JP2017192251A - リレー装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電部間の通電経路のオンオフを切り替えることができ、地絡等の異常が発生した場合に蓄電部の出力低下を抑えつつ保護動作を行うことができるリレー装置を提供する。
【解決手段】リレー装置１は、第１蓄電部と第２蓄電部との間で流れる電流の経路となる導電路１１と、導電路１１を通電させるオン状態と導電路１１を所定の非通電状態にするオフ状態とに切り替わるスイッチ部２０と、スイッチ部２０と直列に接続されるコイル３０（インダクタンス部）と、第１蓄電部９１側の経路において導電路１１の電圧を検出する第１電圧検出部６１と、第２蓄電部９２側の経路において導電路１１の電圧を検出する第２電圧検出部６２と、第１電圧検出部６２又は第２電圧検出部６２の少なくともいずれかの検出値が所定の異常値を示す場合にスイッチ部２０をオフ状態に切り替える制御部３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電部の周辺装置として構成されるリレー装置に関するものである。
特許文献１には、車載用の電源装置の一例が開示されている。特許文献１で開示される電源装置は、鉛蓄電池とリチウム蓄電池とを備えており、鉛蓄電池とリチウム蓄電池の間の電力経路として給電線が設けられている。そして、この給電線の通電及び遮断を切り替える２つのＭＯＳＦＥＴが設けられている。この電源装置は、例えば非回生時（アイドル運転時、加速走行時、定常走行時等）にリチウム蓄電池のＳＯＣ（State of charge）に応じてＭＯＳＦＥＴのオンオフを切り替えることで、ＳＯＣが最適範囲となるように制御する。
２０１２−１３０１０８号公報
特許文献１の技術は、例えば鉛蓄電池とリチウム蓄電池に接続された給電線に地絡が発生すると、この給電線には瞬時に大電流が流れることになる。このため、鉛蓄電池及びリチウム蓄電池の出力電圧は地絡発生時から瞬時に低下し、２つのＭＯＳＦＥＴをオフ状態に切り替えて大電流を止めるまでの間は出力電圧が大幅に低下した状態となってしまう。このように大電流に起因して蓄電池の出力が大幅に低下してしまうと、負荷の動作停止などの不具合を招く虞がある。
本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、蓄電部間の通電経路のオンオフを切り替えることができ、地絡等の異常が発生した場合に蓄電部の出力低下を抑えつつ保護動作を行うことができるリレー装置を提供することを目的とするものである。
本発明のリレー装置は、
第１蓄電部と第２蓄電部との間で流れる電流の経路となる導電路と、
前記導電路に接続され、前記導電路を通電させるオン状態と、前記導電路を所定の非通電状態にするオフ状態とに切り替わるスイッチ部と、
前記スイッチ部と直列に接続され、インダクタンス成分を有するインダクタンス部と、
前記インダクタンス部よりも前記第１蓄電部側の経路において前記導電路の電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記インダクタンス部よりも前記第２蓄電部側の経路において前記導電路の電圧を検出する第２電圧検出部と、
前記第１電圧検出部又は前記第２電圧検出部の少なくともいずれかの検出値が所定の異常値を示す場合に前記スイッチ部をオフ状態に切り替える制御部と、
を含む。
本発明によれば、第１蓄電部と第２蓄電部との間で流れる電流の経路（導電路）又はこの導電路に電気的に接続された部位に地絡等が発生し、導電路に電圧異常が生じた場合に、スイッチ部をオフ状態に切り替えて保護を図ることができる。また、インダクタンス部がスイッチ部と直列に接続されているため、いずれかの蓄電部からインダクタンス部及びスイッチ部を経て地絡位置に向かおうとする電流が流れる場合に、この電流の増加速度を抑えることができる。よって、スイッチ部による導電路のオフ動作（保護動作）までの間の当該蓄電部の電圧低下を抑えることができ、蓄電部の出力低下に起因する不具合を生じにくくすることができる。
しかも、インダクタンス部よりも第１蓄電部側の経路、及びインダクタンス部よりも第２蓄電部側の経路のそれぞれに電圧検出部（第１電圧検出部、第２電圧検出部）が設けられており、導電路又は導電路に電気的に接続された部位に地絡等が発生した場合、いずれかの電圧検出部の検出値が、地絡等の発生に起因して即座に異常値に変化する。例えば、第１蓄電部側において導電路又は導電路に電気的に接続された部位で地絡等が発生した場合、第１蓄電部側の導電路の電圧は瞬時に低下するため、第１電圧検出部の検出値は瞬時に異常値に変化する。同様に、第２蓄電部側において、導電路又は導電路に接続された部位で地絡等が発生した場合、第２蓄電部側の導電路の電圧は瞬時に低下するため、第２電圧検出部の検出値は瞬時に異常値に変化する。よって、制御部は、地絡発生時に迅速に異常状態（電圧検出値が異常値に変化した状態）を把握することができ、より早期にスイッチ部をオフ状態に切り替えることができる。
このように、地絡等の発生時には、インダクタンス部によって電流の急上昇を抑えつつ、制御部によって迅速にスイッチ部をオフ動作させることができるため、地絡発生時点からスイッチ部がオフ状態に切り替わるまでに導電路を介して流れ込む電流をより小さく抑えることができ、地絡等の発生側とは反対側に設けられた蓄電部の電圧の低下をより小さく抑えることができる。
実施例１に係るリレー装置を備えた車載用の電源システムを概略的に例示する回路図である。 実施例１に係るリレー装置の一部をなす分離リレーの回路図である。 （Ａ）は、実施例１のリレー装置においてサブバッテリ（第２蓄電部）側に地絡が発生した場合の地絡発生前後のサブバッテリの電圧、メインバッテリ（第１蓄電部）の電圧、分離リレーの電流の変化を例示するタイミングチャートであり、（Ｂ）は比較例のタイミングチャートである。
本発明において、スイッチ部は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第１素子部と第１素子部に並列に接続された第１ダイオード部とを備える第１半導体スイッチと、オン状態とオフ状態とに切り替わる第２素子部と第２素子部に並列に接続されるとともに第１ダイオード部とは逆向きで配置される第２ダイオード部とを備える第２半導体スイッチとを有していてもよい。
この構成によれば、導電路において双方向の通電を遮断することができる。そして、導電路又はこの導電路に電気的に接続された部位のうち、第２蓄電部側の位置で地絡等が発生した場合には、第１蓄電部から地絡位置に流れようとする放電電流の増加速度がインダクタンス部によって緩和されるため、第１蓄電部の急激な電圧低下が抑えられる。この場合、スイッチ部による導電路のオフ動作（保護動作）までの間の第１蓄電部の電圧低下を抑えることができ、第１蓄電部の出力低下に起因する不具合を生じにくくすることができる。また、導電路又はこの導電路に電気的に接続された部位のうち、第１蓄電部側の位置で地絡等が発生した場合、第２蓄電部から地絡位置に流れようとする放電電流の増加速度がインダクタンス部によって緩和されるため、第２蓄電部の急激な電圧低下が抑えられる。この場合、スイッチ部による導電路のオフ動作（保護動作）までの間の第２蓄電部の電圧低下を抑えることができ、第２蓄電部の出力低下に起因する不具合を生じにくくすることができる。
本発明は、導電路において第１蓄電部及び第２蓄電部のいずれか一方側から他方側に向かう第１方向に電流が流れる状態でスイッチ部がオフ状態に切り替えられたときにインダクタンス部で発生する逆起電力を抑制し、導電路において第１方向とは反対の第２方向に電流が流れる状態でスイッチ部がオフ状態に切り替えられたときにインダクタンス部で発生する逆起電力を抑制する保護回路部を含んでいてもよい。
この構成によれば、地絡等の発生時に蓄電部から流れる放電電流の増加速度をインダクタンス部によって緩和する構成を実現しつつ、スイッチ部のオフ動作の際にインダクタンス部に起因して生じる逆起電力を保護回路部によって抑制することができる。よって、この逆起電力に起因する不具合（スイッチ部の破壊等）を防ぐことができる。特に、導電路を流れる電流が第１方向及び第２方向のいずれの向きでも電流を遮断することができ、いずれの方向の電流を遮断したときでも逆起電力を抑制することができるため、逆起電力に起因する不具合（スイッチ部の破壊等）をより確実に防ぐことができる。
本発明は、スイッチ部とインダクタンス部とが直列に接続された直列構成部が、第１蓄電部と第２蓄電部との間に並列に複数接続されていてもよい。
この構成によれば、第１蓄電部と第２蓄電部の間により大きな電流を流すことができる構成を、スイッチ部やインダクタンス部の各サイズを抑えた形で実現することができる。
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示す車載電源システム１００は、複数の電源（第１蓄電部９１及び第２蓄電部９２）を備えた車載用の電源システムとして構成されている。リレー装置１は、車載電源システム１００の一部をなしており、第１蓄電部９１（メインバッテリ）と第２蓄電部９２（サブバッテリ）との間を通電状態と非通電状態とに切り替える機能を有する。
以下では、車載電源システム１００の例として、第１の負荷であるメイン負荷８１と、第２の負荷であるサブ負荷８２とを備え、メイン負荷８１とサブ負荷８２とが同等の機能を有する構成を代表例として説明する。但し、あくまで代表例であり、リレー装置１の適用対象はこの構成のみに限定されない。
メイン負荷８１は、例えば電動式パワーステアリングシステムであり、第１蓄電部９１からの電力供給を受けてモータ等の電気部品が動作する構成をなす。サブ負荷８２は、メイン負荷８１と同等の構成及び機能を有する電動式パワーステアリングシステムである。車載電源システム１００は、メイン負荷８１に異常が生じた場合に、メイン負荷８１に代えてサブ負荷８２を動作させることで、メイン負荷８１の異常時でもメイン負荷８１の機能を維持し得るシステムとして構成されている。
第１蓄電部９１は、メイン負荷８１に電力を供給し得る電源部であり、例えば鉛バッテリなどの公知の電源によって構成されている。第２蓄電部９２は、サブ負荷８２に電力を供給し得る電源部であり、例えばリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタなどの公知の電源によって構成されている。
第１蓄電部９１及びメイン負荷８１は、リレー装置１の外部に設けられた配線７１に接続されており、この配線７１には、図示しない発電機が接続されている。第２蓄電部９２及びサブ負荷８２は、リレー装置１の外部に設けられた配線７２に接続されている。配線７１は、後述する導電路１１における共通導電路１３に接続されており、配線７２は、後述する導電路１１における共通導電路１４に接続されている。第１蓄電部９１は、発電機での発電によって生じた電力によって充電される。分離リレー５がオン状態（通電可能状態）のときには、発電機の発電によって生じた電力又は第１蓄電部９１からの電力によって第２蓄電部９２が充電される。
リレー装置１は、導電路１１と、複数の分離リレー５（各分離リレー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）と、電流検出部５０と、第１電圧検出部６１と、第２電圧検出部６２と、制御部３とを備える。
導電路１１は、第１蓄電部９１と第２蓄電部９２との間で流れる電流の経路となる部分である。導電路１１は、第１蓄電部９１側の共通導電路１３と、第２蓄電部９２側の共通導電路１４と、共通導電路１３，１４の間に接続される複数の並列導電路１２（個別導電路）とを備える。導電路１１は電力線であり、第１蓄電部９１や図示しない発電機からの電流を第２蓄電部９２に流すための通電経路となっている。また、場合によっては、第２蓄電部９２からの放電電流を配線７１側に流す経路にもなり得る。共通導電路１３は、第１蓄電部９１側の配線７１に接続されており、配線７１を介して第１蓄電部９１に電気的に接続されている。共通導電路１４は、第２蓄電部９２側の配線７２に接続されており、配線７２を介して第２蓄電部９２に電気的に接続されている。並列導電路１２は、共通導電路１３，１４の間において並列に接続された通電経路であり、導電路１１を流れる電流が分流する部分である。
３つの分離リレー５は、共通導電路１３と共通導電路１４との間に並列に接続されており、各分離リレー５は、上述した並列導電路１２と関連する複数の電子部品とによって構成されている。３つの分離リレー５はいずれも、オン状態のときに共通導電路１３と共通導電路１４との間を導通させ、オフ状態のときに共通導電路１３と共通導電路１４との間の通電を遮断する機能を有する。図１では、３つの分離リレー５のうち、第１の分離リレーを符号５Ａで示し、第２の分離リレーを符号５Ｂで示し、第３の分離リレーを符号５Ｃで示している。これら３つの分離リレー５は同一の回路構成であり、図２には、３つの分離リレー５の共通の回路構成を示している。また、図１では、並列に設けられた並列導電路１２のうち、第１の分離リレー５Ａの一部をなす並列導電路１２を符号１２Ａで示し、第２の分離リレー５Ｂの一部をなす並列導電路１２を符号１２Ｂで示し、第３の分離リレー５Ｃの一部をなす並列導電路１２を符号１２Ｃで示す。
図２のように、分離リレー５は、スイッチ部２０とコイル３０（インダクタンス部）とが直列に接続された直列構成部４２と、スイッチ部２０のオフ切替時に保護作用を生じさせる保護回路部４０とを有する。直列構成部４２は、２つのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ２１，２２と、これら２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２の間に配置されるコイル３０（インダクタンス部）とを備えており、２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２とコイル３０とが直列に接続された構成をなす部分である。図１のように、リレー装置１は、スイッチ部２０（２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２）とコイル３０とが直列に接続されてなる直列構成部４２が、第１蓄電部９１と第２蓄電部９２との間に並列に複数接続され、分流経路を構成している。
図１で示すリレー装置１では、複数の分離リレー５にそれぞれ設けられた２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２によって各スイッチ部２０が構成されている。具体的には、全てのスイッチ部２０がオフ状態のとき、即ち、複数の分離リレー５にそれぞれ設けられた２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２の各組が全てオフ状態であるときに導電路１１の通電が遮断される。このように、２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２の各組が全てオフ動作している状態が、導電路１１を所定の非通電状態にするオフ状態に相当し、この状態では、配線７１と配線７２との間の導通が遮断される。また、少なくともいずれかのＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組がオン動作している状態、即ち、少なくともいずれかの分離リレー５がオン動作している状態が、導電路１１を通電させるオン状態に相当し、この状態では、配線７１と配線７２との間が導通する。
図２のように、ＭＯＳＦＥＴ２１は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第１素子部２１Ａと、第１素子部２１Ａに並列に接続されたボディダイオード２１Ｂ（寄生ダイオード）とを備える。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ２１において、ボディダイオード２１Ｂ以外の部分が第１素子部２１Ａに相当する。第１素子部２１Ａのオン状態とはチャネルを介してＭＯＳＦＥＴ２１のドレインソース間に電流が流れ得る状態であり、第１素子部２１Ａのオフ状態とはチャネルを介して電流が流れない状態である。ボディダイオード２１Ｂは、第１ダイオード部の一例に相当する。ＭＯＳＦＥＴ２２は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第２素子部２２Ａと、第２素子部２２Ａに並列に接続されたボディダイオード２２Ｂ（寄生ダイオード）とを備える。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ２２において、ボディダイオード２２Ｂ以外の部分が第２素子部２２Ａに相当する。第２素子部２２Ａのオン状態とはチャネルを介してＭＯＳＦＥＴ２２のドレインソース間に電流が流れ得る状態であり、第２素子部２２Ａのオフ状態とはチャネルを介して電流が流れない状態である。ボディダイオード２２Ｂは、第２ダイオード部の一例に相当する。
コイル３０は、インダクタンス成分を有するインダクタンス部の一例に相当する。コイル３０（インダクタンス部）は、ＭＯＳＦＥＴ２１とＭＯＳＦＥＴ２２との間においてこれらＭＯＳＦＥＴ２１，２２と直列に接続されている。コイル３０の作用、機能については後述する。
図２で示す保護回路部４０は、スイッチ部２０をオフ状態に切り替える際にコイル３０（インダクタンス部）で発生する逆起電力を抑制する回路として構成されている。保護回路部４０は、抵抗部Ｒ１，Ｒ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備え、スナバ回路として構成されている。具体的には、ダイオードＤ１及び抵抗部Ｒ１を直列に接続した第１回路部４０Ａと、ダイオードＤ２及び抵抗部Ｒ２を直列に接続した第２回路部４０Ｂとが、コイル３０と並列に接続されている。コイル３０の一端部とグランドとの間にはコンデンサＣ１が接続されており、コイル３０の他端部とグランドとの間にコンデンサＣ２が接続されている。第１回路部４０Ａは、ダイオードＤ１のアノードがコイルの一端に接続され、第２回路部４０Ｂは、ダイオードＤ２のアノードがコイルの他端に接続されている。
図２で示す分離リレー５において、ＭＯＳＦＥＴ２１，２２がいずれもオン状態で維持され、並列導電路１２において第１蓄電部９１側から第２蓄電部９２側に向かう方向（第１方向）に電流が流れている状態でＭＯＳＦＥＴ２１，２２がいずれもオフ状態に切り替えられると、コイル３０（インダクタンス部）には逆起電力が発生する。このとき、第２回路部４０Ｂでコイル３０の電流を還流させて逆起電力を抑制することができる。逆に、並列導電路１２において第２蓄電部９２側から第１蓄電部９１側に向かう方向（第２方向）に電流が流れている状態でＭＯＳＦＥＴ２１，２２がいずれもオフ状態に切り替えられると、コイル３０（インダクタンス部）には逆起電力が発生する。このとき、第１回路部４０Ａでコイル３０の電流を還流させて逆起電力を抑制することができる。
図１で示す電流検出部５０は、公知の電流検出回路（電流モニタ）として構成されている。この電流検出部５０は、共通導電路１４を流れる電流の値を検出値として出力し、電流検出部５０で検出された電流値は、制御部３に入力されるようになっている。
第１電圧検出部６１は、公知の電圧検出回路（電圧モニタ）として構成され、全てのＭＯＳＦＥＴ２１よりも第１蓄電部９１側の経路において導電路１１の電圧を検出するように構成されている。具体的には、第１電圧検出部６１は、共通導電路１３の電圧値を検出値として出力し、第１電圧検出部６１で検出された電圧値は、図示しない信号線によって制御部３に入力されるようになっている。
第２電圧検出部６２は、公知の電圧検出回路（電圧モニタ）として構成され、全てのＭＯＳＦＥＴ２２よりも第２蓄電部９２側の経路において導電路１１の電圧を検出するように構成されている。具体的には、第２電圧検出部６２は、共通導電路１４の電圧値を検出値として出力し、第２電圧検出部６２で検出された電圧値は、信号線によって制御部３に入力されるようになっている。
制御部３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器などを備えたマイクロコンピュータを有してなる。制御部３には、電流検出部５０の検出値（共通導電路１４を流れる電流値）、第１電圧検出部６１の検出値（共通導電路１３の電圧値）、第２電圧検出部６２の検出値（共通導電路１４の電圧値）がそれぞれ入力される。制御部３に入力された各検出値は、制御部３内のＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換される。制御部３は、各分離リレー５のスイッチ部２０（ＭＯＳＦＥＴ２１，２２）のオンオフを制御する機能を有し、例えば、第１電圧検出部６１又は第２電圧検出部６２の少なくともいずれかの検出値が所定の異常値を示す場合に各分離リレー５のスイッチ部２０を全てオフ状態に切り替えることで導電路１１の通電を遮断するように機能する。
ここで、通常時におけるリレー装置１の基本動作を説明する。
リレー装置１では、制御部３によって各スイッチ部２０（具体的には、各分離リレー５にそれぞれ設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組）のオンオフが制御される。制御部３は、所定のオン条件が成立している場合、全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組を全てオン状態に制御する。このようにオン状態に制御されているときには第１蓄電部９１と第２蓄電部９２との間が導通する。制御部３が複数のスイッチ部２０をオン状態に制御するタイミングは特に限定されない。例えば、制御部３は、第２蓄電部９２の出力電圧を継続的に監視し、第２蓄電部９２の出力電圧が所定の電圧閾値未満に低下した場合に全ての分離リレー５に設けられた全てのスイッチ部２０（ＭＯＳＦＥＴ２１，２２）をオン状態に制御するように構成されていてもよい。つまり、第２蓄電部９２の出力電圧が低下した場合に導電路１１を導通状態に切り替え、発電機又は第１蓄電部９１の電力によって第２蓄電部９２を充電するように制御を行ってもよい。勿論、スイッチ部２０をオン状態に制御する時期はこれ以外の時期であってもよい。
また、制御部３は、所定のオフ条件が成立している場合、全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組を全てオフ状態に制御する。制御部３が全てのスイッチ部２０をオフ状態に制御する条件は１つに限定されない。例えば、制御部３は、第２蓄電部９２の出力電圧が所定電圧閾値以上である場合（即ち、第２蓄電部９２が十分に充電されている場合）に全ての分離リレー５に設けられた全てのスイッチ部２０（ＭＯＳＦＥＴ２１，２２）をオフ状態に制御するように構成されていてもよい。勿論、スイッチ部２０をオフ状態に制御する時期はこれ以外の時期であってもよい。
次に、異常時におけるリレー装置１の動作を説明する。
制御部３は、所定の異常状態が発生した場合、全ての分離リレー５に設けられた全てのスイッチ部２０（ＭＯＳＦＥＴ２１，２２）を強制的にオフ状態に制御する。具体的には、制御部３は、第１電圧検出部６１及び第２電圧検出部６２から入力される各検出値（各電圧値）を継続的に監視しており、第１電圧検出部６１及び第２電圧検出部６２の少なくともいずれかから入力される検出値が所定の異常閾値Ｖｔｈ以下となった場合に全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組を全てオフ状態に切り替える制御を行う。なお、異常閾値Ｖｔｈの値は第１蓄電部９１及び第２蓄電部９２の満充電時の出力電圧よりも低い値であれば特に限定されないが、例えば上述の所定電圧閾値よりも大幅に低い値に設定することができる。
例えば、各分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組が全てオン状態であるとき、第２電圧検出部６２で検出される共通導電路１４の電圧値は第２蓄電部９２（サブバッテリ）の出力電圧を示す。この状態で、第２蓄電部９２（サブバッテリ）に接続された配線７２において地絡が発生すると、配線７２及び共通導電路１４の電圧値が０Ｖ（グランド電位）近くに変化し、第２電圧検出部６２で検出される電圧値は瞬時に０Ｖ近くに低下する。つまり、地絡発生直後に第２電圧検出部６２で検出される電圧値が瞬時に異常閾値Ｖｔｈ未満となるため、制御部３は、地絡発生直後に瞬時に異常と判定する。そして、制御部３は、全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組を全てオフ状態に切り替える制御を即座に行い、導電路１１の通電を遮断する。
更に、リレー装置１は、複数の分離リレー５の各並列導電路１２（電力線）にコイル３０が設けられており、このコイル３０のインダクタンス成分によって地絡発生時の瞬間的な電流増大を抑えているため、上述したような地絡が発生したときに瞬間的に大きな電流が発生しない構成となっている。このような構成であるため、地絡が発生してから導電路１１の通電が遮断されるまでの間（制御部３の制御によって全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２が全てオフ状態に切り替えられるまでの間）、導電路１１を流れる電流量が大幅に抑えられる。
図３（Ａ）では、第２蓄電部９２（サブバッテリ）に接続された配線７２に地絡が発生した場合における第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧Ｖ２と、第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧Ｖ１と、配線７１から導電路１１を通って配線７２へ流れる電流Ｉ（複数の分離リレー５を流れる電流）との関係を示している。図３（Ａ）は、地絡発生時間Ｔ１よりも前の時期に全てのスイッチ部２０がオン状態とされた場合において、時間Ｔ１で第２蓄電部９２（サブバッテリ）側の配線７２に地絡が発生した場合について示している。この場合、地絡発生時間Ｔ１の直後に配線７２及び共通導電路１４の電圧（即ち、第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧Ｖ２）が瞬時に異常閾値Ｖｔｈ未満に低下するため、制御部３は全てのスイッチ部２０をオフ状態に切り替える制御を即座に行い、この切替制御が完了する時間Ｔ２で全てのスイッチ部２０がオフ状態に切り替わる。つまり、本構成では、地絡発生時間Ｔ１の直後に瞬時に異常と判定し、制御部３が全てのスイッチ部２０をオフ状態に切り替える制御を即座に行うため、地絡発生時間Ｔ１と切り替え完了時間Ｔ２の間を短くすることができる。例えば、図１の回路では、比較例となる制御方法として、電流検出部５０によって検出される電流値（共通導電路１４を流れる電流の電流値）が所定の過電流閾値Ｉｔｈ（図３（Ａ）参照）に達した場合に全てのスイッチ部２０をオフ動作させる制御も考えられる。しかし、この比較例の制御方法では、図３（Ａ）で示す地絡発生時間Ｔ１の後、分離リレー５の電流Ｉが過電流閾値Ｉｔｈに達するまでの時間経過が避けられず、この時間経過の後に全てのスイッチ部２０に対するオフ指示がなされ、スイッチ部２０の切り替えが行われることになる。つまり、分離リレー５の電流Ｉが過電流閾値Ｉｔｈに達するまでの時間経過の分だけスイッチ部２０の遮断完了までの時間が遅れてしまうことになる。これに対し、上述した本構成の制御方法では、地絡発生時間Ｔ１の直後の時期（上記比較例において分離リレー５の電流Ｉが過電流閾値Ｉｔｈに達するよりも早い時期）に生じる第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧低下を検出して即座にスイッチ部２０をオフ状態に切り替える制御を行い得るため、分離リレー５の電流Ｉのみに基づいてスイッチ部２０の遮断動作を行う上記比較例の制御方法と比較して、より迅速にスイッチ部２０の遮断動作を行うことができる。
図３（Ａ）の例では、地絡発生時間Ｔ１から全てのスイッチ部２０が完全にオフ状態に切り替わる時間Ｔ２までの間、第１蓄電部９１（メインバッテリ）側から配線７２の地絡発生部位に向けて電流が流れ込むため、この期間、複数の分離リレー５を流れる電流Ｉ（導電路１１を流れる電流）は上昇する。しかし、各並列導電路１２に設けられた各コイル３０により各並列導電路１２を流れる電流の瞬間的な急上昇が抑えられるため、複数の分離リレー５を流れる電流Ｉ（導電路１１を流れる電流）は徐々に上昇することになる。そして、第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧は地絡発生時間Ｔ１から全てのスイッチ部２０のオフ動作が完了する時間Ｔ２までの間、急低下せずに徐々に低下することになる。つまり、地絡発生直後に第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧が急低下することを抑制し、全てのスイッチ部２０がオフ状態に切り替えられる前に第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧が大幅に低くなってしまう事態を回避することができる。しかも、上述したように時間Ｔ１と時間Ｔ２の間隔を短くすることができるため、地絡発生直後における第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧の低下をより一層抑えることができ、第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧が大幅に低下することに起因する問題（ＥＣＵリセット等）を解消することができる。
なお、図３（Ｂ）には、図１で示すリレー装置１からコイル３０、保護回路部４０、第１電圧検出部６１、第２電圧検出部６２を省略し、各ＭＯＳＦＥＴ２１，２２の間を単に直結した構成において、図３（Ａ）と同様の地絡が発生した場合の、第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧Ｖ１と、配線７１から導電路１１を通って配線７２へ流れる電流Ｉとの関係を示している。なお、図３（Ｂ）の構成は、導電路１１の電流が過電流閾値Ｉｔｈを超える過電流状態の発生に応じて制御部３がスイッチ部２０をオフ動作するものとする。
図３（Ｂ）で示すように、コイル３０が存在しない構成では、配線７２に地絡が発生した場合、地絡発生時から瞬間的に電流量が急上昇し、第１蓄電部９１（メインバッテリ）の電圧Ｖ１は瞬間的に急低下する。この構成では、制御部３が過電流を検出してから、全てのスイッチ部２０のオフ状態への切り替えが完了する前に第１蓄電部９１の電圧が大幅に低下してしまうため、ＥＣＵリセットやアクチュエータのパワー低下等の不具合を招く虞がある。このような不具合は、高度運転機能車（例えば自動運転車）などでは特に避けられるべきである。これに対し、本構成のリレー装置１では、図３（Ａ）のような関係となるため、このような問題を解消することができる。
このような作用は、第１蓄電部９１（メインバッテリ）側で地絡が発生した場合でも同様である。例えば、各分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組が全てオン状態であるときに、第１蓄電部９１（メインバッテリ）に接続された配線７１において地絡が発生すると、配線７１及び共通導電路１３の電圧値が０Ｖ（グランド電位）近くに変化し、第１電圧検出部６１で検出される電圧値は瞬時に０Ｖ近くに低下する。つまり、地絡発生直後に第１電圧検出部６１で検出される電圧値が瞬時に異常閾値Ｖｔｈ未満となるため、制御部３は、地絡発生直後に瞬時に異常と判定する。そして、制御部３は、全ての分離リレー５に設けられたＭＯＳＦＥＴ２１，２２の組を全てオフ状態に切り替える制御を即座に行い、導電路１１の通電を遮断する。
このように第１蓄電部９１（メインバッテリ）側で地絡が発生した場合、地絡発生から全てのスイッチ部２０が完全にオフ状態に切り替わるまでの間、第２蓄電部９２（サブバッテリ）側から配線７１の地絡発生部位に向けて電流が流れ込むため、この期間、複数の分離リレー５を流れる電流Ｉ（導電路１１を流れる電流）は上昇する。しかし、各並列導電路１２に設けられた各コイル３０により各並列導電路１２を流れる電流の瞬間的な急上昇が抑えられるため、複数の分離リレー５を流れる電流Ｉ（導電路１１を流れる電流）は徐々に上昇することになる。そして、第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧は地絡発生時から全てのスイッチ部２０のオフ動作が完了するまでの間、急低下せずに徐々に低下することになる。よって、地絡発生直後に第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧が急低下することを抑制し、全てのスイッチ部２０がオフ状態に切り替えられる前に第２蓄電部９２（サブバッテリ）の電圧が大幅に低くなってしまう事態を回避することができる。しかも、地絡発生から全てのスイッチ部２０の切り替え完了までの間隔を短くすることができるため、地絡発生直後における第２蓄電部９２の電圧の低下をより一層抑えることができる。
以上のように、本構成のリレー装置１は、第１蓄電部９１と第２蓄電部９２との間で流れる電流の経路（導電路１１）又はこの導電路１１に電気的に接続された部位に地絡等が発生し、導電路１１に電圧異常が生じた場合に、スイッチ部２０をオフ状態に切り替えて保護を図ることができる。また、コイル３０（インダクタンス部）がスイッチ部２０と直列に接続されているため、いずれかの蓄電部からコイル３０及びスイッチ部２０を経て地絡位置に向かおうとする電流が流れる場合に、この電流の増加速度を抑えることができる。よって、スイッチ部２０による導電路１１のオフ動作（保護動作）までの間の当該蓄電部の電圧低下を抑えることができ、蓄電部の出力低下に起因する不具合を生じにくくすることができる。
しかも、コイル３０（インダクタンス部）よりも第１蓄電部９１側の経路、及びコイル３０よりも第２蓄電部９２側の経路のそれぞれに電圧検出部（第１電圧検出部６１、第２電圧検出部６２）が設けられており、導電路１１又は導電路１１に電気的に接続された部位に地絡等が発生した場合、いずれかの電圧検出部の検出値が、地絡等の発生に起因して即座に異常値に変化する。例えば、第１蓄電部９１側において導電路１１又は導電路１１に電気的に接続された部位で地絡等が発生した場合、第１蓄電部９１側の導電路１１の電圧は瞬時に低下するため、第１電圧検出部６１の検出値は瞬時に異常値に変化する。同様に、第２蓄電部９２側において、導電路１１又は導電路１１に接続された部位で地絡等が発生した場合、第２蓄電部９２側の導電路１１の電圧は瞬時に低下するため、第２電圧検出部６２の検出値は瞬時に異常値に変化する。よって、制御部３は、地絡発生時に迅速に異常状態（電圧検出値が異常値に変化した状態）を把握することができ、より早期にスイッチ部２０をオフ状態に切り替えることができる。
このように、地絡等の発生時には、コイル３０（インダクタンス部）によって電流の急上昇を抑えつつ、制御部３によって迅速にスイッチ部２０をオフ動作させることができるため、地絡発生時点からスイッチ部２０がオフ状態に切り替わるまでに導電路１１を介して流れ込む電流をより小さく抑えることができ、地絡等の発生側とは反対側に設けられた蓄電部の電圧の低下をより小さく抑えることができる。
また、導電路１１を構成する各並列導電路１２に設けられたスイッチ部２０は、ＭＯＳＦＥＴ２１とＭＯＳＦＥＴ２２とを有する。ＭＯＳＦＥＴ２１は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第１素子部２１Ａと第１素子部２１Ａに並列に接続されたボディダイオード２１Ｂ（第１ダイオード部）とを備える。ＭＯＳＦＥＴ２２は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第２素子部２２Ａと第２素子部２２Ａに並列に接続されるとともにボディダイオード２１Ｂ（第１ダイオード部）とは逆向きで配置されるボディダイオード２２Ｂ（第２ダイオード部）とを備える。この構成によれば、導電路１１において双方向の通電を遮断することができる。そして、導電路１１において第２蓄電部９２側の位置で地絡等が発生した場合には、第１蓄電部９１から地絡位置に流れようとする放電電流の増加速度がコイル３０（インダクタンス部）によって緩和されるため、第１蓄電部９１の急激な電圧低下が抑えられる。この場合、スイッチ部２０による導電路１１のオフ動作（保護動作）までの間の第１蓄電部９１の電圧低下を抑えることができ、第１蓄電部９１の出力低下に起因する不具合（例えばＥＣＵリセット等）を生じにくくすることができる。また、導電路１１において第１蓄電部９１側の位置で地絡等が発生した場合、第２蓄電部９２から地絡位置に流れようとする放電電流の増加速度がコイル３０（インダクタンス部）によって緩和されるため、第２蓄電部９２の急激な電圧低下が抑えられる。この場合、スイッチ部２０による導電路１１のオフ動作（保護動作）までの間の第２蓄電部９２の電圧低下を抑えることができ、第２蓄電部９２の出力低下に起因する不具合を生じにくくすることができる。
リレー装置１は、スイッチ部２０をオフ状態に切り替える際にコイル３０（インダクタンス部）で発生する逆起電力を抑制する保護回路部４０を有する。保護回路部４０は、具体的には、導電路１１において第１蓄電部９１及び第２蓄電部９２のいずれか一方側から他方側に向かう第１方向に電流が流れる状態でスイッチ部２０がオフ状態に切り替えられたときにコイル３０（インダクタンス部）で発生する逆起電力を抑制する機能を有する。更に、保護回路部４０は、導電路１１において第１方向とは反対の第２方向に電流が流れる状態でスイッチ部２０がオフ状態に切り替えられたときにコイル３０（インダクタンス部）で発生する逆起電力を抑制する機能をも有する。
この構成によれば、地絡等の発生時に蓄電部から流れる放電電流の増加速度をコイル３０（インダクタンス部）によって緩和する構成を実現しつつ、スイッチ部２０のオフ動作の際にコイル３０（インダクタンス部）に起因して生じる逆起電力を保護回路部４０によって抑制することができる。よって、この逆起電力に起因する不具合（スイッチ部２０の破壊等）を防ぐことができる。特に、導電路１１を流れる電流が第１方向及び第２方向のいずれの向きでも電流を遮断することができ、いずれの方向の電流を遮断したときでも逆起電力を抑制することができるため、逆起電力に起因する不具合（スイッチ部２０の破壊等）をより確実に防ぐことができる。
リレー装置１は、スイッチ部２０とコイル３０（インダクタンス部）とが直列に接続された直列構成部４２が、第１蓄電部９１と第２蓄電部９２との間に並列に複数接続されている。この構成によれば、第１蓄電部９１と第２蓄電部９２の間により大きな電流を流すことができる構成を、スイッチ部２０やコイル３０（インダクタンス部）の各サイズを抑えた形で実現することができる。
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１では、メイン負荷８１及びサブ負荷８２として冗長性が求められるアクチュエータ（例えば電動パワーステアリングシステム）を例示したが、これ以外の例であってもよい。例えば、メイン負荷８１が、レーダ、超音波センサ、カメラ等のセンシング装置として構成され、サブ負荷８２がこれと同等の機能を有するバックアップ用のセンシング装置として構成されていてもよい。また、第１蓄電部９１側に接続される負荷と、第２蓄電部９２側に接続される負荷とが異なる機能を有していてもよい。
（２）実施例１では、分離リレー５の数が３である例を示したが、分離リレー５の数は、１であってもよく、３以外の複数であってもよい。
（３）実施例１では、分離リレー５に配置されるスイッチ部２０が２つのＭＯＳＦＥＴ２１，２２によって構成された例を示したが、スイッチ部２０は、ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体スイッチで構成されていてもよい。また、分離リレー５は、２つの半導体スイッチ素子をコイル３０と直列に配置する構成に限定されず、１つの半導体スイッチ素子がコイル３０と直列に接続されていてもよく、３以上の半導体スイッチ素子がコイル３０と直列に接続されていてもよい。また、スイッチ部２０は、機械式のリレーであってもよい。
１…リレー装置
３…制御部
１１…導電路
２０…スイッチ部
２１…ＭＯＳＦＥＴ（第１半導体スイッチ）
２１Ａ…第１素子部
２１Ｂ…ボディダイオード（第１ダイオード部）
２２…ＭＯＳＦＥＴ（第２半導体スイッチ）
２２Ａ…第２素子部
２２Ｂ…ボディダイオード（第２ダイオード部）
３０…コイル（インダクタンス部）
４０…保護回路部
４２…直列構成部
６１…第１電圧検出部
６２…第２電圧検出部
９１…第１蓄電部
９２…第２蓄電部

Claims (4)

  1. 第１蓄電部と第２蓄電部との間で流れる電流の経路となる導電路と、
    前記導電路に接続され、前記導電路を通電させるオン状態と、前記導電路を所定の非通電状態にするオフ状態とに切り替わるスイッチ部と、
    前記スイッチ部と直列に接続され、インダクタンス成分を有するインダクタンス部と、
    前記インダクタンス部よりも前記第１蓄電部側の経路において前記導電路の電圧を検出する第１電圧検出部と、
    前記インダクタンス部よりも前記第２蓄電部側の経路において前記導電路の電圧を検出する第２電圧検出部と、
    前記第１電圧検出部又は前記第２電圧検出部の少なくともいずれかの検出値が所定の異常値を示す場合に前記スイッチ部をオフ状態に切り替える制御部と、
    を含むリレー装置。
  2. 前記スイッチ部は、オン状態とオフ状態とに切り替わる第１素子部と前記第１素子部に並列に接続された第１ダイオード部とを備える第１半導体スイッチと、オン状態とオフ状態とに切り替わる第２素子部と前記第２素子部に並列に接続されるとともに前記第１ダイオード部とは逆向きで配置される第２ダイオード部とを備える第２半導体スイッチとを有する請求項１に記載のリレー装置。
  3. 前記導電路において前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部のいずれか一方側から他方側に向かう第１方向に電流が流れる状態で前記スイッチ部がオフ状態に切り替えられたときに前記インダクタンス部で発生する逆起電力を抑制し、前記導電路において前記第１方向とは反対の第２方向に電流が流れる状態で前記スイッチ部がオフ状態に切り替えられたときに前記インダクタンス部で発生する逆起電力を抑制する保護回路部を含む請求項１又は請求項２に記載のリレー装置。
  4. 前記スイッチ部と前記インダクタンス部とが直列に接続された直列構成部が、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に並列に複数接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリレー装置。
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