JP2005255085A - 車両用空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 車両側の回路で異常が発生した場合空調用の開閉装置を開いて電動コンプレッサ用インバータを保護し、且つ、電動コンプレッサ用インバータ側で異常が発生した場合空調用の開閉装置を開くことにより、車両側の回路を保護することができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 車両用空調装置１は、車載バッテリー２から充電装置３を介して充電される空調用のコンデンサＣ１１と、車載バッテリー２から開閉装置（主開閉装置５）を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータ１６とを備える。車両用空調装置１は、空調用のコンデンサＣ１１と電動コンプレッサ用インバータ１６の間に空調用の開閉装置（空調用開閉装置１５）を設ける。車両用空調装置１は、空調用のコンデンサＣ１１の端子電圧に基づき、異常高電圧にて空調用の開閉装置（空調用開閉装置１５）を開く。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーと主軸モータ用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車両用空調装置に関するものである。
従来よりこの種車両用空調装置（自動車用空調装置）は、直流電源に直列に接続される充電装置と、この充電装置と並列に接続される開閉装置とを備えている。この車両用空調装置には、直流電源から充電装置を介して充電される大容量のコンデンサと、直流電源から開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサを駆動する電動コンプレッサ駆動装置と、充電装置を作動させた後、開閉装置を閉じ、その後、電動コンプレッサ駆動装置を作動させる制御装置を備えるものであった（特許文献１参照）。
このような車両用空調装置の電源回路として、バッテリーに直列に接続される電流ヒューズと、バッテリーと電流ヒューズに並列に接続されバッテリーからの直流電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換し空調用の電動コンプレッサを駆動するスイッチング素子と、スイッチング素子の個々スイッチング素子に並列に接続されスイッチング素子のスイッチングにより発生するサージ電圧を吸収するダイオードを備えていた。そして、バッテリーが逆接続された時に電流ヒューズを溶断させることにより、半導体やバッテリーの破壊を保護していた（特許文献２参照）。
特許登録第３１６６４５３号公報 特許登録第３３４１３２７号公報
しかしながら、前者の車両用空調装置にも充電装置を設けなければならないのでコストアップしてしまう問題があった。
また、後者の車両用空調装置は、例えば不注意でコネクターや配線接続など電源回路の極性を逆に接続してしまった場合などは電流ヒューズが切れることにより、電気回路を保護していた。この場合、電気回路を保護することはできるけれど電流ヒューズが切れてしまうため、電流ヒューズを保護することができないという問題があった。
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、車両側の回路で異常が発生した場合空調用の開閉装置を開いて電動コンプレッサ用インバータを保護し、且つ、電動コンプレッサ用インバータ側で異常が発生した場合空調用の開閉装置を開くことにより、車両側の回路を保護することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明の車両用空調装置は、バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられるものであって、バッテリーから充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、バッテリーから開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、空調用のコンデンサと電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、異常高電圧にて空調用の開閉装置を開くことを特徴とする。
また、請求項２の発明の車両用空調装置は、上記に加えて、空調用のコンデンサの前段に、当該コンデンサ側を順方向とするダイオードを接続したことを特徴とする。
また、請求項３の発明の車両用空調装置は、バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられるものであって、バッテリーから充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、バッテリーから開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、空調用のコンデンサと電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、充電完了後に空調用の開閉装置を閉じることを特徴とする。
また、請求項４の発明の車両用空調装置は、請求項３において、電動コンプレッサ用インバータに印加される電圧に基づき、異常高電圧にて空調用の開閉装置を開くことを特徴とする。
請求項１の発明では、バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられる空調装置において、バッテリーから充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、バッテリーから開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、空調用のコンデンサと電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、異常高電圧にて空調用の開閉装置を開くようにしたので、車両側の回路で異常が発生した場合には空調用の開閉装置を開いて電動コンプレッサ用インバータを保護することができる。また、電動コンプレッサ用インバータ側で異常が発生した場合にも空調用の開閉装置を開くことにより、車両側の回路を保護できる。
特に、この場合には車両側の充電装置によって空調用のコンデンサを充電できるので、空調用に別途格別な充電装置も不要となる。
請求項２の発明では、上記に加えて空調用のコンデンサの前段に、当該コンデンサ側を順方向とするダイオードを接続したので、例えば、誤って配線やコネクターなど電源の極性を逆に接続してしまった場合でも回路を保護することができるようになると共に、空調用の回路の接続部に触れても感電を回避できるようになる。
請求項３の発明では、バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられる空調装置において、バッテリーから充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、バッテリーから開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、空調用のコンデンサと電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、充電完了後に空調用の開閉装置を閉じるようにしたので、空調用の回路側で独自に空調用のコンデンサ充電完了を判断し、空調用の開閉装置を閉じて電動コンプレッサ用インバータに電力供給を開始できるようになり、空調側の回路と車両側の回路間のデータの授受を不要とすることができるようになる。これにより、空調側の回路で独立した制御が可能となり、汎用性に富んだものとなる。
請求項４の発明では、上記に加えて電動コンプレッサ用インバータに印加される電圧に基づき、異常高電圧にて空調用の開閉装置を開くので、車両側の回路で異常が発生した場合には空調用の開閉装置を開いて電動コンプレッサ用インバータを保護することができる。また、電動コンプレッサ用インバータ側で異常が発生した場合にも空調用の開閉装置を開くことにより、車両側の回路を保護できる。特に、この場合には車両側の充電装置によって空調用のコンデンサを充電できるので、空調用に別途格別な充電装置も不要となる。
本発明は、回路で異常が発生した場合に空調用のインバータを保護するという目的を、空調用のコンデンサと電動コンプレッサ用インバータの間に設けた開閉装置を空調用のコンデンサの端子電圧に基づいて開くことにより実現した。
次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の車両用空調装置１を搭載した電気自動車の電気回路図を示している。車両用空調装置１は、車載バッテリー２と、この車載バッテリー２と主軸モータ用インバータ６間に接続された充電装置３及び開閉装置５の並列回路を備えた車両に用いられるもので、例えば、電気自動車（ＨＥＶやＰＥＶ）や燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）などに搭載された車載バッテリー２から電力が供給されて駆動する。該電気自動車は車載バッテリー２から供給される電力で駆動する主軸モータＭ１と、これもまた車載バッテリー２から供給される電力で駆動する電動コンプレッサ２０とを備えている。
該電気自動車の電気回路は、電気自動車に搭載された車載バッテリー２の一方の端子はスイッチＳＷ１を介して抵抗Ｒ３が直列に接続された充電装置３に接続され、この充電装置３は所定の直流電流で溶断するヒューズＦ１、ダイオードＤ１を介して主回路４に接続され、この主回路４は自動車を走行させるための主軸モータＭ１に接続されている。また、車載バッテリー２の他方の端子も主回路４に接続されている。
該主回路４は、図示しない複数のスイッチング素子とスイッチングサージ吸収用のダイオードなどにて構成され、車載バッテリー２からの直流電圧を三相疑似正弦波に変換して主軸モータＭ１に印加する。これによって、主軸モータＭ１を駆動し自動車を走行させる。尚、ダイオードＤ１はヒューズＦ１側からコンデンサＣ１側に順方向に接続されている。また、ヒューズＦ１には、車載バッテリー２からダイオードＤ１を介して主回路４に大きな電流が流れるが、必要以上に大きな電流が流れた場合、ヒューズＦ１が溶断されてダイオードＤ１を保護する。
前記車載バッテリー２の一方の端子は抵抗Ｒ１を介して抵抗Ｒ２が直列に接続され、抵抗Ｒ２の他方の端子は車載バッテリー２の他方の端子に接続されている。この抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２によって車載バッテリー２の電圧を監視する電圧監視回路９が構成されている。また、車載バッテリー２の一方の端子と充電装置３との間、及び、充電装置３とヒューズＦ１との間にスイッチにて構成された開閉装置（以降主開閉装置５と称す）が接続されている。即ち、直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる電圧監視回路９は車載バッテリー２の両端子に並列に接続され、主開閉装置５は充電装置３に並列に接続されている。
また、ダイオードＤ１と主回路４との間から分岐して充放電用のコンデンサＣ１の一方の端子が接続され、コンデンサＣ１の他方の端子は車載バッテリー２と主回路４との間に接続されている。このコンデンサＣ１は、主回路４に並列に接続されている。係るダイオードＤ１とコンデンサＣ１及び主回路４にて主軸モータ用インバータ６（主機）を構成している。
また、主回路４には制御装置８が接続されている。この制御装置８は充電装置３と主開閉装置５及び電圧監視回路９（抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の中間）に接続されている。そして、制御装置８は電圧監視回路９にて車載バッテリー２の電圧を検出することにより、車載バッテリー２の電圧を監視する。係る制御装置８を含む車載バッテリー２から主軸モータＭ１まで車両側の回路（図中上側点線枠内）となる。
一方、車両用空調装置１（補機）は充電装置３とヒューズＦ１との間から分岐して所定の直流電流で溶断するヒューズＦ１１、ダイオードＤ１１、及び、スイッチにて構成された空調用の開閉装置（以降空調用開閉装置１５と称す）を介して主回路１４に接続されている。また、車載バッテリー２と主回路４との間から分岐して主回路１４に接続されている。ダイオードＤ１１と空調用開閉装置１５との間から分岐して空調用の充放電用コンデンサＣ１１の一方の端子が接続され、空調用の充放電用コンデンサＣ１１の他方の端子は車載バッテリー２と主回路１４との間に接続されている。尚、このヒューズＦ１１もヒューズＦ１同様、車載バッテリー２からダイオードＤ１１を介して主回路１４に大きな電流が流れるが、必要以上に大きな電流が流れた場合、ヒューズＦ１１が溶断されてダイオードＤ１１を保護する。
また、ダイオードＤ１１と空調用開閉装置１５との間には抵抗Ｒ１１を介して抵抗Ｒ１２が直列に接続されており、この抵抗Ｒ１２の他方の端子は車載バッテリー２と主回路１４との間に接続されると共に、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２は空調用のコンデンサＣ１１に並列に接続されている。両抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２によって電圧監視回路１９が構成され、この電圧監視回路１９は空調用のコンデンサＣ１１両端の端子電圧を監視する。
係るダイオードＤ１１と空調用のコンデンサＣ１１、電圧監視回路１９及び主回路１４にて電動コンプレッサ用インバータ１６（図中下側点線枠内）を構成している。そして、主回路１４は、前述の主回路４同様図示しないスイッチング素子とスイッチングサージ吸収用のダイオードなどにて構成され、車載バッテリー２からの直流電圧をこれもまた三相疑似正弦波に変換して空調用の電動コンプレッサ２０に印加し、電動コンプレッサ２０を駆動し車室内の空調を行う。尚、ダイオードＤ１１はヒューズＦ１１側から空調用のコンデンサＣ１１側に順方向に接続されている。
また、主回路１４は制御装置（図示せず）を備えている。この制御装置（主回路１４）は、電圧監視回路１９にて検出（図中点線矢印）した空調用のコンデンサＣ１１両端の端子電圧（この場合主回路１４の両端電圧となる）が異常高電圧の場合、空調用開閉装置１５を開く。これによって、主回路１４は空調側の回路（電動コンプレッサ用インバータ１６）に異常高電圧が流れ込むのを遮断し、主回路１４が異常高電圧によって破損してしまうのを防止する。
次に、動作を説明する。尚、車載バッテリー２の電源電圧は公称２８０Ｖとされ、車両及び電動コンプレッサ２０が非作動時の状態では、充電装置３、主開閉装置５、及び空調用開閉装置１５は開状態となっているものとする。また、制御装置８は電圧監視回路９によって車載バッテリー２の電圧を監視すると共に電圧監視回路１９によって空調用のコンデンサＣ１１両端の端子電圧を監視している。
そして、車両のメインスイッチ（図示せず）がＯＮされると、制御装置８は先ず充電装置３（スイッチＳＷ１）の接点を閉じ車載バッテリー２からコンデンサＣ１、Ｃ１１に電流を流す。このとき、充電装置３は抵抗Ｒ３によって車載バッテリー２からコンデンサＣ１、Ｃ１１に流れる突入電流を抑制しこれらのコンデンサＣ１、Ｃ１１に徐々に充電が行われる。
制御装置８は、コンデンサＣ１、Ｃ１１の充電が開始され所定時間経過してコンデンサＣ１、Ｃ１１の充電が完了すると、主軸モータＭ１のスタンバイＯＫとなって主開閉装置５の接点を閉じる。この場合、コンデンサＣ１、Ｃ１１の充電が完了しているので主開閉装置５の接点を閉じてもコンデンサＣ１、Ｃ１１には突入電流が流れることなく、車載バッテリー２からの直流電圧を主回路４に印加することができる。次に制御装置８は、主開閉装置５の接点を閉じると同時に充電装置３の接点を開いて車載バッテリー２の電力を主軸モータ用インバータ６の主回路４に印加する。これによって、主回路４は車載バッテリー２からの直流電圧を三相疑似正弦波に変換して主軸モータＭ１を駆動し車両を走行させる。
一方、補機である車両用空調装置１の主回路１４は電圧監視回路１９によって空調用のコンデンサＣ１１の端子電圧を監視している。この場合、メインスイッチのＯＮにより既に空調用のコンデンサＣ１１への充電が完了して電動コンプレッサ２０のスタンバイＯＫとなっているので、制御装置（主回路１４）は空調用開閉装置１５を閉じ、車載バッテリー２からの電力を電動コンプレッサ用インバータ１６の主回路１４に印加する。これによって、主回路１４は車載バッテリー２からの直流電圧を三相疑似正弦波に変換して電動コンプレッサ２０を駆動し車室内の空調を行う。
ここで、主軸モータＭ１は車両の減速時によって発電し、その電力を車載バッテリー２に充電することによりエネルギーを有効利用できるように構成している。この主軸モータＭ１によって発電した電力を車載バッテリー２に充電する場合、車載バッテリー２より電圧が低いと充電できないため、車載バッテリー２の電圧より主軸モータＭ１からの充電電圧を高くしていた。
しかし、車両の減速時などによって主軸モータＭ１で発電した電力を車載バッテリー２に充電する際、何らかの理由で車載バッテリー２から供給される電圧が異常高電圧となったのを電圧監視回路９が検出した場合、制御装置８は主開閉装置５を開いて後段のヒューズＦ１やダイオードＤ１或いはコンデンサＣ１や主回路４に高電圧が印加され破損してしまうのを保護する。
また、車載バッテリー２の電圧が異常高電圧となって主開閉装置５が開く以前、或いは、主軸モータＭ１の逆起電力などが電動コンプレッサ用インバータ１６に流れ込んで空調用コンデンサＣ１１の端子電圧が異常高電圧となった場合、制御装置（主回路１４）は電圧監視回路１９によってそれを検出し、空調用開閉装置１５を開く。これによって、制御装置（主回路１４）は主軸モータＭ１の逆起電力などが電動コンプレッサ用インバータ１６に流れ込むのを遮断し、主回路１４が主軸モータＭ１の逆起電力などによって破損してしまうのを保護する。
このように、空調用のコンデンサＣ１１と電動コンプレッサ用インバータ１６との間に空調用開閉装置１５を設け、制御装置（主回路１４）は空調用のコンデンサＣ１１の端子電圧に基づき、電圧監視回路１９が検出した空調用のコンデンサＣ１１の端子電圧が異常高電圧の場合、空調用開閉装置１５を開くようにしたので、車両側の回路で異常が発生した場合には空調用開閉装置１５を開いて主回路１４への通電を遮断し保護することができる。また、電動コンプレッサ用インバータ１６側で異常が発生した場合にも空調用開閉装置１５を開くことにより、車両側の回路を保護することができる。
また、空調用のコンデンサＣ１１と主回路１４との間に空調用開閉装置１５を設け、制御装置（主回路１４）は車両側の充電装置３が閉じて空調用のコンデンサＣ１１の充電完了後に電圧監視回路１９が検出した空調用のコンデンサＣ１１両端の端子電圧に基づき、空調用開閉装置１５を閉じるようにしているので、制御装置（主回路１４）は空調用の回路側で独自に空調用のコンデンサＣ１１の充電完了を判断して空調用開閉装置１５を閉じて、車載バッテリー２から電動コンプレッサ用インバータ１６に電力供給を開始することができるようになる。これにより、空調側の回路だけで独立した制御ができるようになるので、空調側の回路と車両側の回路間のデータ授受が不要となり、車両用空調装置の回路構成を簡素化することができて作業工数及びコスト削減を行うことができる。
また、主軸モータＭ１の逆起電力などが電動コンプレッサ用インバータ１６に流れ込むことにより、制御装置（主回路１４）は空調用のコンデンサＣ１１の端子電圧が異常高電圧の場合、電動コンプレッサ用インバータ１６に印加される電圧に基づいて、空調用開閉装置１５を開くので、車両側の回路で異常が発生した場合には空調用開閉装置１５を開いて電動コンプレッサ用インバータ１６を保護することができる。また、電動コンプレッサ用インバータ１６側で異常が発生した場合にも制御装置（主回路）は空調用開閉装置１５を開くことにより、車両側の回路を保護できる。特に、この場合には車両側の充電装置３によって空調用のコンデンサＣ１１を充電できるので、空調用に別途格別な充電装置３も不要となる。
尚、実施例では車両用空調装置１を電気自動車（ＨＥＶやＰＥＶ）や燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）などに搭載することで説明したが、車両用空調装置１はそれらの電気自動車に限らずハイブリッドカー（ＨＥＶ）などに搭載しても本発明は同様の効果を得ることができる。
本発明の車両用空調装置を搭載した電気自動車の電気回路図である。
符号の説明
１ 車両用空調装置
２ 車載バッテリー
３ 充電装置
４ 主回路
５ 主開閉装置
６ 主軸モータ用インバータ
８ 制御装置
９ 電圧監視回路
１４ 主回路
１５ 空調用開閉装置
１６ 電動コンプレッサ用インバータ
１９ 電圧監視回路
２０ 電動コンプレッサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ１１ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Ｄ１１ ダイオード
Ｍ１ 主軸モータ
ＳＷ１ スイッチ

Claims (4)

  1. バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられる空調装置であって、
    前記バッテリーから前記充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、
    前記バッテリーから前記開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、
    前記空調用のコンデンサと前記電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、前記空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、異常高電圧にて前記空調用の開閉装置を開くことを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記空調用のコンデンサの前段に、当該コンデンサ側を順方向とするダイオードを接続したことを特徴とする請求項１の車両用空調装置。
  3. バッテリーと、このバッテリーと主軸モータ用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車両に用いられる空調装置であって、
    前記バッテリーから前記充電装置を介して充電される空調用のコンデンサと、
    前記バッテリーから前記開閉装置を介して電力が供給され、空調用の電動コンプレッサ用インバータとを備え、
    前記空調用のコンデンサと前記電動コンプレッサ用インバータの間に空調用の開閉装置を設け、前記空調用のコンデンサの端子電圧に基づき、充電完了後に前記空調用の開閉装置を閉じることを特徴とする車両用空調装置。
  4. 前記電動コンプレッサ用インバータに印加される電圧に基づき、異常高電圧にて前記空調用の開閉装置を開くことを特徴とする請求項３の車両用空調装置。
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