CN113039714B

CN113039714B - 高压设备的控制装置

Info

Publication number: CN113039714B
Application number: CN201980060753.2A
Authority: CN
Inventors: 金云海; 吉田浩
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN113039714A; JP7221632B2; DE112019004927T5; US11888388B2; WO2020071079A1; US20220052602A1; JP2020058123A

Abstract

提供了能够在短时间内进行连接器的连接状态的判定和残留电荷的放电的高压设备的控制装置。控制装置1控制电动压缩机，具备与用于将电动压缩机连接到HV电池17的连接器9一起设置的互锁回路4，根据该互锁回路4的状态来检测连接器9的连接/非连接，并且在检测到连接器9的非连接的情况下，使内部的平滑电容器14的残留电荷强制放电。

Description

高压设备的控制装置

技术领域

本发明涉及对车载用电动压缩机等高压设备进行控制的控制装置。

背景技术

例如构成车辆的空气调和装置的电动压缩机（高压设备）通过连接器（HV连接器）连接到高压电源（HV电池）。当该连接器脱落时，存在由于积累在控制装置的平滑电容器中的残留电荷而发生触电等事故的危险性，因此，历来，采用在连接器脱落而成为非连接的情况下使平滑电容器的残留电荷放电的对策。

在该残留电荷的放电中存在被动方式和主动方式。其中的被动方式是单纯地将高电阻（放电用电阻）与平滑电容器并联连接而总是放电的方式，主动方式是通过连接器脱落时的电压降（电源线和接地线之间的HV电压的下降）来判定连接状态、通过由开关和电阻所形成的放电电路来强制使平滑电容器的残留电荷放电、或者通过电动机的绕组使其放电的方式（例如，参照专利文献1、专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4898964号公报

专利文献2：日本特许第5135161号公报

专利文献3：日本特开2014-11959号公报。

发明内容

发明要解决的课题

然而，在前述的被动方式中，为了兼顾放电时间和电阻的自发热，必须并联连接许多放电电阻来降低合成电阻值，因此，总是在电源线和接地线之间流动无用的放电电流，而使效率变差，并且在安装空间或成本的方面，问题也很多。

另一方面，在主动方式中，通过电压降来判定连接器的状态，因此，在电压较高而电动机停止时，在电压下降到阈值为止中花费时间，在此期间，存在发生由于残留电荷而导致的触电的担忧。此外，在为了使该时间变短而将阈值设定得较高的情况下，还存在如下那样的问题：由于构成逆变器输出电路的开关元件（IGBT或MOSFET）的开关工作所导致的变动即逆变器工作条件所导致的电流、电压的变动、干扰（噪声、波纹等）而发生误感测的危险性变高。

特别地，在专利文献1中，在放电电阻和平滑电容器之间设置电流传感器，通过在其处流动的电流的方向来判别连接状态，但是，由于在放电电阻中流动的电流（～数百mA）与通常在电动机中流动的电流（～数十A）相比很小，所以为了提高检测精度，需要增大在放电电阻中流动的电流。此外，在仅通电的状态（压缩机停止、连接器为连接状态、高压电源为ON（接通））下，在由于高压电源的变动而使电压变低的情况下，在放电电阻侧流动电流，因此，连接器被判定为非连接状态，存在不能适用于仅通电的状态这样的问题。

另一方面，开发了与连接器一起设置用于检测连接器的脱落的互锁回路（loop）的方式。在该情况下，互锁回路由于连接器的连接、非连接（脱落）也变为闭路、开路，因此，能够通过判定该状态来检测连接器的非连接（脱落）（例如，参照专利文献3）。

本发明鉴于这样的以往状况而完成，其目的在于，提供能够在短时间内进行连接器的连接状态的判定和残留电荷的放电的高压设备的控制装置。

用于解决课题的方案

本发明的控制装置控制高压设备，其特征在于，具备与用于将高压设备连接到高压电源的连接器一起设置的互锁回路，根据该互锁回路的状态来检测连接器的连接/非连接，并且在检测到连接器的非连接的情况下，使内部的残留电荷强制放电。

高压设备的控制装置在上述发明中，其特征在于，高压设备是具有电动机的电动压缩机，所述控制装置具备：逆变器输出电路，将从高压电源供给的直流电力变换为交流电力来驱动电动机；以及平滑电容器，连接在该逆变器输出电路和连接器之间，在检测到连接器的非连接的情况下，控制逆变器输出电路，通过电动机的绕组来使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电。

高压设备的控制装置特征在于，高压设备是具有电动机的电动压缩机，所述控制装置具备：逆变器输出电路，将从高压电源供给的直流电力变换为交流电力来驱动电动机；平滑电容器，连接在该逆变器输出电路和连接器之间；以及放电电路，与该平滑电容器并联连接，由电阻和开关构成，在检测到连接器的非连接的情况下，通过放电电路使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电。

高压设备的控制装置特征在于，具备与平滑电容器并联连接的放电用电阻。

高压设备的控制装置特征在于，基于来自外部的放电指令来使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电。

高压设备的控制装置特征在于，具备对连接器的电源线和接地线之间的电压进行检测的电压检测装置，在即使使残留电荷强制放电、电源线和接地线之间的电压也基于该电压检测装置的输出未降低到规定值的情况下，判断为产生了异常。

特征在于，控制装置设置在高压设备内。

特征在于，高压设备是装载于车辆的电动压缩机。

发明效果

本发明的高压设备的控制装置具备与用于将高压设备连接到高压电源的连接器一起设置的互锁回路，根据该互锁回路的状态来检测连接器的连接/非连接，并且在检测到连接器的非连接的情况下，使内部的残留电荷强制放电，因此，能够使用互锁回路来时常监视连接器的连接状态，在连接器脱落时，根据互锁回路的状态，迅速地检测到，使内部的残留电荷强制放电。

即，与以往的所谓主动方式相比，能够不依赖于工作条件（电压、电流），而变得难以受干扰（噪声、波纹等）的影响来可靠地判定连接器的连接状态，在短时间内进行残留电荷的放电，从而能够有效地消除或抑制触电的发生，提高安全性。此外，不需要如以往的被动方式那样连接许多放电电阻，能够谋求效率的改善或设置空间的缩小、成本的削减。

在此，高压设备是具有电动机的电动压缩机，具备：将从高压电源供给的直流电力变换为交流电力来驱动电动机的逆变器输出电路、以及连接在该逆变器输出电路和连接器之间的平滑电容器，此时，在检测到连接器的非连接的情况下，控制逆变器输出电路，通过电动机的绕组使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电，由此，能够使平滑电容器的残留电荷在短时间内放电。

在其他情况下，与平滑电容器并联地连接由电阻和开关构成的放电电路，在检测到连接器的非连接的情况下，通过放电电路使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电，由此，也能够使残留电荷在短时间内放电。

此外，如果与平滑电容器并联地连接放电用电阻，则能够在尽管连接器变为非连接也不进行上述的强制放电的情况下、控制装置变为休眠状态而使向控制装置的电源未接通的情况下、或在连接器连接的状态下高压电源被遮断的情况下等，使平滑电容器的残留电荷放电。然后，根据本发明，在连接这样的放电用电阻的情况下，也能够最大限度地减小该放电用电阻，最低限度地抑制连接器被连接的正常状态下的放电，谋求安装空间和成本的大幅削减和效率的改善。

进而，如果基于来自外部的放电指令来使平滑电容器中积累的残留电荷强制放电，则即使在连接器被连接的状态下，也能够适当根据需要使平滑电容器的残留电荷放电。

进而，此外，如果设置对连接器的电源线和接地线之间的电压进行检测的电压检测装置，在即使使残留电荷强制放电、电源线和接地线之间的电压也基于该电压检测装置的输出未降低到规定值的情况下，判断为产生了异常，则还能够检测在利用互锁回路进行的连接器的连接/非连接的检测中产生了异常等。

特别地，通过将控制装置设置在高压设备内，从而能够如例如装载于车辆的高压设备的情况那样，在不将互锁回路连接到车辆的控制器的情况下进行连接器的连接/非连接的检测。

然后，以上的高压设备的控制装置在应用于装载于车辆的作为高压设备的电动压缩机时极其有效。

附图说明

图1是作为应用本发明的高压设备的实施例的电动压缩机的控制装置的功能框。

图2是说明图1中的互锁电路的工作的功能框图。

图3是示出在图2中连接器为非连接的状态的图。

图4是说明图1中的主控制部的工作的流程图。

图5是本发明的另一实施例的控制装置的功能框。

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明本发明的实施方式。

实施例1

图1示出了作为应用本发明的高压设备的构成车辆的空气调和装置的车载用的电动压缩机C的控制装置1的功能框。本发明的控制装置1是对电动压缩机C的电动机2进行运转控制的所谓的逆变器。再有，电动机2与压缩机构部5一起收容于电动压缩机C的壳体内，压缩机构部5由电动机2驱动。此外，控制装置1设置在构成在电动压缩机C的壳体中的逆变器收纳部内。

在图1中，本实施例的控制装置1具备：由具备微处理器的微计算机构成的主控制部3、具有互锁回路4的互锁电路6、使电动机2运转的逆变器输出电路7、驱动该逆变器输出电路7的驱动电路8、由检测连接器（HV连接器）9的电源线11和接地线12间的电压（HV电压值）的电压传感器电路构成的电压检测装置13、平滑电容器14、以及放电用电阻16。然后，经由连接器9连接到装载于车辆的作为高压电源的HV电池17（DC300V～500V）。

逆变器输出电路7被构成为输入节点并联连接在电源线11和接地线12之间，切换平滑电容器14的输出（直流电力）来变换为三相交流（交流电力），并将其供给到电动机2。实施例的逆变器输出电路7通过多个开关元件（IGBT或MOSFET。在实施例中为IGBT）进行桥结线来构成。实施例的逆变器输出电路7将三相交流输出到电动机2，因此，具备6个开关元件31～36。

详细而言，逆变器输出电路7具备将2个开关元件彼此串联连接的三个开关分支，各开关分支中的上臂的开关元件31～33和下臂的开关元件34～36的中点分别连接到电动机2的各相（U相、V相、W相）的绕组。此外，回流二极管D1～D6分别反并联连接到各开关元件31～36。然后，逆变器输出电路7通过这些开关元件31～36的ON-OFF工作来切换从HV电池17供给的直流电力（平滑电容器14的输出），变换为三相交流电力，供给到电动机2。

平滑电容器14是使从HV电池17输入的直流电力平滑的滤波器，在逆变器输出电路7和连接器9之间连接到电源线11和接地线12间。放电用电阻16被设置用于在车辆的停止时使平滑电容器14中积累的残留电荷放电，由单一的电阻（高电阻值）或多个并联电阻（高电阻值）构成，在平滑电容器14和连接器9之间并联连接到平滑电容器14。

此外，驱动电路8基于来自主控制部3的PWM指令值来触发逆变器输出电路7的各开关元件31～36的栅极，以使其ON/OFF。电压检测装置13检测电源线11和接地线12间的电压，输出到主控制部3。进而，主控制部3具有放电控制部18。该放电控制部18执行使平滑电容器14的残留电荷强制放电的控制，之后针对此进行详述。

进而，此外，互锁回路4与连接器9一起设置，构成为在连接器9连接时回路闭合（闭路），在非连接（脱落）的状态下回路开放（开路）。然后，该互锁回路4连接到互锁电路6，该互锁电路6连接到主控制部3。

图2和图3示出了说明该互锁电路6的工作的功能框图。在各图中，21是LIN收发器，经由车辆通信总线连接到未图示的车辆侧的控制器（ECU）。22作为低压电源，是LV电池（DC12V），由该LV电池22构成的控制电源23连接到互锁电路6。再有，26是从LV电池22生成主控制部3或逆变器输出电路7的控制电源27的DC-DC转换器。

此外，互锁电路6经由光学耦合器28、29连接到主控制部3。再有，图中，HV区域所示的范围意味着高压区域，LV区域所示的范围意味着低压区域。然后，从互锁电路6经由光学耦合器28输出到主控制部3的信号电平被构成为在如图2那样互锁回路4的回路闭合的闭路时、以及如图3那样连接器9变为非连接而回路开放的开路时是不同的，由此，主控制部3（放电控制部18）被构成为能够检测连接器9是连接还是非连接。

再有，从主控制部3经由光学耦合器29输出到互锁电路6的信号电平在实施例中有两种，根据各信号电平以及那时从互锁电路6经由光学耦合器28输出到主控制部3的信号电平的组合，主控制部3被构成为能够检测包括互锁回路4的开路和闭路的互锁回路4相关的多种异常，而在此，仅采取互锁回路4的开路和闭路。

通过以上的结构，接下来，一边参照图4的流程图一边说明主控制部3的放电控制部18执行的平滑电容器14的残留电荷的强制放电工作。主控制部3的放电控制部18在图4的步骤S1中，利用互锁电路6输出的信号电平，总是监视互锁回路4的状态，在步骤S2中，判断互锁电路6输出的信号电平是否为示出互锁回路4变为开路的信号电平。

然后，在连接器9脱落而变为非连接、在步骤S2中检测到互锁回路4的开路的情况下，放电控制部18前进到步骤S3，首先，利用LIN收发器21经由车辆通信总线向上位的控制器（ECU）发送连接器9变为非连接的情况，利用驱动电路8控制逆变器输出电路7来使电动机2停止。

接着，在步骤S4中，放电控制部18取得电压检测装置13所检测的连接器9的电源线11和接地线12间的电压（HV电压值），在步骤S5中判断连接器9的电源线11和接地线12间的电压是否为规定的放电目标电压（例如，DC60V等规定值）以上。然后，如果为放电目标电压以上，则前进到步骤S6，开始以下说明的HV强制放电控制。

在本实施例中的HV强制放电控制中，通过电动机2的绕组来使平滑电容器14中积累的残留电荷强制放电。例如，放电控制部18利用驱动电路8首先使开关元件35和开关元件36变为ON，在开关元件32～34为OFF的状态下，切换开关元件31，使平滑电容器14中积累的残留电荷从电动机2的绕组的U相（+）向V相（-）、W相（-）流动而强制放电。

接着，在步骤S7中，使作为其功能具有的定时器进行计数，在步骤S8中，判断从开始强制放电起是否经过了规定时间（数ms），到经过该规定时间以前继续放电。接着，在步骤S9中，放电控制部18取得电压检测装置13所检测的连接器9的电源线11和接地线12间的电压（HV电压），在步骤S10中，判断电源线11和接地线12间的电压是否为前述的放电目标电压以下。然后，如果为放电目标电压以下，则前进到步骤S11，结束HV强制放电控制。

在此，在步骤S10中连接器9的电源线11和接地线12间的电压未变为放电目标电压以下的情况下，即，在即使从强制放电的开始起经过规定时间而电源线11和接地线12间的电压也未变为放电目标电压以下的情况下，放电控制部18前进到步骤S12，变更电动机2的放电路线，前进到步骤S13，再次开始前述的步骤S6～步骤S9的强制放电工作。

在该情况下，例如，放电控制部18利用驱动电路8来使开关元件32和开关元件33变为ON，在开关元件31、开关元件35、开关元件36为OFF的状态下，切换开关元件34，使平滑电容器14中积累的残留电荷从电动机2的绕组的V相（+）、W相（+）向U相（-）流动而强制放电。接着，与前述同样，在步骤S7中，使作为其功能具有的定时器进行计数，在步骤S8中判断从开始强制放电起是否经过了规定时间（数ms），到经过该规定时间以前继续放电。接着，在步骤S9中，放电控制部18取得电压检测装置13所检测的连接器9的电源线11和接地线12间的电压（HV电压）。

接着，在步骤S14中，判断电源线11和接地线12间的电压是否变为前述的放电目标电压以下。然后，如果变为放电目标电压以下，则前进到步骤S15，放电控制部18判断为在电动机2的放电电路中发生了异常，前进到步骤S16，利用LIN收发器21经由车辆通信总线向上位的控制器（ECU）发送该异常状态。

另一方面，在步骤S14中电源线11和接地线12间的电压未变为前述的放电目标电压以下的情况下，前进到步骤S17，判断为在互锁电路6中发生了异常，放电控制部18前进到步骤S16，利用LIN收发器21经由车辆通信总线向上位的控制器（ECU）发送该异常状态。

上位的控制器（ECU）接受这样的异常状态的发送，在例如车辆的控制面板等中显示异常状态的发生，作为前述的放电电路的异常，例如，考虑：

a.开关元件31～36的工作异常，

b.电动机2的断线（断相）等，

在互锁电路6的异常中，除了

c.在根据互锁回路4的状态的利用互锁电路6进行的连接器9的连接/非连接的检测中发生了异常（连接器非连接误检测）之外，

还包括

d.利用电压检测装置13进行的连接器9的电源线11和接地线12间的电压的检测异常。

像这样，在本发明中，对作为高压设备的电动压缩机C进行控制的控制装置1具备与用于将电动压缩机C连接到HV电池17（高压电源）的连接器9一起设置的互锁回路4，根据该互锁回路4的状态来检测连接器9的连接/非连接，并且在检测到连接器9的非连接的情况下，使内部的平滑电容器14的残留电荷强制放电，因此，能够使用互锁回路4来时常监视连接器9的连接状态，在连接器9脱落时，根据互锁回路4的状态，迅速检测到，使内部的残留电荷强制放电。

由此，能够不依赖于逆变器输出电路7的工作条件（电压、电流），而变得难以受干扰（噪声、波纹等）的影响来可靠地判定连接器的连接状态，在短时间内进行残留电荷的放电，从而能够有效地消除或抑制触电的发生，提高安全性。此外，不需要连接许多放电电阻，能够谋求效率的改善或设置空间的缩小、成本的削减。

特别地，如实施例那样，高压设备是具有电动机2的电动压缩机C，具备：将从HV电池17供给的直流电力变换为交流电力来驱动电动机2的逆变器输出电路7、以及连接在该逆变器输出电路7和连接器9之间的平滑电容器14，此时，在检测到连接器9的非连接的情况下，控制逆变器输出电路7，通过电动机2的绕组来使平滑电容器14中积累的残留电荷强制放电，由此，能够使平滑电容器14的残留电荷在短时间内放电。

此外，如实施例那样，在与平滑电容器14并联连接放电用电阻16的情况下，也能够最大限度地减小该放电用电阻，最低限度地抑制连接器被连接的正常状态下的放电，谋求安装空间和成本的大幅削减和效率的改善。

进而，如实施例那样，如果设置对连接器9的电源线11和接地线12间的电压进行检测的电压检测装置13，在即使使残留电荷强制放电、电源线11和接地线12间的电压也基于该电压检测装置13的输出未变为放电目标电压（规定值）以下的情况下，判断为产生了如前所述的异常，则还能够检测在利用互锁回路4进行的连接器9的连接/非连接的检测中产生了异常等异常。

进而，此外，在实施例中，将控制装置1设置在电动压缩机C的逆变器收纳部内，因此，能够在不将互锁回路连接到车辆的控制器的情况下进行连接器9的连接/非连接的检测。

然后，本发明在如实施例那样应用于装载于车辆的电动压缩机C时极其有效。

实施例2

接着，图5示出了本发明的另一实施例的控制装置1的框图。再有，在该图中，通过与图1相同的符号示出的部分实现相同或同样的功能。在该实施例的情况下，在连接器9的电源线11和接地线12间，与平滑电容器14并联地连接由电阻41和开关42构成的放电电路43。

然后，主控制部3的放电控制部18在图4的步骤S6中的HV强制放电控制下，在本实施例的情况下，闭合放电电路43的开关42，使平滑电容器14中积累的残留电荷在电阻41中流动而强制放电。即，与实施例1的情况不同，不是通过电动机2的绕组来放电，而是利用放电电路43来使平滑电容器14中积累的残留电荷放电。其他的工作与图1～图4的情况（实施例1）同样。

如本实施例那样，与平滑电容器14并联地连接由电阻41和开关42构成的放电电路43，在根据互锁回路4的状态检测到连接器9的非连接的情况下，利用放电电路43使平滑电容器14中积累的残留电荷强制放电，由此，也能够使残留电荷在短时间内放电。

再有，放电控制部18在即使连接器9连接的状态下也从车辆侧（外部）的控制器（ECU）通过LIN收发器21接收到放电指令的情况下，执行前述的HV强制放电控制。由此，能够根据需要使平滑电容器14的残留电荷适当强制放电。基于来自车辆侧的空调OFF信号（通过手动操作来使空调OFF），断开来自HV电池17的供电，但是，在该空调OFF时也可以执行上述的HV强制放电控制。

此外，在上述各实施例中，虽然将本发明应用于作为装载于车辆的高压设备的电动压缩机的控制装置，但是，不限于此，本发明在通过连接器连接到高压电源的各种高压设备中是有效的。

附图标记的说明

C电动压缩机（高压设备）

1控制装置

2电动机

3主控制部

4互锁回路

6互锁电路

7逆变器输出电路

9连接器

11电源线

12接地线

13电压检测装置

14平滑电容器

16放电用电阻

17 HV电池（高压电源）

18放电控制部

31～36开关元件

41电阻

42开关

43放电电路。

Claims

1.一种电动压缩机的控制装置，是对具有电动机并装载于车辆的电动压缩机进行控制的控制装置，其特征在于，具备：

互锁回路，与用于将所述电动压缩机连接到高压电源的连接器一起设置；

逆变器输出电路，将从所述高压电源供给的直流电力变换为交流电力来驱动所述电动机；

平滑电容器，连接在该逆变器输出电路和所述连接器之间；以及

电压检测装置，对所述连接器的电源线和接地线之间的电压进行检测，

根据所述互锁回路的状态来检测所述连接器的连接/非连接，在检测到所述连接器的非连接的情况下，控制所述逆变器输出电路，通过所述电动机的绕组来实施用于使所述平滑电容器中积累的残留电荷强制放电的强制放电工作，并且

在即使实施所述强制放电工作、所述电源线和接地线之间的电压也基于所述电压检测装置的输出未降低到规定值的情况下，变更放电路线，再次开始所述强制放电工作。

2.根据权利要求1所述的电动压缩机的控制装置，其特征在于，

在即使变更放电路线并实施所述强制放电工作、所述电源线和接地线之间的电压也未降低到规定值的情况下，判断为在所述电动机的放电电路中产生了异常。

3.根据权利要求1所述的电动压缩机的控制装置，其特征在于，具备与所述平滑电容器并联连接的放电用电阻。

4.根据权利要求1所述的电动压缩机的控制装置，其特征在于，基于来自外部的放电指令来实施所述强制放电工作。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的电动压缩机的控制装置，其特征在于，设置在所述电动压缩机内。