JP2000011851A - 電力供給制御装置 - Google Patents

電力供給制御装置

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JP2000011851A
JP2000011851A JP10169516A JP16951698A JP2000011851A JP 2000011851 A JP2000011851 A JP 2000011851A JP 10169516 A JP10169516 A JP 10169516A JP 16951698 A JP16951698 A JP 16951698A JP 2000011851 A JP2000011851 A JP 2000011851A
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control device
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replaceable
supply control
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Mitsuru Koni
満 紺井
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Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】顧客の要求仕様に柔軟に対応できる電源供給制
御装置を提供すること。 【解決手段】電源供給を行う出力端子に、コネクタ変換
モジュールを設置して、そこから電気負荷への電源供給
を行うことにより、電気負荷側のワイヤーハーネスの変
更,電気負荷短絡時や過電流時の安全対策の2重化が容
易に図れるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、乗物内の各所に多
くの電装品が配置され、これらの電装品に対する電力の
供給を共通の電源から行うようにした電源装置に係り、
特に、集約配線方式の自動車に好適な電力供給制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば自動車など、各種の乗物には、照
明装置や、各種の電動機器に代表される各種多様な電気
負荷(電装品)の装備が不可欠であり、且つ、それらの
種類や装備数は、増加するばかりであり、この結果、こ
れらに対する接続線路も複雑化の一歩を辿っている。
【0003】そこで、この接続線路の複雑化に対処する
ため、各電気負荷の制御のためのコントローラを統合
し、通信機能と演算機能を有する数少ないコントローラ
を用いて複数の電気負荷の制御信号を演算し、通信線で
接続された端末装置に制御信号を送信し、端末装置に接
続された複数の電気負荷を制御することにより、接続線
の本数を少なくするようにした、いわゆる集約配線シス
テムが、従来から知られており、その例を、米国特許第
4,771,382号公報,第5,113,410号公報,第4,855,896 号
公報,第5,438,506号公報の各明細書などに見ることが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電気
負荷に対する接続線の本数増加と、溶断ヒューズの存在
についての配慮がされておらず、電源線による乗物内で
のスペース占有の点と、短絡事故発生時での保守の点で
問題があった。
【0005】すなわち、従来技術では、集約配線システ
ムを適用したとしても、電源線は、相変わらず電源から
各電気負荷或いは電気負荷の駆動回路へ直線配線されて
おり、従って、電気負荷の数だけ、或いは、それ以上の
本数の電源線が必要で、このため、乗物や床や天井、及
びボディの内部は電線で満たされてしまい、スペースが
大きく占有されてしまうという問題が生じてしまうので
ある。
【0006】また、従来技術では、短絡発生時には、ヒ
ューズが溶断されてしまうので、一過性の短絡事故発生
に際しても、その都度、ヒューズ交換など保守作業が必
要になって、乗物の運行に好ましくない影響が現われて
しまうのである。
【0007】本発明の目的は、基本的には、乗物の新し
い電力供給装置の提供にあり、具体的には、乗物の電力
供給に必要な電源線を減少させることを目的としてい
る。
【0008】また、本発明の他の目的は、溶断ヒューズ
のない乗物の電力供給装置の提供にあり、更に別の発明
では、顧客要求や、保護機能を2重系にしたい場合にお
いて、溶断ヒューズの使用が必要となった場合に容易に
追加できる電力供給方法の提供を目的としている。
【0009】更に別の発明では、電気負荷へのワイヤー
ハーネスの接続に使用するコネクタの変更を容易にし、
さらに、電気負荷の短絡事故にも柔軟に対応させること
ができるアッタチメントを提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電装品が集
中する箇所の近傍に、各電装品を集中制御する制御装
置、もしくは集中的に電源供給を行う電源端末を配置
し、電装品制御装置へのワイヤーハーネスを必要最低限
のものに限定できるようにしておく。そして、電源供給
を行う出力端子をアタッチメントを取り付ける形状と
し、このアタッチメントを介して各電装品を集中制御す
る様にして達成される。
【0011】この制御装置内で使用する。電装品の駆動
素子に、保護機能内蔵型のスイッチング素子を使用する
ことで、ヒューズの機能を取り込み、メンテナンスフリ
ー化することにより、現在、存在しているヒューズを削
減できるようにして達成される。
【0012】また、アタッチメント内部に、PTC素子
や溶断ヒューズ等を内蔵できる構成とすることにより、
保護機能内蔵型のスイッチング素子と2重系で保護した
い負荷に対応できる。
【0013】また、駆動素子への電源供給を遮断できる
遮断回路にリレーを使用することにより、暗電流の大き
い半導体スイッチング素子を使用した場合の暗電流を削
減することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電力供給制御
装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明を自動車の電源回路に適用
した場合の一実施形態である。
【0016】バッテリ1の一方の端子(+端子)は、車
両に一巡してある電源ケーブル2に接続され、これによ
り、バッテリ1から電源供給装置4〜9に電力が導かれ
る。ここで、電源ケーブル2は、ループ状の形態をとっ
ているが、スター状(放射状)の形態をとる方法でもよ
い。
【0017】この様に、電気負荷が集まる近傍に電源供
給を行う装置を配置することにより、電源ケーブルを共
有することができるようになるので、縦横無尽に張り巡
らされていた電源を供給するだけのワイヤーハーネスを
削減できるメリットがある。電源供給装置4〜9は、多
重通信線3により互いに接続されており、図に記載がな
いが、近傍に配置されるスイッチ類の操作情報や、電源
供給装置に接続される何らかの制御装置や電気負荷の駆
動情報が通信により送受信される。
【0018】以後、電源供給装置6に注目して、詳細を
説明する。なお、他の電源供給装置も基本的に同一の構
造を取っており、取り込む情報や電力を出力する負荷が
相違するだけであるので、割愛する。
【0019】図2は、電源供給装置6に接続されるスイ
ッチや電気負荷を記載した図である。電源供給装置6
は、スイッチ情報を取り込んだり、電気負荷への電力を
遮断・供給したり、多重通信を行う中枢部6aと、コネ
クタ変換モジュール6bから構成されている。なお、ほ
かの電源供給装置も同一の構造である。
【0020】スイッチ群11は、コネクタ10を介して
中枢部6aに接続され、電気負荷であるモータ13,1
4は、コネクタ12を介してコネクタ変換モジュール6
bに接続される。
【0021】図3は、前記した図2を平面的に記載した
ものである。
【0022】以後、この図を基に説明する。
【0023】図4は、中枢部6aの内部を示すブロック
図である。電源ケーブル2からの電力は、内部電源線3
1に接続され、電源回路20と、リレー23に接続され
る。多重通信線3は、内部通信線30に接続され、通信
回路21に導入される。この通信回路21により、各電
源供給装置4〜9は、互いに通信を行い、各電源供給装
置のデータを共有することが可能となっている。電源回
路20は、通信回路21とマイコン22の電源を作る回
路である。リレー23は、駆動素子25〜28への電源
供給をオンオフする継電器であり、駆動素子へは、電源
線32を経由して行われる。リレー23は、駆動素子が
電源を供給していない時の暗電流を低減させる目的や、
バッテリ1が逆接続された場合に流れる逆電流を阻止す
る目的で使用される。逆電流が流れる理由については後
述する。
【0024】入力回路24は、スイッチ1(SW1)〜
スイッチ4(SW4)の状態を入力端子40〜43を介
して取り込み、取り込んだデータを、信号線38を介し
てマイコン22に伝えるため、信号レベル変換を行う回
路である。
【0025】通信回路21は、バス線39によりマイコ
ン22と接続されており、このバス線39を使用して送
受信データのやりとりが行われる。駆動素子25〜28
は、マイコン22によりコントロールされており、それ
ぞれ駆動信号34〜37によりオンオフ制御される。駆
動素子25〜28の出力端子44〜47は、後述するコ
ネクタ変換モジュール6bへ接続するためのものであ
る。
【0026】なお、本実施例では、駆動素子25〜28
に、駆動する負荷が短絡事故を起こしても、駆動素子が
破壊しない過温度検出型の保護素子(以下、サーマルF
ETと称す)を使用している。サーマルFETは、短絡
電流により、素子が過熱すると、自動的に電源供給を遮
断する機能を有する素子であり、近年、盛んに使用され
るようになってきているインテリジェント・パワー・デ
バイス(IPD)の一つである。
【0027】ここで、動作の一例について説明する。
【0028】例えば、モータ13をパワーウィンドウ用
モータと想定し、通常運転席近傍に設置されるパワーウ
ィンドウ集中制御スイッチにより、このモータ13を作
動させようとする。
【0029】運転席近傍にあるパワーウィンドウ集中制
御スイッチは、図1に示す、電源供給装置5の近傍にあ
るので、窓を閉めようとすスイッチを操作すると、電源
供給装置5が、この情報を入手し、多重通信線3を介し
て、電源供給装置6にパワーウィンドウモータ13を窓
を閉める方法に操作せよという情報を送信する。この情
報は、通信回路21により受信され、マイコン22によ
り、どういった内容の情報であるか判断し、それに合致
した信号を駆動素子25,26に出力して、モータ13
を回転させる訳である。
【0030】図5は、同図(a)のコネクタ変換モジュ
ールの外観図である(6b−1)と、同図(b)の内部
構成図である(6b−2)を示すものである。コネクタ
変換モジュールの第一の役目は、接続される電気負荷へ
のワイヤーハーネス側のコネクタが変更となっても、中
枢部6aを交換や変更することなく、柔軟に対応させる
ためのものであり、このコネクタ変換モジュールのみを
交換,作製すれば良いので、中枢部6aの標準化が図
れ、システムとしてコストダウンが図れるメリットがあ
る。
【0031】コネクタ変換モジュール(6b−2)の接
続線50は、コネクタ間の電気的接続を行うもので、こ
の接続線50の配置を変更することで、電気負荷側コネ
クタのピン配列にも柔軟に対応できる。
【0032】図6は、同図(a)のコネクタ変換モジュ
ール(6b−2)の接続線50をPTC素子60に置き
換えた場合の内部構成図である。PTC素子とは、内部
抵抗体が正温度係数を有するポリマーを使用した素子
で、近年、溶断ヒューズの変わりに使用されつつある。
図6(b)のグラフは、PTC素子がどの様な特性を持
つものであるかを示すグラフであり、素子温度が100
℃を超えるあたりから、急激に素子の抵抗値が上昇し、
大きな抵抗体となって、電流を抑制できることがわか
る。たとえば、電気負荷側に、搭載したPTC素子の電
流容量よりも大きい電流が流れると、PTC素子が、そ
の損失により発熱し、100℃を超えると抵抗値が大き
くなる。
【0033】その結果、電流が抑制され、負荷側が正常
になるまで、ある電流値でバランスする。
【0034】本実施例では、サーマルFETとPTC素
子を直列に挿入することになるが、万一、サーマルFE
Tが短絡故障した場合のフェールセーフ的な意味合いを
持たせることができる。
【0035】同様に、図7は、PTC素子60を溶断ヒ
ューズに置き換えた場合の図である。同図(a)及び
(b)はコネクタ変換モジュール(6b−4)は、溶断
ヒューズ71を変換できるように、蓋70を付けたもの
である。
【0036】本実施例の様に、コネクタ変換モジュール
の第二の役目は、モジュール内にPTC素子や溶断ヒュ
ーズを組み込めば、IPDとの組み合わせ使用でシステ
ムの2重故障があっても、火災事故等を防止できる効果
が期待できることにある。なお、PTC素子や溶断ヒュ
ーズは、必要な所だけに挿入してもよい。
【0037】図8は、図4のマイコン22が行っている
スイッチ信号群11のスイッチ信号取り込み処理100
のフローチャートで、この処理は、一定時間毎に定期的
に繰り返し実行される定時間割り込み処理の中で行われ
ている。なお、定時間で処理を行うのは、これによれ
ば、スイッチのチャタリングを取り除くフィルタ処理が
やり易いからである。
【0038】まず、ステップ101でSW1がONにな
っているか否かが判断される。そして、結果がYES
(肯定)であれば、ステップ102で、SW1がONで
ある旨を表わす「SW1」フラグを“1(ON)”にセ
ットする処理を行い、NO(否定)であればステップ1
03で、このフラグを“0(OFF)”にクリアする処
理を行う。
【0039】続いて、ステップ104では、SW2がO
Nになっているか否かが判断される。
【0040】そして、このときも、同様にスイッチがO
Nであればフラグ「SW2」が“1(ON)”にセット
され、否であれば“0(OFF)”にクリアされて処理
を終了するのである。以下、SW4を処理するまで実施
するが、同様な処理であるので、説明を割愛する。
【0041】図9は、図4のマイコン22が行っている
データ送信処理200のフローチャートである。
【0042】ステップ201で、まず前回送信したデー
タと、前記した定時間割り込み処理で取り込んだデータ
の比較が行われる。
【0043】そして、結果をステップ202で判定し、
まず、データが一致していた(スイッチの入力に変化が
ない)ときは、そのまま処理を終了し、データ送信は行
わない。
【0044】しかして、スイッチの入力に変化があった
場合には、ステップ203に進み、ここで、今回取り込
んだデータを送信データとして通信回路21にセット
し、次のステップ204で、通信回路に対し送信指令を
行う。
【0045】続いて、ステップ205で取り込んだデー
タ(送信したデータ)を前回送信したデータとして格納
し、処理を終了するのである。
【0046】次に、この送信データを他の電源供給装置
が受信する処理について説明する。これらの処理は、送
受信共に、どの電源供給装置が実施しても同一の処理な
ので、同じ電源供給装置6が送信データを受信した場合
として説明する。
【0047】一般に、この実施形態で用いている通信回
路には、基本的機能として、データを受信すると、デー
タを受信した旨を知らせる機能がある。
【0048】そこで、この実施形態では、このデータ受
信を知らせる信号を利用し、これにより割り込み処理を
実行し、通信ICが受信したデータを吸い上げる処理を
実行するようにしてあり、この処理が図10に示す、デ
ータ受信処理300である。まず、ステップ301で
は、受信したデータから、そのデータが何処から送信さ
れたデータであるかを判断すべく、送信局のアドレスを
入手する。
【0049】続いて、ステップ302では受信したデー
タを入手し、ステップ303では、ステップ301で入
手したアドレスに基づいて、受信したデータを格納すべ
きRAMのアドレスをデコードし、ステップ304でR
AMにデータを格納して処理を終了するのである。
【0050】このように、送信局毎に、専用に、データ
を格納するエリアをRAMに確保しておくことにより、
他の処理においても、RAMを参照することにより、必
要なデータが直くに入手できるようになる。
【0051】図11は、各電源供給装置が、スイッチン
グ素子であるサーマルFETを操作する処理を記載した
フローチャートである。
【0052】まず、ステップ401では、受信したデー
タを基に、マイコン22が該当する電気負荷をオン・オ
フする指令があるかどうか判断し、「T1」(駆動素子
25)をオンさせる指令があったならば、ステップ40
2で、「T1」をオンすべく、マイコン22は、信号線
34を“1”にする。ステップ401で、「T1」をオ
ンさせる指令が無ければ、ステップ403で「T1」を
オフすべく、マイコン22は、信号線35を“0”にす
る。以下、同様に「T4」(駆動素子28)まで同一の
処理を実行し、各駆動素子をオン・オフさせる処理を実
施する。なお、ステップ412までの各処理は、同一内
容につき割愛する。
【0053】図12は、本実施例で使用しているサーマ
ルFETの構成図である。サーマルFET500は、P
チャンネル(ハイサイド)タイプの素子を示しており、
通常のFET(電界効果トランジスタ)と同様に、Nチ
ャンネル(ローサイド)の素子もある。サーマルFET
は、素子の過温度を検出する温度検出手段501の過温
度検出信号により、制御手段502が、遮断回路503
に信号を送り、素子のゲート信号を遮断して、カットオ
フさせることができるものである。一般に、過温度検出
型のほか、過電流を検出して、ゲート信号を遮断する過
電流検出型の素子もあり、使用用途に合わせて選択すべ
きである。なお、ランプやモータを駆動する場合、過温
度検出型の素子の方が特性上、都合がよい。
【0054】図13は、図4に示す駆動素子(T1)25
の部分を拡大し、内部構成を示す図である。本実施例の
場合、駆動素子は、前記したPチャンネルのサーマルF
ET500とNチャンネルのサーマルFET504をト
ーテムポール状に接続し、その接合点から出力端子44
をとっている。PチャンネルのサーマルFET500と
NチャンネルのサーマルFET504は、同時にオンと
なることがないように駆動され、マイコン22からの駆
動信号34が“1”の時、PチャンネルのサーマルFE
T500がオンし、NチャンネルのサーマルFETがオ
フする様に働き、逆に、駆動信号34が“0”の時、P
チャンネルのサーマルFET500がオフし、Nチャン
ネルのサーマルFETがオンする。
【0055】バッファ505は、駆動信号34を基に、
各サーマルFETが正常に動作できる様に信号を整理す
る働きをする。
【0056】簡単に動作を説明すると、駆動信号34が
“1”の場合、リレー23を経由した電源線32の電力
がPチャンネルのサーマルFET500を介し、出力端
子44に出力され、駆動信号34が“0”の場合、出力
端子44の電位をNチャンネルのサーマルFET504
を介してグランド(アース)に落とす様に機能する。し
たがって、駆動素子(T1)25をオンさせ、駆動素子
(T2)26をオフさせると、この2つの出力端子44
と45に接続されたモータは回転し、逆に、駆動素子
(T1)25をオフさせ、駆動素子(T2)26をオン
させると、モータを逆回転させることができる。
【0057】この様に、電源供給を行う出力端子に、コ
ネクタ変換モジュールを接続してから、電気負荷への電
源供給を行う形態とすることにより、顧客のニーズに合
わせたワイヤーハーネス,安全対策の対応が、さほどコ
ストを掛けずに迅速に実施できる様になる。
【0058】なお、以上の実施形態では、本発明を自動
車の電源供給装置に適用した場合について説明したが、
本発明は、自動車の電源供給装置に限らず、電源から共
通に電力の供給を受け、異なった場所に設置された多数
の電気負荷装置を有するシステムなら、鉄道車両や航空
機,船舶など、各種乗物の種類を問わず、適用可能なこ
とは言うまでもない。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、コネクタ変換モジュー
ルを使用することにより、顧客が自由に選択する、電気
負荷側のワイヤーハーネスに合致するコネクタを、制御
中枢部を変更することなく、後行程でも容易に作製で
き、さらに、PTC素子や溶断ヒューズをコネクタ変換
モジュールに内蔵させることにより、制御中枢部の駆動
素子が故障しても2重の安全策をこうじることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力供給制御装置を自動車に適用
した場合の一実施形態例を示すシステム構成図である。
【図2】本発明の一実施形態例で使用されている電源ケ
ーブルと、それに接続される電源供給制御装置と、電気
負荷と、各種スイッチの一例を示す立体構成図である。
【図3】本発明の一実施形態例で使用されている電源ケ
ーブルと、それに接続される電源供給制御装置と、電気
負荷と、各種スイッチの一例を示す平面構成図である。
【図4】本発明の一実施形態例における電源供給装置の
中枢部を示す詳細ブロック図である。
【図5】(a)及び(b)は本発明の一実施形態例にお
ける電源供給装置のコネクタ変換モジュールの外観図及
びその内部構成図である。
【図6】(a)及び(b)は本発明の一実施形態例にお
ける電源供給装置のコネクタ変換モジュールの外観図及
びPTC素子の特性図である。
【図7】(a)及び(b)は本発明の一実施形態例にお
ける電源供給装置のコネクタ変換モジュールの外観図及
び同図(b)の内部構成図である。
【図8】本発明の一実施形態例の動作を説明するための
フローチャートである。
【図9】本発明の一実施形態例の動作を説明するための
フローチャートである。
【図10】本発明の一実施形態例の動作を説明するため
のフローチャートである。
【図11】本発明の一実施形態例の動作を説明するため
のフローチャートである。
【図12】本発明の一実施形態例に使用されるサーマル
FETの動作を説明するためのブロック図である。
【図13】本発明の一実施形態例の動作を説明するため
のブロック図である。
【符号の説明】
1…バッテリ、2…電源ケーブル、3…多重通信線、4
〜9…電源供給制御装置、10,12…コネクタ、11
…スイッチ群、13,14…電気負荷。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】乗物内に配置されている電装品を群別し、
    各群毎に制御装置を配置して各電装品を集中制御する方
    式の電気負荷駆動装置であって、前記各電装品に対する
    電源からの電力供給が、半導体スイッチング素子を介し
    て行われるように構成されたものにおいて、前記半導体
    スイッチング素子の出力端に、交換可能なコネクタ変換
    モジュールを設置し、前記コネクタ変換モジュールを介
    して、前記各電装品へ、電力供給が行われる様に構成し
    たことを特徴とする電力供給制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、PT
    C素子を内蔵したことを特徴とする電力供給制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、交換
    可能な溶断ヒューズを内蔵したことを特徴とする電力供
    給制御装置。
  4. 【請求項4】乗物内に配置されている電装品を群別し、
    各群毎に制御装置を配置して各電装品を集中制御する方
    式の電気負荷駆動装置であって、前記各電装品に対する
    電源からの電力供給が、半導体スイッチング素子を介し
    て行われるように構成されたものにおいて、前記半導体
    スイッチング素子に、過温度検出型の保護素子を使用
    し、素子の出力端に、交換可能なコネクタ変換モジュー
    ルを設置し、前記コネクタ変換モジュールを介して、前
    記各電装品へ、電力供給が行われる様に構成したことを
    特徴とする電力供給制御装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、PT
    C素子を内蔵したことを特徴とする電力供給制御装置。
  6. 【請求項6】請求項4に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、交換
    可能な溶断ヒューズを内蔵したことを特徴とする電力供
    給制御装置。
  7. 【請求項7】乗物内に配置されている電装品を群別し、
    各群毎に制御装置を配置して各電装品を集中制御する方
    式の電気負荷駆動装置であって、前記各電装品に対する
    電源からの電力供給が、半導体スイッチング素子を介し
    て行われるように構成されたものにおいて、前記半導体
    スイッチング素子に、過電流検出型の保護素子を使用
    し、素子の出力端に、交換可能なコネクタ変換モジュー
    ルを設置し、前記コネクタ変換モジュールを介して、前
    記各電装品へ、電力供給が行われる様に構成したことを
    特徴とする電力供給制御装置。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、PT
    C素子を内蔵したことを特徴とする電力供給制御装置。
  9. 【請求項9】請求項7に記載の電力供給制御装置におい
    て、交換可能なコネクタ変換モジュールの内部に、交換
    可能な溶断ヒューズを内蔵したことを特徴とする電力供
    給制御装置。
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