JP2020124031A - 電力分配システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができる電力分配システムを提供する。【解決手段】電力分配システムは、第１経路Ｂ１１，Ｂ１２と、第２経路Ｂ２と、第１経路Ｂ１１，Ｂ１２に設けられた第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２と、第２経路Ｂ２に複数設けられ、直列に接続されたダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）と、直流電源７から供給される電力により第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２をオン状態に駆動可能なドライバ回路４４と、を含む。ドライバ回路４４は、電力変換装置１から第１負荷５への電力の供給が停止した場合、直流電源７から供給される電力が停止され、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２をオフ状態に制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、電力分配システムに関する。

従来、自動運転の普及に伴い、１フェイルで電源が失陥しないように複数の電力供給源が搭載されている車両が増加してきている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−０７８７０１号公報

特許文献１に記載のような従来技術では、一部の電力供給源又は一部の経路に異常が発生した場合、その経路を切り離すスイッチを有している。このようなスイッチは、例えば、半導体スイッチング素子から構成されている。よって、車両が走行中であれば、ドライバ回路を駆動させて半導体スイッチング素子をオン状態で維持させる。一方、車両が停車中であっても、車両に搭載された各種負荷に暗電流を供給する必要があるため、ドライバ回路を駆動させて半導体スイッチング素子をオン状態に維持させる。結局、車両が走行中及び停車中の何れかにかかわらず、ドライバ回路を駆動させる必要があるため、ドライバ回路の消費電力により暗電流が増加する。

そこで、半導体スイッチング素子ではなくメカニカルリレーからスイッチの機能を構成させるものが従来からあるが、メカニカルリレーは、基板サイズが大きく、部品コストも増加する。なお、電力供給源がリチウムイオン電池であれば、出力電圧は約１４Ｖと高いため、暗電流はさらに増加する。したがって、上記のような従来技術であれば、部品コストは抑制できない。また、上記のような従来技術であれば、暗電流は増加することからバッテリ上がりが生じる虞がある。

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができるようにするものである。

本開示の一側面である電力分配システムは、車両に搭載され、電力変換装置及び直流電源の何れか一方から電力を供給させる電力分配システムであって、前記直流電源から電力が第１負荷に供給される第１経路と、前記第１経路と並列に設けられ、前記直流電源から電力が前記第１負荷に供給される第２経路と、前記第１経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な第１半導体スイッチング素子と、前記第２経路に複数設けられ、直列に接続されたダイオードと、前記直流電源から供給される電力により前記第１半導体スイッチング素子をオン状態に駆動可能なドライバ回路と、を備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第１負荷への電力の供給が停止した場合、前記直流電源から供給される電力が停止され、且つ前記第１半導体スイッチング素子をオフ状態に制御する、ものである。

また、本開示の一側面である電力分配システムにおいて、前記第１経路と、前記第２経路と、前記第１負荷への電力の共通経路とを接続する端子、をさらに備え、前記ドライバ回路は、前記電力変換装置から前記第１負荷への電力の供給が停止した状態であって、且つ前記直流電源から前記第２経路を介して印加された前記端子の端子電圧が停車中使用領域のうち最低電圧以下である場合、前記直流電源から電力が供給され、且つ前記第１半導体スイッチング素子をオン状態に制御する、ことが好ましい。

また、本開示の一側面である電力分配システムにおいて、前記電力変換装置と、前記端子との間を接続する第３経路と、前記第３経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な主停止用半導体スイッチング素子と、をさらに備え、前記主停止用半導体スイッチング素子は、前記電力変換装置から前記第３経路を介して印加された前記端子の端子電圧が、前記停車中使用領域のうち前記最低電圧以下である場合及び前記停車中使用領域よりも高い走行中使用領域のうち最大電圧よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、ことが好ましい。

本開示の一側面によれば、部品コストを抑制しつつ、暗電流を低減させてバッテリ上がりを防止することができる。

本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムのブロック回路図である。 本開示を適用した実施形態に係る直流電源７の放電特性の一例を示す図である。 本開示を適用した実施形態に係る暗電流Ｉｉｄの電圧特性の一例を示す図である。 本開示を適用した実施形態に係る電力変換装置１が停止している間の端子電圧ＶＡの時間変化の一例を示す図である。 本開示を適用した実施形態に係る端子電圧ＶＡの区分けを説明する概念図である。 本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムの制御例を説明するフローチャートである。 従来例における電力分配システムのブロック回路図である。

以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明するが、本開示は以下の実施形態に限られるものではない。

（回路構成）
図１は、本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムのブロック回路図である。図１に示す電力分配システムは、不図示の車両に搭載され、電力変換装置１及び直流電源７の何れか一方から電力を供給させるものである。電力の供給先は、第１負荷５及び第２負荷６である。第１負荷５は、従来から想定される一般的な負荷と、自動運転に伴う負荷とを含むものである。一般的な負荷は、例えば、電動パワーステアリング装置、ライト及びワイパ等である。自動運転は、例えば、日本政府や米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＴＳＡ）が規定している自動化レベルのレベル３（ＬＶ３）では、車両の加速、操舵、制動の制御を全てシステムが実施するものである。よって、自動運転に伴う負荷は、車両の加速、操舵、制動の制御を行うための負荷、具体的には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、各種レーダー装置、撮像装置及び各種ＥＣＵ等が該当する。

一方、第２負荷６は、最低限自動運転を継続できる負荷である。最低限自動運転を継続できる負荷は、例えば、自動化レベルのレベル２（ＬＶ２）を想定すれば、車両の加速、操舵、制動のうち複数の操作をシステムが自動的に実施することが要求されるため、それらを実現するための構成である。よって、最低限自動運転を継続できる負荷は、車両の加速、操舵、制動のうち複数の操作をシステムが自動的に行うための負荷、具体的には、自動化レベルのレベル３（ＬＶ３）を実現する構成の一部が含まれる。

なお、自動運転として、自動化レベルのレベル３（ＬＶ３）及びレベル２（ＬＶ２）について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、第１負荷５は、自動化レベルのレベル４（ＬＶ４）以上の負荷であってもよい。また、第２負荷６は、自動化レベルのレベル１（ＬＶ１）の負荷であってもよい。

また、電力変換装置１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、エンジンの回転により発電するモータ又はジェネレータから出力される高圧の出力電圧を低圧の出力電圧に変換するものである。電力変換装置１は、低圧の出力電圧を、第１負荷５と、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２を介して第２負荷６とに出力可能である。一方、直流電源７は、二次電池から構成されている。二次電池は、具体的には、リチウムイオン電池であり、バックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１として、約１４Ｖの出力電圧を第２負荷６及び第１負荷５の少なくとも一方に出力可能である。具体的には、直流電源７は、約１４Ｖの出力電圧を第２負荷６に常時出力可能に構成されている。また、詳細については後述するが、直流電源７は、電力変換装置１から第１負荷５に電力が供給されない場合、約１４Ｖの出力電圧を第１負荷５に出力可能に構成されている。

また、電力分配システムは、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２並びに第２経路Ｂ２を備え、電力変換装置１から第１負荷５に電力が供給されなかったとしても、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２並びに第２経路Ｂ２により電力を第１負荷５に供給する経路を確保するものである。第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２は、直流電源７から電力が第１負荷５に供給される電力の供給路である。第１経路Ｂ１１は、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ２を有している。第１経路Ｂ１２は、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ１及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ２を有している。第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ２、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ１及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ２のそれぞれは、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。なお、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２は、基本的にオン状態に制御されるものであって、第２経路Ｂ２、詳細については後述する第３経路Ｂ３及び共通経路Ｂｃの何れかに異常が発生した場合又はキーオフの状態のように車両が駐車中である場合にオフ状態に制御されるものである。

第２経路Ｂ２は、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２と並列に設けられ、直流電源７から電力が第１負荷５に供給される電力の供給路である。第２経路Ｂ２は、複数のダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）を有している。複数のダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）のそれぞれは、直列に接続されている。なお、第２経路Ｂ２は、複数のダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）と直列にバックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒを有している。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒは、例えば、ノーマリオンの接合型ＪＦＴから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒは、ゲートがインバータＩＮＶ２に接続され、ソースがダイオードＤ（ｎ）のアノードに接続されている。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒのドレインは、保護用半導体スイッチング素子Ｑ３ｅｒｒを介して、直流電源７に接続される。保護用半導体スイッチング素子Ｑ３ｅｒｒは、ゲートがインバータＩＮＶ３に接続され、ソースが第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２、第２経路Ｂ２並びに第２負荷６に接続され、ドレインが直流電源７に接続されている。なお、第２負荷６は、１２Ｖ系で動作する負荷であるので、直流電源７に直接接続する回路構成となる。また、バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒは、ゲートにインバータＩＮＶ２が設けられ、詳細については後述するＡ端子の端子電圧ＶＡによってオン状態とオフ状態とが切り替えられる。

なお、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２を総称する場合、第１経路Ｂ１と称する。また、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ２を総称する場合、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａと称する。また、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ１及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂ２を総称する場合、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂと称する。また、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ及び第１半導体スイッチング素子Ｑ５ｂを総称する場合、第１半導体スイッチング素子Ｑ５と称する。また、ダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）を総称する場合、ダイオードＤと称する。つまり、本実施形態においては、ダイオードＤは複数設けられていることを想定している。

第１経路Ｂ１及び第２経路Ｂ２は、共通の端子Ａを介して、第１負荷５に電力を供給する。端子Ａと、第１負荷５との間には、共通経路Ｂｃを有している。よって、直流電源７から第１負荷５に電力を供給する経路には、第１経路Ｂ１及び第２経路Ｂ２の２系統が存在する。また、端子Ａと、電力変換装置１との間には、第３経路Ｂ３を有している。第３経路Ｂ３は、端子Ａと、電力変換装置１との間を接続するものである。第３経路Ｂ３は、主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒを有している。主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒは、例えば、ノーマリオンの接合型ＪＦＴから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒは、ゲートがインバータＩＮＶ１に接続され、ソースが端子Ａ側に接続され、ドレインが電力変換装置１の低圧出力側に接続されている。主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒは、ゲートにインバータＩＮＶ１を有しているので、入力された電圧Ｖｅｒｒの極性が反転される。よって、電圧Ｖｅｒｒは、正電圧であって、且つ極性が負電圧となったときに主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒをオフ状態にするのに必要な大きさのものとする。

共通経路Ｂｃは、シャント抵抗Ｒｓを有している。シャント抵抗Ｒｓの電圧Ｖｉｎ＋及び電圧Ｖｉｎ−のそれぞれは、電圧検出器２に入力される。電圧検出器２は、２つの抵抗Ｒｔ、オペアンプＩＣ１及び電圧検出用半導体スイッチング素子Ｑ１を備えている。電圧検出用半導体スイッチング素子Ｑ１は、例えば、ＮＰＮ型トランジスタから構成され、ベースがオペアンプＩＣ１の出力端子側に接続され、コレクタがオペアンプＩＣ１の非反転入力端子側に接続され、エミッタがＥＣＵ３に接続されている。なお、エミッタとＥＣＵ３との間には電圧Ｖｏを出力するための抵抗ＲＬが接続されている。シャント抵抗Ｒｓの電圧Ｖｉｎ＋側は、ＴΩの抵抗Ｒｔを介して、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子側に接続されている。シャント抵抗Ｒｓの電圧Ｖｉｎ−側は、ＴΩの抵抗Ｒｔを介して、オペアンプＩＣ１の反転入力端子側に接続されている。つまり、オペアンプＩＣ１は、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧を検出可能に構成されている。具体的には、オペアンプＩＣ１の出力端子側から出力される電圧Ｖｏは、シャント抵抗Ｒｓを流れる測定電流Ｉｓ×シャント抵抗Ｒｓ×抵抗ＲＬ／ＴΩで求められる。なお、電圧検出器２は、直流電源７から出力されるバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１により駆動する。具体的には、電圧検出器２は、ベースとエミッタとの間が抵抗ＲＡで接続された電力供給用半導体スイッチング素子ＱＡがオン状態となったとき、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧した分圧電圧が入力される。

ＥＣＵ３は、電源回路３１、入力バッファ３２、Ａ／Ｄコンバータ３３、ドライバ回路３４、通信回路３５、記憶回路３６及びＭＣＵ３７を備えている。電源回路３１は、ベースとエミッタとの間が抵抗ＲＢで接続された電力供給用半導体スイッチング素子ＱＢがオン状態となったとき、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧した分圧電圧が入力される。電源回路３１は、入力された分圧電圧をＥＣＵ３の動作範囲電圧に降圧する。入力バッファ３２は、デジタル信号をラッチするラッチ回路から構成されている。Ａ／Ｄコンバータ３３は、電圧検出器２から出力されたアナログ信号である電圧Ｖｏをデジタル信号に変換し、ＭＣＵ３７に出力する。ＭＣＵ３７は、詳細については後述するが、電圧Ｖｏの大きさに応じた処理をするために、ドライバ回路３４を制御する。ドライバ回路３４は、ゲートドライバから構成され、電力供給用半導体スイッチング素子ＱＣを駆動する電圧Ｖ０若しくは電圧Ｖｅｒｒ並びに主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒを駆動する電圧Ｖｅｒｒを出力する。通信回路３５は、電圧Ｖｏが、後述する最低電圧Ｖ＿２に到達した場合、信号Ｐ１を出力する。記憶回路３６は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）から構成される。

ＥＣＵ４は、電源回路４１、入力バッファ４２、Ａ／Ｄコンバータ４３、ドライバ回路４４、通信回路４５、記憶回路４６及びＭＣＵ４７を備えている。電源回路４１は、ベースとエミッタとの間が抵抗ＲＣで接続された電力供給用半導体スイッチング素子ＱＣがオン状態となったとき、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧した分圧電圧が入力される。電源回路４１は、入力された分圧電圧をＥＣＵ４の動作範囲電圧に降圧する。入力バッファ４２、Ａ／Ｄコンバータ４３、記憶回路４６及びＭＣＵ４７は、入力バッファ３２、Ａ／Ｄコンバータ３３、記憶回路３６及びＭＣＵ３７と同様の構成及び機能を有しているので、それらの説明については省略する。ドライバ回路４４は、ゲートドライバから構成されている。ＭＣＵ４７は、通信回路４５から信号Ｐ１を受信した旨の通知を受けた場合、第１半導体スイッチング素子Ｑ５に電圧Ｖ１１をドライバ回路４４から出力させる。

図２は、本開示を適用した実施形態に係る直流電源７の放電特性の一例を示す図である。上記で説明したように、直流電源７は、リチウムイオン電池を想定しているため、図２に示すように、プラトー領域が存在し、その後、放電末期に急激にバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１が低下する特性となる。よって、図１に示すように複数のダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）を直列に接続させた第２経路Ｂ２を介して直流電源７から第１負荷５に暗電流Ｉｉｄを供給したとしても、端子Ａの端子電圧ＶＡが急激に低下するものではない。

図３は、本開示を適用した実施形態に係る暗電流Ｉｉｄの電圧特性の一例を示す図である。図３に示すように、端子Ａの端子電圧ＶＡが増加するにつれ、暗電流Ｉｉｄは増加する。つまり、暗電流Ｉｉｄの大きさは、端子Ａの端子電圧ＶＡの大きさに比例して大きくなる。よって、暗電流Ｉｉｄを低減させるには、可能な限り端子Ａの端子電圧ＶＡを低くするのが好ましい。しかし、直流電源７は、上記で説明したようにリチウムイオン電池を想定しているため、暗電流Ｉｉｄを供給する直流電源７のバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１は、約１４Ｖと高くなっている。よって、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２の少なくとも一方で暗電流Ｉｉｄを供給する場合、バックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１がそのまま第１負荷５に印加されるので、端子Ａの端子電圧ＶＡは高くなる。また、第１経路Ｂ１を導通状態にするには、第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオン状態に継続しつつ、ノーマリオンのバックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒをオフ状態に継続する必要があるので、ドライバ回路４４を駆動する電力が必要となる。

一方、第２経路Ｂ２は、複数のダイオードＤ（１）〜Ｄ（ｎ）を介しているので、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆによる電圧降下によりバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１が降圧される。よって、端子Ａの端子電圧ＶＡを低くすることが可能となる。さらに、第２経路Ｂ２を導通状態にするには、第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオフ状態に制御しつつ、バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒをオン状態に制御すればよい。第１半導体スイッチング素子Ｑ５は、ノーマリオフであるので、ドライバ回路４４から電圧Ｖ１１を出力しなければよい。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２１ｅｒｒは、ノーマリオンである。よって、電力変換装置１が停止している間、直流電源７は、第２負荷６に電力を供給しつつ、第２経路Ｂ２を介して第１負荷５に電力を供給すれば、暗電流Ｉｉｄを低減させることができる。

図４は、本開示を適用した実施形態に係る電力変換装置１が停止している間の端子電圧ＶＡの時間変化の一例を示す図である。図４に示すように、暗電流削減領域Ｘ（１）は、第２経路Ｂ２を介して第１負荷５に電力が供給される期間に相当する。よって、端子電圧ＶＡは、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆに応じた電圧降下が生じる。また、端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２に到達した場合、第１半導体スイッチング素子Ｑ５がオン状態となり、第１経路Ｂ１１及び第１経路Ｂ１２の少なくとも一方を介して直流電源７から第１負荷５に電力が供給される。端子電圧ＶＡが、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆに相当する大きさまで上昇した場合、ＥＣＵ３は、第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオフ状態に制御する。このような制御により、第１負荷５は、第２経路Ｂ２を介して直流電源７から電力が供給される。

つまり、ドライバ回路４４は、直流電源７から供給される電力により第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオン状態に駆動可能なものである。また、ドライバ回路４４は、電力変換装置１から第１負荷５への電力の供給が停止した場合、直流電源７から供給される電力が停止され、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオフ状態に制御する。よって、図４に示すように、第１負荷５は、図４の従来品ｑと開発品ｐとの差分Ｄｉｆｆ分の時間だけ直流電源７による電力の供給継続時間が延長される。

図５は、本開示を適用した実施形態に係る端子電圧ＶＡの区分けを説明する概念図である。停車中使用領域Ｘ（３）は、不図示の車両が停車中の端子電圧ＶＡの変動範囲を示す。よって、端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）の範囲内にあれば、電力変換装置１は停止状態である。よって、端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）の範囲内にあれば、第１負荷５は、第２経路Ｂ２を介して直流電源７から電力が供給される。したがって、バックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１は、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆの電圧降下が生じたものとなる。なお、ダイオードＤの１個分の順方向電圧Ｖｆは、例えば、０．７（Ｖ）である。停車中使用領域Ｘ（３）は、端子電圧ＶＡの変動範囲の下限が最低電圧Ｖ＿２である。端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下になれば、第１負荷５に供給する電力は不足する。よって、第１負荷５は、暗電流Ｉｉｄが不足する。したがって、端子電圧ＶＡの変動範囲は、最低電圧Ｖ＿２以下の範囲が禁止領域Ｘ（５）となる。つまり、端子電圧ＶＡが禁止領域Ｘ（５）の範囲内であれば、端子電圧ＶＡは低電圧となるので、電力分配システムは異常状態となる。

一方、走行中使用領域Ｘ（２）は、端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）よりも高い範囲であって、端子電圧ＶＡの変動範囲の上限が最大電圧Ｖ＿１である。端子電圧ＶＡが最大電圧Ｖ＿１よりも高くなれば、第１負荷５に供給する電力は過剰となる。よって、第１負荷５は、暗電流Ｉｉｄが供給過多になる。したがって、端子電圧ＶＡの変動範囲は、最大電圧Ｖ＿１より高い範囲が禁止領域Ｘ（４）となる。つまり、端子電圧ＶＡが禁止領域Ｘ（４）の範囲内であれば、端子電圧ＶＡは過電圧となるので、電力分配システムは異常状態となる。

換言すれば、端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下及び最大電圧Ｖ＿１より高いの何れかである場合、電力分配システムは異常状態であるので、ＥＣＵ３は、主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒをオフ状態に制御する。この結果、第３経路Ｂ３が非導通状態となるため、第１負荷５は、第２経路Ｂ２を介して直流電源７から電力が供給される。

具体的には、ドライバ回路４４は、電力変換装置１から第１負荷５への電力の供給が停止した状態であって、且つ直流電源７から第２経路Ｂ２を介して印加された端子Ａの端子電圧ＶＡが、停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下である場合、直流電源７から電力が供給され、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオン状態に制御する。なお、主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒは、電力変換装置１から第３経路Ｂ３を介して印加された端子Ａの端子電圧ＶＡが、停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下である場合及び停車中使用領域Ｘ（３）よりも高い走行中使用領域Ｘ（２）のうち最大電圧Ｖ＿１よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、

（動作）
図６は、本開示を適用した実施形態に係る電力分配システムの制御例を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理が電圧安定確認処理である。不図示の車両が停車した場合、電力分配システムは、第２経路Ｂ２を介して、暗電流Ｉｉｄを供給するので、電圧安定確認処理とは、不図示の車両が停車していることを検知することに相当する。不図示の車両が動いている場合、電力変換装置１は駆動している。一方、不図示の車両が停車している場合、電力変換装置１は駆動が停止する。つまり、電力変換装置１が駆動している場合、端子電圧ＶＡはリップルが重畳される。一方、電力変換装置１が駆動していない場合、端子電圧ＶＡはリップルが重畳されないため、端子電圧ＶＡは安定する。よって、端子電圧ＶＡが安定しているか否かにより、電力変換装置１が駆動しているか否かを判定することができる。なお、リップルは、端子電圧ＶＡの最大値と最小値との差を、端子電圧ＶＡの平均値で割ったものの割合とする。よって、リップルの公差の範囲を閾値で定めれば、リップルが閾値を超えているか否かにより、求めたリップルが外来ノイズによる誤差であるのか、又は電力変換装置１の駆動によるものであるかが判定可能である。閾値は、リップルの大きさが電力変換装置１の駆動によるものである場合よりも小さな値が設定される。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ３は、電圧安定確認検出周期であるか否かを判定する。ＥＣＵ３は、電圧安定確認検出周期であると判定する場合（ステップＳ１１；Ｙ）、ステップＳ１２の処理に移行する。ＥＣＵ３は、電圧安定確認検出周期でないと判定する場合（ステップＳ１１；Ｎ）、ステップＳ１１の処理を継続する。電圧安定確認検出周期は、リップルを正確に求めるためにＥＣＵ３が電圧Ｖｏを検出する周期である。上記で説明したように、電圧ＶｏはＥＣＵ３に入力され続けているので、リップルの判定精度を満たす一定の周期で検出する。ステップＳ１２において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡを検出し、ステップＳ１３の処理に移行する。ステップＳ１３において、ＥＣＵ３は、一定時間が経過したか否かを判定する。ＥＣＵ３は、一定時間が経過したと判定する場合（ステップＳ１３；Ｙ）、ステップＳ１４の処理に移行する。ＥＣＵ３は、一定時間が経過していないと判定する場合（ステップＳ１３；Ｎ）、ステップＳ１２の処理に戻る。一定時間は、求めるリップルが、外来ノイズによる誤差であるのか、又は電力変換装置１の駆動によるものであるかを判定するのに十分な期間が設定される。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡの最大値、最小値及び平均値を求め、ステップＳ１５の処理に移行する。ステップＳ１５において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡの最大値、最小値及び平均値に基づき端子電圧ＶＡのリップルを求め、ステップＳ１６の処理に移行する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ３は、リップルが閾値を超えるか否かを判定する。ＥＣＵ３は、リップルが閾値を超えると判定する場合（ステップＳ１６；Ｙ）、ステップＳ２４の処理に移行する。ステップＳ２４において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下及び最大電圧Ｖ＿１より高いの何れかであるか否かを判定する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下及び最大電圧Ｖ＿１より高いの何れかであると判定する場合（ステップＳ２４；Ｙ）、ステップＳ１７の処理に移行する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下及び最大電圧Ｖ＿１より高いの何れかでないと判定する場合（ステップＳ２４；Ｎ）、処理を終了する。ＥＣＵ３は、リップルが閾値を超えていないと判定する場合（ステップＳ１６；Ｎ）、ステップＳ１７の処理に移行する。

ステップＳ１７において、ＥＣＵ３は、直流電源７からドライバ回路４４に供給する電力を停止させ、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオフ状態にさせ、ステップＳ１８の処理に移行する。具体的には、ＥＣＵ３は、ドライバ回路３４から電圧Ｖ０を電力供給用半導体スイッチング素子ＱＣのベース−エミッタ間に出力させない。この結果、ＥＣＵ４はバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１が印加されないため、ドライバ回路４４に電力は供給されない。よって、第１半導体スイッチング素子Ｑ５のゲートは電圧Ｖ１１が印加されないため、第１半導体スイッチング素子Ｑ５はオフ状態にされる。

ステップＳ１８において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡを検出し、ステップＳ１９の処理に移行する。ステップＳ１９において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下であるか否かを判定する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下であると判定する場合（ステップＳ１９；Ｙ）、ステップＳ２０の処理に移行する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下でないと判定する場合（ステップＳ１９；Ｎ）、すなわち、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡが停車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２より高いと判定する場合（ステップＳ１９；Ｎ）、ステップＳ１８の処理に戻る。

ステップＳ２０において、ＥＣＵ３は、ドライバ回路４４に電力を直流電源７から供給させ、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオン状態にさせ、ステップＳ２１の処理に移行する。ステップＳ２１において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡを検出し、ステップＳ２２の処理に移行する。ステップＳ２２において、ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡがダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆの大きさに到達したか否かを判定する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡがダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆの大きさに到達したと判定する場合（ステップＳ２２；Ｙ）、ステップＳ２３の処理に移行する。ＥＣＵ３は、端子Ａの端子電圧ＶＡがダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆの大きさに到達していないと判定する場合（ステップＳ２２；Ｎ）、ステップＳ２１の処理に戻る。ステップＳ２３において、ＥＣＵ３は、直流電源７からドライバ回路４４に供給する電力を停止させ、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオフ状態にさせ、ステップＳ１１の処理に戻る。

なお、ステップＳ２３からステップＳ１１の処理に戻ることにより、電力変換装置１の駆動が再開されたか否かを確認することができる。このような処理が不要であれば、ステップＳ２３からステップＳ１８の処理に戻させることで、図４に記載の端子電圧ＶＡの制御を実行すればよい。ただし、この場合、ステップＳ１８〜ステップＳ２３の処理を途中で中断するために、適宜不図示の中断処理が実行されるのが好ましい。

（作用効果）
次に、従来例と比較して本実施形態の作用効果について説明する。図７は、従来例における電力分配システムのブロック回路図である。なお、図１と共通する回路構成についての説明は省略する。図７における図１との相違点は、図７に示すように、第２経路Ｂ２が、ノーマリオンとなる機械式リレーＲＬＹ１を有し、バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２２ｅｒｒにより、機械式リレーＲＬＹ１のオン状態及びオフ状態が切り替えられる点にある。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２２ｅｒｒは、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから構成され、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能なスイッチとして機能するものである。バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２２ｅｒｒは、ベースとエミッタとの間が抵抗ＲＥで接続された電力供給用半導体スイッチング素子ＱＥがオン状態となったとき、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧した分圧電圧がバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ２として入力される。この結果、バックアップ用半導体スイッチング素子Ｑ２２ｅｒｒがオン状態となることで、機械式リレーＲＬＹ１の可動接点がグランド側に引きつけられるため、機械式リレーＲＬＹ１はオフ状態に制御される。このような動作をする機械式リレーＲＬＹ１は、基板サイズが大きいので、部品コストが高くなる。

以上の説明から、本実施形態において、直流電源７から電力が第１負荷５に供給される第１経路Ｂ１と並列に設けられた第２経路Ｂ２には複数直列に接続されたダイオードＤが設けられている。第２経路Ｂ２は、直流電源７から第１負荷５に電力を供給する供給路である。電力変換装置１から第１負荷５への電力の供給が停止した場合、直流電源７からドライバ回路４４に供給される電力が停止され、第１経路Ｂ１に設けられた第１半導体スイッチング素子Ｑ５がオフ状態に制御されることで、第２経路Ｂ２は第１負荷５に電力を供給する供給路として使用される。

よって、機械式リレーＲＬＹ１を用いることがないため、部品コストを抑制することができる。また、ドライバ回路４４が駆動されないため、ドライバ回路４４の消費電力が暗電流Ｉｉｄを増加させることもない。また、第２経路Ｂ２を介して第１負荷５に電力が供給されるということは、ダイオードＤを介して第１負荷５に電力が供給されるということである。ダイオードＤを介した電力の供給路であれば、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆにより直流電源７のバックアップ電圧Ｖｂａｃｋ１が降圧されるため、端子Ａの端子電圧ＶＡを低くすることができる。よって、暗電流Ｉｉｄを低減させることができる。したがって、部品コストを抑制しつつ、暗電流Ｉｉｄを低減させてバッテリ上がりを防止することができる。

また、本実施形態において、電力変換装置１から第１負荷５への電力の供給が停止した状態であって、且つ直流電源７から第２経路Ｂ２を介して印加された端子Ａの端子電圧ＶＡが停止車中使用領域Ｘ（３）のうち最低電圧Ｖ＿２以下である場合、ドライバ回路４４は、直流電源７から電力が供給され、且つ第１半導体スイッチング素子Ｑ５をオン状態に制御する。よって、暗電流Ｉｉｄが不足したときには第１経路Ｂ１が利用されるので、ダイオードＤが含まれる第２経路Ｂ２は経由されずに第１負荷５に電力が供給される。したがって、ダイオードＤのｎ個分の順方向電圧Ｖｆの電圧降下を回避できるので、第１負荷５に暗電流Ｉｉｄを供給する供給量の不足を防止することができる。

また、本実施形態において、主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒは、電力変換装置１から第３経路Ｂ３を介して印加された端子Ａの端子電圧ＶＡが最低電圧Ｖ＿２以下である場合及び最大電圧Ｖ＿１よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される。よって、端子Ａの端子電圧ＶＡが禁止領域Ｘ（４）及び禁止領域Ｘ（５）の何れかであれば、主停止用半導体スイッチング素子Ｑ１ｅｒｒはオフ状態に制御される。したがって、端子Ａの端子電圧ＶＡが過電圧及び低電圧に至る状況を回避できるので、安定した電力供給を実現することができる。

以上、本開示を適用した電力分配システムを実施形態に基づいて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態においては、ＥＣＵ３からの指令に基づき、ＥＣＵ４に含まれるドライバ回路４４が制御されることにより第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２が制御される一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、ＥＣＵ３に含まれるドライバ回路３４から第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２が制御される回路構成であってもよい。

また、例えば、本実施形態においては、シャント抵抗Ｒｓ及び電圧検出器２を用いて端子Ａの端子電圧ＶＡを求める一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示のホール素子を用いて端子Ａの端子電圧ＶＡを求める回路構成であってもよい。

また、例えば、本実施形態においては、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２により第１経路Ｂ１を導通状態に制御する一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示の半導体リレーを用いて第１経路Ｂ１を導通状態に制御する回路構成であってもよい。

また、例えば、本実施形態においては、第１半導体スイッチング素子Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ
２，Ｑ５ｂ１及びＱ５ｂ２がＮチャネルＭＯＳＦＥＴから構成されている一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、不図示のＰチャネルＭＯＳＦＥＴから構成されている回路構成であってもよい。

１ 電力変換装置
２ 電圧検出器
３ ＥＣＵ
３１ 電源回路、３２ 入力バッファ、３３ Ａ／Ｄコンバータ、３４ ドライバ回路
３５ 通信回路、３６ 記憶回路、３７ ＭＣＵ
４ ＥＣＵ
４１ 電源回路、４２ 入力バッファ、４３ Ａ／Ｄコンバータ、４４ ドライバ回路
４５ 通信回路、４６ 記憶回路、４７ ＭＣＵ
５ 第１負荷、６ 第２負荷、７ 直流電源
Ｂ１，Ｂ１１，Ｂ１２ 第１経路、Ｂ２ 第２経路、Ｂ３ 第３経路
Ｂｃ 共通経路
ＲＬＹ１ 機械式リレー
Ｑ１ 電圧検出用半導体スイッチング素子
ＱＡ〜ＱＥ 電力供給用半導体スイッチング素子
Ｑ５，Ｑ５ａ，Ｑ５ａ１，Ｑ５ａ２，Ｑ５ｂ，Ｑ５ｂ１，Ｑ５ｂ２ 第１半導体スイッチング素子
Ｑ１ｅｒｒ 主停止用半導体スイッチング素子
Ｑ２１ｅｒｒ，Ｑ２２ｅｒｒ バックアップ用半導体スイッチング素子
Ｑ３ｅｒｒ 保護用半導体スイッチング素子
Ｄ，Ｄ（１）〜Ｄ（ｎ） ダイオード
Ａ 端子
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３ インバータ
Ｒｔ，Ｒ１，Ｒ２，ＲＡ〜ＲＥ，ＲＬ 抵抗、Ｒｓ シャント抵抗
ＩＣ１ オペアンプ
Ｖ０，Ｖｅｒｒ，Ｖ１１，Ｖｏ，Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ− 電圧
Ｖ＿１ 最大電圧、Ｖ＿２ 最低電圧
Ｖｂａｃｋ１，Ｖｂａｃｋ２ バックアップ電圧、Ｖｆ 順方向電圧、ＶＡ 端子電圧
Ｉｓ 測定電流、Ｉｉｄ 暗電流
Ｐ１ 信号
Ｄｉｆｆ 差分、ｐ 開発品、ｑ 従来品
Ｘ（１） 暗電流削減領域、Ｘ（２） 走行中使用領域
Ｘ（３） 停車中使用領域、Ｘ（４），Ｘ（５） 禁止領域

Claims (3)

1. 車両に搭載され、電力変換装置及び直流電源の何れか一方から電力を供給させる電力分配システムであって、
   前記直流電源から電力が第１負荷に供給される第１経路と、
   前記第１経路と並列に設けられ、前記直流電源から電力が前記第１負荷に供給される第２経路と、
   前記第１経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な第１半導体スイッチング素子と、
   前記第２経路に複数設けられ、直列に接続されたダイオードと、
   前記直流電源から供給される電力により前記第１半導体スイッチング素子をオン状態に駆動可能なドライバ回路と、
   を備え、
   前記ドライバ回路は、
   前記電力変換装置から前記第１負荷への電力の供給が停止した場合、前記直流電源から供給される電力が停止され、且つ前記第１半導体スイッチング素子をオフ状態に制御する、
   ことを特徴とする電力分配システム。
2. 前記第１経路と、前記第２経路と、前記第１負荷への電力の共通経路とを接続する端子、
   をさらに備え、
   前記ドライバ回路は、
   前記電力変換装置から前記第１負荷への電力の供給が停止した状態であって、且つ前記直流電源から前記第２経路を介して印加された前記端子の端子電圧が停車中使用領域のうち最低電圧以下である場合、前記直流電源から電力が供給され、且つ前記第１半導体スイッチング素子をオン状態に制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力分配システム。
3. 前記電力変換装置と、前記端子との間を接続する第３経路と、
   前記第３経路に設けられ、オン状態及びオフ状態の何れか一方に切り替え可能な主停止用半導体スイッチング素子と、
   をさらに備え、
   前記主停止用半導体スイッチング素子は、
   前記電力変換装置から前記第３経路を介して印加された前記端子の端子電圧が、前記停車中使用領域のうち前記最低電圧以下である場合及び前記停車中使用領域よりも高い走行中使用領域のうち最大電圧よりも高い場合のうち何れか一方である場合、オフ状態に制御される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力分配システム。

Images