JP2005333770A

JP2005333770A - 自動車用インバータ装置

Info

Publication number: JP2005333770A
Application number: JP2004151674A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kubo; 守久保
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02
Also published as: EP1598929A1; US20050259370A1; CN1700577A; US7443643B2

Abstract

【課題】簡単な回路構成で地絡を検出することができる自動車用インバータ装置を提供する。
【解決手段】車体Ｂに搭載されたバッテリー１より疑似交流出力を生成してモータを駆動するインバータ（インバータモジュール３５）を有するインバータ装置８であって、バッテリー１のマイナスライン６と車体Ｂ間に接続された地絡検出回路７５及びコントローラ６０を備え、地絡検出回路７５は、抵抗素子７７及びコンデンサ素子７８の直列回路、若しくは、複数の抵抗素子の直列回路から成り、コントローラ６０は、各素子の接続点の電位を入力して地絡を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体に搭載されたバッテリーより疑似交流出力を生成してモータを駆動するための自動車用インバータ装置に関するものである。

近年、電気自動車用の空調装置としてバッテリー電源で駆動される電動コンプレッサを搭載した空調装置が開発されている。この空調装置は、バッテリー（直流電源）と、インバータ装置と、電動コンプレッサから構成されている。

前記インバータ装置は、バッテリーに直列に接続された開閉装置としての開閉器と、この開閉器と並列に接続され、抵抗と開閉器から成る充電装置と、スイッチング素子とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードから成るスイッチング素子群をモールドパッケージ内にモールドすることによって構成されるインバータモジュールと、コンデンサ等から構成されている。また、前記インバータモジュールのスイッチング素子群は、バッテリーからの直流電圧を三相疑似交流電圧に変換し、電動コンプレッサに印加して当該電動コンプレッサのモータを駆動するためのものである。

前記コンデンサはスイッチング素子群に電圧を安定的に供給するためのものである。また、前記充電装置の抵抗は、バッテリーの直流電圧を印加する際に、コンデンサに流れる突入電流とコンデンサに発生する突入電圧を抑制するためのものである。即ち、当該抵抗の存在により、バッテリーの接続時に前記開閉器を開き、充電装置の開閉器を閉じて、当該抵抗を介して電流を流すことで、バッテリーの電圧を印加する時に生じる突入電流を抑制することができる。これにより、インバータモジュールに高電流や高電圧が加わってインバータモジュール内のスイッチング素子群等が損傷する不都合を未然に回避することができるようになる。

このようなインバータ装置では、バッテリーのプラスライン、マイナスライン、或いは、電動コンプレッサのモータ内部等において地絡が発生する場合がある。特に、マイナスラインで地絡が生じた場合には、高電圧側は通常絶縁されているため、地絡しても漏れ電流が流ず、地絡を検出することができなかった。そのため、このまま地絡に気づかずに放置して、更に他の箇所で地絡が発生すると、漏れ電流が流れて感電や電流による火災や機器の損傷に至る恐れがあった。

また、係る地絡を検出する手段として、所定のパルス波形を生成する発振回路と、該発振回路からのパルス波形を検出する検出回路からなる地絡検出回路を設けて、発振回路のパルス波形の変化により地絡の発生を検出するものも開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９３３４９０号公報

しかしながら、上述のような地絡検出回路を設けた場合には、地絡を検出するための回路が複雑となり、生産コストが高騰するという問題が生じていた。

本発明は、係る従来技術の問題を解決するために成されたものであり、簡単な回路構成で地絡を検出することができる自動車用インバータ装置を提供することを目的とする。

本発明の自動車用インバータ装置は、車体に搭載されたバッテリーより疑似交流出力を生成してモータを駆動するインバータを有するものであって、バッテリーのマイナスラインと車体間に接続された地絡検出回路及びコントローラを備え、地絡検出回路は、抵抗素子及びコンデンサ素子の直列回路、若しくは、複数の抵抗素子の直列回路から成り、コントローラは、各素子の接続点の電位を入力して地絡を検出するものである。

請求項２の発明の自動車用インバータ装置では、上記発明においてコントローラは、入力電位が低下した場合、バッテリーのマイナスラインが地絡したものと判断するものである。

請求項３の発明の自動車用インバータ装置では、上記各発明においてコントローラは、入力電位が上昇した場合、バッテリーのプラスライン若しくはインバータの出力が地絡したものと判断するものである。

本発明の自動車用インバータ装置によれば、車体に搭載されたバッテリーより疑似交流出力を生成してモータを駆動するインバータを有するものであって、バッテリーのマイナスラインと車体間に接続された地絡検出回路及びコントローラを備え、地絡検出回路は、抵抗素子及びコンデンサ素子の直列回路、若しくは、複数の抵抗素子の直列回路から成り、コントローラは、各素子の接続点の電位を入力して地絡を検出するようにしたので、例えばバッテリーのマイナスラインに地絡が発生した場合には、地絡検出回路に流れる電流値が低下し、各素子の接続点の電位が低下することになる。従って、請求項２の発明の如くコントローラの入力電位が低下した場合に、バッテリーのマイナスラインが地絡したものと判断するようにすれば、バッテリーのマイナスラインの地絡を的確に検出することができるようになる。

また、例えばバッテリーのプラスライン若しくはインバータの出力に地絡が発生した場合には、地絡検出回路に流れる電流値が上昇するため、各素子の接続点の電位が上昇することになる。従って、請求項３の如くコントローラの入力電位が上昇した場合に、バッテリーのプラスライン若しくはインバータの出力が地絡したものと判断するようにすれば、バッテリーのプラスラインの地絡及びインバータの出力の地絡を検出することができるようになる。

これにより、係る簡単な回路構成でインバータ装置各部の地絡の発生を検出することができるようになるので、生産コストも極力低減することができるようになる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は、本発明のインバータ装置８を備えた電気自動車用空調装置の一実施例の電源回路図を示している。図１において、１は電気自動車の直流電源としてのメインバッテリーであり、空調装置の電動コンプレッサ１０に、本発明のインバータ装置８を介して電力を供給している。

前述したインバータ装置８は、開閉装置としての開閉器２や充電装置としての充電回路７、コンデンサ３０、放電用抵抗３１及びインバータモジュール３５（インバータ）などから構成されている。

前記インバータモジュール３５は、電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換するためのスイッチング素子群１２をモールドパッケージ４０内に設けてなるものである。このスイッチング素子群１２は、スイッチング素子１４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードにて構成され、バッテリー１のプラスライン４（例えばＤＣ＋３５０Ｖ程）とマイナスライン６間に接続される。

そして、前記バッテリー１からは直流電圧が出力されるが、電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍのステータコイル１０Ｃ（三相）には後述するインバータ装置８のインバータモジュール３５により三相疑似交流に変換された電圧が供給される。即ち、インバータモジュール３５のスイッチング素子群１２により電圧をスイッチングすることにより、ＵＶＷハーネス８０（インバータの出力）を介してステータコイル１０ＣのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に三相疑似交流を供給する。

また、前記開閉器２はバッテリー１とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４に接続されている。前記コンデンサ３０はスイッチング素子群１２に電圧を安定的に供給するためのものであり、開閉器２とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４とマイナスライン６間に接続される。コンデンサ３０には、前記バッテリー１から後述する充電回路７を介して電荷が充電される。また、放電用抵抗３１はコンデンサ３０に充電された電荷を放電するための放電用抵抗であり、コンデンサ３０とスイッチング素子群１２の間のプラスライン４とマイナスライン６間に接続される。

前述した充電回路７は、開閉器３と正特性サーミスタ１８の直列回路から成り、開閉器２に並列に接続されている。この充電回路７は、バッテリー１の電圧を印加する際に、コンデンサ３０に流れる突入電流を抑制するためのものである。

即ち、インバータ装置８のコントローラ６０は、空調装置の図示しないコントローラからの運転指令に基づき、先ず、開閉器２を開いている状態（解裂）で開閉器３を閉じ、バッテリー１からの電流を正特性サーミスタ１８を介してコンデンサ３０に流し、充電する。正特性サーミスタ１８は自己発熱して抵抗値を増大させるので、流れる電流値の上昇を抑える働きをする。これにより、突入電流を抑えて、コンデンサ３０やスイッチング素子群１２の保護を図る。

次に、コンデンサ３０への充電が完了するタイミングでコントローラ６０は開閉器２を閉じ、その後充電回路７の開閉器３を開いて以降は開閉器２を介してスイッチング素子群１２にバッテリー１の電圧を印加するようになる。コントローラ６０はスイッチング素子群１２のスイッチング素子１４のＯＮ−ＯＦＦを制御して所定周波数の三相疑似交流電圧を生成し、前述の如く電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍのステータコイル１０Ｃに印加して駆動する。

そして、前記空調装置のコントローラ６０からの運転指定指令に基づきコントローラ６０は開閉器２を開いて（解裂）、電動コンプレッサ１０の運転を停止する。

また、電動コンプレッサ１０の密閉容器１０Ａは車体Ｂにアースされており、また、内部のステータコイル１０Ｃなどは密閉容器１０Ａから電気的に絶縁されている。

ここで、本発明の地絡検出回路７５について説明する。地絡検出回路７５は、バッテリー１のマイナスライン６と車体Ｂ間に接続され、マイナスライン６側の抵抗素子７７と車体Ｂ側のコンデンサ素子７８との直列回路から構成されている。そして、抵抗素子７７とコンデンサ素子７８の接続点の電位をコントローラ６０に入力している。

尚、モールドパッケージ４０には、当該モールドパッケージ４０内のスイッチング素子群１２とモールドパッケージ４０外部のバッテリー１、開閉器２及び電動コンプレッサ１０等とを接続するための図示しない複数のピンが取り付けられている。これらピンにより、モールドパッケージ４０内とモールドパッケージ４０外との機器を支障なく接続することができる。

以上の構成で次に地絡検出回路７５の動作を説明する。ここで、地絡が発生していない正常時でも、密閉容器１０Ａ内の冷媒（図１の密閉容器１０Ａ中にコンデンサ又は抵抗の印で示す）などを介してモータ１０Ｍのステータコイル１０Ｃから密閉容器１０Ａを介して車体Ｂには漏れ電流が流れている。即ち、図１の破線矢印で示す如くスイッチング素子群１２にてスイッチングされた周波数の漏れ電流が密閉容器１０Ａ、車体Ｂ、地絡検出回路７５のコンデンサ素子７８、抵抗素子７７、バッテリー１のマイナスライン６に流れるので、コンデンサ素子７８と抵抗素子７７との接続点には或る電位が現れる。即ち、コントローラ６０には、正常時にもコンデンサ素子７８と抵抗素子７７との接続点の電位Ｖ０が入力されることとなる。

ここで、図２に示すようにマイナスライン６と車体Ｂとの間に地絡が発生した場合、前述した電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍからの漏れ電流が地絡箇所からマイナスライン６に流れる。このため、地絡検出回路７５には電流が殆ど流れなくなり、コントローラ６０に入力される接続点の電位は低下、若しくは、零となる。コントローラ６０は例えば当該コントローラ６０に入力される電位が前記Ｖ０の上下所定の範囲内より低下した場合には、マイナスライン６における地絡が生じたものと判断して、所定の警報を発する。

一方、プラスライン４と車体Ｂとの間に地絡が発生すると、電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍからの漏れ電流に地絡電流が加わる。即ち、図３に示すように電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍからの漏れ電流に加えて、地絡発生箇所からも電流が漏れて地絡検出回路７５に流れるようになる。このため、地絡検出回路７５に流れる電流が増加し、コントローラ６０に入力される接続点の電位が上昇する。

他方、インバータモジュール（インバータ）の出力であるＵＶＷハーネス８０に地絡が発生した場合にも、電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍからの漏れ電流に地絡電流が加わる。即ち、図４に示すように電動コンプレッサ１０のモータ１０Ｍからの漏れ電流に加えて、ＵＶＷハーネス８０の地絡発生箇所からも電流が漏れて地絡検出回路７５に流れるようになる。このため、上述したプラスライン４と車体Ｂとの間に地絡が発生した場合と同様に地絡検出回路７５に流れる電流が増加して、コントローラ６０に入力される接続点の電位が上昇する。そこで、コントローラ６０は当該コントローラ６０に入力される電位が前記Ｖ０の上下所定の範囲内より上昇した場合には、プラスライン４又はＵＶＷハーネス８０にて地絡が生じたものと判断して、所定の警報を発する。

このように、コントローラ６０により、正常時に流れる漏れ電流による所定範囲内の電位より上昇した場合にはプラスライン４、若しくは、ＵＶＷハーネス８０における地絡が発生したものと判断され、入力電位が所定の範囲内より低下した場合にはマイナスライン６における地絡が発生したものと判断されるので、インバータ装置８及びインバータの出力であるＵＶＷハーネス８０における地絡の発生を検出することができるようになる。

特に、従来地絡の発生を検出し難かったバッテリー１のマイナスライン６の地絡も本発明の地絡検出回路により検出することが出来るようになるので、インバータ装置８の安全性及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

更に、本発明の地絡検出回路７５は抵抗素子７７とコンデンサ素子７８の直列回路という簡単な構造で構成されているので、当該地絡検出回路７５を設けることによるコストアップも極力低減することができるようになる。

尚、上記実施例では地絡検出回路７５を抵抗素子７７とコンデンサ素子７８の直列回路にて構成するものとしたが、例えば、図５に示す如く複数の抵抗素子（図５では２つの抵抗素子７７、７９）の直列回路にて構成するものとしても構わない。この場合、車体Ｂ側の抵抗素子７９は十分に大成る抵抗値のものを用いるものとする。

本発明のインバータ装置を備えた電気自動車用空調装置の一実施例の電気回路図である。図１のインバータ装置のマイナスラインが地絡した場合の電流の流れを示す図である。図１のインバータ装置のプラスラインが地絡した場合の電流の流れを示す図である。図１のインバータ装置のＵＶＷハーネスが地絡した場合の電流の流れを示す図である。本発明のインバータ装置を備えた電気自動車用空調装置の他の実施例の電気回路図である。

符号の説明

１バッテリー
２開閉器（開閉装置）
３開閉器
７充電回路
８インバータ装置
１０電動コンプレッサ
１２スイッチング素子群
１４スイッチング素子
３０コンデンサ
３１抵抗
３５インバータモジュール（インバータ）
６０コントローラ
７５地絡検出回路
７７、７９抵抗素子
７８コンデンサ素子
８０ＵＶＷハーネス

Claims

車体に搭載されたバッテリーより疑似交流出力を生成してモータを駆動するインバータを有する自動車用インバータ装置において、
前記バッテリーのマイナスラインと車体間に接続された地絡検出回路及びコントローラを備え、
前記地絡検出回路は、抵抗素子及びコンデンサ素子の直列回路、若しくは、複数の抵抗素子の直列回路から成り、前記コントローラは、各素子の接続点の電位を入力して地絡を検出することを特徴とする自動車用インバータ装置。
前記コントローラは、前記入力電位が低下した場合、前記バッテリーのマイナスラインが地絡したものと判断することを特徴とする請求項１の自動車用インバータ装置。
前記コントローラは、前記入力電位が上昇した場合、前記バッテリーのプラスライン若しくは前記インバータの出力が地絡したものと判断することを特徴とする請求項１又は請求項２の自動車用インバータ装置。