JP2019146350A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各負荷に電力を供給する電線の細径化を可能にすると共に、負荷の数が多い場合でも電線を保護する部品のコスト上昇を抑制し、更に各部の劣化に対して誤動作等が生じるのを防止すること。【解決手段】ジャンクションブロック１０Ａ内の分岐部１１の上流側に接続した半導体スイッチング素子Ｑ１を含む単一の半導体ヒューズで、下流側に接続した複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａを過電流に対して一括して保護する。複数の負荷ユニット２６〜２９の種類又は電流の仕様を同一にし、複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａのいずれに大電流が流れた場合でも適切な条件で電流を遮断する。更に、複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａの劣化を推定し、劣化の程度を制御に反映する。負荷の数が多くても部品数を増やすことなく、半導体ヒューズで出力側電線２２Ａ〜２５Ａを保護できる。【選択図】図４

Description

本発明は、上流側から供給される電源電力を下流側に接続される複数の負荷にそれぞれ供給する電力供給装置に関する。

例えば自動車などの車両においては、車載バッテリーなどの電源から供給される電力を車体各部に設置されている多数の電装品などの負荷にそれぞれ供給する必要がある。電源と各負荷との間は通常はワイヤハーネスを介して互いに接続され、ワイヤハーネスに含まれる電源線を経由して各負荷に電力が供給される。

一方、例えばいずれかの負荷の近傍で配線の短絡などの不具合が発生すると、ワイヤハーネスの電源線に異常に大きい電流が流れる。その結果、ジュール熱により電源線が発熱し、発煙や発火に至る可能性が生じる。したがって、各部の電源線を過電流から保護するために、通常は配線の途中にヒューズ、あるいはヒュージブルリンクを設置する。すなわち、過電流により電源線に発煙や発火が生じる前に、ヒューズ、又はヒュージブルリンクの箇所が先に溶断して回路を切断し、電流を遮断する。これにより電源線を保護できる。

例えば特許文献１は、車両用の電力供給システムにおいて、半導体を用いた電子ヒューズを採用し、ワイヤハーネスを構成する電線の細径化を実現することを示している。また、特許文献１の図１に示されているように、電子ヒューズを採用している場合であっても、実際には負荷毎に独立した多数のヒューズを備えている。

特開２０１６−６０４２７号公報

一般的なヒューズやヒュージブルリンクの場合には、溶断特性のばらつきが大きい。更に、使用中の劣化により溶断特性が変化する可能性もある。したがって、ヒューズ等の溶断特性のばらつきや劣化を考慮した上で、電線の発煙を防止できるようにシステム全体の回路を設計する必要がある。そのため、溶断特性のばらつきや劣化分の余裕を持たせるように、ヒューズ等の電流容量（制限電流）を大きめに定めることが必要になる。電流容量が大きいヒューズ等を用いる場合には、それとマッチングするように、導体の径や断面積が大きい電線を用いて配線する必要がある。

一方、特許文献１に示されているように、半導体を用いた電子ヒューズを採用する場合には、それ自体の特性のばらつきや劣化を考慮する必要がないので、上記の余裕分を小さくすることが可能であり、負荷に電力を供給する電線を細径化することが可能である。

しかしながら、半導体を用いた電子ヒューズは、一般的なヒューズやヒュージブルリンクと比べてコストが高くなるのは避けられない。特に、車載システムのように多数の負荷を接続する用途では、搭載すべき電子ヒューズの部品数が多くなるので、コストの上昇が大きな問題になり得る。

一方、電線自体も劣化するため、予め太めの電線を採用し、電線が劣化した場合でも発煙が生じにくいようにすることも想定されるが、電線の細径化の妨げになる。または、電線が劣化した場合でも発煙が生じる前に回路を遮断できるように、電子ヒューズ等が作動する電流の大きさを小さめに定めておくことが必要になる。しかし、この場合は実際に発煙が生じるまで余裕がある状態であっても電流の遮断機能が作動してしまうので、例えば一時的に発生する突入電流などの影響で電子ヒューズ等の誤動作が生じやすい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各負荷に電源電力を供給する電線の細径化を可能にすると共に、負荷の数が多い場合であっても電線を保護するための部品コストの上昇を抑制し、更に各部の劣化に対して誤動作等の不具合が生じるのを避けることが可能な電力供給装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電力供給装置は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１） 上流側から供給される電源電力を下流側に接続される複数の負荷にそれぞれ供給する電力供給装置であって、
入力端子と出力端子との間の通電のオンオフを制御可能な半導体スイッチング素子と、
複数の負荷それぞれの電源入力部と個別に接続される複数の個別電力供給線と、
前記半導体スイッチング素子の前記出力端子を前記複数の個別電力供給線に共通に接続する分岐部と、
前記半導体スイッチング素子を制御し、少なくとも前記複数の個別電力供給線を過電流から保護するための電子ヒューズ機能を実現する通電制御部と、
を備えたことを特徴とする電力供給装置。

上記（１）に記載の電力供給装置によれば、単一の半導体スイッチング素子の共通の出力端子に、分岐部を介して複数の個別電力供給線が接続される。したがって、接続する負荷の数が多い場合であっても、複数の半導体スイッチング素子を用いることなく、全ての負荷の通電を遮断することが可能な電子ヒューズの機能を提供できる。そのため低コストの半導体電子ヒューズを実現できる。また、半導体電子ヒューズの採用により高精度の電流遮断制御が可能になり、各個別電力供給線の細径化が可能になる。

（２） 前記複数の個別電力供給線を介してその下流側に接続される複数の負荷の種類、又は消費する電流が共通の仕様に決定され、
前記複数の個別電力供給線における各導体の断面積が同一の仕様に決定されている、
ことを特徴とする上記（１）に記載の電力供給装置。

上記（２）に記載の電力供給装置によれば、複数の個別電力供給線に流れる電流の仕様が実質的に共通であり、更に複数の個別電力供給線自体の特性の仕様も同等になるので、複数の個別電力供給線のそれぞれを保護するために必要な遮断電流の大きさを適切に決めることが容易になる。すなわち、単一の半導体スイッチング素子の下流側に複数の負荷を並列に接続した状態において、半導体スイッチング素子が所定以上の大きさの過電流を遮断するだけで、複数の個別電力供給線の各々を適切に保護し、過熱を防止できる。

（３） 前記通電制御部は、前記複数の個別電力供給線の少なくとも１つに関する劣化の程度を推定する劣化推定部を備え、
前記通電制御部は、前記劣化推定部が推定した劣化の程度を、前記電子ヒューズ機能の制限電流値に反映する、
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の電力供給装置。

上記（３）に記載の電力供給装置によれば、個別電力供給線が劣化し、例えば過熱が生じやすい状態に変化した場合であっても、その劣化を推定し電子ヒューズ機能の制限電流値を適切に変更することができる。

（４） 前記通電制御部は、負荷側から通電に関する情報を取得し、前記劣化推定部は負荷側から取得した前記情報に基づいて劣化の程度を推定する、
ことを特徴とする上記（３）に記載の電力供給装置。

上記（４）に記載の電力供給装置によれば、負荷側から通電に関する情報を取得して劣化の程度を推定するので、精度の高い推定が可能になる。すなわち、時間の経過や車両の走行距離を把握するだけでは実際の使用状況の違いに応じて推定結果に誤差が発生する可能性が高いが、例えば実際の電流の大きさ、電流の流れる頻度、累積通電時間、累積通電回数など必要な情報を取得することにより、各電線における実際の劣化の程度をより正しく推定できる。

本発明の電力供給装置によれば、半導体電子ヒューズを採用することにより、各負荷に電源電力を供給する電線の細径化が可能になる。また、単一の半導体電子ヒューズの出力に複数の負荷を並列に接続できるので、負荷の数が多い場合であっても電線を保護するための部品コストの上昇を抑制できる。また、劣化を推定することにより、各部の劣化に対して誤動作等の不具合が生じるのを避けることが可能である。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１（ａ）は一般的に想定される構造のジャンクションブロックの外観及び内部構造の例を示す斜視図、図１（ｂ）は同じジャンクションブロックを示す電気回路図である。 図２は、電線発煙特性Ｃ１およびヒューズ溶断特性Ｃ２の例を示すグラフである。 図３は、電線発煙特性Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂおよび半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３の例を示すグラフである。 図４（ａ）は第１実施形態におけるジャンクションブロックの外観及び内部構造の例を示す斜視図、図４（ｂ）は同じジャンクションブロックを示す電気回路図である。 図５は、第２実施形態におけるジャンクションブロックを示す電気回路図である。 図６は、図５中に示した制御部内部の主要な機能構成の例を示すブロック図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜一般的な構成例の説明＞
本発明の理解を容易にするために、本発明の実施形態を説明する前にまず一般的に想定される構成の電力供給装置について説明する。

自動車などの車両に搭載される一般的に想定される構造のジャンクションブロック１０の外観及び内部構造の例を図１（ａ）に示し、同じジャンクションブロック１０の電気回路の構成を図１（ｂ）に示す。

図１（ａ）に示したジャンクションブロック１０は、箱形の筐体に収容されている。このジャンクションブロック１０は、車両に搭載された複数の負荷（各種電装品）に対して電源電力を供給するための接続箱として利用される。

ジャンクションブロック１０の入力端子１０ａに接続されている入力側電線２１は、図示しない車載バッテリーなどの電源の出力と接続される。つまり、車載バッテリーから入力側電線２１を経由してこのジャンクションブロック１０に電力が供給される。

ジャンクションブロック１０の内部では、入力端子１０ａの下流側の電源線が分岐部１１で４系統に分岐し、分岐部１１の下流側の４系統の電源線が、それぞれ出力端子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅと接続されている。

また、分岐部１１と出力端子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅとの間の４系統の電源線の途中に、それぞれヒュージブルリンク１２、ヒューズ１３、１４、および１５が接続されている。また、出力端子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅに、それぞれ出力側電線２２、２３、２４、および２５が接続されている。

また、図１（ｂ）に示したように、出力側電線２２、２３、２４、および２５の下流側は、それぞれ負荷ユニット２６、２７、２８、および２９の電源入力部に接続されている。この例では、負荷ユニット２６〜２９は、いずれも自動車のパワーウインドウを駆動するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。実際には、各負荷ユニット２６〜２９の下流側に窓を開閉駆動する図示しない電気モータが負荷として接続されている。つまり、自動車の４つのドアのそれぞれのパワーウインドウを負荷ユニット２６〜２９が駆動する。

また、実際には、負荷ユニット２６が運転席側の窓を駆動し、負荷ユニット２７が助手席側の窓を駆動し、負荷ユニット２８が後部座席右側の窓を駆動し、負荷ユニット２９が後部座席左側の窓を駆動するように割り当ててある。ここで、４つの負荷ユニット２６〜２９は同じ種類であり、消費する電流などの定格も共通である。但し、運転席の窓を駆動する負荷ユニット２６は、他の窓の負荷ユニット２７〜２９と比べると一般的に使用頻度が高くなる。

ジャンクションブロック１０の内部に設置されているヒュージブルリンク１２は、その下流側の出力端子１０ｂに接続されている出力側電線２２を保護するための機能を有している。例えば、負荷ユニット２６の内部で短絡などが発生すると、ジュール熱により出力側電線２２の温度が急上昇して過熱状態になる可能性がある。それを避けるために、異常に大きい電流が流れると、ヒュージブルリンク１２がこの電流を遮断する。

上記と同じように、ヒューズ１３〜１５は異常に大きい電流を遮断して、それぞれ出力側電線２３〜２５を保護する。ここで、運転席側の窓の系統だけにヒュージブルリンク１２が採用されているのは、上記のように運転席側の窓の開閉頻度が高いためである。すなわち、使用頻度が高いと、実際の通電動作によりヒューズ等が比較的短い期間で劣化し、溶断しやすくなるためである。なお、ヒュージブルリンクは一般的なヒューズと比べて劣化が生じにくい。

一例として、出力側電線２２における線材（導体）の断面積は２［ｍｍ^２］（ｓｑ）になっている。また、他の系統の出力側電線２３〜２５については各々の断面積は１．２５［ｍｍ^２］になっている。このような電線の太さを決める際に設計者が考慮すべき事項について以下に説明する。

＜特性の具体例−１＞
電線発煙特性Ｃ１およびヒューズ溶断特性Ｃ２の例を図２に示す。図２において、横軸は電線およびヒューズに流れる電流の大きさを表し、縦軸は時間の長さを表している。

つまり、電線に大きな電流が流れると短時間で急速にその温度が上昇するので、短時間で過熱し発煙などが発生する可能性が生じる。また、電線だけでなく、ヒューズやヒュージブルリンクについても、大きな電流が流れると短時間で急速にその温度が上昇するので短時間で溶断する。

図２に示す電線発煙特性Ｃ１は、実際の電線における線材（導体）の断面積に応じて定まる。すなわち、太い電線は電気抵抗が小さいので大きな電流が流れても発熱量が小さくなり発煙までの余裕が大きくなる。したがって、図２に示す電線発煙特性Ｃ１よりも下の領域でヒューズやヒュージブルリンクが先に溶断するように設計しておけば、電線の発煙を避けることができる。

しかし、ヒューズやヒュージブルリンクは実際の物理的な太さや形状など様々な条件を反映して特性が定まるので、製造する際の特性のばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、図２に示すように実際のヒューズ溶断特性Ｃ２はばらつきを反映して比較的広い範囲内で変動しうる。また、実際の通電によりヒューズが経時的に劣化すると、ヒューズ劣化時の溶断特性Ｃ２ａとして示すように、領域内の下の方に実際の特性が遷移し、より速くヒューズが溶断する状態になる。

上記のような特性のばらつき等を考慮する必要があるので、例えば図１（ａ）に示したような回路において出力側電線２２〜２５に１０［Ａ］の定格電流を流すことを想定すると、ヒュージブルリンク１２やヒューズ１３〜１５が遮断する電流の制限値は、余裕を考慮して例えば２倍の２０［Ａ］にする必要がある。その場合、出力側電線２２〜２５の太さはその上流側のヒュージブルリンク１２やヒューズ１３〜１５の特性とマッチングさせる必要がある。

その結果、例えば出力側電線２２〜２５に実際に流す定格電流が１０［Ａ］の場合であっても、例えばその２倍の電流に対応した太さの出力側電線２２〜２５を使用する必要がある。すなわち、余裕を持たせるために、実際に流す定格電流と比べてより太い出力側電線２２〜２５を使わざるを得ない。

また、実際に電線に通電すると経時変化によりヒューズが劣化するので、図２中に示したヒューズ劣化時の溶断特性Ｃ２ａのように、ヒューズが溶断しやすくなる。そのため、例えば図１（ｂ）に示したように、通電の頻度が高く劣化が生じやすい運転席側窓の回路については、ヒュージブルリンク１２の劣化が他の回路と比べて発生しやすい。

したがって、ヒュージブルリンク１２が遮断する電流に大きな余裕を持たせる必要があり、更にこのヒュージブルリンク１２の特性とマッチングさせるために、出力側電線２２の径を他の回路よりも太くすることになる。そのため、上記のように出力側電線２２の断面積は２［ｍｍ^２］に定め、他の系統の出力側電線２３〜２５断面積は１．２５［ｍｍ^２］に定めることになる。

＜特性の具体例−２＞
電線発煙特性Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂおよび半導体ヒューズ（ＦＵＳＥ）遮断特性Ｃ３の例を図３に示す。図３において、横軸は電線およびヒューズに流れる電流の大きさを表し、縦軸は時間の長さを表している。

図３において、電線発煙特性Ｃ１Ａは電線径が太い（導体の断面積が大きい）場合の特性を表し、電線発煙特性Ｃ１Ｂは電線径が細い場合の特性を表している。つまり、図３に示す２つの電線発煙特性Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂのような違いがあるので、太い電線を採用すれば発煙が生じるまでの余裕が大きくなり、細い電線を採用すれば余裕が小さくなる。

一方、図３に示した半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３は、一般的なヒューズの代わりに半導体スイッチング素子を用いて電子制御により電流を遮断する半導体ヒューズを採用した場合の遮断特性を表している。このような半導体ヒューズを採用する場合には、製造上の特性のばらつきの影響を受けにくいので高精度で電流遮断制御が可能である。すなわち、図３に示した半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３においては、図２のヒューズ溶断特性Ｃ２のような広がりはない。

したがって、電線発煙特性Ｃ１に対する半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３の余裕分を小さくすることができる。すなわち、半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３とのマッチングを考慮した場合に、図３に示した電線発煙特性Ｃ１Ａの代わりに電線発煙特性Ｃ１Ｂを採用することが可能であり、出力側電線２２〜２５の細径化が実現する。

上記のような半導体ヒューズ（電子ヒューズ）の採用による電線の細径化の技術については、例えば特許文献１にも示されている。
しかし、半導体ヒューズを採用する場合には、半導体スイッチング素子や電子制御回路などの高価な部品が必要になるので、一般的なヒューズを用いる場合と比べてコストの上昇が懸念される。特に、多数の負荷を接続する場合には、負荷の数だけ部品数が増えるので、コストの上昇が避けられない。そのため、半導体ヒューズを採用する場合であっても、特許文献１における図１の構成のように、一般的なヒューズを負荷毎に個別に接続することになる。

次に、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態におけるジャンクションブロック１０Ａの外観及び内部構造の例を図４（ａ）に示す。また、同じジャンクションブロック１０Ａの電気回路構成を図４（ｂ）に示す。

図４（ａ）に示したジャンクションブロック１０Ａは、箱形の筐体に収容されている。このジャンクションブロック１０Ａは、車両に搭載された複数の負荷（各種電装品）に対して電源電力を供給するための接続箱として利用される。

ジャンクションブロック１０Ａの入力端子１０ａに接続されている入力側電線２１は、図示しない車載バッテリーなどの電源の出力と接続される。つまり、車載バッテリーから入力側電線２１を経由してこのジャンクションブロック１０Ａに電力が供給される。

ジャンクションブロック１０Ａの内部では、入力端子１０ａの下流側の電源線が分岐部１１で４系統に分岐し、分岐部１１の下流側の４系統の電源線が、それぞれ出力端子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅと接続されている。

また、入力端子１０ａと分岐部１１との間に半導体スイッチング素子Ｑ１が接続されている。この半導体スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳ型のトランジスタ（ＦＥＴ）であり、後述するように半導体ヒューズとして動作する構成要素である。また、出力端子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅに、それぞれ出力側電線２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、および２５Ａが接続されている。

図４（ｂ）に示したように、出力側電線２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、および２５Ａの下流側は、それぞれ負荷ユニット２６、２７、２８、および２９の電源入力部に接続されている。この例では、負荷ユニット２６〜２９は、いずれも自動車のパワーウインドウを駆動するための電子制御ユニットである。実際には、各負荷ユニット２６〜２９の下流側に窓を開閉駆動する図示しない電気モータが負荷として接続されている。つまり、自動車の４つのドアのそれぞれのパワーウインドウを負荷ユニット２６〜２９が駆動する。

また、実際には、負荷ユニット２６が運転席側の窓を駆動し、負荷ユニット２７が助手席側の窓を駆動し、負荷ユニット２８が後部座席右側の窓を駆動し、負荷ユニット２９が後部座席左側の窓を駆動するように割り当ててある。ここで、４つの負荷ユニット２６〜２９は同じ種類であり、消費する電流などの定格も共通である。

ジャンクションブロック１０Ａ内に配置されている半導体スイッチング素子Ｑ１は、その下流側の各出力端子１０ｂ〜１０ｅに接続されている出力側電線２２Ａ〜２５Ａを保護するための半導体ヒューズの機能を有している。

図４（ｂ）に示した例では、半導体スイッチング素子Ｑ１の下流側の端子と分岐部１１との間に電流検出器４５が接続してある。この電流検出器４５は、半導体スイッチング素子Ｑ１の下流側に流れる電流の大きさを検出するために利用される。例えば抵抗値の非常に小さい抵抗器を電流検出器４５として用いることにより、その箇所に流れる電流の大きさを端子間の電位差（電圧降下）として検出可能である。

制御部３０は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）として構成され、半導体スイッチング素子Ｑ１を制御することにより、半導体ヒューズの機能を実現する。すなわち、制御部３０は電流検出器４５が出力する電流信号ＳＧ２の監視により電流の大きさを検知し、この電流が異常に大きい場合に制御信号ＳＧ１を制御して半導体スイッチング素子Ｑ１を直ちに遮断する。これにより半導体スイッチング素子Ｑ１を流れる電流が遮断され、その下流側の出力側電線２２Ａ〜２５Ａの全てが保護される。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示した構成においては、４本の出力側電線２２Ａ〜２５Ａについて、いずれも導体の断面積を０．７５［ｍｍ^２］に定めてある。つまり、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した出力側電線２２〜２５と比べて径が細い出力側電線２２Ａ〜２５Ａを採用している。

このような電線の細径化が可能になるのは、半導体スイッチング素子Ｑ１を用いた半導体ヒューズを採用しているためである。つまり、半導体スイッチング素子Ｑ１が図３に示した半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３のような特性で電流を遮断するので、実際に流れる電流の大きさに対して大きな余裕を持たせる必要がなく、電線発煙特性Ｃ１Ｂに合わせた細い出力側電線２２Ａ〜２５Ａを利用できる。

図４（ａ）および図４（ｂ）において特徴的な構成は、分岐部１１の上流側に単一の半導体スイッチング素子Ｑ１を接続している点である。つまり、負荷毎に独立した半導体ヒューズを用意することなく、単一の半導体スイッチング素子Ｑ１だけで複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａの保護を可能にしている。これにより、コストの上昇を抑制しつつ半導体ヒューズを採用し、出力側電線２２Ａ〜２５Ａを細径化することが可能になる。

但し、図４（ａ）および図４（ｂ）のように単一の半導体スイッチング素子Ｑ１だけで下流側の複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａ全てを保護する場合には、特別な制限を設ける必要がある。例えば、出力側電線２２Ａ〜２５Ａに流れる電流の大きさがまちまちであると、単一の半導体スイッチング素子Ｑ１が遮断する電流の大きさを適切に決めるのが困難になる。そこで、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した構成においては、ジャンクションブロック１０Ａの出力端子１０ｂ〜１０ｅに接続する複数の負荷の種類を同一のもののみにするか、又は複数の負荷に流れる電流の定格値がほぼ同じになるようにする。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示した構成では、出力端子１０ｂ〜１０ｅに同じ種類の負荷ユニット２６〜２９を接続してあるので、単一の半導体スイッチング素子Ｑ１を適切な電流値で遮断することにより出力側電線２２Ａ〜２５Ａ全てを保護することができる。

なお、図４（ｂ）に示した構成では、分岐部１１の上流側に配置した電流検出器４５で電流を検知しているが、分岐部１１の下流側で分岐した系統毎にそれぞれ電流を検出するように構成してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態におけるジャンクションブロック１０Ｂの電気回路構成を図５に示す。また、図５中に示した制御部内部の主要な機能構成の例を図６に示す。

図５に示したジャンクションブロック１０Ｂの構成は、図４に示したジャンクションブロック１０Ａの変形例である。すなわち、ジャンクションブロック１０Ｂ内の制御部３０Ｂの動作に新たな機能が追加された点が異なっている。また、図５の構成では、ジャンクションブロック１０Ｂに接続される負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａの各々が、通信線４０を介してジャンクションブロック１０Ｂ内の制御部３０Ｂと接続されている。

負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａの各々は、出力側電線２２Ａ〜２５Ａ又は下流側の負荷に流れる電流の通電状態、あるいは負荷の稼働状態を監視し、実際の通電状態に相当する情報を通信線４０を介して制御部３０Ｂに送信することができる。

図６に示すように、制御部３０Ｂは電流検出機能３１、電流比較機能３２、過電流遮断機能３３、通信部３４、通電情報収集機能３５、通電情報蓄積機能３６、電線劣化推定機能３７、定数データ保持部３８、および電流閾値決定機能３９を備えている。
なお、図６に示した制御部３０Ｂ内の各機能の一部分をアナログ回路に置き換えることも可能である。

電流検出機能３１は、電流検出器４５が出力する電流信号ＳＧ２をサンプリングしてデジタル信号に変換することにより、検出した電流の値を電流検出値Ｖｉｘとして取得できる。

電流比較機能３２は、電流検出機能３１が出力する電流検出値Ｖｉｘと、過電流閾値Ｖｉｒとを比較する。過電流遮断機能３３は、電流比較機能３２の比較結果に応じた二値信号を制御信号ＳＧ１として出力する。この制御信号ＳＧ１により半導体スイッチング素子Ｑ１がオンオフする。つまり、電流検出値Ｖｉｘが過電流閾値Ｖｉｒを超えた時に、過電流遮断機能３３の出力する制御信号ＳＧ１に従い、半導体スイッチング素子Ｑ１が下流側の負荷に流れる電流を遮断する。

通信部３４は、制御部３０Ｂと各負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａとの間でデータ通信するための機能を提供する。なお、図５の例では制御部３０Ｂが複数の負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａの全てとの間で通信する場合を想定しているが、負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａの一部分だけと通信するように構成してもよい。例えば、複数の負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａの中で、通電頻度や通電時間に起因して劣化が最も早く発生する運転席側窓用の負荷ユニット２６Ａの通電情報だけを制御部３０Ｂが取得できれば、制御部３０Ｂは適切な制御を行うことが可能である。

通電情報収集機能３５は、通信線４０および通信部３４を介して、各負荷ユニット２６Ａ〜２９Ａが送信する通電情報を収集する。具体的な通電情報としては、通電時の電流値の平均値や最大値、通電回数、通電時間の長さなどが想定される。通電情報を収集するタイミングについては、例えば定期的に繰り返し収集したり、実際の通電動作に同期した特定のタイミングで収集することが想定される。通電情報収集機能３５が収集した情報は、通電情報蓄積機能３６により蓄積される。通電情報蓄積機能３６は、不揮発性の記憶領域に情報を蓄積し保存する。

電線劣化推定機能３７は、通電情報蓄積機能３６が蓄積している情報Ｄ２に基づいて、出力端子１０ｂ〜１０ｅに接続されている出力側電線２２Ａ〜２５Ａの劣化の程度を推定する。

すなわち、比較的大きい電流を各出力側電線２２Ａ〜２５Ａに繰り返し流すことにより、ヒューズ等の場合と同様に電線も劣化する。電線が劣化すると、発煙が生じやすくなり例えば図３に示した電線発煙特性Ｃ１Ｂが少し下方にずれた位置に変化する。このような電線の劣化の程度は、それまでの通電履歴に依存するので、通電情報蓄積機能３６が蓄積している情報Ｄ２から計算により推定可能である。例えば、それまでの累積通電時間の長さや、累積通電回数を反映するように、各電線の劣化の程度を推定できる。

なお、実際の通電の情報が利用できない場合であっても、各電線の劣化の程度をある程度、推定することは可能である。例えば、車両の走行距離や、使用日数などの情報に基づいて推定できる。勿論、上記のような情報Ｄ２を利用することにより、推定の精度を上げることができる。

電線劣化推定機能３７が電線劣化の推定に用いる計算式の内容や各種パラメータ等については、事前に決定した定数データとして定数データ保持部３８に保持しておくことができる。

電流閾値決定機能３９は、例えば定期的に、電線劣化推定機能３７の推定結果である各電線の劣化を表す情報Ｄ３を反映するように、過電流閾値Ｖｉｒを決定する。過電流閾値Ｖｉｒの初期値は、例えば図３において劣化がない状態の電線発煙特性Ｃ１Ｂよりも下の領域で半導体スイッチング素子Ｑ１が電流を遮断できるような半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３になるように決定される。例えば、定数データ保持部３８に事前に保持した特定の定数を過電流閾値Ｖｉｒの初期値とする。

そして、情報Ｄ３により各電線の劣化を検知した場合には、電流閾値決定機能３９は過電流閾値Ｖｉｒを適切に更新する。すなわち、劣化後の電線発煙特性Ｃ１Ｂに合わせて、半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３を自動的に修正する。例えば、４本の出力側電線２２Ａ〜２５Ａの各々の劣化を情報Ｄ３から検知した場合には、出力側電線２２Ａ〜２５Ａの中で最も劣化の程度が大きいものを選択し、これに合わせて過電流閾値Ｖｉｒを修正する。

＜電力供給装置の利点＞
図４（ａ）および図４（ｂ）に示したジャンクションブロック１０Ａは、半導体スイッチング素子Ｑ１を用いた半導体ヒューズにより電流を遮断するので、一般的なヒューズやヒュージブルリンクを採用した場合と比べて、特性のばらつきがなくなる。したがって、出力側電線２２Ａ〜２５Ａの細径化が可能になり、ワイヤハーネスの軽量化およびコスト低減が可能になる。また、半導体ヒューズは繰り返し利用できるので、部品交換のためのメンテナンスが不要になる。

また、図４（ａ）および図４（ｂ）の構成では、複数の出力側電線２２Ａ〜２５Ａを纏めて単一の半導体スイッチング素子Ｑ１で保護できるので、接続する負荷の数が多い場合でも半導体スイッチング素子Ｑ１等の部品数を増やす必要がなく、システム全体のコストを低減できる。

また、図５および図６の構成では、繰り返し通電の結果、出力側電線２２Ａ〜２５Ａが劣化して発煙しやすい状態に変化した場合であっても、劣化の程度を制御部３０Ｂが推定して制御に反映するので、出力側電線２２Ａ〜２５Ａを確実に保護できる。また、この制御により過電流遮断の精度が上がるので、電線発煙特性Ｃ１Ｂに対する半導体ヒューズ遮断特性Ｃ３の余裕分を減らすことが可能であり、出力側電線２２Ａ〜２５Ａを更に細径化することも可能である。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る電力供給装置の特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 上流側から供給される電源電力を下流側に接続される複数の負荷（負荷ユニット２６〜２９）にそれぞれ供給する電力供給装置（ジャンクションブロック１０Ａ、１０Ｂ）であって、
入力端子と出力端子との間の通電のオンオフを制御可能な半導体スイッチング素子（Ｑ１）と、
複数の負荷それぞれの電源入力部と個別に接続される複数の個別電力供給線（出力側電線２２Ａ〜２５Ａ）と、
前記半導体スイッチング素子の前記出力端子を前記複数の個別電力供給線に共通に接続する分岐部（１１）と、
前記半導体スイッチング素子を制御し、少なくとも前記複数の個別電力供給線を過電流から保護するための電子ヒューズ機能を実現する通電制御部（制御部３０、３０Ｂ）と、
を備えたことを特徴とする電力供給装置。

［２］ 前記複数の個別電力供給線を介してその下流側に接続される複数の負荷（負荷ユニット２６〜２９）の種類、又は消費する電流が共通の仕様に決定され、
前記複数の個別電力供給線（出力側電線２２Ａ〜２５Ａ）における各導体の断面積が同一の仕様に決定されている、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電力供給装置。

［３］ 前記通電制御部は、前記複数の個別電力供給線の少なくとも１つに関する劣化の程度を推定する劣化推定部（電線劣化推定機能３７）を備え、
前記通電制御部（電流閾値決定機能３９）は、前記劣化推定部が推定した劣化の程度を、前記電子ヒューズ機能の制限電流値に反映する、
ことを特徴とする上記［１］または［２］に記載の電力供給装置。

［４］ 前記通電制御部（通電情報収集機能３５）は、負荷側から通電に関する情報を取得し、前記劣化推定部は負荷側から取得した前記情報に基づいて劣化の程度を推定する、
ことを特徴とする上記［３］に記載の電力供給装置。

１０ ジャンクションブロック
１０ａ 入力端子
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 出力端子
１１ 分岐部
１２ ヒュージブルリンク
１３，１４，１５ ヒューズ
２１ 入力側電線
２２，２３，２４，２５ 出力側電線
２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ 出力側電線
２６，２７，２８，２９ 負荷ユニット
２６Ａ，２７Ａ，２８Ａ，２９Ａ 負荷ユニット
３０，３０Ｂ 制御部
３１ 電流検出機能
３２ 電流比較機能
３３ 過電流遮断機能
３４ 通信部
３５ 通電情報収集機能
３６ 通電情報蓄積機能
３７ 電線劣化推定機能
３８ 定数データ保持部
３９ 電流閾値決定機能
４０ 通信線
４５ 電流検出器
Ｃ１，Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ 電線発煙特性
Ｃ２ ヒューズ溶断特性
Ｃ２ａ ヒューズ劣化時の溶断特性
Ｃ３ 半導体ヒューズ遮断特性
Ｑ１ 半導体スイッチング素子
ＳＧ１ 制御信号
ＳＧ２ 電流信号
Ｖｉｘ 電流検出値
Ｖｉｒ 過電流閾値

Claims (4)

1. 上流側から供給される電源電力を下流側に接続される複数の負荷にそれぞれ供給する電力供給装置であって、
   入力端子と出力端子との間の通電のオンオフを制御可能な半導体スイッチング素子と、
   複数の負荷それぞれの電源入力部と個別に接続される複数の個別電力供給線と、
   前記半導体スイッチング素子の前記出力端子を前記複数の個別電力供給線に共通に接続する分岐部と、
   前記半導体スイッチング素子を制御し、少なくとも前記複数の個別電力供給線を過電流から保護するための電子ヒューズ機能を実現する通電制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力供給装置。
2. 前記複数の個別電力供給線を介してその下流側に接続される複数の負荷の種類、又は消費する電流が共通の仕様に決定され、
   前記複数の個別電力供給線における各導体の断面積が同一の仕様に決定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記通電制御部は、前記複数の個別電力供給線の少なくとも１つに関する劣化の程度を推定する劣化推定部を備え、
   前記通電制御部は、前記劣化推定部が推定した劣化の程度を、前記電子ヒューズ機能の制限電流値に反映する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力供給装置。
4. 前記通電制御部は、負荷側から通電に関する情報を取得し、前記劣化推定部は負荷側から取得した前記情報に基づいて劣化の程度を推定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給装置。

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