JP2010183665A - コンプレッサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイマ運転時には蓄電池の残り電気量が少なくなってきても可能な限り冷房、保冷運転が継続できるコンプレッサ制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、充放電可能な蓄電池１と、蓄電池の直流を適宜の電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を適宜周波数の交流に変換するＡＣインバータ３と、ＡＣインバータの交流出力によって回転駆動されるコンプレッサ４と、ＡＣインバータの運転時間を設定するタイマ回路１０と、蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池電圧検出回路２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を可変制御し、又はＡＣインバータの交流周波数を可変制御することによりコンプレッサの回転数を制御するコンプレッサ制御回路２１とを備え、タイマ回路が動作中に蓄電池の出力電圧が低下した時には、コンプレッサを低消費電力運転に切り替えて運転継続させることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蓄電池を電源とするコンプレッサの運転を制御するコンプレッサ制御装置に関する。

従来から、コンプレッサなどの負荷を効率的に駆動する装置としてインバータが用いられてきたが、駆動電源を蓄電池とした場合、その蓄電池に蓄えた電気量を超えて使用すると過放電となり、次に蓄電池を充電しても完全に回復しない不具合が発生する。そのため、蓄電池の電圧を監視し、過放電になる前にインバータ運転を停止させる制御が一般的に行われている。

ところが、このような従来のコンプレッサ制御装置では、タイマによる自動運転を行う場合、蓄電池に残っている電気量が十分でないと、タイマ運転の途中で電力不足による保護が働いて装置全体が停止してしまい、例えば、タイマセット後に就寝したり席を外したりした場合に、使用者が意図していない時点で装置が停止することになり、蓄電池保護はできても、使い勝手が悪い問題点があった。

特開平１０−３４１５４１号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、タイマ運転時には蓄電池の残り電気量が少なくなってきても可能な限り冷房装置の冷房運転や保冷装置の保冷運転が継続できるコンプレッサ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の直流を適宜の電圧まで昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する直流電圧を制御して適宜周波数の交流を生成するＡＣインバータと、前記ＡＣインバータの交流出力によって回転し、冷凍サイクル内に冷媒を循環させるコンプレッサと、前記ＡＣインバータの運転時間を設定するタイマ回路と、前記蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池電圧検出回路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を可変制御し、又は前記ＡＣインバータの交流周波数を可変制御することにより前記コンプレッサの回転数を制御するコンプレッサ制御回路とを備え、前記コンプレッサ制御回路は、前記タイマ回路が動作中に前記蓄電池電圧検出回路の検出する蓄電池の出力電圧が設定値を超えて低下した時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＡＣインバータとの少なくとも１つを前記冷凍サイクルの消費電力を抑制し、かつ、前記コンプレッサの運転を継続する低消費電力運転制御機能を備えたコンプレッサ制御装置を特徴とする。

本発明によれば、タイマ回路が動作中に蓄電池の出力電圧が設定値を超えて低下した時には、ＤＣ／ＤＣコンバータとＡＣインバータとの少なくとも１つを冷凍サイクルの消費電力を抑制し、かつ、前記コンプレッサの運転を継続する低消費電力運転制御に切り替えるので、タイマ運転時に蓄電池の残り電気量が少なくなってきても可能な限り冷房装置の冷房運転や保冷装置の保冷運転が継続できる。

本発明の第１〜第４の実施の形態に共通のコンプレッサ制御装置の回路ブロック図。 本発明の第１〜第４の実施の形態に共通のマイクロコンピュータによるタイマ運転時の消費電力抑制運転制御のフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

［第１の実施の形態］図１は、本発明の第１の実施の形態のコンプレッサ制御装置の回路構成を示している。本実施の形態のコンプレッサ制御装置は、充放電可能な２４Ｖ仕様の蓄電池１、この蓄電池１に接続され、蓄電池１の直流を適宜の周波数、電圧の交流に変換して出力する制御回路ユニット２０、この制御回路ユニット２０の交流出力にて回転駆動され、空調装置や保冷装置の冷凍サイクル内に冷媒を循環させるコンプレッサ４から構成されている。

上記の制御回路ユニット２０は、蓄電池１の直流電圧を所定の直流電圧まで昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２、このＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力する直流電圧を制御して適宜周波数の交流を生成してコンプレッサ４に給電する単相フルブリッジ構成のＡＣインバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング素子をドライブするコンバータ用ドライバ２Ａ、ＡＣインバータ３のスイッチング素子をドライブするインバータ用ドライバ３Ａ、蓄電池１の直流電圧を抵抗分圧する分圧回路１１−１、ＡＣインバータ３の入力直流電圧を抵抗分圧する分圧回路１１−２、ＡＣインバータ３の下アームのスイッチング素子とグランド（ＧＮＤ）との間に挿入されたシャント抵抗１５の降下電圧を監視する過電流検出回路１１−３、上記の分圧回路１１−１，１１−２、過電流検出回路１１−３の出力を入力とし、コンバータ用ドライバ２ＡにＰＷＭ信号を出力し、インバータ用ドライバ３Ａに矩形波信号を出力するコンプレッサ制御回路としてのマイクロコンピュータ２１を備えている。そしてこのマイクロコンピュータ２１には、操作パネル１２がＵＡＲＴ端子２２のような接続端子を通じて接続されている。

マイクロコンピュータ２１は、タイマ回路１０、上記の各出力をＡＤ変換するＡＤ変換回路２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２をＰＷＭ制御するためのＰＷＭコントローラ２４、ＡＣインバータ３の出力する擬似正弦波周波数を制御するための波形生成回路２５を備え、メモリに格納されているコンプレッサ制御プログラムを実行する。

操作パネル１２は、制御回路ユニット２０を操作するためのもので、電源をＯＮ／ＯＦＦし、タイマ回路１０に対してタイマ運転時間を設定するスイッチ部１２Ａ、また、電源のＯＮ／ＯＦＦ状態、タイマ運転のＯＮ／ＯＦＦ状態を表示するＬＥＤ等の表示部１２Ｂ、蓄電池電圧低下を報知するための報知部１２Ｃが設けられている。

上記のコンプレッサ制御装置では、蓄電池１は、制御回路ユニット２０の停止時に、図示していない充電装置により充電される。

制御回路ユニット２０の動作時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２にて蓄電池１から供給される直流２４Ｖの電圧を直流１２５Ｖまで昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２はプッシュプルコンバータであり、マイクロコンピュータ２０内のＰＷＭコントローラ２４にてＰＷＭ制御され、デューティ比を変化させることにより出力電圧を直流１００Ｖ〜１３０Ｖまで可変調整できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２にて昇圧された直流電圧は、ＡＣインバータ３によって矩形波の交流電圧に変換される。ＡＣインバータ３は、マイクロコンピュータ２０内の波形生成回路２５にてタイミング調整することにより、出力周波数を４５Ｈｚ〜６５Ｈｚの範囲で可変調整できる。このＡＣインバータ３の出力する矩形波擬似交流出力（通常、１００Ｖ）により負荷であるコンプレッサ４が駆動され、図示していない冷凍サイクルの中に冷媒を循環させる。

マイクロコンピュータ２０のＡＤ変換回路２３には、分圧回路１１−１にて抵抗分圧された蓄電池１からＤＣ／ＤＣコンバータ２へ給電される直流低電圧が入力され、また分圧回路１１−２にて抵抗分圧されたＤＣ／ＤＣコンバータ２の直流高電圧が入力され、ＡＤ変換されてそれぞれ蓄電池電圧、インバータ直流電圧として出力される。また、ＡＤ変換回路２３には過電流検出回路１１−３の検出した降下電圧も入力され、ＡＤ変換されて出力される。

そしてマイクロコンピュータ２０は、図示していない温度センサにて冷却対象空間の温度を検知し、この温度が設定温度を維持するように、蓄電池電圧、インバータ直流電圧に基づきＰＷＭコントロール２４にデューティ比を可変制御させ、波形生成回路２５に周波数を可変制御させ、コンプレッサ４の回転を可変制御する。

タイマ運転時にも、上と同様に冷却対象空間の温度が設定温度に一致するようにコンプレッサ４の回転数を可変制御する。しかしながら、蓄電池電圧が低下して来た場合には、図２に示す消費電力抑制制御に移行することによって、タイマ設定時間が終了するまでコンプレッサ４を低回転にて運転を維持するように制御する。

すなわち、タイマ運転が開始されると、蓄電池電圧を検出し、設定電圧よりも低下していなければ、通常のタイマ運転制御に入り、冷却対象空間の温度が設定温度に一致するようにコンプレッサ４の回転を制御する（ステップＳ１，Ｓ２）。そして、タイマ設定時間が終了すればコンプレッサ４の運転を停止する（ステップＳ３）。

他方、タイマ運転が開始され、マイクロコンピュータ２１はＡＤ変換回路２３から入力される蓄電池１からの入力直流電圧が設定電圧よりも低下していれば、タイマ回路１０の残り運転時間に応じた消費電力抑制運転を開始する（ステップＳ１，Ｓ４）。そして、タイマ設定時間が終了すれば、運転を停止する（ステップＳ５，Ｓ６）。この消費電力抑制運転を行った場合、タイマ運転終了後に、蓄電池電圧低下を報知部１２Ｃにより報知させる（ステップＳ７）。尚、タイマ運転中に蓄電池電圧が設定値よりも低下するようになった場合にも、ステップＳ２でＮＯに分岐し、次のステップＳ１にてＹＥＳに分岐し、ステップＳ４に移行することにより、低下した蓄電池電圧に応じた消費電力抑制運転に移行することができる。

本実施の形態では、消費電力抑制運転は、マイクロコンピュータ２１がＰＷＭコントローラ２４に対してタイマ回路１０の残り運転時間に応じてデューティ比を変化させ、通常よりもオン時間を短くすることによりＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を設定値よりも低下させてコンプレッサ４を低消費電力にて運転する方法を採用している。

このようにして、本実施の形態のコンプレッサ制御装置によれば、例えばスリープモードなどのタイマ運転時に蓄電池電圧が低下しても、タイマ運転の残り運転時間に応じた消費電力抑制運転に移行することにより、使用者に異常を意識させることなくコンプレッサの運転を継続できる。

また、タイマ運転の終了後には蓄電池の充電が必要であることを、蓄電池電圧低下を報知することで使用者に知らせることができ、過放電による蓄電池へのダメージも抑制することができる。

［第２の実施の形態］本発明の第２の実施の形態のコンプレッサ制御装置について説明する。第２の実施の形態のコンプレッサ制御装置における制御回路ユニット２０の構成は第１の実施の形態と共通であるが、マイクロコンピュータ２１が行うタイマ運転時の低消費電力運転制御の方法が第１の実施の形態とは異なる。

本実施の形態では、タイマ運転時に蓄電池電圧が設定値よりも低下した場合、マイクロコンピュータ２１は波形生成回路２５に対してＡＣインバータ３の出力周波数を低下させる指令を与え、タイマ回路１０の残り運転時間に応じて周波数を可変調整し、消費電力抑制運転を行う。

これにより、本実施の形態にあっても、タイマ運転時に蓄電池電圧が低下しても、タイマ運転の残り運転時間に応じた消費電力抑制運転に移行することにより、使用者に異常を意識させることなくコンプレッサの運転を継続できる。また、タイマ運転の終了後には蓄電池の充電が必要であることを蓄電池電圧低下を報知することで使用者に知らせることができ、過放電による蓄電池へのダメージも抑制することができる。

［第３の実施の形態］本発明の第３の実施の形態のコンプレッサ制御装置は、第１、第２の実施の形態に対して、蓄電池電圧低下の検出方法が異なり、マイクロコンピュータ２１が分圧回路１１−２からＡＤ変換回路２３を経て入力されるＤＣ／ＤＣコンバータ２の直流高電圧が設定値よりも低下したか否かにより蓄電池電圧の低下を判断することを特徴とする。通常、この直流高電圧は１２５Ｖに設定しているが、蓄電池電圧が低下すればＤＣ／ＤＣコンバータ２により昇圧した直流電圧もこの設定値には届かなくなる。

マイクロコンピュータ２１は、タイマ運転時にこのＤＣ／ＤＣコンバータ２の直流高電圧を監視し、設定値よりも低下すれば蓄電池電圧が低下していると判断し、第１、第２の実施の形態と同様に図２の消費電力抑制運転を行う。

本実施の形態によれば、マイクロコンピュータ２１が通常、異常判定に用いるＤＣ／ＤＣコンバータ２の直流高電圧が設定値よりも低下する場合に蓄電池電圧低下を判断するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の異常検出回路を利用できる利点がある。

［第４の実施の形態］本発明の第４の実施の形態のコンプレッサ制御装置は、第１、第２の実施の形態に対して、蓄電池電圧低下の検出方法が異なり、マイクロコンピュータ２１がＡＣインバータ３のスイッチング素子とグランドとの間に挿入されたシャント抵抗１５の降下電圧により過電流を検出する過電流検出回路１１−３からＡＤ変換回路２３を経て入力される信号に基づき、降下電圧が所定値よりも小さく、したがってＡＣインバータ３の入力電流が設定値を下回るまで低下したか否かにより蓄電池電圧の低下を判断することを特徴とする。

マイクロコンピュータ２１は、タイマ運転時にこのシャント抵抗１５の降下電圧を監視し、電圧降下幅が設定値よりも小さくなれば蓄電池電圧が低下していると判断し、第１、第２の実施の形態と同様に図２の消費電力抑制運転を行う。

本実施の形態によれば、マイクロコンピュータ２１が通常、異常判定に用いるＡＣインバータ３のスイッチング素子とグランドとの間に挿入されたシャント抵抗１５の降下電圧が設定値よりも小さくなる場合に蓄電池電圧低下を判断するようにしたので、ＡＣインバータ３の異常検出回路を利用できる利点がある。

１ 蓄電池 ２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２Ａ ドライバ ３ ＡＣインバータ
３Ａ ドライバ ４ コンプレッサ
１０ タイマ回路 １１−１，１１−２ 分圧回路
１１−３ 過電流検出回路 １２ 操作部
１２Ａ 電源スイッチ １２Ｂ 表示部
１２Ｃ 報知部 １５ シャント抵抗
２０ 制御回路ユニット ２１ マイクロコンピュータ
２２ ＵＡＲＴ ２３ ＡＤ変換回路
２４ ＰＷＭコントローラ ２５ 波形生成回路

Claims (7)

1. 充放電可能な蓄電池と、
   前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の直流を適宜の電圧まで昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する直流電圧を制御して適宜周波数の交流を生成するＡＣインバータと、
   前記ＡＣインバータの交流出力によって回転し、冷凍サイクル内に冷媒を循環させるコンプレッサと、
   前記ＡＣインバータの運転時間を設定するタイマ回路と、
   前記蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池電圧検出回路と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を可変制御し、又は前記ＡＣインバータの交流周波数を可変制御することにより前記コンプレッサの回転数を制御するコンプレッサ制御回路とを備え、
   前記コンプレッサ制御回路は、前記タイマ回路が動作中に前記蓄電池電圧検出回路の検出する蓄電池の出力電圧が設定値を超えて低下した時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＡＣインバータとの少なくとも１つを前記冷凍サイクルの消費電力を抑制し、かつ、前記コンプレッサの運転を継続する低消費電力運転制御機能を備えたことを特徴とするコンプレッサ制御装置。
2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＷＭデューティ比を制御することで出力電圧を可変制御するＰＷＭデューティ比制御回路を備え、
   前記コンプレッサ制御回路は、前記低消費電力運転制御機能の起動時には、前記タイマ回路による残り運転時間に応じて前記ＰＷＭデューティ比制御回路のＰＷＭデューティ比を変化させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を調整させることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ制御装置。
3. 前記ＡＣインバータは、単相フルブリッジ構成であり、かつ、出力周波数を可変制御する出力周波数制御回路を備え、
   前記コンプレッサ制御回路は、前記低消費電力運転制御機能には、前記タイマ回路による残り運転時間に応じて前記出力周波数制御回路の出力周波数を変化させ、前記ＡＣインバータの出力周波数を調整させることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ制御装置。
4. 前記蓄電池電圧検出回路は、前記蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータとの間の直流電圧を抵抗分圧した電圧を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンプレッサ制御装置。
5. 前記蓄電池電圧検出回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータとＡＣインバータとの間の直流電圧を抵抗分圧した電圧を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンプレッサ制御装置。
6. 前記蓄電池電圧検出回路は、前記ＡＣインバータのスイッチング素子とグランドとの間に挿入されたシャント抵抗の降下電圧を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンプレッサ制御装置。
7. 蓄電池電圧低下を報知する電圧低下報知回路を備え、
   前記コンプレッサ制御回路は、前記低消費電力運転制御を行い、前記タイマ回路の動作が終了した時には、前記電圧低下報知回路を動作させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコンプレッサ制御装置。

Images