JP3734236B2 - 電気自動車用空調装置の電源入力回路 - Google Patents

電気自動車用空調装置の電源入力回路 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として電気自動車に搭載される空調装置を制御する空調制御装置の電気回路であって、空調装置の圧縮機を駆動する駆動装置へ高圧直流電源からの高圧直流電流を供給する電気自動車用空調装置の電源入力回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電気自動車用空調装置の電源入力回路を含む空調制御装置としては、例えば図３に示すような構成のものが挙げられる。
【０００３】
この空調制御装置１´は、電気自動車に搭載される空調装置の圧縮機へ供給される高圧直流電源３からの高圧直流電流を遮断する電流遮断装置である正極側電流遮断装置４ａ及び負極側電流遮断装置４ｂと、高圧直流電流を交流電源に変換して圧縮機を駆動する駆動装置であるインバータ６と、インバータ６に接続される圧縮機のモータ（以下、コンプレッサモータとする）７と、高圧直流電源３からの高圧直流電流をインバータ６へ供給する電源入力回路と、負極側電流遮断装置４ｂ及びインバータ６間の接続線に接続され、高圧直流電源３及び車体アース間の漏電抵抗の大きさを検出して漏電の有無を判定する漏電検出回路５とを含んでいる。
【０００４】
ここでの電源入力回路は、高圧直流電源３側の正極側に接続された逆接続防止用のダイオードＤと、高圧直流電源３の正極側及び負極側間に接続されて高圧直流電流からの充電を行うコンデンサ１６と、高圧直流電源３の正極側及び負極側間に接続されてコンデンサ１６からの放電を行う放電抵抗１７と、正極側電流遮断装置４ａの両端に直列接続されて配置された充電スイッチ２１及び充電抵抗２２とから成っている。因みに、この電源入力回路では、ダイオードＤに対して正極側電流遮断装置４ａと充電スイッチ２１及び充電抵抗２２とが並列接続される関係となっている。尚、ここでのダイオードＤは、高圧直流電源３の正極と負極とを誤って逆に接続した場合に空調制御装置１´側の回路が破壊されないように設けられている。
【０００５】
又、この空調制御装置１´の場合、漏電検出回路５を駆動して漏電検出回路５から得た漏電検出結果や、或いはコンデンサ１６の充電状態を検出した結果に応じて正極側電流遮断装置４ａ及び負極側電流遮断装置４ｂ，充電スイッチ２１，並びにインバータ６の開閉制御や駆動制御を行うための動作制御回路であるモータ制御回路２０´を含んでいる。
【０００６】
こうした構成のため、モータ制御回路２０´と開閉制御や駆動制御の対象となる各部との間において、漏電検出回路５との間では駆動信号及び漏電検出信号の授受を行うための信号線Ｓ２，Ｓ３が接続され、コンデンサ１６との間では充電電圧を入力検出するための信号線Ｓ４が接続され、インバータ６との間では駆動制御信号を送出するための信号線Ｓ５が接続され、充電スイッチ２１との間では開閉を制御するための開閉制御信号を送出するための信号線Ｓ６が接続され、正極側電流遮断装置４ａとの間では同様に開閉を制御するための開閉制御信号を送出するための信号線Ｓ７が接続され、負極側電流遮断装置４ｂとの間では同様に開閉を制御するための開閉制御信号を送出するための信号線Ｓ８が接続されている。
【０００７】
尚、ここでの空調制御装置１´には高圧直流電源３から高圧直流電流が供給されるが、高圧直流電源３には走行制御装置２が接続されている。
【０００８】
このような空調制御装置１´の電源入力回路においてコンデンサ１６への充電を行う場合、最初に高圧直流電源３からの高圧直流電流を空調制御装置１´へ投入する際、モータ制御回路２０´により正極側電流遮断装置４ａ及び負極側電流遮断装置４ｂを閉成して高圧直流電流を直にダイオードＤへ供給すると、瞬間的に過大な電流が流れてダイオードＤを破損させる危険がある他、コンデンサ１６の寿命低下を招いてしまう。
【０００９】
従って、こうした手順ではなく、モータ制御回路２０´では開閉制御信号により信号線Ｓ６，信号線Ｓ８を介して充電スイッチ２１及び負極側電流遮断装置４ｂを閉成すると共に、信号線Ｓ７を介して正極側電流遮断装置４ａを開成し、充電抵抗２２を通すことで徐々にコンデンサ１６を充電した後に開閉制御信号により信号線Ｓ７を介して正極側電流遮断装置４ａを閉成するようにしている。即ち、モータ制御回路２０´は充電が完了した状態を信号線Ｓ４を通して確認した時点で開閉制御信号により信号線Ｓ６を介して充電スイッチ２１を開成すると共に、信号線Ｓ７を介して正極側電流遮断装置４ａを閉成してから駆動制御信号により信号線Ｓ５を介してインバータ６を駆動する。
【００１０】
一方、漏電検出回路５により空調装置側のみでの漏電検出する場合、モータ制御回路２０´は開閉制御信号により信号線Ｓ６，信号線Ｓ７，信号線Ｓ８を介して全部のスイッチ部である充電スイッチ２１，正極側電流遮断装置４ａ，及び負極側電流遮断装置４ｂを開成してから駆動信号により信号線Ｓ２を介して漏電検出回路５を駆動し、漏電検出回路５により漏電検出された結果の漏電検出信号を信号線Ｓ３を通して得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電気自動車用空調装置の電源入力回路の場合、高圧直流電源からの高圧直流電流に耐え得るように大容量のダイオードを使用しなければならないため、コスト高や大型化を招き、コンデンサの寿命も短くなってしまうという問題がある他、モータ制御回路で開閉制御される充電スイッチや正極及び負極の両方の電流遮断装置を用いてその間に信号線を接続配線する必要があるため、部品点数が多くなって構成が複雑となり、これが結果としてコスト高や大規模化を招いてしまうという問題がある。
【００１２】
又、電気自動車に搭載されている高圧直流電源は通常車体と絶縁されているが、万一絶縁が破壊された場合に感電事故を引き起こす危険があるため、これを防止すべく空調制御装置に漏電検出回路を設けてモータ制御回路によりインバータを駆動制御しているが、空調装置側のみの漏電検出を行う場合には空調制御装置側の回路と走行制御装置側の回路とを遮断しなければならないため、少なくとも電流遮断装置における負極側のものが必要不可欠であるという事情もある。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、簡単な構成でデバイスへ負担をかけずに常時安定して迅速に充電できる電気自動車用空調装置の電源入力回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電気自動車に搭載される空調装置の圧縮機を駆動する駆動装置へ高圧直流電源からの高圧直流電流を供給し、且つ該高圧直流電源の正極側及び負極側間に接続されて該高圧直流電流からの充電を行うコンデンサを含む電気自動車用空調装置の電源入力回路において、高圧直流電源の正極側に接続されたダイオードと、高圧直流電源の負極側に接続されたスイッチング素子とを含む電気自動車用空調装置の電源入力回路が得られる。
【００１５】
又、本発明によれば、上記電気自動車用空調装置の電源入力回路において、コンデンサの充電状態を検出した結果に応じてスイッチング素子の動作制御を行う動作制御回路を含み、スイッチング素子は、コンデンサの充電時に動作制御回路からの動作制御信号によりパルス動作する電気自動車用空調装置の電源入力回路が得られる。
【００１６】
更に、本発明によれば、上記電気自動車用空調装置の電源入力回路において、動作制御回路は、コンデンサの充電電圧を検出すると共に、動作制御信号により該充電電圧の大きさに比例させてパルス動作のパルス幅を可変させる電気自動車用空調装置の電源入力回路が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明の電気自動車用空調装置の電源入力回路について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る電気自動車用空調装置の電源入力回路を含む空調制御装置の基本構成を示した回路ブロック図である。
【００１９】
この空調制御装置１の場合、電気自動車に搭載される空調装置の圧縮機へ供給される高圧直流電源３からの高圧直流電流を交流電源に変換して圧縮機を駆動する駆動装置であるインバータ６と、インバータ６に接続されるコンプレッサモータ７と、高圧直流電源３からの高圧直流電流をインバータ６へ供給する電源入力回路と、高圧直流電源３の負極側のインバータ６入力前段の接続線に接続され、高圧直流電源３及び車体アース間の漏電抵抗の大きさを検出して漏電の有無を判定する漏電検出回路５とを含んでいる。
【００２０】
ここでの電源入力回路は、高圧直流電源３側の正極側に接続された逆接続防止用のダイオードＤと、高圧直流電源３の正極側及び負極側間に接続されて高圧直流電流からの充電を行うコンデンサ１６と、高圧直流電源３の正極側及び負極側間に接続されてコンデンサ１６からの放電を行う放電抵抗１７と、高圧直流電源３側の負極側に接続されたスイッチング素子Ｑとから成っている。即ち、この電源入力回路では、図３に示した従来のもののように電流遮断装置や充電用のスイッチを使用しない簡素な構成となっている。
【００２１】
又、この空調制御装置１の場合、漏電検出回路５を駆動して漏電検出回路５から得た漏電検出結果や、コンデンサ１６の充電状態を検出した結果に応じてスイッチング素子Ｑの動作制御やインバータ６の駆動制御を行う動作制御回路であるモータ制御回路２０を含んでいる。即ち、このモータ制御回路２０は、コンデンサ１６の充電時に動作制御信号を伝送してスイッチング素子Ｑを断続的なオン状態でパルス動作させる（このパルス動作は、スイッチング素子Ｑのスイッチング動作上では充電期間にオン，オフが繰り返される状態を示す）が、具体的にはコンデンサ１６の充電電圧を検出し、動作制御信号により充電電圧の大きさに比例させてスイッチング素子Ｑのパルス動作のパルス幅を可変させる。これにより、パルス幅は充電電圧が小さいときには小さく、大きいときには大きくなる。こうしたスイッチング素子Ｑのパルス幅を可変させた上でのパルス動作は、できるだけ早くコンデンサ１６の充電を完了させると共に、スイッチング素子Ｑを破損させないために行うものである。仮に、充電始めから大きなパルス幅で充電を行えばスイッチング素子Ｑが破損される危険を生じ、充電始めから終わりまで小さなパルス幅で充電を行えば充電時間がかかってしまうことになる。尚、スイッチング素子Ｑとしては、図中ではＩＧＢＴ仕様としたが、トランジスタやＦＥＴ等も使用することができる。
【００２２】
こうした構成のため、モータ制御回路２０と駆動制御や動作制御の対象となる各部との間において、漏電検出回路５との間では駆動信号及び漏電検出信号の授受を行うための信号線Ｓ２，Ｓ３が接続され、コンデンサ１６との間では充電電圧を入力検出するための信号線Ｓ４が接続され、インバータ６との間では駆動制御信号を送出するための信号線Ｓ５が接続され、スイッチング素子Ｑとの間では動作制御信号を送出するための信号線Ｓ１が接続されており、全体として図３の従来の場合と比べて構成が簡素になっている。
【００２３】
尚、ここでの空調制御装置１にも高圧直流電源３から高圧直流電流が供給されるが、高圧直流電源３には走行制御装置２が接続されている。
【００２４】
このような空調制御装置１の電源入力回路においてコンデンサ１６への充電を行う場合、コンデンサ１６の端子間電圧としてインバータ６に印加される直流電圧が充電電圧として信号線Ｓ４を介してモータ制御回路２０で検出されるため、モータ制御回路２０では信号線Ｓ１を介して動作制御信号をスイッチング素子Ｑへ伝送してスイッチング素子Ｑを断続的にオン状態とし、この断続的なオン状態で動作制御信号により充電電圧の大きさに比例させてパルス幅を可変させた上でスイッチング素子Ｑをパルス駆動させる。即ち、充電期間では上述したようにスイッチング素子Ｑのスイッチング動作がオン，オフの繰り返し状態となるが、充電完了時にはスイッチング素子Ｑを連続的にオン状態としてインバータ６によるコンプレッサモータ７の駆動を行わせるようにする。
【００２５】
ところで、こうしたスイッチング素子Ｑのパルス動作によるコンデンサ１６への充電の際、コンデンサ１６の充電電圧が小さいとき（充電量が少ないとき）にはダイオードＤ及びスイッチング素子Ｑに大きな電流が流れるため、ダイオードＤやスイッチング素子Ｑが破壊されないようにパルス幅を小さくして充電を行わせる。又、コンデンサ１６の充電電圧が大きいとき（充電量が多いとき）にはできるだけ早く充電が完了するようにパルス幅を大きくして充電を行わせる。このようなスイッチング素子Ｑのパルス駆動制御による充電を行えば、デバイスへ負担をかけずに常時安定して迅速に充電できる。
【００２６】
尚、放電抵抗１７は、例えばメンテナンス時に際してコンデンサ１６に電荷が残っている場合等の危険を回避させるためのものである。コンデンサ１６の電荷を放電させる場合、モータ制御回路２０は信号線Ｓ１を介して動作制御信号をスイッチング素子Ｑへ伝送してスイッチング素子Ｑをオフ状態とし、このオフ状態で放電抵抗１７においてコンデンサ１６からの電荷放電が行われる。
【００２７】
因みに、空調制御装置１における通常動作の場合、モータ制御回路２０はコンデンサ１６に所定の電圧が充電された後に信号線Ｓ５を介して駆動制御信号によりインバータ６を駆動する。
【００２８】
一方、漏電検出回路５により漏電検出する場合、モータ制御回路２０は信号線Ｓ１を介して動作制御信号をスイッチング素子Ｑへ伝送してスイッチング素子Ｑをオフ状態とし、このオフ状態で駆動信号により信号線Ｓ２を介して漏電検出回路５を駆動し、漏電検出回路５により漏電検出された結果の漏電検出信号を信号線Ｓ３を通して得る。
【００２９】
ここでは、漏電検出電流の空調制御装置１側への流入がダイオードＤ及びスイッチング素子Ｑにより阻止されるため、空調装置側のみで簡単にして適確に漏電検出が行われることになる。因みに、モータ制御回路２０は漏電検出の結果として、漏電が著しい場合にはコンプレッサモータ７を停止させるための駆動制御信号をインバータ６へ送出したり、或いは必要に応じて使用者へのその旨の通報を行う。
【００３０】
図２は、上述した空調制御装置１における電源入力回路の構成をそれぞれ変形した比較例の動作性を検証するために示した回路ブロック図で、同図（ａ）は比較例１に関するもの，同図（ｂ）は比較例２に関するもの，同図（ｃ）は比較例３に関するものである。
【００３１】
これらの比較例１〜３の何れの電源入力回路の場合も、コンデンサ１６の充電は可能であるが、漏電検出に際しては走行制御装置２側にも漏電検出電流が流れてしまうため、空調装置側のみでの漏電検出を適確に行うことができない。即ち、図２（ａ）の場合には高圧直流電源３の負極側に接続したダイオードＤから漏電検出電流が走行制御装置２側に流れ、図２（ｂ）の場合には高圧直流電源３の負極側から直接漏電検出電流が走行制御装置２側に流れ、図２（ｃ）の場合にはインバータ６又は放電抵抗１７を通して高圧直流電源３の正極側から漏電検出電流が走行制御装置２側に流れてしまう。従って、これらの比較例１〜３の電源入力回路は、何れも漏電が走行装置側で発生したのか、空調装置側で発生したのかを区別できないため、機能的に好ましくない。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明の電気自動車用空調装置の電源入力回路によれば、従来の回路で必要とされた電流遮断装置の正極側及び負極側でのスイッチや充電スイッチを不要とし、高圧直流電源の負極側に接続された一個のスイッチング素子を設け、モータ制御回路によりコンデンサの充電時に動作制御信号を伝送してスイッチング素子をオン状態でパルス動作させ、動作制御信号により充電電圧の大きさに比例させてパルス動作のパルス幅を可変させているので、簡素な構成でデバイスへ負担をかけずに常時安定して迅速に充電できるようになる。この結果、早く充電が完了するため、空調装置の運転開始時間も短縮されて車内温度を早く設定温度に到達させられるものとなる。
【００３３】
又、この電源入力回路の場合、高圧直流電源の負極側のスイッチング素子以外に高圧直流電源の正極側にダイオードが接続されており、これらのスイッチング素子及びダイオードが漏電検出する場合に漏電検出電流の空調制御装置側への流入を阻止するため、空調装置側のみでの漏電検出が簡単にして適確に行い得るようになる。この結果、最小容量のダイオードでコンデンサの長寿命化を計り得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電気自動車用空調装置の電源入力回路を含む空調制御装置の基本構成を示した回路ブロック図である。
【図２】図１に示す電源入力回路の構成をそれぞれ変形した比較例の動作性を検証するために示した回路ブロック図で、（ａ）は比較例１に関するもの，（ｂ）は比較例２に関するもの，（ｃ）は比較例３に関するものである。
【図３】従来の電気自動車用空調装置の電源入力回路を含む空調制御装置の基本構成を示した回路ブロック図である。
【符号の説明】
１，１´ 空調制御装置
２ 走行制御装置
３ 高圧直流電源
４ａ 正極側電流遮断装置
４ｂ 負極側電流遮断装置
５ 漏電検出回路
６ インバータ
７ コンプレッサモータ
１６ コンデンサ
１７ 放電抵抗
２０，２０´ モータ制御回路
２１ 充電スイッチ
２２ 充電抵抗
Ｄ ダイオード
Ｑ スイッチング素子
Ｓ１〜Ｓ８ 信号線

Claims (3)

  1. 電気自動車に搭載される空調装置の圧縮機を駆動する駆動装置へ高圧直流電源からの高圧直流電流を供給し、且つ該高圧直流電源の正極側及び負極側間に接続されて該高圧直流電流からの充電を行うコンデンサを含む電気自動車用空調装置の電源入力回路において、前記高圧直流電源の正極側に接続されたダイオードと、前記高圧直流電源の負極側に接続されたスイッチング素子とを含むことを特徴とする電気自動車用空調装置の電源入力回路。
  2. 請求項１記載の電気自動車用空調装置の電源入力回路において、前記コンデンサの充電状態を検出した結果に応じて前記スイッチング素子の動作制御を行う動作制御回路を含み、前記スイッチング素子は、前記コンデンサの充電時に前記動作制御回路からの動作制御信号によりパルス動作することを特徴とする電気自動車用空調装置の電源入力回路。
  3. 請求項２記載の電気自動車用空調装置の電源入力回路において、前記動作制御回路は、前記コンデンサの充電電圧を検出すると共に、前記動作制御信号により該充電電圧の大きさに比例させて前記パルス動作のパルス幅を可変させることを特徴とする電気自動車用空調装置の電源入力回路。
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