンプの動作によって循環経路中の残存空気も減少していくため、残存空気を有効に排出するために要求される電動式ポンプの作動時間もまた短くなる。上記（１）の構成によれば、このような傾向に対応するように、電動式ポンプの間欠動作における作動時間を、注水作業回数に従って段階的に短くなるように設定することで、注水作業に要する作業時間を短縮でき、効率化を図ることができる。
気水分離タンクへの注水作業回数が増加していくと、循環経路中の残存空気が減少するに従って、新たに気水分離タンクに補給可能な冷却水量も減少していく。上記（１）の構成によれば、このような傾向に対応するように、電動式ポンプの間欠動作における非作動時間を、注水作業回数に従って段階的に短くなるように設定することで、気水分離タンクへの注水量に必要十分な注水作業時間を確保しつつ、且つ、作業者の無駄な待ち時間発生を防止できるので、効率的な注水作業が可能となる。
上記（１）の構成によれば、注水作業回数が増加していくと、非作動時間はゼロに収束することに伴って作動時間だけが残り、結果的に電動式ポンプが連続運転状態となる。そのため、間欠運転がなされる注水作業ステージから、連続運転がなされる注水作業後の試運転ステージにスムーズな移行が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記作動時間の注水作業回数あたりの減少量は、前記非作動時間の注水作業回数あたりの減少量より大きく設定されている。

（３）幾つかの実施形態では上記（１）又は（２）の構成において、前記制御装置は、前記非作動時間がゼロに収束した後、所定期間が経過するタイミングで前記電動式ポンプを停止させる。

上記（３）の構成によれば、注水作業が完了した後、所定期間、電動式ポンプが連続運転されることにより試運転が行われ、その後、電動式ポンプを停止するという一連の作業を効率的に自動化することができる。

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか１構成において、前記循環経路は、冷却対象として、前記車両の走行用モータ、前記走行用モータへの電力供給回路に含まれるインバータ、及び、前記車両に接続された外部電力源を用いて車載バッテリを充電するための車載充電器の少なくとも一方を含む。

上記（４）の構成によれば、例えば外部電力源を車両に接続して車載バッテリに充電し、該車載バッテリに充電された電力を用いて走行用モータを駆動して走行する、いわゆるプラグイン方式の電気自動車（ハイブリッド電気自動車を含む）において、主な発熱源となる走行用モータ、インバータ及び車載充電器を冷却するための冷却装置に適している。

本発明の少なくとも１実施形態によれば、作業負担を効率化しつつ短期間で注水作業を完了可能な車両の冷却装置を提供できる。

本発明の少なくとも１実施形態に係る車両の冷却装置の全体構成を示す模式図である。 図１の電動式ポンプの動作パターンの一例を示すタイムチャートである。 図１の制御装置による冷却装置に対する制御内容を工程毎に示すフローチャートである。 図１の制御装置による冷却装置に対する制御内容を作動時間及び非作動時間の更新パターンの一例を示すグラフである。

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、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、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。

まず図１及び図２を参照して、本発明の少なくとも１実施形態に係る車両の冷却装置１の具体的構成について説明する。図１は本発明の少なくとも１実施形態に係る車両の冷却装置１の全体構成を示す模式図であり、図２は図１の電動式ポンプの動作パターンの一例を示すタイムチャートである。

本実施形態では、モータを走行用動力源として搭載する電気自動車の冷却装置１を例に説明する。図１に示されるように、冷却装置１は、上方側に冷却水を注入するための注水口２が設けられた気水分離タンク４を有しており、注水口２から注水された冷却水は気水分離タンク４に貯留されるとともに気水分離がなされる。気水分離タンク４に貯留された冷却水は、気水分離タンク４の下流側に配置された電動式のウォータポンプ（以下、適宜「電動式ポンプ」と称する）６によって、冷却対象８に対して循環供給される。

本実施形態では、冷却対象８として上流側から順に、外部充電器が接続されることにより車載バッテリ（不図示）を充電可能な車載充電器８ａ、車載バッテリに蓄電された直流電力を交流変換可能なインバータ８ｂ、及び、インバータ８ｂから供給される交流電力によって駆動可能な走行用モータ８ｃが配置されている。
尚、冷却対象８は、車両に搭載された任意の発熱源であれば足り、冷却水の循環経路における配列順も適宜変更してもよい。

循環経路を流れる冷却水は、これら冷却対象８を冷却する際に熱量を受けることによって温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、更に下流側に配置されたラジエータ１０に送られる。ラジエータ１０は、強制的に送風を行うラジエータファン（不図示）を備えており、外気に放熱されることにより、冷却水の冷却が行われる。そして、冷却された冷却水は気水分離タンク４に戻され、上記プロセスが繰り返される。

また車両には、冷却装置１を含む各構成を制御するためのコントロールユニットとして、制御装置１２が搭載されている。制御装置１２は、例えばＥＣＵのような電子制御ユニットであり、本実施形態では特に、メンテナンス後の冷却水注入作業時に、車両に設けられたキースイッチ９の操作状態に応じて電動式ポンプ６を駆動することで、冷却装置１の制御が実施されるように構成されている。

ここで図２を参照して、キースイッチ９の操作に伴う冷却装置１の基本的な制御例について説明する。図２（ａ）は、キースイッチ９のＯＮ／ＯＦＦ状態の経時変化の一例を示しており、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応する電動式ポンプ６の動作状況の一例を示している。

図２（ａ）に示されるように、車両のメンテナンス時に排水された循環系路に対して、注水口２から冷却水を注水する際に、まずキースイッチ９の操作位置が初期状態ＯＦＦから、時刻ｔ１にてＯＮ状態に切り替えられた場合を想定する。制御装置１２は、このようなキースイッチ９の操作位置の変化を検知すると、所定期間待機した後、時刻ｔ２から電動式ポンプ６が間欠動作を行うように制御する。間欠動作が行われている間は、作動時間Ｔｏｎと非作動時間Ｔｏｆｆが交互に繰り返されるように電動式ポンプ６の動作が制御される。このような間欠動作は所定期間継続した後、時刻ｔ３にて終了する。

尚、図２では電動式ポンプ６の動作例をわかりやすく説明するために作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆが一定に設定された例を示しているが、実際には、後述するように注水作業回数（すなわち作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆの繰り返し回数）Ｘに応じて可変に設定されている。

尚、本実施形態では、間欠動作中に所定の作動時間Ｔｏｎが経過するタイミングで非作動時間Ｔｏｆｆに移行するようにしているが、作動時間Ｔｏｎ中に循環系路における冷却水の循環量を検知し、その検知値が規定値に到達していることを条件に非作動時間Ｔｏｆｆへの移行を許可することで、残留空気の排出が適切に実施されているかを確認しながら処理を進行するようにしてもよい。また本実施形態では、間欠動作中に所定の非作動時間Ｔｏｆｆが経過するタイミングで作動時間Ｔｏｎに移行するようにしているが、非作動時間Ｔｏｆｆ中に気水分離タンク４に十分な冷却水が貯留されたことを条件に作動時間Ｔｏｎへの移行を許可することで、気水分離タンク４への注水作業が適切に実施されているかを確認しながら処理を進行するようにしてもよい。

続いて図３及び図４を参照して、制御装置１２による冷却装置１に対する制御内容について詳細に説明する。図３は図１の制御装置１２による冷却装置１に対する制御内容を工程毎に示すフローチャートであり、図４は図１の制御装置１２による冷却装置１に対する制御内容を作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆの更新パターンの一例を示すグラフである。

まず制御装置１２は、電動式ポンプ６が間欠動作される際に交互に繰り返される作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆについて、初期値Ｔｏｎ１及びＴｏｆｆ１をそれぞれ設定する（ステップＳ１）。ここで初期値Ｔｏｎ１及びＴｏｆｆ１は、注水口２から気水分離タンク４への注水速度、気水分離タンク４の容量、及び、電動式ポンプ６の圧送容量に応じて設定される（例えば、作動時間Ｔｏｎ１は循環系路から残留空気を排出するために必要十分な長さに設定され、非作動時間Ｔｏｆｆ１は作業員が注水口２から気水分離タンク４に所定量の冷却水を注入するために必要十分な長さに設定される）。

続いて制御装置１２は、作業員による注水作業が開始されたか否かを判定する（ステップＳ２）。注水作業の開始判定は、例えば、上述したように、キースイッチ９がＯＦＦからＯＮに操作位置が変更されたことを検知することによって行われる。

尚、本実施形態では、車両のキースイッチ９の操作をキッカケにして制御進行を行う場合を示しているが、例えば、専用の操作スイッチを別途設け、この操作スイッチの操作により、制御進行が行われるようにしてもよい。

注水作業の開始が検知されると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御装置１２は制御パラメータとして注水作業回数Ｘを「１」にカウントし（ステップＳ３）、作業員が注水作業の準備に必要な所定期間（図２の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に相当）が経過した後、電動式ポンプ６の動作制御を開始する（ステップＳ４）。そして制御装置１２は、電動式ポンプ６を作動時間Ｔｏｎだけ駆動させた後、非作動時間Ｔｏｆｆだけ停止させるように制御する（ステップＳ５）。ここではステップＳ１で設定された初期値Ｔｏｎ１及びＴｏｆｆ１に基づいて電動式ポンプ６の動作制御が行われることとなる。

その後、制御装置１２は注水作業回数Ｘをカウントアップし（ステップＳ６）、カウントアップされた後の注水作業回数Ｘが、あらかじめ設定された所定回数Ｘ１を超えたか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで所定回数Ｘ１は、気水分離タンク４への注水作業が十分繰り返されることにより、冷却装置１の循環経路内に残留する空気が十分に排出するために要する回数として規定されたものである。注水作業回数Ｘが所定回数Ｘ１以下である場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御装置１２は、作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆを所定パターンに従って更新しながら、上述の注水作業を繰り返すことにより間欠動作を実施する（ステップＳ８）。

ここで図４を参照しながら、ステップＳ８における作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆの更新パターンについて具体的に説明する。
まず初期状態では、作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆは、ステップＳ１で設定された初期値Ｔｏｎ１及びＴｏｆｆ１にそれぞれ設定されている。ここでＴｏｎ１がＴｏｆｆ１より小さく設定されているが、これは注水作業の初期は、冷却装置１の循環経路の冷却水が少ない状態であるため、より多くの冷却水を気水分離タンク４に注入する必要があり、作業員の注水作業時間を十分確保するために、非作動時間Ｔｏｆｆを比較的長くする必要があるからである。

そして注水作業回数Ｘが増加していくと、作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆはそれぞれ段階的に短くなるように設定されている。図４の例では、作動時間Ｔｏｎは注水作業回数Ｘに従って一定値ΔＴｏｎずつ減少するように段階的に変化し、非作動時間Ｔｏｆｆは注水作業回数Ｘに従って一定値ΔＴｏｆｆずつ減少するように段階的に変化するようになっている。ここでΔＴｏｎはΔＴｏｆｆより大きく設定されている。また、作動時間Ｔｏｎは所定回数Ｘ２以降、一定値Ｔｏｎ０になるように設定されている。これにより、注水作業回数Ｘが少ない段階では非作動時間Ｔｏｆｆが作動時間Ｔｏｎより大きいが、注水作業回数Ｘが多くなってくると、逆に作動時間Ｔｏｎが非作動時間Ｔｏｆｆより大きくなる。その結果、注水作業回数Ｘが増加していって所定回数Ｘ１以上になると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、非作動時間Ｔｏｆｆがゼロになるとともに、一定の作動時間Ｔｏｎのみが残り、電動式ポンプ６は連続運転状態となる。
尚、ステップＳ７で用いられる所定回数Ｘ１は、図４に示されるように、このように電動式ポンプ６が連続運転状態になる回数として規定されていてもよい。

気水分離タンク４への注水作業回数が増加していくと、電動式ポンプ６の動作によって循環経路中の残存空気も減少していくため、残存空気を有効に排出するために要求される電動式ポンプ６の作動時間もまた短くなる。本実施形態では、このような傾向に対応するように、電動式ポンプ６の間欠動作における作動時間Ｔｏｎを、注水作業回数Ｘに従って段階的に短くなるように設定することで、注水作業に要する作業時間を効率的に短縮できる。

また気水分離タンク４への注水作業回数が増加していくと、循環経路中の残存空気が減少するに従って、新たに気水分離タンク４に補給可能な冷却水量も減少していく。本実施形態では、このような傾向に対応するように、電動式ポンプ６の間欠動作における非作動時間Ｔｏｆｆを、注水作業回数Ｘに従って段階的に短くなるように設定することで、気水分離タンク４への注水量に必要十分な注水作業時間を確保しつつ、且つ、作業者の無駄な待ち時間発生を防止できるので、効率的な注水作業が可能となる。

尚、このような作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆの更新パターンは、予め制御装置１２がアクセス可能なメモリ等の記憶手段に記憶しておき、適宜読み出し可能に構成されている。

続いて、このように電動式ポンプ６が連続運転状態となると、制御装置１２は注水作業が完了したと判断し、試運転モードに移行する（ステップＳ９）。試運転モードでは電動式ポンプ６の連続運転が行われることにより試運転が実施され、所定条件のもと一連の制御が終了する。このように本実施形態では、作動時間Ｔｏｎ及び非作動時間Ｔｏｆｆを図４のように注水作業回数Ｘに基づいて更新していくことにより、注水作業用に制御されている電動式ポンプ６を連続運転がなされる試運転モードにスムーズに移行できるようになっている。これにより、メンテナンス担当者の作業負担を効果的に軽減し、少ない人数で容易且つ円滑に作業を進めることができる。

尚、上記例では、電動式ポンプ６の間欠動作は、キースイッチ９の位置変化がない限り注水作業が終了するまで継続されるが、その間にキースイッチ９の位置変化がある場合には、その時点で、間欠動作が停止されるように制御されてもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、少ない作業負担で短期間に注水作業を完了可能な車両の冷却装置１が提供される。

本発明の少なくとも１実施形態は、冷却水を循環させて車両に搭載された冷却対象を冷却する車両の冷却装置に利用可能である。

１ 冷却装置
２ 水口
４ 気水分離タンク
６ 電動式ポンプ
８ 冷却対象
８ａ 車載充電器
８ｂ インバータ
８ｃ 走行用モータ
９ キースイッチ
１０ ラジエータ
１２ 制御装置

Claims (4)

1. 車両に設けられ、冷却水を注入するための注水口と、
   前記注水口の下方に設けられ、前記注水口から注入された冷却水を貯留するための気水分離タンクと、前記気水分離タンクの下流側に設けられた前記冷却水を循環させるための電動式ポンプとを含む循環経路と、
   前記注水口から前記気水分離タンクへの注水作業回数に応じて、前記電動式ポンプの作動時間と非作動時間とを交互に繰り返するように、前記電動式ポンプを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従って段階的に短くなるように設定され、
   前記非作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従って段階的に短くなるように設定され、
   更に、
   前記作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従ってゼロより大きな所定値に収束するように設定されており、
   前記非作動時間は、前記注水作業回数が増加するに従ってゼロに収束するように設定されていることを特徴とする車両の冷却装置。
2. 前記作動時間の注水作業回数あたりの減少量は、前記非作動時間の注水作業回数あたりの減少量より大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の冷却装置。
3. 前記制御装置は、前記非作動時間がゼロに収束した後、所定期間が経過するタイミングで前記電動式ポンプを停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の冷却装置。
4. 前記循環経路は、冷却対象として、前記車両の走行用モータ、前記走行用モータへの電力供給回路に含まれるインバータ、及び、前記車両に接続された外部電力源を用いて車載バッテリを充電するための車載充電器の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の冷却装置。

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