JP2017195651A - リレー装置及び車載システム - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも2つの蓄電部に対して発電機から充電電流を供給することができ、且つ一方の蓄電部側に異常が発生した場合に、その異常が他方の蓄電部側に及ぶことを抑え得るリレー装置を提供する。
【解決手段】リレー装置1は、発電機側導電路13と第1蓄電部91との間に第1蓄電部側導電路11が接続され、発電機側導電路13と第2蓄電部92との間に第2蓄電部側導電路12が接続される。リレー部20は、第1蓄電部側導電路11に設けられた第1スイッチ部21と第2蓄電部側導電路12に設けられた第2スイッチ部22とを備え、第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22のオフ動作時に第1蓄電部91と第2蓄電部92との間の導通を遮断する。制御部3は、第1スイッチ部21のオン動作時に第2スイッチ部22をオフ動作させ、第2スイッチ部22のオン動作時に第1スイッチ部21をオフ動作させる。
【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、及びリレー装置を用いた車載システム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のシステムは、2つのバッテリ間の通電と非通電をリレーによって切り替えるシステムであるが、このようなシステムでは、例えば一方の電源系統で異常が発生した場合に、その異常の影響が他方の電源系統にも及び、その結果、両方の電源系統で適正な動作電圧が供給されなくなるような事態が懸念される。
例えば、特許文献1のシステムは、メインバッテリ(鉛蓄電池)側の電力線にオルタネータが接続され、サブバッテリ(リチウム蓄電池)の充電量が不足した場合には、リレーをオン状態で維持し、オルタネータからの電力供給によってサブバッテリを充電することができるようになっている。しかし、この充電時には、リレーのオン動作によってメインバッテリとサブバッテリの間が完全に導通するため、リレーの一方側の電源系統で地絡が発生すると、その影響がリレーの他方側にも及び、他方側の電源系統でも電圧が低下してしまう。例えば、リレーのオン動作時にサブバッテリ(リチウム蓄電池)付近で地絡が発生しサブバッテリの出力電圧が低下すると、メインバッテリの出力電圧も瞬時に低下してしまうことになる。つまり、両方の電源系統でバッテリ電圧が瞬時に低下するため、いずれの電源系統からも負荷に対しても適正な動作電圧を供給できなくなってしまう。
本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、少なくとも2つの蓄電部に対して発電機から充電電流を供給することができ、且つ一方の蓄電部側に異常が発生した場合に、その異常が他方の蓄電部側に及ぶことを抑え得るリレー装置、及びそのようなリレー装置を用いた車載システム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、
発電機に電気的に接続された発電機側導電路と、
前記発電機側導電路と第1蓄電部との間の経路となる第1蓄電部側導電路と、
前記発電機側導電路と第2蓄電部との間の経路となる第2蓄電部側導電路と、
前記第1蓄電部側導電路に設けられた第1スイッチ部と前記第2蓄電部側導電路に設けられた第2スイッチ部とを備え、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部のオフ動作時に前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の導通を遮断するリレー部と、
前記第1スイッチ部のオン動作時に前記第2スイッチ部をオフ動作させ、前記第2スイッチ部のオン動作時に前記第1スイッチ部をオフ動作させる制御を行う制御部と、
を有する。
本発明は、発電機側導電路が発電機に電気的に接続され、発電機側導電路と第1蓄電部との間の経路として第1蓄電部側導電路が設けられ、発電機側導電路と第2蓄電部との間の経路として第2蓄電部側導電路が設けられ、第1蓄電部側導電路に第1スイッチ部が設けられ、第2蓄電部側導電路に第2スイッチ部が設けられている。このように構成されているため、少なくとも第1スイッチのオン動作時には、発電機から第1蓄電部に対して充電電流を供給することができ、少なくとも第2スイッチのオン動作時には、発電機から第2蓄電部に対して充電電流を供給することができる。つまり、少なくとも2つの蓄電部に対して発電機から充電電流を供給することができる装置となる。更に、制御部は、第1スイッチ部のオン動作時に第2スイッチ部をオフ動作させ、第2スイッチ部のオン動作時に第1スイッチ部をオフ動作させる制御を行うようになっている。つまり、第1スイッチ部と第2スイッチ部を同時にオン動作させない構成となっているため、第1蓄電部又は第2蓄電部のいずれか一方側の電源系統に異常が発生したとしても、第1蓄電部と第2蓄電部の間の経路には必ずオフ動作中のスイッチ部が介在することになる。よって、一方側の電源系統の異常が他方側の電源系統に及ぶことを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。 図1の電源システムにおける充電制御に関し、充電対象と第1スイッチ部及び第2スイッチ部との関係を示す説明図である。 図1の電源システムにおいて、第2蓄電部(サブバッテリ)側に地絡が発生する場合の、第1蓄電部(メインバッテリ)側の電圧、第2蓄電部(サブバッテリ)側の電圧、第1蓄電部(メインバッテリ)側の負荷へ印加される電圧、第2蓄電部(サブバッテリ)側の負荷へ印加される電圧の関係を例示するタイミングチャートである。 車両内におけるリレー装置等の配置例を概念的に示す説明図である。 車両内におけるリレー装置等の配置例について、図4とは異なる例を概念的に示す説明図である。 実施例2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。 比較例としての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。 図7の比較例の構成において、サブバッテリ側に地絡が発生する場合のメインバッテリ側の電圧、サブバッテリ側の電圧、メインバッテリ側の負荷へ印加される電圧、サブバッテリ側の負荷へ印加される電圧の関係を例示するタイミングチャートである。
本発明において、第1スイッチ部は、第1のMOSFETを備えていてもよく、第2スイッチ部は、第2のMOSFETを備えていてもよい。そして、第1のMOSFETのボディダイオードは、アノードが発電機に電気的に接続され、カソードが第1蓄電部に電気的に接続された構成であってもよく、第2のMOSFETのボディダイオードは、アノードが発電機に電気的に接続され、カソードが第2蓄電部に電気的に接続された構成であってもよい。
この構成によれば、第1スイッチ部及び第2スイッチ部としてそれぞれMOSFETを配置しつつ、発電機側導電路に地絡が発生した場合に各蓄電部からボディダイオードを介して発電機側導電路に大電流が流れ込むことを防ぐことができる。
本発明は、第1蓄電部側導電路の電流値又は電圧値の少なくともいずれかを検出する第1検出部と、第2蓄電部側導電路の電流値又は電圧値の少なくともいずれかを検出する第2検出部とを有していてもよい。制御部は、第1スイッチ部のオン動作時に第1検出部よって検出される検出値が第1の異常範囲内である場合に第1スイッチ部をオフ動作させ、第2スイッチ部のオン動作時に第2検出部よって検出される検出値が第2の異常範囲内である場合に第2スイッチ部をオフ動作させるように制御を行ってもよい。
この構成では、第1スイッチ部のオン動作時に発電機側導電路に地絡が発生する場合、第2スイッチ部はオフ動作中であるため第2蓄電部側の電圧は安定的に維持することができ、地絡発生に応じて第1蓄電部側導電路の電流値又は電圧値が第1の異常範囲内になったときに第1スイッチ部をオフ動作させることができるため、第1蓄電部から地絡発生位置へ電流が流れ込むことを防ぐことができる。第2スイッチ部のオン動作時に発電機側導電路に地絡が発生する場合、第1スイッチ部はオフ動作中であるため第1蓄電部側の電圧は安定的に維持することができ、地絡発生に応じて第2蓄電部側導電路の電流値又は電圧値が第2の異常範囲内になったときに第2スイッチ部をオフ動作させることができるため、第2蓄電部から地絡発生位置へ電流が流れ込むことを防ぐことができる。
第1スイッチ部は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFETを有していてもよい。第2スイッチ部は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFETを有していてもよい。
この構成では、第1スイッチ部を構成する2つのMOSFETのオフ動作時に第1スイッチ部において双方向の通電が遮断される。また、第2スイッチ部を構成する2つのMOSFETのオフ動作時に第2スイッチ部において双方向の通電が遮断される。このような構成であるため、第1スイッチ部よりも第1蓄電部側又は第2スイッチ部よりも第2蓄電部側で地絡が発生した場合に、地絡が発生していない他方側の充電を行い得る。例えば、第1スイッチ部のオン動作中に第1スイッチ部よりも第1蓄電部側の位置で地絡が発生した場合、第1スイッチ部をオフ動作させることで両蓄電部間、及び各蓄電部と発電機との間を確実に遮断することができる。その後、第2蓄電部を充電する場合、第1スイッチ部をオフ状態で維持したまま第2スイッチ部をオン動作させることで、発電機から第1蓄電部側の地絡部分への電流の流れ込みを防ぎつつ、第2蓄電部を充電することができる。同様に、第2スイッチ部のオン動作中に第2スイッチ部よりも第2蓄電部側の位置で地絡が発生した場合、第2スイッチ部をオフ動作させることで両蓄電部間、及び各蓄電部と発電機との間を確実に遮断することができる。その後、第1蓄電部を充電する場合、第2スイッチ部をオフ状態で維持したまま第1スイッチ部をオン動作させることで、発電機から第2蓄電部側の地絡部分への電流の流れ込みを防ぎつつ、第1蓄電部を充電することができる。このように、いずれか一方側に地絡が発生しても、地絡が発生していない側の蓄電部に対しては充電が可能となる。
本発明は、第1蓄電部に電気的に接続された第1配線部と、第1スイッチ部及び第2スイッチ部のオフ動作時に第1蓄電部からの電力を受ける第1の負荷に電気的に接続された第2配線部と、第1スイッチ部及び第2スイッチ部のオフ動作時に第2蓄電部からの電力を受ける第2の負荷に電気的に接続された第3配線部とが接続されるリレーボックスと、上述したいずれかの構成のリレー装置とを有する車載システムとして構成されてもよい。そして、リレー装置は、リレーボックスの内部又は外部に配置されていてもよく、発電機からの配線部にリレー装置の発電機側導電路が電気的に接続され、第2蓄電部からの配線部にリレー装置の第2蓄電部側導電路が電気的に接続されていてもよい。
このような車載システムによれば、車両内において、第1蓄電部、第2蓄電部、発電機、第1の負荷、第2の負荷にそれぞれ接続された各配線部と、リレー装置とを、配線数を抑えてより効率的に配置することができる。
<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、車載システム100の一部をなしている。
以下では、車載システム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1蓄電部91は、メインバッテリとも称する。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2蓄電部92は、サブバッテリとも称する。発電機93は、公知のオルタネータとして構成されている。
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部71に接続されている。配線部71は、後述する第1蓄電部側導電路11に接続されており、配線部71には、第1蓄電部91の出力電圧が印加される。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部72に接続されている。配線部72は、後述する第2蓄電部側導電路12に接続されており、配線部72には、第2蓄電部92の出力電圧が印加される。発電機93は、リレー装置1の外部に設けられた配線部73に接続されている。配線部73は、後述する発電機側導電路13に接続されており、配線部73には、発電機93からの出力電圧が印加される。
第1蓄電部91及び第2蓄電部92は、発電機93での発電によって生じた電力によって充電される。なお、第1蓄電部91及び第2蓄電部92に対する充電動作や、異常発生時の保護動作などについては後述する。
リレー装置1は、第1蓄電部側導電路11、第2蓄電部側導電路12、発電機側導電路13、リレー部20、第1電流検出部51、第2電流検出部52、第1電圧検出部61、第2電圧検出部62、制御部3などを備える。
発電機側導電路13は、発電機93に電気的に接続された導電路であり、発電機93から第1蓄電部91又は第2蓄電部92に充電電流を流すときの電流の経路となる。発電機側導電路13は、発電機93の出力電圧が印加される配線部73と導通し、この配線部73を介して発電機93の高電位側の端子と導通している。発電機側導電路13の一端部は、リレー装置1において配線部73と導通して設けられた端子P3に接続され、他端部は、第1蓄電部側導電路11及び第2蓄電部側導電路12にそれぞれ接続されている。なお、図1では、第1蓄電部側導電路11と第2蓄電部側導電路12と発電機側導電路13との接続部を符号15で示す。接続部15は、第1蓄電部側導電路11、第2蓄電部側導電路12、発電機側導電路13のそれぞれの端部となる。
第1蓄電部側導電路11は、第1蓄電部91に電気的に接続され、発電機側導電路13と第1蓄電部91との間の経路となる導電路であり、発電機93から第1蓄電部91に充電電流を流すときの電流の経路となる。第1蓄電部側導電路11は、第1蓄電部91の出力電圧が印加される配線部71と導通し、この配線部71を介して第1蓄電部91の高電位側の端子と導通している。なお、第1蓄電部91の低電位側の端子は、例えばグラウンドに接続されている。第1蓄電部側導電路11の一端部は、リレー装置1において配線部71と導通して設けられた端子P1に接続され、他端部は、発電機側導電路13及び第2蓄電部側導電路12にそれぞれ接続されている。
第2蓄電部側導電路12は、第2蓄電部92に電気的に接続され、発電機側導電路13と第2蓄電部92との間の経路となる導電路であり、発電機93から第2蓄電部92に充電電流を流すときの電流の経路となる。第2蓄電部側導電路12は、第2蓄電部92の出力電圧が印加される配線部72と導通し、この配線部72を介して第2蓄電部92の高電位側の端子と導通している。なお、第2蓄電部92の低電位側の端子は、例えばグラウンドに接続されている。第2蓄電部側導電路12の一端部は、リレー装置1において配線部72と導通して設けられた端子P2に接続され、他端部は、発電機側導電路13及び第1蓄電部側導電路11にそれぞれ接続されている。
リレー部20は、第1蓄電部側導電路11に設けられた第1スイッチ部21と第2蓄電部側導電路12に設けられた第2スイッチ部22とを備え、第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22のオフ動作時に第1蓄電部91と第2蓄電部92との間の導通を遮断する構成をなす。
第1スイッチ部21は、第1のMOSFETに相当し、具体的にはNチャネル型のMOSFETとして構成されている。第1スイッチ部21のドレインは第1蓄電部91の高電位側端子に電気的に接続され、第1スイッチ部21のソースは発電機93の高電位側端子に電気的に接続されている。第1スイッチ部21のドレインには第1蓄電部91の出力電圧が印加される。発電機93の動作時には、発電機93の出力電圧が第1スイッチ部21のソースに印加される。第1スイッチ部21のボディダイオードD1は、アノードが発電機93の高電位側端子に電気的に接続され、カソードが第1蓄電部91の高電位側端子に電気的に接続されている。第1スイッチ部21のゲートには、制御部3からのオン信号及びオフ信号が入力される。第1スイッチ部21は、ゲートに制御部3からのオン信号が入力されたときにオン動作し、ゲートに制御部3からのオフ信号が入力されたときにオフ動作する。
第2スイッチ部22は、第2のMOSFETに相当し、具体的にはNチャネル型のMOSFETとして構成されている。第2スイッチ部22のドレインは第2蓄電部92の高電位側端子に電気的に接続され、第2スイッチ部22のソースは発電機93の高電位側端子に電気的に接続されている。第2スイッチ部22のドレインには第2蓄電部92の出力電圧が印加される。発電機93の動作時には、発電機93の出力電圧が第2スイッチ部22のソースに印加される。第2スイッチ部22のボディダイオードD2は、アノードが発電機93の高電位側端子に電気的に接続され、カソードが第2蓄電部92の高電位側端子に電気的に接続されている。第2スイッチ部22のゲートには、制御部3からのオン信号及びオフ信号が入力される。第2スイッチ部22は、ゲートに制御部3からのオン信号が入力されたときにオン動作し、ゲートに制御部3からのオフ信号が入力されたときにオフ動作する。
第1電流検出部51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。第1電流検出部51は、第1蓄電部側導電路11を流れる電流の値を検出値として出力し、第1電流検出部51で検出された電流値は、制御部3に入力される。具体的には、第1電流検出部51は、第1蓄電部側導電路11において第1スイッチ部21よりも第1蓄電部91側の位置の電流値を検出する。
第1電圧検出部61は、公知の電圧検出回路(電圧モニタ)として構成されている。第1電圧検出部61は、第1蓄電部側導電路11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、制御部3に入力される。具体的には、第1電圧検出部61は、第1蓄電部側導電路11において第1スイッチ部21よりも第1蓄電部91側の位置の電圧値を検出する。
第2電流検出部52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。第2電流検出部52は、第2蓄電部側導電路12を流れる電流の値を検出値として出力し、第2電流検出部52で検出された電流値は、制御部3に入力される。具体的には、第2電流検出部52は、第2蓄電部側導電路12において第2スイッチ部22よりも第2蓄電部92側の位置の電流値を検出する。
第2電圧検出部62は、公知の電圧検出回路(電圧モニタ)として構成されている。第2電圧検出部62は、第2蓄電部側導電路12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、制御部3に入力される。具体的には、第2電圧検出部62は、第2蓄電部側導電路12において第2スイッチ部22よりも第2蓄電部92側の位置の電圧値を検出する。
第1電流検出部51及び第1電圧検出部61は、第1検出部の一例に相当し、第1蓄電部側導電路11の電流値又は電圧値を検出する機能を有する。第2電流検出部52及び第2電圧検出部62は、第2検出部の一例に相当し、第2蓄電部側導電路12の電流値又は電圧値を検出する機能を有する。
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、第1電流検出部51の検出値、第1電圧検出部61の検出値、第2電流検出部52の検出値、第2電圧検出部62の検出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、これらの検出値に基づいて、リレー部20の第1スイッチ部21、第2スイッチ部22のオンオフを制御する。
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によって第1スイッチ部21、第2スイッチ部22のオンオフが制御される。具体的には、図2のように、第1蓄電部91及び第2蓄電部92のうちいずれか一方の蓄電部のみを選択的に充電するように第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22のオンオフを制御する。
例えば、第1電圧検出部61の検出値が所定の第1充電判定閾値Vth1以下であり、後述する第1の短絡判定閾値Va1を超えている場合、第1蓄電部91(メインバッテリ)を充電対象とし、このとき第1スイッチ部21をオン動作させ、第2スイッチ部22をオフ動作させることで発電機93からの充電電流を第1蓄電部91のみに供給する。第1充電判定閾値Vth1は、第1蓄電部91の充電を行うか否かの判定に用いる閾値であり、後述する第1の短絡判定閾値Va1よりも大きい値である。
また、第2電圧検出部62の検出値が所定の第2充電判定閾値Vth2以下であり、後述する第2の短絡判定閾値Va2を超えている場合、第2蓄電部92(サブバッテリ)を充電対象とし、このとき第1スイッチ部21をオフ動作させ、第2スイッチ部22をオン動作させることで発電機93からの充電電流を第2蓄電部92のみに供給する。第2充電判定閾値Vth2は、第2蓄電部92の充電を行うか否かの判定に用いる閾値であり、後述する第2の短絡判定閾値Va2よりも大きい値である。
なお、第1電圧検出部61の検出値が第1充電判定閾値Vth1以下であり、第2電圧検出部62の検出値が第2充電判定閾値Vth2以下である場合、例えば、第1スイッチ部21をオン動作させ第2スイッチ部22をオフ動作させることで第1蓄電部91の充電を優先的に行い、第1蓄電部91の充電を行った後、第1スイッチ部21をオフ動作させ第2スイッチ部22をオン動作させることで第2蓄電部92の充電を行うようにすればよい。
このように、リレー装置1は、発電機側導電路13が発電機93に電気的に接続され、発電機側導電路13と第1蓄電部91との間の経路として第1蓄電部側導電路11が設けられ、発電機側導電路13と第2蓄電部92との間の経路として第2蓄電部側導電路12が設けられている。そして、第1蓄電部側導電路11に第1スイッチ部21が設けられ、第2蓄電部側導電路12に第2スイッチ部22が設けられている。このように構成されているため、少なくとも第1スイッチ部21のオン動作時には、発電機93から第1蓄電部91に対して充電電流を供給することができ、少なくとも第2スイッチ部22のオン動作時には、発電機93から第2蓄電部92に対して充電電流を供給することができる。つまり、少なくとも2つの蓄電部に対して発電機93から充電電流を供給することができる。
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、第1スイッチ部21のオン動作時に第1電流検出部51、第1電圧検出部61よって検出される検出値が第1の異常範囲内である場合に第1スイッチ部21をオフ動作させ、第2スイッチ部22のオン動作時に第2電流検出部52、第2電圧検出部62よって検出される検出値が第2の異常範囲内である場合に第2スイッチ部22をオフ動作させるように異常時の制御を行う。
具体的には、第1電流検出部51が検出する電流値I1の異常を判定する閾値として、第1の過電流判定閾値Ia1が定められている。第1電流検出部51の電流値I1については、第1の過電流判定閾値Ia1以上の範囲が第1の異常範囲に相当する。また、第1電圧検出部61が検出する電圧値V1の異常を判定する閾値として、第1の短絡判定閾値Va1と第1の過電圧判定閾値Vb1とが定められている。第1の短絡判定閾値Va1は、0Vよりも大きい値である。第1の過電圧判定閾値Vb1は、例えば満充電時の第1蓄電部91の出力電圧よりも大きい値である。第1電圧検出部61の電圧値V1については、第1の短絡判定閾値Va1以下の範囲及び第1の過電圧判定閾値Vb1以上の範囲が第1の異常範囲に相当する。
また、第2電流検出部52が検出する電流値I2の異常を判定する閾値として、第2の過電流判定閾値Ia2が定められている。第2電流検出部52の電流値I2については、第2の過電流判定閾値Ia2以上の範囲が第2の異常範囲に相当する。また、第2電圧検出部62が検出する電圧値V2の異常を判定する閾値として、第2の短絡判定閾値Va2と第2の過電圧判定閾値Vb2とが定められている。第2の短絡判定閾値Va2は、0Vよりも大きい値である。第2の過電圧判定閾値Vb2は、例えば満充電時の第2蓄電部92の出力電圧よりも大きい値である。第2電圧検出部62の電圧値V2については、第2の短絡判定閾値Va2以下の範囲及び第2の過電圧判定閾値Vb2以上の範囲が第2の異常範囲に相当する。
制御部3は、上述した通常制御中に電圧値又は電流値が第1の異常範囲又は第2の異常範囲になるような異常が発生した場合に保護動作を行う。具体的には、第1スイッチ部21をオン動作させ、第2スイッチ部22をオフ動作させているときに、第1電流検出部51によって検出される電流値I1が第1の過電流判定閾値Ia1以上となった場合、又は第1電圧検出部61によって検出される電圧値V1が第1の短絡判定閾値Va1以下又は第1の過電圧判定閾値Vb1以上となった場合、第1スイッチ部21をオフ動作させる。この場合、異常発生前は第2スイッチ部22のみがオフ状態であり、異常発生後には第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22がいずれもオフ状態となる。
また、第2スイッチ部22をオン動作させ、第1スイッチ部21をオフ動作させているときに、第2電流検出部52によって検出される電流値I2が第2の過電流判定閾値Ia2以上となった場合、又は第2電圧検出部62によって検出される電圧値V2が第2の短絡判定閾値Va2以下又は第2の過電圧判定閾値Vb2以上となった場合、第2スイッチ部22をオフ動作させる。この場合、異常発生前は第1スイッチ部21のみがオフ状態であり、異常発生後には第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22がいずれもオフ状態となる。
このように、制御部3は、第1スイッチ部21のオン動作時に第2スイッチ部22をオフ動作させ、第2スイッチ部22のオン動作時に第1スイッチ部21をオフ動作させる制御を行うようになっている。つまり、第1スイッチ部21と第2スイッチ部22を同時にオン動作させない構成となっているため、第1蓄電部91又は第2蓄電部92のいずれか一方側の電源系統に異常が発生したとしても、第1蓄電部91と第2蓄電部92の間の経路には必ずオフ動作中のスイッチ部が介在することになる。よって、一方側の電源系統の異常が他方側の電源系統に及ぶことを抑えることができる。
図3では、第2蓄電部92(サブバッテリ)に接続された配線部72に地絡が発生する場合における、第1蓄電部91(メインバッテリ)側の電圧、第2蓄電部92(サブバッテリ)側の電圧、第1蓄電部91(メインバッテリ)側の負荷(EPSメイン)へ印加される電圧、第2蓄電部92(サブバッテリ)側の負荷(EPSサブ)へ印加される電圧の関係を示している。図3は、地絡発生時間T1よりも前の時期に第1スイッチ部21がオフ状態とされ第2スイッチ部22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)側の配線部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で配線部72(第2蓄電部92の電源系統)に地絡が発生したとしても、地絡発生時間T1の時点で第1蓄電部91と第2蓄電部92の間に必ずオフ動作中の第1スイッチ部21が介在することになる。つまり、配線部72に地絡が発生した時点で第1蓄電部91から配線部72に瞬時に大電流が流れるような事態を回避することができ、第1蓄電部91の出力電圧の低下を防ぐことができる。
なお、このような効果は、第1スイッチ部21がオン状態とされ第2スイッチ部22がオフ状態とされた場合に第1蓄電部91(メインバッテリ)側の配線部71で地絡が発生する場合でも同様に生じる。
ここで、比較例を参照して本構成の効果をより詳細に説明する。図7には、比較例となる車載システムを例示している。この車載システムでは、配線171にメインバッテリ191、発電機193、メイン負荷181が接続され、配線172にサブバッテリ192、サブ負荷182が接続されている。そして、配線171と配線172の間にはこれら配線171,172の間の経路を通電状態と非通電状態とに切り替えるMOSFET121、122が設けられている。
この構成では、サブバッテリ192を充電する場合、図示しない制御回路により、MOSFET121、122をいずれもオン状態に切り替えるように制御を行う。逆に、サブバッテリ192を充電しない場合、図示しない制御回路により、MOSFET121、122をいずれもオフ状態に切り替えるように制御を行う。このような構成では、MOSFET121、122をオン状態で維持しながらサブバッテリ192を充電しているときにサブバッテリ192側の配線172で地絡が発生すると、サブバッテリ192の電圧は瞬時に低下する。また、メインバッテリ191から配線172側に大電流が流れ、メインバッテリ191の電圧も瞬時に低下してしまう。
この構成では、電流モニタ150で検出される電流値が異常値(過電流範囲)に達した場合にMOSFET121、122をオフ状態に切り替えるように保護動作を行うこともでき、この保護動作により、地絡発生後に配線171と配線172の間の通電を遮断することができる。しかし、図8のように、地絡が発生した時間TAから電流モニタ150で検出される電流値が異常値であると判定されるまでには時間がかかり、その後、実際にMOSFET121、122がオフ状態に切り替えられる時間TBまでも時間がかかるため、その間はメインバッテリ191の出力電圧が低下し続けることになってしまう。つまり、サブバッテリ192側で地絡が発生すると、ある程度の期間は、サブバッテリ192側の負荷182(EPSサブ)に対する印加電圧だけでなく、メインバッテリ191側の負荷181(EPSメイン)に対する印加電圧も低下してしまうことになる。このように、比較例の構成では、いずれの負荷も動作できない期間が生じる虞がある。これに対し、上述した本構成によれば、図3のように第2蓄電部92(サブバッテリ)側で地絡が発生しても、第1蓄電部91(メインバッテリ)側の出力電圧を安定的に維持することができるため、このような問題を解消することができる。
本構成では、リレー装置1は、第1スイッチ部21が第1のMOSFETとして構成され、第2スイッチ部22が第2のMOSFETとして構成されている。そして、第1スイッチ部21(第1のMOSFET)のボディダイオードD1は、アノードが発電機93に導通し、カソードが第1蓄電部91に導通する構成である。第2スイッチ部22(第2のMOSFET)のボディダイオードD2は、アノードが発電機93に導通し、カソードが第2蓄電部92に導通する構成である。この構成によれば、第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22としてそれぞれMOSFETを配置しつつ、発電機側導電路13に地絡が発生した場合に各蓄電部からボディダイオードD1,D2を介して発電機側導電路13に大電流が流れ込むことを防ぐことができる。
リレー装置1は、第1蓄電部側導電路11の電流値及び電圧値を検出する第1電流検出部51及び第1電圧検出部61と、第2蓄電部側導電路12の電流値及び電圧値を検出する第2電流検出部52及び第2電圧検出部62とを有する。制御部3は、第1スイッチ部21のオン動作時に第1電流検出部51、第1電圧検出部61よって検出される検出値が第1の異常範囲内である場合に第1スイッチ部21をオフ動作させ、第2スイッチ部22のオン動作時に第2電流検出部52、第2電圧検出部62よって検出される検出値が第2の異常範囲内である場合に第2スイッチ部22をオフ動作させるように制御を行う。
この構成では、第1スイッチ部21のオン動作時に発電機側導電路13に地絡が発生する場合、第2スイッチ部22はオフ動作中であるため第2蓄電部92側の電圧は安定的に維持することができ、地絡発生に応じて第1蓄電部側導電路11の電流値又は電圧値が第1の異常範囲内になったときに第1スイッチ部21をオフ動作させることができるため、第1蓄電部91から地絡発生位置へ電流が流れ込むことを防ぐことができる。第2スイッチ部22のオン動作時に発電機側導電路13に地絡が発生する場合、第1スイッチ部21はオフ動作中であるため第1蓄電部91側の電圧は安定的に維持することができ、地絡発生に応じて第2蓄電部側導電路12の電流値又は電圧値が第2の異常範囲内になったときに第2スイッチ部22をオフ動作させることができるため、第2蓄電部92から地絡発生位置へ電流が流れ込むことを防ぐことができる。
図4及び図5には、車載システム100を車両102に搭載した一例を示している。
図4及び図5のいずれの例でも、車両102の内部には、上述した第1蓄電部91(メインバッテリ)、第2蓄電部92(サブバッテリ)、メイン負荷81(EPSメイン)、サブ負荷82(EPSサブ)、発電機93、リレー装置1などが搭載され、更にリレーボックス95やスタータなどが搭載されている。
図4及び図5のいずれの車載システム100でも、リレーボックス95には、第1蓄電部91に電気的に接続された第1配線部71Aと、メイン負荷81に電気的に接続された第2配線部71Bと、サブ負荷82に電気的に接続された第3配線部72Bとがそれぞれ接続されている。なお、メイン負荷81は、第1の負荷の一例に相当し、第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22がオフ動作していても第1蓄電部91から電力を受けることができる負荷である。サブ負荷82は、第2の負荷の一例に相当し、第1スイッチ部21及び第2スイッチ部22がオフ動作していても第2蓄電部92からの電力を受けることができる負荷である。なお、第1配線部71A及び第2配線部71Bは、上述した配線部71の一部をなすものであり、第3配線部72B及び第4配線部72Aは、上述した配線部72の一部をなすものであり、
図4の例では、リレー装置1は、リレーボックス95の外部(例えばリレーボックス95の近傍位置等)に配置されており、リレー装置1とリレーボックス95とは配線部によって接続されている。発電機93からの配線部73は、端部がリレー装置1に接続され、このリレー装置1の内部に配置される発電機側導電路13に電気的に接続されている。第2蓄電部92からの配線部(第4配線部72A)は、端部がリレー装置1に接続され、このリレー装置1の内部に配置される第2蓄電部側導電路12に電気的に接続されている。このような車載システム100によれば、車両102内において、第1蓄電部91、第2蓄電部92、発電機93、メイン負荷81(第1の負荷)、サブ負荷82(第2の負荷)にそれぞれ接続された各配線部と、リレー装置1とを、配線数を抑えてより効率的に配置することができる。また、リレー装置1の位置を変更するような設計変更などにも対応しやすい。なお、このような構成は、後述する車載システム200にも適用できる。
図5の例では、リレー装置1は、リレーボックス95の内部に配置されており、発電機93からの配線部73は、端部がリレーボックス95内に接続され、リレーボックス95内のリレー装置1に配置される発電機側導電路13に電気的に接続されている。第2蓄電部92からの配線部(第4配線部72A)は、端部がリレーボックス95内に接続され、リレーボックス95内のリレー装置1に配置される第2蓄電部側導電路12に電気的に接続されている。このような車載システム100でも、車両102内において、第1蓄電部91、第2蓄電部92、発電機93、メイン負荷81(第1の負荷)、サブ負荷82(第2の負荷)にそれぞれ接続された各配線部と、リレー装置1とを、配線数を抑えてより効率的に配置することができる。なお、このような構成は、後述する車載システム200にも適用できる。
<実施例2>
次に、実施例2について説明する。
図6で示す車載システム200の回路構成は、実施例1の車載システム100のリレー装置1をリレー装置201に置き換えた点のみが実施例1の車載システム100と異なっている。リレー装置201は、第1スイッチ部21を第1スイッチ部221に変更し、第2スイッチ部22を第2スイッチ部222に変更した点のみが実施例1のリレー装置1と異なっている。以下では、車載システム200のうち、実施例1のシステム100と相違する部分について詳細に説明し、実施例1のシステム100と同一の部分についてはシステム100と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施例2の車載システム200に設けられるリレー装置201は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET221A,221Bによって第1スイッチ部221が構成されている。即ち、MOSFET221AのボディダイオードD11の向きとMOSFET221BのボディダイオードD12の向きが逆向きであり、MOSFET221A,221Bのオフ動作時には、双方向の通電が遮断される。そして、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET222A,222Bによって第2スイッチ部222が構成されている。即ち、MOSFET222AのボディダイオードD21の向きとMOSFET222BのボディダイオードD22の向きが逆向きであり、MOSFET222A,222Bのオフ動作時には、双方向の通電が遮断される。
本構成でも、制御部3は、実施例1と同様の方法で通常制御を行う。例えば、第1電圧検出部61の検出値が第1充電判定閾値Vth1以下であり、第1の短絡判定閾値Va1を超えている場合、第1蓄電部91(メインバッテリ)を充電対象とし、このとき第1スイッチ部221をオン動作させ、第2スイッチ部222をオフ動作させることで発電機93からの充電電流を第1蓄電部91のみに供給する。また、第2電圧検出部62の検出値が第2充電判定閾値Vth2以下であり、第2の短絡判定閾値Va2を超えている場合、第2蓄電部92(サブバッテリ)を充電対象とし、このとき第1スイッチ部21をオフ動作させ、第2スイッチ部22をオン動作させることで発電機93からの充電電流を第2蓄電部92のみに供給する。
また、本構成でも、制御部3は、実施例1と同様の方法で異常時の制御を行う。例えば、第1スイッチ部221をオン動作させ、第2スイッチ部222をオフ動作させているときに、第1電流検出部51によって検出される電流値I1が第1の過電流判定閾値Ia1以上となった場合、又は第1電圧検出部61によって検出される電圧値V1が第1の短絡判定閾値Va1以下又は第1の過電圧判定閾値Vb1以上となった場合、第1スイッチ部221をオフ動作させる。この場合、異常発生前は第2スイッチ部222のみがオフ状態であり、異常発生後には第1スイッチ部221及び第2スイッチ部222がいずれもオフ状態となる。例えばMOSFET221A,221Bのオン動作中に第1スイッチ部221よりも第1蓄電部91側の位置で地絡が発生した場合、第1電圧検出部61によって検出される電圧値V1が第1の短絡判定閾値Va1以下となるため第1スイッチ部221をオフ動作させることができ、両蓄電部間、及び各蓄電部と発電機との間を確実に遮断することができる。
このように、第1スイッチ部221及び第2スイッチ部222をいずれもオフ状態にした後、第2蓄電部92の充電を行う場合、第2スイッチ部222をオン動作せることで発電機93から第2蓄電部92へ充電電流を供給することができる。このとき、第1スイッチ部221は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET221A,221Bがいずれもオフ状態であるため、発電機93から第1蓄電部91側へは電流は流れない。また、このような異常発生後の第2蓄電部92の充電時には、第1スイッチ部221はオフ状態で維持し続ければよく、第1スイッチ部221のオンオフ動作は不要になる。
また、通常制御において、第2スイッチ部222をオン動作させ、第1スイッチ部221をオフ動作させているときに、第2電流検出部52によって検出される電流値I2が第2の過電流判定閾値Ia2以上となった場合、又は第2電圧検出部62によって検出される電圧値V2が第2の短絡判定閾値Va2以下又は第2の過電圧判定閾値Vb2以上となった場合、第2スイッチ部222をオフ動作させる。この場合、異常発生前は第1スイッチ部221のみがオフ状態であり、異常発生後には第1スイッチ部221及び第2スイッチ部222がいずれもオフ状態となる。例えば、MOSFET222A,222Bのオン動作中に第2スイッチ部222よりも第2蓄電部92側の位置で地絡が発生した場合、第2電圧検出部62によって検出される電圧値V2が第2の短絡判定閾値Va2以下となるため第2スイッチ部222をオフ動作させることができ、両蓄電部間、及び各蓄電部と発電機との間を確実に遮断することができる。
このように、第1スイッチ部221及び第2スイッチ部222をいずれもオフ状態にした後、第1蓄電部91の充電を行う場合、第1スイッチ部221をオン動作せることで発電機93から第1蓄電部91へ充電電流を供給することができる。このとき、第2スイッチ部222は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET222A,222Bがいずれもオフ状態であるため、発電機93から第2蓄電部92側へは電流は流れない。また、このような異常発生後の第1蓄電部91の充電時には、第2スイッチ部222はオフ状態で維持し続ければよく、第2スイッチ部222のオンオフ動作は不要になる。
以上のような実施例2の構成でも、実施例1と同様の効果が得られる。
更に、本構成では、第1スイッチ部221は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET221A,221Bを有する。第2スイッチ部222は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFET222A,222Bを有する。この構成によれば、第1スイッチ部221を構成する2つのMOSFETMOSFET221A,221Bのオフ動作時に第1スイッチ部221において双方向の通電が遮断される。また、第2スイッチ部222を構成する2つのMOSFET222A,222Bのオフ動作時に第2スイッチ部222において双方向の通電が遮断される。このような構成であるため、第1スイッチ部221よりも第1蓄電部91側又は第2スイッチ部222よりも第2蓄電部92側で地絡が発生した場合に、地絡が発生していない他方側の充電を行い得る。
<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)上述した実施例では、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)上述した実施例では、第1スイッチ部が1又は複数のMOSFETによって構成された例を示したが、第1スイッチ部は、MOSFET以外の半導体スイッチや機械式リレーなどで構成されていてもよい。また、第2スイッチ部が1又は複数のMOSFETによって構成された例を示したが、第2スイッチ部は、MOSFET以外の半導体スイッチや機械式リレーなどで構成されていてもよい。
1,201…リレー装置
3…制御部
11…第1蓄電部側導電路
12…第2蓄電部側導電路
13…発電機側導電路
20,220…リレー部
21…第1スイッチ部(第1のMOSFET)
22…第2スイッチ部(第2のMOSFET)
51…第1電流検出部(第1検出部)
52…第2電流検出部(第2検出部)
61…第1電圧検出部(第1検出部)
62…第2電圧検出部(第2検出部)
91…第1蓄電部
92…第2蓄電部
93…発電機
100,200…車載システム
221…第1スイッチ部
221A…MOSFET(第1のMOSFET)
221B…MOSFET
222…第2スイッチ部
222A…MOSFET(第2のMOSFET)
222B…MOSFET

Claims (5)

  1. 発電機に電気的に接続された発電機側導電路と、
    前記発電機側導電路と第1蓄電部との間の経路となる第1蓄電部側導電路と、
    前記発電機側導電路と第2蓄電部との間の経路となる第2蓄電部側導電路と、
    前記第1蓄電部側導電路に設けられた第1スイッチ部と前記第2蓄電部側導電路に設けられた第2スイッチ部とを備え、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部のオフ動作時に前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間の導通を遮断するリレー部と、
    前記第1スイッチ部のオン動作時に前記第2スイッチ部をオフ動作させ、前記第2スイッチ部のオン動作時に前記第1スイッチ部をオフ動作させる制御を行う制御部と、
    を有するリレー装置。
  2. 前記第1スイッチ部は、第1のMOSFETを備え、
    前記第2スイッチ部は、第2のMOSFETを備え、
    前記第1のMOSFETのボディダイオードは、アノードが前記発電機に電気的に接続され、カソードが前記第1蓄電部に電気的に接続されており、
    前記第2のMOSFETのボディダイオードは、アノードが前記発電機に電気的に接続され、カソードが前記第2蓄電部に電気的に接続されている請求項1に記載のリレー装置。
  3. 前記第1蓄電部側導電路の電流値又は電圧値の少なくともいずれかを検出する第1検出部と、
    前記第2蓄電部側導電路の電流値又は電圧値の少なくともいずれかを検出する第2検出部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記第1スイッチ部のオン動作時に前記第1検出部よって検出される検出値が第1の異常範囲内である場合に前記第1スイッチ部をオフ動作させ、前記第2スイッチ部のオン動作時に前記第2検出部よって検出される検出値が第2の異常範囲内である場合に前記第2スイッチ部をオフ動作させる請求項1又は請求項2に記載のリレー装置。
  4. 前記第1スイッチ部は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFETを有し、
    前記第2スイッチ部は、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとされた2つのMOSFETを有する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリレー装置。
  5. 前記第1蓄電部に電気的に接続された第1配線部と、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部のオフ動作時に前記第1蓄電部からの電力を受ける第1の負荷に電気的に接続された第2配線部と、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部のオフ動作時に前記第2蓄電部からの電力を受ける第2の負荷に電気的に接続された第3配線部とが接続されるリレーボックスと、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリレー装置と、
    を有し、
    前記リレー装置は、前記リレーボックスの内部又は外部に配置され、
    前記発電機からの配線部に前記リレー装置の前記発電機側導電路が電気的に接続され、
    前記第2蓄電部からの配線部に前記リレー装置の前記第2蓄電部側導電路が電気的に接続されている車載システム。
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