JP3847011B2 - 自動車の電気システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載の直流電源を動力源とする車両空調用コンプレッサを駆動する自動車の電気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の車両空調用コンプレッサを駆動する車両空調用の電気システム図である。図４において、１は直流電源、２は電源の主スイッチ、３はインバータ、４はコンプレッサ５を駆動する交流電動機、６は空調システムを示す。空調システム６は冷媒液循環系６１とエバポレータ等の空調機器類６２で構成される。インバータ３はＰＷＭインバータであり、その制御は公知技術であるので、ここでの説明は省略する。
図５は、図４のインバータの回路構成図である。３１は半導体スイッチ部、３２は入力電圧平滑コンデンサ、３３は入力電圧平滑コンデンサ３２の初期充電回路で、この初期充電回路３３は、リレー３３１とダイオード３３２と抵抗３３３で構成されている。
【０００３】
次に、図４および図５で、インバータ３の始動について説明する。
自動車始動時、主スイッチ２がオンすると、インバータ３の入力に直流電源１の電圧が印加される。この時、初期充電回路３３のリレー３３１がオンしていると、入力電圧平滑コンデンサ３２の電圧は直流電源１の電圧値の約２倍になる。これは、直流電源１と入力電圧平滑コンデンサ３２間の配線のインダクタンス（図示せず）と入力電圧平滑コンデンサ３２とで共振するためである。このため、主スイッチ２をオンする時、リレー３３１はオフにしておき、ダイオード３３２と抵抗３３３を介して非共振型充電にして、直流電源１の電圧値に充電し、その後リレー３３１をオンする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の車載機器は、小形・軽量、低価格、耐振性、高信頼性が要求されており、図４に示した空調用の電気システムも同様の要求がある。
しかしながら、車載の直流電源を動力源とする従来の空調用の電気システムでは、
１）直流電源は１２Ｖと低い。また高くても４８Ｖ以下である。
自動車用空調システムの動力は１ｋＷ以上である。電気自動車や家庭の空調用インバータの入力電圧は１２０Ｖ以上として、機器の通流電流値を小さくしている。これに対して、インバータの入力電圧が１２Ｖになると、機器の通流電流が１０倍と大電流となるため、機器の損失増大、寸法増大、高価格化となる。
また機械的リレーは耐振性に弱い。このようなことから、空調用を始めとする車載機器
の電源はなるべく高い電圧であることおよび機械的リレーを無くすことが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、空調用のシステム機器の小型・軽量化が可能であるとともに、運転効率の向上を図ることができる自動車の電気システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電圧を高めれば、機器の小型化、高効率化が出来ることに着目してなされたものであり、上記課題を解決するために、本発明は、車載の直流電源から自動車の空調用コンプレッサを駆動する電気システムにおいて、前記車載の第一の直流電源から昇圧チョッパにより前記第一の直流電源の電圧より高い電圧を発生する第二の直流電源を構成し、この第二の直流電源に半導体スイッチを介してインバータを接続し、このインバータにより前記コンプレッサ用交流電動機を駆動するようにした自動車の電気システムにおいて、半導体スイッチによりインバータの入力平滑コンデンサの初期充電を行うようにするのがよい。
さらに、上記自動車の電気システムにおいて、前記インバータの直流入力電圧値は空調用コンプレッサの負荷の大きさに応じて、前記昇圧チョッパにより可変するようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施形態を示す自動車の電気システムの回路構成図で、請求項１に記載した発明の実施形態に相当する。図１において、図４の従来例と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。図１において、従来例と相違する点は、インバータ３ａの直流電源側に昇圧チョッパ回路１０ａを挿入した点および昇圧チョッパ回路１０ａとインバータ３ａの間に半導体スイッチ１６を挿入した点である。なお、１１はＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、１２は電流平滑リアクトル、１３はダイオード、１４は入力コンデンサ、１５は出力コンデンサである。
このような本実施例によれば、車載の第一の直流電源１から昇圧チョッパ１０ａを介して第二の高圧直流電源を構成することができ、前記第一の直流電源１の電圧より高い電圧の第二の直流電源でインバータ３ａを介してコンプレッサ駆動用電動機４を駆動することができるので、インバータ３ａやコンプレッサ駆動電動機４の通流電流を低減でき、空調システム機器の小型化、高効率化が可能となる。
【０００９】
また、昇圧チョッパ１０ａとインバータ３ａの間にＭＯＳＦＥＴなどで構成された半導体スイッチ１６を挿入したことにより、インバータ３ａの入力平滑コンデンサ３２の初期充電回路を省略することができる。
【００１０】
図１のシステムの動作を図２により説明する。図２は図１の動作タイムチャートと各部動作波形を示す動作説明図である。
時刻Ｔ１で主スイッチ２をオンすると、直流電源１の電圧が昇圧チョッパ回路１０ａの入力に印加されるので、昇圧チョッパ回路１０ａの電流平滑リアクトル１２、ダイオード１３を介して、出力電圧平滑コンデンサ１５の電圧は前述の共振作動により、直流電源１の電圧値Ｖｄの約２倍に充電される。出力電圧平滑コンデンサ１５の充電電圧が直流電源１の電圧値の約２倍になるが、インバータ３ａの入力電圧値（入力電圧平滑コンデンサ３２の電圧値）は直流電源１の電圧値の２倍以上としているので問題はない。スイッチ１６はオフしているので、インバータ入力電圧は零である。
【００１１】
次に、時刻Ｔ２でスイッチ１６をオンして、インバータ３ａの入力に昇圧チョッパ１０ａの出力電圧を加える。昇圧チョッパ１０の出力電圧平滑コンデンサ１５の容量は入力電圧平滑コンデンサ３２の容量に対して無視出きる程小さいので、スイッチ１６のオン後に一旦零になり、その後に電流平滑リアクトル１２との共振で直流電源１の電圧値Ｖｄの約２倍の電圧に充電され、その後ほぼ一定に保たれる。 時刻Ｔ３で昇圧チョッパ１０ａを作動させて（スイッチ１１をスイッチングして）昇圧チョッパ１０ａの出力電圧（インバータ３ａの入力電圧）を目標値（図２ではＶｓ）になるように制御する。 インバータ３ａの入力電圧が目標値に達した時刻Ｔ４以降にインバータ３ａを作動させて空調システムを駆動させる。
空調システムの作動終了迄、スイッチ１６はオン、昇圧チョッパ１０ａは作動を継続させる。図２の上述の説明では、時刻Ｔ２でスイッチ１６をオンする場合で示したが、スイッチ１６をスイッチング（オンとオフの繰り返し）によって、インバータ３ａの入力電圧をたち上げることも可能である。
【００１２】
図３は図１の回路システムのインバータの動作について示したもので本発明の請求項３に相当する実施形態であり、インバータの直流入力電圧値を空調の負荷の大きさに応じて、昇圧チョッパにより可変するようにしたものである。
図３において、Ｖinはインバータ入力電圧、Ｎは電動機回転数である。空調の負荷の大きさに応じて、空調用コンプレッサ駆動用電動機４の回転数を調整して動力を調整する場合、インバータの入力電圧も併せて調整する。回転数制御としては，空調システムの効率が最大となるように制御する方法等がある。図３の図示例では、インバータ入力電圧は電動機回転数に比例させる場合で示してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す自動車の電気システムの回路構成図
【図２】 図１の動作説明図
【図３】 図１の動作説明図
【図４】 従来の自動車空調用の電気システム図
【図５】 図４のインバータの回路構成図
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 主スイッチ
３ａ インバータ
４ コンプレッサ駆動用電動機
５ 空調用コンプレッサ
６ 空調システ
１０ａ 昇圧チョッパ
１１ 半導体スイッチ
１６ 半導体スイッチ

Claims (2)

1. 車載の直流電源から自動車の空調用コンプレッサを駆動する電気システムにおいて、前記車載の第一の直流電源から昇圧チョッパにより前記第一の直流電源の電圧より高い電圧を発生する第二の直流電源を構成し、この第二の直流電源に半導体スイッチを介してインバータを接続し、このインバータにより前記コンプレッサ用交流電動機を駆動するようにした自動車の電気システムにおいて、前記半導体スイッチを用いて前記インバータの入力電圧平滑コンデンサの初期充電を行うことを特徴とする自動車の電気システム。
2. 請求項１に記載の自動車の電気システムにおいて、前記空調用コンプレッサの負荷に応じて、前記昇圧用チョッパによりインバータの入力電圧を制御することを特徴とする自動車の電気システム。

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