JP2005328674A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an inverter device provided with a parallel circuit of a charging device and a switching device connected between a DC power source and an inverter.
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。
In recent years, an air conditioner equipped with an electric compressor driven by a battery power source has been developed as an air conditioner for an electric vehicle. As shown in FIG. 4, this air conditioner includes a battery (DC power supply) 101, an
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。
The
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)。
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。
By the way, in such an air conditioner, there is a possibility that the
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。
Here, when the
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。
However, as described above, the
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。 The present invention has been made to solve the problems of the related art, and an object of the present invention is to provide an inverter device that can detect welding of a switchgear at an early stage.
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。 An inverter device according to the present invention includes a parallel circuit of a charging device and a switching device connected between a DC power source and an inverter, the capacitor being charged from the DC power source through the charging device, and the capacitor A discharge resistor, a voltage detection circuit for detecting a voltage at the latter stage of the switchgear, and a diode connected between the voltage detection circuit and the capacitor and having the capacitor side in the forward direction are provided.
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an inverter device comprising a control device for judging the welding of the switchgear based on the voltage detected by the voltage detection circuit in the above invention.
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。 In the inverter device according to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the control device compares the voltage at the previous stage of the switchgear with the voltage detected by the voltage detection circuit, and when the difference is within a predetermined range It is determined that the apparatus is welded.
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。 In the present invention, an inverter device including a parallel circuit of a charging device and a switching device connected between a DC power source and an inverter, the capacitor being charged from the DC power source through the charging device, and for discharging the capacitor The capacitor includes a resistor, a voltage detection circuit that detects a voltage at the latter stage of the switching device, and a diode that is connected between the voltage detection circuit and the capacitor and that has a forward direction on the capacitor side. Even before the discharge is completed, the voltage value of the voltage detection circuit decreases instantaneously if the switchgear is normally broken.
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。 On the other hand, when the switchgear is welded, the voltage of the voltage detection circuit does not decrease.
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。
Therefore, for example, based on the voltage detected by the voltage detection circuit as in
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a power circuit diagram of an embodiment of an air conditioner for an electric vehicle provided with an
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。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a main battery as a DC power source of an electric vehicle, which supplies electric power to an
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The above-described
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。
On the other hand, the
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。
Further, a series circuit (voltage detection circuit) of
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。
In the embodiment, the
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。
In the
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。
The
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。
Next, the operation of the
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。
When the electric vehicle is activated in step S1 of FIG. 2 (ING (ignition) ON), the
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。
On the other hand, when the voltage V1 of the
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。
That is, the
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。
On the other hand, when the
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。
That is, the
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。
Next, the
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。
When an operation stop signal is input from the controller of the air conditioner, after the switch operation of the switching
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。
Here, immediately after opening the
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。
By the way, even if the
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。
On the other hand, the current does not flow in the reverse direction by installing the
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。
In addition, when the battery 1 is reversely connected due to the
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。
In the embodiment, the
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
1
DESCRIPTION OF
60
Claims (3)
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。 An inverter device comprising a parallel circuit of a charging device and a switching device connected between a DC power source and an inverter,
A capacitor charged via the charging device from the DC power supply;
A resistor for discharging the capacitor;
A voltage detection circuit for detecting a voltage at a subsequent stage of the switchgear;
An inverter device comprising: a diode connected between the voltage detection circuit and the capacitor, the capacitor side being a forward direction.
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