(57)【要約】【課題】  開閉装置の溶着を早期に検出することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】  バッテリー１とインバータモジュール３５の間に接続された充電回路７及び開閉器２の並列回路を備えたインバータ装置８において、バッテリー１から充電回路７を介して充電されるコンデンサ３０・・と、コンデンサ３０・・の放電用抵抗３１、３１と、開閉器２の後段の電圧を検出する抵抗５０及び抵抗５１から成る直列回路と、プラスライン４の抵抗５０及び抵抗５１から成る直列回路の接続点とコンデンサ３０の接続点間に接続され、コンデンサ３０・・側が順方向とされたダイオード７０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とインバータの間に接続された充電装置及び開閉装置の並列回路を備えたインバータ装置であって、
前記直流電源から前記充電装置を介して充電されるコンデンサと、
該コンデンサの放電用抵抗と、
前記開閉装置の後段の電圧を検出する電圧検出回路と、
該電圧検出回路と前記コンデンサ間に接続され、当該コンデンサ側が順方向とされたダイオードとを備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記電圧検出回路が検出する電圧に基づいて、前記開閉装置の溶着を判断する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１のインバータ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記開閉装置の前段の電圧と前記電圧検出回路が検出する電圧とを比較し、その差が所定範囲内である場合に前記開閉装置の溶着と判断することを特徴とする請求項２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、直流電源とインバータの間に接続された充電装置及び開閉装置の並列回路を備えたインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車用の空調装置としてバッテリー電源で駆動される電動コンプレッサを搭載した空調装置が開発されている。この空調装置は、図４に示すようにバッテリー（直流電源）１０１と、インバータ装置１０８と、電動コンプレッサ１１０から構成されている。
【０００３】
前記インバータ装置１０８は、バッテリー１０１に直列に接続された開閉装置としての開閉器１０２と、この開閉器１０２と並列に接続され、抵抗１０４と開閉器１０３から成る充電装置１１１と、スイッチング素子１１４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードから成るスイッチング素子群１１２をモールドパッケージ１１５内にモールドすることによって構成されるインバータモジュール１０５と、コンデンサ１０６から構成されている。また、前記インバータモジュール１０５のスイッチング素子群１１２は、バッテリー１０１からの直流電圧を三相疑似交流電圧に変換し、電動コンプレッサ１１０に印加して当該電動コンプレッサ１１０のモータを駆動するためのものである。
【０００４】
前記コンデンサ１０６はスイッチング素子群１１２に電圧を安定的に供給するためのものである。また、前記充電装置１１１の抵抗１０４は、バッテリー１０１の直流電圧を印加する際に、コンデンサ１０６に流れる突入電流を抑制するためのものである。即ち、当該抵抗１０４の存在により、バッテリー１０１の接続時に前記開閉器１０２を開き、開閉器１０３を閉じて、当該抵抗１０４を介して電流を流すことで、バッテリー１０１の電圧を印加する時に生じる突入電流を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３４１３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような空調装置では、図示しない制御装置により開閉器１０２を開く指令が出ているにも拘わらず、溶着して開閉器１０２が閉じた状態のままとなる恐れがある。そこで、従来では開閉器１０２前後に分圧抵抗を設け、係る分圧抵抗の端子電圧を検出することにより、開閉器１０２の溶着の発生を確認するようにしていた。即ち、開閉器１０２の前段のバッテリー１０１との間となる位置のプラスライン１１６とマイナスライン１１８及び開閉器１０２の後段のスイッチング素子群１１２との間となる位置のプラスライン１１６とバッテリー１０１のマイナスライン１１８間にそれぞれ電圧検出回路を接続し、各電圧検出回路にて検出される電圧をコントローラに入力する。
【０００６】
ここで、バッテリー１０１が接続された状態では開閉器１０２の開閉状態にかかわらず、開閉器１０２の前段の電圧検出回路からコントローラに入力される電圧は略バッテリー１０１の電圧となる。そして、開閉器１０２が開いていれば、コントローラに入力される開閉器１０２の後段の電圧検出回路からの電圧は零となり、開閉器１０２が閉じた状態では電圧はほぼ開閉器１０２の前段側の電圧検出回路からの電圧と同じとなる（多少の電圧降下あり）。これにより、コントローラに入力される開閉器１０２の前後の電圧検出回路の電圧から、開閉器１０２の開閉状態を検出することができる。従って、コントローラにより開閉器１０２を開く制御が行われているにもかかわらず開閉器１０２が閉じている状態、所謂開閉器１０２の溶着を判断することができるようになる。
【０００７】
しかしながら、前述の如くインバータ装置１０８には大容量のコンデンサ１０６が設置されており、当該コンデンサ１０６の放電電圧により測定電圧は直ぐに低くならないので、開閉器１０２の溶着を早期に検出することができなかった。
【０００８】
本発明は、係る従来技術の問題を解決するために成されたものであり、開閉装置の溶着を早期に検出することができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のインバータ装置は、直流電源とインバータの間に接続された充電装置及び開閉装置の並列回路を備えたものであって、直流電源から充電装置を介して充電されるコンデンサと、このコンデンサの放電用抵抗と、開閉装置の後段の電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路とコンデンサ間に接続され、当該コンデンサ側が順方向とされたダイオードとを備えたものである。
【００１０】
請求項２の発明のインバータ装置では、上記発明において電圧検出回路が検出する電圧に基づいて、開閉装置の溶着を判断する制御装置を備えたものである。
【００１１】
請求項３の発明のインバータ装置では、請求項２の発明において制御装置は、開閉装置の前段の電圧と電圧検出回路が検出する電圧とを比較し、その差が所定範囲内である場合に開閉装置の溶着と判断するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、直流電源とインバータの間に接続された充電装置及び開閉装置の並列回路を備えたインバータ装置であって、直流電源から充電装置を介して充電されるコンデンサと、このコンデンサの放電用抵抗と、開閉装置の後段の電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路とコンデンサ間に接続され、当該コンデンサ側が順方向とされたダイオードとを備えているので、当該ダイオードにより、コンデンサが放電し切る以前であっても、開閉装置が正常に解裂していれば、電圧検出回路の電圧値が瞬間に低くなる。
【００１３】
一方、開閉装置が溶着している場合には、電圧検出回路の電圧は低くならない。
【００１４】
従って、例えば請求項２の如く電圧検出回路が検出する電圧に基づいて、請求項３の如く開閉装置の前段の電圧と電圧検出回路が検出する電圧とを比較し、その差が所定範囲内である場合に開閉装置の溶着と判断することで、当該溶着を早期に判別できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は、本発明のインバータ装置８を備えた電気自動車用空調装置の一実施例の電源回路図を示している。
【００１６】
図１において、１は電気自動車の直流電源としてのメインバッテリーであり、空調装置の電動コンプレッサ１０に、本発明のインバータ装置８を介して電力を供給している。前記バッテリー１からは直流電圧が出力されるが、電動コンプレッサ１０（のモータ）には後述するインバータ装置８のインバータモジュール３５（本発明におけるインバータ）により三相疑似交流に変換された電圧が供給される。
【００１７】
前述したインバータ装置８は、開閉装置としての開閉器２や充電装置としての充電回路７、４つのコンデンサ３０・・、放電用抵抗３１、３１及びインバータモジュール３５などから構成されている。
【００１８】
前記インバータモジュール３５は、電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換するためのスイッチング素子群１２をモールドパッケージ４０内に設けてなるものである。このスイッチング素子群１２は、スイッチング素子１４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードにて構成され、バッテリー１のプラスライン４（例えばＤＣ＋３５０Ｖ程）とマイナスライン６間に接続される。
【００１９】
また、前記開閉器２はバッテリー１とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４に接続されている。前記コンデンサ３０・・はスイッチング素子群１２に電圧を安定的に供給するためのものであり、開閉器２とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４とマイナスライン６間に相互に並列接続される。各コンデンサ３０・・には、前記バッテリー１から後述する充電回路７を介して電荷が充電される。また、放電用抵抗３１、３１は各コンデンサ３０・・に充電された電荷を放電するための放電用抵抗であり、コンデンサ３０・・とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４とマイナスライン６間に接続される。
【００２０】
前述した充電回路７は、開閉器３と正特性サーミスタ１８の直列回路から成り、開閉器２に並列に接続されている。この充電回路７は、バッテリー１の電圧を印加する際に、各コンデンサ３０・・に流れる突入電流と各コンデンサ３０・・に発生する突入電圧を抑制するためのものである。
【００２１】
一方、インバータ装置８には、開閉器２前後の電圧を検出するための分圧用抵抗５０、５１、５２、５３が設けられている。即ち、開閉器２の後段のコンデンサ３０・・との間となる位置のプラスライン４とバッテリー１のマイナスライン６間に抵抗５０と５１の直列回路（電圧検出回路）が接続される。
【００２２】
また、開閉器２の前段のバッテリー１との間となる位置のプラスライン４とマイナスライン６間に抵抗５２と５３の直列回路（電圧検出回路）が接続される。前記抵抗５０、５１は開閉器２の後段の電圧を検出するものであり、抵抗５２、５３は開閉器２の前段の電圧を検出するためのものである。
【００２３】
また、実施例では抵抗５０及び抵抗５２は同一の抵抗値とされ、同様に抵抗５１と抵抗５３も同一の抵抗値とされている。そして、抵抗５０及び抵抗５２の抵抗値は、それらのマイナスライン６側に接続された抵抗５１及び５３より十分大きい抵抗値とされている。そして、抵抗５１と抵抗５３の端子電圧がコントローラ６０に入力されることになる。このコントローラ６０は、インバータ装置８の制御装置であり、開閉器２及び開閉器３の開閉等を制御している。更に、当該コントローラ６０は、後述する如く抵抗５１及び抵抗５３の端子電圧に基づいて、開閉器２の溶着を判断する。
【００２４】
尚、本発明のインバータ装置８には、前記抵抗５０と抵抗５１の直列回路（電圧検出回路）と前記コンデンサ３０・・間のプラスライン４にダイオード７０が設けられている。即ち、ダイオード７０は、抵抗５０と抵抗５１の接続点と開閉器２に最も近い回路上に設置されたコンデンサ３０（図１では一番左側に設けられたコンデンサ３０）の接続点間のプラスライン４に接続されており、コンデンサ３０・・側が順方向とされている。
【００２５】
尚、モールドパッケージ４０には、当該モールドパッケージ４０内のスイッチング素子群１２とモールドパッケージ４０外部のバッテリー１、開閉器２及び電動コンプレッサ１０等とを接続するためのピン２０・・が取り付けられている。このピン２０・・により、モールドパッケージ４０内とモールドパッケージ４０外との機器を支障なく接続することができる。
【００２６】
以上の構成で次に本発明のインバータ装置８の動作を図２及び図３を用いて説明する。ここで、図２はインバータ装置８のコントローラ６０による開閉器２の溶着検出動作に関する制御を説明するフローチャートであり、図３は開閉器２、開閉器３及び電動コンプレッサ１０の動作を説明するタイミングチャートである。尚、電気自動車が起動されていない状態でコントローラ６０は各開閉器２、３を解裂した状態に制御するものとする。
【００２７】
そして、図２のステップＳ１にて電気自動車が起動されると（ＩＮＧ（イグニッション）ＯＮ）、コントローラ６０はステップＳ２で、車室内に設けられた図示しない空調装置のコントローラから運転指令信号が入力されたか否か判断する。今、車室内の温度が設定値よりも高く、前記空調装置のコントローラから運転指令信号がコントローラ６０に入力されると、コントローラ６０はステップＳ３で前記開閉器２の前段の抵抗５３の端子電圧に基づいて検出される開閉器２の前段のプラスライン４の電圧Ｖ１が＋２５０Ｖより高く＋４００Ｖより低いか否か判断する。このとき、バッテリー１の電圧が正常時には、開閉器２の開閉状態に拘わらず、前記コントローラ６０に入力される開閉器２の前段のプラスライン４の電圧Ｖ１は略バッテリー１の電圧と同じ電圧（前記＋３５０Ｖ程）となる。従って、コントローラ６０に入力される電圧Ｖ１が＋２５０Ｖ以下、若しくは、＋４００Ｖ以上の場合には、バッテリー１の電圧が異常であると判断し、コントローラ６０はステップＳ７に進んでインバータ装置８への制御出力を停止して所定の警報動作を行う。
【００２８】
一方、図２のステップＳ３にてコントローラ６０に入力される開閉器２の前段のプラスライン４の電圧Ｖ１が２５０Ｖより高く４００Ｖより低い場合にはバッテリー１の電圧は正常と判断し、コントローラ６０はステップＳ４に進んで開閉器２の後段の抵抗５１の端子電圧に基づいて検出される開閉器２の後段のプラスライン４の電圧Ｖ２がＶ１−１０Ｖより高いか否か判断する。ここで、この時点ではコントローラ６０は開閉器２及び開閉器３を解裂するよう制御している。また、ダイオード７０はコンデンサ３０・・側が順方向とされているので、仮にコンデンサ３０・・に充電電荷があったとしても、開閉器２及び開閉器３が正常状態であれば、開閉器２の後段のプラスライン４の電圧Ｖ２は零となる。従って、開閉器２及び開閉器３を閉じる制御を行う以前に電圧Ｖ２が電圧Ｖ１−１０Ｖ（１０Ｖは回路の電圧降下を見越したもの）より高くなっている場合には、開閉器２又は開閉器３が溶着して閉じているものと判断できる。
【００２９】
即ち、コントローラ６０は前記開閉器２の前段のプラスライン４の電圧Ｖ１と開閉器２の後段のプラスライン４の電圧Ｖ２とを比較し、その差（Ｖ１−Ｖ２）が所定範囲（実施例では１０Ｖより小さい範囲）内の場合、開閉器２又は開閉器３が溶着して閉じているものと判断し、ステップＳ５に進んでインバータ装置８への制御出力を停止し、所定の警報を行う。これにより、スイッチング素子１４がＯＮしないので、コンプレッサ１０のモータには通電が行われなくなる。
【００３０】
他方、開閉器２及び開閉器３が溶着しておらず、開いている場合にはコントローラ６０に入力される電圧Ｖ２は前述の如く零となるので、差（Ｖ１−Ｖ２）は１０Ｖ以上となる。従って、コントローラ６０はステップＳ４で電圧Ｖ１−１０Ｖの値が電圧Ｖ２以上であった場合には、開閉器２及び開閉器３の溶着は生じていないものと判断し、ステップＳ４からステップＳ６に進んで図３の制御を開始する。
【００３１】
即ち、コントローラ６０は先ず開閉器２を開いたままの状態（開閉器２が解裂したままの状態）で開閉器３を閉じ、バッテリー１からの電流を正特性サーミスタ１８及びダイオード７０を介してコンデンサ３０・・に流し、それらを充電する。正特性サーミスタ１８は自己発熱して抵抗を増大させるので、流れる電流値の抵抗を抑える働きをする。これにより、突入電流を抑えて、コンデンサ３０・・の保護を図ることができる。
【００３２】
次に、コントローラ６０はコンデンサ３０・・への充電が完了するタイミングで（本実施例では、開閉器３を閉じてから３秒後）開閉器２を閉じ、その後（本実施例では開閉器２を閉じてから１秒後）、充電回路７の開閉器３を開いて以降は開閉器２を介してスイッチング素子群１２にバッテリー１の電圧を印加するようになる。また、コントローラ６０はスイッチング素子群１２のスイッチング素子１４のＯＮ−ＯＦＦを制御して所定周波数の三相疑似交流電圧を生成し、電動コンプレッサ１０のモータに印加して当該モータを上記運転周波数で駆動する。
【００３３】
そして、前記空調装置のコントローラから運転停止信号が入力されると、スイッチング素子群１２のスイッチング素子１４のスイッチ操作を止めた後、コントローラ６０は開閉器２を開いて（解裂）、スイッチング素子群１２への電源供給を停止し、電動コンプレッサ１０の運転を停止する。コンデンサ３０・・の充電電荷は所定の時定数で放電用抵抗３１、３１により放電されていくが、開閉器２及び開閉器３が開いていれば、バッテリー１の電圧も印加されていないので、ダイオード７０の存在により、開閉器２後段のプラスライン４の電圧Ｖ２は、開閉器２が開いた瞬間に零に落ちることになる。
【００３４】
ここで、コントローラ６０はこの開閉器２を開いた直後にも電圧Ｖ２と電圧Ｖ１を比較し、前述同様に電圧Ｖ２が電圧Ｖ１−１０Ｖ（１０Ｖは回路の電圧降下を見越したもの）より高くなっているか否か判断する。そして、その差（Ｖ１−Ｖ２）が所定範囲（前述同様１０Ｖより小さい範囲）内の場合、開閉器２又は開閉器３が溶着して閉じているものと判断し、前述同様にインバータ装置８への制御出力を停止し、所定の警報を行う。これにより、スイッチング素子１４がＯＮしなくなり、コンプレッサ１０のモータには通電が行われなくなる。
【００３５】
ところで、従来は開閉器２が開いている状態であっても、コンデンサ３０が放電し切るまでは開閉器２後段のプラスライン４の電圧Ｖ２はコンデンサ３０の充電電圧となり、零にはならない。即ち、開閉器２が開いてもコンデンサ３０・・に充電された電荷が放電用抵抗３１、３１により完全に放電されるまで電圧Ｖ２は高い値となるため、仮に開閉器２又は開閉器３が溶着していたとしても、電圧Ｖ２から直ぐにそれを判断することはできなかった。
【００３６】
一方、本発明の如く抵抗５０の接続点とコンデンサ３０・・の接続点間のプラスライン４にコンデンサ３０・・側が順方向とされたダイオード７０を設置することで、逆方向に電流が流れなくなるため、コンデンサ３０・・が放電し切る以前であっても、開閉器２が正常に解裂していれば、電圧Ｖ２は瞬時に零になる。これにより、コンデンサ３０が放電し切る以前であっても、上述の如く電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を比較することにより、開閉器２の開閉状態を検出することができるようになり、開閉器２及び開閉器３の溶着を早期に判別することができるようになる。
【００３７】
また、ダイオード７０により、バッテリー１が逆接続された際等にもコンデンサ３０やスイッチング素子群１２等が損傷し、或いは、バッテリー１側の端子に人が触れた際に、コンデンサ３０の充電電荷によって感電する不都合も防止することが可能となる。これにより、当該インバータ装置８の安全性及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００３８】
尚、実施例では充電回路７に開閉器３を設けたが、それに限らず、充電回路７に設けずに、バッテリー１の直後（開閉器２の前段）のプラスライン４に開閉器を設けてもよい。また、実施例で示した各数値はそれに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のインバータ装置を備えた電気自動車用空調装置の一実施例の電気回路図である。
【図２】本発明のインバータ装置のコントローラの制御フローチャートである。
【図３】本発明のインバータ装置の開閉器及び電動コンプレッサの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】従来のインバータ装置を備えた電気自動車用空調装置の電気回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  バッテリー
２  開閉器（開閉装置）
３  開閉器
７  充電回路
８  インバータ装置
１０  電動コンプレッサ
１２  スイッチング素子群
１４  スイッチング素子
３０  コンデンサ
３１、５０、５１、５２、５３  抵抗
３５  インバータモジュール（インバータ）
６０  コントローラ
７０  ダイオード
【図１】
2005328674.tif 000003
【図２】
2005328674.tif 000004
【図３】
2005328674.tif 000005
【図４】
2005328674.tif 000006