車載回転電機用電力変換装置の冷却システム
【課題】消費エネルギを低減することができる車載回転電機用電力変換装置の冷却システムの提供。
【解決手段】冷却システムは、不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプ６を有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、パワー素子の発熱量を算出する制御信号計算部１１０と、パワー素子の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３と、冷却液の温度を検出する冷却液温度センサ１１５と、制御信号計算部１１０とを備えている。制御信号計算部１１０は、発熱量、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、パワー素子から冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量であるパワー素子冷却性能を算出し、算出されたパワー素子冷却性能が所定の判定基準値より大きい場合に循環ポンプ６の駆動力を低下させる。
【解決手段】冷却システムは、不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプ６を有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、パワー素子の発熱量を算出する制御信号計算部１１０と、パワー素子の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３と、冷却液の温度を検出する冷却液温度センサ１１５と、制御信号計算部１１０とを備えている。制御信号計算部１１０は、発熱量、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、パワー素子から冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量であるパワー素子冷却性能を算出し、算出されたパワー素子冷却性能が所定の判定基準値より大きい場合に循環ポンプ６の駆動力を低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載回転電機用電力変換装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車において、車両駆動用モータやインバータ等の機器を冷却する際に冷却液を循環させる冷却システムでは、冷却システムでの消費エネルギー低減を狙いとして、冷却システムの状態に応じて冷却液の流量を適正化する制御装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、冷却液を循環させるポンプの運転状態とパワー素子の温度から冷却液の流量を適正化する制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パワー素子と冷却液との間の熱伝達率は、冷却液の状態（不凍液濃度、流量、温度）によって変化する。しかし、特許文献１に記載の発明では、例えば冷却液の不凍液濃度に応じて制御ができないため、不凍液濃度に応じた適切なポンプ運転をすることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による車載回転電機用電力変換装置の冷却システムは、不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプを有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、パワー素子の発熱量を算出する発熱量演算手段と、パワー素子の温度を取得する第１温度取得手段と、冷却液の温度を取得する第２温度取得手段と、発熱量、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、パワー素子から前記冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率を算出する熱伝達率演算手段と、算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合に循環ポンプの吐出量を低下させるポンプ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第２温度取得手段は、発熱量演算手段で算出されたパワー素子の発熱量と第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度とに基づいて、冷却液の温度を算出することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて熱伝達率基準値を設定する、基準値設定手段を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、ポンプ制御手段は、算出された熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より小さい場合に循環ポンプの吐出量を増加させることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、冷却回路中に設けられ、外気と冷却液との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に外気を送風する送風機と、外気温を取得する第３温度取得手段と、熱伝達率、冷却液の温度および外気温に基づいて、外気と冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段と、算出された熱交換率が所定の熱交換率基準値より大きい場合に送風機の送風量を低下させる送風制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第３温度取得手段は、冷却システム始動時に第１温度取得手段または第２温度取得手段で取得される温度を、外気温として用いることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、発熱量演算手段は、回転電機のトルク情報と回転数情報とに基づいて発熱量を算出することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、発熱量演算手段は、パワー素子に流れる電流値に基づいて発熱量を算出することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第２温度取得手段で取得された冷却液の温度、熱伝達率演算手段により算出される熱伝達率、およびポンプ制御手段から出力される制御信号に基づいて、冷却液の不凍液濃度を算出する濃度演算手段と、濃度演算手段で算出された不凍液濃度に基づいて、冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、車載回転電機用電力変換装置の冷却システムの消費エネルギを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態の冷却システムの概略構成を示す図である。
【図２】循環ポンプ６および送風ファン８を制御する冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図４】ステップＳ１４の制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】ステップＳ１６の制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図９】第３の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図１０】第４の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図１１】第４の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図１２】メモリ１１０ｂに格納されている数値マップの一例を示す図である。
【図１３】冷却液温度Ｔａ＝Ｔa0の場合の、不凍液ｍ、流量ｎ、パワー素子冷却性能αのマップを示す図である。
【図１４】電力変換装置１０の電気回路構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は第１の実施の形態の冷却システムの概略構成を示す図であり、ＨＥＶやＥＶ等の電動車両に用いられる電力変換装置用冷却システム１００を示したものである。なお、図１の実線矢印は冷却液の流れを示し、点線矢印は電流の流れを示す。
【０００９】
電力変換装置１０は、バッテリ１からの直流電力を交流電力に変換して車載回転電機であるモータ２に供給する装置であり、インバータ回路を構成するパワー素子３を備えている。パワー素子３は制御部１１からの指令により駆動される。後述するように、制御部１１は、車両側の上位制御装置１２から入力されるモータ２のトルク指令値などに基づいて制御信号を生成し、その制御信号に基づいてパワー素子３を駆動制御する。
【００１０】
図１４は電力変換装置１０の電気回路構成を説明する図である。図１４に示すように、電力変換装置１０にはインバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とが備えられ、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１１とを有している。インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した３つの上下アーム直列回路１５０（１５０Ｕ〜１５０Ｗ）を備えている。
【００１１】
各上下アーム直列回路１５０は、パワー素子３としてのＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）ＩＧＢＴ３３０を備えている。それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分の交流端子１５９には、モータ２への交流電力線１８６が接続されている。交流電力線１８６は、交流コネクタ１８８を介してモータ２の電機子巻線の対応する相巻線に電気的に接続されている。制御部１１は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ制御信号を供給する制御回路１７２とを有している。
【００１２】
ＩＧＢＴ３２８，３３０は制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。
【００１３】
制御部１１はＩＧＢＴ３２８，３３０を作動させるためのものであり、制御回路１７２とドライバ回路１７４とを備えている。制御回路１７２は、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成する。
【００１４】
制御回路１７２はＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータ２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータ２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータ２の回転子の磁極位置が入力される。目標トルク値は、上位の制御装置１２から出力されたトルク指令値に基づくものである。電流値は、電流センサ（パワー素子電流センサ）１１６から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、前述したモータ回転数センサ１１２から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。
【００１５】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータ２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００１６】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
【００１７】
図１に戻って、電力変換装置１０には冷却液が流れる冷却流路が設けられており、パワー素子３は冷却流路内に配置された放熱板７に固着されている。放熱板７は、冷却流路中の冷却液とパワー素子３との熱交換を行うものである。電力変換装置１０に設けられた冷却流路は、冷却システム１００の冷却回路４の一部を構成している。冷却回路４には、冷却液と空気（外気）との間で熱交換を行う熱交換器５と、冷却液を循環させる循環ポンプ６と、上記放熱板７とが順に接続されている。冷却回路４を循環する冷却液には、例えば、エチレングリコール水溶液が用いられる。熱交換器５には、空気を送風する送風ファン８が備えられている。冷却システム１００には、循環ポンプ６および送風ファン８の動作を制御する冷却制御装置１３が設けられている。
【００１８】
パワー素子３は、発生した熱を放熱板７を通して冷却液へ伝達することにより冷却される。パワー素子３から熱を受け取った冷却液は、循環ポンプ６により熱交換器５へと循環され、送風ファン８により送風された空気（外気）と熱交換することで放熱する。
【００１９】
図２は、循環ポンプ６および送風ファン８を制御する冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。なお、図２の実線矢印は制御信号の流れを示す。冷却制御装置１３は、制御に用いる信号を検出するための検出部１０９と、循環ポンプ６および送風ファン８の制御信号を計算する制御信号計算部１１０を備えている。
【００２０】
検出部１０９は、モータ２の駆動状態であるトルクを検出するモータトルクセンサ１１１と、モータ２の駆動状態である回転数を検出するモータ回転数センサ１１２と、パワー素子３の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３と、外気温度を検出する外気温度センサ１１４と、冷却液の温度を検出する冷却液温度センサ１１５とを備えている。パワー素子温度センサ１１３は、パワー素子３と放熱板７との固着部に設けられている。モータトルクセンサ１１１にはひずみゲージなどが用いられる。モータ回転数センサ１１２にはホール素子などが用いられる。パワー素子温度センサ１１３、外気温度センサ１１４および冷却液温度センサ１１５にはサーミスタなどが用いられる。
【００２１】
各センサ１１１〜１１５からの各信号は、制御信号計算部１１０に入力される。制御信号計算部１１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、入力された信号に基づいて循環ポンプ６および送風ファン８の駆動状態を決める制御信号を計算し、各制御信号を循環ポンプ６および送風ファン８へ出力する。また、制御信号計算部１１０に設けられたメモリ１１０ｂには、制御信号の計算に必要なデータ（後述する数値マップ）が予め記憶されている。
【００２２】
図３は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。制御信号計算部１１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、ソフトウェア処理により図３に示す処理を順に実行する。なお、マイクロコンピュータ１１０ａは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図３に示すプログラムの処理を開始する。
【００２３】
ステップＳ１１では、モータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２の検出値からパワー素子３の発熱量を計算する。上述したように、パワー素子３を駆動する制御部１１は、上位制御装置１２から入力されるモータ２のトルク指令値や回転数指令値に基づいてパワー素子３に制御信号を出力する。そして、パワー素子３は制御信号に基づいて駆動し、トルク指令値や回転数指令値に基づく電流値をモータ２へ出力する。したがって、パワー素子３の発熱量は、モータ２のトルクと回転数とを用いた計算により推定することができる。
【００２４】
本実施の形態では、モータ２のトルクおよび回転数とパワー素子３の発熱量との対応関係を示す数値マップが、制御信号計算部１１０が備えるメモリ１１０ｂ内に格納されている。ステップＳ１１の処理では、この数値マップを検索することによりパワー素子３の発熱量を求める。
【００２５】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、冷却液温度センサ１１５の温度検出値Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、次式（１）により冷却液によるパワー素子冷却性能αを計算する。α×（Ｔｗ−Ｔａ）はパワー素子３から冷却液への放熱量を表しているが、この放熱量がパワー素子３の発熱量Ｑと等しくなるようにパワー素子３の温度Ｔｗが決定される。このようにしてパワー素子冷却性能αを算出することにより、現在の冷却液の状態を反映したパワー素子冷却性能を取得することができる。
Ｑ＝α×（Ｔｗ−Ｔａ） …（１）
【００２６】
式(１)からも分かるように、パワー素子冷却性能αとは、パワー素子３が設けられた放熱板７から冷却液に伝達される単位温度差当たりの熱量（熱伝達率）に相当する。また、このパワー素子冷却性能αは、冷却回路４を循環する冷却液の状態、すなわち流量ｎ、温度Ｔａおよび不凍液濃度ｍにより変化し、α(m,n,Ta) のように表される。
【００２７】
例えば、循環ポンプ６の駆動力を上げることにより吐出量を増やし、冷却液の流量ｎを増加させると、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加するため、パワー素子冷却性能αは向上する。また、冷却液の温度Ｔａが上昇した場合には、不凍液を含んだ冷却液の粘度が下がるため、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加し、パワー素子冷却性能αは向上する。冷却液の不凍液濃度ｍに関しては、濃度が減少すると冷却液の粘度が下がるので、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加して、パワー素子冷却性能αが向上する。
【００２８】
図１２は、特定の冷却液温度Ｔａにおけるパワー素子冷却性能αを図示したものであり、縦軸はパワー素子冷却性能α、横軸は循環ポンプ流量ｎである。流量ｎは制御信号計算部１１０からの制御信号によって決まる。なお、図１２では、３種類の不凍液濃度ｍに対してパワー素子冷却性能αの曲線が示されているが、実際には所定範囲内の不凍液濃度に十分対応できるマップとなっている。上述したように、流量ｎが増加するとパワー素子冷却性能αも増加する。また、不凍液濃度ｍが減少するとパワー素子冷却性能αが向上するため、曲線全体が図示上方に移動している。図１２のようなマップは冷却液の温度範囲に対応できる数だけ用意されている。本実施の形態では、図１２に示されるようなパワー素子冷却性能α(m,n,Ta)に関するマップが、制御信号計算部１１０のメモリ１１０ｂに数値マップとして予め格納されている。
【００２９】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号により循環ポンプ６を制御する。
【００３０】
図４はステップＳ１４の制御処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ０４１では、冷却液温度センサ１１５の温度検出値Ｔａに基づいて、循環ポンプ６を制御する際のパワー素子冷却性能αの設定値αthを計算する。この設定値αthはステップＳ０４２の判定における判定基準値である。なお、設定値αthの設定方法については後述する。
【００３１】
ステップＳ０４２では、ステップＳ１３で算出した現状のパワー素子冷却性能αと、ステップＳ０４１で設定したパワー素子冷却性能αの設定値αthとを比較し、α≧αthか否かを判定する。この判定処理は、放熱板７におけるパワー素子３から冷却液への放熱性能が、所定の放熱量（設定値αthで決まる放熱量）に対して余裕があるかそれとも不足しているかを判定するものである。設定変更する前の設定値αthとしては、例えば、システム設計時の条件(m0,n0,Ta0)におけるパワー素子冷却性能α(m0,n0,Ta0)を用いるようにしても良い。
【００３２】
上述したように、放熱板７における冷却液のパワー素子冷却性能αは、冷却液の状態、すなわち不凍液濃度ｍ、冷却液の流量ｎ、冷却液温度Ｔａに依存して変化する。そのため、冷却液の状態が変化してパワー素子冷却性能αが、所定の設定値αthよりも大きくなっている場合には、パワー素子の冷却に関して余裕がある状態なので、循環ポンプ６の駆動力を下げて吐出量を減らし、パワー素子冷却性能αを設定値αthのレベルまで下げることが可能である。
【００３３】
一例として、不凍液濃度ｍが変化した場合を、図１３を参照しながら説明する。図１３は、冷却液温度ＴａがＴa0の場合のマップである。曲線Ｌ０は不凍液濃度がｍ０の場合のパワー素子冷却性能を示しており、同様に、曲線Ｌ１，Ｌ２は不凍液濃度がｍ１、ｍ２の場合のパワー素子冷却性能を示している。ここでは、ｍ１＜ｍ０＜ｍ２のように設定されており、上述したように不凍液濃度ｍが小さくなるほどパワー素子冷却性能が向上するので、曲線Ｌ０〜Ｌ２はｍ２、ｍ０、ｍ１の順に上方にずれている。不凍液濃度ｍ０はシステム設計時の不凍液濃度であり、これを基準として不凍液濃度ｍが高くなったか低くなったかを考える。
【００３４】
例えば、冷却液を交換するなどして不凍液濃度が変化し、実際の冷却液の状態が（ｍ１、ｎ０、Ｔa0）であった場合、パワー素子冷却性能α１＝α(m1,n0,Ta0)は図１３に示す曲線Ｌ１のＡ点の値となる。一方、設定値αthは曲線Ｌ０上のＢ点の値となる。この場合にはα(m1,n0,Ta0)＞αthとなっており、冷却液のパワー素子冷却性能にα(m1,n0,Ta0)−αthだけの余裕があることになる。すなわち、不凍液濃度ｍ１の場合には、流量をｎ０からｎ１まで下げることが可能である。
【００３５】
逆に、曲線Ｌ２上の点Ｃで示すように不凍液濃度がｍ２であった場合には、パワー素子冷却性能α２＝α(m2,n0,Ta0)となり、設定値αthに対してパワー素子冷却性能がαth−α(m2,n0,Ta0)だけ不足しているので、流量ｎをｎ２まで増やす必要がある。
【００３６】
ステップＳ０４２でα≧αthと判定されると、ステップＳ０４３へ進んで循環ポンプ６の駆動力（すなわち吐出量）を予め設定した値だけ小さくして冷却液の流量を減少させる。すなわち、冷却液のパワー素子冷却性能αに余裕があると判定されると、循環ポンプ６の駆動力（すなわち吐出量）を小さくして冷却液の流量を減少させる。その結果、パワー素子３に対する冷却性能を保持しつつ、循環ポンプ６の駆動に用いられる消費エネルギを低減することができる。
【００３７】
なお、図１３で説明した例では、流量ｎ０、冷却液温度Ｔa0および不凍液濃度ｍ１を仮定して説明したが、実際の不凍液濃度ｍは不明であるので流量ｎ１が正確に求まるわけではない。例えば、流量ｎ≠ｎ０で不凍液濃度がｍ３であった場合には、算出されたパワー素子冷却性能αは曲線Ｌ３上のＤ点におけるパワー素子冷却性能となる。そのため、ステップＳ０４３における駆動力の低減のさせ方として、上述のように予め設定した流量低減量Δｎだけ行うようにしても良いし、差＝α(m1,n0,Ta0)−αthに応じて低減量を変えるようにしても良い。
【００３８】
一方、ステップＳ０４２でα＜αthと判定されると、ステップＳ０４４へ進んで循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させる。すなわち、冷却液のパワー素子冷却性能αが不足していると判定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させる。その結果、パワー素子３の過度な温度上昇を防止でき、パワー素子３の信頼性向上を図ることができる。なお、ステップＳ０４４での流量増加量の設定についても、上述したステップＳ０４３における流量低減量と同様に行う。
【００３９】
ステップＳ０４３で循環ポンプ６の駆動力を低下させると冷却液の流量がｎ１に減少するので、パワー素子冷却性能はα(m1,n0,Ta0)からα(m1,n1,Ta0)へと低下する。その結果、放熱量が減少し、パワー素子温度Ｔｗは式（１）を満足するＴｗまで、すなわち発熱量Ｑと放熱量とが等しくなるまで上昇する。上述のように、パワー素子冷却性能α(m1,n0,Ta0)は性能的に余裕があったので、そのときのパワー素子温度Ｔｗは低めとなっており、このように流量ｎを低減してパワー素子温度Ｔｗを上昇させるだけの余裕があった。一方、ステップＳ０４４で流量をｎ２へと増加させた場合には、パワー素子冷却性能はα(m1,n2,Ta0)へと向上するので、パワー素子温度Ｔｗは低下することになる。
【００４０】
ステップＳ０４２においてはα≧αthか否かを判定したが、α＞αth、α＝αth、α＜αthのいずれであるかを判定するようにしても良い。そして、α＝αthと判定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を変更せずそのまま維持するように制御する。
【００４１】
このように、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）が変化すると冷却液のパワー素子冷却性能αは変化する。本実施の形態では、算出されたパワー素子３の発熱量および計測されたパワー素子３の温度Ｔｗからパワー素子冷却性能αを推定し、それを設定値αthと比較することで、冷却液の状態の変化によるパワー素子冷却性能αの変化を検出するようにした。そして、冷却液の状態が変化したことでパワー素子冷却性能αに余裕が生じた場合には、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、消費エネルギーの低減を図ることができる。一方、パワー素子冷却性能αが不足していると推定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させることにより、パワー素子３の信頼性向上を図るようにした。
【００４２】
図１３を用いた説明では、冷却液の状態として不凍液濃度ｍの変化が原因でパワー素子冷却性能αが変化した場合について説明した。この場合、「不凍液濃度ｍの低下→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」という関係があることから、パワー素子温度Ｔｗに基づいて算出されたパワー素子冷却性能αを基準値αthと比較することで、上述のような循環ポンプ６の制御を行った。
【００４３】
パワー素子冷却性能αに関係する冷却液の状態としては、不凍液濃度ｍの他に冷却液の流量ｎおよび冷却液の温度Ｔａがあるが、これらに関しても、不凍液濃度ｍの場合と同様の関係、「冷却液温度Ｔａの上昇→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」、「流量ｎの増加→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」が成り立つ。そのため、上述のように、パワー素子温度Ｔｗに基づいて算出されたパワー素子冷却性能αを基準値αthと比較することにより、不凍液濃度ｍ、冷却液の流量ｎおよび冷却液の温度Ｔａのいずれが変化した場合にも対応ができていることになる。
【００４４】
ところで、冷却液温度Ｔａが変化した場合、一般的には、冷却液温度Ｔａに対応してパワー素子３の温度Ｔｗが変化する。すなわち、式（１）からＴｗ＝Ｔａ＋Ｑ／α(m,n,Ta)となっているので、発熱量Ｑが一定であっても、冷却液温度Ｔａの変化によってパワー素子温度Ｔｗが変化する。ただし、冷却液温度Ｔａが低下すると冷却液の粘度が低下してα(m,n,Ta)も低下するので、Ｑ／α(m,n,Ta)は増加することになる。そのため、冷却液温度Ｔａが低下しても、必ずしもパワー素子温度Ｔｗが低下するとは限らない。冷却液温度Ｔａが上昇した場合も同様のことが言える。
【００４５】
本実施の形態では、パワー素子３の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３を備えているので、パワー素子温度Ｔｗを直接検知することができる。パワー素子温度Ｔｗが低下すると、パワー素子温度Ｔｗの上限温度に対する余裕ができることになり、その分だけパワー素子冷却性能の設定値αthを下げることが可能となる。
【００４６】
そのため、上述したステップＳ０４１の処理では、パワー素子温度Ｔｗが低下したならば上述した設定値αthを下げる。逆に、パワー素子温度Ｔｗが上昇した場合には、設定値αthを上げてパワー素子３の発熱増大に対応できるようにする。
【００４７】
続く図３のステップＳ１５では、ステップＳ１３で計算したパワー素子冷却性能αと、冷却液温度センサ１１５により検出された温度Ｔａと、外気温度センサ１４の温度検出値（外気温度）Ｔｇとに基づいて、冷却液の外気放熱性能βを式（２）により算出する。
β＝Ｑ÷（Ｔａ−Ｔｇ） …（２）
【００４８】
外気放熱性能βは、熱交換器５において冷却液から外気に伝達される単位温度差当たりの熱量に相当する熱交換率である。外気放熱性能βは、循環する冷却液の流量ｎ、冷却液温度Ｔａ、不凍液濃度ｍおよび熱交換器５へ送風する外気の送風量γに依存して変化する。依存関係は以下のようになっている。
（ａ）循環ポンプ６により循環される冷却液の流量ｎが低下すると、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下することになる。
（ｂ）冷却液温度Ｔａが低下すると、冷却液の粘度が上がり、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下する。
（ｃ）不凍液濃度ｍが増加すると、冷却液の粘度は上がり、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下する。
（ｄ）送風ファン８を用いて送風する外気の送風量γを増加させると、熱交換器５と外気との熱交換部分での外気の流速が増加するため、外気放熱性能βは向上する。
【００４９】
ステップＳ０６では、ステップＳ１５で計算した冷却液の外気放熱性能βと、冷却液温度センサ１１５で検出された冷却液温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとに基づいて、送風ファン８の駆動信号を算出し、その駆動信号によって送風ファン８の駆動を制御する。すなわち、送風量γを変化させる。
【００５０】
図５は、ステップＳ０６の駆動制御処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ０６１では、検出された冷却液温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとから、送風ファン８を制御する際の外気放熱性能βの判定基準値である設定値βthを計算する。なお、設定値βthの詳細については、ステップＳ０６２の説明において説明する。
【００５１】
ステップＳ０６２では、ステップＳ１５で算出した外気放熱性能βと、ステップＳ０６１で計算した外気放熱性能の設定値βthとを比較し、β≧βthか否かを判定する。この判定処理は、所定の熱交換量基準値（すなわち、設定値βthのときの交換熱量）に対して、熱交換器５における現状の交換熱量は余裕があるのか不足しているのかを判定するものである。
【００５２】
ところで、設定値βthのときの交換熱量は、熱交換器５における交換熱量基準値を表しており、設定値βthとしては、例えば、システム設計時の条件における交換熱量である。しかし、熱交換器５における交換熱量は、外気と冷却液との温度差および外気放熱性能βに依存して変化する。そのため、例えば、外気温が低下して温度差が大きくなったり不凍液濃度ｍが下がって外気放熱性能βが向上したりすると、交換熱量も大きくなることになる。
【００５３】
ステップＳ０６２の判定では、熱交換量そのものを判定する代わりに外気放熱性能βを判定しているので、同一の外気放熱性能であっても外気温が変化して温度差が変化すると、判定すべき熱交換量の大きさが変化することになる。そのため、上述したステップＳ０６１においては、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇに応じて外気放熱性能の設定値βthを設定するようにしている。例えば、予め設定した設定値β0（例えば、上述したシステム設計時の条件における外気放熱性能）に予め設定されている所定量Δβを加算したり減算したりして、設定値βthを設定する。
【００５４】
外気温度Ｔｇが低下すると温度差が大きくなり、外気放熱性能βが変化せず一定であっても外気と冷却液との間での交換熱量が増加するので、外気放熱性能βがより低くても外気温度Ｔｇが低下する前と同等の交換熱量が可能となる。そのため、外気温度Ｔｇが低下した場合には、外気放熱性能βに対する設定値βthを下げる。逆に、外気温度Ｔｇが上昇したときには、外気放熱性能βをより高くしないと熱交換量が不足する可能性があるので、設定値βthを上げる。
【００５５】
また、冷却液温度Ｔａが低下した場合には、図４の制御処理でも説明したようにパワー素子３の温度も低くなり、パワー素子３の上限温度に対する余裕がある。そのため、外気放熱性能βの設定値βthを下げて、熱交換器５における交換熱量の基準を下げることが可能となる。逆に、冷却液温度Ｔａが上昇したときには、外気放熱性能βの設定値βthを上げて熱交換器５における交換熱量を大きくする。その結果、冷却液の温度Ｔａを下げることで、パワー素子３の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
ステップＳ０６２でβ≧βthと判定されるとステップＳ０６３に進み、送風ファン８の駆動力を小さくする。すなわち、熱交換器５における現状の熱交換量に余裕があると判定されると、送風ファン８の駆動力を小さくして送風する空気の流量を減少させ、熱交換量を抑制する。例えば、不凍液濃度ｍが低い場合には、冷却液の外気放熱性能βが向上して熱交換量が大きくなるので、ステップＳ０６３の送風ファン８の駆動力を小さくする処理が行われ、送風ファン８の消費エネルギを低減することができる。
【００５７】
一方、ステップＳ０６２でβ＜βthと判定された場合には、ステップＳ０６４に進んで送風ファン８の駆動力を大きくする。その結果、送風する空気の流量が増大し、熱交換器５における熱交換量が大きくなる。このような制御を行うことで、例えば、不凍液濃度ｍが高く冷却液の外気放熱性能βが低い場合でも、熱交換器５における熱交換量の低下を抑えることができる。
【００５８】
図３のステップＳ１６の処理が終了したなら、ステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１１からステップＳ１６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００５９】
−第２の実施形態−
図６，７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は、第２の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。図６に示す構成は、図２に示した冷却液温度センサ１１５を省略した点が第１の実施の形態と異なる。
【００６０】
図７は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。制御信号計算部１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、ソフトウェア処理により図７に示す処理を順に実行する。なお、マイクロコンピュータ１１０ａは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図７に示すプログラムの処理を開始する。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００６１】
ステップＳ０１では、モータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２の検出値からパワー素子３の発熱量を計算する。ステップＳ０２では、ステップＳ０１で計算したパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算する。このように、本実施の形態では、冷却液の温度を検出する温度センサを省略し、計算により冷却液の温度を推定するような構成とした。
Ｔａ＝Ｔｗ （ただしＱ＝０となって所定時間経過後） …（３）
【００６２】
ステップＳ０３では、ステップＳ０１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、ステップＳ０２で計算した冷却液の温度Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３で検出された温度Ｔｗとに基づいて、前述した式（１）を用いて冷却液によるパワー素子冷却性能αを計算する。すなわち、現在の冷却液の状態を反映したパワー素子冷却性能αを推定する。
【００６３】
ステップＳ０４では、ステップＳ０３で算出した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号に基づいて循環ポンプ６を制御する。ステップＳ０４の制御処理の図３のステップＳ１４の制御処理と同様のものであり、ステップＳ０４においても図４に示した一連の処理が行われる。
【００６４】
続くステップＳ０５では、ステップＳ０３で計算したパワー素子冷却性能αと、ステップＳ０２で計算した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値（外気温度）Ｔｇとに基づいて、冷却液の外気放熱性能βを上述した式（２）により算出する。これは、図３のステップＳ１５と同様の処理であり、詳細説明は省略する。
【００６５】
ステップＳ０６では、ステップＳ０５で計算した冷却液の外気放熱性能βと、ステップＳ０２で算出した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとに基づいて、送風ファン８の駆動を制御する。ステップＳ０６の制御処理は図３のステップＳ１６の制御処理と同様のものであり、ステップＳ０６においても図５に示した一連の処理が行われる。
【００６６】
ステップＳ０６の処理が終了したなら、ステップＳ０１へ戻る。ステップＳ０１からステップＳ０６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００６７】
上述したように、第２の実施の形態では、ステップＳ０２のようにパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算するようにした。これにより、冷却液の温度を検出する温度センサを省略することができる。その他の点については第１の実施の形態と同様である。
【００６８】
すなわち、パワー素子３の温度Ｔａやパワー素子３の発熱から、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）の変化によるパワー素子冷却性能αの変化を推定し、冷却液の状態の変化によりパワー素子冷却性能αに余裕が生じた場合には、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、消費エネルギーの低減を図るようにした。逆に、パワー素子冷却性能αが不足していると推定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させることにより、パワー素子３の信頼性向上を図るようにした。
【００６９】
なお、上述の説明では、ステップＳ０５、ステップＳ０６において外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇを用いたが、パワー素子３の発熱が止まり一定時間後の冷却液の温度Ｔａおよびパワー素子３の温度Ｔｗは外気温度とほぼ同等になるため、イグニッションキースイッチがオンにされたときのパワー素子温度センサ１１３の温度検出値を外気温度センサ１１４の温度検出値の代わりに用いてもよい。これにより、外気温度センサ１１４を設けることなく送風ファン８の制御処理を行うことができる。
【００７０】
−第３の実施の形態−
図８，９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は第３の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図であり、図６に示すモータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２に代えて、パワー素子３を流れる電流を検出するパワー素子電流センサ１１６を設けた。なお、図６に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
【００７１】
図９は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。前述したように、パワー素子３は、要求されたモータ２のトルクと回転数に対して、おおむね決まった電流量をモータ２へ出力する。また、パワー素子３の発熱量はモータ２へ流れる電流値に依存する。したがって、パワー素子３の発熱量Ｑは、パワー素子３を流れる電流量Ｉから計算することができる。
【００７２】
そこで、ステップＳ２１では、パワー素子電流センサ１１６の電流検出値Ｉからパワー素子３の発熱量Ｑを算出する。パワー素子３を流れる電流量Ｉからパワー素子３の発熱量までの対応関係は、制御信号計算部１１０が備えるメモリ１１０ｂ内に数値マップとして格納されている。ステップＳ２１では、この数値マップを検索することでパワー素子３の発熱量Ｑを求める。
【００７３】
ステップＳ２２は冷却液の温度を計算するステップであり、図７に示すステップＳ０２の場合と同様に、ステップＳ２１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、前述した式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算する。
【００７４】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で計算したパワー素子３の発熱量Ｑと、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３の温度検出値Ｔｗとから、前述した式（１）により冷却液のパワー素子冷却性能αを計算する。
【００７５】
ステップＳ２４では、ステップＳ２３で計算した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号により循環ポンプ６も制御を行う。ステップＳ２４の制御処理は図３のステップＳ１４の制御処理と同様のものであり、ステップＳ２４においても図４に示した一連の処理が行われる。
【００７６】
ステップＳ２５では、ステップＳ２３で計算したパワー素子冷却性能αと、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｗとに基づいて、前述した式（２）により熱交換器５における冷却液の外気放熱性能βを算出する。
【００７７】
ステップＳ２６では、ステップＳ２５で算出した冷却液の外気放熱性能β、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａおよび外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇに基づいて、送風ファン８の駆動を制御する。ステップＳ２６の制御処理は図３のステップＳ１６の制御処理と同様のものであり、ステップＳ２６においても図５に示した一連の処理が行われる。
【００７８】
図９のステップＳ２６の処理が終了したなら、ステップＳ２１へ戻る。ステップＳ２１からステップＳ２６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００７９】
−第４の実施の形態−
図１０，１１を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は第４の実施の形態における制御装置の概略構成を示す図であり、図６に示した制御装置に冷却液凍結警告ランプ１１７を設けた点が異なる。なお、図６に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
【００８０】
図１１は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８への制御を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ３１からステップＳ３６までの処理は、図６のステップＳ０１からステップ０６と同様の処理であるので、ここでは説明を省略する。
【００８１】
ステップＳ３７では、ステップＳ３３で計算した冷却液のパワー素子冷却性能αと、ステップＳ３４で計算した循環ポンプ６への制御信号に基づいて、冷却液温度Ｔａにおける冷却液の不凍液濃度ｍを計算する。前述したように、冷却液の不凍液濃度ｍが高くなると冷却液の粘度が増加し、パワー素子冷却性能αは低下する。また、循環ポンプ６による冷却液の流量ｎが増加すると、パワー素子冷却性能αは向上する。
【００８２】
ステップＳ３７では、不凍液濃度ｍの計算に図１２，１３に示したマップを用いる。例えば、冷却液温度Ｔa0の場合には図１３に示すＴａ＝Ｔa0のマップを使用し、循環ポンプ６の制御信号に基づく流量ｎとパワー素子冷却性能αとを指定すると、座標点（ｎ、α）が決まる。そして、その座標点（ｎ、α）を通る曲線Ｌの不凍液濃度ｍが、求めようとしている不凍液濃度である。例えば、流量がｎ１でパワー素子冷却性能がαthであった場合には、不凍液濃度としてｍ１が得られる。
【００８３】
ステップＳ３８では、ステップＳ３７で計算した不凍液濃度と、外気温度センサ１１４で検出した外気温Ｔｇとを比較して、冷却液の凍結の可能性を判定する。冷却液は、不凍液濃度ｍに応じて凝固点が異なり、不凍液濃度ｍが低くなると凝固点が高くなって凍結しやすくなる。メモリ１１０ｂには、冷却液の不凍液濃度ｍと凝固点との関係がマップとして記憶されており、ステップＳ３８では、ステップＳ３７で算出された不凍液濃度ｍにおける凝固点と外気温度センサ１４の検出結果Ｔｇとを比較し、凝固点と外気温Ｔｇとの温度差が設定値以下となった場合に、冷却液が凍結する可能性があると判定する。
【００８４】
ステップＳ３８において凍結の可能性があると判定された場合には、ステップＳ３９へ進んで冷却液凍結警告ランプ１１７を点灯し、その後、ステップＳ３１へ戻る。一方、ステップＳ３８で凍結の可能性がないと判定されると、ステップＳ３９をスキップしてステップＳ３１へ戻る。
【００８５】
なお、上述したステップＳ３８では、外気温Ｔｇとして外気温度センサ１１４の検出結果を用いたが、例えば、車両に設けられた車載ナビゲーション装置の走行計画情報を利用し、走行計画情報が示す車両の目的地情報から将来の外気温度を予測し、その外気温予測値を用いてステップＳ３８の判定を行うようにしても良い。このような構成とすることにより、車両の周囲環境が冷却液の凝固温度以下になる前に冷却液の凍結の警告を発することができる。
【００８６】
また、上述のステップＳ３９では、冷却液凍結警告ランプ１１７を点灯することで警告を行ったが、以下のような処理を追加したり、ステップＳ３９の処理と置き換えたりしても良い。すなわち、冷却回路４に、冷却液を冷却回路４の外へ排出する排出口と、排出口を開閉する電磁弁とを設け、ステップＳ３８で冷却液が凍結する可能性があると判定した場合には、制御信号計算部１１０からの制御信号により排出口の電磁弁を開いて冷却液を排出することで、冷却液が冷却回路４の中での凍結するのを防止する。これにより、冷却回路４の破裂を防止することができる。その場合、排出口を冷却回路４の下方に設けることで、冷却液を効率的に排出することができる。
【００８７】
（１）上述した実施の形態における車載回転電機用電力変換装置の冷却システムは、
不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプ６を有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子３を冷却する冷却回路４と、パワー素子３の発熱量Ｑを算出する発熱量演算手段としての制御信号計算部１１０と、パワー素子３の温度を取得する第１温度取得手段としてのパワー素子温度センサ１１３と、冷却液の温度を取得する第２温度取得手段としての冷却液温度センサ１１５と、発熱量Ｑ、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、放熱板７を介してパワー素子３から冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を算出する熱伝達率演算手段としての制御信号計算部１１０と、算出された熱伝達率（α）が所定の熱伝達率基準値（αth）より大きい場合に循環ポンプ６の吐出量を低下させるポンプ制御手段としての制御信号計算部１１０と、を備えている。
【００８８】
このように、パワー素子３の発熱量Ｑ、パワー素子３の温度および冷却液の温度に基づいて熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を算出することにより、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）が反映された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を得ることができる。そして、その熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を基準値αthと比較することにより、現時点のパワー素子冷却性能に余裕があるか否かを判定することが可能となり、パワー素子冷却性能に余裕がある場合（熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合）に、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、パワー素子３の冷却に支障を与えることなく冷却システムの消費エネルギ低減を図ることができる。
【００８９】
（２）なお、算出されたパワー素子の発熱量Ｑと、第１温度取得手段であるパワー素子温度センサ１１３で検出して取得されたパワー素子の温度とに基づき、第２温度取得手段としての制御信号計算部１１０において冷却液の温度を算出するようにしても良い。このような構成とすることで、冷却液の温度を検出するための温度センサを省略することができ、冷却システムのコスト低減を図ることができる。
【００９０】
（３）さらに、第１温度取得手段としてのパワー素子温度センサ１１３で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて、基準値設定手段としての制御信号計算部１１０において熱伝達率基準値（αth）を設定することにより、冷却液の温度Ｔａが変化した場合でも、循環ポンプ６の制御を適切に行うことができる。
【００９１】
（４）また、算出された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）が所定の熱伝達率基準値（αth）より小さい場合に循環ポンプ６の吐出量を増加させることで、冷却液の流量が増加して冷却液のパワー素子冷却性能が向上し、パワー素子３の信頼性向上を図ることができる。
【００９２】
（５）さらにまた、冷却回路４中に設けられ、外気と冷却液との熱交換を行う熱交換器５と、熱交換器５に外気を送風する送風機（送風ファン８）と、外気温を取得する第３温度取得手段としての外気温度センサ１１４と、熱伝達率（パワー素子冷却性能α）、冷却液の温度Ｔａおよび外気温Ｔｇに基づいて、外気と冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段としての制御信号計算部１１０と、算出された熱交換率が所定の熱交換率基準値（βth）より大きい場合に送風機の送風量を低下させる送風制御手段としての制御信号計算部１１０と、を備えるようにしても良い。このように、熱交換率が所定の熱交換率基準値（βth）より大きく熱交換器５における放熱量に余裕がある場合に、送風機の送風量を低下させることで冷却システムの消費エネルギを低減することができる。
【００９３】
（６）さらに、冷却システム始動時に第１温度取得手段（パワー素子温度センサ１１３）または第２温度取得手段（冷却液温度センサ１１５）で取得される温度を、外気温として用いることにより、外気温検出用のセンサを省略することができ、冷却システムのコスト削減を図ることができる。
【００９４】
（７）なお、発熱量Ｑは、回転電機（モータ２）のトルク情報と回転数情報とに基づいて算出しても良いし、パワー素子３に流れる電流値に基づいて算出しても良い。
【００９５】
（８）また、冷却液の温度、算出された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）、およびポンプ制御手段としての制御信号計算部１１０から出力される制御信号に基づいて、冷却液の不凍液濃度を算出し、算出された不凍液濃度に基づいて、冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置（不凍液凍結警告ランプ１１７）を備えたことにより、不凍液凍結を事前に知ることができ、不凍液凍結に対して適切に対処することが可能になる。
【００９６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９７】
１：バッテリ、２：モータ、３：パワー素子、５：熱交換器、６：循環ポンプ、７：放熱板、８：送風ファン、１０：電力変換装置、１１：制御部、１２：上位制御装置、１３：冷却制御装置、１００：冷却システム、１０９：検出部、１１０：制御信号計算部、１１１：モータトルクセンサ、１１２：モータ回転数センサ、１１３：パワー素子温度センサ、１１４：外気温度センサ、１１５：冷却液温度センサ、１１６：パワー素子電流センサ、１１７：不凍液凍結警告ランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載回転電機用電力変換装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車において、車両駆動用モータやインバータ等の機器を冷却する際に冷却液を循環させる冷却システムでは、冷却システムでの消費エネルギー低減を狙いとして、冷却システムの状態に応じて冷却液の流量を適正化する制御装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、冷却液を循環させるポンプの運転状態とパワー素子の温度から冷却液の流量を適正化する制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パワー素子と冷却液との間の熱伝達率は、冷却液の状態（不凍液濃度、流量、温度）によって変化する。しかし、特許文献１に記載の発明では、例えば冷却液の不凍液濃度に応じて制御ができないため、不凍液濃度に応じた適切なポンプ運転をすることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による車載回転電機用電力変換装置の冷却システムは、不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプを有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、パワー素子の発熱量を算出する発熱量演算手段と、パワー素子の温度を取得する第１温度取得手段と、冷却液の温度を取得する第２温度取得手段と、発熱量、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、パワー素子から前記冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率を算出する熱伝達率演算手段と、算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合に循環ポンプの吐出量を低下させるポンプ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第２温度取得手段は、発熱量演算手段で算出されたパワー素子の発熱量と第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度とに基づいて、冷却液の温度を算出することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて熱伝達率基準値を設定する、基準値設定手段を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、ポンプ制御手段は、算出された熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より小さい場合に循環ポンプの吐出量を増加させることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、冷却回路中に設けられ、外気と冷却液との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に外気を送風する送風機と、外気温を取得する第３温度取得手段と、熱伝達率、冷却液の温度および外気温に基づいて、外気と冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段と、算出された熱交換率が所定の熱交換率基準値より大きい場合に送風機の送風量を低下させる送風制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第３温度取得手段は、冷却システム始動時に第１温度取得手段または第２温度取得手段で取得される温度を、外気温として用いることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、発熱量演算手段は、回転電機のトルク情報と回転数情報とに基づいて発熱量を算出することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、発熱量演算手段は、パワー素子に流れる電流値に基づいて発熱量を算出することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、第２温度取得手段で取得された冷却液の温度、熱伝達率演算手段により算出される熱伝達率、およびポンプ制御手段から出力される制御信号に基づいて、冷却液の不凍液濃度を算出する濃度演算手段と、濃度演算手段で算出された不凍液濃度に基づいて、冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、車載回転電機用電力変換装置の冷却システムの消費エネルギを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態の冷却システムの概略構成を示す図である。
【図２】循環ポンプ６および送風ファン８を制御する冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図４】ステップＳ１４の制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】ステップＳ１６の制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図９】第３の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図１０】第４の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。
【図１１】第４の実施の形態における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。
【図１２】メモリ１１０ｂに格納されている数値マップの一例を示す図である。
【図１３】冷却液温度Ｔａ＝Ｔa0の場合の、不凍液ｍ、流量ｎ、パワー素子冷却性能αのマップを示す図である。
【図１４】電力変換装置１０の電気回路構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は第１の実施の形態の冷却システムの概略構成を示す図であり、ＨＥＶやＥＶ等の電動車両に用いられる電力変換装置用冷却システム１００を示したものである。なお、図１の実線矢印は冷却液の流れを示し、点線矢印は電流の流れを示す。
【０００９】
電力変換装置１０は、バッテリ１からの直流電力を交流電力に変換して車載回転電機であるモータ２に供給する装置であり、インバータ回路を構成するパワー素子３を備えている。パワー素子３は制御部１１からの指令により駆動される。後述するように、制御部１１は、車両側の上位制御装置１２から入力されるモータ２のトルク指令値などに基づいて制御信号を生成し、その制御信号に基づいてパワー素子３を駆動制御する。
【００１０】
図１４は電力変換装置１０の電気回路構成を説明する図である。図１４に示すように、電力変換装置１０にはインバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とが備えられ、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１１とを有している。インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した３つの上下アーム直列回路１５０（１５０Ｕ〜１５０Ｗ）を備えている。
【００１１】
各上下アーム直列回路１５０は、パワー素子３としてのＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）ＩＧＢＴ３３０を備えている。それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分の交流端子１５９には、モータ２への交流電力線１８６が接続されている。交流電力線１８６は、交流コネクタ１８８を介してモータ２の電機子巻線の対応する相巻線に電気的に接続されている。制御部１１は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ制御信号を供給する制御回路１７２とを有している。
【００１２】
ＩＧＢＴ３２８，３３０は制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。
【００１３】
制御部１１はＩＧＢＴ３２８，３３０を作動させるためのものであり、制御回路１７２とドライバ回路１７４とを備えている。制御回路１７２は、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成する。
【００１４】
制御回路１７２はＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータ２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータ２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータ２の回転子の磁極位置が入力される。目標トルク値は、上位の制御装置１２から出力されたトルク指令値に基づくものである。電流値は、電流センサ（パワー素子電流センサ）１１６から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、前述したモータ回転数センサ１１２から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。
【００１５】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータ２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００１６】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
【００１７】
図１に戻って、電力変換装置１０には冷却液が流れる冷却流路が設けられており、パワー素子３は冷却流路内に配置された放熱板７に固着されている。放熱板７は、冷却流路中の冷却液とパワー素子３との熱交換を行うものである。電力変換装置１０に設けられた冷却流路は、冷却システム１００の冷却回路４の一部を構成している。冷却回路４には、冷却液と空気（外気）との間で熱交換を行う熱交換器５と、冷却液を循環させる循環ポンプ６と、上記放熱板７とが順に接続されている。冷却回路４を循環する冷却液には、例えば、エチレングリコール水溶液が用いられる。熱交換器５には、空気を送風する送風ファン８が備えられている。冷却システム１００には、循環ポンプ６および送風ファン８の動作を制御する冷却制御装置１３が設けられている。
【００１８】
パワー素子３は、発生した熱を放熱板７を通して冷却液へ伝達することにより冷却される。パワー素子３から熱を受け取った冷却液は、循環ポンプ６により熱交換器５へと循環され、送風ファン８により送風された空気（外気）と熱交換することで放熱する。
【００１９】
図２は、循環ポンプ６および送風ファン８を制御する冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。なお、図２の実線矢印は制御信号の流れを示す。冷却制御装置１３は、制御に用いる信号を検出するための検出部１０９と、循環ポンプ６および送風ファン８の制御信号を計算する制御信号計算部１１０を備えている。
【００２０】
検出部１０９は、モータ２の駆動状態であるトルクを検出するモータトルクセンサ１１１と、モータ２の駆動状態である回転数を検出するモータ回転数センサ１１２と、パワー素子３の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３と、外気温度を検出する外気温度センサ１１４と、冷却液の温度を検出する冷却液温度センサ１１５とを備えている。パワー素子温度センサ１１３は、パワー素子３と放熱板７との固着部に設けられている。モータトルクセンサ１１１にはひずみゲージなどが用いられる。モータ回転数センサ１１２にはホール素子などが用いられる。パワー素子温度センサ１１３、外気温度センサ１１４および冷却液温度センサ１１５にはサーミスタなどが用いられる。
【００２１】
各センサ１１１〜１１５からの各信号は、制御信号計算部１１０に入力される。制御信号計算部１１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、入力された信号に基づいて循環ポンプ６および送風ファン８の駆動状態を決める制御信号を計算し、各制御信号を循環ポンプ６および送風ファン８へ出力する。また、制御信号計算部１１０に設けられたメモリ１１０ｂには、制御信号の計算に必要なデータ（後述する数値マップ）が予め記憶されている。
【００２２】
図３は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。制御信号計算部１１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、ソフトウェア処理により図３に示す処理を順に実行する。なお、マイクロコンピュータ１１０ａは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図３に示すプログラムの処理を開始する。
【００２３】
ステップＳ１１では、モータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２の検出値からパワー素子３の発熱量を計算する。上述したように、パワー素子３を駆動する制御部１１は、上位制御装置１２から入力されるモータ２のトルク指令値や回転数指令値に基づいてパワー素子３に制御信号を出力する。そして、パワー素子３は制御信号に基づいて駆動し、トルク指令値や回転数指令値に基づく電流値をモータ２へ出力する。したがって、パワー素子３の発熱量は、モータ２のトルクと回転数とを用いた計算により推定することができる。
【００２４】
本実施の形態では、モータ２のトルクおよび回転数とパワー素子３の発熱量との対応関係を示す数値マップが、制御信号計算部１１０が備えるメモリ１１０ｂ内に格納されている。ステップＳ１１の処理では、この数値マップを検索することによりパワー素子３の発熱量を求める。
【００２５】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、冷却液温度センサ１１５の温度検出値Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、次式（１）により冷却液によるパワー素子冷却性能αを計算する。α×（Ｔｗ−Ｔａ）はパワー素子３から冷却液への放熱量を表しているが、この放熱量がパワー素子３の発熱量Ｑと等しくなるようにパワー素子３の温度Ｔｗが決定される。このようにしてパワー素子冷却性能αを算出することにより、現在の冷却液の状態を反映したパワー素子冷却性能を取得することができる。
Ｑ＝α×（Ｔｗ−Ｔａ） …（１）
【００２６】
式(１)からも分かるように、パワー素子冷却性能αとは、パワー素子３が設けられた放熱板７から冷却液に伝達される単位温度差当たりの熱量（熱伝達率）に相当する。また、このパワー素子冷却性能αは、冷却回路４を循環する冷却液の状態、すなわち流量ｎ、温度Ｔａおよび不凍液濃度ｍにより変化し、α(m,n,Ta) のように表される。
【００２７】
例えば、循環ポンプ６の駆動力を上げることにより吐出量を増やし、冷却液の流量ｎを増加させると、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加するため、パワー素子冷却性能αは向上する。また、冷却液の温度Ｔａが上昇した場合には、不凍液を含んだ冷却液の粘度が下がるため、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加し、パワー素子冷却性能αは向上する。冷却液の不凍液濃度ｍに関しては、濃度が減少すると冷却液の粘度が下がるので、放熱板７と冷却液との熱交換部分での冷却液の流速が増加して、パワー素子冷却性能αが向上する。
【００２８】
図１２は、特定の冷却液温度Ｔａにおけるパワー素子冷却性能αを図示したものであり、縦軸はパワー素子冷却性能α、横軸は循環ポンプ流量ｎである。流量ｎは制御信号計算部１１０からの制御信号によって決まる。なお、図１２では、３種類の不凍液濃度ｍに対してパワー素子冷却性能αの曲線が示されているが、実際には所定範囲内の不凍液濃度に十分対応できるマップとなっている。上述したように、流量ｎが増加するとパワー素子冷却性能αも増加する。また、不凍液濃度ｍが減少するとパワー素子冷却性能αが向上するため、曲線全体が図示上方に移動している。図１２のようなマップは冷却液の温度範囲に対応できる数だけ用意されている。本実施の形態では、図１２に示されるようなパワー素子冷却性能α(m,n,Ta)に関するマップが、制御信号計算部１１０のメモリ１１０ｂに数値マップとして予め格納されている。
【００２９】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号により循環ポンプ６を制御する。
【００３０】
図４はステップＳ１４の制御処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ０４１では、冷却液温度センサ１１５の温度検出値Ｔａに基づいて、循環ポンプ６を制御する際のパワー素子冷却性能αの設定値αthを計算する。この設定値αthはステップＳ０４２の判定における判定基準値である。なお、設定値αthの設定方法については後述する。
【００３１】
ステップＳ０４２では、ステップＳ１３で算出した現状のパワー素子冷却性能αと、ステップＳ０４１で設定したパワー素子冷却性能αの設定値αthとを比較し、α≧αthか否かを判定する。この判定処理は、放熱板７におけるパワー素子３から冷却液への放熱性能が、所定の放熱量（設定値αthで決まる放熱量）に対して余裕があるかそれとも不足しているかを判定するものである。設定変更する前の設定値αthとしては、例えば、システム設計時の条件(m0,n0,Ta0)におけるパワー素子冷却性能α(m0,n0,Ta0)を用いるようにしても良い。
【００３２】
上述したように、放熱板７における冷却液のパワー素子冷却性能αは、冷却液の状態、すなわち不凍液濃度ｍ、冷却液の流量ｎ、冷却液温度Ｔａに依存して変化する。そのため、冷却液の状態が変化してパワー素子冷却性能αが、所定の設定値αthよりも大きくなっている場合には、パワー素子の冷却に関して余裕がある状態なので、循環ポンプ６の駆動力を下げて吐出量を減らし、パワー素子冷却性能αを設定値αthのレベルまで下げることが可能である。
【００３３】
一例として、不凍液濃度ｍが変化した場合を、図１３を参照しながら説明する。図１３は、冷却液温度ＴａがＴa0の場合のマップである。曲線Ｌ０は不凍液濃度がｍ０の場合のパワー素子冷却性能を示しており、同様に、曲線Ｌ１，Ｌ２は不凍液濃度がｍ１、ｍ２の場合のパワー素子冷却性能を示している。ここでは、ｍ１＜ｍ０＜ｍ２のように設定されており、上述したように不凍液濃度ｍが小さくなるほどパワー素子冷却性能が向上するので、曲線Ｌ０〜Ｌ２はｍ２、ｍ０、ｍ１の順に上方にずれている。不凍液濃度ｍ０はシステム設計時の不凍液濃度であり、これを基準として不凍液濃度ｍが高くなったか低くなったかを考える。
【００３４】
例えば、冷却液を交換するなどして不凍液濃度が変化し、実際の冷却液の状態が（ｍ１、ｎ０、Ｔa0）であった場合、パワー素子冷却性能α１＝α(m1,n0,Ta0)は図１３に示す曲線Ｌ１のＡ点の値となる。一方、設定値αthは曲線Ｌ０上のＢ点の値となる。この場合にはα(m1,n0,Ta0)＞αthとなっており、冷却液のパワー素子冷却性能にα(m1,n0,Ta0)−αthだけの余裕があることになる。すなわち、不凍液濃度ｍ１の場合には、流量をｎ０からｎ１まで下げることが可能である。
【００３５】
逆に、曲線Ｌ２上の点Ｃで示すように不凍液濃度がｍ２であった場合には、パワー素子冷却性能α２＝α(m2,n0,Ta0)となり、設定値αthに対してパワー素子冷却性能がαth−α(m2,n0,Ta0)だけ不足しているので、流量ｎをｎ２まで増やす必要がある。
【００３６】
ステップＳ０４２でα≧αthと判定されると、ステップＳ０４３へ進んで循環ポンプ６の駆動力（すなわち吐出量）を予め設定した値だけ小さくして冷却液の流量を減少させる。すなわち、冷却液のパワー素子冷却性能αに余裕があると判定されると、循環ポンプ６の駆動力（すなわち吐出量）を小さくして冷却液の流量を減少させる。その結果、パワー素子３に対する冷却性能を保持しつつ、循環ポンプ６の駆動に用いられる消費エネルギを低減することができる。
【００３７】
なお、図１３で説明した例では、流量ｎ０、冷却液温度Ｔa0および不凍液濃度ｍ１を仮定して説明したが、実際の不凍液濃度ｍは不明であるので流量ｎ１が正確に求まるわけではない。例えば、流量ｎ≠ｎ０で不凍液濃度がｍ３であった場合には、算出されたパワー素子冷却性能αは曲線Ｌ３上のＤ点におけるパワー素子冷却性能となる。そのため、ステップＳ０４３における駆動力の低減のさせ方として、上述のように予め設定した流量低減量Δｎだけ行うようにしても良いし、差＝α(m1,n0,Ta0)−αthに応じて低減量を変えるようにしても良い。
【００３８】
一方、ステップＳ０４２でα＜αthと判定されると、ステップＳ０４４へ進んで循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させる。すなわち、冷却液のパワー素子冷却性能αが不足していると判定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させる。その結果、パワー素子３の過度な温度上昇を防止でき、パワー素子３の信頼性向上を図ることができる。なお、ステップＳ０４４での流量増加量の設定についても、上述したステップＳ０４３における流量低減量と同様に行う。
【００３９】
ステップＳ０４３で循環ポンプ６の駆動力を低下させると冷却液の流量がｎ１に減少するので、パワー素子冷却性能はα(m1,n0,Ta0)からα(m1,n1,Ta0)へと低下する。その結果、放熱量が減少し、パワー素子温度Ｔｗは式（１）を満足するＴｗまで、すなわち発熱量Ｑと放熱量とが等しくなるまで上昇する。上述のように、パワー素子冷却性能α(m1,n0,Ta0)は性能的に余裕があったので、そのときのパワー素子温度Ｔｗは低めとなっており、このように流量ｎを低減してパワー素子温度Ｔｗを上昇させるだけの余裕があった。一方、ステップＳ０４４で流量をｎ２へと増加させた場合には、パワー素子冷却性能はα(m1,n2,Ta0)へと向上するので、パワー素子温度Ｔｗは低下することになる。
【００４０】
ステップＳ０４２においてはα≧αthか否かを判定したが、α＞αth、α＝αth、α＜αthのいずれであるかを判定するようにしても良い。そして、α＝αthと判定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を変更せずそのまま維持するように制御する。
【００４１】
このように、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）が変化すると冷却液のパワー素子冷却性能αは変化する。本実施の形態では、算出されたパワー素子３の発熱量および計測されたパワー素子３の温度Ｔｗからパワー素子冷却性能αを推定し、それを設定値αthと比較することで、冷却液の状態の変化によるパワー素子冷却性能αの変化を検出するようにした。そして、冷却液の状態が変化したことでパワー素子冷却性能αに余裕が生じた場合には、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、消費エネルギーの低減を図ることができる。一方、パワー素子冷却性能αが不足していると推定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させることにより、パワー素子３の信頼性向上を図るようにした。
【００４２】
図１３を用いた説明では、冷却液の状態として不凍液濃度ｍの変化が原因でパワー素子冷却性能αが変化した場合について説明した。この場合、「不凍液濃度ｍの低下→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」という関係があることから、パワー素子温度Ｔｗに基づいて算出されたパワー素子冷却性能αを基準値αthと比較することで、上述のような循環ポンプ６の制御を行った。
【００４３】
パワー素子冷却性能αに関係する冷却液の状態としては、不凍液濃度ｍの他に冷却液の流量ｎおよび冷却液の温度Ｔａがあるが、これらに関しても、不凍液濃度ｍの場合と同様の関係、「冷却液温度Ｔａの上昇→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」、「流量ｎの増加→パワー素子冷却性能αの上昇→パワー素子温度Ｔｗの低下」が成り立つ。そのため、上述のように、パワー素子温度Ｔｗに基づいて算出されたパワー素子冷却性能αを基準値αthと比較することにより、不凍液濃度ｍ、冷却液の流量ｎおよび冷却液の温度Ｔａのいずれが変化した場合にも対応ができていることになる。
【００４４】
ところで、冷却液温度Ｔａが変化した場合、一般的には、冷却液温度Ｔａに対応してパワー素子３の温度Ｔｗが変化する。すなわち、式（１）からＴｗ＝Ｔａ＋Ｑ／α(m,n,Ta)となっているので、発熱量Ｑが一定であっても、冷却液温度Ｔａの変化によってパワー素子温度Ｔｗが変化する。ただし、冷却液温度Ｔａが低下すると冷却液の粘度が低下してα(m,n,Ta)も低下するので、Ｑ／α(m,n,Ta)は増加することになる。そのため、冷却液温度Ｔａが低下しても、必ずしもパワー素子温度Ｔｗが低下するとは限らない。冷却液温度Ｔａが上昇した場合も同様のことが言える。
【００４５】
本実施の形態では、パワー素子３の温度を検出するパワー素子温度センサ１１３を備えているので、パワー素子温度Ｔｗを直接検知することができる。パワー素子温度Ｔｗが低下すると、パワー素子温度Ｔｗの上限温度に対する余裕ができることになり、その分だけパワー素子冷却性能の設定値αthを下げることが可能となる。
【００４６】
そのため、上述したステップＳ０４１の処理では、パワー素子温度Ｔｗが低下したならば上述した設定値αthを下げる。逆に、パワー素子温度Ｔｗが上昇した場合には、設定値αthを上げてパワー素子３の発熱増大に対応できるようにする。
【００４７】
続く図３のステップＳ１５では、ステップＳ１３で計算したパワー素子冷却性能αと、冷却液温度センサ１１５により検出された温度Ｔａと、外気温度センサ１４の温度検出値（外気温度）Ｔｇとに基づいて、冷却液の外気放熱性能βを式（２）により算出する。
β＝Ｑ÷（Ｔａ−Ｔｇ） …（２）
【００４８】
外気放熱性能βは、熱交換器５において冷却液から外気に伝達される単位温度差当たりの熱量に相当する熱交換率である。外気放熱性能βは、循環する冷却液の流量ｎ、冷却液温度Ｔａ、不凍液濃度ｍおよび熱交換器５へ送風する外気の送風量γに依存して変化する。依存関係は以下のようになっている。
（ａ）循環ポンプ６により循環される冷却液の流量ｎが低下すると、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下することになる。
（ｂ）冷却液温度Ｔａが低下すると、冷却液の粘度が上がり、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下する。
（ｃ）不凍液濃度ｍが増加すると、冷却液の粘度は上がり、熱交換器５と冷却液との熱交換部分における冷却液の流速が減少するため、外気放熱性能βは低下する。
（ｄ）送風ファン８を用いて送風する外気の送風量γを増加させると、熱交換器５と外気との熱交換部分での外気の流速が増加するため、外気放熱性能βは向上する。
【００４９】
ステップＳ０６では、ステップＳ１５で計算した冷却液の外気放熱性能βと、冷却液温度センサ１１５で検出された冷却液温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとに基づいて、送風ファン８の駆動信号を算出し、その駆動信号によって送風ファン８の駆動を制御する。すなわち、送風量γを変化させる。
【００５０】
図５は、ステップＳ０６の駆動制御処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ０６１では、検出された冷却液温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとから、送風ファン８を制御する際の外気放熱性能βの判定基準値である設定値βthを計算する。なお、設定値βthの詳細については、ステップＳ０６２の説明において説明する。
【００５１】
ステップＳ０６２では、ステップＳ１５で算出した外気放熱性能βと、ステップＳ０６１で計算した外気放熱性能の設定値βthとを比較し、β≧βthか否かを判定する。この判定処理は、所定の熱交換量基準値（すなわち、設定値βthのときの交換熱量）に対して、熱交換器５における現状の交換熱量は余裕があるのか不足しているのかを判定するものである。
【００５２】
ところで、設定値βthのときの交換熱量は、熱交換器５における交換熱量基準値を表しており、設定値βthとしては、例えば、システム設計時の条件における交換熱量である。しかし、熱交換器５における交換熱量は、外気と冷却液との温度差および外気放熱性能βに依存して変化する。そのため、例えば、外気温が低下して温度差が大きくなったり不凍液濃度ｍが下がって外気放熱性能βが向上したりすると、交換熱量も大きくなることになる。
【００５３】
ステップＳ０６２の判定では、熱交換量そのものを判定する代わりに外気放熱性能βを判定しているので、同一の外気放熱性能であっても外気温が変化して温度差が変化すると、判定すべき熱交換量の大きさが変化することになる。そのため、上述したステップＳ０６１においては、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇに応じて外気放熱性能の設定値βthを設定するようにしている。例えば、予め設定した設定値β0（例えば、上述したシステム設計時の条件における外気放熱性能）に予め設定されている所定量Δβを加算したり減算したりして、設定値βthを設定する。
【００５４】
外気温度Ｔｇが低下すると温度差が大きくなり、外気放熱性能βが変化せず一定であっても外気と冷却液との間での交換熱量が増加するので、外気放熱性能βがより低くても外気温度Ｔｇが低下する前と同等の交換熱量が可能となる。そのため、外気温度Ｔｇが低下した場合には、外気放熱性能βに対する設定値βthを下げる。逆に、外気温度Ｔｇが上昇したときには、外気放熱性能βをより高くしないと熱交換量が不足する可能性があるので、設定値βthを上げる。
【００５５】
また、冷却液温度Ｔａが低下した場合には、図４の制御処理でも説明したようにパワー素子３の温度も低くなり、パワー素子３の上限温度に対する余裕がある。そのため、外気放熱性能βの設定値βthを下げて、熱交換器５における交換熱量の基準を下げることが可能となる。逆に、冷却液温度Ｔａが上昇したときには、外気放熱性能βの設定値βthを上げて熱交換器５における交換熱量を大きくする。その結果、冷却液の温度Ｔａを下げることで、パワー素子３の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
ステップＳ０６２でβ≧βthと判定されるとステップＳ０６３に進み、送風ファン８の駆動力を小さくする。すなわち、熱交換器５における現状の熱交換量に余裕があると判定されると、送風ファン８の駆動力を小さくして送風する空気の流量を減少させ、熱交換量を抑制する。例えば、不凍液濃度ｍが低い場合には、冷却液の外気放熱性能βが向上して熱交換量が大きくなるので、ステップＳ０６３の送風ファン８の駆動力を小さくする処理が行われ、送風ファン８の消費エネルギを低減することができる。
【００５７】
一方、ステップＳ０６２でβ＜βthと判定された場合には、ステップＳ０６４に進んで送風ファン８の駆動力を大きくする。その結果、送風する空気の流量が増大し、熱交換器５における熱交換量が大きくなる。このような制御を行うことで、例えば、不凍液濃度ｍが高く冷却液の外気放熱性能βが低い場合でも、熱交換器５における熱交換量の低下を抑えることができる。
【００５８】
図３のステップＳ１６の処理が終了したなら、ステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１１からステップＳ１６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００５９】
−第２の実施形態−
図６，７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は、第２の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図である。図６に示す構成は、図２に示した冷却液温度センサ１１５を省略した点が第１の実施の形態と異なる。
【００６０】
図７は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。制御信号計算部１０に設けられたマイクロコンピュータ１１０ａは、ソフトウェア処理により図７に示す処理を順に実行する。なお、マイクロコンピュータ１１０ａは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図７に示すプログラムの処理を開始する。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００６１】
ステップＳ０１では、モータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２の検出値からパワー素子３の発熱量を計算する。ステップＳ０２では、ステップＳ０１で計算したパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算する。このように、本実施の形態では、冷却液の温度を検出する温度センサを省略し、計算により冷却液の温度を推定するような構成とした。
Ｔａ＝Ｔｗ （ただしＱ＝０となって所定時間経過後） …（３）
【００６２】
ステップＳ０３では、ステップＳ０１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、ステップＳ０２で計算した冷却液の温度Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３で検出された温度Ｔｗとに基づいて、前述した式（１）を用いて冷却液によるパワー素子冷却性能αを計算する。すなわち、現在の冷却液の状態を反映したパワー素子冷却性能αを推定する。
【００６３】
ステップＳ０４では、ステップＳ０３で算出した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号に基づいて循環ポンプ６を制御する。ステップＳ０４の制御処理の図３のステップＳ１４の制御処理と同様のものであり、ステップＳ０４においても図４に示した一連の処理が行われる。
【００６４】
続くステップＳ０５では、ステップＳ０３で計算したパワー素子冷却性能αと、ステップＳ０２で計算した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値（外気温度）Ｔｇとに基づいて、冷却液の外気放熱性能βを上述した式（２）により算出する。これは、図３のステップＳ１５と同様の処理であり、詳細説明は省略する。
【００６５】
ステップＳ０６では、ステップＳ０５で計算した冷却液の外気放熱性能βと、ステップＳ０２で算出した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇとに基づいて、送風ファン８の駆動を制御する。ステップＳ０６の制御処理は図３のステップＳ１６の制御処理と同様のものであり、ステップＳ０６においても図５に示した一連の処理が行われる。
【００６６】
ステップＳ０６の処理が終了したなら、ステップＳ０１へ戻る。ステップＳ０１からステップＳ０６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００６７】
上述したように、第２の実施の形態では、ステップＳ０２のようにパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算するようにした。これにより、冷却液の温度を検出する温度センサを省略することができる。その他の点については第１の実施の形態と同様である。
【００６８】
すなわち、パワー素子３の温度Ｔａやパワー素子３の発熱から、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）の変化によるパワー素子冷却性能αの変化を推定し、冷却液の状態の変化によりパワー素子冷却性能αに余裕が生じた場合には、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、消費エネルギーの低減を図るようにした。逆に、パワー素子冷却性能αが不足していると推定された場合には、循環ポンプ６の駆動力を大きくして冷却液の流量を増加させることにより、パワー素子３の信頼性向上を図るようにした。
【００６９】
なお、上述の説明では、ステップＳ０５、ステップＳ０６において外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇを用いたが、パワー素子３の発熱が止まり一定時間後の冷却液の温度Ｔａおよびパワー素子３の温度Ｔｗは外気温度とほぼ同等になるため、イグニッションキースイッチがオンにされたときのパワー素子温度センサ１１３の温度検出値を外気温度センサ１１４の温度検出値の代わりに用いてもよい。これにより、外気温度センサ１１４を設けることなく送風ファン８の制御処理を行うことができる。
【００７０】
−第３の実施の形態−
図８，９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は第３の実施の形態における冷却制御装置１３の概略構成を示す図であり、図６に示すモータトルクセンサ１１１およびモータ回転数センサ１１２に代えて、パワー素子３を流れる電流を検出するパワー素子電流センサ１１６を設けた。なお、図６に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
【００７１】
図９は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８の制御を説明するフローチャートである。前述したように、パワー素子３は、要求されたモータ２のトルクと回転数に対して、おおむね決まった電流量をモータ２へ出力する。また、パワー素子３の発熱量はモータ２へ流れる電流値に依存する。したがって、パワー素子３の発熱量Ｑは、パワー素子３を流れる電流量Ｉから計算することができる。
【００７２】
そこで、ステップＳ２１では、パワー素子電流センサ１１６の電流検出値Ｉからパワー素子３の発熱量Ｑを算出する。パワー素子３を流れる電流量Ｉからパワー素子３の発熱量までの対応関係は、制御信号計算部１１０が備えるメモリ１１０ｂ内に数値マップとして格納されている。ステップＳ２１では、この数値マップを検索することでパワー素子３の発熱量Ｑを求める。
【００７３】
ステップＳ２２は冷却液の温度を計算するステップであり、図７に示すステップＳ０２の場合と同様に、ステップＳ２１で算出したパワー素子３の発熱量Ｑと、パワー素子温度センサ１１３で検出されたパワー素子３の温度検出値Ｔｗとに基づいて、前述した式（３）により冷却液の温度Ｔａを計算する。
【００７４】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で計算したパワー素子３の発熱量Ｑと、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａと、パワー素子温度センサ１１３の温度検出値Ｔｗとから、前述した式（１）により冷却液のパワー素子冷却性能αを計算する。
【００７５】
ステップＳ２４では、ステップＳ２３で計算した冷却液のパワー素子冷却性能αに基づいて、循環ポンプ６の制御信号を計算し、その制御信号により循環ポンプ６も制御を行う。ステップＳ２４の制御処理は図３のステップＳ１４の制御処理と同様のものであり、ステップＳ２４においても図４に示した一連の処理が行われる。
【００７６】
ステップＳ２５では、ステップＳ２３で計算したパワー素子冷却性能αと、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａと、外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｗとに基づいて、前述した式（２）により熱交換器５における冷却液の外気放熱性能βを算出する。
【００７７】
ステップＳ２６では、ステップＳ２５で算出した冷却液の外気放熱性能β、ステップＳ２２で算出した冷却液の温度Ｔａおよび外気温度センサ１１４の温度検出値Ｔｇに基づいて、送風ファン８の駆動を制御する。ステップＳ２６の制御処理は図３のステップＳ１６の制御処理と同様のものであり、ステップＳ２６においても図５に示した一連の処理が行われる。
【００７８】
図９のステップＳ２６の処理が終了したなら、ステップＳ２１へ戻る。ステップＳ２１からステップＳ２６までの一連の処理は、車両のイグニッションキースイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
【００７９】
−第４の実施の形態−
図１０，１１を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は第４の実施の形態における制御装置の概略構成を示す図であり、図６に示した制御装置に冷却液凍結警告ランプ１１７を設けた点が異なる。なお、図６に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
【００８０】
図１１は制御信号計算部１１０における、循環ポンプ６および送風ファン８への制御を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ３１からステップＳ３６までの処理は、図６のステップＳ０１からステップ０６と同様の処理であるので、ここでは説明を省略する。
【００８１】
ステップＳ３７では、ステップＳ３３で計算した冷却液のパワー素子冷却性能αと、ステップＳ３４で計算した循環ポンプ６への制御信号に基づいて、冷却液温度Ｔａにおける冷却液の不凍液濃度ｍを計算する。前述したように、冷却液の不凍液濃度ｍが高くなると冷却液の粘度が増加し、パワー素子冷却性能αは低下する。また、循環ポンプ６による冷却液の流量ｎが増加すると、パワー素子冷却性能αは向上する。
【００８２】
ステップＳ３７では、不凍液濃度ｍの計算に図１２，１３に示したマップを用いる。例えば、冷却液温度Ｔa0の場合には図１３に示すＴａ＝Ｔa0のマップを使用し、循環ポンプ６の制御信号に基づく流量ｎとパワー素子冷却性能αとを指定すると、座標点（ｎ、α）が決まる。そして、その座標点（ｎ、α）を通る曲線Ｌの不凍液濃度ｍが、求めようとしている不凍液濃度である。例えば、流量がｎ１でパワー素子冷却性能がαthであった場合には、不凍液濃度としてｍ１が得られる。
【００８３】
ステップＳ３８では、ステップＳ３７で計算した不凍液濃度と、外気温度センサ１１４で検出した外気温Ｔｇとを比較して、冷却液の凍結の可能性を判定する。冷却液は、不凍液濃度ｍに応じて凝固点が異なり、不凍液濃度ｍが低くなると凝固点が高くなって凍結しやすくなる。メモリ１１０ｂには、冷却液の不凍液濃度ｍと凝固点との関係がマップとして記憶されており、ステップＳ３８では、ステップＳ３７で算出された不凍液濃度ｍにおける凝固点と外気温度センサ１４の検出結果Ｔｇとを比較し、凝固点と外気温Ｔｇとの温度差が設定値以下となった場合に、冷却液が凍結する可能性があると判定する。
【００８４】
ステップＳ３８において凍結の可能性があると判定された場合には、ステップＳ３９へ進んで冷却液凍結警告ランプ１１７を点灯し、その後、ステップＳ３１へ戻る。一方、ステップＳ３８で凍結の可能性がないと判定されると、ステップＳ３９をスキップしてステップＳ３１へ戻る。
【００８５】
なお、上述したステップＳ３８では、外気温Ｔｇとして外気温度センサ１１４の検出結果を用いたが、例えば、車両に設けられた車載ナビゲーション装置の走行計画情報を利用し、走行計画情報が示す車両の目的地情報から将来の外気温度を予測し、その外気温予測値を用いてステップＳ３８の判定を行うようにしても良い。このような構成とすることにより、車両の周囲環境が冷却液の凝固温度以下になる前に冷却液の凍結の警告を発することができる。
【００８６】
また、上述のステップＳ３９では、冷却液凍結警告ランプ１１７を点灯することで警告を行ったが、以下のような処理を追加したり、ステップＳ３９の処理と置き換えたりしても良い。すなわち、冷却回路４に、冷却液を冷却回路４の外へ排出する排出口と、排出口を開閉する電磁弁とを設け、ステップＳ３８で冷却液が凍結する可能性があると判定した場合には、制御信号計算部１１０からの制御信号により排出口の電磁弁を開いて冷却液を排出することで、冷却液が冷却回路４の中での凍結するのを防止する。これにより、冷却回路４の破裂を防止することができる。その場合、排出口を冷却回路４の下方に設けることで、冷却液を効率的に排出することができる。
【００８７】
（１）上述した実施の形態における車載回転電機用電力変換装置の冷却システムは、
不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプ６を有して、冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子３を冷却する冷却回路４と、パワー素子３の発熱量Ｑを算出する発熱量演算手段としての制御信号計算部１１０と、パワー素子３の温度を取得する第１温度取得手段としてのパワー素子温度センサ１１３と、冷却液の温度を取得する第２温度取得手段としての冷却液温度センサ１１５と、発熱量Ｑ、パワー素子の温度および冷却液の温度に基づいて、放熱板７を介してパワー素子３から冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を算出する熱伝達率演算手段としての制御信号計算部１１０と、算出された熱伝達率（α）が所定の熱伝達率基準値（αth）より大きい場合に循環ポンプ６の吐出量を低下させるポンプ制御手段としての制御信号計算部１１０と、を備えている。
【００８８】
このように、パワー素子３の発熱量Ｑ、パワー素子３の温度および冷却液の温度に基づいて熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を算出することにより、冷却液の状態（不凍液濃度ｍ、流量ｎ、冷却液の温度Ｔａ）が反映された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を得ることができる。そして、その熱伝達率（パワー素子冷却性能α）を基準値αthと比較することにより、現時点のパワー素子冷却性能に余裕があるか否かを判定することが可能となり、パワー素子冷却性能に余裕がある場合（熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合）に、循環ポンプ６の駆動力を低下させることで、パワー素子３の冷却に支障を与えることなく冷却システムの消費エネルギ低減を図ることができる。
【００８９】
（２）なお、算出されたパワー素子の発熱量Ｑと、第１温度取得手段であるパワー素子温度センサ１１３で検出して取得されたパワー素子の温度とに基づき、第２温度取得手段としての制御信号計算部１１０において冷却液の温度を算出するようにしても良い。このような構成とすることで、冷却液の温度を検出するための温度センサを省略することができ、冷却システムのコスト低減を図ることができる。
【００９０】
（３）さらに、第１温度取得手段としてのパワー素子温度センサ１１３で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて、基準値設定手段としての制御信号計算部１１０において熱伝達率基準値（αth）を設定することにより、冷却液の温度Ｔａが変化した場合でも、循環ポンプ６の制御を適切に行うことができる。
【００９１】
（４）また、算出された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）が所定の熱伝達率基準値（αth）より小さい場合に循環ポンプ６の吐出量を増加させることで、冷却液の流量が増加して冷却液のパワー素子冷却性能が向上し、パワー素子３の信頼性向上を図ることができる。
【００９２】
（５）さらにまた、冷却回路４中に設けられ、外気と冷却液との熱交換を行う熱交換器５と、熱交換器５に外気を送風する送風機（送風ファン８）と、外気温を取得する第３温度取得手段としての外気温度センサ１１４と、熱伝達率（パワー素子冷却性能α）、冷却液の温度Ｔａおよび外気温Ｔｇに基づいて、外気と冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段としての制御信号計算部１１０と、算出された熱交換率が所定の熱交換率基準値（βth）より大きい場合に送風機の送風量を低下させる送風制御手段としての制御信号計算部１１０と、を備えるようにしても良い。このように、熱交換率が所定の熱交換率基準値（βth）より大きく熱交換器５における放熱量に余裕がある場合に、送風機の送風量を低下させることで冷却システムの消費エネルギを低減することができる。
【００９３】
（６）さらに、冷却システム始動時に第１温度取得手段（パワー素子温度センサ１１３）または第２温度取得手段（冷却液温度センサ１１５）で取得される温度を、外気温として用いることにより、外気温検出用のセンサを省略することができ、冷却システムのコスト削減を図ることができる。
【００９４】
（７）なお、発熱量Ｑは、回転電機（モータ２）のトルク情報と回転数情報とに基づいて算出しても良いし、パワー素子３に流れる電流値に基づいて算出しても良い。
【００９５】
（８）また、冷却液の温度、算出された熱伝達率（パワー素子冷却性能α）、およびポンプ制御手段としての制御信号計算部１１０から出力される制御信号に基づいて、冷却液の不凍液濃度を算出し、算出された不凍液濃度に基づいて、冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置（不凍液凍結警告ランプ１１７）を備えたことにより、不凍液凍結を事前に知ることができ、不凍液凍結に対して適切に対処することが可能になる。
【００９６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９７】
１：バッテリ、２：モータ、３：パワー素子、５：熱交換器、６：循環ポンプ、７：放熱板、８：送風ファン、１０：電力変換装置、１１：制御部、１２：上位制御装置、１３：冷却制御装置、１００：冷却システム、１０９：検出部、１１０：制御信号計算部、１１１：モータトルクセンサ、１１２：モータ回転数センサ、１１３：パワー素子温度センサ、１１４：外気温度センサ、１１５：冷却液温度センサ、１１６：パワー素子電流センサ、１１７：不凍液凍結警告ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプを有して、前記冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、
前記パワー素子の発熱量を算出する発熱量演算手段と、
前記パワー素子の温度を取得する第１温度取得手段と、
前記冷却液の温度を取得する第２温度取得手段と、
前記発熱量、前記パワー素子の温度および前記冷却液の温度に基づいて、前記パワー素子から前記冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率を算出する熱伝達率演算手段と、
算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合に前記循環ポンプの吐出量を低下させるポンプ制御手段と、を備えた車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第２温度取得手段は、前記発熱量演算手段で算出されたパワー素子の発熱量と前記第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度とに基づいて、前記冷却液の温度を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて前記熱伝達率基準値を設定する、基準値設定手段を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記ポンプ制御手段は、算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より小さい場合に前記循環ポンプの吐出量を増加させることを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記冷却回路中に設けられ、外気と前記冷却液との熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器に外気を送風する送風機と、
外気温を取得する第３温度取得手段と、
前記熱伝達率、前記冷却液の温度および前記外気温に基づいて、外気と前記冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段と、
算出された前記熱交換率が所定の熱交換率基準値より大きい場合に前記送風機の送風量を低下させる送風制御手段と、を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項６】
請求項５に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第３温度取得手段は、冷却システム始動時に前記第１温度取得手段または第２温度取得手段で取得される温度を、前記外気温として用いることを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記発熱量演算手段は、回転電機のトルク情報と回転数情報とに基づいて前記発熱量を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記発熱量演算手段は、前記パワー素子に流れる電流値に基づいて前記発熱量を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第２温度取得手段で取得された冷却液の温度、前記熱伝達率演算手段により算出される熱伝達率、および前記ポンプ制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記冷却液の不凍液濃度を算出する濃度演算手段と、
前記濃度演算手段で算出された不凍液濃度に基づいて、前記冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置と、を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項１】
不凍液を含む冷却液を循環する循環ポンプを有して、前記冷却液により車載回転電機用電力変換装置のパワー素子を冷却する冷却回路と、
前記パワー素子の発熱量を算出する発熱量演算手段と、
前記パワー素子の温度を取得する第１温度取得手段と、
前記冷却液の温度を取得する第２温度取得手段と、
前記発熱量、前記パワー素子の温度および前記冷却液の温度に基づいて、前記パワー素子から前記冷却液へ伝達される単位温度差当たりの熱伝達量である熱伝達率を算出する熱伝達率演算手段と、
算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より大きい場合に前記循環ポンプの吐出量を低下させるポンプ制御手段と、を備えた車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第２温度取得手段は、前記発熱量演算手段で算出されたパワー素子の発熱量と前記第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度とに基づいて、前記冷却液の温度を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第１温度取得手段で取得されたパワー素子の温度の高低に応じて前記熱伝達率基準値を設定する、基準値設定手段を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記ポンプ制御手段は、算出された前記熱伝達率が所定の熱伝達率基準値より小さい場合に前記循環ポンプの吐出量を増加させることを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記冷却回路中に設けられ、外気と前記冷却液との熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器に外気を送風する送風機と、
外気温を取得する第３温度取得手段と、
前記熱伝達率、前記冷却液の温度および前記外気温に基づいて、外気と前記冷却液との間の熱交換率を算出する熱交換率演算手段と、
算出された前記熱交換率が所定の熱交換率基準値より大きい場合に前記送風機の送風量を低下させる送風制御手段と、を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項６】
請求項５に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第３温度取得手段は、冷却システム始動時に前記第１温度取得手段または第２温度取得手段で取得される温度を、前記外気温として用いることを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記発熱量演算手段は、回転電機のトルク情報と回転数情報とに基づいて前記発熱量を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記発熱量演算手段は、前記パワー素子に流れる電流値に基づいて前記発熱量を算出することを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車載回転電機用電力変換装置の冷却システムにおいて、
前記第２温度取得手段で取得された冷却液の温度、前記熱伝達率演算手段により算出される熱伝達率、および前記ポンプ制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記冷却液の不凍液濃度を算出する濃度演算手段と、
前記濃度演算手段で算出された不凍液濃度に基づいて、前記冷却液の凍結を警告する警報を発生する警報装置と、を備えたことを特徴とする車載回転電機用電力変換装置の冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１５１９７５（Ｐ２０１２−１５１９７５Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８００９（Ｐ２０１１−８００９）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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