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技術 電力分配装置、及び電力供給システム

出願人 株式会社フジクラ
発明者 新田広樹
出願日 2019年3月29日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-068581
公開日 2020年10月8日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-167882
状態 未査定
技術分野 非電気的異常に対する保護 非常保護回路装置(単入力保護リレー)
主要キーワード 各半導体リレー エアーコン 電力分配装置 ディスクリート半導体 電動チルト 過熱検出 電源投入シーケンス イグニッションオン状態
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題

周辺環境に応じて負荷電力を供給することが可能な電力分配装置を提供する。

解決手段

電源1の電力を複数の負荷21〜23に分配する電力分配装置50は、電源1と接続可能な半導体スイッチ2aを有するヒューズユニット20と、複数の負荷21、22、23に対応する複数の半導体スイッチ11a、12a、13aを有する分配ユニット10と、ヒューズユニット20と分配ユニット10を接続するワイヤーハーネス3と、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフを制御する制御ユニット40と、ワイヤーハーネス3に流れる電流を検出する電流センサ2cと、ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサ2d、11dと、を備え、制御ユニット40は、電流センサ及び電圧センサの検出結果に基づいて、ワイヤーハーネス3の状態を判定し、ワイヤーハーネス3の状態に応じて半導体スイッチ11a、12a、13aを制御する。

概要

背景

電源から複数の負荷給電するための給電経路にそれぞれ設けられ、電源から各負荷への給電状態制御する複数の半導体リレーを有するリレーユニットと、リレーユニットの過熱を検出する過熱検出手段と、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する制御手段と、を備える車載電源制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。

この車載電源制御装置において、上記の制御手段は、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する一方、過熱検出手段により過熱が検出された場合には、複数の負荷のうちの、予め定められた条件に従って決定される駆動中の少なくとも一部の負荷への給電をオフする。

概要

周辺環境に応じて負荷に電力を供給することが可能な電力分配装置を提供する。電源1の電力を複数の負荷21〜23に分配する電力分配装置50は、電源1と接続可能な半導体スイッチ2aを有するヒューズユニット20と、複数の負荷21、22、23に対応する複数の半導体スイッチ11a、12a、13aを有する分配ユニット10と、ヒューズユニット20と分配ユニット10を接続するワイヤーハーネス3と、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフを制御する制御ユニット40と、ワイヤーハーネス3に流れる電流を検出する電流センサ2cと、ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサ2d、11dと、を備え、制御ユニット40は、電流センサ及び電圧センサの検出結果に基づいて、ワイヤーハーネス3の状態を判定し、ワイヤーハーネス3の状態に応じて半導体スイッチ11a、12a、13aを制御する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、周囲温度等の周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給することができる電力分配装置、及びこの電力分配装置を備える電力供給システムを提供する

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

電源電力を複数の負荷分配する電力分配装置であって、前記電源と電気的に接続可能な第1の半導体スイッチを含む第1の半導体ユニットと、前記複数の負荷に対応する複数の第2の半導体スイッチを含む第2の半導体ユニットと、一端が前記第1の半導体ユニットに接続され、他端が前記第2の半導体ユニットに接続されたワイヤーハーネスと、前記第1の半導体スイッチのオン及びオフと、前記複数の第2の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御ユニットと、前記ワイヤーハーネスに流れる電流を検出する電流センサと、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサと、を備え、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果に基づいて、前記ワイヤーハーネスの状態を判定し、前記ワイヤーハーネスの状態に応じて前記複数の第2の半導体スイッチを制御する電力分配装置。

請求項2

請求項1に記載の電力分配装置であって、前記制御ユニットは、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値と予め定められた基準値との比較結果に応じて前記ワイヤーハーネスの状態を判定する電力分配装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の電力分配装置であって、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果を継続的に取得し、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を継続的に算出する電力分配装置。

請求項4

請求項1〜3の何れか一項に記載の電力分配装置であって、前記電圧センサは、前記第1の半導体スイッチの高電位側の電圧を検出する第1の電圧センサと、前記複数の第2の半導体スイッチそれぞれの高電位側の電圧を検出する複数の第2の電圧センサを含み、前記制御ユニットは、前記第1の電圧センサの検出結果と前記複数の第2の電圧センサの検出結果を取得し、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を算出する電力分配装置。

請求項5

電源と、複数の負荷と、請求項1〜4の何れか一項に記載の電力分配装置を備え、前記電源は、前記第1の半導体スイッチと電気的に接続されており、前記複数の負荷は、前記複数の第2の半導体スイッチとそれぞれ電気的に接続されている電力供給システム

技術分野

0001

本発明は、電力分配装置及び電力供給システムに関するものである。

背景技術

0002

電源から複数の負荷給電するための給電経路にそれぞれ設けられ、電源から各負荷への給電状態制御する複数の半導体リレーを有するリレーユニットと、リレーユニットの過熱を検出する過熱検出手段と、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する制御手段と、を備える車載電源制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。

0003

この車載電源制御装置において、上記の制御手段は、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する一方、過熱検出手段により過熱が検出された場合には、複数の負荷のうちの、予め定められた条件に従って決定される駆動中の少なくとも一部の負荷への給電をオフする。

先行技術

0004

特開2003−72487号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来技術では、リレーユニットの周囲温度等の周辺環境と関係なく、リレーユニットの過熱を検出しただけで、負荷への給電をオフしてしまう。このため、周辺環境に応じて適切に負荷への電力を供給することができない、という問題がある。

0006

本発明が解決しようとする課題は、周囲温度等の周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給することができる電力分配装置、及びこの電力分配装置を備える電力供給システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

[1]本発明に係る電力分配装置は、電源の電力を複数の負荷に分配する電力分配装置であって、前記電源と電気的に接続可能な第1の半導体スイッチを含む第1の半導体ユニットと、前記複数の負荷に対応する複数の第2の半導体スイッチを含む第2の半導体ユニットと、一端が前記第1の半導体ユニットに接続され、他端が前記第2の半導体ユニットに接続されたワイヤーハーネスと、前記第1の半導体スイッチのオン及びオフと、前記複数の第2の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御ユニットと、前記ワイヤーハーネスに流れる電流を検出する電流センサと、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサと、を備え、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果に基づいて、前記ワイヤーハーネスの状態を判定し、前記ワイヤーハーネスの状態に応じて前記複数の第2の半導体スイッチを制御する電力分配装置である。

0008

[2]上記発明において、前記制御ユニットは、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値と予め定められた基準値との比較結果に応じて前記ワイヤーハーネスの状態を判定してもよい。

0009

[3]上記発明において、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果を継続的に取得し、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を継続的に算出してもよい。

0010

[4]上記発明において、前記電圧センサは、前記第1の半導体スイッチの高電位側の電圧を検出する第1の電圧センサと、前記複数の第2の半導体スイッチそれぞれの高電位側の電圧を検出する複数の第2の電圧センサを含み、前記制御ユニットは、前記第1の電圧センサの検出結果と前記複数の第2の電圧センサの検出結果を取得し、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を算出してもよい。

0011

[5]本発明に係る電力供給システムは、電源と、複数の負荷と、上記の電力分配装置を備え、前記電源は、前記第1の半導体スイッチと電気的に接続されており、前記複数の負荷は、前記複数の第2の半導体スイッチとそれぞれ電気的に接続されている電力供給システム。

発明の効果

0012

本発明によれば、ワイヤーハーネスの状態に応じて、複数の半導体スイッチをオン又はオフさせるため、周辺環境によりワイヤーハーネスの状態が変化しても、適切に負荷へ電力を供給することができる。

図面の簡単な説明

0013

図1は、本発明の第1実施形態における電力分配装置を備える電力供給システムを示すブロック図である。
図2は、本発明の第2実施形態における電力分配装置を備える電力供給システムを示すブロック図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0015

本実施形態における電力供給システム100は、バッテリなどの電源から出力される電力を、複数の負荷に供給するシステムである。電力供給システム100は、例えば電気自動車等の車両に搭載されており、車両に設けられたバッテリの電力を、パワーウィンド電動チルトテレスコピックステアリングパワーシート電動サンシェードランプナビゲーションシステム、又は、エアーコンデョナ等の負荷に供給する。この電力供給システム100は、図1に示すように、電源1、負荷21〜23、上位コントローラ30、及び電力分配装置50を備えている。

0016

電源1は、例えば、車両に搭載される直流電源である。このような電源1としては、鉛電池ニッケル水素電池リチウムイオン電池等の2次電池(バッテリ)や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。

0017

電源1は、電力分配装置50を介して負荷21〜23に対して電力を供給している。負荷21〜23の具体例としては、上述したパワーウィンド、電動チルトテレスコピックステアリング、パワーシート、電動サンシェード等が挙げられる。負荷21〜23には、車両に搭載されたその他の電装部品を含めてもよい。負荷21〜23は、電力分配装置50が備える分配ユニット10と接続している。具体的には、負荷21の一端は分配ユニット10に設けられた半導体デバイス11と接続し、負荷22の一端は分配ユニット10に設けられた半導体デバイス12と接続し、負荷23の一端は分配ユニット10に設けられた半導体デバイス13と接続している。また、負荷21〜23の他端は、グランドと接続している。なお、図1では、負荷21〜23の他端をグランドと接続しているが、これに限定されない。

0018

電力分配装置50は、電源1と負荷21〜23の間に設けられ、電源1の電力を負荷21〜23に分配するための装置である。電力分配装置50は、ヒューズユニット20、ワイヤーハーネス3、分配ユニット10、及び制御ユニット40を備えている。

0019

ヒューズユニット20には、電源線4を介して電源1の電力が供給される。ヒューズユニット20は半導体デバイス2を備えており、ワイヤーハーネス3を介して分配ユニット10と接続されている。そして、半導体デバイス2は、電源1と分配ユニット10の間に設けられ、メインヒューズとして機能する。半導体デバイス2としては、例えば、後述する半導体スイッチ2a、還流ダイオード2b、電流センサ2c、電圧センサ2d、及びマルチプレクサ(Multiplexer:MUX)2eを含むIPD(Intelligent Power Device)等のICが挙げられる。また、このIPD等のICは、図1に示す回路の他にも、温度検出回路、半導体スイッチの異常を診断する自己診断機能を備えた制御回路(いずれも図示略)を有している。この制御回路は、電流センサ2c、電圧センサ2d、又は温度検出回路の検出結果から、半導体スイッチの異常を検出すると、自己診断機能により半導体スイッチをオフするように構成されている。これにより、IPD等のICは、過電流過電圧、又は温度異常から保護される。

0020

ヒューズユニット20は、ワイヤーハーネス3を接続可能な出力部20aを有している。そして、半導体デバイス2は出力部20aと電気的に接続されている。例えば、半導体デバイス2は、所定の配線パターンが施された基板に他のデバイス又は部品等と一緒実装され、基板上の配線パターンを介して、半導体デバイス2の出力端子が出力部20aに接続されている。ヒューズユニット20として、例えば、ECU(Electronic Control Unit)等が挙げられる。

0021

半導体デバイス2は、半導体スイッチ2aと当該半導体スイッチ2aと並列に接続された還流ダイオード2bを含んでいる。還流ダイオード2bは、電流が負荷21〜23から電源1の方向に流れるのを防止するために設けられている。具体的に、還流ダイオード2bのカソード電極は、電源線4を介して電源1の正極と接続し、還流ダイオード2bのカソード電極は、電流センサ2cを介して出力部20a(ワイヤーハーネス3の一端のコネクタ3a)と接続している。

0022

半導体スイッチ2aとしては、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電圧制御型半導体素子を用いることができる。本実施形態では、nチャネルのMOSFETを用いているが、pチャネルのMOSFETでもよい。

0023

半導体スイッチ2aは、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極と、を有している。半導体スイッチ2aのドレイン電極は、電源線4を介して、電源1の正極と接続し、半導体スイッチ2aのソース電極は、電流センサ2cを介して、出力部20a(ワイヤーハーネス3の一端のコネクタ3a)と接続している。また、半導体スイッチ2aのゲート電極は、配線6を介して、制御ユニット40の駆動部43と接続している。配線6は、後述する配線7a〜7cと独立した配線である。半導体スイッチ2aのゲート電極は、駆動部43から出力される駆動信号により制御される。

0024

半導体スイッチ2aは、制御部44から駆動部43を介してゲート電極に出力される駆動信号によりオン又はオフに切替えられる。半導体スイッチ2aは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間閾値電圧(Vgs)よりも高い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に導通し、オン状態となる。反対に、半導体スイッチ2aは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧よりも低い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に遮断し、オフ状態となる。なお、この閾値電圧は、半導体スイッチ2aの製造プロセスや材料に応じて異なる電圧だが、特に限定されるものではない。

0025

半導体スイッチ2aのオン状態では、ドレイン電極とソース電極の間は導通しているため、電源1と分配ユニット10は、電源線4、半導体スイッチ2a、電流センサ2c、及びワイヤーハーネス3を介して、電気的に接続された状態になる。そのため、電源1からの電流は、電源線4、半導体スイッチ2a、電流センサ2c、及びワイヤーハーネス3を介して、分配ユニット10に向かって流れる。

0026

反対に、半導体スイッチ2aのオフ状態では、ドレイン電極とソース電極の間は遮断しているため、電源1と分配ユニット10は、電気的に遮断された状態になる。そのため、半導体スイッチ2aのオフ状態では、電源1から分配ユニット10の方向に電流が流れない。つまり、何らかの原因で過電流が電源1から半導体デバイス2に流れ込んだとしても、半導体スイッチ2aをオフすることで、過電流が分配ユニット10に流れ込むことを防ぐことができる。上述したように、分配ユニット10には、負荷21〜23が接続されているため、半導体スイッチ2aをオフにすることは、電源1からの電流を負荷21〜23へ流れるのを防ぐことと等しい。つまり、半導体デバイス2は、電源1からの電流に応じて電源1と分配ユニット10の間を遮断することで、メインヒューズとして機能している。

0027

電流センサ2cは、半導体スイッチ2aのソース電極と出力部20aの間に直列挿入されており、電源1から分配ユニット10の方向に流れる電流を検出する。電流センサ2cは、検出結果をマルチプレクサ2eに出力する。電圧センサ2dは、半導体スイッチ2aのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ2dは、検出結果をマルチプレクサ2eに出力する。

0028

マルチプレクサ2eは、2入力1出力のマルチプレクサである。マルチプレクサ2eの一方の入力端子は、電流センサ2cと接続し、他方の入力端子は電圧センサ2dと接続している。マルチプレクサ2eの出力端子は、制御ユニット40が備える制御部44と接続している。また、マルチプレクサ2eは、図1に示す以外の端子としてセレクト端子を有している。このセレクト端子は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、セレクト端子には、制御ユニット40から選択信号が入力される。マルチプレクサ2eは、制御ユニット40からの選択信号に応じて、電流センサ2cの検出結果又は電圧センサ2dの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。

0029

なお、半導体デバイス2は、マルチプレクサ2eを備えることに限定されず、例えば、半導体デバイス2として、マルチプレクサ2eを設けずに、電流センサ2cの検出結果と電圧センサ2dの検出結果が独立して出力されるタイプのものでもよい。以降の説明においては、半導体デバイス2はオン状態とし、電源1の電力が分配ユニット10に対して供給されているものとする。

0030

ワイヤーハーネス3は、ヒューズユニット20と分配ユニット10の間を接続しており、電源1の電力を分配ユニット10へ供給するための電力供給ラインとして機能する。ワイヤーハーネス3は、ワイヤーハーネス本体(電線部)の両端に接続されたコネクタ3a、3bを有している。そして、ワイヤーハーネス3の一端のコネクタ3aは、ヒューズユニット20が備える出力部20aと接続され、ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3bは、分配ユニット10が備える入力部10aと接続されている。

0031

ワイヤーハーネス3には、電線の規格上流すことのできる最大電流として、許容電流が規定されている。例えば、図1に示すように、電源1と分配ユニット10の間を接続する電源供給ラインとしてワイヤーハーネス3を用いる場合、分配ユニット10に接続された負荷21〜23の消費電流の合計よりも大きい許容電流を有するワイヤーハーネス3が選定される。なお、許容電流が大きなワイヤーハーネスほど、電線径が大きいワイヤーハーネスとなってしまう。そのため、ワイヤーハーネス3の大型化抑制の観点からは、余剰に許容電流が大きいワイヤーハーネスを選択できない。

0032

ワイヤーハーネス3の許容電流は、周囲温度や経年劣化に応じて変化するものである。具体的には、ワイヤーハーネス3の許容電流は、周囲温度が上がるにつれて減少し、反対に、周囲温度が下がるにつれて増加する。また、ワイヤーハーネス3の許容電流は、経年劣化が進むにつれて減少する。このワイヤーハーネス3の許容電流の変化は、ワイヤーハーネス3の抵抗値の変化に依存し、ワイヤーハーネス3の抵抗値が増大すると許容電流が減少する。

0033

ワイヤーハーネス3の抵抗値は、ワイヤーハーネス3の周辺環境によって変化する。例えば、ワイヤーハーネス3の周囲温度の上昇に伴ってワイヤーハーネス3の抵抗値は上昇する。また例えば、ワイヤーハーネス3の経年劣化(材料劣化振動劣化)によって、ワイヤーハーネス3の抵抗値は上昇する。また例えば、ワイヤーハーネスの経年劣化によって、ワイヤーハーネス本体である電線と、両端のコネクタ3a、3bとの接触抵抗が上昇し、ワイヤーハーネス3の抵抗値は上昇する。

0034

ここで、ワイヤーハーネス3に流れる電流と周囲温度との関係を考えると、ワイヤーハーネス3に流れる電流が一定の場合には、周囲温度が上がり続けると、ワイヤーハーネス3の抵抗値の上昇に伴って許容電流は減少し続け、やがてワイヤーハーネス3の許容電流がワイヤーハーネス3に流れる電流を下回る恐れがある。そのため、周囲温度が所定の温度を超えた場合に、ワイヤーハーネス3に流れる電流をワイヤーハーネス3の許容電流の範囲内の電流まで制限させる必要がある。同様に、ワイヤーハーネス3の経年劣化が進んだ場合も、ワイヤーハーネス3の許容電流は減少するため、ワイヤーハーネス3に流れる電流をワイヤーハーネス3の許容電流の範囲内の電流まで制限させる必要がある。

0035

そこで、本実施形態の電力分配装置50では、ワイヤーハーネス3の抵抗値に基づいて、ワイヤーハーネス3の状態(ワイヤーハーネス3の周囲温度が所定の温度を超えたか否か、又はワイヤーハーネス3が所定の経年劣化を超えたか否か)が判定され、ワイヤーハーネス3の状態に応じてワイヤーハーネス3に流れる電流が制御されている。

0036

具体的には、後述する制御ユニット40が、半導体デバイス2、11〜13からの出力結果に基づいて、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出し、算出した抵抗値が予め定めた参照抵抗値を超えた場合に、周囲温度が所定の温度を超えたもの又はワイヤーハーネス3の経年劣化が進んだものと、ワイヤーハーネス3の状態を判定する。そして、制御ユニット40は、判定したワイヤーハーネス3の状態に応じてワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する。制御ユニット40が実行する具体的な動作については、後述する。

0037

分配ユニット10は、図1に示すように、ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3bが接続可能な入力部10aと、半導体デバイス11〜13とを備えている。分配ユニット10には、電源1の電力が電源線4、ヒューズユニット20、及びワイヤーハーネス3を介して供給される。図1の例では、分配ユニット10には、入力部10aが設けられており、入力部10aはワイヤーハーネス3のコネクタ3bと接続している。分配ユニット10としては、例えば、複数の半導体デバイス11〜13を基板に搭載したECU等が挙げられる。

0038

図1の例では、入力部10aは電力線5と接続しており、電力線5は分配ユニット10の中で電力線5a〜5cの3本に分岐している。電力線5aは半導体デバイス11と接続され、電力線5bは半導体デバイス12と接続され、電力線5cは半導体デバイス13と接続されている。これにより、電源1と半導体デバイス11〜13は、電源線4、ヒューズユニット20(半導体デバイス2)、ワイヤーハーネス3、及び電力線5を介して電気的に接続され、電源1の電力は、半導体デバイス11〜13それぞれに分配される。

0039

分配ユニット10は、半導体デバイス11〜13の動作に応じて、電源1の電力を負荷21〜23へ供給又は遮断する。半導体デバイス11〜13としては、後述する半導体スイッチ11a、12a、13a、還流ダイオード11b、12b、13b、電流センサ11c、12c、13c、電圧センサ11d、12d、13d、及びマルチプレクサ11e、12e、13eを含むIPD等のICが挙げられる。このIPD等のICは、温度検出回路、制御回路(いずれも図示略)を有しており、制御回路の自己診断機能により、過電流、過電圧、又は温度異常から保護される。なお、半導体デバイス11〜13の例として、半導体デバイス2と同様に、IPD等のICを挙げたが、半導体デバイス2で用いるIPD等のICと異なる仕様のものでもよい。例えば、半導体デバイス2は、電源1の電力に応じて決定されたIPD等のICが用いられるのに対して、半導体デバイス11〜13は、負荷21〜23の消費電力等に応じて決定されたIPD等のICが用いられる。

0040

半導体デバイス11は、半導体スイッチ11aと当該半導体スイッチ11aと並列に接続された還流ダイオード11bを含んでいる。同様に、半導体デバイス12は、半導体スイッチ12aと当該半導体スイッチ12aと並列に接続された還流ダイオード12bを含み、半導体デバイス13は、半導体スイッチ13aと当該半導体スイッチ13aと並列に接続された還流ダイオード13bを含んでいる。還流ダイオード11b、12b、13bは、電流が負荷21、22、又は23から電源1の方向に流れるのを防止するために設けられている。具体的に、還流ダイオード11bのカソード電極は、電力線5aにより入力部10a(ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3b)と接続し、還流ダイオード11bのアノード電極は、電流センサ11cを介して負荷21と接続している。同様に、還流ダイオード12bのカソード電極は、電力線5bにより入力部10a(ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3b)と接続し、還流ダイオード12bのアノード電極は、電流センサ12cを介して負荷22と接続している。また、還流ダイオード13bのカソード電極は、電力線5cにより入力部10a(ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3b)と接続し、還流ダイオード13bのアノード電極は、電流センサ13cを介して負荷23と接続している。

0041

半導体スイッチ11a、12a、13aとしては、例えば、MOSFETやIGBT等の電圧制御型の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、nチャネルのMOSFETを用いているが、pチャネルのMOSFETでもよい。

0042

半導体スイッチ11a、12a、13aは、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極と、を有している。半導体スイッチ11aのドレイン電極、半導体スイッチ12aのドレイン電極、及び半導体スイッチ13aのドレイン電極は、それぞれ電力線5a、5b、5cを介して、入力部10a(ワイヤーハーネス3の他端のコネクタ3b)と接続している。半導体スイッチ11aのソース電極は電流センサ11cを介して負荷21と接続し、半導体スイッチ12aのソース電極は電流センサ12cを介して負荷22と接続し、半導体スイッチ13aのソース電極は電流センサ13cを介して負荷23と接続している。また、半導体スイッチ11aのゲート電極、半導体スイッチ12aのゲート電極、及び半導体スイッチ13aのゲート電極は、それぞれ配線7a、7b、7cを介して、制御ユニット40の駆動部43と接続している。配線7a〜7cはそれぞれ独立した配線である。半導体スイッチ11a、12a、13aのゲート電極は、駆動部43から出力される駆動信号により、それぞれ独立に制御される。

0043

半導体スイッチ11a、12a、13aは、制御部44からゲート電極に出力される駆動信号によりオン又はオフに切替えられる。半導体スイッチ11aの動作を例に挙げて説明する。

0044

半導体スイッチ11aは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧(Vgs)よりも高い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に導通し、オン状態となる。反対に、半導体スイッチ11aは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧よりも低い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に遮断し、オフ状態となる。なお、この閾値電圧は、半導体スイッチ11aの製造プロセスや材料に応じて異なる電圧だが、特に限定されるものではない。

0045

半導体スイッチ11aのオン状態では、ドレイン電極とソース電極の間は導通しているため、電源1と負荷21は、電源線4、半導体デバイス2、ワイヤーハーネス3、及び半導体スイッチ11a、電流センサ11cを介して電気的に接続された状態になる。そのため、半導体スイッチ11aのオン状態では、電源1から負荷21の方向に電流が流れ、電源1の電力は負荷21に供給される。

0046

反対に、半導体スイッチ11aのオフ状態では、ドレイン電極とソース電極の間は遮断しているため、電源1と負荷21は、電気的に遮断された状態になる。そのため、半導体スイッチ11aのオフ状態では、電源1から負荷21の方向に電流が流れず、電源1の電力は負荷21へ供給されない。つまり、半導体スイッチ11aのオン及びオフを制御することで、電源1の電力を負荷21へ供給又は遮断することができる。

0047

また、図1に示すように、半導体デバイス11は負荷21に対応し、半導体デバイス12は負荷22に対応し、半導体デバイス13は負荷23に対応している。半導体スイッチ12a、13aについても、半導体スイッチ11aと同様の動作をするため、半導体スイッチ12aのオン及びオフを制御することで、電源1の電力を負荷22へ供給又は遮断することができる。また、半導体スイッチ13aのオン及びオフを制御することで、電源1の電力を負荷23へ供給又は遮断することができる。つまり、各負荷に対応している半導体デバイスの制御をすることで、具体的には、半導体スイッチのオン及びオフを制御することで、電源1の電力を各負荷へ供給又は遮断をすることができる。

0048

電流センサ11cは、半導体スイッチ11aのソース電極と負荷21の間に直列挿入されており、電源1から負荷21の方向に流れる電流を検出する。電流センサ11cは、検出結果をマルチプレクサ11eに出力する。電圧センサ11dは、半導体スイッチ11aのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ11dは、検出結果をマルチプレクサ11eに出力する。

0049

電流センサ12cは、半導体スイッチ12aのソース電極と負荷22の間に直列挿入されており、電源1から負荷22の方向に流れる電流を検出する。電流センサ12cは、検出結果をマルチプレクサ12eに出力する。電圧センサ12dは、半導体スイッチ12aのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ12dは、検出結果をマルチプレクサ12eに出力する。

0050

電流センサ13cは、半導体スイッチ13aのソース電極と負荷23の間に直列挿入されており、電源1から負荷23の方向に流れる電流を検出する。電流センサ13cは、検出結果をマルチプレクサ13eに出力する。電圧センサ13dは、半導体スイッチ13aのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ13dは、検出結果をマルチプレクサ13eに出力する。

0051

マルチプレクサ11e、12e、13eは、マルチプレクサ2eと同様に、2入力1出力のマルチプレクサである。マルチプレクサ11eの一方の入力端子は、電流センサ11cと接続し、他方の入力端子は電圧センサ11dと接続している。マルチプレクサ11eの出力端子は、制御ユニット40が備える制御部44と接続している。また、マルチプレクサ11eは、図1に示す以外の端子としてセレクト端子を有している。このセレクト端子は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、セレクト端子には、制御ユニット40から選択信号が入力される。マルチプレクサ11eは、制御ユニット40からの選択信号に応じて、電流センサ11cの検出結果又は電圧センサ11dの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。

0052

また、マルチプレクサ12e、13eの入力端子について、マルチプレクサ11eと同様に、一方の入力端子には電流センサ12c、13cが接続され、他方の入力端子には電圧センサ12d、13dが接続されている。また、マルチプレクサ12eの出力端子及びマルチプレクサ13eの出力端子は、それぞれ制御ユニット40の制御部44と接続している。マルチプレクサ12e及びマルチプレクサ13eは、マルチプレクサ11eと同様に、それぞれセレクト端子を有しており、各セレクト端子は制御ユニット40の制御部44と接続しており、各セレクト端子には、制御ユニット40から選択信号が入力される。マルチプレクサ12eは、制御ユニット40からの選択信号に応じて、電流センサ12cの検出結果又は電圧センサ12dの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。マルチプレクサ13eは、制御ユニット40からの選択信号に応じて、電流センサ13cの検出結果又は電圧センサ13dの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。なお、半導体デバイス11〜13は、半導体デバイス2と同様に、マルチプレクサ11e、12e、13eを備えるタイプに限られない。

0053

図1では、マルチプレクサ11e、12e、13eと制御ユニット40が接続している配線は、それぞれ独立している。そのため、制御ユニット40は、半導体デバイス11〜13の状態をそれぞれ独立したものとして検出する。

0054

なお、図1では、3つの負荷21〜23に対応するように、分配ユニット10は3つの半導体デバイス11〜13を設ける構成を例示したが、これに限定されるものではない。分配ユニット10は、負荷の数に対応した数の半導体デバイスを設けることができる。例えば、n個の負荷に対して電源1の電力を供給する場合には、分配ユニット10は、n個の半導体デバイスを設ける。nは1以上の自然数である。このとき、電力線5は分配ユニット10の中でn本に分岐され、n本の電力線はn個の半導体デバイスと接続する。これにより、n個の負荷と電源1との間の電気的な導通及び遮断を、それぞれ独立して切り替えることができる。

0055

上位コントローラ30は、車両に設けられた各種装置の情報を管理するコントローラである。本実施形態の上位コントローラ30は、電源1の電力を負荷21〜23に対してどのように分配させるかを管理する。上位コントローラ30は、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフの指示として指示信号を制御ユニット40の受信部41に出力する。この指示信号には、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフのタイミングに関する情報が含まれている。上位コントローラ30は、例えば、運転者が全ての電装部品を操作可能な状態、いわゆる、イグニッションオン状態になると、制御ユニット40に指示信号を出力する。

0056

制御ユニット40は、上位コントローラ30からの指示信号に基づいて、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフを制御する制御ユニットである。例えば、制御ユニット40には、CPU、ROM、RAM等を含んで構成されるマイクロコンピュータが挙げられる。

0057

制御ユニット40は、図1に示すように、受信部41、記憶部42、駆動部43、及び制御部44を有している。受信部41は、上位コントローラ30と通信可能な装置である。上位コントローラ30との通信手段は特に限定されない。受信部41は、上位コントローラ30から、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフの指示信号を受け、受信した指示信号を制御部44へ出力する。

0058

記憶部42は、ROM、RAM等のような情報を記憶する記憶媒体で構成されている。記憶部42は、制御部44が実行する、半導体スイッチ11a、12a、13aのオン及びオフを制御するプログラムを記憶している。

0059

また、記憶部42は、電源1から負荷21〜23へ電力を供給する優先順位を記憶している。この優先順位は、負荷21〜23に対する電力供給序列を示している(以降、負荷の優先順位とも称する)。なお、この優先順位は、負荷の種類や、負荷としての機器又はシステムの動作シーケンスに応じて予め決定される。

0060

さらに、記憶部42は、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限するか否かを判断するための基準値として、ワイヤーハーネス3の参照抵抗値を記憶している。参照抵抗値は、ワイヤーハーネス3を構成する電線の標準的な抵抗値であって、予め定められた値である。参照抵抗値は、電線の単位長さ当たりの抵抗値、電線の線径、電線の材質、電力供給システム100が搭載される環境の周囲温度に応じて実験的に求められた値である。

0061

駆動部43には、制御部44から半導体スイッチ11a、12a、13aをオン及びオフする制御信号が入力される。駆動部43は、これらの制御信号の電圧を、半導体スイッチ11a、12a、13aの動作電圧までレベルシフトさせて、半導体デバイス11〜13へ出力する駆動回路である。なお、本実施形態では、制御ユニット40に駆動部43を設けているが、半導体スイッチの動作電圧の範囲と制御部44が出力する制御信号の電圧範囲が同じ範囲であれば、駆動部43を設ける必要はない。また、駆動部43を設ける位置は特に限定されず、駆動部43を分配ユニット10の中に設けてもよい。

0062

制御部44は、記憶部42に記憶されたプログラムを実行することで、制御ユニット40の機能を実現させる動作回路としてのCPUで構成される。なお、動作回路として、MPU(Micro Processing Unit)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等を用いてもよい。

0063

制御部44には、受信部41を介して上位コントローラ30から指示信号が入力される。制御部44は、この指示信号に応じて、半導体スイッチ11a、12a、13aをオン及びオフさせる制御信号をそれぞれ生成し、生成した複数の制御信号を駆動部43に出力する。

0064

また、制御部44には、半導体デバイス2、11〜13から、各デバイスで検出された電圧値又は電流値が入力される。制御部44は、半導体デバイス2が備えるマルチプレクサ2eに対して選択信号を出力することで、半導体デバイス2から入力される信号を、電流センサ2cの検出結果又は電圧センサ2dの検出結果に切替えることができる。同様に、制御部44は、半導体デバイス11が備えるマルチプレクサ11eに対して選択信号を出力することで、半導体デバイス11から入力される信号を、電流センサ11cの検出結果又は電圧センサ11dの検出結果に切替えることができる。制御部44は、半導体デバイス12、13に対しても、半導体デバイス11と同様の制御をすることができる。

0065

さらに、制御部44は、記憶部42にアクセスすることができ、記憶部42に記憶されている、負荷の優先順位及び参照抵抗値を読み出す。

0066

次に、制御部44が実現する機能について説明する。制御部44は、上位コントローラ30の指示信号に基づいて、半導体デバイス11〜13を制御する半導体デバイス制御機能と、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する抵抗値算出機能と、算出した抵抗値に応じてワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する電流制限機能とを有する。

0067

まず、半導体デバイス制御機能について説明する。制御部44は、上位コントローラ30の指示信号に基づいて、半導体デバイス11〜13を制御する。例えば、上位コントローラ30は、電力供給システム100の電源投入シーケンスに従って、負荷21〜23に電源1の電力を供給する指示信号を制御ユニット40に出力する。制御部44は、上位コントローラ30からの指示信号が受信部31を介して入力されると、指示信号に応じて半導体スイッチ2a、11a〜13aをオン又はオフさせて、電源1からの電力を負荷21〜23へ供給又は遮断する。これにより、負荷21〜23は、上位コントローラ30の指示信号に従って駆動することができる。

0068

次に、抵抗値算出機能について説明する。制御部44は、半導体デバイス制御機能により、負荷21〜23が駆動すると、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する。本実施形態の制御部44は、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち高電位側に設けられた半導体デバイス2からの出力結果と、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち低電位側に設けられた半導体デバイス11〜13からの出力結果に基づいて、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する。ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する具体的な方法について説明する。

0069

まず、制御部44は、半導体デバイス制御機能により、上位コントローラ30からの指示信号に基づいて、駆動部43を介して、半導体スイッチ2a、11a〜13aをオンさせる。半導体スイッチ2a、11a〜13aがオン状態となると、電源1と各負荷21〜23の間が導通し、ワイヤーハーネス3には、電源1から負荷21〜23の方向に向かって、各負荷が駆動するのに必要な電流が流れる。また、ワイヤーハーネス3は、上述した通り、所定の抵抗値を有しているため、ワイヤーハーネス3に電流が流れると、ワイヤーハーネス3の両端には、電源1から負荷21〜23への方向の電流によって、電位差が発生している。

0070

次に、制御部44は、半導体デバイス2、11〜13が備える各センサから検出結果を取得する。本実施形態では、制御部44は、半導体デバイス2から電流及び電圧の検出結果を取得し、半導体デバイス11から電圧の検出結果を取得する。例えば、制御部44は、半導体デバイス2のマルチプレクサ2eを制御して、電流センサ2cの検出結果(半導体スイッチ2aのソース電極−ドレイン電極の間に流れる電流)を取得する。また、制御部44は、半導体デバイス2のマルチプレクサ2eを制御して、電圧センサ2dの検出結果(半導体スイッチ2aのドレイン電極の電圧)を取得するとともに、半導体デバイス11のマルチプレクサ11eを制御して、電圧センサ11dの検出結果(半導体スイッチ11aのドレイン電極の電圧)を取得する。

0071

本実施形態では、制御部44は、メインヒューズとして機能する半導体デバイス2の電流センサ2cの検出結果を、ワイヤーハーネス3に流れる電流と略同一の電流とする。また、制御部44は、半導体デバイス2の電圧センサ2dの検出結果を、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち高電位側の電圧と略同一の電圧とする。さらには、制御部44は、半導体デバイス11の電圧センサ11dの検出結果を、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち低電位側の電圧と略同一の電圧とする。

0072

そして、制御部44は、取得した電流値及び電圧値を用いて、オームの法則により、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する。具体的には、制御部44は、半導体スイッチ2aのドレイン電極の電圧値と半導体スイッチ11aのドレイン電極の電圧値との差分を、半導体スイッチ2aのソース電極−ドレイン電極の間に流れる電流値で除算することで、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する。なお、制御部44は、半導体スイッチ2aのオン抵抗、出力部20aとコネクタ3aとの接触抵抗、入力部10aとコネクタ3bとの接触抵抗、電力線5の配線抵抗を考慮して、算出した抵抗値を補正してもよい。また、制御部44は、上述した接触抵抗等だけでなく、電流センサ及び電圧センサの測定誤差も考慮して補正してもよい。本実施形態の制御部44は、電流値及び電圧値を継続的に取得し、上述したようなワイヤーハーネス3の抵抗値の算出を継続的に実行する。

0073

次に、電流制限機能について説明する。制御部44は、算出した抵抗値に基づいて、半導体デバイス11〜13を制御して、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する。電流を制限するか否かの判定方法と、電流制限の方法について説明する。まず、制御部44は、抵抗値算出機能により算出した抵抗値と、記憶部42から読み出した参照抵抗値を比較する。そして、制御部44は、算出した抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合には、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する必要があると判定する。反対に、制御部44は、算出した抵抗値が参照抵抗値以下の場合には、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する必要がないと判定する。ワイヤーハーネス3の抵抗値の上昇には、上述した通り、周囲温度によりワイヤーハーネス3そのものの温度が上昇した場合と、ワイヤーハーネス3の経年劣化が進んだ場合とが該当する。本実施形態の制御部44は、算出した抵抗値と参照抵抗値を比較することで、ワイヤーハーネス3の状態を判定している。すなわち、このワイヤーハーネス3の状態は、上述した周囲温度に起因したワイヤーハーネス3の温度上昇、及び、ワイヤーハーネス3の経年劣化を含む。

0074

そして、本実施形態では、制御部44は、ワイヤーハーネス3に流れる電流について電流制限が必要と判定すると、すなわち、算出した抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合に、半導体スイッチ11a〜13aの一部の半導体スイッチをオフさせて、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する。具体的には、制御部44は、記憶部42から負荷の優先順位を読み出し、この優先順位に基づいて、半導体スイッチ11a〜13aのオン及びオフを制御する。例えば、負荷の優先順位が、負荷21、負荷22、負荷23の順で高い場合に、制御部44は、優先順位の低い負荷22、23に対応する、半導体スイッチ12a、13aをオフさせて、負荷22、23への電力供給を停止させる。また、制御部44は、優先順位の高い負荷21に対応する、半導体スイッチ11aのオンを継続させて、負荷21への電力供給を継続させる。半導体スイッチ12a、13aがオン状態からオフ状態に変わることで、負荷22、23への電力供給は停止されるため、半導体スイッチ11a〜13aがオン状態の時に比べて、ワイヤーハーネス3に流れる電流は負荷22、23が駆動するのに必要な電流の分だけ減少する。

0075

このように、本実施形態では、制御ユニット40は、メインヒューズとして機能し、電源1と接続可能な半導体デバイス2と、負荷21〜23と接続可能な半導体デバイス11〜13のそれぞれが備える各センサの結果を取得し、取得した各センサの検出結果に基づいて、ワイヤーハーネス3の状態を判定し、判定したワイヤーハーネス3の状態に応じて半導体スイッチ11a〜13aを制御する。これにより、周囲温度の上昇に起因してワイヤーハーネス3の温度が上昇して、ワイヤーハーネス3の許容電流が半導体スイッチ11a〜13aのオン状態の時に流れる電流よりも低くなる前に、予め半導体スイッチ12a、13aをオフさせてワイヤーハーネス3に流れる電流を減少させることができる。また、周囲環境の変化に起因してワイヤーハーネス3の経年劣化が進んだとしても、ワイヤーハーネス3に流れる電流を減少させることができる。その結果、周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給することができる。

0076

また、本実施形態では、制御ユニット40は、ワイヤーハーネス3の抵抗値を算出する。そして、制御ユニット40は、算出したワイヤーハーネス3が予め定められた参照抵抗値よりも大きい場合には、ワイヤーハーネス3に流す電流を制限する必要があると判定する。これにより、周囲温度の上昇に起因したワイヤーハーネス3の温度上昇を検出することができる。また、ワイヤーハーネス3の経年劣化を検出することができる。その結果、ワイヤーハーネス3の温度上昇又は経年劣化によって、電力分配装置に異常が発生することを予め防ぐことができる。

0077

さらに、本実施形態では、制御ユニット40は、半導体デバイス2の電流センサ2cの検出結果及び電圧センサ2dの検出結果、半導体デバイス11の電圧センサ11dの検出結果を継続的に取得し、ワイヤーハーネス3の抵抗値を継続的に算出する。これにより、負荷21〜23を駆動させている最中に周囲温度が上昇又は下降しても、周囲温度に応じて適切に半導体スイッチ11a〜13aのオン又はオフさせることができ、その結果、周囲温度が過度に変化する環境においても、各負荷に適切に電力を供給することができる。

0078

また、本実施形態では、制御ユニット40は、半導体スイッチ2aの高電位側の電圧を検出する電圧センサ2dと、半導体スイッチ11aの高電位側の電圧を検出する電圧センサ11dからそれぞれ検出結果を取得し、2つの電圧値の差分をワイヤーハーネス3の両端の電圧とする。電圧センサ2dはもともと半導体スイッチ2aの異常を検出するために半導体デバイス2に設けられ、また、電圧センサ11dはもともと半導体スイッチ11aの異常を検出するために半導体デバイス11に設けられたものである。つまり、本実施形態では、電圧センサ2d、11dは、半導体スイッチ2a、11aの異常を検出する役割と、ワイヤーハーネス3の両端の電圧を検出するための役割を兼ねている。これにより、ワイヤーハーネス3の両端の電圧を検出するための電圧センサを新たに設ける必要はなく、電力分配装置50の軽量化、小型化を図ることができる。

0079

本実施形態における「電源1」は本発明における「電源」の一例に相当し、本実施形態における「負荷21〜23」は本発明における「複数の負荷」の一例に相当する。本実施形態における「半導体スイッチ2a」は本発明における「第1の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「ヒューズユニット20」は本発明における「第1の半導体ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「ワイヤーハーネス3」は本発明における「ワイヤーハーネス」の一例に相当する。本実施形態における「半導体スイッチ11a〜13a」は本発明における「複数の第2の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「分配ユニット10」は本発明における「第2の半導体ユニット」に相当する。本実施形態における「制御ユニット40」は本発明における「制御ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「電流センサ2c」は本発明における「電流センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ2d」、「電圧センサ11d」は本発明における「電圧センサ」の一例に相当する。本実施形態における「電力分配装置50」は本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。本実施形態における「参照抵抗値」は本発明における「予め定められた基準値」の一例に相当する。本実施形態における「電圧センサ2d」は本発明における「第1の電圧センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ11d、12d、13d」は本発明における「複数の第2の電圧センサ」の一例に相当する。

0080

次に、上述した実施形態と異なる電力分配装置150を備える電力供給システム200の一例について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係る電力分配装置150を備える電力供給システム200を示す概要図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

0081

本実施形態では、上述の実施形態と比べて、ヒューズユニット60が、メインヒューズとして機能する半導体デバイス2の代わりに、FET61、電流センサ62、電圧センサ63の3つの部品で構成されている点で異なる。FET61は、半導体スイッチ61aと還流ダイオード61bを備えており、それぞれは半導体デバイス2が備える半導体スイッチ2a及び還流ダイオード2bに対応する。電流センサ62は、半導体デバイス2が備える電流センサ2cに対応し、電圧センサ63は、半導体デバイス2が備える電圧センサ2dに対応する。FET61としては、例えば、ディスクリート半導体製品が挙げられる。

0082

電流センサ62は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、検出結果を制御部44に出力する。電圧センサ63は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、検出結果を制御部44に出力する。

0083

また、本実施形態では、上述の実施形態と比べて、分配ユニット10が備える半導体デバイス11〜13が以下の点で異なる。上述の実施形態の半導体デバイス11に対応する構成を一例に挙げて説明するが、上述した実施形態の半導体デバイス12、13についても同様とする。

0084

本実施形態では、上述の実施形態と比べて、分配ユニット70が、半導体デバイス11の代わりに、FET71、電流センサ81、電圧センサ91の3つの部品で構成する点で異なる。FET71は、半導体スイッチ71aと還流ダイオード71bを備えており、それぞれは半導体デバイス11が備える半導体スイッチ11a及び還流ダイオード11bに対応する。電流センサ81は、半導体デバイス11が備える電流センサ11cに対応し、電圧センサ91は、半導体デバイス11が備える電圧センサ11dに対応する。

0085

電流センサ81は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、検出結果を制御部44に出力する。電圧センサ91は、制御ユニット40の制御部44と接続しており、検出結果を制御部44に出力する。

0086

なお、本実施形態の半導体スイッチと、上述の実施形態の半導体スイッチは同様の機能を有し、本実施形態の電流センサ及び電圧センサは、上述の実施形態の電圧センサ及び電流センサと同様の機能を有している。

0087

制御ユニット40の制御部44は、半導体デバイス制御機能により、半導体スイッチ61a、71a、72a、73aのオン及びオフを制御する。例えば、制御部44は、上位コントローラ30の指示信号に基づいて、半導体スイッチ61a、71a、72a、73aをオンさせる。また制御部44は、抵抗値算出機能により、電流センサ62の検出結果、電圧センサ63の検出結果、電圧センサ91の検出結果を継続的に取得し、取得した電流値及び電圧値に基づいて、ワイヤーハーネス3の抵抗値を継続的に算出する。例えば、制御部44は、電圧センサ63の検出結果と電圧センサ91の検出結果の差分を、電流センサ62の検出結果で除算することで、ワイヤーハーネス3の抵抗を算出する。さらに制御部44は、電流制限機能により、算出した抵抗値が記憶部42に記憶された参照抵抗値よりも大きい場合には、記憶部42に記憶された負荷の優先順位に基づいて、半導体スイッチ71a、72a、73aを制御する。例えば、負荷の優先順位が負荷23、22、21の順で高い場合には、制御部44は、優先順位の低い負荷21、22に対応する、半導体スイッチ71a、72aをオフにする。

0088

このように、本実施形態の電力分配装置150は、半導体デバイスの代わりに、FET、電流センサ、電圧センサの3つの部品で構成して、上述した電力分配装置50と同様に、ワイヤーハーネス3の抵抗値に応じて分配ユニット70が備える半導体スイッチ71a、72a、73aを制御する。一般的には、半導体デバイスは、自己診断機能等の機能を有する制御ユニットを備えているため、FET、電流センサ、電圧センサ等のディスクリート部品よりも高価である。これに対して、本実施形態では、図2に示すような構成にすることで、費用を抑えつつ、周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給する電力分配装置を提供することができる。

0089

本実施形態における「半導体スイッチ61a」は本発明における「第1の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「ヒューズユニット60」は本発明における「第1の半導体ユニット」の一例に相当する。また、本実施形態における「半導体スイッチ71a、72a、73a」は本発明における「複数の第2の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「分配ユニット70」は本発明における「第2の半導体ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「電流センサ62」は本発明における「電流センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ63」、「電圧センサ91」は本発明における「電圧センサ」の一例に相当する。本実施形態における「電力分配装置150」は本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。本実施形態における「電圧センサ63」は本発明における「第1の電圧センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ91、92、93」は本発明における「複数の第2の電圧センサ」の一例に相当する。

0090

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

0091

例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する方法として、制御ユニット40が、電力制限機能により、記憶部42に記憶された負荷の優先順位に基づいて、複数の半導体スイッチのうち一部の半導体スイッチをオフにする構成について説明したが、ワイヤーハーネス3に流れる電流を制限する方法はこれに限られない。

0092

上述の実施形態では、制御ユニット40が電力制限機能により複数の負荷のうち一部の負荷への電力供給を停止させる構成であったが、複数の負荷への電力をそれぞれ減少させてワイヤーハーネス3に流れる電流を制限させてもよい。例えば、制御ユニット40は、ワイヤーハーネス3の抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合に、複数の半導体スイッチに対してPWM(Pulse Width Modulation)制御を実行してもよい。この場合に、記憶部42には、図1に示す負荷21〜23の優先順位に対応したデューティ比が予め記憶されており、制御ユニット40は、記憶部42から各負荷に対応するデューティ比を取得する。そして、制御ユニット40は、各負荷に対応するデューティ比に従ったパルス状の駆動信号を生成して、各負荷に対応する半導体スイッチそれぞれにパルス状の駆動信号を出力する。制御ユニット40によりPWM制御が実行されると、図1に示す半導体スイッチ11a〜13aは、スイッチング動作を行う。これにより、各負荷への電流は供給又は遮断を繰り返すため、各負荷へ流れる電流は実質的に減少することとなり、ワイヤーハーネス3に流れる電流も減少する。

0093

また、例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス3に流れる電流を検出する方法として、ワイヤーハーネス3の高電位側に設けられた、半導体デバイス2の電流センサ2c(図1参照)の検出結果、又は電流センサ62(図2参照)の検出結果を取得する構成について説明したが、ワイヤーハーネス3に流れる電流を検出する方法はこれに限られない。

0094

図1を用いて説明すると、例えば、制御ユニット40は、半導体スイッチ11a〜13aをオンさせた状態において、ワイヤーハーネス3の低電位側に設けられた半導体デバイス11の電流センサ11c、半導体デバイス12の電流センサ12c、半導体デバイス13の電流センサ13cのそれぞれから検出結果を取得する。そして、制御ユニット40は、取得した各電流センサの検出結果の総和を、ワイヤーハーネス3に流れる電流とする。これにより、ワイヤーハーネス3の高電位側には、電流センサを設ける必要がなくなり、電力分配装置50、150の軽量化、小型化を図ることができる。また、半導体デバイスの代わりに、FET、電圧センサの構成で代用することができるため、費用を抑えることができる。

0095

また、例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち低電位側の電圧を検出する方法として、特定の半導体デバイスの電圧センサの検出結果(例えば、図1に示す半導体デバイス11の電圧センサ11dの検出結果)、又は特定の電圧センサの検出結果(例えば、図2に示す電圧センサ91の検出結果)を取得する構成について説明したが、ワイヤーハーネス3の両端のうち低電位側の電圧を検出する方法はこれに限られない。

0096

図1を用いて説明すると、例えば、制御ユニット40は、半導体デバイス12の電圧センサ12dの検出結果又は半導体デバイス13の電圧センサ13dの検出結果を取得してもよい。また、制御ユニット40は、半導体デバイス11の電圧センサ11d、半導体デバイス12の電圧センサ12d、半導体デバイス13の電圧センサ13dのそれぞれから検出結果を取得し、各電圧センサの検出結果の平均値を、ワイヤーハーネス3の両端の電圧のうち低電位側の電圧と略同一の電圧としてもよい。

0097

1…電源
20…ヒューズユニット(第1の半導体ユニット)
2…半導体デバイス
2a…半導体スイッチ
2b…還流ダイオード
2c…電流センサ
2d…電圧センサ
3…ワイヤーハーネス
4…電源線
5…電力線
6…配線
7…配線
10…分配ユニット(第2の半導体ユニット)
11…半導体デバイス
11a…半導体スイッチ
11b…還流ダイオード
11c…電流センサ
11d…電圧センサ
12…半導体デバイス
12a…半導体スイッチ
12b…還流ダイオード
12c…電流センサ
12d…電圧センサ
13…半導体デバイス
13a…半導体スイッチ
13b…還流ダイオード
13c…電流センサ
13d…電圧センサ
21…負荷
22…負荷
23…負荷
30…上位コントローラ
40…制御ユニット
41…受信部
42…記憶部
43…駆動部
44…制御部

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