JP2019187037A

JP2019187037A - 電力供給装置および車両

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Publication number: JP2019187037A
Application number: JP2018073764A
Authority: JP
Inventors: 俊光山口; Toshimitsu Yamaguchi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP7056332B2

Abstract

【課題】電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることが可能な電力供給装置および車両を提供する。【解決手段】電力供給装置は、電源の電力供給先を複数の負荷の何れかに選択的に切り替えるリレーを有する電力供給装置であって、電源に接続される負荷を切り替える制御を行う制御部を備え、制御部は、電力供給先が第１負荷から第２負荷に切り替えられる際、リレーに流れる電流値に基づいて、第２負荷への電力供給タイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本開示は、電力供給装置および車両に関する。

従来、モータ等の負荷と電源との接続状態を切り替えるリレーを備える電力供給装置が知られている。このような電力供給装置においては、例えば、負荷に電力の供給を開始した際には、突入電流等の過剰電流が発生する場合がある。このような過剰電流が発生したときに、リレー接点が開放されると、リレー接点でアークが発生する。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１に記載の構成では、リレーを開放する際にリレー接点で過剰電流を検出した場合、リレーの開放動作を禁止する制御が行われる。

特開平１１−２９７１７６号公報

ところで、電源の電力供給先を、複数の負荷の何れかに選択的に切替可能なリレーを有する構成であると、リレーが何れかの負荷に接続された状態となるため、負荷を切り替える際の切り替わるまでの間が、各負荷のリレー接点が開放された状態となる。そのため、第１負荷に微小な時間接続された後、即座に第２負荷に切り替えられる場合、第１負荷に接続された際に発生する過剰電流に起因してアークが発生して、リレーの接点の性能等に影響を及ぼすという問題が生じる。また、当該過剰電流に起因して、リレーと電源との間に接続された回路素子等に影響を及ぼすという問題も生じる。つまり、当該過剰電流に起因して、装置全体の信頼性に影響するおそれがあった。

本開示の目的は、電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることが可能な電力供給装置および車両を提供することである。

本開示に係る電力供給装置は、
電源の電力供給先を複数の負荷の何れかに選択的に切り替えるリレーを有する電力供給装置であって、
前記電源に接続される負荷を切り替える制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記電力供給先が第１負荷から第２負荷に切り替えられる際、前記リレーに流れる電流値に基づいて、前記第２負荷への電力供給タイミングを調整する。

本開示に係る車両は、
上記した電力供給装置を備える。

本開示によれば、電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることができる。

本開示の実施の形態に係る電力供給装置を示す図である。リレーを流れる電流値の時間変化を示す図である。電力供給装置におけるリレー制御の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る電力供給装置１０を示す図である。

図１に示すように、電力供給装置１０は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両１に搭載される。電力供給装置１０は、電源供給部１１と、モータ１２と、リレー１３と、停止部１４と、制御部１５とを有する。

電源供給部１１は、電源１１Ａの電力をモータ１２に供給する部分であり、スイッチング素子等の半導体素子１１Ｂを有している。電源供給部１１は、制御部１５の制御の下、半導体素子１１Ｂをオンオフされることで、モータ１２に電力が供給される供給状態と、モータ１２に電力が供給されない非供給状態とに切り替えられる。半導体素子１１Ｂは、本開示の「切替部」に対応する。

モータ１２は、例えばワイパーを駆動させる駆動源であり、インダクタ素子である第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２を有する。第１負荷Ｌ１は、低速動作用のインダクタ素子であり、第２負荷Ｌ２は、高速動作用のインダクタ素子である。なお、以下の説明では、第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２を特に区別せずにいうときは、単に「負荷」という。

リレー１３は、第１負荷Ｌ１に接続される第１端子１２Ａと、第２負荷Ｌ２に接続される第２端子１２Ｂとに接続可能に構成されている。つまり、リレー１３は、制御部１５の制御の下、接続先を第１端子１２Ａおよび第２端子１２Ｂの何れかに切り替えられることで、電源１１Ａの電力供給先を第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２の何れかに選択的に切替可能に構成されている。

なお、図１では、リレー１３が第１端子１２Ａに接続された状態を実線で示し、リレー１３が第２端子１２Ｂに接続された状態を破線で示している。また、本実施の形態では、電力が供給されていない初期状態においては、第１端子１２Ａにリレー１３が接続されるものとする。

停止部１４は、モータ１２への電力供給が停止された際、第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２の何れかに残存する運動エネルギーをグランドに逃がしてモータ１２を停止させるためのものである。停止部１４は、電源供給部１１とリレー１３との間に設けられ、グランドに接続された、スイッチング素子等の回路素子１４Ａ等を有する。

停止部１４は、制御部１５の制御の下、モータ１２へ電力が供給されているとき、当該回路素子１４Ａがオフにされ、モータ１２への電力供給が停止されているとき、当該回路素子１４Ａがオンにされる。

制御部１５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えており、予め設定されたプログラムに基づいて、電源１１Ａに接続される負荷を切り替える制御を行う。

制御部１５は、例えばワイパーを動作させるために、ユーザがワイパースイッチ等を操作した際の指令である所定指令を受けた指令タイミングで負荷の切替を行う。例えば、制御部１５は、ワイパーを低速動作させる指令を受けた場合、電源供給部１１により電力供給状態として、上述した第１端子１２Ａに電力を供給させる。

また、制御部１５は、電力供給先が、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替えられる際、電源１１Ａと第１負荷Ｌ１との接続時間に基づいて、第２負荷Ｌ２への切替タイミングを調整する。言い換えると、制御部１５は、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替えられる際、電源１１Ａと第１負荷Ｌ１との接続時間に基づいて、第２負荷Ｌ２への電力供給タイミングを調整する。

具体的には、制御部１５は、第１負荷Ｌ１に電力が供給され始めてから所定時間以内に所定指令を受けた場合、切替タイミングを指令タイミングより遅らせる。切替タイミングは、第１負荷Ｌ１に電力が供給され始めてから所定時間経過後とされる。

所定時間は、例えば、第１負荷Ｌ１に突入電流が発生することで、電流値が所定値以上となっている時間であり、実験やシミュレーション等により任意に設定可能な時間である。そのため、切替タイミングは、所定指令を受けてから所定時間経過後、つまり、電流値が所定値未満となったタイミングに設定される。

所定値は、停止部１４における回路素子１４Ａ等が破壊される可能性がある程度の電流値である。つまり、本実施の形態では、第１負荷Ｌ１と電源１１Ａとの接続時間に基づいて、電流値が判断される。

ところで、ワイパースイッチは、例えば、停止状態、低速動作状態、高速動作状態の３段階に位置を遷移可能に構成されているが、ユーザによっては、停止状態から、低速動作状態を跨いで高速動作状態にワイパースイッチを遷移させる場合がある。そのため、電力の供給が開始された際、初期状態においてリレー１３が接続される第１端子１２Ａの部分に、瞬間的に電力が供給された後、即座にリレー１３が第２端子１２Ｂに接続される。

各端子において電力供給の開始の際、突入電流等の過剰電流が発生する場合がある。第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２にリレー１３が切り替えられると、その切り替わりの間は、リレー１３が何れの負荷からも開放された状態になる。そのため、第１負荷Ｌ１へ過剰電流が発生した際に、リレー１３が開放されると、当該過剰電流に起因してアークが発生するという問題が生じる。また、当該過剰電流に起因してサージが発生して、停止部１４の回路素子１４Ａ等が破壊される等、回路素子１４Ａに影響を及ぼすという問題が生じる。つまり、当該過剰電流に起因して装置全体の信頼性に影響を与えるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、第１負荷Ｌ１に電力が供給され始めてから第１負荷Ｌ１に過剰電流が流れている間、第２負荷Ｌ２へのリレー１３の切替が行われず、当該過剰電流が収まったタイミングで、第２負荷Ｌ２と電源１１Ａとが接続される。

具体的には、図２に示すように、時刻ｔ１で第１負荷Ｌ１に電力が供給され始め、リレー１３を流れる電流値が急激に上昇して所定値を超える。そして、時刻ｔ１から所定時間内の時刻ｔ２において、所定指令を受けたとしても、本実施の形態では、負荷の切り替えが行われない。そして、時刻ｔ１から所定時間経過時である時刻ｔ３以降で、負荷の切り替えが行われる。

そのため、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替わる際に、過剰電流に起因してアークが発生したり、停止部１４の回路素子１４Ａに影響を及ぼすという問題が発生することを抑制することができる。すなわち、本実施の形態では、電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることができる。

また、ユーザによっては、例えば、第２負荷Ｌ２で電力供給装置１０を動作させているとき、第１負荷Ｌ１に瞬間的に接続させた後、即座に第２負荷Ｌ２に戻すような操作をする場合がある。このような場合、第１負荷Ｌ１に接続させた際に過剰電流が発生するので、上記の問題が生じる可能性があるが、本実施の形態では、当該過剰電流が収まるまで、リレー１３を第１負荷Ｌ１に接続させたままとなるので、当該問題が発生することを防止することができる。

また、制御部１５は、第１負荷Ｌ１に電力の供給が開始されてから所定時間経過後に、所定指令を受けた場合、指令タイミングと略同じタイミングを切替タイミングとする。このようにすることで、過剰電流が発生していないようなときには、電力供給先を迅速に切り替えることができる。

以上のように構成された電力供給装置１０におけるリレー制御の動作の一例について説明する。図３は、電力供給装置１０におけるリレー制御の動作の一例を示すフローチャートである。図３における処理は、電力供給装置１０に電力の供給が開始されたときや、電力が供給されてない状態の負荷と電源１１Ａとが接続された直後の状態のときに適宜行われる。

図３に示すように、制御部１５は、負荷切替のための所定指定を受けたか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、負荷切替の所定指令を受けていない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、本制御は終了する。一方、負荷切替の所定指令を受けた場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部１５は、電力供給開始から所定時間が経過したか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。

判定の結果、所定時間が経過していない場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理が繰り返される。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部１５は、負荷を切り替える（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の後、本制御は終了する。

以上のように構成された本実施の形態によれば、第１負荷Ｌ１に電力が供給され始めてから第１負荷Ｌ１に過剰電流が流れている間、第２負荷Ｌ２へのリレー１３の切替が行われず、当該過剰電流が収まったタイミングで、第２負荷Ｌ２と電源１１Ａとが接続される。その結果、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替わる際に、過剰電流に起因してアークが発生したり、停止部１４の回路素子１４Ａに影響を及ぼすという問題が発生することを抑制することができる。すなわち、本実施の形態では、電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、第２負荷Ｌ２へのリレー１３の切替タイミングを調整することで、第２負荷Ｌ２への電力供給タイミングを調整していたが、本開示はこれに限定されず、第２負荷Ｌ２への電力供給の開始タイミングそのものを調整しても良い。

例えば、制御部１５は、第１負荷Ｌ１と第２負荷Ｌ２との間で連続的な切り替えが行われる場合において、電源１１Ａと第１負荷Ｌ１とが接続された際、第１負荷Ｌ１への電力の供給を一定時間停止する。そして、制御部１５は、電力の供給が停止されているときに、電力供給先が第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替わった場合、第２負荷Ｌ２に切り替わったタイミング以降で、第２負荷Ｌ２への電力の供給を開始する。

このようにすることで、第１負荷Ｌ１に接続されている間は、電力の供給が停止されるので、電流値がゼロであると判断される。そのため、第２負荷Ｌ２に迅速に切り替えて、電力を第２負荷Ｌ２に供給することができる。第２負荷Ｌ２に接続されたタイミング以降で、電力の供給が開始されるので、第１負荷Ｌ１が電源１１Ａに接続されているときに過剰電流が発生しない。その結果、負荷の切替時にアーク等の問題が発生することを防止することができる。

また、第１負荷Ｌ１への電力供給の停止時間は、任意に設定しても良い。また、第２負荷Ｌ２への電力供給開始のタイミングは、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替わった後である限り、どのようなタイミングであっても良い。

また、上記実施の形態では、電源１１Ａと第１負荷Ｌ１との接続時間に基づいて、電流値を判断していたが、本開示はこれに限定されず、リレー１３に流れる電流を検出する電流検出部（図示せず）によって、電流値を検出する構成であっても良い。制御部１５は、電流検出部の検出結果に基づいて、第２負荷Ｌ２への電力供給タイミングを調整する。これにより、図２における電流値が所定値を超えている間だけ、第２負荷Ｌ２への電力供給タイミングを待てば良いので、電力供給タイミングをより正確なタイミングとすることができる。なお、電流検出部は、過電流検出回路等、電流を測定可能なものであればどのようなものであっても良い。

また、上記の説明では、第１負荷Ｌ１から第２負荷Ｌ２に切り替わる場合について説明したが、第２負荷Ｌ２から第１負荷Ｌ１に切り替わる場合についても同様の制御を行うことができる。

また、上記実施の形態では、図１において回路素子１４Ａがスイッチング素子であるものを例示したが、本開示はこれに限定されず、その他の回路素子であっても良い。また、回路素子は、リレー１３と電源供給部１１との間の配線に接続された、電力供給装置１０以外の装置内の素子であっても良い。

また、上記実施の形態では、電力供給装置１０が停止部１４を有する構成であったが、本開示はこれに限定されず、停止部１４以外のものを有する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、２つの負荷（第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２）を有する構成であったが、本開示はこれに限定されず、３つ以上の負荷を有する構成であっても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示の電力供給装置は、電力供給先を複数の負荷間で切り替える際における、装置全体の信頼性を向上させることが可能な電力供給装置および車両として有用である。

１車両
１０電力供給装置
１１電源供給部
１１Ａ電源
１１Ｂ半導体素子
１２モータ
１２Ａ第１端子
１２Ｂ第２端子
１３リレー
１４停止部
１４Ａ回路素子
１５制御部
Ｌ１第１負荷
Ｌ２第２負荷

Claims

電源の電力供給先を複数の負荷の何れかに選択的に切り替えるリレーを有する電力供給装置であって、
前記電源に接続される負荷を切り替える制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記電力供給先が第１負荷から第２負荷に切り替えられる際、前記リレーに流れる電流値に基づいて、前記第２負荷への電力供給タイミングを調整する、
電力供給装置。
前記制御部は、前記電源と前記第１負荷との接続時間に基づいて前記電流値を判断する、
請求項１に記載の電力供給装置。
前記リレーに流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電力供給タイミングを決定する、
請求項１に記載の電力供給装置。
前記制御部は、
所定指令を受けた指令タイミングで前記負荷の切り替えを行い、
前記電流値が所定値以上であるときに前記所定指令を受けた場合、前記第２負荷への切替タイミングを前記指令タイミングより遅らせる、
請求項１〜３の何れか１項に記載の電力供給装置。
前記制御部は、前記切替タイミングを前記電流値が前記所定値未満となったタイミングとする、
請求項４に記載の電力供給装置。
前記制御部は、
前記第１負荷と前記第２負荷との間で連続的な切り替えが行われる場合において、前記電源と前記第１負荷とが接続された際、前記第１負荷への電力の供給を一定時間停止し、
前記電力の供給が停止されているときに、前記電力供給先が前記第１負荷から前記第２負荷に切り替わった場合、前記第２負荷に切り替わったタイミング以降で、前記第２負荷への前記電力の供給を開始する、
請求項１に記載の電力供給装置。
前記リレーと前記電源との間に接続される回路素子を備える、
請求項１〜６の何れか１項に記載の電力供給装置。
前記負荷は、インダクタ素子である、
請求項１〜７の何れか１項に記載の電力供給装置。
前記電源と前記リレーとの間に設けられ、前記負荷に電力が供給される供給状態と、前記負荷に電力が供給されない非供給状態とに切り替える切替部を備える、
請求項１〜８の何れか１項に記載の電力供給装置。
請求項１〜９の何れか１項に記載の電力供給装置を備える、
車両。