JP2010036646A

JP2010036646A - 車両用電源供給装置及び車両用電源供給方法

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Publication number: JP2010036646A
Application number: JP2008199534A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Shiozaki; 広知塩崎; Ryuta Tsuda; 隆太津田; Kei Inoue; 圭井上; Hisao Honma; 久雄本間
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: JP5170888B2

Abstract

【課題】半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、ヒューズ機能を半導体化し、待機電流の低減や、車両の軽量化、メンテナンスフリー化を実現できるようにした車両用電源供給装置および車両用電源供給方法を提供する。
【解決手段】車両用電源供給装置１は、電源２とＥＣＵ３との間に接続された半導体スイッチ４と、半導体スイッチ制御部５と、半導体スイッチ４に並列に接続されたバイパス回路６と、バイパス回路６に設けたＰＴＣ素子７と、省電力モード信号が入力されると半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフにする制御部８と、を備える。半導体スイッチ４がオフになると、半導体スイッチ４を介する経路でのＥＣＵ３への電源供給が遮断され、電源２からＥＣＵ３へＰＴＣ素子７を介してバイパス回路６経由で電源供給がなされるようになり、定常モードにおける負荷電流より小さい省電力モードになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源供給装置、特に、電源と負荷との間に接続された半導体スイッチを備えた車両用電源供給装置及び車両用電源供給方法に関する。

従来、自動車等の車両には、バッテリ（電源）から各種の電気部品やＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等の電子部品（負荷）に電源が供給されている。この負荷への電源の供給は、通常ジャンクションボックス（電気接続箱）を経由して行われる。

ジャンクションボックスの主な機能としては、負荷への電源供給や回路の分岐そして、電線保護等がある。上記機能を実現させるために、ジャンクションボックスは、回路分岐を行い、ワイヤーハーネスを接続するコネクタ部を含む配線部、ケースおよび、ヒューズやリレーで構成される。ヒューズは、電線等がショートした際に可溶部が溶断して電源を遮断することにより電線の発煙発火を防止する電線保護機能を持ち、リレーは、車両の状態や負荷の状態に合わせて電源を供給・遮断するスイッチの役割をしている。
近年、自動車などの車両では、電子制御化が進み、車両に搭載されるＥＣＵの数が増加傾向であり、車両停止状態で、イグニッションスイッチやアクセサリースイッチがオフであっても、常時電源を供給する必要のある電子部品が増えている。例えば、ドアロックシステムやセキュリティシステム等を制御するＥＣＵには、車両停止状態でも常時電源供給が必要になり、ヒューズを介して電源を供給している。

また、ジャンクションボックス内に設置されるヒューズには、負荷の待機電流によるバッテリ上がりを防止するため、輸送時などの保管状態では使用されない負荷の上流にあるヒューズを取り外し、電源を遮断することで待機電流の低減を必要とするものもある。このため、ジャンクションボックスは車両内の人の手が届く位置に搭載されている。最近では、自動車等の車両は、燃費向上のための軽量化への希求が高くなっており、車両電子化にて肥大化が進むワイヤーハーネス及びジャンクションボックスにも軽量化が求められている。

ワイヤーハーネスの軽量化を実現する手段の一つとして、電源の分岐位置すなわちジャンクションボックスの位置を各負荷の近傍に持っていき、電源分岐後の電線長を短くする方法がある。これは電源分岐後ヒューズ容量によって決まる電線の束を負荷近傍まで分岐を遅らせることにより、ワイヤーハーネス幹線となる電線導体部及び被覆部のトータル断面積を削減することであり、軽量化となる手法である。この手法を実現するためには、従来ヒューズやリレーを交換するといった制限で決められていたジョイントボックスの搭載位置を自由化することが要件となる。したがって、ヒューズのように過電流で溶断して交換が必要な部品構成では実現せず、過電流を検出して電源を遮断すると共に、異常を取り除いた後で自動または、遠隔操作で復帰できるシステムが必要になる。具体的には、例えばヒューズの代わりに負荷・ＥＣＵへの常時電源を供給するための半導体スイッチと、電線保護を目的とした異常電流モニタシステムの構成がある。

しかしながら、ヒューズ機能を半導体化した場合、すなわち、負荷・ＥＣＵへの常時電源を供給するための半導体スイッチと、電線保護を目的とした異常電流モニタシステム構成した場合、車両が停止状態であっても各ＥＣＵへの電源供給を行うため半導体スイッチを作動させておかねばならず、その駆動電流や異常電流モニタシステムの動作電流が常時流れることにより、待機電流が増大してバッテリ上がりを起こしてしまうという課題がある。特に待機電流を低減させる必要のある場合として、次の２つが想定される。
（１）車両を駐車場に短期間、例えば一晩停車させて置く場合のような通常の車両停止状態の場合。
（２）車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合のような輸送・長期放置モードの場合。
従来の技術を使った場合、待機電流による早期のバッテリ上がりを防止するためには、バッテリ容量を大きなものにしなければならないが、スペース、重量の問題で実現が困難である。

また、ヒューズを単純に半導体素子に置き換える場合、自己復帰型の過電流保護機能を備えたＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子等のようなものが使われる場合があるが、ＰＴＣ素子は、過電流が流れた際に遮断する電流値が、ＰＴＣ素子の周辺温度に依存して変動してしまうという問題があり、その結果、遮断電流値の周辺温度依存性を考慮した大きな許容電流値となる電線を設定する必要が生じ、電線径を大きくしなければならなくなっていた。これにより、ワイヤーハーネス、ひいては車両の軽量化が十分に図れていないという課題もあった。

従来、待機電流を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１、２および３参照）。特許文献１に開示された負荷駆動回路では、負荷と電源間に配置された駆動スイッチング素子を備え、駆動スイッチング素子のオンオフ駆動を行うゲート駆動回路を含む複数の制御部と電源との間に、電流遮断用スイッチをそれぞれ設けて暗電流を遮断するようにしている。

また、特許文献２に開示された車両のバッテリ電源供給装置路では、常時電源が必要とされる負荷とバッテリを接続する電源線上にリレーからなる電源線開閉手段を設け、輸送開始を示す操作信号が得られたとき、開閉制御手段によって電源線開閉手段を開放状態にする。

また、特許文献３に開示された車両のバッテリ電源供給装置路では、アクティブモード用電源回路と、この電源よりも少ない消費電流で出力端子から定電圧を出力する低消費電流モード用電源回路を設け、マイコンが低消費電流モードで作動する場合、低消費電流モード用電源回路から負荷に定電圧を供給するようにしている。
特開２００４−２４８０９３号公報特開２００３−１１１２６４号公報特開２００６−１８４０９号公報

近年、自動車等の車両は、燃費向上のための軽量化が求められており、ワイヤーハーネス軽量化への希求も強くなっている。
ワイヤーハーネスを軽量化する一つの手法として、ジャンクションボックスを最適な位置に分散配置する方法があるが、実現するためはジャンクションボックスのメンテナンスフリー化等が必要であり、ヒューズ機能を半導体リレーと異常電流モニタシステムで構成する手段が考えられる。この手段を用いた場合、車両が停止状態にも関わらす、各ＥＣＵへ電源を供給するために半導体スイッチを作動させておく必要があり、その駆動電流や異常電流モニタシステムの動作電流が常時流れ、待機電流が増大しバッテリ上がりを起こしてしまう課題がある。さらには、待機電流が増加することにより、早期のバッテリ上がりを防止するために大容量のバッテリを使用しなければならないという課題もある。

また、ヒューズを単純に半導体素子に置き換える場合、自己復帰型の過電流保護機能を備えたＰＴＣ素子のようなものが使われるが、ＰＴＣ素子は、過電流が流れた際に遮断する電流値が、ＰＴＣ素子の周辺温度に依存して変動してしまうという問題があり、その結果、電線径を大きくして対応しなければならなくなっていた。これにより、ワイヤハーネスひいては、車両の軽量化が十分に図れていないという課題もあった。

ところで、上記特許文献１の従来技術では、ゲート駆動回路を含む複数の制御部と電源との間に、電流遮断用スイッチをそれぞれ設けて暗電流を遮断するようにしているので、
待機電流を低減しながら、所望の機能を保持することができない。所望の機能とは、ヒューズの機能のことである。すなわち電源供給を行うため半導体スイッチを作動させて、過電流を検出して電源を遮断することができず、ヒューズを半導体素子に置き換えることができない。

また、上記特許文献２の従来技術は、負荷とバッテリを接続する電源線上にリレーからなる電源線開閉手段を設けた構成のものであり、リレーに代えて半導体スイッチを用いた場合に問題となる待機電流の増加を抑制する技術ではない。

また、上記特許文献３の従来技術では、アクティブモード用と低消費電流モード用の２つの電源回路を設ける構成であり、所望の機能を保持しながら、待機電流を低減するものではない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、所望の機能を損なうことなく待機電流の低減を行うことにより、バッテリ容量の肥大化を抑制しつつ、ワイヤーハーネスの軽量化を実現できるようにした車両用電源供給装置および車両用電源供給方法である。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る車両用電源供給装置は、電源と負荷との間に接続された半導体スイッチを備えた車両用電源供給装置であって、前記半導体スイッチに並列に接続され、前記半導体スイッチを迂回して前記電源から前記負荷へ電源を供給するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられた過電流保護素子と、前記半導体スイッチの開閉および異常な電流を検出する機能を有する制御部とを備え、前記制御部は、第一の制御切替信号が入力されると、前記半導体スイッチをオフ状態とし、前記バイパス回路より前記負荷への電源供給することを特徴とする。

この構成によれば、車両停止状態で各ＥＣＵ等の負荷が省電力モードへ移行し、車両用電源供給装置が定常時よりも小さい電流を供給すればよい場合、制御部に第一の制御切替信号が入力されると、制御部は半導体スイッチをオフ状態にし、半導体スイッチを介する経路での負荷への電源供給を遮断すると共に、電源から負荷へ過電流保護素子を介してバイパス回路経由で電源供給するようになる。半導体リレーを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流、制御部等に流れる電流が低減され第一のモードになる。これにより、車両を駐車場に一晩停車させておく場合のような通常の車両停止状態で、半導体スイッチを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流、制御部等に流れる電流が低減され低消費電力化が図れ、所望の機能を損なうことがない。所望の機能とは、ヒューズの機能のことである。

リレーの機能と電線を保護するヒューズの機能とを備えた半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、半導体スイッチに並列に接続したバイパス回路に過電流保護素子を設けることで実現できるので、車両の軽量化が図れ、第一のモードのための電源を特別に設ける必要がなく、さらに、半導体スイッチを介する負荷への電源供給経路と半導体スイッチに並列に接続したバイパス回路の切り替え装置を必要としないため、部品点数の少ない簡単な構成で待機電流を低減することができる。

請求項２に記載の発明に係る車両用電源供給装置は、前記バイパス回路の前記負荷側の一端と接地間に接続される短絡回路と、前記短絡回路に設けられたスイッチ素子をさらに備え、前記制御部は、第二の制御切替信号が入力されると、前記半導体スイッチをオフ状態にすると共に、前記スイッチ素子をオン状態にして前記短絡回路を短絡状態とし、前記バイパス回路および前記短絡回路に短絡電流を流すことにより、前記過電流保護素子を作動させて非導通として前記負荷への電源供給を遮断することを特徴とする。

この構成によれば、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、第二の制御切替信号が制御部に入力されると、制御部は、半導体スイッチをオフ状態にすると共に、スイッチ素子をオン状態にして、短絡回路を短絡状態にし、過電流保護素子を作動させる。これにより、半導体スイッチを介する負荷への電源供給が遮断されると共に、バイパス回路も非導通状態となり、電源から負荷へ流れる電流は極小なレベルに制限された第二のモードになる。

このため、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、負荷に流れる待機電流が十分に低減される。
例えば、ポリマー系の過電流保護素子を使用した場合、正常時から電流制限時の抵抗値変化は１０の４乗から６乗となるため、このときの待機電流は、５０％以上低減することもできる。

従って、半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、ヒューズを取り外しすることなく海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合におけるバッテリ上がりを防止することができる。

請求項３に記載の発明に係る車両用電源供給装置は、電源と複数の負荷との間にそれぞれ接続された複数の半導体スイッチを備え、前記過電流保護素子が設けられた一つの前記バイパス回路が、前記複数の半導体スイッチに並列に接続されており、前記制御部は、前記第一の制御切替信号が入力されると、前記複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、車両停止状態で各ＥＣＵ等の負荷が省電力モードへ移行し、車両用電源供給装置が定常時よりも小さい電流を供給すればよい場合、制御部に第一の制御切替信号が入力されると、制御部は複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にし、各半導体スイッチを介する経路での負荷への電源供給を遮断すると共に、電源から複数の負荷へ過電流保護素子を介してバイパス回路経由で電源供給するようになる。半導体リレーを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流、制御部等に流れる電流が低減され第一のモードになる。

従って、過電流保護素子が設けられた一つのバイパス回路を複数の半導体スイッチに並列に接続するだけの簡単な構成により、車両を駐車場に一晩停車させておく場合のような通常の車両停止状態で、半導体スイッチを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流制御部等に流れる電流が低減され低消費電力化が図れ、所望の機能を損なうことがない。所望の機能とは、ヒューズの機能のことである。

リレーの機能と電線を保護するヒューズの機能とを備えた複数の半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、複数の半導体スイッチに並列に接続したバイパス回路に過電流保護素子を設けることで実現できるので、車両の軽量化が図れ、第一のモードのための電源を特別に設ける必要がなく、さらに、複数の半導体スイッチを介する負荷への電源供給経路と複数の半導体スイッチに並列に接続したバイパス回路の切り替え装置を必要としないため、部品点数の少ない簡単な構成で待機電流を低減することができる。

請求項４に記載の発明に係る車両用電源供給装置は、電源と複数の負荷との間にそれぞれ接続された複数の半導体スイッチを備え、前記過電流保護素子が設けられた一つの前記バイパス回路が、前記複数の半導体スイッチに並列に接続されており、前記制御部は、第二の制御切替信号が入力されると、前記複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にすると共に、前記短絡回路を短絡状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、第二の制御切替信号が制御部に入力されると、制御部は、複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にすると共に、短絡回路を短絡状態にする。これにより、複数の半導体スイッチをそれぞれ介する負荷への電源供給が遮断されると共に、過電流保護素子にバイパス回路および短絡回路を介して過電流が流れ、過電流保護素子が特性変化により非導通状態になり、電源から複数の負荷へ過電流保護素子を介して流れる電流はそれぞれ極小なレベルに制限される。従って、過電流保護素子が設けられた一つのバイパス回路を複数の半導体スイッチに並列に接続するだけの簡単な構成により、海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合に、各負荷に流れる待機電流を十分に低減される。

例えば、ポリマー系の過電流保護素子を使用した場合、正常時から電流制限時の抵抗値変化は１０の４乗から６乗となるため、このときの待機電流は、５０％以上低減することもできる。

従って、複数の半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、ヒューズを取り外しすることなく海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合におけるバッテリ上がりを防止することができる。

請求項５に記載の発明に係る車両用電源供給方法は、電源と負荷との間に接続された半導体スイッチを備えた車両用電源供給方法であって、定常モードでは、前記電源から前記負荷への電源の供給と遮断を前記半導体スイッチにより行い、第一の制御切替信号が入力されている場合、前記半導体スイッチをオフ状態にし、該半導体スイッチと並列に接続されたバイパス回路に設けた過電流保護素子を介して、前記電源から前記負荷へ電源を供給する、ことを特徴とする。

この構成によれば、第一の制御切替信号が入力されている場合、制御部は半導体スイッチをオフ状態にするので、半導体スイッチを介する経路での負荷への電源供給が遮断される。これにより、電源から負荷へ過電流保護素子を介してバイパス回路経由で電源供給がなされるようになり、半導体リレーの制御に関わる電流が、定常モードにおける電流より小さい第一のモードになる。これにより、車両を駐車場に一晩停車させておく場合のような通常の車両停止状態で、制御部等に流れる電流が低減され低消費電力化が図れる。

このような第一のモードを、リレーの機能と電線を保護するヒューズの機能とを備えた半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、半導体スイッチに並列に接続したバイパス回路に過電流保護素子を設けることで実現できるので、車両の軽量化が図れ、第一のモードのための電源を特別に設ける必要がなくなり、部品点数の少ない簡単な構成で待機電流を低減することができる。

請求項６に記載の発明に係る車両用電源供給方法は、第二の制御切替信号が入力されている場合、前記半導体スイッチをオフ状態にすると共に、前記バイパス回路の前記負荷側の一端と接地間に接続される短絡回路に設けられた前記スイッチ素子をオン状態とし、前記パイパス回路および前記短絡回路に短絡電流を発生させることにより、前記過電流保護素子を非導通とさせることで、前記負荷への電源供給を遮断することを特徴とする。

この構成によれば、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく第二のモードでは、制御部は、半導体スイッチをオフ状態にすると共に、短絡回路を短絡状態にする。これにより、半導体スイッチを介する負荷への電源供給が遮断されると共に、過電流保護素子にバイパス回路および短絡回路を介して短絡電流が流れ、過電流保護素子が特性変化して非導通状態になり、電源から負荷へ過電流保護素子を介して流れる電流は極小なレベルに制限される。

このため、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、負荷に流れる待機電流が十分に低減される。従って、半導体スイッチが電源と負荷との間に接続された車両用電源供給装置において、部品点数の少ない簡単な構成で、海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合におけるバッテリ上がりを抑制することができる。

請求項７に記載の発明に係る車両電源供給方法は、前記過電流保護素子は、ＰＴＣ素子であり、前記スイッチ素子をオン状態として前記短絡回路を短絡状態にすると、前記ＰＴＣ素子に短絡電流が流れて該ＰＴＣ素子をトリップ状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、過電流保護素子をＰＴＣ素子とすることで、暗電流特性や、電流遮断特性など優れた特性を実現できる
ここで、「トリップ状態」とは、温度に依存して電気抵抗が増加する正の温度特性を有するＰＴＣ素子が高抵抗状態になることをいう。

本発明によれば、ヒューズ機能の半導体化によって、電源供給装置を電源の分岐位置に持っていくことができ、ワイヤーハーネスの軽量化やメンテナンスフリー化等を実現することが可能となり、単純に半導体スイッチを用いた場合に問題となる待機電流を、部品点数の少ない簡単な構成で低減できる。

また、第一のモードでは、車両停止状態で各ＥＣＵ等の消費電流が低減した状態となるため、過電流保護素子で懸念される検出電流の温度変動を考慮しても電線の許容電流よりも十分低く異常判定閾値を低く設定でき、電線の肥大化を抑制することが可能となる。

次に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、同様に部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

また、本実施例での、過電流保護素子はＰＴＣ素子を用いた場合について説明するが、ＰＴＣ素子に限定されるものではなく、過電流が流れた時に電流を遮断する機能を有するものであれば適用可能である。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る車両用電源供給装置を図１乃至図２に基づいて説明する。

図１に示す車両用電源供給装置１は、自動車等の車両に搭載されており、電源（バッテリ）２と、負荷としてのＥＣＵ３との間に接続された半導体スイッチ４を備えている。この半導体スイッチ４はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の半導体素子で構成されている。

また、車両用電源供給装置１は、図１に示すように、半導体スイッチ４をオン、オフさせる半導体スイッチ制御部５と、半導体スイッチ４に並列に接続され、半導体スイッチ４を迂回して電源２からＥＣＵ３へ電源を供給するバイパス回路６と、バイパス回路６に設けられたＰＴＣ素子７と、半導体スイッチ４を開閉する制御部８と、を備える。制御部８は、第一の制御切替信号としての省電力モード信号が入力されると、半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフ状態にするようになっている。

制御部８は、ＣＰＵ９と、図示を省略したＲＯＭ及びＲＡＭとを有する。ＣＰＵ９は、省電力モード信号が入力されると、ＲＯＭに格納された省電力モード制御のプログラムにより半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフ状態にするようになっている。

省電力モード信号は、例えば、ＥＣＵ３を含む複数のＥＣＵのいずれか一つからＣＡＮ（Controller Area Network）通信により送信され、この信号が制御部８で受信されるようになっている。或いは、省電力モード信号は、ＥＣＵ３自身のタイマー等により、イグニッションスイッチのオフ時から所定時間が経過するとＥＣＵ３から図示を省略した信号線を介して制御部８へ出力されるようになっている。

また、車両用電源供給装置１では、ＰＴＣ素子７に短絡電流を流してＰＴＣ素子７をトリップ状態にする短絡回路１０が、バイパス回路６の負荷側の一端と接地間に接続されている。この短絡回路１０には、バイパス回路６の負荷側の一端と接地間にＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１が配置され、ＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１自身はＦＥＴ等の半導体素子で構成されている。車両用電源供給装置１はさらに、ＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン、オフされるスイッチ素子制御部１２を備える。

制御部８は、第二の制御切替信号としての輸送・長期放置モード信号が入力されると、ＲＯＭに格納された輸送・長期放置モード制御のプログラムにより、半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフにすると共に、スイッチ素子制御部１２を駆動してＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン状態にするようになっている。輸送・長期放置モード信号は、例えば、ＥＣＵ３を含む複数のＥＣＵのいずれか一つからＣＡＮ通信により送信され、この信号が制御部８で受信されるようになっている。或いは、輸送・長期放置モード信号は、車両の輸送時或いは車両を長期間放置する際に、図示を省略した輸送モードスイッチを操作すると、その信号が制御部８に入力されるようになっている。

なお、図１において、符号「１４」はコネクタである。また、符号「１６」は、ダイオードである。
次に、上記構成を有する車両用電源供給装置１の動作を、図２に基づいて説明する。

図２は、定常モード、第一のモードとしての省電力モードおよび第二のモードとしての輸送・長期放置モードの各モードでの、ＥＣＵ３に供給される電圧（V_{ECU_B}）と、ＥＣＵ３に流れる負荷電流（I_Load）の関係を示す説明図である。

図２に基づいて、各モードにおける動作を説明する。
まず、ＩＧスイッチがオン状態とされた時などの定常モードでは、電源２からの電圧が半導体スイッチ４を介して、ＥＣＵ３に供給され、この状態の電圧をＶａで示している。そして、このときＥＣＵに流れる電流がＩａとなる。

また、このとき半導体スイッチと平行に設けられたパイパス回路６には電流が流れない。その理由を以下に述べる。半導体スイッチがオンしている状態で半導体スイッチ両端に掛かる電圧は、半導体スイッチのオン抵抗と通電電流の積で表される。半導体スイッチのオン抵抗は常温で１〜１０ｍΩ程度であり、１０Ａ程度流れたとしても電圧降下は０．１Ｖ程度である。一方、ＰＴＣ素子を含んだバイパス回路では電源の回り込みを防止するためにダイオードが直列に挿入されており、ダイオードの特性として、順方向電圧が０．６Ｖ程度ないと順方向に電流が流れないようになっている。したがって、半導体スイッチがオンしている状態では、バイパス回路内に印加される電圧がダイオードをオンする電圧よりも十分低くなるためバイパス回路に通電されない。

また、定常モードでは、電源２とＥＣＵ３間の電線において、ショートなどが生じて異常電流等が発生した場合、制御部８等により異常電流を検出して、半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフ状態とすることにより、電線の保護を図っている。

次に、ＥＣＵ３等から、第一の制御切替信号としての省電力モード信号が制御部８に入力されると、制御部８は半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフ状態とする。このように制御することで、ＥＣＵ３への電流の供給は、バイパス回路６を経由して行われることとなる。

したがって、ＥＣＵ３に供給される電圧は、ダイオードによる電圧降下分低くなるためＶａよりも若干低い電圧が供給されることとなる。一方電流は、ＥＣＵ３が待機状態となるため、定常モードの電流値Ｉａと比較すると、非常に小さい電流Ｉｂとなる。

また、省電力モードでは、電源２とＥＣＵ３間の電線において、ショートなどが生じて異常電流が発生した場合、パイパス回路に設置したＰＴＣ素子に異常電流が流れることによって瞬間的に発熱し、温度上昇によりＰＴＣ自体の電気抵抗が大きくなり、瞬時に電流を遮断し、電線の保護が図れる。いわゆるトリップ状態となる。

次に、ＥＣＵ３等から、第二の制御切替信号としての輸送・長期放置モード信号が制御部８に入力されると、制御部８は半導体スイッチ制御部５を駆動して半導体スイッチ４をオフ状態とし、また、スイッチ素子制御部１２を駆動して、ＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン状態とする。このように制御することで、短絡回路１０が短絡され、電源２からバイパス回路６を通って、短絡回路１０に短絡電流が流れることとなる。しかしながら、バイパス回路６に設置されているＰＴＣ素子に短絡電流が流れることによって瞬間的に発熱し、ＰＴＣ自体の電気抵抗が大きくなり、瞬時に電流を遮断する。したがって、ＥＣＵ３で生じる待機電流の低減を図ることが可能となる。このときにＥＣＵ３に供給される電圧は、ＰＴＣ素子がトリップ状態となることにより遮断される。一方電流は、トリップ状態となり数ｍAに制限された電流値Ｉｃとなる。
以上の構成を有する第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

・制御部８に省電力モード信号が入力されると、制御部８のＣＰＵ９は、半導体スイッチ制御部５へ半導体スイッチオフ信号を出力して半導体スイッチ４をオフにするので、半導体スイッチ４を介する経路でのＥＣＵ３への電源供給が遮断される。これにより、電源２からＥＣＵ３へＰＴＣ素子７を介してバイパス回路６経由で電源供給がなされるようになり、半導体リレーを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流、制御部等に流れる電流が低減され定常モードにおける負荷電流より小さい省電力モードになる。車両を駐車場に一晩停車させておく場合のような通常の車両停止状態で、制御部等に流れる電流が低減され低消費電力化が図れる。

・このような省電力モードを、リレーの機能と電線を保護するヒューズの機能とを備えた半導体スイッチ４が電源２とＥＣＵ３との間に接続された車両用電源供給装置１において、半導体スイッチ４に並列に接続したバイパス回路６にＰＴＣ素子７を設けることで実現できたので、従来のヒューズ同等の待機電流とすることができ、ヒューズ機能の半導体化が実現でき、電源供給装置をメンテナンスフリー、レイアウトフリー、更にはハーネスの軽量化が図れる。更に省電力モードのための電源を特別に設ける必要がなくなり、部品点数の少ない簡単な構成で待機電流を低減することができる。

・車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、輸送・長期放置モード信号が制御部８に入力されると、制御部８のＣＰＵ９は、半導体スイッチ制御部５へ半導体スイッチオフ信号を出力して半導体スイッチ４をオフ状態にすると共に、スイッチ素子制御部１２へＰＴＣトリップ用スイッチ素子オン信号を出力する。これにより、半導体スイッチ制御部５は半導体スイッチ４をオフ状態にするので、半導体スイッチ４を介する経路での電源２からＥＣＵ３への電源供給が遮断される。これと共に、スイッチ素子制御部１２がＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン状態にする。これにより、半導体スイッチ４を介するＥＣＵ３への電源供給が遮断されると共に、ＰＴＣ素子７にバイパス回路６およびＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１を介して短絡電流が流れ、ＰＴＣ素子７の温度が上昇してＰＴＣ素子７がトリップ状態になる。このため、電源２からＥＣＵ３へＰＴＣ素子を介して流れる電流は微小なレベルに制限された輸送・長期放置モードになる。

このようなトリップ状態（輸送・長期放置モード）は、半導体スイッチ４がオフ状態にされている間維持される。このため、車両を海外へ数ヶ月の長期間で輸送する場合や車両をディーラの店舗に長期間展示しておく場合に、ＥＣＵ３に流れる待機電流が十分に低減される。このときの待機電流は、５０％以上低減することもできる。

従って、半導体スイッチ４が電源２とＥＣＵ３との間に接続された車両用電源供給装置１において、部品点数の少ない簡単な構成で、海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合におけるバッテリ上がりを防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る車両用電源供給装置１Ａを図３に基づいて説明する。
この車両用電源供給装置１Ａは、電源２と、複数のＥＣＵ（複数の負荷）３_１〜３_３との間にそれぞれ接続された複数の半導体スイッチ４_１〜４_３を備えている。これらのＥＣＵ３_１〜３_３は、例えば、常時電源供給が必要なＥＣＵで、ドアロックシステムやセキュリティシステム等を制御するＥＣＵである。

また、この車両用電源供給装置１Ａでは、ＰＴＣ素子７が設けられた一つのバイパス回路６が、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３に並列に接続されており、制御部８ＡのＣＰＵ９Ａは、第一の制御切替信号としての省電力モード信号が入力されると、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３全てをオフ状態にするようになっている。

また、この車両用電源供給装置１Ａでは、制御部８ＡのＣＰＵ９Ａは、第二の制御切替信号としての輸送・長期放置モード信号が入力されると、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３全てをオフ状態にすると共に、短絡回路１０のＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン状態にするようになっている。

なお、図３に示す車両用電源供給装置１Ａは、ジャンクションボックス（電気接続箱）２０に収容されている。また、図５において、符号「１６_１」〜「１６_３」はダイオードであり、符号「２１」はインターフェース回路である。

このような構成を有する第２実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。

・制御部８ＡのＣＰＵ９Ａに省電力モード信号が入力されると、ＣＰＵ９Ａは、半導体スイッチオフ信号を複数の半導体スイッチ制御部５_１〜５_３へそれぞれ出力して、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３全てをオフ状態にするので、各半導体スイッチ４_１〜４_３を介する経路でのＥＣＵ３_１〜３_３への電源供給が遮断される。これにより、電源２から複数のＥＣＵ３_１〜３_３へＰＴＣ素子７を介してバイパス回路６経由で電源供給がそれぞれなされるようになり、半導体リレーを駆動する電流と異常電流モニタシステムの動作電流、制御部等に流れる電流が、定常モードにおける消費電流より小さい省電力モードになる。従って、ＰＴＣ素子７が設けられた一つのバイパス回路６を複数の半導体スイッチ４_１〜４_３に並列に接続するだけの簡単な構成により、車両を駐車場に一晩停車させておく場合のような通常の車両停止状態で、複数の負荷に流れる待機電流を低減することができる。

・輸送・長期放置モード信号が制御部８ＡのＣＰＵ９Ａに入力されると、ＣＰＵ９Ａは、半導体スイッチオフ信号を複数の半導体スイッチ制御部５_１〜５_３へそれぞれ出力して、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３全てをオフ状態にする。これと共に、ＣＰＵ９Ａは、スイッチ素子制御部１２へＰＴＣトリップ用スイッチ素子オン信号を出力して、ＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１をオン状態にする。

これにより、複数の半導体スイッチ４_１〜４_３をそれぞれ介する複数のＥＣＵ３_１〜３_３への電源供給が遮断されると共に、ＰＴＣ素子７にバイパス回路６およびＰＴＣトリップ用スイッチ素子１１を介して短絡電流が流れ、ＰＴＣ素子７の温度が上昇してＰＴＣ素子７がトリップ状態になる。これにより、電源２から複数のＥＣＵ３_１〜３_３へＰＴＣ素子７を介して流れる電流はそれぞれ微小なレベルに制限される。従って、ＰＴＣ素子７が設けられた一つのバイパス回路６を複数の半導体スイッチ４_１〜４_３に並列に接続するだけの簡単な構成により、海外へ車両を輸送する際や、車両を長期間に渡って停車させておく場合に、各ＥＣＵ３_１〜３_３に流れる待機電流を十分に低減でき、バッテリ上がりを防止することができる。

なお、上記第１実施形態において、半導体スイッチ制御部５、制御部８、およびスイッチ素子制御部１２を一つの制御部とし、この制御部内のＣＰＵにより、上記制御部８のＣＰＵ９と同様の制御を実行するようにした構成にも、本発明は適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る車両用電源供給装置の概略構成を示すブロック図。定常モード、省電力モードおよび輸送・長期放置モードの各モードでの、ＥＣＵに供給される電圧（V_{ECU_B}）と、ＥＣＵに流れる負荷電流（I_Load）の関係を示す説明図。本発明の第２実施形態に係る車両用電源供給装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１，１Ａ：車両用電源供給装置
２：電源
３，３_１〜３_３：ＥＣＵ
４，４_１〜４_３：半導体スイッチ
５，５_１〜５_３：半導体スイッチ制御部
６：バイパス回路
７：ＰＴＣ素子
８，８Ａ：制御部
１０：短絡回路
１１：ＰＴＣトリップ用スイッチ素子
１２：スイッチ素子制御部
１５，１５_１〜１５_３：電線

Claims

電源と負荷との間に接続された半導体スイッチを備えた車両用電源供給装置であって、
前記半導体スイッチに並列に接続され、前記半導体スイッチを迂回して前記電源から前記負荷へ電源を供給するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられた過電流保護素子と、
前記半導体スイッチの開閉および異常な電流を検出する機能を有する制御部とを備え、
前記制御部は、第一の制御切替信号が入力されると、前記半導体スイッチをオフ状態とし、前記バイパス回路より前記負荷への電源供給することを特徴とする車両用電源供給装置。
前記バイパス回路の前記負荷側の一端と接地間に接続される短絡回路と、
前記短絡回路に設けられたスイッチ素子をさらに備え、
前記制御部は、第二の制御切替信号が入力されると、前記半導体スイッチをオフ状態にすると共に、前記スイッチ素子をオン状態にして前記短絡回路を短絡状態とし、前記バイパス回路および前記短絡回路に短絡電流を発生させることにより、前記過電流保護素子を非導通とさせることで、前記負荷への電源供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源供給装置。
電源と複数の負荷との間にそれぞれ接続された複数の半導体スイッチを備え、前記過電流保護素子が設けられた一つの前記バイパス回路が、前記複数の半導体スイッチに並列に接続されており、前記制御部は、前記第一の制御切替信号が入力されると、前記複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源供給装置。
電源と複数の負荷との間にそれぞれ接続された複数の半導体スイッチを備え、前記過電流保護素子が設けられた一つの前記バイパス回路が、前記複数の半導体スイッチに並列に接続されており、前記制御部は、第二の制御切替信号が入力されると、前記複数の半導体スイッチ全てをオフ状態にすると共に、前記スイッチ素子をオン状態にして前記短絡回路を短絡状態にすることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源供給装置。
電源と負荷との間に接続された半導体スイッチを備えた車両用電源供給方法であって、
定常モードでは、前記電源から前記負荷への電源の供給と遮断を前記半導体スイッチにより行い、
第一の制御切替信号が入力されている場合、前記半導体スイッチをオフ状態にし、該半導体スイッチと並列に接続されたバイパス回路に設けた過電流保護素子を介して、前記電源から前記負荷へ電源を供給する、ことを特徴とする車両用電源供給方法。
第二の制御切替信号が入力されている場合、前記半導体スイッチをオフ状態にすると共に、前記バイパス回路の前記負荷側の一端と接地間に接続される短絡回路に設けられた前記スイッチ素子をオン状態とし、前記パイパス回路および前記短絡回路に短絡電流を発生させることにより、前記過電流保護素子を非導通とさせることで、前記負荷への電源供給を遮断することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の車両用電源供給方法。
前記過電流保護素子は、ＰＴＣ素子であり、前記スイッチ素子をオン状態として前記短絡回路を短絡状態にすると、前記ＰＴＣ素子に異常電流が流れて該ＰＴＣ素子をトリップ状態にすることを特徴とする請求項６に記載の車両用電源供給装置。