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技術 電力分配システム

出願人 矢崎総業株式会社
発明者 笹原将人久保田和弘込山将貴
出願日 2019年1月30日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-014092
公開日 2020年8月13日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-124031
状態 未査定
技術分野 電池等の充放電回路 車両用電気・流体回路
主要キーワード 削減領域 自動化レベル PチャネルMOS 電力分配システム 低圧出力 開発品 機械式リレー 運輸省
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができる電力分配システムを提供する。

解決手段

電力分配システムは、第1経路B11,B12と、第2経路B2と、第1経路B11,B12に設けられた第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2と、第2経路B2に複数設けられ、直列に接続されたダイオードD(1)〜D(n)と、直流電源7から供給される電力により第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2をオン状態に駆動可能なドライバ回路44と、を含む。ドライバ回路44は、電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した場合、直流電源7から供給される電力が停止され、且つ第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2をオフ状態に制御する。

概要

背景

従来、自動運転の普及に伴い、1フェイル電源失陥しないように複数の電力供給源が搭載されている車両が増加してきている(例えば、特許文献1参照)。

概要

部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができる電力分配システムを提供する。電力分配システムは、第1経路B11,B12と、第2経路B2と、第1経路B11,B12に設けられた第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2と、第2経路B2に複数設けられ、直列に接続されたダイオードD(1)〜D(n)と、直流電源7から供給される電力により第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2をオン状態に駆動可能なドライバ回路44と、を含む。ドライバ回路44は、電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した場合、直流電源7から供給される電力が停止され、且つ第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2をオフ状態に制御する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両に搭載され、電力変換装置及び直流電源の何れか一方から電力を供給させる電力分配システムであって、前記直流電源から電力が第1負荷に供給される第1経路と、前記第1経路と並列に設けられ、前記直流電源から電力が前記第1負荷に供給される第2経路と、前記第1経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な第1半導体スイッチング素子と、前記第2経路に複数設けられ、直列に接続されたダイオードと、前記直流電源から供給される電力により前記第1半導体スイッチング素子をオン状態に駆動可能なドライバ回路と、を備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第1負荷への電力の供給が停止した場合、前記直流電源から供給される電力が停止され、且つ前記第1半導体スイッチング素子をオフ状態に制御する、ことを特徴とする電力分配システム。

請求項2

前記第1経路と、前記第2経路と、前記第1負荷への電力の共通経路とを接続する端子、をさらに備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第1負荷への電力の供給が停止した状態であって、且つ前記直流電源から前記第2経路を介して印加された前記端子の端子電圧停車使用領域のうち最低電圧以下である場合、前記直流電源から電力が供給され、且つ前記第1半導体スイッチング素子をオン状態に制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の電力分配システム。

請求項3

前記電力変換装置と、前記端子との間を接続する第3経路と、前記第3経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な主停止用半導体スイッチング素子と、をさらに備え、前記主停止用半導体スイッチング素子は、前記電力変換装置から前記第3経路を介して印加された前記端子の端子電圧が、前記停車中使用領域のうち前記最低電圧以下である場合及び前記停車中使用領域よりも高い走行中使用領域のうち最大電圧よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、ことを特徴とする請求項2に記載の電力分配システム。

技術分野

0001

本開示は、電力分配システムに関する。

背景技術

0002

従来、自動運転の普及に伴い、1フェイル電源失陥しないように複数の電力供給源が搭載されている車両が増加してきている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2018−078701号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載のような従来技術では、一部の電力供給源又は一部の経路に異常が発生した場合、その経路を切り離すスイッチを有している。このようなスイッチは、例えば、半導体スイッチング素子から構成されている。よって、車両が走行中であれば、ドライバ回路を駆動させて半導体スイッチング素子をオン状態で維持させる。一方、車両が停車中であっても、車両に搭載された各種負荷暗電流を供給する必要があるため、ドライバ回路を駆動させて半導体スイッチング素子をオン状態に維持させる。結局、車両が走行中及び停車中の何れかにかかわらず、ドライバ回路を駆動させる必要があるため、ドライバ回路の消費電力により暗電流が増加する。

0005

そこで、半導体スイッチング素子ではなくメカニカルリレーからスイッチの機能を構成させるものが従来からあるが、メカニカルリレーは、基板サイズが大きく、部品コストも増加する。なお、電力供給源がリチウムイオン電池であれば、出力電圧は約14Vと高いため、暗電流はさらに増加する。したがって、上記のような従来技術であれば、部品コストは抑制できない。また、上記のような従来技術であれば、暗電流は増加することからバッテリ上がりが生じる虞がある。

0006

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができるようにするものである。

課題を解決するための手段

0007

本開示の一側面である電力分配システムは、車両に搭載され、電力変換装置及び直流電源の何れか一方から電力を供給させる電力分配システムであって、前記直流電源から電力が第1負荷に供給される第1経路と、前記第1経路と並列に設けられ、前記直流電源から電力が前記第1負荷に供給される第2経路と、前記第1経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な第1半導体スイッチング素子と、前記第2経路に複数設けられ、直列に接続されたダイオードと、前記直流電源から供給される電力により前記第1半導体スイッチング素子をオン状態に駆動可能なドライバ回路と、を備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第1負荷への電力の供給が停止した場合、前記直流電源から供給される電力が停止され、且つ前記第1半導体スイッチング素子をオフ状態に制御する、ものである。

0008

また、本開示の一側面である電力分配システムにおいて、前記第1経路と、前記第2経路と、前記第1負荷への電力の共通経路とを接続する端子、をさらに備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第1負荷への電力の供給が停止した状態であって、且つ前記直流電源から前記第2経路を介して印加された前記端子の端子電圧が停車中使用領域のうち最低電圧以下である場合、前記直流電源から電力が供給され、且つ前記第1半導体スイッチング素子をオン状態に制御する、ことが好ましい。

0009

また、本開示の一側面である電力分配システムにおいて、前記電力変換装置と、前記端子との間を接続する第3経路と、前記第3経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な主停止用半導体スイッチング素子と、をさらに備え、前記主停止用半導体スイッチング素子は、前記電力変換装置から前記第3経路を介して印加された前記端子の端子電圧が、前記停車中使用領域のうち前記最低電圧以下である場合及び前記停車中使用領域よりも高い走行中使用領域のうち最大電圧よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、ことが好ましい。

発明の効果

0010

本開示の一側面によれば、部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができる。

図面の簡単な説明

0011

本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムのブロック回路図である。
本開示を適用した実施形態に係る直流電源7の放電特性の一例を示す図である。
本開示を適用した実施形態に係る暗電流Iidの電圧特性の一例を示す図である。
本開示を適用した実施形態に係る電力変換装置1が停止している間の端子電圧VAの時間変化の一例を示す図である。
本開示を適用した実施形態に係る端子電圧VAの区分けを説明する概念図である。
本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムの制御例を説明するフローチャートである。
従来例における電力分配システムのブロック回路図である。

実施例

0012

以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明するが、本開示は以下の実施形態に限られるものではない。

0013

回路構成
図1は、本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムのブロック回路図である。図1に示す電力分配システムは、不図示の車両に搭載され、電力変換装置1及び直流電源7の何れか一方から電力を供給させるものである。電力の供給先は、第1負荷5及び第2負荷6である。第1負荷5は、従来から想定される一般的な負荷と、自動運転に伴う負荷とを含むものである。一般的な負荷は、例えば、電動パワーステアリング装置ライト及びワイパ等である。自動運転は、例えば、日本政府や米国運輸省道路交通安全局(NHTSA)が規定している自動化レベルのレベル3(LV3)では、車両の加速操舵制動の制御を全てシステムが実施するものである。よって、自動運転に伴う負荷は、車両の加速、操舵、制動の制御を行うための負荷、具体的には、GPS(Global Positioning System)、各種レーダー装置撮像装置及び各種ECU等が該当する。

0014

一方、第2負荷6は、最低限自動運転を継続できる負荷である。最低限自動運転を継続できる負荷は、例えば、自動化レベルのレベル2(LV2)を想定すれば、車両の加速、操舵、制動のうち複数の操作をシステムが自動的に実施することが要求されるため、それらを実現するための構成である。よって、最低限自動運転を継続できる負荷は、車両の加速、操舵、制動のうち複数の操作をシステムが自動的に行うための負荷、具体的には、自動化レベルのレベル3(LV3)を実現する構成の一部が含まれる。

0015

なお、自動運転として、自動化レベルのレベル3(LV3)及びレベル2(LV2)について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、第1負荷5は、自動化レベルのレベル4(LV4)以上の負荷であってもよい。また、第2負荷6は、自動化レベルのレベル1(LV1)の負荷であってもよい。

0016

また、電力変換装置1は、例えば、DC/DCコンバータから構成され、エンジンの回転により発電するモータ又はジェネレータから出力される高圧の出力電圧を低圧の出力電圧に変換するものである。電力変換装置1は、低圧の出力電圧を、第1負荷5と、第1経路B11及び第1経路B12を介して第2負荷6とに出力可能である。一方、直流電源7は、二次電池から構成されている。二次電池は、具体的には、リチウムイオン電池であり、バックアップ電圧Vback1として、約14Vの出力電圧を第2負荷6及び第1負荷5の少なくとも一方に出力可能である。具体的には、直流電源7は、約14Vの出力電圧を第2負荷6に常時出力可能に構成されている。また、詳細については後述するが、直流電源7は、電力変換装置1から第1負荷5に電力が供給されない場合、約14Vの出力電圧を第1負荷5に出力可能に構成されている。

0017

また、電力分配システムは、第1経路B11及び第1経路B12並びに第2経路B2を備え、電力変換装置1から第1負荷5に電力が供給されなかったとしても、第1経路B11及び第1経路B12並びに第2経路B2により電力を第1負荷5に供給する経路を確保するものである。第1経路B11及び第1経路B12は、直流電源7から電力が第1負荷5に供給される電力の供給路である。第1経路B11は、第1半導体スイッチング素子Q5a1及び第1半導体スイッチング素子Q5a2を有している。第1経路B12は、第1半導体スイッチング素子Q5b1及び第1半導体スイッチング素子Q5b2を有している。第1半導体スイッチング素子Q5a1、第1半導体スイッチング素子Q5a2、第1半導体スイッチング素子Q5b1及び第1半導体スイッチング素子Q5b2のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSFETから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。なお、第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2は、基本的にオン状態に制御されるものであって、第2経路B2、詳細については後述する第3経路B3及び共通経路Bcの何れかに異常が発生した場合又はキーオフの状態のように車両が駐車中である場合にオフ状態に制御されるものである。

0018

第2経路B2は、第1経路B11及び第1経路B12と並列に設けられ、直流電源7から電力が第1負荷5に供給される電力の供給路である。第2経路B2は、複数のダイオードD(1)〜D(n)を有している。複数のダイオードD(1)〜D(n)のそれぞれは、直列に接続されている。なお、第2経路B2は、複数のダイオードD(1)〜D(n)と直列にバックアップ用半導体スイッチング素子Q21errを有している。バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errは、例えば、ノーマリオン接合型JFTから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errは、ゲートインバータINV2に接続され、ソースがダイオードD(n)のアノードに接続されている。バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errのドレインは、保護用半導体スイッチング素子Q3errを介して、直流電源7に接続される。保護用半導体スイッチング素子Q3errは、ゲートがインバータINV3に接続され、ソースが第1経路B11及び第1経路B12、第2経路B2並びに第2負荷6に接続され、ドレインが直流電源7に接続されている。なお、第2負荷6は、12V系で動作する負荷であるので、直流電源7に直接接続する回路構成となる。また、バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errは、ゲートにインバータINV2が設けられ、詳細については後述するA端子の端子電圧VAによってオン状態とオフ状態とが切り替えられる。

0019

なお、第1経路B11及び第1経路B12を総称する場合、第1経路B1と称する。また、第1半導体スイッチング素子Q5a1及び第1半導体スイッチング素子Q5a2を総称する場合、第1半導体スイッチング素子Q5aと称する。また、第1半導体スイッチング素子Q5b1及び第1半導体スイッチング素子Q5b2を総称する場合、第1半導体スイッチング素子Q5bと称する。また、第1半導体スイッチング素子Q5a及び第1半導体スイッチング素子Q5bを総称する場合、第1半導体スイッチング素子Q5と称する。また、ダイオードD(1)〜D(n)を総称する場合、ダイオードDと称する。つまり、本実施形態においては、ダイオードDは複数設けられていることを想定している。

0020

第1経路B1及び第2経路B2は、共通の端子Aを介して、第1負荷5に電力を供給する。端子Aと、第1負荷5との間には、共通経路Bcを有している。よって、直流電源7から第1負荷5に電力を供給する経路には、第1経路B1及び第2経路B2の2系統が存在する。また、端子Aと、電力変換装置1との間には、第3経路B3を有している。第3経路B3は、端子Aと、電力変換装置1との間を接続するものである。第3経路B3は、主停止用半導体スイッチング素子Q1errを有している。主停止用半導体スイッチング素子Q1errは、例えば、ノーマリオンの接合型JFTから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。主停止用半導体スイッチング素子Q1errは、ゲートがインバータINV1に接続され、ソースが端子A側に接続され、ドレインが電力変換装置1の低圧出力側に接続されている。主停止用半導体スイッチング素子Q1errは、ゲートにインバータINV1を有しているので、入力された電圧Verrの極性反転される。よって、電圧Verrは、正電圧であって、且つ極性が負電圧となったときに主停止用半導体スイッチング素子Q1errをオフ状態にするのに必要な大きさのものとする。

0021

共通経路Bcは、シャント抵抗Rsを有している。シャント抵抗Rsの電圧Vin+及び電圧Vin−のそれぞれは、電圧検出器2に入力される。電圧検出器2は、2つの抵抗Rt、オペアンプIC1及び電圧検出用半導体スイッチング素子Q1を備えている。電圧検出用半導体スイッチング素子Q1は、例えば、NPN型トランジスタから構成され、ベースがオペアンプIC1の出力端子側に接続され、コレクタがオペアンプIC1の非反転入力端子側に接続され、エミッタがECU3に接続されている。なお、エミッタとECU3との間には電圧Voを出力するための抵抗RLが接続されている。シャント抵抗Rsの電圧Vin+側は、TΩの抵抗Rtを介して、オペアンプIC1の非反転入力端子側に接続されている。シャント抵抗Rsの電圧Vin−側は、TΩの抵抗Rtを介して、オペアンプIC1の反転入力端子側に接続されている。つまり、オペアンプIC1は、シャント抵抗Rsの両端電圧を検出可能に構成されている。具体的には、オペアンプIC1の出力端子側から出力される電圧Voは、シャント抵抗Rsを流れる測定電流Is×シャント抵抗Rs×抵抗RL/TΩで求められる。なお、電圧検出器2は、直流電源7から出力されるバックアップ電圧Vback1により駆動する。具体的には、電圧検出器2は、ベースとエミッタとの間が抵抗RAで接続された電力供給用半導体スイッチング素子QAがオン状態となったとき、抵抗R1及び抵抗R2で分圧した分圧電圧が入力される。

0022

ECU3は、電源回路31、入力バッファ32、A/Dコンバータ33、ドライバ回路34、通信回路35、記憶回路36及びMCU37を備えている。電源回路31は、ベースとエミッタとの間が抵抗RBで接続された電力供給用半導体スイッチング素子QBがオン状態となったとき、抵抗R1及び抵抗R2で分圧した分圧電圧が入力される。電源回路31は、入力された分圧電圧をECU3の動作範囲電圧に降圧する。入力バッファ32は、デジタル信号ラッチするラッチ回路から構成されている。A/Dコンバータ33は、電圧検出器2から出力されたアナログ信号である電圧Voをデジタル信号に変換し、MCU37に出力する。MCU37は、詳細については後述するが、電圧Voの大きさに応じた処理をするために、ドライバ回路34を制御する。ドライバ回路34は、ゲートドライバから構成され、電力供給用半導体スイッチング素子QCを駆動する電圧V0若しくは電圧Verr並びに主停止用半導体スイッチング素子Q1errを駆動する電圧Verrを出力する。通信回路35は、電圧Voが、後述する最低電圧V_2に到達した場合、信号P1を出力する。記憶回路36は、例えば、EEPROM登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)から構成される。

0023

ECU4は、電源回路41、入力バッファ42、A/Dコンバータ43、ドライバ回路44、通信回路45、記憶回路46及びMCU47を備えている。電源回路41は、ベースとエミッタとの間が抵抗RCで接続された電力供給用半導体スイッチング素子QCがオン状態となったとき、抵抗R1及び抵抗R2で分圧した分圧電圧が入力される。電源回路41は、入力された分圧電圧をECU4の動作範囲電圧に降圧する。入力バッファ42、A/Dコンバータ43、記憶回路46及びMCU47は、入力バッファ32、A/Dコンバータ33、記憶回路36及びMCU37と同様の構成及び機能を有しているので、それらの説明については省略する。ドライバ回路44は、ゲートドライバから構成されている。MCU47は、通信回路45から信号P1を受信した旨の通知を受けた場合、第1半導体スイッチング素子Q5に電圧V11をドライバ回路44から出力させる。

0024

図2は、本開示を適用した実施形態に係る直流電源7の放電特性の一例を示す図である。上記で説明したように、直流電源7は、リチウムイオン電池を想定しているため、図2に示すように、プラトー領域が存在し、その後、放電末期に急激にバックアップ電圧Vback1が低下する特性となる。よって、図1に示すように複数のダイオードD(1)〜D(n)を直列に接続させた第2経路B2を介して直流電源7から第1負荷5に暗電流Iidを供給したとしても、端子Aの端子電圧VAが急激に低下するものではない。

0025

図3は、本開示を適用した実施形態に係る暗電流Iidの電圧特性の一例を示す図である。図3に示すように、端子Aの端子電圧VAが増加するにつれ、暗電流Iidは増加する。つまり、暗電流Iidの大きさは、端子Aの端子電圧VAの大きさに比例して大きくなる。よって、暗電流Iidを低減させるには、可能な限り端子Aの端子電圧VAを低くするのが好ましい。しかし、直流電源7は、上記で説明したようにリチウムイオン電池を想定しているため、暗電流Iidを供給する直流電源7のバックアップ電圧Vback1は、約14Vと高くなっている。よって、第1経路B11及び第1経路B12の少なくとも一方で暗電流Iidを供給する場合、バックアップ電圧Vback1がそのまま第1負荷5に印加されるので、端子Aの端子電圧VAは高くなる。また、第1経路B1を導通状態にするには、第1半導体スイッチング素子Q5をオン状態に継続しつつ、ノーマリオンのバックアップ用半導体スイッチング素子Q21errをオフ状態に継続する必要があるので、ドライバ回路44を駆動する電力が必要となる。

0026

一方、第2経路B2は、複数のダイオードD(1)〜D(n)を介しているので、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfによる電圧降下によりバックアップ電圧Vback1が降圧される。よって、端子Aの端子電圧VAを低くすることが可能となる。さらに、第2経路B2を導通状態にするには、第1半導体スイッチング素子Q5をオフ状態に制御しつつ、バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errをオン状態に制御すればよい。第1半導体スイッチング素子Q5は、ノーマリオフであるので、ドライバ回路44から電圧V11を出力しなければよい。バックアップ用半導体スイッチング素子Q21errは、ノーマリオンである。よって、電力変換装置1が停止している間、直流電源7は、第2負荷6に電力を供給しつつ、第2経路B2を介して第1負荷5に電力を供給すれば、暗電流Iidを低減させることができる。

0027

図4は、本開示を適用した実施形態に係る電力変換装置1が停止している間の端子電圧VAの時間変化の一例を示す図である。図4に示すように、暗電流削減領域X(1)は、第2経路B2を介して第1負荷5に電力が供給される期間に相当する。よって、端子電圧VAは、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfに応じた電圧降下が生じる。また、端子電圧VAが最低電圧V_2に到達した場合、第1半導体スイッチング素子Q5がオン状態となり、第1経路B11及び第1経路B12の少なくとも一方を介して直流電源7から第1負荷5に電力が供給される。端子電圧VAが、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfに相当する大きさまで上昇した場合、ECU3は、第1半導体スイッチング素子Q5をオフ状態に制御する。このような制御により、第1負荷5は、第2経路B2を介して直流電源7から電力が供給される。

0028

つまり、ドライバ回路44は、直流電源7から供給される電力により第1半導体スイッチング素子Q5をオン状態に駆動可能なものである。また、ドライバ回路44は、電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した場合、直流電源7から供給される電力が停止され、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオフ状態に制御する。よって、図4に示すように、第1負荷5は、図4の従来品qと開発品pとの差分Diff分の時間だけ直流電源7による電力の供給継続時間延長される。

0029

図5は、本開示を適用した実施形態に係る端子電圧VAの区分けを説明する概念図である。停車中使用領域X(3)は、不図示の車両が停車中の端子電圧VAの変動範囲を示す。よって、端子電圧VAが停車中使用領域X(3)の範囲内にあれば、電力変換装置1は停止状態である。よって、端子電圧VAが停車中使用領域X(3)の範囲内にあれば、第1負荷5は、第2経路B2を介して直流電源7から電力が供給される。したがって、バックアップ電圧Vback1は、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfの電圧降下が生じたものとなる。なお、ダイオードDの1個分の順方向電圧Vfは、例えば、0.7(V)である。停車中使用領域X(3)は、端子電圧VAの変動範囲の下限が最低電圧V_2である。端子電圧VAが最低電圧V_2以下になれば、第1負荷5に供給する電力は不足する。よって、第1負荷5は、暗電流Iidが不足する。したがって、端子電圧VAの変動範囲は、最低電圧V_2以下の範囲が禁止領域X(5)となる。つまり、端子電圧VAが禁止領域X(5)の範囲内であれば、端子電圧VAは低電圧となるので、電力分配システムは異常状態となる。

0030

一方、走行中使用領域X(2)は、端子電圧VAが停車中使用領域X(3)よりも高い範囲であって、端子電圧VAの変動範囲の上限が最大電圧V_1である。端子電圧VAが最大電圧V_1よりも高くなれば、第1負荷5に供給する電力は過剰となる。よって、第1負荷5は、暗電流Iidが供給過多になる。したがって、端子電圧VAの変動範囲は、最大電圧V_1より高い範囲が禁止領域X(4)となる。つまり、端子電圧VAが禁止領域X(4)の範囲内であれば、端子電圧VAは過電圧となるので、電力分配システムは異常状態となる。

0031

換言すれば、端子電圧VAが最低電圧V_2以下及び最大電圧V_1より高いの何れかである場合、電力分配システムは異常状態であるので、ECU3は、主停止用半導体スイッチング素子Q1errをオフ状態に制御する。この結果、第3経路B3が非導通状態となるため、第1負荷5は、第2経路B2を介して直流電源7から電力が供給される。

0032

具体的には、ドライバ回路44は、電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した状態であって、且つ直流電源7から第2経路B2を介して印加された端子Aの端子電圧VAが、停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下である場合、直流電源7から電力が供給され、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオン状態に制御する。なお、主停止用半導体スイッチング素子Q1errは、電力変換装置1から第3経路B3を介して印加された端子Aの端子電圧VAが、停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下である場合及び停車中使用領域X(3)よりも高い走行中使用領域X(2)のうち最大電圧V_1よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、

0033

(動作)
図6は、本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムの制御例を説明するフローチャートである。なお、ステップS14〜ステップS16の処理が電圧安定確認処理である。不図示の車両が停車した場合、電力分配システムは、第2経路B2を介して、暗電流Iidを供給するので、電圧安定確認処理とは、不図示の車両が停車していることを検知することに相当する。不図示の車両が動いている場合、電力変換装置1は駆動している。一方、不図示の車両が停車している場合、電力変換装置1は駆動が停止する。つまり、電力変換装置1が駆動している場合、端子電圧VAはリップル重畳される。一方、電力変換装置1が駆動していない場合、端子電圧VAはリップルが重畳されないため、端子電圧VAは安定する。よって、端子電圧VAが安定しているか否かにより、電力変換装置1が駆動しているか否かを判定することができる。なお、リップルは、端子電圧VAの最大値最小値との差を、端子電圧VAの平均値で割ったものの割合とする。よって、リップルの公差の範囲を閾値で定めれば、リップルが閾値を超えているか否かにより、求めたリップルが外来ノイズによる誤差であるのか、又は電力変換装置1の駆動によるものであるかが判定可能である。閾値は、リップルの大きさが電力変換装置1の駆動によるものである場合よりも小さな値が設定される。

0034

ステップS11において、ECU3は、電圧安定確認検出周期であるか否かを判定する。ECU3は、電圧安定確認検出周期であると判定する場合(ステップS11;Y)、ステップS12の処理に移行する。ECU3は、電圧安定確認検出周期でないと判定する場合(ステップS11;N)、ステップS11の処理を継続する。電圧安定確認検出周期は、リップルを正確に求めるためにECU3が電圧Voを検出する周期である。上記で説明したように、電圧VoはECU3に入力され続けているので、リップルの判定精度を満たす一定の周期で検出する。ステップS12において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAを検出し、ステップS13の処理に移行する。ステップS13において、ECU3は、一定時間が経過したか否かを判定する。ECU3は、一定時間が経過したと判定する場合(ステップS13;Y)、ステップS14の処理に移行する。ECU3は、一定時間が経過していないと判定する場合(ステップS13;N)、ステップS12の処理に戻る。一定時間は、求めるリップルが、外来ノイズによる誤差であるのか、又は電力変換装置1の駆動によるものであるかを判定するのに十分な期間が設定される。

0035

ステップS14において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAの最大値、最小値及び平均値を求め、ステップS15の処理に移行する。ステップS15において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAの最大値、最小値及び平均値に基づき端子電圧VAのリップルを求め、ステップS16の処理に移行する。ステップS16において、ECU3は、リップルが閾値を超えるか否かを判定する。ECU3は、リップルが閾値を超えると判定する場合(ステップS16;Y)、ステップS24の処理に移行する。ステップS24において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAが最低電圧V_2以下及び最大電圧V_1より高いの何れかであるか否かを判定する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAが最低電圧V_2以下及び最大電圧V_1より高いの何れかであると判定する場合(ステップS24;Y)、ステップS17の処理に移行する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAが最低電圧V_2以下及び最大電圧V_1より高いの何れかでないと判定する場合(ステップS24;N)、処理を終了する。ECU3は、リップルが閾値を超えていないと判定する場合(ステップS16;N)、ステップS17の処理に移行する。

0036

ステップS17において、ECU3は、直流電源7からドライバ回路44に供給する電力を停止させ、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオフ状態にさせ、ステップS18の処理に移行する。具体的には、ECU3は、ドライバ回路34から電圧V0を電力供給用半導体スイッチング素子QCのベース−エミッタ間に出力させない。この結果、ECU4はバックアップ電圧Vback1が印加されないため、ドライバ回路44に電力は供給されない。よって、第1半導体スイッチング素子Q5のゲートは電圧V11が印加されないため、第1半導体スイッチング素子Q5はオフ状態にされる。

0037

ステップS18において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAを検出し、ステップS19の処理に移行する。ステップS19において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAが停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下であるか否かを判定する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAが停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下であると判定する場合(ステップS19;Y)、ステップS20の処理に移行する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAが停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下でないと判定する場合(ステップS19;N)、すなわち、ECU3は、端子Aの端子電圧VAが停車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2より高いと判定する場合(ステップS19;N)、ステップS18の処理に戻る。

0038

ステップS20において、ECU3は、ドライバ回路44に電力を直流電源7から供給させ、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオン状態にさせ、ステップS21の処理に移行する。ステップS21において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAを検出し、ステップS22の処理に移行する。ステップS22において、ECU3は、端子Aの端子電圧VAがダイオードDのn個分の順方向電圧Vfの大きさに到達したか否かを判定する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAがダイオードDのn個分の順方向電圧Vfの大きさに到達したと判定する場合(ステップS22;Y)、ステップS23の処理に移行する。ECU3は、端子Aの端子電圧VAがダイオードDのn個分の順方向電圧Vfの大きさに到達していないと判定する場合(ステップS22;N)、ステップS21の処理に戻る。ステップS23において、ECU3は、直流電源7からドライバ回路44に供給する電力を停止させ、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオフ状態にさせ、ステップS11の処理に戻る。

0039

なお、ステップS23からステップS11の処理に戻ることにより、電力変換装置1の駆動が再開されたか否かを確認することができる。このような処理が不要であれば、ステップS23からステップS18の処理に戻させることで、図4に記載の端子電圧VAの制御を実行すればよい。ただし、この場合、ステップS18〜ステップS23の処理を途中で中断するために、適宜不図示の中断処理が実行されるのが好ましい。

0040

作用効果
次に、従来例と比較して本実施形態の作用効果について説明する。図7は、従来例における電力分配システムのブロック回路図である。なお、図1と共通する回路構成についての説明は省略する。図7における図1との相違点は、図7に示すように、第2経路B2が、ノーマリオンとなる機械式リレーRLY1を有し、バックアップ用半導体スイッチング素子Q22errにより、機械式リレーRLY1のオン状態及びオフ状態が切り替えられる点にある。バックアップ用半導体スイッチング素子Q22errは、例えば、NチャネルMOSFETから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。バックアップ用半導体スイッチング素子Q22errは、ベースとエミッタとの間が抵抗REで接続された電力供給用半導体スイッチング素子QEがオン状態となったとき、抵抗R1及び抵抗R2で分圧した分圧電圧がバックアップ電圧Vback2として入力される。この結果、バックアップ用半導体スイッチング素子Q22errがオン状態となることで、機械式リレーRLY1の可動接点グランド側に引きつけられるため、機械式リレーRLY1はオフ状態に制御される。このような動作をする機械式リレーRLY1は、基板サイズが大きいので、部品コストが高くなる。

0041

以上の説明から、本実施形態において、直流電源7から電力が第1負荷5に供給される第1経路B1と並列に設けられた第2経路B2には複数直列に接続されたダイオードDが設けられている。第2経路B2は、直流電源7から第1負荷5に電力を供給する供給路である。電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した場合、直流電源7からドライバ回路44に供給される電力が停止され、第1経路B1に設けられた第1半導体スイッチング素子Q5がオフ状態に制御されることで、第2経路B2は第1負荷5に電力を供給する供給路として使用される。

0042

よって、機械式リレーRLY1を用いることがないため、部品コストを抑制することができる。また、ドライバ回路44が駆動されないため、ドライバ回路44の消費電力が暗電流Iidを増加させることもない。また、第2経路B2を介して第1負荷5に電力が供給されるということは、ダイオードDを介して第1負荷5に電力が供給されるということである。ダイオードDを介した電力の供給路であれば、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfにより直流電源7のバックアップ電圧Vback1が降圧されるため、端子Aの端子電圧VAを低くすることができる。よって、暗電流Iidを低減させることができる。したがって、部品コストを抑制しつつ、暗電流Iidを低減させてバッテリ上がりを防止することができる。

0043

また、本実施形態において、電力変換装置1から第1負荷5への電力の供給が停止した状態であって、且つ直流電源7から第2経路B2を介して印加された端子Aの端子電圧VAが停止車中使用領域X(3)のうち最低電圧V_2以下である場合、ドライバ回路44は、直流電源7から電力が供給され、且つ第1半導体スイッチング素子Q5をオン状態に制御する。よって、暗電流Iidが不足したときには第1経路B1が利用されるので、ダイオードDが含まれる第2経路B2は経由されずに第1負荷5に電力が供給される。したがって、ダイオードDのn個分の順方向電圧Vfの電圧降下を回避できるので、第1負荷5に暗電流Iidを供給する供給量の不足を防止することができる。

0044

また、本実施形態において、主停止用半導体スイッチング素子Q1errは、電力変換装置1から第3経路B3を介して印加された端子Aの端子電圧VAが最低電圧V_2以下である場合及び最大電圧V_1よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される。よって、端子Aの端子電圧VAが禁止領域X(4)及び禁止領域X(5)の何れかであれば、主停止用半導体スイッチング素子Q1errはオフ状態に制御される。したがって、端子Aの端子電圧VAが過電圧及び低電圧に至る状況を回避できるので、安定した電力供給を実現することができる。

0045

以上、本開示を適用した電力分配システムを実施形態に基づいて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

0046

例えば、本実施形態においては、ECU3からの指令に基づき、ECU4に含まれるドライバ回路44が制御されることにより第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2が制御される一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、ECU3に含まれるドライバ回路34から第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2が制御される回路構成であってもよい。

0047

また、例えば、本実施形態においては、シャント抵抗Rs及び電圧検出器2を用いて端子Aの端子電圧VAを求める一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示のホール素子を用いて端子Aの端子電圧VAを求める回路構成であってもよい。

0048

また、例えば、本実施形態においては、第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a2,Q5b1及びQ5b2により第1経路B1を導通状態に制御する一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示の半導体リレーを用いて第1経路B1を導通状態に制御する回路構成であってもよい。

0049

また、例えば、本実施形態においては、第1半導体スイッチング素子Q5a1,Q5a
2,Q5b1及びQ5b2がNチャネルMOSFETから構成されている一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示のPチャネルMOSFETから構成されている回路構成であってもよい。

0050

1電力変換装置
2電圧検出器
3 ECU
31電源回路、32入力バッファ、33 A/Dコンバータ、34ドライバ回路
35通信回路、36記憶回路、37 MCU
4 ECU
41 電源回路、42 入力バッファ、43 A/Dコンバータ、44 ドライバ回路
45 通信回路、46 記憶回路、47 MCU
5 第1負荷、6 第2負荷、7直流電源
B1,B11,B12 第1経路、B2 第2経路、B3 第3経路
Bc共通経路
RLY1機械式リレー
Q1電圧検出用半導体スイッチング素子
QA〜QE電力供給用半導体スイッチング素子
Q5,Q5a,Q5a1,Q5a2,Q5b,Q5b1,Q5b2 第1半導体スイッチング素子
Q1err 主停止用半導体スイッチング素子
Q21err,Q22errバックアップ用半導体スイッチング素子
Q3err保護用半導体スイッチング素子
D,D(1)〜D(n)ダイオード
A端子
INV1,INV2,INV3インバータ
Rt,R1,R2,RA〜RE,RL抵抗、Rsシャント抵抗
IC1オペアンプ
V0,Verr,V11,Vo,Vin+,Vin−電圧
V_1最大電圧、V_2最低電圧
Vback1,Vback2バックアップ電圧、Vf順方向電圧、VA端子電圧
Is測定電流、Iid暗電流
P1 信号
Diff 差分、p開発品、q 従来品
X(1) 暗電流削減領域、X(2)走行中使用領域
X(3)停車中使用領域、X(4),X(5) 禁止領域

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