(57)【要約】【課題】車両の衝突時にインバータケースの破損による活電部の露出を最小限に抑えるインバータ装置を提供すること。【解決手段】このインバータ装置は、入力電圧を平滑させる平滑コンデンサ１４０と、平滑コンデンサ１４０と入力端子との間の導線に直列に設けられ、インバータ装置に加わる衝撃に基づいて、前記導線の接続と遮断とをオンオフによって切り替える遮断スイッチＳＷと、を具備する構成を採る。具体的には、所定レベル以上の衝撃があった場合に、遮断スイッチＳＷをオフに切り替える。【選択図】図１
2014176188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を平滑させる平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと入力端子との間の導線に直列に設けられ、自装置に加わる衝撃に基づいて、前記導線の接続と遮断とをオンオフによって切り替える遮断スイッチと、
を具備するインバータ装置。
【請求項２】
前記衝撃を検知する衝撃センサーを具備する、
請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記遮断スイッチは、正極側母線または負極側母線の少なくとも一方に設けられる、
請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記平滑コンデンサ及び前記遮断スイッチを含めて収容するインバータケースをさらに備え、
自装置は外部の電源とケーブルで接続される、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項５】
自装置内の回路に生じた異常を検出する検出手段を具備し、
前記遮断スイッチは、前記異常が検出された場合、オフに切り替えられる、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記検出手段は、自装置内の過電流及び漏洩電流の少なくとも１つを異常として検出する、
請求項５に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記異常が検出された場合、異常を示すデータを記憶する記憶手段を具備し、
前記遮断スイッチは、自装置の起動時に前記記憶手段に異常を示すデータが記憶されていた場合、オフにされる、
請求項５に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記遮断スイッチをオフに切り替えた場合、自装置の駆動制御を継続し、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる制御手段を具備する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、電気で走行する自動車が普及しつつある。このような電気で走行する自動車は、走行用モータ、空調用電動コンプレッサのモータ等を数百ボルトの高電圧で駆動する駆動回路（例えば、インバータ）を備える。
【０００３】
電気で走行する自動車が衝突するなど、強い衝撃を受けた場合、インバータケースが破損し、活電部が露出すると、漏電が生じることがある。この結果、活電部への接触、または漏電によって感電したり、自動車の衝突によって漏出した可燃性の気体（例えば、ガソリン）に引火して、爆発したりすることも考えられる。
【０００４】
そこで、このような事態を回避するため、例えば、特許文献１に開示の車両用電動コンプレッサが発明されている。特許文献１に開示の電動コンプレッサは、高電圧バッテリの出力電圧を安定化させる電磁コイルＬとコンデンサＣの後段にスイッチを設け、所定値以上の衝撃荷重が検出された場合、スイッチをオフにすることにより、スイッチ後段のスイッチング素子と高電圧バッテリとの接続を遮断するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の車両用電動コンプレッサは、ＬＣ後段にスイッチが設けられているため、スイッチがオフになってもＬＣ部には高電圧が印加された状態が継続し、衝突時の漏電または感電といった事態を依然として回避できないことがある。
【０００７】
本発明の目的は、車両の衝突時にインバータケースの破損による活電部の露出を最小限に抑えるインバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のインバータ装置は、入力電圧を平滑させる平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと入力端子との間の導線に直列に設けられ、自装置に加わる衝撃に基づいて、前記導線の接続と遮断とをオンオフによって切り替える遮断スイッチと、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車両の衝突時にインバータケースの破損による活電部の露出を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成を示す図
【図２】車両衝突時におけるインバータ装置の動作手順を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の他の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成を示す図
【図５】インバータ装置の起動手順を示すフロー図
【図６】インバータ装置の動作手順を示すフロー図
【図７】ＥＥＰＲＯＭを備えないインバータ装置の起動手順を示すフロー図
【図８】ＥＥＰＲＯＭを備えないインバータ装置の動作手順を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００１２】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置１００の構成を示す図である。
【００１３】
スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の組みと、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の組みと、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の組みとが正極側母線（例えば、バスバー）１１０と負極側母線（例えば、バスバー）１２０との間にそれぞれ直列に接続されている。なお、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の電力用半導体が用いられる。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。
【００１４】
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６にそれぞれ対応し、スイッチング素子に対して逆並列に接続されている。
【００１５】
正極側母線１１０と負極側母線１２０との間には、高電圧バッテリ１３０が接続されている。具体的には、高電圧バッテリ１３０は、インバータケース（図中、点線で示す枠）２１０とケーブルで接続されており、高電圧バッテリ１３０がインバータケース２１０内の各部に高電圧を供給する。
【００１６】
平滑コンデンサ１４０は、正極側母線１１０と負極側母線１２０との間に接続され、インダクタ１５０は、正極側母線１１０に対して直列に接続されている。平滑コンデンサ１４０及びインダクタ１５０は、高電圧バッテリ１３０の出力電圧を安定させる。
【００１７】
駆動回路１６０は、後述する制御回路１７０からの制御に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を動作させる。これにより、高電圧バッテリ１３０から給電される直流電流を３相交流電流に変換してモータ１８０へ供給する。
【００１８】
制御回路１７０は、後述する衝撃センサー１９０及び電子制御装置（ＡＣ ＥＣＵ）２００からの指示に基づいて駆動回路１６０を制御し、三相交流電流の電流値及び角速度をそれぞれ目標値に近づける。
【００１９】
衝撃センサー１９０は、所定のレベル以上の衝撃を検知し、その検知情報を遮断スイッチＳＷ及び制御回路１７０に通知する。なお、所定のレベル以上の衝撃とは、インバータケース２１０が破損する程度の衝撃とする。
【００２０】
遮断スイッチＳＷは、インダクタ１５０の前段に、正極側母線１１０に対して直列に接続される。また、遮断スイッチＳＷは、衝撃センサー１９０から検知情報が通知された場合、スイッチをオフに切り替える。これにより、遮断スイッチＳＷ後段のインダクタ１５０及び平滑コンデンサ１４０（ＬＣ）と高電圧バッテリ１３０との接続を遮断する。
【００２１】
なお、インバータ装置１００は、基板及びバスバー等を実装する際には、高電圧バッテリ１３０からの入力端子と遮断スイッチＳＷとの距離を最短にし、遮断スイッチＳＷをオフにした場合に、高電圧がインバータケース２１０内部に極力侵入しないことが望ましい。
【００２２】
また、高電圧バッテリ１３０からの入力部と遮断スイッチＳＷとを含め、樹脂埋め等によって保護してもよい。これにより、インバータケース２１０が破損した場合であっても、活電部の露出を最小限に抑えることができる。
【００２３】
次に、上述したインバータ装置１００の動作について図２を用いて説明する。図２は、車両衝突時におけるインバータ装置１００の動作手順を示すフロー図である。
【００２４】
図２において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１では、衝撃センサー１９０が所定レベル以上の衝撃を検知したか否かを判定し、検知した（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ２０２に移行し、検知していない（ＮＯ）場合には、車両衝突時におけるインバータ装置１００の動作を終了する。
【００２５】
ＳＴ２０２では、遮断スイッチＳＷをオフに切り替え、ＳＴ２０３では、正極側母線（高電圧ライン）１１０が遮断され、インダクタ１５０及び平滑コンデンサ１４０（ＬＣ）と高電圧バッテリ１３０との接続が遮断される。
【００２６】
ＳＴ２０４では、制御回路１７０が駆動回路１６０を制御し、平滑コンデンサ１４０の放電制御を行い、平滑コンデンサ１４０に蓄えられた電荷を放電させ、ＳＴ２０５では、平滑コンデンサ１４０の放電が完了し、インバータ装置１００を停止させる。
【００２７】
このように、実施の形態１によれば、インダクタ１５０及び平滑コンデンサ１４０より入力端子側の正極側母線１１０に遮断スイッチＳＷを設け、所定レベル以上の衝撃を受けた場合に、遮断スイッチＳＷをオフに切り替えることにより、高電圧ラインが遮断されるため、車両の衝突時など、大きな衝撃を受けた場合に、インバータケース２１０が破損しても活電部の露出を最小限に抑えることができる。この結果、漏電または感電などの事態を回避することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、衝撃センサー１９０をインバータ装置１００内に含む場合を例に説明した。しかし、本発明はこれに限らず、衝撃センサー１９０をインバータ装置１００外に備え、衝撃センサー１９０の検知情報をインバータ装置１００に通知するようにしてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態では、遮断スイッチＳＷを正極側母線１１０にのみ設けた場合について説明した。しかし、本発明は、遮断スイッチＳＷを負極側母線１２０にのみ設けてもよいし、図３に示すように、正極側母線１１０及び負極側母線１２０の双方に設けてもよい。２つの遮断スイッチＳＷａ、ＳＷｂを設けることにより、一方を冗長系とすることで、他方が何らかの事情で機能しない場合でも、冗長系が遮断機能を担保することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、衝撃センサー１９０からの検知情報の通知をトリガーとして、遮断スイッチＳＷをオフとする場合を例に説明した。しかし、本発明はこれに限らず、制御回路１７０が検知情報の通知を受け、制御回路１７０が遮断スイッチＳＷをオフにするよう制御してもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、インダクタ１５０を備えた場合について説明した。しかし、本発明はインダクタ１５０を備えない場合にも適用できる。この場合、遮断スイッチＳＷは平滑コンデンサ１４０より入力端子側に設ければよい。
【００３２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置３００の構成を示す図である。図４では、遮断スイッチＳＷａ、ＳＷｂを制御する制御系を低電圧（例えば、１２ボルト）から構築し、高電圧側に対して独立させている。
【００３３】
図４において、制御系は、低電圧バッテリ３１０、電源回路３２０、電流検出部３３０、ＥＥＰＲＯＭ３４０、制御回路３５０、異常検出部３６０及びＡＮＤ回路３７０より構成される。
【００３４】
低電圧バッテリ３１０は、１２ボルトの電源電圧を電源回路３２０を介して制御系の各部に供給する。
【００３５】
電流検出部３３０は、負極側母線１２０を流れる電流を検出し、検出した電流値を制御回路３５０に出力する。
【００３６】
ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）３４０は、インバータ装置３００の状態が異常である場合には、異常を示す状態データを記憶する。
【００３７】
制御回路３５０は、電子制御装置（ＡＣ ＥＣＵ）２００からの指示に基づいて駆動回路１６０を制御し、三相交流電流の電流値及び角速度をそれぞれ目標値に近づける。また、制御回路３５０は、起動時にＥＥＰＲＯＭ３４０の読み込みを行って、異常を示す状態データを取得したら０を、状態データを取得できなかったら、正常として１をＡＮＤ回路３７０に出力する。また、制御回路３５０は、電流検出部３３０から出力された電流値を異常検出部３６０に出力する。
【００３８】
異常検出部３６０は、制御回路３５０から出力された電流値に基づいて、過電流または漏洩電流の有無を検出する。また、異常検出部３６０は、図示せぬ衝撃センサーを備え、所定のレベル以上の衝撃を検出する。異常検出部３６０は、過電流、漏洩電流または衝撃のいずれかを検出した場合には、異常を示す０を、これらのいずれも検出しない場合には、正常を示す１をＡＮＤ回路３７０に出力する。
【００３９】
ＡＮＤ回路３７０は、制御回路３５０から出力された１または０と、異常検出部３６０から出力された１または０とを用いて論理積を求め、論理積が１であれば正常として遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオンにし、論理積が０であれば異常として遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオフにする。
【００４０】
次に、上述したインバータ装置３００の起動時の動作について図５を用いて説明する。図５は、インバータ装置３００の起動手順を示すフロー図である。
【００４１】
ＳＴ４０１では、制御回路３５０を起動し、ＳＴ４０２では、制御回路３５０がＥＥＰＲＯＭ３４０を読み込み、ＥＥＰＲＯＭ３４０に異常を示す状態データが記憶されているか否かを判定する。状態データが記憶されている（ＹＥＳ）、すなわち、異常である場合には、ＳＴ４０７に移行し、状態データが記憶されていない、すなわち、正常（ＮＯ）である場合には、ＳＴ４０３に移行する。
【００４２】
ＳＴ４０３では、制御回路３５０は、制御系を含むインバータ装置３００内の各回路部をチェックして、正常か否かを判定し、正常（ＹＥＳ）であればＳＴ４０４に移行し、異常（ＮＯ）であればＳＴ４０６に移行する。
【００４３】
ＳＴ４０４では、制御回路３５０は、遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオンにし、ＳＴ４０５において、インバータ装置３００がモータ１８０の駆動制御を開始する。
【００４４】
ＳＴ４０６では、制御回路３５０が、異常を示す状態データをＥＥＰＲＯＭ３４０に記憶させ、ＳＴ４０７において、ＡＣ ＥＣＵ２００に異常を通知する。
【００４５】
次に、図４に示した異常検出部３６０の異常検出の有無に応じたインバータ装置３００の動作について図６を用いて説明する。図６は、インバータ装置３００の動作手順を示すフロー図である。
【００４６】
ＳＴ５０１では、インバータ装置３００がモータ１８０の駆動制御を行い、ＳＴ５０２では、異常検出部３６０がインバータ装置３００内の過電流、漏洩電流または衝撃のいずれかの異常を検出したか否かを判定する。異常が検出された（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ５０３に移行し、異常が検出されない（ＮＯ）場合には、ＳＴ５０１に戻る。
【００４７】
ＳＴ５０３では、遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオフに切り替え、ＳＴ５０４では、正極側母線（高電圧ライン）１１０が遮断され、インダクタ１５０及び平滑コンデンサ１４０（ＬＣ）と高電圧バッテリ１３０との接続が遮断される。
【００４８】
ＳＴ５０５では、制御回路３５０が、異常を示す状態データをＥＥＰＲＯＭ３４０に記憶させる。
【００４９】
ＳＴ５０６では、制御回路３５０が駆動回路１６０を制御し、平滑コンデンサ１４０の放電制御を行い、平滑コンデンサ１４０に蓄えられた電荷を放電させ、ＳＴ５０７では、平滑コンデンサ１４０の放電が完了し、インバータ装置３００を停止させる。
【００５０】
このように、実施の形態２によれば、遮断スイッチＳＷａ、ＳＷｂを制御する低電圧の制御系を構築し、制御系を含むインバータ装置３００内の各回路部に異常が検出された場合には、遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオフにすることにより、制御系に異常があった場合にも、インバータ装置３００への高電圧による通電を回避し、安全性を向上させることができる。
【００５１】
また、制御系が正常であっても、インバータ装置３００内の過電流、漏洩電流または衝撃のいずれかの異常を検出した場合にも、遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオフにすることにより、漏電または感電などの事態を回避することができる。
【００５２】
さらに、インバータ装置３００内に異常が検出された場合には、異常を示す状態データを記憶し、インバータ装置３００の起動時に、異常を示す状態データが記憶されていたら、遮断スイッチＳＷａ及びＳＷｂをオフにしたまま、インバータ装置３００の駆動制御を行わないことにより、インバータ装置３００への高電圧による通電を回避し、安全性を向上させることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、インバータ装置３００がＥＥＰＲＯＭ３４０を備える場合について説明した。しかし、本発明はＥＥＰＲＯＭ３４０を備えなくてもよい。この場合の図５、図６に相当する動作フローを図７、図８にそれぞれ示す。
【００５４】
なお、上記各実施の形態において、遮断スイッチＳＷが接続される高電圧ライン（導線）は、母線（バスバー）でもよいし、柔軟性を有するケーブルでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかるインバータ装置は、ＥＶ、ＰＨＥＶまたはＨＥＶ等の電気で走行する自動車に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１００、３００  インバータ装置
１１０  正極側母線
１２０  負極側母線
１３０  高電圧バッテリ
１４０  平滑コンデンサ
１５０  インダクタ
１６０  駆動回路
１７０、３５０  制御回路
１８０  モータ
１９０  衝撃センサー
２００  電子制御装置
２１０  インバータケース
３１０  低電圧バッテリ
３２０  電源回路
３３０  電流検出部
３４０  ＥＥＰＲＯＭ
３６０  異常検出部
３７０  ＡＮＤ回路
【図１】
2014176188.tif 000003
【図２】
2014176188.tif 000004
【図３】
2014176188.tif 000005
【図４】
2014176188.tif 000006
【図５】
2014176188.tif 000007
【図６】
2014176188.tif 000008
【図７】
2014176188.tif 000009
【図８】
2014176188.tif 000010