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CN114747135A - 冷却控制装置、电动系统及冷却控制方法 - Google Patents

冷却控制装置、电动系统及冷却控制方法 Download PDF

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CN114747135A
CN114747135A CN202080081226.2A CN202080081226A CN114747135A CN 114747135 A CN114747135 A CN 114747135A CN 202080081226 A CN202080081226 A CN 202080081226A CN 114747135 A CN114747135 A CN 114747135A
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CN
China
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control device
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electric machine
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Application number
CN202080081226.2A
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宫本正悟
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Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

本发明避免油温误识别，适当控制电动组件的冷却能力。控制车辆驱动用的旋转电机的冷却的控制装置，具有执行规定的运算处理的运算部和所述运算部能够访问的存储部，输入对至少与所述旋转电机进行热交换的第一制冷剂的温度进行检测的第一温度检测部的第一温度信息、对至少与所述旋转电机的绕组进行热交换并由所述第一制冷剂冷却的第二制冷剂的温度进行检测的第二温度检测部的第二温度信息、对所述旋转电机的温度进行检测的旋转电机温度检测部的第三温度信息、以及对外部空气的温度进行检测的外部空气温度检测部的第四温度信息，使用所述第一温度信息、所述第二温度信息、所述第三温度信息和所述第四温度信息验证所述第二温度信息。

Description

冷却控制装置、电动系统及冷却控制方法
技术领域
本发明涉及冷却控制装置，涉及控制电动汽车用的旋转电机的冷却装置的技术。
背景技术
在由旋转电机驱动的所谓电动汽车中，需要冷却旋转电机的发热。旋转电机的冷却装置，有将电动水泵向水套供给冷却水的水冷、和电动油泵向油路供给润滑油的油冷一体化，而由冷却水来冷却润滑油的冷却装置。
作为本技术领域的背景技术，有以下的现有技术。在专利文献1(日本特开2006-174562号公报)中，记载了一种车辆驱动装置，其具备：电动机；设置在电动机的外部并利用冷却水冷却电动机的润滑油的润滑油冷却单元；在冷却冷却水的冷却水冷却单元和电动机及润滑油冷却单元之间经由冷却水配管使冷却水循环的冷却水循环单元；以及在润滑油冷却单元和电动机之间经由润滑油配管使润滑油循环的润滑油循环单元(参照摘要)。
另外，在专利文献2(日本特开2010-151282号公报)中记载了一种具有异常判定单元的工作油温度传感器的异常判定装置，该异常判定单元判定对与车辆的内燃机连接的变速器的工作油温度进行检测的工作油温度传感器的异常，该异常判定装置的特征在于，具有检测所述内燃机的冷却水温度的冷却水温度传感器，在从所述内燃机停止起经过规定时间后的该内燃机起动时，所述异常判定单元对由所述冷却水温度传感器检测出的冷却水温度和由所述工作油温度传感器检测出的工作油温度进行比较，在所述冷却水温度和所述工作油温度的差分为阈值以上的情况下，判定为所述工作油温度传感器异常(参照技术方案1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-174562号公报
专利文献2：日本专利特开2010-151282号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的专利文献1中，记载了冷却单元的构成，但没有考虑制冷剂温度(油温)的误识别时的动作。另外，专利文献2所记载的装置根据水温和油温的差分来判定异常，但由于其他原因(例如，电动机温度、水温、外部气温等)，有时会导致异常的判定错误。
特别地，在电动机和逆变器容纳在一个壳体中的驱动系统中，设置在电动机或齿轮箱中的油温传感器的输出值可能由于逆变器产生的噪声而改变。如果由于这样的油温的误识别而误降低马达或逆变器等电动组件的冷却能力，则电动组件过热，有可能进行异常的动作或破损。
因此，期望精确地判定油温测定值是否正常。
解决问题的技术手段
本申请中公开的发明的代表性的一例如下。即，控制车辆驱动用的旋转电机的冷却的控制装置，其特征在于，具备执行规定的运算处理的运算部和所述运算部能够访问的存储部，输入对至少与所述旋转电机进行热交换的第一制冷剂的温度进行检测的第一温度检测部的第一温度信息、对至少与所述旋转电机的绕组进行热交换并由所述第一制冷剂冷却的第二制冷剂的温度进行检测的第二温度检测部的第二温度信息、对所述旋转电机的温度进行检测的旋转电机温度检测部的第三温度信息、对外部空气的温度进行检测的外部空气温度检测部的第四温度信息，使用所述第一温度信息、所述第二温度信息、所述第三温度信息和所述第四温度信息验证所述第二温度信息。
发明的效果
根据本发明，能够避免油温的误识别，能够适当地控制电动组件的冷却能力。通过以下的实施例的说明，可明确上述以外的问题、构成及效果。
附图说明
图1是表示由本发明的实施例的冷却控制装置控制的冷却装置的框图。
图2是本发明的实施例的冷却控制装置的动作的流程图。
图3是表示由本发明的实施例的冷却控制装置控制的水泵的动作的图。
图4是表示由本发明的实施例的冷却控制装置控制的油泵的动作的图。
具体实施方式
由本实施例的冷却控制装置控制冷却的旋转电机是适合用于汽车行驶的旋转电机。在使用旋转电机的所谓电动汽车中，有具备发动机和旋转电机两者的混合动力型的电动汽车(HEV)、和不使用发动机而仅利用旋转电机行驶的纯粹的电动汽车(EV)，但以下说明的旋转电机能够用于两种类型的汽车。
图1是表示由本发明的实施例的冷却控制装置控制的冷却装置以及由该冷却装置冷却的驱动系统的框图。
图1所示的驱动系统由旋转电机21、驱动控制旋转电机21的逆变器60、散热器41和控制装置50构成。
旋转电机21与连接到旋转电机21的轴的齿轮组件一起被容纳在齿轮箱11中。
虽然省略了旋转电机21内的结构的图示，但在卷装有绕组的定子的内周侧配置有转子。旋转电机21的种类也可以是具有永久磁铁的永久磁铁电动机、具有励磁绕组的同步电动机、具有笼形导体的感应电动机、仅由转子铁芯形成的磁阻旋转电机等，用于从转子产生磁场的构成部件及其形状没有限定。绕组可以由分布绕组或集中绕组构成，绕组可以由方形线或圆线中的某一方构成，绕组的卷绕方法、种类没有限定。
旋转电机21通过从逆变器60输出的电流、电压，在绕组中流过电流而产生旋转磁场，使转子旋转而产生转矩。转子通过轴与齿轮组件连接，齿轮组件内部的齿轮输出轴与车轴连接，由此降低旋转电机21的转速，驱动车辆。另外，旋转电机21也可以不是从电能转换为车辆的动能的行驶用，而是从车辆的动能生成电能的再生用，也可以兼用作行驶用和再生用。
由电流在绕组中产生的热量由水和润滑油等介质冷却。在旋转电机21的内部设有温度传感器22。温度传感器22测定旋转电机21(例如绕组)的温度，将测定出的绕组温度输出到控制装置50和逆变器60。控制器50根据绕组温度变更马达的冷却量。逆变器60在检测出绕组温度比规定的阈值高时，以降低流过绕组的电流，抑制旋转电机21的温度上升的方式进行控制。
在齿轮箱11的内部滞留有润滑油，以润滑油在旋转电机21和齿轮组件之间连通的方式设置有润滑油配管30。通过设置在润滑油配管30上的油泵12，润滑油在旋转电机21内循环，对齿轮及旋转电机21进行润滑及冷却。在齿轮箱11的内部设有温度传感器13。温度传感器13测定润滑油的温度，将所测定的油温输出到控制装置50。
在旋转电机21的外周(例如框架的内部)设置有供冷却水通过的水路23。水路23以螺旋状或折返形状形成构成，可以提高旋转电机21的冷却效率。水路23经由冷却水配管40与散热器41连接。冷却旋转电机21而温度上升的冷却水通过设置在冷却水配管40上的水泵42在冷却水配管40内循环，被散热器41冷却，返回旋转电机21。利用流过水路23的冷却水，通过框架和定子的铁芯来冷却旋转电机21的绕组。另外，通过框架整体的冷却来冷却润滑油，也能够冷却绕组或轴承等。
如图所示，冷却水配管40也可以经由逆变器60对逆变器60进行冷却。另外，也可以在冷却水配管40上设置阀来调节冷却水的流量。
在冷却水配管40上设有温度传感器43。温度传感器43测定冷却水的温度，将所测定的水温输出到控制装置50。温度传感器43可以设置在靠近散热器41的出口的冷却水配管40上，以测定成为低温的冷却水的温度。
温度传感器52设置在驱动系统的外部。温度传感器52测定外部气温，将所测定的外部气温输出到控制装置50。
控制装置(Vehicle Control Module，车辆控制模块)50包括冷却控制装置，并基于各种温度传感器13、43和52的测定结果来控制油泵12和水泵42的动作(例如，运转或停止、介质流量)。
控制装置50由包括运算装置、存储器以及输入输出装置的计算机(微机)构成。控制装置50可以与逆变器60分开设置，也可以与逆变器60一体设置。
运算装置包括处理器，执行存储在存储器中的程序。也可以由其他运算装置(例如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)等硬件)执行运算装置执行程序而进行的处理的一部分。
存储器包括作为非易失性存储元件的ROM和RAM。ROM存储不变的程序(例如BIOS)等。RAM是诸如DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)的高速且易失性存储元件，以及诸如SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)的非易失性存储元件，存储由运算装置执行的程序以及在执行程序时使用的数据。运算装置执行的程序被存储在作为控制装置50的非临时存储介质的非易失性存储装置中。
输入输出装置是按照规定的协议向外部发送处理内容或从外部接收数据的接口。
逆变器60包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或SiC(Silicon Carbide，碳化硅)等开关元件，通过控制流过旋转电机21的绕组的电压和电流来驱动旋转电机21。逆变器60、旋转电机21和齿轮组件配置在一个壳体10内。
图2是本发明的实施例的冷却控制装置的动作的流程图。
图2所示的流程图在车辆的点火开关接通、向控制装置50供给电源时开始(100)。
首先，控制装置50计算从点火断开到点火接通的经过时间t0(101)。接着，计算从主机电池的充电电路断开到点火接通的经过时间t1(102)。这是因为，在主机电池的充电中，充电电路发热，在充电电路为水冷时，冷却水被加热。然后，如果经过时间t1小，则上升的水温不能充分降低，水温与油温的差变大，在后述的步骤105中条件(b)不成立，识别异常的可能性变高。因此，在步骤102中，在经过时间t1比规定的阈值短的情况下，可以增大作为步骤105的判定阈值的TWO。
接着，控制装置50判断温度传感器13、22、43、52是否有异常(103)。温度传感器的异常能够通过温度传感器中流过的电流是否为正常范围的判定、温度传感器的输出值是否为正常范围的判定、健康检查指令等来判定。
如果温度传感器43异常，则无法测定水温，因此，控制装置50使水泵42在限制模式下动作(120)，并结束处理。在水泵42的限制模式中，如图3所示，使水泵42以使用温度范围内的最大额定输出功率的最小值动作。
另外，如果温度传感器22异常，则无法测定旋转电机21的绕组的温度，因此控制装置50限制旋转电机21的输出(121)，使水泵42在连续模式下动作(122)，结束处理。在水泵42的连续模式中，如图3所示，使水泵42以连续额定输出功率动作。图3中所示的连续模式的线表示在使水泵42以连续额定输出功率动作的情况下能够冷却的逻辑值。
另一方面，如果温度传感器正常，则判定温度传感器的测定值是否满足三个条件(a)～(c)(104～106)。
在步骤104中，(a)控制装置50判定温度传感器13所测定的油温与温度传感器52所测定的外部气温之差的绝对值是否小于阈值TAO。在步骤105中，(b)控制装置50判定温度传感器13测定的油温与温度传感器43测定的水温之差的绝对值是否小于阈值TWO。在步骤106中，(c)控制装置50判定温度传感器13所测定的油温与温度传感器22所测定的绕组温度之差的绝对值是否小于阈值TMO。
阈值TAO、阈值TWO、阈值TMO是根据从点火断开到点火接通的经过时间t0而变化的值，可以通过t0的函数来定义。另外，也可以通过能够从t0导出各阈值的表来决定各阈值。另外，阈值TWO除了根据经过时间t0变化之外，还可以根据从充电电路断开到点火接通的经过时间t1而变化，可以通过t0和t1的函数来定义。另外，也可以通过能够从t0和t1导出阈值TWO的表来决定阈值TWO。这些阈值可以根据运转时的温度差和测定对象(制冷剂或电动机)的热容量来决定。
然后，控制装置50判断条件(a)～(c)中的两个以上是否成立(107)。结果，如果条件(a)～(c)中的两个以上成立，则控制装置50判定为油温的测定值正常(108)，执行步骤109以后的处理。另一方面，如果条件(a)～(c)中的两个以上不成立，则控制装置50判定为油温的测定值异常(115)，执行步骤116以后的处理。
如果从车辆停止后经过规定时间，则油温、水温、绕组温度收敛于与外部气温相等的值。因此，在上述条件下，将油温与油温以外的多个温度(外部气温、水温、绕组温度)进行比较，在差小于规定的阈值的情况下，可以判定为正常测定了油温。
另外，作为与上述条件(a)～(c)不同的条件(d)，也可以使用逆变器60的温度与润滑油的油温之差小于规定的阈值的情况来验证油温的测定值。
在判定油温测定正常后的步骤109中，控制装置50判定温度传感器13所测定的油温Tg是否低于阈值Tg1(109)。然后，如果温度传感器13所测定的油温Tg为阈值Tg1以上，则因为油温Tg高，所以使水泵42以通常模式动作，并且用冷却水冷却润滑油(117)。在水泵42的通常模式中，如图3所示，使水泵42以短时间额定输出功率动作。图3所示的通常模式的线表示使水泵42以短时间额定输出功率动作时能够冷却的逻辑值。
另一方面，如果温度传感器13所测定的油温Tg低于阈值Tg1，则润滑油充分冷却，因此控制装置50判定温度传感器22所测定的绕组温度Tc是否低于阈值Tc2(110)。然后，如果绕组温度Tc为阈值Tc2以上，则控制装置50使水泵42以通常模式动作，用冷却水冷却润滑油(117)。另一方面，如果绕组温度Tc低于阈值Tc2，则控制装置50使水泵42以油升温模式动作，使油温上升(111)。在水泵42的油升温模式中，如图3所示，在水温低、从润滑油夺取大量热量的情况下，降低水泵42的冷却水的流量，使油温上升到适当温度。
然后，控制装置50判定温度传感器13所测定的油温Tg是否在绕组温度Tc以下(112)。其结果，如果油温Tg高于绕组温度Tc，则返回步骤111，继续进行油升温模式。另一方面，如果油温Tg在绕组温度Tc以下，则控制装置50使油泵12以通常模式动作，用润滑油冷却旋转电机21(113)。在油泵12的通常模式中，如图4所示，仅在油温极低时使油泵12动作，在其他温度区域使油泵12停止。
然后，控制装置50判定温度传感器13所测定的油温Tg是否为阈值Tg1以上(114)。其结果，如果油温Tg低于阈值Tg1，则返回步骤110，判定绕组温度Tc是否低于阈值Tc2。另一方面，如果油温Tg为阈值Tg1以上，则使水泵42以通常模式动作，并用冷却水冷却润滑油(117)。
在步骤117之后，控制器50判定绕组温度Tc是否低于线圈上限温度Ts(118)。其结果，如果绕组温度Tc在线圈上限温度Ts以上，则需要快速冷却绕组，因此控制装置50使油泵12以最大模式动作，利用润滑油将旋转电机21最大限度冷却(119)，结束处理。另一方面，如果绕组温度Tc低于线圈上限温度Ts，则结束该处理。
如果条件(a)至(c)中的两个以上不成立，并且判定为油温的测定值异常，则在步骤116中，控制装置50使油泵12以限制模式动作，用润滑油微弱地冷却旋转电机21(116)，并使水泵42以通常模式动作，用冷却水冷却润滑油(117)。在油泵12的限制模式中，如图4所示，使油泵12以使用温度范围内的最大额定输出功率的最小值动作。
如以上说明的那样，本发明的实施例的冷却控制装置50使用至少与旋转电机21进行热交换的第一制冷剂的第一温度信息(冷却水的水温)、至少与旋转电机21的绕组进行热交换并由第一制冷剂冷却的第二制冷剂的第二温度信息(润滑油的油温)、第三温度信息(旋转电机21的温度)、第四温度信息(外部空气的温度)来验证第二温度信息(油温)，因此能够避免油温的误识别，能够适当地控制电动组件的冷却能力。即，即使在温度传感器13输出比实际油温低的温度这样的油温识别异常的情况下，也能够维持水冷能力，维持必要最低限度的车辆行驶性能，也能够避免旋转电机21和逆变器60的过热。
另外，根据使用第二温度信息(油温)和第四温度信息(外部气温)计算的第一温度参数、使用第二温度信息(油温)和第一温度信息(冷却水温)计算的第二温度参数、使用第二温度信息(油温)和第三温度信息(绕组温度)计算的第三温度参数，验证第二温度信息(油温)，因此能够正确地检测油温的误识别，能够适当地控制电动组件的冷却能力。
另外，计算表示第二温度信息(油温)和第四温度信息(外部气温)的差与阈值TAO的比较结果的第一温度参数(条件(a))、表示第二温度信息(油温)和第一温度信息(冷却水温)的差与阈值TWO的比较结果的第二温度参数(条件(b))、以及表示第二温度信息(油温)和第三温度信息(绕组温度)的差与阈值TMO的比较结果的第三温度参数(条件(c))，在所计算的第一温度参数、第二温度参数和第三温度参数中的至少两个满足规定的条件的情况下，判定为所述第二温度信息正常，因此，通过将外部气温、冷却水温、绕组温度用作比较对象的基于多数决定的油温的误识别的判定，能够正确地判定油温的误识别。
另外，由于基于控制装置50停止后到再启动为止的经过时间t0，变更阈值TAO、阈值TWO、阈值TMO，所以能够考虑车辆停止中的冷却水或润滑油的温度降低来设定阈值，能够正确地检测油温的误识别。
另外，第一制冷剂(冷却水)冷却对向旋转电机21供给电力的电池进行充电的充电电路，基于充电电路停止后到控制装置50启动为止的经过时间t1，变更阈值TWO，因此，能够考虑基于充电电路的动作的冷却水的加温来设定阈值，能够正确地检测油温的误识别。
另外，旋转电机21和逆变器60构成在一个壳体10内，第二温度检测部(温度传感器13)和旋转电机温度检测部(温度传感器22)配置在壳体10内，因此温度传感器13容易受到噪声的影响，能够检测温度传感器13所测定的油温中包含的来自逆变器60的噪声的影响引起的油温的误识别。
另外，由于第一温度检测部(温度传感器43)配置在壳体10外，所以能够使用来自逆变器60的噪声的影响小的温度传感器43所测定的冷却水温度，正确地检测油温的误识别。
另外，本发明不限于上述的实施例，包括在所附的权利要求书的主旨内的各种变形例以及同等的构成。例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的，本发明并不限定于具备所说明的全部构成的结构。另外，也可以将一个实施例的构成的一部分置换为其他实施例的构成。另外，也可以在一个实施例的构成中添加其他实施例的构成。另外，对于各实施例的构成的一部分，也可以进行其他构成的追加、删除、置换。
另外，上述的各构成、功能、处理部、处理单元等，可以通过利用集成电路进行设计等而以硬件来实现它们的一部分或全部，也可以通过由处理器解释并执行实现各自的功能的程序而以软件来实现。
实现各功能的程序、表、文件等信息可以存储在存储器、硬盘、SSD(Solid StateDrive)等存储装置、或者IC卡、SD卡、DVD、BD等记录介质中。
另外，控制线和信息线表示在说明上被认为是必要的，不一定表示安装上必要的全部控制线和信息线。实际上，可以认为几乎所有的构成都相互连接。
符号说明
10箱体、11齿轮箱、12油泵、13温度传感器、21旋转电机、22温度传感器、23水路、30润滑油配管、40冷却水配管、41散热器、42水泵、43温度传感器、50控制装置、52温度传感器、60逆变器。

Claims (11)

1.一种控制装置，其对车辆驱动用的旋转电机的冷却进行控制，该控制装置的特征在于，
具备执行规定的运算处理的运算部以及所述运算部能够访问的存储部，
被输入以下信息：
对至少与所述旋转电机进行热交换的第一制冷剂的温度进行检测的第一温度检测部的第一温度信息；
对至少与所述旋转电机的绕组进行热交换并由所述第一制冷剂冷却的第二制冷剂的温度进行检测的第二温度检测部的第二温度信息；
对所述旋转电机的温度进行检测的旋转电机温度检测部的第三温度信息；以及
对外部空气的温度进行检测的外部空气温度检测部的第四温度信息，
使用所述第一温度信息、所述第二温度信息、所述第三温度信息和所述第四温度信息验证所述第二温度信息。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
基于使用所述第二温度信息和所述第四温度信息计算的第一温度参数，使用所述第二温度信息和所述第一温度信息计算的第二温度参数，以及使用所述第二温度信息和所述第三温度信息计算的第三温度参数，验证所述第二温度信息。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
计算表示所述第二温度信息和所述第四温度信息的差与规定的阈值的比较结果的第一温度参数、表示所述第二温度信息和所述第一温度信息的差与规定的阈值的比较结果的第二温度参数、以及表示所述第二温度信息和所述第三温度信息的差与规定的阈值的比较结果的第三温度参数，
在计算出的所述第一温度参数、所述第二温度参数和所述第三温度参数中的至少两个满足规定的条件的情况下，判定为所述第二温度信息正常。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
根据所述控制装置停止后到再启动为止的经过时间，变更所述规定的阈值。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述第一制冷剂冷却充电电路，所述充电电路对向所述旋转电机供给电力的电池进行充电，
根据所述充电电路停止后到所述控制装置启动为止的经过时间，变更与所述第二温度信息和所述第一温度信息的差比较的规定的阈值。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
向所述旋转电机供给电力的电力转换电路部和所述旋转电机构成在一个壳体内，
所述第二温度检测部和所述旋转电机温度检测部配置在所述壳体内。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，
所述第一温度检测部配置在所述壳体外。
8.一种电动系统，其特征在于，具备：
根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置；
所述旋转电机；以及
向所述旋转电机供给电力的电力转换电路部。
9.根据权利要求8所述的电动系统，其特征在于，
所述旋转电机和所述电力转换电路部构成在一个壳体内，
所述第二温度检测部和所述旋转电机温度检测部配置在所述壳体内。
10.根据权利要求9所述的电动系统，其特征在于，
所述第一温度检测部配置在所述壳体外。
11.一种冷却控制方法，其由控制车辆驱动用的旋转电机的冷却的控制装置执行，所述冷却控制方法的特征在于，
所述控制装置具有执行规定的运算处理的运算部和所述运算部能够访问的存储部，
所述方法包括：
所述运算部接收对至少与所述旋转电机进行热交换的第一制冷剂的温度进行检测的第一温度检测部的第一温度信息，
所述运算部接收对至少与所述旋转电机的绕组进行热交换、并由所述第一制冷剂冷却的第二制冷剂的温度进行检测的第二温度检测部的第二温度信息，
所述运算部接收对所述旋转电机的温度进行检测的旋转电机温度检测部的第三温度信息，
所述运算部接收对外部空气的温度进行检测的外部空气温度检测部的第四温度信息，
所述运算部使用所述第一温度信息、所述第二温度信息、所述第三温度信息和所述第四温度信息，验证所述第二温度信息。
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