JP2006282093A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉装置の入出力間短絡故障検出を確実に行う。
【解決手段】直流電圧発生手段１と、直流電圧発生手段１に直列に接続される通電手段９と、通電手段９による通電電流を検出する通電電流検出手段１４と、通電手段９と並列に接続される開閉装置８と、直流電圧発生手段１から通電手段９を介して充電されるコンデンサ３と、直流電圧発生手段１から開閉装置８を介して電力を供給され電動コンプレッサー５を駆動する電動コンプレッサー駆動手段４と、開閉装置８及び電動コンプレッサー駆動手段４を制御する制御手段１０とを具備する空調装置において、制御手段１０は、開閉装置８を開に制御して電動コンプレッサー駆動手段４を作動させ、通電手段９に流れる通電電流が所定値以下の場合は開閉装置８の入出力間は短絡故障していると判定するもので、これにより、リレー接点の溶着など開閉装置８の入出力間短絡を確実に検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源からの電力で駆動される電動コンプレッサーを備えた空調装置に関するものである。

直流電力で空調用の電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動装置を備えた空調装置においては、電動コンプレッサー駆動装置は電動コンプレッサーに大電流を供給するために、電気ノイズが大きく車載ラジオなどに妨害を与え、また電流変動が大きいため電圧サージを発生し関連機器の破損を招いたりする。

そのため、従来は図５の電動コンプレッサー駆動装置の電流波形図に示すごとく、バッテリーから供給される電流をコンデンサで平滑して電気ノイズ、電流変動を抑えるようにしており、図６の従来の空調装置の回路図に示すごとく、直流電源であるバッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との中間に、電流を平滑するために静電容量の大きいコンデンサ３を設けている（例えば、特許文献１参照）。

図６において、電動コンプレッサー駆動装置４には電動コンプレッサー５が接続され、バッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との接続中間部には、回路保護のためのヒューズ６と電源スイッチ１６が直列接続されている。また、コンデンサ３を充電するための通電装置である充電抵抗９、コンデンサ３の充電電圧を検出する電圧検出回路１５、バッテリー１から電動コンプレッサー駆動装置４へ電力を供給するための開閉装置であるリレー８、リレー８及び電動コンプレッサー駆動装置４を作動させる制御回路１００が設けられている。さらに、ダイオード１２は、直流電源であるバッテリー１が逆極性に接続されたとしても、コンデンサ３は逆極性に充電されることなく、回路が破損しないように設けてある。また、制御回路１００は電源７を、リレー８は電源２を、それぞれ駆動電源としている。そして、回路内には接続線等による微小な抵抗１１が存在している。

リレー８は、制御回路１００により、電圧検出回路１５にてコンデンサ３の充電完了が確認された後に、閉とされる。そして、電動コンプレッサー駆動装置４が作動し、電動コンプレッサー５の駆動を始める。
特開平９−１０９６６７号公報（第４頁、第１図）

上記従来の構成において、電動コンプレッサー駆動装置４が作動し電動コンプレッサー５に電力供給している状態において、外的要因、例えば振動等何等かの原因で電気接続不良となり、バッテリー１からの電力供給が途絶えることが想定される。この時、電動コンプレッサー駆動装置４へは、コンデンサ３から電流が供給され、コンデンサ３の電圧Ｖｃは急速に低下する。

そして、接続が正常に戻った瞬間に、バッテリー１からコンデンサ３へ充電電流Ｉｃが、リレー８を介して流れる。この充電電流Ｉｃの最大値Ｉｐｄは、バッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との接続線等にある若干の抵抗１１の抵抗値ｒと図示しないコンデンサ３の内部抵抗との和で、バッテリー１の電圧値ＶＢと電圧低下後のコンデンサ３の電圧ＶＣとの電位差を除した値になる。すなわち、抵抗値ｒを０．２Ω、図示しないコンデンサ３の内部抵抗を０．２Ω、電位差を１００Ｖとすると、Ｉｐｄは２５０Ａの大電流になる。そのため、バッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との間にあるリレー８
の接点部が、状況によりわずかな溶着を起こすことがある。

また、空調装置の起動時に、リレー８の接点が溶着した状態で電源スイッチ１６を開から閉とすると、コンデンサ３の電圧ＶＣはゼロの状態でバッテリー１からコンデンサ３へ充電電流Ｉｃがリレー８を介して流れる。この充電電流Ｉｃの最大値Ｉｐｓは、バッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との接続線等にある若干の抵抗１１の抵抗値ｒと図示しないコンデンサ３内部抵抗との和で、バッテリー１の電圧値ＶＢを除した値になる。すなわち、抵抗値ｒを０．２Ω、図示しないコンデンサ３の内部抵抗を０．２Ω、バッテリー１の電圧値ＶＢを３００Ｖとすると、Ｉｐｓは７５０Ａの大電流になる。そのため、バッテリー１と電動コンプレッサー駆動装置４との間にあるヒューズ６の溶断や、リレー８の接点部が完全に溶着するなど損傷拡大の問題が生じる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、リレー接点の溶着など開閉装置の入出力間短絡故障の検出を確実に行い、ヒューズ溶断や開閉装置の損傷拡大などを防止できる空調装置の提供を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空調装置は、直流電圧発生手段と、直流電圧発生手段に直列に接続される通電手段と、通電手段に流れる電流を検出する通電電流検出手段と、通電手段と並列に接続される開閉装置と、直流電圧発生手段から通電手段を介して充電されるコンデンサと、直流電圧発生手段から開閉装置を介して電力を供給され電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動手段と、開閉装置及び電動コンプレッサー駆動手段を制御する制御手段とを具備する空調装置において、制御手段は、開閉装置を開に制御し、電動コンプレッサー駆動手段を作動させ、通電電流検出手段で通電手段に流れる通電電流を検出し、所定の電流値に基づいて開閉装置の入出力間の短絡故障の有無を判定する開閉装置診断を行うものである。

これにより、リレー接点の溶着など開閉装置の入出力間短絡故障を確実に検出できる。

本発明の空調装置は、リレー接点の溶着など開閉装置の入出力間短絡を確実に検出できるので、ヒューズ溶断や開閉装置の損傷拡大などを防止することが出来る。

第１の発明は、直流電圧発生手段と、直流電圧発生手段に直列に接続される通電手段と、通電手段に流れる通電電流を検出する通電電流検出手段と、通電手段と並列に接続される開閉装置と、直流電圧発生手段から通電手段を介して充電されるコンデンサと、直流電圧発生手段から開閉装置を介して電力を供給され電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動手段と、開閉装置及び電動コンプレッサー駆動手段を制御する制御手段とを具備する空調装置において、制御手段は、開閉装置を開に制御した状態で電動コンプレッサー駆動手段を作動させて通電電流検出手段で通電電流を検出し、所定の電流値に基づいて開閉装置の短絡故障の有無を判定する開閉装置診断を行うものである。

これにより、開閉装置の入出力間短絡を確実に判定することができる。

第２の発明は、第１の発明において、電動コンプレッサー駆動手段による電動コンプレッサーの駆動が停止された後において、制御手段は、開閉装置を開に制御した状態で電動コンプレッサー駆動手段を作動させて通電電流検出手段で検出した通電電流が所定の電流値以下の場合、開閉装置が短絡故障であると判定するもので、電動コンプレッサー駆動手段による電動コンプレッサーの駆動中において、万一にも発生した開閉装置の入出力間短
絡故障を、電動コンプレッサーの駆動停止後に判定する。

従って、開閉装置の入出力間が短絡故障した状態のまま再度電源ＯＮすることによる、ヒューズ溶断や開閉装置の損傷拡大などを確実に防止することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、開閉装置の入出力間電位差を検出する電位差検出手段を具備し、制御手段は、開閉装置を開に制御した状態で電位差検出手段で検出した電位差が所定値以上の場合は開閉装置は正常であると判定し、電動コンプレッサー駆動手段を作動させての開閉装置診断は行わないもので、電位差が所定値以上で開閉装置は正常であると事前に判定できる場合、電動コンプレッサー駆動手段を作動させての開閉装置診断は不要として、迅速な診断が可能となる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、開閉装置は接点を備えているもので、振動等何等かの原因で電気接続不良となる接点接続不良が想定されるリレーの接点溶着を検出し、損傷を防止することができる。

第５の発明は、第１から第４の発明において、自動車に搭載されるもので、自動車に搭載されることで常時振動にさらされる環境にあるため、簡単に診断できる本診断方法は有効である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空調装置の回路図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における開閉装置が正常時のタイミングチャートを、図２（ｂ）は、同じく開閉装置が短絡故障時のタイミングチャートを示す。

図１における図６の従来の空調装置の回路図との相違点は、通電電流検出回路１４が通電装置である充電抵抗９と並列に接続され、通電電流検出回路１４の出力が制御回路１０に接続されている点である。また、電圧検出回路１５が削除されている。さらに、電源スイッチ１６に代わり配置される電源リレー２０は、制御回路１０に制御される電源制御回路１８により駆動される。制御回路１００が制御回路１０となり、その他の従来の空調装置の回路図との共通箇所には、同一の符号を付している。

図２（ａ）により、開閉装置であるリレー８の接点が正常な場合における回路の作動について説明する。

電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が駆動されている状態から、時間ｔ１で電動コンプレッサー５の駆動が停止されると、リレー８は開とされる。このとき、破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに対し、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは、ダイオード１２の順方向の電圧降下分約０．７Ｖ低くなる。

ここで、制御回路１０は、リレー８を開のままにして、電動コンプレッサー駆動装置４を時間ｔ２からｔ３までの短時間作動させる。これにより、コンデンサ３から電動コンプレッサー駆動装置４へ電流が供給され、コンデンサ３の電圧ＶＣは低下する。コンデンサ３の電圧ＶＣは、バッテリー１の電圧ＶＢに対してダイオード１２の順方向の電圧降下分約０．７Ｖ以上に低くなるため、通電装置としての充電抵抗９に相応の電流が流れる。この充電抵抗９に流れる電流は、通電電流検出回路１４で検出されて制御回路１０に伝達される。

従って、制御回路１０は、リレー８の接点は正常と判定する。

次に、図２（ｂ）により、リレー８の接点が溶着した場合における回路の作動について説明する。

電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が駆動されている状態から、時間ｔ１で電動コンプレッサー５の駆動が停止されると、リレー８は開とされる。このとき、リレー８の接点は溶着しているので、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに等しいままである。

ここで、制御回路１０は、リレー８を開のままにして、電動コンプレッサー駆動装置４を時間ｔ２からｔ３までの短時間作動させる。このとき、リレー８の接点は溶着しているので、コンデンサ３の電圧ＶＣはバッテリー１の電圧ＶＢに等しいままである。そのため、通電装置としての充電抵抗９に電流は基本的には流れない。通電電流検出回路１４は、電流値０を制御回路１０に伝達する。

通電電流検出回路１４で検出される値が、例えば１Ａ以上の場合において開閉装置は正常と判定するものとすれば、ここにおいて、制御回路１０はリレー８の接点は短絡故障である溶着と判定する。

これにより、電動コンプレッサー駆動手段４による電動コンプレッサー５の駆動中において発生した開閉装置であるリレー８の入出力間短絡故障即ち接点溶着を、電動コンプレッサー５の駆動停止直後で、電源リレー２０をＯＦＦする前に、検出することができる。制御回路１０は、この故障判定結果を図示しない不揮発性メモリなどに記憶させる。そして、電源制御回路１８に対して、リレー８を交換するまで電源リレー２０を閉にする信号を出力しない。

従って、リレー８の接点が溶着した状態で、再度電源リレー２０をＯＮすることによる、ヒューズ６の溶断やリレー８の接点損傷拡大などを確実に防止することができる。

尚、コンデンサ３の電圧ＶＣがバッテリー１の電圧ＶＢに等しいことで、リレー８の接点は溶着と判定できそうであるが、バッテリー１の電圧ＶＢが変動し低下している場合には、リレー８の接点が溶着していなくてもコンデンサ３の電圧ＶＣがバッテリー１の電圧ＶＢに等しくなる状況があり、必ずしもそのようには断定できない。

（実施の形態２）
図３に本発明の実施の形態２における空調装置の回路図を示す。図３の実施の形態１における図１との相違点は、リレー８の接点間の電位差を検出する電位差検出回路１９が追加接続されている点である。タイミングチャートについては、図２（ａ）、図２（ｂ）と同じである。

図２（ａ）により、リレー８の接点が正常な場合における回路の作動について説明する。ここでは、制御回路１０は、電位差検出回路１９で検出される値が、例えば０．３Ｖ以上の場合において開閉装置は正常と判定するものとする。

電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が駆動されている状態から、時間ｔ１で電動コンプレッサー５の駆動が停止されると、リレー８は開とされる。このとき、破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに対し、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは、ダイオード１２の順方向の電圧降下分約０．７Ｖ低くなる。この電圧は、電位差検出回
路１９で検出され、制御回路１０に伝達される。制御回路１０は、電位差検出回路１９で検出される値が０．７Ｖで０．３Ｖ以上であるため、リレー８の接点は正常と判定する。

これにより、実施の形態１における、電動コンプレッサー駆動手段４を作動させての開閉装置診断は行わない。

次に、図２（ｂ）により、リレー８の接点が溶着した場合における回路の作動について説明する。

電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が駆動されている状態から、時間ｔ１で電動コンプレッサー５の駆動が停止されると、リレー８は開とされる。このとき、リレー８の接点は溶着しているので、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは、破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに等しいままである。制御回路１０は、電位差検出回路１９で検出される値が０Ｖで０．３Ｖ以下であるため、リレー８の接点は正常と判定できない。

これにより、実施の形態１における、電動コンプレッサー駆動手段４を作動させての開閉装置診断を行う。

従って、電位差検出回路１９で検出される電位差が所定値以上で開閉装置であるリレー８は正常であると判定できる場合には、電動コンプレッサー駆動手段４を作動させての開閉装置診断は不要となり、迅速な診断が可能となる。

尚、上記実施の形態においては、バッテリー１の電圧ＶＢに対し、コンデンサ３の電圧ＶＣはダイオード１２の順方向の電圧降下分約０．７Ｖ低い場合を示したが、通電装置を充電抵抗９に代えてトランジスタで構成する定電流回路などにすることにより、より低い電圧降下を得られる。また、電位差検出回路１９は、開閉装置であるリレー８の接点両端の電圧をそれぞれ検出して電位差を算出してもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３においては、電源リレー２０が閉とされ、電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が起動される時の開閉装置診断について説明する。

図４（ａ）は、本発明の実施の形態３における開閉装置が正常時のタイミングチャートであり、図４（ｂ）は、同じく開閉装置が短絡故障時のタイミングチャートである。

図４（ａ）により、リレー８の接点が正常な場合における回路の作動について説明する。

電源制御回路１８により電源リレー２０が閉にされると、充電抵抗９によりバッテリー１からダイオード１２を経由してコンデンサ３に充電される。そして、このコンデンサ３への充電電流は、通電電流検出回路１４にて時間ｔ４まで検出される。時間ｔ４でこの充電電流がなくなることにより、充電完了と判定される。充電完了時、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは、破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに対してダイオード１２の順方向の電圧降下分約０．７Ｖ低くなる。

ここで、制御回路１０は、リレー８を開のままにして、電動コンプレッサー駆動装置４を時間ｔ５からｔ６までの短時間作動させる。これにより、コンデンサ３から電動コンプレッサー駆動装置４へ電流が供給され、コンデンサ３の電圧ＶＣは低下する。コンデンサ３の電圧ＶＣは、バッテリー１の電圧ＶＢに対してダイオード１２の順方向の電圧降下分
約０．７Ｖ以上に低くなるため、通電装置としての充電抵抗９に相応の電流が流れる。この充電抵抗９に流れる電流は、通電電流検出回路１４で検出され、制御回路１０に伝達される。

従って、制御回路１０は、リレー８の接点は正常と判定する。そして、リレー８が閉とされ、電動コンプレッサー駆動装置４により電動コンプレッサー５が起動される。

次に、図２（ｂ）により、リレー８の接点が溶着している場合における回路の作動について説明する。

電源制御回路１８により電源リレー２０が閉にされると、リレー８の接点は溶着しているため、リレー８の接点を経由してコンデンサ３は瞬間に充電される。但し、この場合、リレー８の接点は損傷するが、ヒューズ６は溶断しないとする。このとき、リレー８の接点は溶着しているので、実線で示すコンデンサ３の電圧ＶＣは破線で示すバッテリー１の電圧ＶＢに等しいままである。

ここで、制御回路１０は、リレー８を開のままにして、電動コンプレッサー駆動装置４を時間ｔ５からｔ６までの短時間作動させる。このとき、リレー８の接点は溶着しているので、コンデンサ３の電圧ＶＣはバッテリー１の電圧ＶＢに等しいままである。そのため、通電装置としての充電抵抗９に電流は流れない。通電電流検出回路１４は、電流値０を、制御回路１０に伝達する。制御回路１０は、故障時の電流設定にしたがってリレー８の接点は短絡故障である溶着と判定する。

これにより、電動コンプレッサー駆動手段４による電動コンプレッサー５の起動時において、リレー８の接点溶着を検出することができる。制御回路１０は、この故障判定結果を図示しない不揮発性メモリなどに記憶させる。そして、電源制御回路１８に対して、リレー８を交換するまで電源リレー２０を閉にする信号を出力しない。

従って、リレー８の接点が溶着した状態で、再度電源リレー２０をＯＮすることによる、ヒューズ６溶断、リレー８の接点損傷拡大を防止することができる。

尚、上記各実施例では、電動コンプレッサー駆動手段４により通電電流を流す方法を示したが、通電電流を流す方法としては、電動コンプレッサー駆動手段４により電動コンプレッサー５を作動させる方法、電動コンプレッサー駆動手段４の内部で電力消費する方法等各種考えられる。また、開閉装置として接点のあるリレー８を示したが、半導体で構成しても良い。電位差検出回路１９を回路としたが、マイコンのプログラム処理に置き換えてもよい。さらに、上記実施例では通電回路をダイオード１２と充電抵抗９で構成したため、電位差検出回路１９の判定値を０．３Ｖとしたが、通電装置をトランジスタにより定電流回路等で構成した場合は、適切な値を選定すればよい。

以上のように、本発明にかかる空調装置は、リレー接点の溶着など開閉装置の入出力間短絡故障を検出できるので、電気製品の電源部にも適用できる。負荷として、電動コンプレッサーに限らず、モータ等も使用できる。自動車に限らず、振動、電源変動のある各種移動体にも好適である。

本発明の実施の形態１における空調装置の回路図 （ａ）本発明の実施の形態１における開閉装置が正常時のタイミングチャート、（ｂ）本発明の実施の形態１における開閉装置が短絡故障時のタイミングチャート 本発明の実施の形態２における空調装置の回路図 （ａ）本発明の実施の形態３における開閉装置が正常時のタイミングチャート、（ｂ）本発明の実施の形態３における開閉装置が短絡故障時のタイミングチャート 電動コンプレッサー駆動装置の電流波形図 従来の空調装置の回路図

符号の説明

１ バッテリー（直流電圧発生手段）
３ コンデンサ
４ 電動コンプレッサー駆動装置
５ 電動コンプレッサー
８ リレー（開閉装置）
９ 充電抵抗（通電手段）
１０ 制御回路（制御手段）
１４ 通電電流検出回路
１９ 電位差検出回路

Claims (5)

1. 直流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段に直列に接続される通電手段と、前記通電手段に流れる通電電流を検出する通電電流検出手段と、前記通電手段と並列に接続される開閉装置と、前記直流電圧発生手段から前記通電手段を介して充電されるコンデンサと、前記直流電圧発生手段から前記開閉装置を介して電力を供給され電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動手段と、前記開閉装置及び前記電動コンプレッサー駆動手段を制御する制御手段とを具備する空調装置において、前記制御手段は、前記開閉装置を開に制御した状態で前記電動コンプレッサー駆動手段を作動させて前記通電電流検出手段で通電電流を検出し、所定の電流値に基づいて前記開閉装置の短絡故障の有無を判定する開閉装置診断を行うことを特徴とする空調装置。
2. 電動コンプレッサー駆動手段による電動コンプレッサーの駆動が停止された後において、制御手段は、開閉装置を開に制御した状態で前記電動コンプレッサー駆動手段を作動させて通電電流検出手段で検出した通電電流が所定の電流値以下の場合、前記開閉装置が短絡故障であると判定することを特徴とする請求項１記載の空調装置。
3. 開閉装置の入出力間電位差を検出する電位差検出手段を具備し、制御手段は、前記開閉装置を開に制御した状態で前記電位差検出手段で検出した電位差が所定値以上の場合は前記開閉装置は正常であると判定し、電動コンプレッサー駆動手段を作動させての開閉装置診断は行わないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調装置。
4. 開閉装置は接点を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の空調装置。
5. 自動車に搭載されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の空調装置。