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1. (WO2008108020) 車載空気調和機用インバータシステム

明 細 書

発明の名称

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

発明の開示

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013   0014  

発明を実施するための最良の形態

0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2  

明 細 書

車載空気調和機用インバータシステム

技術分野

[0001]
 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。

背景技術

[0002]
 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。)。
[0003]
特許文献1 : 特許第3152154号公報
特許文献2 : 特許第3351330号公報

発明の開示

発明が解決しようとする課題

[0004]
 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。

課題を解決するための手段

[0005]
 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。
[0006]
 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。
[0007]
 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。
[0008]
 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。
[0009]
 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。
[0010]
 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。
[0011]
 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。

発明の効果

[0012]
 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。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 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。
[図2] 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

[0014]
 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

発明を実施するための最良の形態

[0015]
 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。
[0016]
 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。
[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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。
[0021]
 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。
[0022]
 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。
[0023]
 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。
[0024]
 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。
[0025]
 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。
[0026]
 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。
[0027]
 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。

請求の範囲

[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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]