JPWO2008108020A1 - 車載空気調和機用インバータシステム - Google Patents

Abstract

高電圧印加による破損等を防ぐことのできる車載空気調和機用インバータシステムを提供することを目的とする。車載空気調和機用の圧縮機のモータ３０の作動を制御するインバータシステム２０において、モータ制御マイコン２４を、車載バッテリ電源５０から供給される電圧を低電圧に変換することで作動するようにした。これにより、高電圧回路Ｃｂの故障診断を、高電圧電源４０を投入しない状態で、モータ制御マイコン２４を作動させて実行させる。この故障診断は、高電圧回路Ｃｂに高電圧電源４０からの電源供給を行わない状態で行えるため、高電圧回路Ｃｂに何らかの故障が生じていた場合にも、高電圧印加によって高電圧回路Ｃｂが壊れるのを防ぐ。

Description

本発明は、車載空気調和機用インバータシステムに関する。

車載用空気調和機を構成する圧縮機を駆動するモータは、インバータシステムによりその動作が制御されている。
図２に示すように、従来、インバータシステム１は、モータ２を駆動するため高電圧電源３から供給される１００Ｖ以上の高電圧を、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ電源４により５Ｖ程度に変換した低電圧により動作していた。このインバータシステム１は、車載用空気調和機のコントロール等のために、通信インターフェイス５を介して上位ＥＣＵ６と通信を行う。ここで、インバータシステム１に対する上位ＥＣＵ６等を含む車両の他の電装系統は車載バッテリ電源７から供給される１２Ｖ、２４Ｖといった電圧によって動作している。モータ２を駆動するための高電圧が何らかの原因で他の電装系統に印加されると故障に繋がるため、インバータシステム１と他の電装系統とは、フォトカプラ等の絶縁型の通信コネクタ８によって、絶縁しつつ通信が行えるようになっている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第３１５２１５４号公報 特許第３３５１３３０号公報

近年、車両の制御の高度化に伴い、車両の電装系統各部の故障診断等も行われている。しかし従来のインバータシステム１においては、高電圧電源３側を立ち上げないとインバータシステム１を司るモータ制御マイコン９が起動できない。つまり、車載バッテリ電源７の投入と同時に上位ＥＣＵ６とインバータシステム１の通信を確立させることができない。したがって、車載バッテリ電源７を投入したのみでは、高電圧電源３側から電源供給を受ける回路の故障診断を行うことができない。
そこで、故障診断を行うため、高電圧電源３側からインバータシステム１に電源を供給すると、モータ２を駆動するためのスイッチング素子１０等が短絡故障しているような場合、モータ２側とインバータシステム１側とで接地を共有しているため、高電圧電源３側からインバータシステム１に高電圧が印加され、モータ２やインバータシステム１がともに破損してしまう可能性がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、高電圧印加による破損等を防ぐことのできる車載空気調和機用インバータシステムを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、モータを回転駆動させるためのスイッチング素子と、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、ゲート回路への電流の供給を制御する制御回路と、インバータシステムの外部から制御回路に対する指令を行う上位制御回路との通信を行う通信インターフェイスと、を備える。そして、この車載空気調和機用インバータシステムは、モータに予め定められた第一の電圧を印加する第一の電源とは絶縁されるとともに、上位制御回路に第一の電圧よりも低い第二の電圧を印加する第二の電源から電圧供給を受けることを特徴とする。
第一の電源とは絶縁されるとともに、第二の電源から電圧供給を受けるには、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができる。
これにより、第一の電源から第一の電圧が印加される回路で短絡等が生じていた場合にも、車載空気調和機用インバータシステム側に第一の電圧が印加されることはなく、車載空気調和機用インバータシステムの故障を防ぐことができる。

また、第一の電源から第一の電圧を印加しているときのスイッチング素子の温度を検出する温度検出回路をさらに備えた場合、制御回路では、温度検出回路で検出されたスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の診断を行い、その診断結果を示す情報を診断結果情報記憶部に格納することができる。スイッチング素子やモータに異常が生じていれば、スイッチング素子の温度が高温になる。したがって、制御回路においては、温度検出回路で検出されたスイッチング素子の温度が、予め定めた上限を超えたか否かを診断する。スイッチング素子の温度が予め定めた上限を超えていれば、スイッチング素子あるいはモータに異常が生じていると診断することができる。
さらに、制御回路では、第一の電源から第一の電圧がモータに印加されない状態で第二の電源から電圧供給を受けたときに、診断結果情報記憶部に格納された診断結果を示す情報を参照することができる。「スイッチング素子の温度が予め定めた上限を超えた」という診断結果を示す情報が格納されている場合、その履歴情報に基づき、モータを駆動するための処理を中止する等の制御が行える。
また、診断結果情報記憶部には、制御回路における診断結果を示す情報を履歴情報として記憶させ、サービス時等に取り出せるようにしても良い。

制御回路は、診断結果情報記憶部に格納された診断結果を示す情報を、上位制御回路に通知することもできる。ここで、診断結果を示す情報を上位制御回路に通知するタイミングは特に限定する意図はなく、スイッチング素子の温度が予め定めた上限を超えた時点で上位制御回路に通知し、上位制御回路側でモータの駆動を中止させたり、「スイッチング素子の温度が予め定めた上限を超えた」という履歴情報を記憶しておくようにしても良い。また、システムの起動時に、制御回路では、第一の電源から第一の電圧がモータに印加されない状態で第二の電源から電圧供給を受けたときに、診断結果情報記憶部に格納された診断結果を示す情報を参照し、その情報を上位制御回路に通知することもできる。

また、高電圧電源からスイッチング素子に流れている電流を検出し、その検出結果を制御回路に通知する電流検出回路をさらに備える場合、制御回路は、第一の電源から第一の電圧がモータに印加されない状態で第二の電源から電圧供給を受けたときに、電流検出回路における電流の検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて電流検出回路の故障診断処理を行うこともできる。

第一の電源からスイッチング素子に印加される電圧を検出し、その検出結果を制御回路に通知する電圧検出回路をさらに備える場合、制御回路は、第一の電源から第一の電圧がモータに印加されない状態で第二の電源から電圧供給を受けたときに、電圧検出回路における電圧の検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて電圧検出回路の故障診断処理を行うこともできる。

これ以外にも、制御回路は、第一の電源から第一の電圧がモータに印加されない状態で第二の電源から電圧供給を受けたときに、前記の温度検出回路や温度センサの検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて温度検出回路や温度センサの故障診断処理を行うこともできる。

ところで、車載空気調和機用インバータシステムは、第二の電源から供給される電圧を、第一の電圧および第二の電圧と異なる第三の電圧に変換して制御回路に供給するコンバータをさらに備えることができる。このコンバータは、絶縁型とするのが好ましい。
また、通信インターフェイスは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信やシリアル通信等で行うものとすることができる。

本発明によれば、車載用空気調和機を構成する圧縮機を駆動するための回路の故障診断を、高電圧を印加することなく行うことが可能となる。その結果、高電圧による破損等を防いで回路保護機能に優れた車載用空気調和機を提供することが可能となる。

本実施の形態における車載用空気調和機のインバータシステムの構成を示す図である。 従来の車載用空気調和機のインバータシステムの構成を示す図である。

符号の説明

２０…インバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）、２１…スイッチング素子、２２…ゲート回路、２３…電流検出回路、２４…モータ制御マイコン（制御回路）、２５…不揮発性メモリ（診断結果情報記憶部）、２６…絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ、２７…通信回路（通信インターフェイス）、２７ａ…通信ドライバ、２７ｂ…フォトカプラ、３０…モータ、４０…高電圧電源（第一の電源）、５０…車載バッテリ電源（第二の電源）、６０…上位ＥＣＵ（上位制御回路）、７０…ＣＡＮバス、Ｃａ…モータ制御回路、Ｃｂ…高電圧回路、Ｃｃ…電気系回路

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるインバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）２０の構成を説明するための図である。
図１に示すように、インバータシステム２０は、車載用空気調和機を構成する圧縮機の駆動源となるモータ３０の駆動を制御するものである。

インバータシステム２０は、スイッチング素子２１と、ゲート回路２２と、電流検出回路２３と、モータ制御マイコン（制御回路）２４と、不揮発性メモリ（診断結果情報記憶部）２５とを備える。
一般に、車両には、１５０Ｖ仕様や３００Ｖ仕様のものがあり、モータ３０は、高電圧バッテリや発電機等の高電圧電源（第一の電源）４０から供給される、例えば、１５０Ｖや３００Ｖといった高電圧（第一の電圧）により駆動される。
スイッチング素子２１は、このモータ３０を駆動するため、高電圧電源４０から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、モータ３０に出力する。
ゲート回路２２は、モータ制御マイコン２４の制御により、スイッチング素子２１のゲートを駆動する。

電流検出回路２３は、高電圧電源（第一の電源）４０からスイッチング素子２１に流れる電流を検出し、その検出値をモータ制御マイコン２４に出力する。
モータ制御マイコン２４は、電流検出回路２３から入力される電流の検出値に基づき、ゲート回路２２への出力をフィードバック制御する。

さて、これらスイッチング素子２１、ゲート回路２２、電流検出回路２３、モータ制御マイコン２４、不揮発性メモリ２５からなるインバータシステム２０のモータ制御回路ＣａのＧＮＤは、高電圧電源４０から高電圧が供給される高電圧回路ＣｂのＧＮＤと同電位（高電圧系ＧＮＤ）である。
そして、モータ制御回路Ｃａは、例えば５Ｖといった低電圧（第三の電圧）で作動する。モータ制御回路Ｃａに対する電圧供給は、車載バッテリ電源（第二の電源）５０から供給される、例えば１２Ｖ、２４Ｖといったバッテリ電圧（第二の電圧）を、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２６において前記の低電圧に変換する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、絶縁型であり、モータ制御回路Ｃａと、車載バッテリ電源５０から供給されるバッテリ電圧によって作動する車両の他の電気系回路Ｃｃとを絶縁している。

モータ制御マイコン２４は、上位ＥＣＵ（上位制御回路）６０からの指令信号に基づき、モータ３０を駆動・制御する。このため、インバータシステム２０は、車載の各電装機器の制御を司るＥＣＵ間の通信を行うためのＣＡＮバス７０に対し、通信回路（通信インターフェイス）２７を介してＣＡＮ通信が行えるようになっている。この通信回路２７は、ＣＡＮ通信を司る通信ドライバ２７ａと、通信ドライバ２７ａとモータ制御マイコン２４との間で電気的絶縁を確保しつつデータのやり取りを行うためのフォトカプラ２７ｂとから構成されている。通信ドライバ２７ａとモータ制御マイコン２４との間で電気的絶縁を確保しつつデータのやり取りを行うことができるのであれば、フォトカプラ２７ｂ以外のインターフェイスを用いても良い。

さて、このようなインバータシステム２０においては、モータ制御マイコン２４が、高電圧回路Ｃｂの故障を診断する機能を有している。例えば、高電圧回路Ｃｂ内のモータ３０やスイッチング素子２１が故障している場合、高電圧電源４０から電圧印加、電流供給するとスイッチング素子２１の温度が高温となる。
そこで、スイッチング素子２１に備えたサーミスタ（温度センサ）により、スイッチング素子２１の温度を検出し、サーミスタの抵抗値として温度検出回路２８に出力する。温度検出回路２８においては、サーミスタの抵抗値を電圧に変換してモータ制御マイコン２４に出力する。
モータ制御マイコン２４においては、温度検出回路２８から入力される電圧を検出することで、スイッチング素子２１の温度をモニタリングし、検出温度が予め定めたしきい値（上限値）を超えているか否かを判断する。検出温度が前記のしきい値を超えたときに、モータ３０やスイッチング素子２１が故障していると判断（診断）する。

モータ制御マイコン２４は、故障が発生していると判断した場合、その判断結果の情報を、通信回路２７、ＣＡＮバス７０を介して上位ＥＣＵ６０に伝達することができる。
また、モータ制御マイコン２４は、スイッチング素子２１の検出温度がしきい値を超えたという履歴情報、あるいは故障が発生したという履歴情報をＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ２５に記憶させる。そして、モータ制御マイコン２４においては、起動時に不揮発性メモリ２５を参照する。その結果、不揮発性メモリ２５に故障が発生したとの履歴情報が記憶されている場合、モータ制御マイコン２４においては、その後にモータ３０の駆動させるための処理を中止することができる。また、不揮発性メモリ２５に故障が発生したとの履歴情報が記憶されている場合、モータ制御マイコン２４においては、上位ＥＣＵ６０にその旨を通知することができる。その場合、上位ＥＣＵ６０において、その後にモータ３０の駆動させるための処理を中止するようにしても良い。
また、不揮発性メモリ２５に記憶された履歴情報は、車両のサービス時等において車両の外部から診断ツールを接続することで確認することもできる。これにより、故障の発生履歴を取り出すことができる。

さて、モータ制御マイコン２４においては、電流検出回路２３の故障診断を行うこともできる。高電圧電源４０から高電圧がモータ３０に印加されない状態で車載バッテリ電源５０から電圧供給を受けたときに、電流検出回路２３では、スイッチング素子２１に対してゲート回路２２から流れる電流を検出する。モータ制御マイコン２４では、このときの電流検出回路２３における電流の検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かを判断し、検出値が前記の範囲を外れたときに、電流検出回路２３が故障しているとして、電流検出回路２３の故障診断処理を行うこともできる。

また、高電圧電源４０からスイッチング素子２１に印加される電圧を検出し、その検出結果をモータ制御マイコン２４に通知する電圧検出回路２９をさらに備えることもできる。この場合、モータ制御マイコン２４は、通常の運転状態において、電圧検出回路２９における電圧の検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて、高電圧電源４０からスイッチング素子２１への印加電圧の異常の発生の有無をモニタリングすることができる。モニタリングの結果、高電圧電源４０からスイッチング素子２１への印加電圧に異常があれば、モータ３０の駆動を中止する等の処理を行うことができる。
また、高電圧電源４０から高電圧がモータ３０に印加されない状態で車載バッテリ電源５０から電圧供給を受けたときに、電圧検出回路２９における電圧の検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて電圧検出回路２９の故障診断処理を行うこともできる。高電圧電源４０から高電圧がモータ３０に印加されない状態では、電圧検出回路２９における電圧の検出値は０Ｖとなっているはずである。電圧検出回路２９における電圧の検出値が予め定めた範囲内から外れている場合、電圧検出回路２９自体に異常があると診断することができる。

これ以外にも、モータ制御マイコン２４は、高電圧電源４０から高電圧がモータ３０に印加されない状態で車載バッテリ電源５０から電圧供給を受けたときに、前記の温度検出回路２８やスイッチング素子２１のサーミスタの検出値を参照し、検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて温度検出回路２８やスイッチング素子２１のサーミスタの故障診断処理を行うこともできる。
このようにして、インバータシステム２０自体の自己診断を行うこともできるようになっている。

このとき、モータ制御マイコン２４は、前述したように、車載バッテリ電源５０から供給される電圧を所定の低電圧に変換することで作動する。したがって、上記のモータ３０やスイッチング素子２１の故障履歴を参照しての故障診断処理は、高電圧電源４０を投入しない状態で、モータ制御マイコン２４を作動させて実行することができる。また、電流検出回路２３、電圧検出回路２９、温度検出回路２８、スイッチング素子２１のサーミスタ等の自己診断処理も、高電圧電源４０を投入しない状態で、モータ制御マイコン２４を作動させて実行することができる。
これにより、ユーザが車両を使用するに際してキーを操作することで車載バッテリ電源５０から車両の電装系統に電圧が印加されると、モータ制御マイコン２４による故障診断が行われるようにすることができる。この故障診断は、高電圧回路Ｃｂに高電圧電源４０からの電源供給を行わない状態で行えるため、何らかの故障が生じていた場合にも、高電圧印加によって高電圧回路Ｃｂが壊れるのを防ぐことができる。また、モータ制御回路Ｃａは高電圧回路Ｃｂとは別電源で駆動されているため、モータ制御回路Ｃａが悪影響を受けることもない。
また、通信回路２７の通信ドライバ２７ａも、車載バッテリ電源５０から供給される電圧を所定の低電圧に変換することで作動する。したがって、モータ制御マイコン２４と上位ＥＣＵ６０との通信も、高電圧電源４０を投入しない状態で実行することができる。
これにより、高電圧回路Ｃｂに高電圧電源４０からの電源供給を行わない状態で行ったモータ制御マイコン２４による故障診断結果を上位ＥＣＵ６０に通知し、故障が発生していた場合にはモータ３０の駆動開始を中止し、システム全体を保護することができる。また、不揮発性メモリ２５に記憶された履歴情報は、車両のサービス時等において車両の外部から診断ツールを接続することで確認することもできるが、このときも車載バッテリ電源５０から供給される電圧をインバータシステム２０に印加するのみで不揮発性メモリ２５にアクセスすることが可能となる。

このようにして、上記構成により、車載用空気調和機を構成する圧縮機を駆動するための回路の故障診断を、高電圧を印加することなく行うことが可能となる。その結果、高電圧による破損等を防いで回路保護機能に優れた車載用空気調和機を提供することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、インバータシステム２０の回路構成等について説明したが、本願発明の主旨を実現するための機能を発揮することができるのであれば、その具体的構成を変更しても何らの支障はない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

Claims (8)

1. 車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、
   前記モータを回転駆動させるためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、
   前記ゲート回路への電流の供給を制御する制御回路と、
   前記インバータシステムの外部から前記制御回路に対する指令を行う上位制御回路との通信を行う通信インターフェイスと、を備え、
   前記モータに予め定められた第一の電圧を印加する第一の電源とは絶縁されるとともに、
   前記上位制御回路に前記第一の電圧よりも低い第二の電圧を印加する第二の電源から電圧供給を受けることを特徴とする車載空気調和機用インバータシステム。
2. 前記第一の電源から前記第一の電圧を印加しているときの前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記温度検出回路で検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて前記スイッチング素子の診断を行い、その診断結果を示す情報を診断結果情報記憶部に格納するとともに、
   前記第一の電源から前記第一の電圧が前記モータに印加されない状態で前記第二の電源から電圧供給を受けたときに、前記診断結果情報記憶部に格納された前記診断結果を示す情報を参照することを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
3. 前記制御回路は、前記診断結果情報記憶部に格納された前記診断結果を示す情報を、前記上位制御回路に通知することを特徴とする請求項２に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
4. 前記第一の電源から前記スイッチング素子に流れている電流を検出し、その検出結果を前記制御回路に通知する電流検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記第一の電源から前記第一の電圧が前記モータに印加されない状態で前記第二の電源から電圧供給を受けたときに、前記電流検出回路における電流の検出値を参照し、前記検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて前記電流検出回路の故障診断処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
5. 前記第一の電源から前記スイッチング素子に印加される電圧を検出し、その検出結果を前記制御回路に通知する電圧検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記第一の電源から前記第一の電圧が前記モータに印加されない状態で前記第二の電源から電圧供給を受けたときに、前記電圧検出回路における電圧の検出値を参照し、前記検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて前記電圧検出回路の故障診断処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
6. 前記第二の電源から供給される電圧を、前記第一の電圧および前記第二の電圧と異なる第三の電圧に変換して前記制御回路に供給する絶縁型のコンバータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
7. 前記通信インターフェイスは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
8. 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、前記第一の電源とは絶縁されるとともに、前記第二の電源から電圧供給を受けることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。

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