JP2005261040A

JP2005261040A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2005261040A
Application number: JP2004067380A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Otagaki; 和久太田垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP4121972B2

Abstract

【課題】リレー溶着検出用の回路を新たに追加すること無く、昇圧回路のあるインバータ装置におけるリレーの溶着を的確に検出する。
【解決手段】リレー（メインリレー３、突入電流防止リレー６）とインバータ５間に設けられた昇圧回路４と、インバータ５に並列接続されたコンデンサＣ１と、昇圧回路４、リレー（メインリレー３、突入電流防止リレー６）及びインバータ５を制御する制御装置８とを備える。制御装置８は、コンデンサＣ１の端子電圧を検出する検出手段（充電電圧検出回路１９）を有し、リレー（メインリレー３、突入電流防止リレー６）を解裂した状態で昇圧回路４の出力を設定最大電圧まで昇圧させたとき、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高いか否かの溶着検出処理を実行する。コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合は、リレー（メインリレー３、突入電流防止リレー６）の溶着と判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源よりリレーを介してインバータに電力を供給するインバータ装置に関するものである。

従来より電気モータを使用する一般的な装置においては、装置に異常が発生した場合に電気モータの通電を遮断できるように、電気モータの電源ラインに直列に制御装置によって制御されるリレーが接続されている。この種の電源リレーの接点は、通常の装置の作動中は閉じて、その接点を介して電気モータに電力が供給される。

ところで、装置の不具合やその他の原因により、電気モータに大電流が流れる場合があるが、その大電流も電源リレーの接点を流れる。リレーの接点はその接触抵抗が充分小さくなるようにリレーを２個並列に設け一方のリレーに突入電流を防止する工夫がなされている。該リレーは、接点に大電流を流したり遮断したりする接点開閉時、一時的に接触抵抗の増大、また、流している電流を遮断するときの接点での放電により、接点は大きな発熱により溶着してしまう。並列に設けた２個のリレーの内の何れかのリレーが故障して接点が溶着してしまうと、装置は制御不能となり動かなくなってしまう場合がある。そこで、リレーの接点溶着の検出を行う電源リレー故障検知装置が提案されている（特許文献１参照）。

この電源リレー故障検知装置では、接点異常検出手段を設けている。そして、接点異常検出手段にて二次電源ラインの電圧を測定し、リレー接点に溶着が生じていなければ測定電圧はゼロ、リレー接点に溶着が生じていればゼロより高い電圧になる。この接点異常検出手段が検出した測定電圧の値によって、リレー接点の溶着を検出していた。
特許第３０９７７２３号公報

しかしながら、従来では並列に設けた２個のリレーを開いた状態で、リレー前後の端子電圧を比較して、測定電圧がゼロならばリレーの接点溶着と判断していたが、回路には大容量のコンデンサが使用されているため、放電電圧により測定電圧は直ぐにゼロにならない。このため、コンデンサの充電電圧が無くなるまで、リレー前後の端子電圧を測定できないという問題があった。

また、装置に電源電圧を昇圧する昇圧回路を設けている場合、リレーを開いた直後コンデンサが放電し切る前には昇圧回路の電源とは反対側の方が電圧が高くなる場合もあり、やはり測定電圧が直ぐにゼロにならずリレー前後の端子電圧を測定できないという問題があった。このため、もっと的確にリレー接点の溶着を検出することができる装置の開発が望まれていた。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、リレー溶着検出用の回路を新たに追加すること無く、昇圧回路のあるインバータ装置におけるリレーの溶着を的確に検出することを目的とする。

即ち、本発明のインバータ装置は、電源よりリレーを介してインバータに電力を供給するインバータ装置において、リレーとインバータ間に設けられた昇圧回路と、インバータに並列接続されたコンデンサと、昇圧回路、リレー及びインバータを制御する制御装置とを備え、この制御装置は、コンデンサの端子電圧を検出する検出手段を有し、リレーを解裂した状態で昇圧回路の出力を設定最大電圧まで昇圧させたとき、コンデンサの端子電圧が昇圧前より高いか否かの溶着検出処理を実行し、コンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合には、リレーの溶着と判断することを特徴とする。

また、請求項２の発明のインバータ装置は、上記において、制御装置は、溶着検出処理を所定回数実行し、何れもコンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合にリレーの溶着と判断することを特徴とする。

本発明によれば、電源よりリレーを介してインバータに電力を供給するインバータ装置において、リレーとインバータ間に設けられた昇圧回路と、インバータに並列接続されたコンデンサと、昇圧回路、リレー及びインバータを制御する制御装置とを備え、この制御装置は、コンデンサの端子電圧を検出する検出手段を有し、リレーを解裂した状態で昇圧回路の出力を設定最大電圧まで昇圧させたとき、コンデンサの端子電圧が昇圧前より高いか否かの溶着検出処理を実行し、コンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合には、リレーの溶着と判断するようにしたので、リレー溶着用の回路を新たに追加すること無く、昇圧回路のあるインバータ装置におけるリレーの溶着を的確に検出することができるようになる。

また、請求項２の如く、溶着検出処理を所定回数実行し、何れもコンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合にリレーの溶着と判断するようにすれば、一時的な誤動作による溶着判断を排除し、より確実にリレーの溶着判断を行うことができるようになる。

本発明は、昇圧回路のあるインバータ装置におけるリレーの溶着を検出するため、インバータに並列接続したコンデンサの端子電圧を検出する検出手段と制御装置とを設ける。リレーの溶着を検出するという目的をコンデンサの端子電圧を測定するだけの簡単な測定で実現した。

次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明のインバータ装置１を備えた一実施例の電気自動車の電気回路図、図２は本発明のインバータ装置１の動作説明を示すフローチャートをそれぞれ示している。

図１において、２は例えば燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）に搭載された電源（この場合、燃料電池となる）であり、この電源２のプラス側の端子はメインリレー３を介して電源２の電圧を所定の設定電圧まで昇圧する昇圧回路４に接続され、この昇圧回路４はインバータ５に接続されている。該昇圧回路４は、図示しないリアクトルとダイオードとスイッチング用のパワートランジスタなどから構成され、このトランジスタのベースが制御されることにより電源電圧を昇圧して、後述するモータＭを駆動可能電圧にするように構成されている。

また、電源２のマイナス側の端子は昇圧回路４を介してインバータ５に接続され、インバータ５は、燃料電池自動車走行用のモータＭに接続されている。この場合、インバータ５は昇圧回路４で昇圧された電力をモータＭを駆動し自動車を走行させることができる周波数及び電圧に変換するもので、図示しないが複数のスイッチング素子とスイッチングサージ吸収用のダイオードなどにて構成されており、電源２からの直流電力をモータ駆動波形に変換してモータＭに印加する。これによって、モータＭを駆動し自動車を走行させる。

電源２のプラス側の端子とメインリレー３との間には抵抗Ｒ１を介してスイッチＳＷ１が直列に接続された突入電流防止リレー６の一方の端子が接続されている。突入電流防止リレー６の他方の端子は、メインリレー３と昇圧回路４との間に接続され、メインリレー３と突入電流防止リレー６は並列に接続されている。

該突入電流防止リレー６は、汎用のマイクロコンピュータにて構成された制御装置８（図１では制御回路と図示している）に接続されている。この突入電流防止リレー６は、制御装置８によってメインリレー３より先に閉じられ、電源２からの過大な突入電流を突入電流防止リレー６を構成する抵抗Ｒ１によって吸収しながら、その電力を昇圧回路４を介して後述するコンデンサＣ１に充電する。

また、電源２のプラス側の端子とマイナス側の端子間に渡って入力電圧検出回路９が接続されており、この入力電圧検出回路９は制御装置８に接続されている。該入力電圧検出回路９は、例えば直列に接続された２個の抵抗（図示せず）にて構成され、制御装置８はその両抵抗の間の電圧を検出することにより電源２の電圧を検出すると共に電源２の電圧を監視する。

また、昇圧回路４とインバータ５との間となる昇圧回路４の一方の端子と、昇圧回路４の他方の端子間に渡って抵抗Ｒ２が接続されており、この抵抗Ｒ２に並列にコンデンサＣ１が接続されている。該コンデンサＣ１は、昇圧回路４の一方の端子側を＋、他方の端子側を−にて接続されている。このコンデンサＣ１は、インバータ５のＯＮ時の電圧ドロップの補正及びインバータ５のＯＦＦ時のモータＭからの逆起電力を吸収すると共に、コンデンサＣ１に充電された充電電圧を放電する役割を果たす。

また、昇圧回路４とインバータ５との間となる昇圧回路４の一方の端子と、昇圧回路４の他方の端子間に渡ってコンデンサＣ１と並列に充電電圧検出回路１９（本発明のコンデンサの端子電圧を検出する検出手段に相当）が接続されている。該充電電圧検出回路１９は、コンデンサＣ１の両端の端子電圧を検出し、コンデンサＣ１の充電電圧を監視する。そして、制御装置８は充電電圧検出回路１９によってコンデンサＣ１の充電電圧を検出し、コンデンサＣ１の充電電圧が所定の値まで上昇したらメインリレー３を解裂する。これによって、制御装置８はモータＭの逆起電力などによってインバータ５や昇圧回路４に流れ込むのを遮断し、逆起電力によってそれらが破損してしまうのを保護する。

そして、制御装置８は、電気自動車の電気回路がＯＮされると、先ず突入電流防止リレー６を閉じて、電源２から過大な突入電流を抵抗Ｒ１で制御しながら昇圧回路４を介してコンデンサＣ１に充電する。所定時間経過後充電電圧検出回路１９がコンデンサＣ１の充電電圧が所定の値まで上昇したのを検出すると、制御装置８はメインリレー３を閉じた後、突入電流防止リレー６を解裂して電源２をそのまま昇圧回路４で昇圧してインバータ５に印加する。インバータ５は、印加された直流電力をモータ駆動波形に変換してモータＭに印加し、これによってモータＭが駆動し自動車を走行させる。

一方、これら何れかのメインリレー３或いは突入電流防止リレー６が故障して接点が溶着してしまうと、装置の制御は不能となるが、制御装置８はこれらメインリレー３或いは突入電流防止リレー６の溶着した場合の検出機能を２種類備えている。

先ず、第１の溶着検出機能を図２のフローチャートを参照して説明する。尚、制御装置８には図示しないが記憶装置を備えている。また、制御装置８は、昇圧回路４を通常最大昇圧せずに制御するが、メインリレー３及び突入電流防止リレー６を解裂した状態で昇圧回路４を電気回路上で最大電圧まで設定できるように構成されると共に、音やランプ等の報知手段を備えているものとする。

ステップＳ１で制御装置８はメインリレー３及び突入電流防止リレー６の解裂後に溶着検出処理を開始するか、或いは、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の接点を閉じる前に溶着検出処理を開始する。次に、制御装置８はステップＳ２で充電電圧検出回路１９からコンデンサＣ１の両端の電圧を検出し、その充電電圧（１）を記憶装置に記憶する。この場合、制御装置８は溶着検出処理を所定回数実行し一時的な誤動作を防止している。

これによってコンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合にリレーの溶着と判断するようにしている。ステップＳ３で制御装置８は、所定時間経過後に昇圧回路４を最大電圧まで昇圧する制御をしてステップＳ４に進む。そこで、制御装置８は再度充電電圧検出回路１９からコンデンサＣ１の両端の電圧を検出し、記憶装置に記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きいかを判断する。尚、充電電圧（１）、（２）は図中丸１、丸２で表示している。

この場合、コンデンサＣ１の両端には抵抗Ｒ２、或いは、インバータ５が接続されているので、コンデンサＣ１の両端の充電電圧（１）測定後、所定時間経過後に昇圧回路４を設定最大電圧まで昇圧制御しなければ、抵抗Ｒ２、或いは、インバータ５によってコンデンサＣ１の充電電圧は放電されて、その充電電圧（１）は低くなるが、メインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着している場合は、電源２がメインリレー３或いは突入電流防止リレー６を通り昇圧回路４によって昇圧されて、コンデンサＣ１に充電される。この充電によって記憶装置に記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きくなる。また、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の接点を閉じる前も同様に前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きくなる。

即ち、ステップＳ４で制御装置８は、記憶装置に記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きい場合はステップＳ５に進み、そこでメインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着していると判断する。ステップＳ６で制御装置８は、図示しない報知手段でメインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着されているのを報知して溶着検出処理を終了する。

前記ステップＳ４で制御装置８は、記憶装置に記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が小さい場合はステップＳ７に進み、そこでメインリレー３或いは突入電流防止リレー６の両方とも接点が溶着せずに正常と判断する。ステップＳ８で制御装置８は、図示しない報知手段でメインリレー３或いは突入電流防止リレー６が正常である旨を報知し溶着検出処理を終了する。

このように、制御装置８は、コンデンサＣ１の端子電圧を検出する充電電圧検出回路１９を有し、メインリレー３及び突入電流防止リレー６を解裂した状態で昇圧回路４の出力を設定最大電圧まで昇圧させる。このとき、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高いか否かの溶着検出処理を実行し、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合には、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の双方、或いは、どちらか一方の接点が溶着していると判断するようにしているので、それらのリレー３、６の接点溶着用の回路を新たに追加しなくても、昇圧回路４を有したインバータ装置１のリレー３、６の接点溶着を検出することができる。

また、制御装置８は溶着検出処理を所定回数実行しているので、一時的な誤動作によるメインリレー３及び突入電流防止リレー６の接点の溶着判断を排除し、より確実にリレーの溶着判断を行うことができる。

次に、第２の溶着検出機能を図３のフローチャートを参照して説明する。尚、制御装置８は前述同様の機能を備えているものとする。ステップＳ１１で制御装置８はインバータ５を通常使用時（この場合、昇圧回路４を最大電圧で使用していないとき）に溶着検出処理を開始する。次に、ステップＳ１２で制御装置８はメインリレー３及び突入電流防止リレー６が解裂状態になるのを待ち、メインリレー３及び突入電流防止リレー６が解裂状態になったらステップＳ１３に進む。

そこで、制御装置８は充電電圧検出回路１９によってコンデンサＣ１の両端の充電電圧を検出し、現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（１）を記憶装置に記憶する。ステップＳ１４で制御装置８は、所定時間経過後に昇圧回路４を設定最大電圧まで昇圧させてステップＳ１５に進み、再度充電電圧検出回路１９によってコンデンサＣ１の両端の充電電圧を検出して、前回記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きいかを判断する。

この場合も、前述同様コンデンサＣ１の両端には抵抗Ｒ２、或いは、インバータ５が接続されているので、コンデンサＣ１の両端の充電電圧（１）測定後、所定時間経過後に昇圧回路４を設定最大電圧まで昇圧させなければ、抵抗Ｒ２、或いは、インバータ５などによってコンデンサＣ１の充電電圧は放電され、その充電電圧（１）は低くなるが、メインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着している場合は、電源２がメインリレー３或いは突入電流防止リレー６を通り昇圧回路４によって昇圧されて、コンデンサＣ１に充電される。この充電によって記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きくなる。また、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の接点を閉じる前も同様に前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きくなる。

即ち、ステップＳ１５で制御装置８は、記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が大きい場合はステップＳ１６に進み、そこでメインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着していると判断する。ステップＳ１７で制御装置８は、図示しない報知手段でメインリレー３或いは突入電流防止リレー６のどちらかの接点が溶着されているのを報知して溶着検出処理を終了する。

前記ステップＳ１５で制御装置８は、記憶した前回の充電電圧（１）より現在測定したコンデンサＣ１の両端の充電電圧（２）の方が小さい場合はステップＳ１８に進み、そこでメインリレー３或いは突入電流防止リレー６の両方とも接点が溶着せずに正常と判断する。ステップＳ１９で制御装置８は、図示しない報知手段でメインリレー３或いは突入電流防止リレー６が正常である旨を報知し溶着検出処理を終了する。

このように、制御装置８はインバータ５の通常使用時であっても、昇圧回路４を最大電圧で使用していないときに溶着検出処理を行うことができる。これにより、前述同様メインリレー３及び突入電流防止リレー６の接点溶着用の回路を新たに追加することなく、昇圧回路４を有したインバータ装置１のリレー３、６の接点溶着を検出することができ便利である。また、前述同様制御装置８にて溶着検出処理を所定回数実行し、何れもコンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合にリレーの溶着と判断するようにすれば、一時的な誤動作による溶着判断を排除し、より確実にリレーの溶着判断を行うことができるようになる。

次に、図４には本発明の他の実施例のインバータ装置１を備えた一実施例の家庭用の燃料電池の余剰電力を商用電力会社に売電する場合の電気回路図を示している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施例と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。

図４に示すようにインバータ５の後段には前述のモータＭの代わりに商用交流電源ＡＣが接続している。商用交流電源ＡＣとインバータ５の間にはリレーを備え売電量や商用交流電源ＡＣからインバータ５への逆流保護などを行うための連係保護装置２０が接続されている。この場合、インバータ５は直流電力を一般家庭で使用できる周波数及び電圧に変換する。尚、直流電力を一般家庭で使用できる周波数及び電圧に変換する技術については、従来より周知の技術であるため詳細な説明を省略する。また、燃料電池は、家庭用のものが用いられる。

このように、インバータ５に実施例１の電気自動車のモータＭの代わりに交流商用電源ＡＣを接続して、家庭用の燃料電池で発電した余剰電力を売電する場合にも、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合には、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の双方、或いは、どちらか一方の接点が溶着していると判断することができるので、前述同様の効果を得ることができる。これにより、インバータ装置１の汎用性を拡大することができ、インバータ装置１の利便性を大幅に向上させることができる。

次に、図５には本発明の他の実施例のインバータ装置１を備えた一実施例の家庭用エアコンＡＣなどをインバータ５にて制御する場合の電気回路図を示している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施例１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように家庭用エアコンＡＣをインバータ５にて制御する場合、実施例１の燃料電池の代わりに１００Ｖ或いは２００Ｖの商用交流電源からなる電源２を接続すると共に、入力電圧検出回路９とメインリレー３との間に電源２（商用交流電源）を直流に変換するための整流回路３０（ダイオードブリッジ）が接続されている。また、インバータ５の後段には前述のモータＭの代わりに家庭用エアコンＡＣ（図中Ｍ）が接続されており、インバータ５は直流電力を家庭用エアコンＡＣを駆動できる周波数及び電圧に変換する。また、入力電圧検出回路９は電源２（商用交流電源）の電圧を検出可能なものが使用される。

このように、インバータ５に実施例１の燃料電池（電源２）の代わりに商用交流電源（電源２）を接続すると共に、電気自動車のモータＭの代わりに家庭用エアコンＡＣを接続した場合にも、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合には、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の双方、或いは、どちらか一方の接点が溶着していると判断することができるので、前述同様の効果を得ることができる。これにより、インバータ装置１の汎用性を拡大することができ、インバータ装置１の利便性を更に向上させることができる。

次に、図６には本発明の他の実施例のインバータ装置１を備えた一実施例の家庭用エアコンＡＣなどをインバータ５にて制御する場合の電気回路図を示している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施例３と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。

この場合、図６に示すように実施例３で入力電圧検出回路９とメインリレー３との間に電源２（商用交流電源）を直流に変換するために設けた整流回路３０を取り除いて、この整流回路３０をメインリレー３と昇圧回路４との間に接続している。尚、メインリレー３、突入電流防止リレー６は電源２（商用交流電源）で動作するものが使用される。

このように、メインリレー３と昇圧回路４との間に整流回路３０を設け、インバータ５に実施例１の燃料電池（電源２）の代わりに商用交流電源（電源２）を接続すると共に、電気自動車のモータＭの代わりに家庭用エアコンＡＣを接続した場合にも、コンデンサＣ１の端子電圧が昇圧前より高い場合には、メインリレー３及び突入電流防止リレー６の双方、或いは、どちらか一方の接点が溶着していると判断することができるので、前述同様の効果を得ることができる。これにより、インバータ装置１の汎用性を拡大することができ、インバータ装置１の利便性を更に大幅に向上させることができる。

本発明のインバータ装置を備えた一実施例の電気自動車の電気回路図である。（実施例１）本発明のインバータ装置の一実施例の制御動作を示すフローチャートである。本発明のインバータ装置の一実施例の他の制御動作を示すフローチャートである。本発明の他の実施例のインバータ装置を備えた一実施例の家庭用の燃料電池の余剰電力を商用電力会社に売電する場合の電気回路図である。（実施例２）本発明の他の実施例のインバータ装置を備えた一実施例の家庭用エアコンなどをインバータにて制御する場合の電気回路図である。（実施例３）本発明の他の実施例のインバータ装置を備えた一実施例のもう一つの家庭用エアコンなどをインバータにて制御する場合の電気回路図である。（実施例４）

符号の説明

１インバータ装置
２電源
３メインリレー
４昇圧回路
５インバータ
６突入電流防止リレー
８制御装置
９入力電圧検出回路
１９充電電圧検出回路
Ｃ１コンデンサ
Ｍモータ

Claims

電源よりリレーを介してインバータに電力を供給するインバータ装置において、
前記リレーとインバータ間に設けられた昇圧回路と、
前記インバータに並列接続されたコンデンサと、
前記昇圧回路、前記リレー及び前記インバータを制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記コンデンサの端子電圧を検出する検出手段を有し、前記リレーを解裂した状態で前記昇圧回路の出力を設定最大電圧まで昇圧させたとき、前記コンデンサの端子電圧が昇圧前より高いか否かの溶着検出処理を実行し、前記コンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合には、前記リレーの溶着と判断することを特徴とするインバータ装置。
前記制御装置は、前記溶着検出処理を所定回数実行し、何れも前記コンデンサの端子電圧が昇圧前より高い場合に前記リレーの溶着と判断することを特徴とする請求項１のインバータ装置。