(57)【要約】【課題】−２０℃を下回る温度範囲であっても比較的小さく経済的な電解コンデンサの使用を可能にすること。【解決手段】中間回路電解コンデンサを使用して電気冷媒圧縮機のインバータを作動する方法。本発明は、電気冷媒圧縮機のインバータを作動する方法に関し、それは、冷媒循環のヒートポンプスイッチングを用いた自動車の空調又は暖房のため、低温で電気冷媒圧縮機のインバータの作動を可能にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間回路電解コンデンサ（３）を使用して電気冷媒圧縮機（１）のインバータ（２）を作動させる方法であって、
電解コンデンサ（３）の温度を検出するステップと、
制限温度ＴＧ以下の温度であるインバータ（２）に対してスイッチングパターンを選択又は生成するステップと、
前記選択又は生成されたスイッチングパターンによって、前記電解コンデンサ（３）の予熱のためリプル電流を発生させるステップと、
前記選択又は生成されたスイッチングパターンによって、前記電解コンデンサ（３）の付加的な暖機運転のため前記リプル電流を変調するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電解コンデンサ（３）の温度の検出は、前記インバータ（２）の温度を検出することによって間接的に行われる
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スイッチングパターンとして、休止比に対し固定パルスを有し、各位相で異なるパルス幅変調信号が選択され、変調指数が、中間回路の電圧及び前記インバータの温度によって制御される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記変調指数は５％〜４０％であり、ＨＶ電池の電圧及び前記インバータの温度による
ことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチングパターンの持続時間ｔＳは、前記インバータ（２）又は前記電解コンデンサ（３）のリアルタイム温度と組み合わせて、調節及び制御ユニット（４）内に格納された前記冷媒圧縮機（１）に関する経験的テストデータを有するマトリックスから選択される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記スイッチングパターンの持続時間ｔＳは、前記電解コンデンサ（３）のインピーダンス、及び温度に依存する測定可能なコンデンサパラメータから決定される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記コンデンサのインピーダンスにわたる前記リプル電流によって生成され、かつＨＶｄｃ電圧に重なるリプル電圧が、直流線上で測定される
ことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間回路電解コンデンサを使用して電気冷媒圧縮機のインバータを作動させる方法に関する。この方法は、冷媒循環のヒートポンプスイッチングを用いた自動車の空調又は暖房のため、低温で電気冷媒圧縮機のインバータの作動を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、低い屋外温度で、周囲からの熱又は車両からの廃熱を車両の内部客室の暖房に使用できるようにするために、ヒートポンプ機能を有する冷媒回路が装備されている。この場合、冷媒圧縮機は、特に低い屋外温度では、通常の車両空調のレベルを実質的に超える温度範囲で動作する。
【０００３】
種々のタイプの中間回路コンデンサが、冷媒圧縮機のインバータ内で使用可能である。高静電容量密度、低価格、容易な利用可能性、及び高温での作動能力により、中間回路電解コンデンサは、自動車の電気冷媒圧縮機内で広く使用されるようになった。電解コンデンサ、特に高電圧強度のタイプのコンデンサの問題は、温度の低下とともに静電容量が大きく減少し、インピーダンスが大きく増加することである。この現象は、更に−２５℃を下回る温度で急増する。これにより、電解コンデンサの使用は、−２０℃を上回る温度範囲に制限される。しかし、自動車内の電気冷媒圧縮機は、車両の暖房用に暖房モードにおいて周囲空気を使用するために、特にヒートポンプの需要のために設計されてもいるとき、−２０℃を下回る温度でも作動される。
【０００４】
代わりに、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサも使用可能であるが、これらは特定の欠点を有する。
【０００５】
フィルムコンデンサ及び特にセラミックコンデンサは、電解コンデンサと比較して大幅に低い静電容量密度を有し、高電圧及び高静電容量値に関して、同等の電解コンデンサよりはるかに費用がかかり、より大きい。さらに、フィルムコンデンサは、通常１１０℃を超える高温には適切でない。大きなセラミックコンデンサの欠点は、衝撃及び振動に高感度であることであり、これらは自動車ではよく起こりうる。
【０００６】
電気モータを制御する方法及び装置は、米国特許出願公開第２００９／００３９８１３（Ａ１）号明細書（特許文献１）から公知である。電気モータに対するモータ電圧を制御する方法は、インバータを使用して実現される。インバータは、インバータ回路、及びインバータ回路の入力部に接続されるコンデンサを有する。この方法は、コンデンサの温度に関して電気モータに対する電圧を調節するやり方で、インバータ回路の制御を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００３９８１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明の課題は、−２０℃を下回る温度範囲であっても比較的小さく経済的な電解コンデンサの使用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、特許の請求の範囲の請求項１による方法の機能によって解決される。改良されたものが特許請求の範囲の従属請求項で示される。
【００１０】
本発明の課題は、コンデンサの温度を検出するステップと、制限温度ＴＧ以下の温度であるインバータに対してスイッチングパターンを選択又は生成するステップと、選択又は生成されたスイッチングパターンを用いて、コンデンサを予熱するためリプル電流を発生させるステップにより中間回路電解コンデンサを使用した電気冷媒圧縮機のインバータを作動する方法によって、とりわけ解決される。
【００１１】
先行技術から区別されるものとして、コンデンサの暖機運転はモータ作動によるプロセスの制御によってではなく、リプル電流を用いた予熱によって行われる。
【００１２】
本発明の実施形態の１つの利点は、インバータの温度を検出することにより、コンデンサの温度の検出を間接的に行うことにある。これは、空間的近接及び電気構成要素間の熱伝導の高さのおかげでコンデンサとインバータ間のヒートバランス、及び従って温度の近寄りが起こるので、コンデンサがインバータ自身と同一又は類似の温度であるとの仮定に基づく。
【００１３】
本発明はまた、スイッチングパターンとして、休止比（pause ratio）に対する固定パルスを有し、かつ各位相について異なるパルス幅変調信号（pulse width modulated signal）が選択され、変調指数（modulation index）が中間回路の電圧及びインバータの温度により制御されるよう、有益に変更される。一般的な変調指数は５％〜４０％であり、ＨＶバッテリ（High-Voltage battery）（例えばハイブリッド車用のバッテリ）の電圧及びインバータの温度による。
【００１４】
本発明の１つの特に有益な実施形態によれば、調節及び制御ユニット内に格納された冷媒圧縮機に関する経験的テストデータが、インバータのリアルタイム温度又はコンデンサのリアルタイム温度と組み合わされたマトリックスから、スイッチングパターンの持続時間ｔＳが選択される。
【００１５】
他の本発明の実施形態は、スイッチングパターンの持続時間ｔＳが、コンデンサのインピーダンス、及び温度に依存する測定可能なコンデンサパラメータから判断されることを必要とする。
【００１６】
直前に述べた実施形態は、コンデンサインピーダンスにわたるリプル電流により生成され、かつＨＶｄｃ電圧に重なるリプル電圧が、直流線上で測定されるよう変更される。
【００１７】
本発明の概念は、最適に動作可能な温度範囲となるように、特定のスイッチングパターンにより電解コンデンサを暖機運転することである。
【００１８】
本発明の第１の変形例によれば、低温の電解コンデンサは、特定のスイッチングパターンにより作動され、それらを通して流れるリプル電流により暖機運転される。このスイッチングパターンはモータを始動しないし、ロータの障害を起こす移動も引き起こさない。このパターンは、休止比に対し固定パルスと各位相で異なるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号でありうる。変調指数は、中間回路の電圧及びインバータの温度により制御可能である。この作動モードの持続時間は、注意して決定されなければならない。一方で、静電容量を上げインピーダンスを減少させるため、電解コンデンサは十分暖機運転されなければならない。しかし他方で、電解コンデンサは、リプル電流のせいで時期尚早に劣化又は損傷されるべきではない。これらの限界の状況を確実にするため、本発明は２つの代替的な手段を提案する。
【００１９】
まず、特定の冷媒圧縮機モデルに関する経験的テストデータを、インバータのリアルタイムの温度の検出とともに使用する。
【００２０】
あるいは、温度に依存する測定可能な電解コンデンサパラメータの検出により、電解コンデンサインピーダンスに対しリアルタイム評価を行う。充分に低いインピーダンスを示すこれらのパラメータの特定の閾値を超えるときはいつも、インバータは正常の作動モードに移行する。
【００２１】
予め定められた経験的テストデータを、調節及び制御ユニット内で、参照表としても知られるマトリックスの形態でインバータ内に実装することが可能である。
【００２２】
ルーチン操作でインバータを作動する他の代替的な手段によれば、最適な作動温度にするため、作動によりすでに暖機運転された電解コンデンサが、インバータのモータ作動中リプル電流により与えられえた付加的な熱のもとに置かれる。
【００２３】
特定の冷媒圧縮機モデルに関する経験的テストデータと現在のインバータ温度のリアルタイム評価に補助されて、電解コンデンサの適切な暖機運転を監視可能である。必要があれば、インバータの効率が落ち、それによってインバータの付加的な加熱を、従って電力の消費による電解コンデンサの付加的な加熱を起こすように、インバータのスイッチングパターンを変更可能である。
【００２４】
あるいは、確実に適切な電解コンデンサ温度にするため、例えば直流線上の電圧リプルの測定により、現在のコンデンサインピーダンスのリアルタイム評価を使用可能である。順番に、予め定められた経験的テストデータが、調節及び制御ユニット内のインバータ内にマトリックスの形態で保存される。
【発明の効果】
【００２５】
小さく経済的で容易に使用可能な電解コンデンサを使用して、自動車産業で要求されるように−２５℃未満から１２０℃を超える広範囲の温度にわたり電気冷媒圧縮機のインバータを作動可能であることは、本発明の方法に特に有益である。
【００２６】
先行技術を上回る本発明の利点は、よって、モータ制御の影響がないことにある。予熱はＰＷＭパルスパターンによってのみ行われ、暖機運転の段階中モータ運動は起こらない。
【００２７】
以下の添付の図を参照した後述のサンプルの実施形態の記載から、本発明の実施形態の詳細、特徴及び利点が表れるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】異なるコンデンサタイプの温度の作用としての、標準化された静電容量の低下の図である。
【図２】冷媒圧縮機を有するインバータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、コンデンサの温度の関数として、公称静電容量に対して正規化された容量低下の依存の問題を示す。電解コンデンサの場合、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサと比較して低温で静電容量の激しい低下に気付く。
【００３０】
この動きを考えると、電解コンデンサの使用に関する問題は、コンデンサの温度を最適に機能する温度範囲に制御することである。
【００３１】
図２は、電気モータ８と電気モータ８に電圧を供給するインバータ２とを備えた冷媒圧縮機１を概略的に示す。インバータの電圧供給は、ＨＶ端子７に接続された直流の車両電池からもたらされる。インバータ２では、１つ又は複数の中間回路がコンデンサ３と共に形成される。さらに、調節及び制御ユニット４が設けられ、調節及び制御ユニット４では、モータ８の調節及び制御がマイクロプロセッサにより起こる。温度センサ５が、インバータ２の温度についての情報を調節及び制御ユニット４に与える。調節及び制御ユニット４の別の入力は、ｄｃ電圧中間回路モニタ６から来る。スイッチング構成要素９が調節及び制御ユニット４により作動され、かくして、冷媒圧縮機１のモータ８に交流電圧を供給する。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷媒圧縮機
２  インバータ
３  コンデンサ
４  調節及び制御ユニット
５  温度センサ
６  ｄｃ電圧中間回路モニタ
７  ＨＶ端子
８  モータ
９  スイッチング構成要素
【図１】
2014018060.tif 000003
【図２】
2014018060.tif 000004