车载空调控制装置及车辆的制作方法

本发明涉及一种车载空调控制装置及车辆。

本申请主张基于2018年6月12日在日本申请的日本专利申请2018-111868号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术：

在搭载于电动汽车、混合动力车等上的空调的技术领域中，已知有一种车载空调控制装置，其通过来自搭载于车辆上的高电压电池的通电来加热ptc加热器，并使由此生成的温水循环(例如，参考专利文献1)。

这种车载空调控制装置通常具备微型计算机(微控制器)，该微型计算机根据来自上位装置的指令及来自传感器的各种检测值适当地控制对ptc加热器的通电(加热)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2014-108770号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

上述车载空调控制装置构成分为：低电压系统电路，从低电压电池(通常为12v车载电池)接收电力供给而进行动作；及高电压系统电路，从马达驱动用高电压电池接收电力供给而进行动作。为了确保安全，高电压系统电路与低电压系统电路之间被电绝缘。

为了控制对ptc加热器的通电，上述微型计算机需要通过水温传感器而获取由ptc加热器加热的水的温度(水温)。水温传感器为了检测流入流出主体的水的温度而安装于成为低电压系统电路的电线接地端的壳体框架。在此，在将水温传感器连接于高电压系统电路的情况下，壳体框架(低电压系统电路的电线接地端)与高电压系统电路的电线接地端经由该水温传感器而紧密接触，因此有可能无法充分地确保高电压系统电路与低电压系统电路之间的绝缘耐压。从而，根据防止绝缘性能降低的观点，水温传感器优选连接于低电压系统电路。

通过微型计算机也与上述水温传感器一同配置在低电压系统电路侧，能够直接连接微型计算机和水温传感器。然而，微型计算机为了控制对ptc加热器的通电，还需要获取从高电压电池输出的电压或从高电压电池流入ptc加热器的电流的值。在将微型计算机连接于低电压系统电路的情况下，难以在维持与高电压系统电路之间的绝缘性的同时，获取从高电压电池输出的电压或流入ptc加热器的电流的值。

本发明提供一种能够解决上述课题的车载空调控制装置及车辆。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一方式，车载空调控制装置具备：加热器元件，包含在高电压系统电路中，并通过从高电压电池供给的电力而发热；微型计算机，包含在低电压系统电路中，并控制从所述高电压电池供给到所述加热器元件的电力；电流检测传感器，包含在所述高电压系统电路中，并输出表示流入所述加热器元件的电流的值的电压信号；电流检测用v/f转换部，包含在所述高电压系统电路中，并将所述电流检测传感器所输出的电压信号转换为频率信号；及电流检测用数字隔离器，一边保持所述电流检测用v/f转换部与所述微型计算机之间的电绝缘，一边将所述频率信号传输到所述微型计算机。

根据本发明的一方式，所述电流检测用v/f转换部具备硅振荡器，该硅振荡器具有设定端子和输出端子，所述硅振荡器从所述输出端子输出与从所述设定端子输出的电流对应的频率的所述频率信号。

根据本发明的一方式，上述车载空调控制装置具备：高电压侧电压传感器，包含在所述高电压系统电路中，并输出与来自所述高电压电池的输入电压对应的电压信号；高电压侧电压检测用v/f转换部，包含在所述高电压系统电路中，并将所述高电压侧电压传感器所输出的电压信号转换为频率信号；及高电压侧电压检测用数字隔离器，一边保持所述高电压侧电压检测用v/f转换部与所述微型计算机之间的电绝缘，一边将所述频率信号传输到所述微型计算机。

根据本发明的一方式，车载空调控制装置具备：马达，包含在高电压系统电路中，并通过从高电压电池供给的电力而驱动；微型计算机，包含在低电压系统电路中，并控制从所述高电压电池供给到所述马达的电力；电流检测传感器，包含在所述高电压系统电路中，并输出表示流入所述马达的电流的值的电压信号；电流检测用v/f转换部，包含在所述高电压系统电路中，并将所述电流检测传感器所输出的电压信号转换为频率信号；及电流检测用数字隔离器，一边保持所述电流检测用v/f转换部与所述微型计算机之间的电绝缘，一边将所述频率信号传输到所述微型计算机。

根据本发明的一方式，车辆具备上述车载空调控制装置。

发明效果

根据上述车载空调控制装置及车辆，能够充分地确保低电压系统电路与高电压系统电路之间的绝缘耐压。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的车载空调控制装置的整体结构的图。

图2是表示第1实施方式所涉及的v/f转换部的详细电路结构的第1图。

图3是用于说明第1实施方式所涉及的v/f转换部的功能的第1图。

图4是表示第1实施方式所涉及的v/f转换部的详细电路结构的第2图。

图5是用于说明第1实施方式所涉及的v/f转换部的功能的第2图。

图6是表示第2实施方式所涉及的车载空调控制装置的整体结构的图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

以下，参考图1～图5，对第1实施方式所涉及的车载空调控制装置进行说明。

(车载空调控制装置的整体结构)

图1是表示第1实施方式所涉及的车载空调控制装置的整体结构的图。

图1所示的车载空调控制装置1是搭载于电动汽车、混合动力车等车辆上的空调控制装置。车载空调控制装置1通过来自搭载于电动汽车、混合动力车等上的高电压电池b2(马达驱动用高电压电池)的通电而使所谓的温水ptc加热器即ptc加热器h发热，生成为了车内空调而所需要的温水。

如图1所示，车载空调控制装置1具有低电压系统电路lv和高电压系统电路hv。低电压系统电路lv的电线接地端gnd1与高电压系统电路hv的电线接地端gnd2之间被绝缘。低电压系统电路lv的电线接地端gnd1与壳体框架f电连接。在低电压系统电路lv上连接有车载低电压电池b1(例如dc12v所输出的车载电池)。在高电压系统电路hv上连接有车载高电压电池b2(例如dc300v所输出的车载电池)。高电压电池b2是用于使车辆驱动用马达旋转驱动的主要电力供给源。

车载空调控制装置1的高电压系统电路hv具备栅极驱动器11、开关元件12、高电压侧电压传感器13、电流检测传感器14及v/f转换部161、162。车载空调控制装置1的低电压系统电路lv具备微型计算机10、can收发器150、入口侧水温传感器151、出口侧水温传感器152、低电压侧电压传感器153及调节器18。

并且，车载空调控制装置1具备配置在低电压系统电路lv与高电压系统电路hv的边界上的数字隔离器170、171、172和dc/dc转换器19。

以下，对包含在高电压系统电路hv中的各种电路结构进行详细说明。

栅极驱动器11根据来自后述的微型计算机10的控制信号(数字信号)来控制开关元件12的接通/断开。栅极驱动器11由dc15v的电源电压来驱动。栅极驱动器11的电线接地端端子连接于高电压系统电路hv的电线接地端gnd2。

关于配置在栅极驱动器11与微型计算机10之间的数字隔离器170，将进行后述。

开关元件12是高耐压半导体开关元件(所谓的功率晶体管)，例如是igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体)等。开关元件12根据来自栅极驱动器11的栅极信号被进行接通/断开控制。若开关元件12接通，则电流从高电压电池b2(dc300v)流向ptc加热器h，ptc加热器h被加热。

高电压侧电压传感器13是用于检测来自高电压电池b2的输入电压的传感器。具体而言，高电压侧电压传感器13是由电阻元件r5、r6构成的分压器。来自高电压电池b2的输入电压(例如dc300v)通过高电压侧电压传感器13(分压器)而被分压。根据这种结构，高电压侧电压传感器13将与来自高电压电池b2的输入电压对应的电压信号(模拟信号)向微型计算机10输出。

关于配置在高电压侧电压传感器13与微型计算机10之间的v/f转换部161及数字隔离器171，将进行后述。

电流检测传感器14是检测流入ptc加热器h的电流(以下，也记载为“加热器电流”。)的值的传感器。具体而言，电流检测传感器14具有作为分流电阻的电阻元件rs和放大器op。根据这种电流检测传感器14，在电阻元件rs中根据加热器电流值而产生电压下降。而且，电阻元件rs中的电压下降在放大器op中被放大的电压信号(模拟信号)向微型计算机10输出。

关于配置在电流检测传感器14与微型计算机10之间的v/f转换部162及数字隔离器172，将进行后述。

ptc加热器h是通过从高电压电池b2供给的电力而发热的加热器元件。

v/f转换部161(高电压侧电压检测用v/f转换部)接收从高电压侧电压传感器13输出的电压信号(模拟信号)，并转换为以与该电压信号对应的频率进行振荡的频率信号。

v/f转换部162(电流检测用v/f转换部)将电流检测传感器14所输出的电压信号(模拟信号)转换为频率信号。

接着，对包含在低电压系统电路lv中的各种电路结构进行详细说明。

微型计算机10是对车载空调控制装置1的整体动作进行管理的处理器。微型计算机10按照预先准备的程序而执行各种处理。具体而言，微型计算机10根据从上位装置接收的指令值(目标水温等)和由ptc加热器h加热的温水的入口温度和出口温度的检测结果等来控制对ptc加热器h的通电。此时，微型计算机10一边监控当前时刻的加热器电流值，一边适当地进行调整。

并且，微型计算机10始终监视来自低电压电池b1的输入电压、来自高电压电池b2的输入电压，并对低电压电池b1、高电压电池b2进行异常检测等。

如图1所示，微型计算机10由以电线接地端gnd1为基准的dc5v的电源电压来驱动。微型计算机10的电线接地端端子连接于低电压系统电路lv的电线接地端gnd1。

can收发器150连接于can总线，并且实现经由该can总线而连接的上位装置(未图示)与微型计算机10之间的双向通信。can收发器150例如将来自上位装置的指令值传输到微型计算机10。

can收发器150由以电线接地端gnd1为基准的dc5v的电源电压来驱动。can收发器150的电线接地端端子连接于低电压系统电路lv的电线接地端gnd1。

入口侧水温传感器151、出口侧水温传感器152分别是检测由ptc加热器h加热的温水的温度的温度传感器。具体而言，入口侧水温传感器151在壳体框架f中配置于温水的流路(未图示)的入口附近，并检测温水入口温度。出口侧水温传感器152在壳体框架f中设置于温水流路的出口附近，并检测温水出口温度。

入口侧水温传感器151、出口侧水温传感器152由以电线接地端gnd1为基准的dc5v的电源电压来驱动。入口侧水温传感器151、出口侧水温传感器152的电线接地端端子连接于低电压系统电路lv的电线接地端gnd1。

入口侧水温传感器151具有在电源与电线接地端之间串联连接的电阻元件r1和温度传感器元件t1。温度传感器元件t1具有与检测温度对应的电阻值。根据这种结构，入口侧水温传感器151输出与入口温度对应的电压信号(模拟信号)。

出口侧水温传感器152具有在电源与电线接地端之间串联连接的电阻元件r2和温度传感器元件t2。温度传感器元件t2具有与检测温度对应的电阻值。根据这种结构，出口侧水温传感器152输出与出口温度对应的电压信号(模拟信号)。

低电压侧电压传感器153是用于检测来自低电压电池b1的输入电压的传感器。具体而言，低电压侧电压传感器153是由电阻元件r3、r4构成的分压器。来自低电压电池b1的输入电压(例如dc12v)通过低电压侧电压传感器153(分压器)而被分压。根据这种结构，低电压侧电压传感器153输出与来自低电压电池b1的输入电压对应的电压信号(模拟信号)。

低电压侧电压传感器153的电线接地端端子连接于低电压系统电路lv的电线接地端gnd1。

数字隔离器170、171、172例如是光电耦合器等，并且是在保持1次侧(低电压系统电路lv)与2次侧(高电压系统电路hv)之间的电绝缘的同时，将从1次侧输入的数字信号能够传输到2次侧，或者将从2次侧输入的数字信号能够传输到1次侧的元件。

数字隔离器170一边保持微型计算机10与栅极驱动器11之间的电绝缘，一边将从该微型计算机10输出的数字信号传输到栅极驱动器11。

数字隔离器171(高电压侧电压检测用数字隔离器)一边保持v/f转换部161与微型计算机10之间的电绝缘，一边将从v/f转换部161输出的频率信号传输到微型计算机10。

数字隔离器172(电流检测用数字隔离器)一边保持v/f转换部162与微型计算机10之间的电绝缘，一边将从v/f转换部162输出的频率信号传输到微型计算机10。

调节器18根据来自低电压电池b1的输入电压(例如dc12v)而输出比其低的恒定电压(例如dc5v)。调节器18生成的恒定电压成为属于低电压系统电路lv的can收发器150、入口侧水温传感器151、出口侧水温传感器152等的电源电压。

dc/dc转换器19是所谓的绝缘型dc/dc转换器，一边维持1次侧(低电压系统电路lv)与2次侧(高电压系统电路hv)之间的电绝缘，一边将从1次侧输入的dc电压转换为所期望的dc电压并输出到2次侧。具体而言，dc/dc转换器19输入以1次侧(低电压系统电路lv)的电线接地端gnd1为基准的来自低电压电池b1的电压(例如dc12v)，并将其转换为以2次侧(高电压系统电路hv)的电线接地端gnd2为基准的恒定电压(例如dc5v、dc15v)。dc/dc转换器19生成的恒定电压成为属于高电压系统电路hv的栅极驱动器11等的电源电压。

(电流检测用v/f转换部的电路结构及功能)

图2是表示第1实施方式所涉及的v/f转换部的详细电路结构的第1图。

图3是用于说明第1实施方式所涉及的v/f转换部的功能的第1图。

以下，参考图2、图3，对v/f转换部162(电流检测用v/f转换部)的电路结构及其功能进行详细说明。在图2中，除了v/f转换部162的电路结构以外，还图示出高电压电池b2、开关元件12、ptc加热器h、电流检测传感器14(电阻元件rs、放大器op、电阻元件r7～r11、电容元件c)。放大器op、电阻元件r7～r11及电容元件c构成反相放大电路。

如图2所示，v/f转换部162具有硅振荡器1620和电阻元件rvco、rset。硅振荡器1620被输入以电线接地端gnd2为基准的电源电压dc5v，并接地到电线接地端gnd2。

硅振荡器1620具有设定端子set和输出端子out。硅振荡器1620的设定端子set使电流i流过，以使连接于该端子上的设定节点vset的电位以规定值保持恒定。而且，硅振荡器1620的输出端子out输出与从设定端子set流出的电流i的值对应的频率的频率信号fout。

在设定节点vset和输出与加热器电流对应的电压信号(模拟信号)的输出节点vctrl之间连接有电阻元件rvco。在设定节点vset与电线接地端gnd1之间连接有电阻元件rset。

根据以上结构，如图3所示，例如在加热器电流值为相对低的电流值ia的情况下，在分流电阻即电阻元件rs中产生的电压下降变小，成为包含放大器op的反相放大电路的输出的输出节点vctrl的电位上升。因此，为了在设定节点vset上维持规定电位，需要从设定端子set流出相对小的电流i。从而，在该情况下，硅振荡器1620从输出端子out输出相对低的频率fa的频率信号fout。

另一方面，如图3所示，在加热器电流量为相对高的电流值ib的情况下，在电阻元件rs中产生的电压下降变大，成为包含放大器op的反相放大电路的输出的输出节点vctrl的电位降低。由此，为了在设定节点vset上维持规定电位，需要从设定端子set流出相对大的电流i。从而，在该情况下，硅振荡器1620从输出端子out输出相对高的频率fb的频率信号fout。

根据如图3所示的关系，微型计算机10通过经过数字隔离器172输入的频率信号fout的振荡频率而能够掌握加热器电流值。

(高电压侧电压检测用v/f转换部的电路结构及功能)

图4是表示第1实施方式所涉及的v/f转换部的详细电路结构的第2图。

图5是用于说明第1实施方式所涉及的v/f转换部的功能的第2图。

以下，参考图4、图5，对v/f转换部161(高电压侧电压检测用v/f转换部)的电路结构及其功能进行详细说明。

如图4所示，v/f转换部161具有硅振荡器1610和电阻元件rvco、rset。硅振荡器1610被输入以电线接地端gnd2为基准的电源电压dc5v，并接地到电线接地端gnd2。

与图2所示的硅振荡器1620同样，硅振荡器1610具有设定端子set和输出端子out。硅振荡器1610的设定端子set使电流i流过，以使连接于该端子上的设定节点vset的电位以规定值保持恒定。而且，硅振荡器1610的输出端子out输出与从设定端子set流出的电流i的值对应的频率的频率信号fout。

在设定节点vset和输出与来自高电压电池b2的输入电压对应的电压信号(模拟信号)的输出节点vctrl(串联连接的电阻元件r5与电阻元件r6之间的中间电位)之间连接有电阻元件rvco。在设定节点vset与电线接地端gnd2之间连接有电阻元件rset。

根据以上结构，如图5所示，例如在来自高电压电池b2的输入电压为相对低的电压va的情况下，高电压侧电压传感器13的输出节点vctrl的电位降低。由此，为了在设定节点vset上维持规定电位，需要从设定端子set流出相对大的电流i。从而，在该情况下，硅振荡器1610从输出端子out输出相对高的频率fa的频率信号fout。

另一方面，如图5所示，在来自高电压电池b2的输入电压为相对高的电压vb的情况下，高电压侧电压传感器13的输出节点vctrl的电位上升。因此，为了在设定节点vset上维持规定电位，需要从设定端子set流出相对小的电流i。从而，在该情况下，硅振荡器1610从输出端子out输出相对低的频率fb的频率信号fout。

根据如图5所示的关系，微型计算机10通过经过数字隔离器171输入的频率信号fout的振荡频率，能够掌握来自高电压电池b2的输入电压。

(作用和效果)

如上所述，第1实施方式所涉及的车载空调控制装置1具备：ptc加热器h(加热器元件)，连接于高电压系统电路hv，并通过从高电压电池b2供给的电力而发热；微型计算机10，连接于低电压系统电路lv，并控制从高电压电池b2向ptc加热器h的通电；电流检测传感器14，连接于高电压系统电路hv，并输出与流入ptc加热器h的电流的值对应的电压信号；电流检测用v/f转换部(v/f转换部162)，包含在高电压系统电路hv中，并将电流检测传感器14输出的电压信号转换为频率信号；及电流检测用数字隔离器(数字隔离器172)，一边保持电流检测用v/f转换部与微型计算机10之间的电绝缘，一边将频率信号传输到微型计算机10。

通过以上结构，微型计算机10属于低电压系统电路lv，并且能够经由v/f转换部162及数字隔离器172获取来自包含在高电压系统电路hv中的电流检测传感器14的电流检测值(电压信号)。从而，在实现由微型计算机10控制对ptc加热器h的通电的同时，能够充分地确保低电压系统电路与高电压系统电路之间的绝缘耐压。

也可以考虑如下情况：在高电压系统电路hv、低电压系统电路lv中分别设置各一个微型计算机，并经由数字隔离器与两个微型计算机之间进行通信(数字信号的交换)。然而，在这种情况下，由于在车载空调控制装置1上需要搭载两个微型计算机，因此成为高成本。

从而，通过第1实施方式所涉及的结构，能够抑制成本增加。

第1实施方式所涉及的v/f转换部162具备硅振荡器1620等，该硅振荡器1620具备设定端子set和输出端子out。该硅振荡器1620从输出端子out输出与从设定端子set输出的电流对应的频率的频率信号。

通过这种结构，通过具有将所输出的信号的振荡频率能够设定为期望值的功能的硅振荡器1620，能够使电压信号转换为频率信号。由此，能够将v/f转换部162设为价格低廉的结构。

第1实施方式所涉及的车载空调控制装置1在高电压系统电路hv中还具备：高电压侧电压传感器13，输出与来自高电压电池b2的输入电压对应的电压信号；及高电压侧电压检测用v/f转换部(v/f转换部161)，将高电压侧电压传感器13所输出的电压信号转换为频率信号。而且，车载空调控制装置1具备高电压侧电压检测用数字隔离器(数字隔离器171)，该高电压侧电压检测用数字隔离器(数字隔离器171)一边保持高电压侧电压检测用v/f转换部与微型计算机10之间的电绝缘，一边将频率信号传输到微型计算机10。

由此，配置在低电压系统电路lv中的微型计算机10经由v/f转换部161及数字隔离器171能够监控来自高电压电池b2的输入电压。由此，微型计算机10不仅能够检测低电压电池b1的异常，而且也能够检测高电压电池b2的异常。

＜第2实施方式＞

接着，参考图6，对第2实施方式所涉及的车载空调控制装置进行说明。

图6所示的车载空调控制装置1是搭载于电动汽车、混合动力车等车辆上的空调控制装置。车载空调控制装置1通过来自搭载于电动汽车，混合动力汽车等上的高电压电池b2的通电而驱动逆变器12a和马达m，并使空调用压缩机旋转。

逆变器12a是由多个(例如6个)开关元件(igbt等)构成的电力转换电路，并且将直流电力转换为用于驱动马达m的三相交流电。

在该情况下，电流检测传感器14作为电流检测传感器而发挥功能，该电流检测传感器输出表示流入马达m的电流的值的电压信号。

微型计算机10按照来自上位装置的指令，一边监控流入马达m的电流(马达电流)，一边进行控制。

v/f转换部161、162等的具体结构与第1实施方式相同。

如上所述，对本发明所涉及的几种实施方式进行了说明，但是这些所有实施方式作为示例而提示，并不旨在限定本发明的范围。上述实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。上述实施方式及其变形例与包含在本发明的范围或主旨中同样地，也包含在与权利要求书中所记载的发明及其等同的范围内。

产业上的可利用性

根据上述车载空调控制装置及车辆，能够充分地确保低电压系统电路与高电压系统电路之间的绝缘耐压。

符号说明

1-车载空调控制装置，10-微型计算机，11-栅极驱动器，12-开关元件，12a-逆变器，13-高电压侧电压传感器，14-电流检测传感器，150-can收发器，151-入口侧水温传感器，152-出口侧水温传感器，153-低电压侧电压传感器，161、162-v/f转换部，1610、1620-硅振荡器，170、171、172-数字隔离器，18-调节器，19-dc/dc转换器，h-ptc加热器，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、rs、rvco、rset-电阻元件，c-电容元件，op-放大器，t1、t2-温度传感器元件，f-壳体框架，b1-低电压电池，b2-高电压电池，m-马达。

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