(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用バッテリより電力が供給される駆動回路部と制御用バッテリより電力が供給される制御回路部とを備え、前記制御回路部は、
定電圧電源と、
前記定電圧電源と前記駆動回路部との間に接続された半導体素子と、
前記半導体素子にアノードが接続されると共に、前記駆動回路部にカソードが接続されるダイオードと、
前記駆動回路部に短絡が発生したとき、前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出する電圧低下検出部と、
前記電圧低下検出部が前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出したとき、前記半導体素子、及び前記駆動用バッテリと前記ダイオードとの間に接続されたリレーを開放するリレー制御部と、を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、前記駆動回路に短絡が発生したとき、前記定電圧電源と前記ダイオードとの接続を開放し、前記定電圧電源の出力を開放することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
駆動用バッテリより電力が供給される駆動回路部と制御用バッテリより電力が供給される制御回路部とを備え、前記制御回路部は、
定電圧電源と、
前記定電圧電源と前記駆動回路部との間に接続されたダイオードと、
前記駆動回路部に短絡が発生したとき、前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出する電圧低下検出部と、
前記電圧低下検出部が前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出したとき、前記定電圧電源をオフ制御すると共に、前記駆動用バッテリと前記ダイオードの間に接続されたリレーを開放するリレー制御部と、を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
前記定電圧電源は、供給電流が設定された電流値以下になったときに出力電圧が低下することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記電圧低下検出部は、予め設定された電圧値より低いとき、前記定電圧電源をオフ制御すると共に、前記リレーを開放することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記駆動用バッテリは、前記制御用バッテリより高電圧を出力するバッテリであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電力を交流電力に変換して電動機へ駆動電力を供給するインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の出力を増加させるために吸気通路上に電動過給機を設けた車両や電気自動車など、電動機により駆動される車両が開発されている。そして、この車両に電動機へ駆動電力を供給するためにインバータ装置が搭載されている。
前記インバータ装置は、駆動用バッテリによって高電圧で大電流の電力が供給される駆動回路部と、鉛バッテリで構成される制御用バッテリによって電力が供給される制御回路部や車載電機器で構成されており、駆動用バッテリから電力供給された駆動回路部の一部が短絡した状態で、駆動用バッテリと駆動回路部間のリレーを接続または接続を継続すると、大電流により電源ケーブルや駆動回路部が発煙、発火する恐れがある。
【０００３】
例えば特開２０１０−１４８３１８号公報（特許文献１）には、第１直流電源装置と第２直流電源装置の間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、このＤＣ／ＤＣコンバータに接続された電流センサに流れる過電流を検出し、ＤＣ／ＤＣ駆動用バッテリのリレーを開閉することで、過電流が連続して流れることを防止する技術が開示されている。
【０００４】
また、例えば特開平９−２８４９０２号公報（特許文献２）には、駆動用バッテリとコントローラの間に大電流用と小電流用の２系統のヒューズとリレーを備え、バッテリ末期の短絡電流が低下した状況でもヒューズが切れるようにして短絡の発生を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４８３１８号公報
【特許文献２】特開平９−２８４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に開示されたＤＣ／ＤＣコンバータシステムでは、過電流を検出するまで高圧の第１直流電源装置を短絡し、大電流が流れ続ける問題がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータや電流センサが必要となる。
【０００７】
また、前記特許文献２に開示された電気自動車の短絡検出回路では、短絡検出回路を構成する部品が中途半端な故障をした場合、ヒューズが溶断せず、駆動用バッテリから過電流が流れ続けるという問題がある。
【０００８】
この発明は、前記の課題に鑑み、駆動回路部が短絡した場合、電動機の停止中、駆動中に関わらず小電流で安全に短絡を検出できるインバータ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るインバータ装置は、駆動用バッテリより電力が供給される駆動回路部と制御用バッテリより電力が供給される制御回路部とを備え、前記制御回路部は、定電圧電源と、前記定電圧電源と前記駆動回路部との間に接続された半導体素子と、前記半導体素子にアノードが接続されると共に、前記駆動回路部にカソードが接続されるダイオードと、前記駆動回路部に短絡が発生したとき、前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出する電圧低下検出部と、前記電圧低下検出部が前記定電圧電源の出力電圧の低下を検出したとき、前記半導体素子、及び前記駆動用バッテリと前記ダイオードとの間に接続されたリレーを開放するリレー制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るインバータ装置によれば、駆動回路部の電源ラインに接続された定電圧電源の出力電圧の低下を検出し、定電圧電源の出力、及びメインバッテリと駆動回路部間の接続を開放することにより、電動機の停止中、駆動中に関わらず小電流で安全に短絡を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るインバータ装置が適用された車両の概略全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るインバータ装置の詳細構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るリレーおよび定電圧接続半導体素子の制御処理を示すフローチャート図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るインバータ装置が適用された車両の概略全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係るインバータ装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るインバータ装置が適用された車両の概略全体構成図であり、好ましい実施形態の１つを示すものである。
図１において、車両１００は、車載電機器１と、車載電機器１や後述するインバータ装置２の制御回路部２１に電力を供給する制御用バッテリ、例えば鉛バッテリ３と、車載電機器１への電力供給と鉛バッテリ３の充電を行う発電機４と、エンジン（図示せず）やインバータ装置２に動作指令を出力するＥＣＵ５と、回転体を駆動する電動機６と、制御回路部２１と駆動回路部２２を備えて電動機６の駆動、発電を司る前記インバータ装置２と、インバータ装置２の駆動回路部２２に電力を供給する駆動用バッテリ７と、駆動用バッテリ７とインバータ装置２の駆動回路部２２への電力を遮断、接続するリレー８とから主に構成される。
【００１４】
鉛バッテリ３は、鉛蓄電池を利用し、車載電機器１、ＥＣＵ５、インバータ装置２の制御回路部２１に電力の供給を行う。また、車載電機器１には、鉛バッテリ３および発電機４から電力の供給が行われる。なお、車載電機器１としては、カーオーディオやヘッドランプ等の電気機器が挙げられる。
【００１５】
発電機４は、オルタネータであり、内燃機関の動力部からのエネルギーを電気エネルギーに変換する。ＥＣＵ４は、エンジンの燃料噴射や点火タイミングなどエンジン運転における電気的な制御を総合的に行うコントローラユニットである。なお、この実施の形態では、ＥＣＵ５はインバータ装置２からの短絡検出の通知を受け、車両をコントロールする他、電動機４の駆動や発電動作をするようにインバータ装置２に指令する。
【００１６】
インバータ装置２は、鉛バッテリ３から電力が供給される制御回路部２１と駆動用バッテリ７から電力が供給される駆動回路部２２を備え、電動機６の駆動、発電およびリレー８の制御を行う。
【００１７】
電動機６は、三相交流モータで構成され、軸受けで支持されたシャフトに接続された回転体を駆動し、過給機のインペラや車輪を回転する。駆動用バッテリ７は、リチウムイオン電池やキャパシタなど鉛バッテリ３以上の高電圧を出力するバッテリであり、インバータ装置２の駆動回路部２２に電力供給を行う。また、リレー８は、駆動用バッテリ７とインバータ装置２の駆動回路部２２の間に設けられ、制御回路部２１の指令により接続、開放する。
【００１８】
図２は、インバータ装置２の詳細構成図で、同図に基づいてインバータ装置２の短絡検出回路について説明する。
【００１９】
制御回路部２１は、鉛バッテリ３の電圧を降圧する電源ＩＣ２１１と、リレー８の制御信号や電動機６の駆動信号を生成するマイコン２１２と、駆動回路部２２に駆動信号を出力するプリドライバ２１３と、駆動回路部２２の電源ラインと接続されるダイオード２１４と、電源ＩＣ２１１の第１定電圧電源２１１ａとダイオード２１４の接続を制御する定電圧接続半導体素子２１５と、リレー８を制御するリレー接続半導体素子２１６とから主に構成される。
【００２０】
電源ＩＣ２１１は、２つ以上の定電圧電源を備えており、前記第１定電圧電源２１１ａは短絡検出として用い、少なくとも１つの第２定電圧電源２１１ｂはマイコン２１２に電力を供給する。第１定電圧電源２１１ａは、第２定電圧電源２１１ｂ以下の低電圧で、数Ａ以下の電流制限があり、この電流制限を超えた場合に出力電圧が低下する電源である。
【００２１】
マイコン２１２は、第１定電圧電源２１１ａの電圧をＡ／Ｄコンバータなどで読み込み、予め設定された低電圧検出値と比較する電圧低下検出部２１２ａと、電圧低下検出部２１２ａの指令に従い、定電圧接続半導体素子２１５とリレー接続半導体素子２１６のオン、オフを制御するリレー制御部２１２ｂと、電動機６の駆動信号を生成する駆動信号生成部２１２ｃと、ＥＣＵ５との通信手段を備えたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなど（図示せず）を備えた算術論理演算可能回路である。
【００２２】
プリドライバ２１３は、マイコン２１２の駆動信号を駆動回路部２２に適したゲート電圧に変換し、出力する。ダイオード２１４は、アノードが定電圧接続半導体素子２１５と接続され、カソードが駆動回路部２２の電源ラインと接続されており、駆動用バッテリ７の電圧は、第１定電圧電源２１１ａの電圧より十分高いため、リレー８を接続しても第１定電圧電源２１１ａから電流が流れることはない。一方で、電動機６の停止中は勿論、電動機６が駆動中に駆動回路部２２が短絡した場合、第１定電圧電源２１１ａから短絡電流が流れるため、電動機６が駆動中でも短絡検出することが可能である。
【００２３】
定電圧接続半導体素子２１５は、ｐｎｐトランジスタやＰチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。そして、通常はリレー制御部２１２ｂによりオンしており、短絡を検出した場合、定電圧接続半導体素子２１５をオフすることで第１定電圧電源２１１ａの出力を開放し、短絡状態を解除することが可能である。
【００２４】
リレー制御半導体素子２１６は、ｎｐｎトランジスタやＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成され、リレー制御部２１２ｂに従い、オン、オフすることでリレー８を接続、開放する。
【００２５】
駆動回路部２２は、電動機６を駆動、発電する６つパワー半導体素子２２１と、平滑コンデンサ２２２とから主に構成される。パワー半導体素子２２１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴで構成されており、プリドライバ２１３の駆動信号に応じて電動機６の各相の巻き線に電力を供給することで回転体を駆動する。
【００２６】
平滑コンデンサ２２２は、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサや電解コンデンサで構成されており、パワー半導体素子２２１のスイッチングによる変動を平滑化する。
【００２７】
実施の形態１に係るインバータ装置１００は前記のように構成されており、次にその動作について説明する。
図３は、リレー８および定電圧接続半導体素子２１５の制御処理を示すフローチャートであり、同図に基づいて具体的な制御を説明する。
【００２８】
まず、ステップＳ２０１で、定電圧接続半導体素子２１５を接続した状態から始まる。
【００２９】
次のステップＳ２０２では、電圧低下検出部２１２ａにおいて第１定電圧電源２１１ａの電圧と、予め設定された低電圧検出値を比較し、第１定電圧電源２１１ａの電圧の方が大きい場合、次ステップＳ２０３へ進む。低電圧検出値の方が大きい場合、駆動回路部２２が短絡していると判断し、ステップＳ２０９に進み、リレー制御部２１２ｂにおいてリレー８、定電圧接続半導体素子２１５を開放し、ステップＳ２１０に進む。そして、異常検出終了をＥＣＵ５へ通知する。
【００３０】
ステップＳ２０３では、リレー制御部２１２ｂは駆動回路部２２に短絡がないと判断してリレー接続半導体素子２１６を制御し、リレー８を接続することで駆動回路部２２に駆動用バッテリ７の電力が供給される。
【００３１】
次のステップＳ２０４では、駆動信号生成部２１２ｃで電動機６の駆動信号を生成し、プリドライバ２１３を介して電動機６を駆動状態とする。
【００３２】
次のステップＳ２０５では、電動機６の駆動中に電圧低下検出部２１２ａにおいて第１定電圧電源２１１ａの電圧と、予め設定された低電圧検出値を比較し、第１定電圧電源２１１ａの電圧の方が大きい場合、ステップＳ２０６へ進む。低電圧検出値の方が大きい場合、駆動回路部２２が短絡していると判断し、ステップＳ２０９に進み、リレー８、定電圧接続半導体素子２１５を開放し、ステップＳ２１０に進む。そして、異常検出終了をＥＣＵ５へ通知する。
【００３３】
次のステップＳ２０６では、電動機６の停止要求有無を確認し、停止要求有りの場合、ステップＳ２０７に進む。停止要求無しの場合、ステップＳ２０５に戻り、短絡検出していないか確認しながら電動機６の駆動を継続する。
【００３４】
次のステップＳ２０７では、電動機６の停止要求に従い、駆動信号生成部２１２ｃが駆動信号の生成を停止し、電動機６を停止する。
【００３５】
次のステップＳ２０８では、リレー８、定電圧接続半導体素子２１５を開放した状態とし、フローチャートを終了する。
【００３６】
以上のように、実施の形態１に係るインバータ装置は、駆動回路部２２が短絡した場合、駆動回路部２２の電源ラインに接続された第１定電圧電源２１１ａの出力電圧の低下を検出し、定電圧接続半導体素子２１５を制御して定電圧電源２１１ａの出力を開放すると共に、リレー８を制御して駆動用バッテリと駆動回路部間の接続を開放するので、電動機６の停止中、駆動中に関わらず小電流で安全に短絡を検出することができる。
【００３７】
なお、停止時のみ短絡を検出するのであれば、ダイオード２１４を削除することでき、更に簡素な構成が実現できる。
【００３８】
また、リレー８をトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子で構成し、制御回路部２１や駆動回路部２２に搭載しても良い。  
【００３９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るインバータ装置が適用された車両の概略全体構成図を示すものである。
実施の形態２に係るインバータ装置２ａは、電源ＩＣ２１１の第１定電圧電源２１１ａの出力をオン、オフ制御するもので、マイコン２１２のリレー制御部２１２ｂの信号で第１定電圧電源２１１ａを制御するように構成されている。なお、図４中の符号２００は、実施の形態２に係るインバータ装置２ａが適用された車両を示し、その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００４０】
実施の形態２に係るインバータ装置２ａによれば、マイコン２１２のリレー制御部２１２ｂの信号で第１定電圧電源２１１ａを制御することにより、定電圧接続半導体素子２１５（図２参照）を削除することが可能となり、実施の形態１に係るインバータ装置２により得られる効果に加え、簡素な構成が実現できる。
【００４１】
以上、この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係るインバータ装置２、２ａについて説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  車載電機器                          ２、２ａ  インバータ装置
２１  制御回路部                        ２１１  電源ＩＣ
２１１ａ  第１定電圧電源                ２１１ｂ  第２定電圧電源
２１２  マイコン                        ２１２ａ  電圧低下検出部
２１２ｂ  リレー制御部                  ２１２ｃ  駆動信号生成部
２１３  プリドライバ                    ２１４  ダイオード
２１５  定電圧接続半導体素子            ２１６  リレー接続半導体素子
２２  駆動回路部                        ２２１  パワー半導体素子
２２２  平滑コンデンサ                  ３  鉛バッテリ
４  発電機                              ５  ＥＣＵ
６  電動機                              ７  駆動用バッテリ
８  リレー                              １００、２００  車両
【要約】
【課題】駆動回路部が短絡した場合、電動機の停止中、駆動中に関わらず小電流で安全に短絡を検出できるインバータ装置を得る。
【解決手段】駆動用バッテリ７より電力が供給される駆動回路部２２と制御用バッテリ３より電力が供給される制御回路部２１とを備え、制御回路部２１は、定電圧電源２１１ａと、定電圧電源２１１ａと駆動回路部２２との間に接続された半導体素子２１５と、半導体素子２１５にアノードが接続されると共に、駆動回路部２１にカソードが接続されるダイオード２１４と、駆動回路部２１に短絡が発生したとき、定電圧電源２１１ａの出力電圧の低下を検出する電圧低下検出部２１２ａと、電圧低下検出部２１２ａが定電圧電源２１１ａの出力電圧の低下を検出したとき、半導体素子２１５、及び駆動用バッテリ３とダイオード２１４との間に接続されたリレー８を開放するリレー制御部２１２ｂを備えた。
【選択図】図２【図１】
0005414862.tif 000002
【図２】
0005414862.tif 000003
【図３】
0005414862.tif 000004
【図４】
0005414862.tif 000005