JP2022150075A - 電源切替装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源部及び蓄電部から電力を供給し得る電源システムにおいて電源の切り替えを行うことができ、蓄電部からの電力供給を監視する上で有利な技術を提供する。【解決手段】第１切替部７０は、第１導電路５１よりも第２導電路５２のほうが電圧が大きい所定の第１状態のときに第１導電路５１から第１出力路６１に電力を供給し、所定の第２状態のときに第２導電路５２から第１出力路６１に電力を供給する。第２切替部８０は、第４導電路５４よりも第３導電路５３のほうが電圧が大きい所定の第３状態のときに第４導電路５１から第２出力路６２に電力を供給し、所定の第４状態のときに第３導電路５３から第２出力路６２に電力を供給する。素子部は、第３導電路５３の電圧が第２導電路５２の電圧よりも低い所定状態である場合に第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れることを許容し、上記所定状態でない場合に遮断する。【選択図】図１

Description

本開示は、電源切替装置に関するものである。
特許文献１には、車載電源装置の一例が開示される。特許文献１の車載電源装置は、車両に搭載された二次電池から車載機器へ電源を供給する車載電源装置である。この車載電源装置において電圧補償手段は、車載機器へ供給される電圧が第１設定値以下になった場合に、車載機器へ供給される電源電圧の低下を抑制して補償する。無停電電源手段は、車載機器へ供給される電圧が第１設定値よりも小さい第２設定値以下になった場合に、二次電池とは別の他の二次電池の電力を、車載機器のうちの一部に対して供給する。
特開２０１３－２８２９５号公報
特許文献１の技術は、主電源からの電力供給が途絶えた場合に、別電源からの電力に基づいて複数の負荷に電力を供給し得る構成であるが、別電源からの電力供給の経路を監視することを想定していない。
本開示は、電源部及び蓄電部から電力を供給し得る電源システムにおいて電源の切り替えを行うことができ、且つ、蓄電部からの電力供給を監視する上で有利な技術を提供する。
本開示の一つである電源切替装置は、
電源部と、蓄電部と、前記電源部からの電力の供給経路である電力路とを備えた電源システムにおいて電源の切り替えに用いられる電源切替装置であって、
前記電力路から電力の供給を受ける経路である第１導電路と、
前記蓄電部に基づく電力を供給する経路である第２導電路と、
前記蓄電部に基づく電力を供給する経路であり、前記第２導電路とは異なる経路である第３導電路と、
前記電力路から電力の供給を受ける経路である第４導電路と、
第１負荷に電力を供給する経路である第１出力路と、
第２負荷に電力を供給する経路である第２出力路と、
前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも大きい場合に前記第１導電路からの電力を前記第１出力路に供給し、前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも小さい場合に前記第２導電路からの電力を前記第１出力路に供給するように切り替える第１切替部と、
前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも大きい場合に前記第４導電路からの電力を前記第２出力路に供給し、前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも小さい場合に前記第３導電路からの電力を前記第２出力路に供給するように切り替える第２切替部と、
前記第３導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも低い所定状態である場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを許容し、前記所定状態でない場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを遮断する素子部と、
を有する。
本開示に係る技術は、電源部及び蓄電部から電力を供給し得る電源システムにおいて電源の切り替えを行うことができ、且つ、蓄電部からの電力供給を監視する上で有利である。
図１は、第１実施形態の電源切替装置を含む車載システムの一例を概略的に示す回路図である。 図２は、図１の車載システムにおいて、蓄電部１２に基づく電力供給が停止した状態での電力の供給状態を説明する説明図である。 図３は、図１の車載システムにおいて、電源切替装置が第１供給動作及び第２供給動作を行っている状態での電力の供給状態を説明する説明図である。 図４は、図１の車載システムにおいて、電源失陥（電力路での地絡発生）が生じた場合の電力の供給状態を説明する説明図である。
［本開示の実施形態の説明］
以下では、本開示に係る実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔１〕～〔４〕の特徴は、矛盾しない組み合わせでどのように組み合わされてもよい。
〔１〕電源部と、蓄電部と、前記電源部からの電力の供給経路である電力路とを備えた電源システムにおいて電源の切り替えに用いられる電源切替装置であって、
前記電力路から電力の供給を受ける経路である第１導電路と、
前記蓄電部に基づく電力を供給する経路である第２導電路と、
前記蓄電部に基づく電力を供給する経路であり、前記第２導電路とは異なる経路である第３導電路と、
前記電力路から電力の供給を受ける経路である第４導電路と、
第１負荷に電力を供給する経路である第１出力路と、
第２負荷に電力を供給する経路である第２出力路と、
前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも大きい所定の第１状態のときに前記第１導電路からの電力を前記第１出力路に供給し、前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも小さい所定の第２状態のときに前記第２導電路からの電力を前記第１出力路に供給するように切り替える第１切替部と、
前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも大きい所定の第３状態のときに前記第４導電路からの電力を前記第２出力路に供給し、前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも小さい所定の第４状態のときに前記第３導電路からの電力を前記第２出力路に供給するように切り替える第２切替部と、
前記第３導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも低い所定状態である場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを許容し、前記所定状態でない場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを遮断する素子部と、
を有する電源切替装置。
上記〔１〕に記載の電源切替装置は、電源部から電力路を介して供給されるべき電力が途絶えた場合に、蓄電部からの電力を利用して第１負荷及び第２負荷に電力を供給することができる。しかも、上記〔１〕の電源切替装置は、第３導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも低い所定状態である場合に第２導電路から第３導電路へ電流が流れることを許容し、上記所定状態でない場合には第２導電路から第３導電路へ電流が流れることを遮断する。つまり、上記電源切替装置は、上記所定状態であるか否かが第３導電路に反映されるため、第３導電路が監視対象とされれば、蓄電部からの電力供給を監視する上で有利である。所定の第１状態は、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも大きい状態であってもよく、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも第１所定値以上大きい状態であってもよい。所定の第２状態は、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも小さい状態であってもよく、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも第２所定値以上小さい状態であってもよい。所定の第３状態は、第４導電路の電圧が第３導電路の電圧よりも大きい状態であってもよく、第４導電路の電圧が第３導電路の電圧よりも第３所定値以上大きい状態であってもよい。所定の第４状態は、第４導電路の電圧が第３導電路の電圧よりも小さい状態であってもよく、第４導電路の電圧が第３導電路の電圧よりも第４所定値以上小さい状態であってもよい。第１所定値及び第２所定値を採用する場合、第１所定値は、第２所定値と同一であってもよく、異なってもよい。第３所定値及び第４所定値を採用する場合、第３所定値は、第４所定値と同一であってもよく、異なってもよい。
〔２〕上記〔１〕に記載の電源切替装置において、以下の特徴を有する。上記第１切替部は、スイッチ部と、駆動部と、ダイオードを具備する遮断部と、を備える。上記スイッチ部は、上記第１導電路と上記第１出力路との間に設けられ、オン状態のときに上記第１導電路と上記第１出力路の間の導通を許容し、オフ状態のときに上記第１導電路と上記第１出力路の間の導通を遮断する。上記駆動部は、上記第１導電路の電圧が上記第２導電路の電圧よりも大きい場合又は上記第１導電路の電圧が上記第２導電路の電圧よりも第１所定値以上大きい場合に上記スイッチ部をオン状態とし、上記第１導電路の電圧が上記第２導電路の電圧よりも小さい場合又は上記第１導電路の電圧が上記第２導電路の電圧よりも第２所定値以上小さい場合に上記スイッチ部をオフ状態とする。上記遮断部のダイオードのアノードに上記第２導電路が電気的に接続され、上記遮断部のダイオードのカソードに上記第１出力路が電気的に接続されている。
上記〔２〕に記載の電源切替装置は、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも相対的に大きい状態ではスイッチ部をオン状態とすることで、電源部に基づく電力を、損失を抑えて第１出力路に供給することができる。一方で、〔２〕の電源切替装置は、第１導電路の電圧が第２導電路の電圧よりも相対的に小さい状態では、蓄電部に基づく電力を、ダイオードを介して第１出力路に即座に供給することができる。
〔３〕上記〔２〕に記載の電源切替装置において、以下の特徴を有する。上記第２切替部は、第２ダイオードと第３ダイオードとを備える。上記第２ダイオードのアノードが上記第４導電路に電気的に接続され、、上記第２ダイオードのカソードが上記第２出力路に電気的に接続されている。上記第３ダイオードのアノードが上記第３導電路に電気的に接続され、上記第３ダイオードのカソードが上記第２出力路に電気的に接続されている。
上記〔３〕に記載の電源切替装置は、電源部に基づく電源電圧が相対的に高い場合に電源部に基づいて第２出力路に電力供給を行い、失陥等によって電源電圧が相対的に低下した場合に蓄電部に基づいて即座に第２出力路に電力供給を行い得る構成を、より簡易に実現することができる。
〔４〕上記〔１〕から上記〔３〕のいずれか一つに記載の電源切替装置において、以下の特徴を有する。上記蓄電部からの電力供給を制御する電力制御装置を有する。上記電力制御装置は、第１切替動作と第２切替動作と検出動作とを行う。上記第１切替動作は、上記蓄電部に基づく電力を上記第２導電路に供給する第１供給動作と、上記蓄電部から上記第２導電路への電力供給を停止する第１停止動作とを切り替える動作である。上記第２切替動作は、上記蓄電部に基づく電力を上記第３導電路に供給する第２供給動作と、上記蓄電部から上記第３導電路への電力供給を停止する第２停止動作とを切り替える動作である。上記検出動作は、上記第１供給動作及び上記第２停止動作を行っている状態で上記第３導電路の電圧を検出する動作である。
上記〔４〕に記載の電源切替装置は、蓄電部に基づく電力を別々の経路（第２導電路及び第３導電路の各々）に出力することができ、各経路への出力を個別に切り替えることができる。しかも、この電源切替装置は、一方の経路（第３導電路）を出力と監視に兼用して、他方の経路（第２導電路）からの出力が適正になされているかを確認することができるため、蓄電部からの電力供給が適切になされているか否かの監視を、より簡易な構成で実現することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
＜第１実施形態＞
１．車載システムの概要
図１には、車載システム２が示される。図１の車載システム２は、主に、車載用電源システム３と第１負荷１０１と第２負荷１０２とを備える。車載用電源システム３は、以下の説明において電源システム３とも称される。車載システム２は、電源システム３によって複数の負荷に電力を供給し、複数の負荷を動作させるシステムである。図１では、複数の負荷として、第１負荷１０１及び第２負荷１０２が例示されるが、車載システム２にはこれら以外の負荷が設けられていてもよい。
第１負荷１０１は、車両に搭載される電気部品である。第１負荷１０１は、第１出力路６１を介して供給される電力を受けて動作する。第１負荷１０１の種類は限定されない。第１負荷１０１としては、公知の様々な車載部品が採用され得る。第１負荷１０１は、複数の電気部品を有していてもよく、単一の電気部品であってもよい。
第２負荷１０２は、車両に搭載される電気部品である。第２負荷１０２は、第２出力路６２を介して供給される電力を受けて動作する。第２負荷１０２としては、公知の様々な車載部品が採用され得る。第２負荷１０２は、複数の電気部品を有していてもよく、単一の電気部品であってもよい。第１負荷１０１と第２負荷１０２は、同種の負荷であってもよく、異なる種類の負荷であってもよい。
電源システム３は、車載システム２に含まれる複数の負荷に電力を供給するシステムである。電源システム３は、電源部９１又は蓄電部１２を電力供給源として第１負荷１０１及び第２負荷１０２に電力を供給するシステムとして構成されている。電源システム３は、電源部９１から第１負荷１０１及び第２負荷１０２に電力を供給することができ、故障などによって電源部９１からの電力供給が途絶えた場合に、蓄電部１２から第１負荷１０１及び第２負荷１０２に電力を供給することができるシステムである。
２．電源システムの概要
電源システム３は、電源部９１と、蓄電部１２と、電源部９１からの電力の供給経路である電力路９４と、電源切替装置５とを備える。
電源部９１は、第１負荷１０１及び第２負荷１０２へ電力を供給し得る車載用電源である。電源部９１は、例えば、鉛バッテリ等の公知の車載バッテリとして構成されている。電源部９１は、鉛バッテリ以外のバッテリによって構成されていてもよく、バッテリに代えて又はバッテリに加えてバッテリ以外の電源手段を有していてもよい。電源部９１は、正極が電力路９４に電気的に接続され、負極がグラウンドに電気的に接続される。電源部９１は、電力路９４に一定値の直流電圧を印加する。電源部９１が電力路９４に印加する電圧は、上記一定値から多少変動してもよい。
蓄電部１２は、少なくとも電源部９１からの電力供給が途絶えたときに電力供給源となる電源である。蓄電部１２は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等の公知の蓄電手段によって構成されている。蓄電部１２は、電気二重層キャパシタ以外のキャパシタによって構成されていてもよく、キャパシタに代えて又はキャパシタに加えて他の蓄電手段（バッテリなど）を備えていてもよい。蓄電部１２は、正極が導電路４５に電気的に接続され、負極がグラウンドに電気的に接続される。蓄電部１２の出力電圧（蓄電部１２によって導電路４５に印加される電圧）は、電源部９１の出力電圧（電源部９１によって電力路９４に印加される電圧）よりも大きくてもよく、小さくてもよい。
本明細書において、電圧とは、特に限定が無い限り、グラウンド電位（例えば０Ｖ）に対する電圧であり、グラウンド電位との電位差である。例えば、電力路９４に印加される電圧とは、電力路９４の電位とグラウンド電位との電位差である。
電力路９４は、電源部９１に基づく電力が伝送される経路である。図１の例では、電力路９４は、電源部９１の出力電圧が印加される経路である。電力路９４は、第１導電路５１、第４導電路５４に電気的に接続されている。電力路９４には、リレーやスイッチが設けられていてもよく、リレーやスイッチによって電力路９４の導通が遮断可能とされていてもよい。
３．電源切替装置の構成
電源切替装置５は、電源システム３において電源の切り替えに用いられる装置である。電源切替装置５は、主に、第１装置１０と第２装置５０とを備える。
第１装置１０は、蓄電部１２に基づく電力を出力し得るバックアップ装置である。第１装置１０は、蓄電部１２と、スイッチ２０,２２，２４と、電力制御装置１１と、導電路４１，４２，４３，４４，４５とを備える。第１装置１０は、蓄電部１２に基づく電力を、第２導電路５２及び第３導電路５３にそれぞれ出力し得る。
電力制御装置１１は、蓄電部１２からの電力供給を制御する装置である。電力制御装置１１は、電圧変換回路１４、制御部１６、放電回路１８、ダイオード２６，２８、導電路４６，４７，４８、電圧検出部３０などを備える。
電圧変換回路１４は、例えばＤＣＤＣコンバータなどによって構成されている。電圧変換回路１４は、導電路４２に印加される直流電圧を降圧又は昇圧して導電路４５に出力電圧を印加する第１変換動作を行い得る。例えば、スイッチ２２がオン状態になっているときに電圧変換回路１４が第１変換動作を行うことで蓄電部１２に対して電源部９１からの電力に基づく充電電流が供給される。電圧変換回路１４は、導電路４５に印加される直流電圧を降圧又は昇圧して導電路４２，４７に出力電圧を印加する第２変換動作を行い得る。例えば、スイッチ２２がオフ状態であり且つスイッチ２４がオン状態であるときに、電圧変換回路１４が第２変換動作を行うことで、蓄電部１２からの電力に基づく直流電圧が導電路４２，４３及び第２導電路５２に印加される。電圧変換回路１４の動作は、制御部１６によって制御される。
放電回路１８は、導電路４８と導電路４４との間に設けられ、導電路４８に印加された電圧に基づいて導電路４４に放電電流を供給する放電動作と、この放電動作を停止させる停止動作とを行い得る。放電回路１８は、導電路４８と導電路４４との間を導通状態と非導通状態とに切り替えるスイッチによって構成されていてもよく、ＤＣＤＣコンバータによって構成されていてもよい。スイッチ２０がオン状態となっている場合、又は電圧変換回路１４が導電路４７に出力電圧を印加している場合に放電回路１８が放電動作を行うことで、蓄電部１２からの電力に基づく直流電圧が導電路４４及び第３導電路５３に印加される。
導電路４５は、蓄電部１２の正極に電気的に接続された導電路である。例えば、導電路４５は、自身の電位が蓄電部１２の正極の電位と同電位となるように短絡している。スイッチ２０は、導電路４５と導電路４６の間を導通状態（短絡状態）と非導通状態（遮断状態）とに切り替える素子である。導電路４６は、スイッチ２０の一端とダイオード２６のアノードとを短絡する導電路である。ダイオード２６は、自身のアノードが導電路４６に電気的に接続され、自身のカソードが導電路４８に電気的に接続された素子である。スイッチ２０は、導電路４５と導電路４６との間を導通状態と非導通状態とに切り替える素子である。スイッチ２０がオン状態のときには、ダイオード２６のアノードに蓄電部１２の出力電圧が印加され、ダイオード２６のアノードと蓄電部１２の正極とが同電位となる。スイッチ２０がオフ状態のときには、導電路４５と導電路４６とが電気的に切り離され、導電路４５と導電路４６の間の導通が遮断される。
導電路４７は、電圧変換回路１４からの出力経路として機能し得る導電路である。ダイオード２８は、自身のアノードが導電路４７に電気的に接続され、自身のカソードが導電路４８に電気的に接続された素子である。導電路４８は、放電回路１８の一端に電気的に接続された導電路である。
導電路４１は、電力路９４に電気的に接続された導電路である。導電路４１の電位は、電力路９４の電位と同電位とされる。導電路４３は、第２導電路５２に電気的に接続された導電路である。導電路４３の電位は、第２導電路５２の電位と同電位とされる。導電路４２は、導電路４１と導電路４３との間に介在する導電路である。導電路４２は、スイッチ２２がオン状態であるときに導電路４１と同電位又はほぼ同電位となる。導電路４２は、スイッチ２４がオン状態であるときに導電路４３と同電位又はほぼ同電位となる。導電路４２は、電圧変換回路１４の一端に電気的に接続され、第１変換動作のときには入力側の導電路とされ、第２変換動作のときには出力側の導電路とされる。
なお、スイッチ２０，２２，２４は、ＦＥＴ等の半導体スイッチであってもよく、機械式リレーであってもよい。
制御部１６は、情報処理機能、演算機能、制御機能などを有する情報処理装置である。制御部１６は、演算処理部としても機能する。制御部１６は、電圧変換回路１４に上記第１変換動作を行わせる第１制御と、電圧変換回路１４に上記第２変換動作を行わせる第２制御とを行う。制御部１６は、放電回路１８に上記放電動作を行わせる第３制御と、放電回路１８に上記停止動作を行わせる第４制御とを行う。
電圧検出部３０は、第３導電路５３に印加された電圧の値を特定し得る値であるアナログ電圧値を出力する回路である。電圧検出部３０は、第３導電路５３に印加された電圧の値と同一の電圧値を制御部１６に入力する回路であってもよく、第３導電路５３に印加された電圧の値に比例した値を制御部１６に入力する回路であってもよい。図１の例では、電圧検出部３０が抵抗３１,３２による分圧回路とされており、第３導電路５３に印加された電圧の値を分圧回路によって分圧した値が検出値として制御部１６に入力される。
第２装置５０は、第１負荷１０１に供給する電力を、電源部９１に基づく電力とするか、蓄電部１２に基づく電力とするかを切り替える装置である。第２装置５０は、第２負荷１０２に供給する電力を、電源部９１に基づく電力とするか、蓄電部１２に基づく電力とするかを切り替える装置でもある。
第２装置５０は、第１導電路５１と、第２導電路５２と、第３導電路５３と、第４導電路５４と、第１出力路６１と、第２出力路６２と、第１切替部７０と、第２切替部８０と、第４ダイオード８４とを備える。
第１導電路５１は、電力路９４から電力の供給を受ける経路である。第１導電路５１は、電力路９４に電気的に接続される。第１導電路５１の電位は、電力路９４の電位と同電位とされる。
第２導電路５２は、蓄電部１２に基づく電力を供給する経路である。第２導電路５２は、導電路４３に電気的に接続される。第２導電路５２の電位は、導電路４３の電位と同電位とされる。スイッチ２４がオン状態のときには、第２導電路５２の電位は、導電路４２の電位と同電位又はほぼ同電位とされる。
第３導電路５３は、蓄電部１２に基づく電力を供給する経路であり、第２導電路５２とは異なる経路である。第３導電路５３は、導電路４４に電気的に接続される。第３導電路５３の電位は、導電路４４の電位と同電位とされる。
第１出力路６１は、第１負荷１０１に電力を供給する経路である。第１出力路６１は、第１負荷１０１に電気的に接続される。例えば、第１出力路６１に印加された電圧が、第１負荷１０１の一端に印加される。
第２出力路６２は、第２負荷１０２に電力を供給する経路である。第２出力路６２は、第２負荷１０２に電気的に接続される。例えば、第２出力路６２に印加された電圧が、第２負荷１０２の一端に印加される。
第４ダイオード８４は、素子部の一例に相当する。第４ダイオード８４は、自身のアノードが第２導電路５２に電気的に接続され、自身のカソードが第３導電路５３に電気的に接続される。第４ダイオード８４のアノードの電位は、第２導電路５２の電位と同電位とされる。第４ダイオード８４のカソードの電位は、第３導電路５３の電位と同電位とされる。第４ダイオード８４は、第３導電路５３の電圧が第２導電路５２の電圧よりも低い所定状態である場合に第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れることを許容し、上記所定状態でない場合に第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れることを遮断する。具体的には、第２導電路５２の電位が第３導電路５３の電位に対して第４ダイオード８４の順方向電圧Ｖｆを超える程度に大きい場合に第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れ、そうでない場合には、第２導電路５２から第３導電路５３へは電流が流れない。
第１切替部７０は、第１出力路６１に電力を供給するための電源を切り替える回路である。第１切替部７０は、スイッチ部７４と、駆動部の一例に相当する比較回路７２と、遮断部の一例に相当する第１ダイオード７１とを備える。
比較回路７２（駆動部）は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合又は第１所定値以上大きい場合にスイッチ部７４をオン状態とし、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい場合又は第２所定値以上小さい場合にスイッチ部７４をオフ状態とする回路である。比較回路７２は、例えば公知のヒステリシスコンパレータとして構成される。第１所定値及び第２所定値を採用する場合、第１所定値と第２所定値は同一であってもよく、異なっていてもよい。第１所定値及び第２所定値は、０であってもよく、正の値であってもよい。比較回路７２は、例えば、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも第１所定値以上大きい場合にＬレベルの電圧信号を出力する。比較回路７２は、Ｌレベルの電圧信号を出力している状態で、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい状態に切り替わった場合にＨレベルの電圧信号を出力する状態に切り替わる。この場合、第１所定値は、０よりも大きく第１導電路５１の電圧及び第２導電路５２の電圧よりも小さい正の値である。比較回路７２は、Ｈレベルの電圧信号を出力している状態で、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも第１所定値以上大きい状態に切り替わった場合にＬレベルの電圧信号を出力する状態に切り替わる。上記Ｌレベルの電圧信号は、スイッチ部７４のオン動作を指示する信号である。上記Ｈレベルの電圧信号は、スイッチ部７４のオフ動作を指示する信号である。
なお、比較回路７２は、別の構成のヒステリシスコンパレータとして構成されてもよい。例えば、比較回路７２は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合にスイッチ部７４をオン状態とし、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも第２所定値以上小さい場合にスイッチ部７４をオフ状態とするように動作してもよい。例えば、比較回路７２は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合にＬレベルの電圧信号を出力し、Ｌレベルの電圧信号を出力している状態で、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも第２所定値以上小さい状態に切り替わった場合にＨレベルの電圧信号を出力する状態に切り替わり、Ｈレベルの電圧信号を出力している状態で、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい状態に切り替わった場合にＬレベルの電圧信号を出力する状態に切り替わってもよい。或いは、比較回路７２は、一般的なコンパレータとして構成されてもよく、この場合、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合にＬレベルの電圧信号を出力してスイッチ部７４をオン状態とし、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい場合にＨレベルの電圧信号を出力してスイッチ部７４をオフ状態とすることができる。
スイッチ部７４は、第１導電路５１と第１出力路６１との間に設けられ、オン状態のときに第１導電路５１と第１出力路６１の間の導通を許容し、オフ状態のときに第１導電路５１と第１出力路６１の間の導通を遮断する。スイッチ部７４は、互いに逆向きに配置され且つ直列に接続された一対のＦＥＴ７４Ａ，７４Ｂを有する。ＦＥＴ７４Ａ，７４Ｂは、例えば、Ｐチャネル型のＦＥＴ（Field effect transistor）として構成されている。スイッチ部７４は、比較回路７２からＨレベルの電圧信号が出力されている場合にＦＥＴ７４Ａ，７４Ｂがいずれもオフ状態となり、第１導電路５１と第１出力路６１との間の通電を双方向に遮断する。スイッチ部７４は、比較回路７２からＬレベルの電圧信号が出力されている場合にＦＥＴ７４Ａ，７４Ｂがいずれもオン状態となり、第１導電路５１と第１出力路６１との間の通電を双方向に許容する。
第１ダイオード７１（遮断部）のアノードには第２導電路５２が電気的に接続され、第１ダイオード７１のカソードには第１出力路６１が電気的に接続されている。第１ダイオード７１のアノードの電位は、第２導電路５２の電位と同電位とされる。第１ダイオード７１のカソードの電位は、第１出力路６１の電位と同電位とされる。第１ダイオード７１は、第２導電路５２の電位が第１出力路６１の電位に対して第１ダイオード７１の順方向電圧Ｖｆを超える程度に大きい場合に第２導電路５２から第１出力路６１へ電流を流し、そうでない場合には、第２導電路５２から第１出力路６１へは電流を流さない。
このように構成された第１切替部７０は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも相対的に大きい所定の第１状態のとき（具体的には、少なくとも第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも第1所定値以上大きい場合）にスイッチ部７４をオン状態とし、第１導電路５１からの電力を第１出力路６１に供給する。スイッチ部７４がオン状態のときには、第１導電路５１と同等の電圧（第２導電路５２よりも大きい電圧）が第１出力路６１に印加されるため、第２導電路５２から第１出力路６１へは電流が流れない。一方、第１切替部７０は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも相対的に小さい所定の第２状態のとき（具体的には、少なくとも第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい場合）には、スイッチ部７４をオフ状態とし、第２導電路５２からの電力を第１出力路６１に供給する。スイッチ部７４がオフ状態のときには、第１導電路５１から第１出力路６１への電力供給が遮断されるため、第１出力路６１の電圧は第２導電路５２の電圧より低下し、第２導電路５２から第１ダイオード７１を介して第１出力路６１に電流が流れる。
第２切替部８０は、第２ダイオード８２と第３ダイオード８３とを備える。第２ダイオード８２のアノードには第４導電路５４が電気的に接続されるとともに電源部９１に基づく電圧が印加されている。第２ダイオード８２のカソードは、第２出力路６２に電気的に接続されている。第２ダイオード８２のアノードの電位は、電力路９４及び第４導電路５４の電位と同電位とされる。第２ダイオード８２のカソードの電位は、第２出力路６２の電位と同電位とされる。第３ダイオード８３のアノードは、第３導電路５３に電気的に接続されている。第３ダイオードのカソードは、第２出力路６２に電気的に接続されている。第３ダイオード８３のアノードの電位は、第３導電路５３の電位と同電位とされる。第３ダイオード８３のカソードの電位は、第２出力路６２の電位と同電位とされる。第２切替部８０は、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも大きい場合を「所定の第３状態」とし、この第３状態のときに第４導電路５４からの電力を第２出力路６２に供給する。第２切替部８０は、第４導電路５４の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい場合を「所定の第４状態」とし、この第４状態のときに第２導電路５２からの電力を第２出力路６２に供給するように切り替える。具体的には、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも大きい場合には、電力路９４及び第４導電路５４から第２ダイオード８２を介して第２出力路６２に電流が流れ、第３導電路５３から第２出力路６２へは電流は流れない。第３導電路５３の電圧が第４導電路５４の電圧よりも大きい場合には、第３導電路５３から第３ダイオード８３を介して第２出力路６２に電流が流れ、第４導電路５４から第２出力路６２へは電流は流れない。
４．電源切替装置の動作
電源切替装置５において、電力制御装置１１は、第１切替動作と第２切替動作と検出動作とを行う。第１切替動作は、蓄電部１２に基づく電力を第２導電路５２に供給する第１供給動作と、蓄電部１２から第２導電路５２への電力供給を停止する第１停止動作とを切り替える動作である。
制御部１６は、第１供給動作を行う場合、スイッチ２２をオフ状態とし、スイッチ２４をオン状態とするようにスイッチ２２，２４を制御し、電圧変換回路１４に対して第２変換動作を行わせる。第２変換動作を行うときの電圧変換回路１４の出力電圧の目標値は、電源部９１が電力路９４に印加する電圧の値よりも少し小さい値であり、第１負荷１０１を動作させるために必要となる最低電圧よりも大きい値である。制御部１６は、蓄電部１２によって導電路４５に印加される電圧（蓄電部１２の出力電圧）よりも上記目標値が大きい場合には、電圧変換回路１４に対して第２変換動作として昇圧動作を行わせ、導電路４２に上記目標値の電圧を出力させるように制御する。制御部１６は、蓄電部１２によって導電路４５に印加される電圧（蓄電部１２の出力電圧）よりも上記目標値が小さい場合には、電圧変換回路１４に対して第２変換動作として降圧動作を行わせ、導電路４２に上記目標値の電圧を出力させるように制御する。なお、上記の第２変換動作によって導電路４２に目標値の電圧が出力されていても、ダイオード７１，８４を介して電流が流れない限りは、蓄電部１２からの電力の消費は抑えられる。
制御部１６は、上記の第１停止動作を行う場合、例えば電圧変換回路１４の動作を停止させる。第１停止動作のときには、スイッチ２２は、オフ状態としてもよく、オン状態としてもよい。第１停止動作のときには、スイッチ２４は、オフ状態としてもよく、オン状態としてもよい。なお、第１停止動作は、電圧変換回路１４を動作させつつ、スイッチ２４をオフ状態とする動作であってもよい。
第２切替動作は、蓄電部１２に基づく電力を第３導電路５３に供給する第２供給動作と、蓄電部１２から放電回路１８を介して第３導電路５３へ電力を供給することを停止する第２停止動作とを切り替える動作である。
制御部１６は、第２供給動作を行う場合、スイッチ２０をオン状態にする制御又は電圧変換回路１４に対し導電路４７に電圧を出力させる制御の少なくともいずれかを行いつつ、放電回路１８に放電動作を行わせる。第２供給動作によって導電路４４及び第３導電路５３に印加される電圧は、電源部９１が電力路９４に印加する電圧の値よりも少し小さい値であり、第２負荷１０２を動作させるために必要となる最低電圧よりも大きい値である。
次の説明は、電源システム３の動作に関する。
電源システム３は、車載システム２が搭載された車両が動作停止状態（イグニッションスイッチなどの始動スイッチがオフ状態となっている場合）でも、電源部９１に基づく電圧（例えば、電源部９１の出力電圧と同等の電圧）を電力路９４、第１導電路５１、第４導電路５４に印加する。なお、電源システム３は、上記動作停止状態のときには、上述の第１供給動作や第２供給動作を行わず、蓄電部１２から第２導電路５２及び第３導電路５３へ電力を供給しないように遮断する。この場合、電源部９１に基づく適正電圧が第１導電路５１及び第４導電路５４に印加される正常状態であり、電力制御装置１１が第１供給動作及び第２供給動作を行っていなければ、電源部９１からの電力に基づき、第１出力路６１及び第２出力路６２に電力が供給される。図２にはこの場合の電力供給状態が示されており、上記正常状態であり且つ電力制御装置１１が第１供給動作及び第２供給動作を行っていない場合には、図２に示される矢印のような経路で電力が供給される。
電源システム３は、予め定められた所定の開始条件が成立した場合に、電力制御装置１１が上記第１供給動作及び上記第２供給動作を開始する。所定の開始条件は、「車両が始動状態になる」という条件であってもよく、「車両が始動してから一定時間経過する」という条件であってもよく、「蓄電部１２の出力電圧が所定値以上に達する」という条件であってもよく、その他の条件であってもよい。例えば、電力制御装置１１は、車載システム２が搭載された車両が始動状態となった場合（イグニッションスイッチなどの始動スイッチがオン状態となった場合）に所定の開始条件の成立と判定し、第１供給動作及び第２供給動作を開始する。なお、以下の説明では、電力制御装置１１が第１供給動作及び第２供給動作を行う期間が通常動作期間であり、電力制御装置１１が後述の検出動作を行う期間が検出動作期間である。
電力制御装置１１が第１供給動作及び第２供給動作を行っている通常動作期間は、第２導電路５２には第１供給動作に基づく所定の第１電圧（上記目標値の電圧）が印加され、第３導電路５３には第２供給動作に基づく所定の第２電圧（放電回路１８からの放電に基づく電圧）が印加される。上記第１電圧と上記第２電圧は同一であってもよく、異なっていてもよい。上記通常動作期間では、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合に、図３における矢印Ｆ１のような経路で電源部９１に基づく電力が第１出力路６１に供給され、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さい場合には、図３における矢印Ｆ２のような経路で蓄電部１２に基づく電力が第１出力路６１に供給される。また、通常動作期間は、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも大きい場合には、図３における矢印Ｆ３のような経路で電源部９１に基づく電力が第２出力路６２に供給され、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも小さい場合には、図３における矢印Ｆ４のような経路で蓄電部１２に基づく電力が第２出力路６２に供給される。このような動作がなされるため、例えば、上記通常動作期間に図４で示される位置Ｐ１において地絡が生じ、電源部９１に基づく電圧が第１導電路５１及び第４導電路５４に印加されなくなったとしても、図４の矢印Ｆ５，Ｆ６のような経路で蓄電部１２に基づく電力が第１負荷１０１及び第２負荷１０２に即座に供給されることになる。また、この場合には、ＦＥＴ７４Ａ，７４Ｂがいずれもオフ状態に切り替えられるため、矢印Ｆ５の経路で供給される電力が地絡部分に回り込むようなことも抑えられる。
更に、電力制御装置１１は、所定の検出動作期間に検出動作を行うこともできる。検出動作期間は、予め定められた検出開始条件が成立してから、検出動作が終わるまでの期間である。検出開始条件は、「車両の始動スイッチがオフ状態からオン状態になる」という条件であってもよく、「前回の検出動作の終了から一定期間が経過する」という条件であってもよく、「車両の始動から一定期間が経過する」という条件であってもよく、その他の条件であってもよい。電力制御装置１１は、上記の検出開始条件が成立した場合、検出動作を開始する。検出動作は、第１供給動作及び第２停止動作を行っている状態で第３導電路５３の電圧を検出する動作である。具体的には、電力制御装置１１は、第２導電路５２に所定電圧（目標値の電圧）を印加するように第１供給動作を行いつつ、放電回路１８から導電路４４へ電流を流さないように放電動作の停止（第２停止動作）を継続した状態で、制御部１６によって第３導電路５３の電圧を検出する。制御部１６は、上記検出動作で検出された第３導電路５３の電圧が閾値よりも大きければ正常と判定し、上記検出動作で検出された第３導電路５３の電圧が閾値よりも小さければ異常と判定する。この判定に用いる閾値は、０よりも大きく、上記目標値よりも小さい値である。電力制御装置１１は、上記検出動作において異常と判定した場合、表示機能を有する装置や発音機能を有する装置に対して異常である旨の報知（例えば、車両に搭載された表示器での異常表示やブザーやアラームでの音声報知など）を行わせるように指示してもよい。
５．効果の例
電源切替装置５は、電源部９１から電力路９４を介して供給されるべき電力が途絶えた場合に、蓄電部１２からの電力を利用して第１負荷１０１及び第２負荷１０２に電力を供給することができる。しかも、電源切替装置５は、第３導電路５３の電圧が第２導電路５２の電圧よりも低い所定状態である場合に第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れることを許容し、所定状態でない場合には第２導電路５２から第３導電路５３へ電流が流れることを遮断する。つまり、電源切替装置５は、所定状態であるか否かが第３導電路５３に反映されるため、第３導電路５３が監視対象とされれば、蓄電部１２からの電力供給を監視する上で有利である。
電源切替装置５は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも大きい場合にはスイッチ部７４をオン状態とすることで、電源部９１に基づく電力を、損失を抑えて第１出力路６１に供給することができる。一方で、電源切替装置５は、第１導電路５１の電圧が第２導電路５２の電圧よりも小さくなった場合には、蓄電部１２に基づく電力を、第１ダイオード７１を介して第１出力路６１に即座に供給することができる。
電源切替装置５は、第２切替部８０を有するため、電源部９１に基づく電源電圧が相対的に高い場合（具体的には、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも大きい場合）には、電源部９１に基づいて第２出力路６２に電力を供給することができる。一方で、失陥等によって電源電圧が相対的に低下した場合（具体的には、第４導電路５４の電圧が第３導電路５３の電圧よりも小さい場合）には、蓄電部１２に基づいて即座に第２出力路６２に電力が供給される。電源切替装置５は、このような機能を、第２切替部８０の存在によって簡易に実現することができる。
電源切替装置５は、蓄電部１２に基づく電力を別々の経路（第２導電路５２及び第３導電路５３の各々）に出力することができ、各経路への出力を個別に切り替えることができる。しかも、この電源切替装置５は、一方の経路（第３導電路５３）を出力と監視に兼用して、他方の経路（第２導電路５２）からの出力が適正になされているかを確認することができるため、蓄電部１２からの電力供給が適切になされているか否かの監視を、より簡易な構成で実現することができる。
＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
上述された実施形態では、蓄電部１２が電源切替装置５の一部であったが、蓄電部１２が電源切替装置５の外部に設けられていてもよい。
上述された実施形態では、第１装置１０が電源切替装置５の一部であったが、第１装置１０が電源切替装置５の外部に設けられていてもよい。
上述された実施形態では、素子部として第１ダイオード７１が例示されたが、素子部は、比較回路７２からＬレベルの電圧信号が出力されているときにオン動作して第２導電路５２と第１出力路６１との間を導通させ、Ｈレベルの電圧信号が出力されているときにオフ動作して第２導電路５２と第１出力路６１との間を遮断するスイッチであってもよい。
上述された実施形態では、第２切替部の一例として第２切替部８０が例示されたが、第２切替部が第１切替部７０と同様に構成されていてもよい。上述された実施形態では、第１切替部の一例として第１切替部７０が例示されたが、第１切替部が第２切替部８０と同様に構成されていてもよい。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
２ ：車載システム
３ ：車載用電源システム
５ ：電源切替装置
１０ ：第１装置
１１ ：電力制御装置
１２ ：蓄電部
１４ ：電圧変換回路
１６ ：制御部
１８ ：放電回路
２０ ：スイッチ
２２ ：スイッチ
２４ ：スイッチ
２６ ：ダイオード
２８ ：ダイオード
３０ ：電圧検出部
３１ ：抵抗
４１ ：導電路
４２ ：導電路
４３ ：導電路
４４ ：導電路
４５ ：導電路
４６ ：導電路
４７ ：導電路
４８ ：導電路
５０ ：第２装置
５１ ：第１導電路
５２ ：第２導電路
５３ ：第３導電路
５４ ：第４導電路
６１ ：第１出力路
６２ ：第２出力路
７０ ：第１切替部
７１ ：第１ダイオード（ダイオード、素子部）
７２ ：比較回路
７４ ：スイッチ部
７４Ａ ：ＦＥＴ
７４Ｂ ：ＦＥＴ
８０ ：第２切替部
８２ ：第２ダイオード
８３ ：第３ダイオード
８４ ：第４ダイオード（ダイオード、遮断部）
９１ ：電源部
９４ ：電力路
１０１ ：第１負荷
１０２ ：第２負荷

Claims (4)

  1. 電源部と、蓄電部と、前記電源部からの電力の供給経路である電力路とを備えた電源システムにおいて電源の切り替えに用いられる電源切替装置であって、
    前記電力路から電力の供給を受ける経路である第１導電路と、
    前記蓄電部に基づく電力を供給する経路である第２導電路と、
    前記蓄電部に基づく電力を供給する経路であり、前記第２導電路とは異なる経路である第３導電路と、
    前記電力路から電力の供給を受ける経路である第４導電路と、
    第１負荷に電力を供給する経路である第１出力路と、
    第２負荷に電力を供給する経路である第２出力路と、
    前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも大きい所定の第１状態のときに前記第１導電路からの電力を前記第１出力路に供給し、前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも小さい所定の第２状態のときに前記第２導電路からの電力を前記第１出力路に供給するように切り替える第１切替部と、
    前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも大きい所定の第３状態のときに前記第４導電路からの電力を前記第２出力路に供給し、前記第４導電路の電圧が前記第３導電路の電圧よりも小さい所定の第４状態のときに前記第３導電路からの電力を前記第２出力路に供給するように切り替える第２切替部と、
    前記第３導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも低い所定状態である場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを許容し、前記所定状態でない場合に前記第２導電路から前記第３導電路へ電流が流れることを遮断する素子部と、
    を有する電源切替装置。
  2. 前記第１切替部は、スイッチ部と、駆動部と、ダイオードを具備する遮断部と、を備え、
    前記スイッチ部は、前記第１導電路と前記第１出力路との間に設けられ、オン状態のときに前記第１導電路と前記第１出力路の間の導通を許容し、オフ状態のときに前記第１導電路と前記第１出力路の間の導通を遮断し、
    前記駆動部は、前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも大きい場合又は前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも第１所定値以上大きい場合に前記スイッチ部をオン状態とし、前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも小さい場合又は前記第１導電路の電圧が前記第２導電路の電圧よりも第２所定値以上小さい場合に前記スイッチ部をオフ状態とし、
    前記遮断部のダイオードのアノードに前記第２導電路が電気的に接続され、前記遮断部のダイオードのカソードに前記第１出力路が電気的に接続されている
    請求項１に記載の電源切替装置。
  3. 前記第２切替部は、第２ダイオードと第３ダイオードとを備え、
    前記第２ダイオードのアノードに前記第４導電路に電気的に接続され、前記第２ダイオードのカソードが前記第２出力路に電気的に接続されており、
    前記第３ダイオードのアノードが前記第３導電路に電気的に接続され、前記第３ダイオードのカソードが前記第２出力路に電気的に接続されている
    を有する請求項２に記載の電源切替装置。
  4. 前記蓄電部からの電力供給を制御する電力制御装置を有し、
    前記電力制御装置は、第１切替動作と第２切替動作と検出動作とを行い、
    前記第１切替動作は、前記蓄電部に基づく電力を前記第２導電路に供給する第１供給動作と、前記蓄電部から前記第２導電路への電力供給を停止する第１停止動作とを切り替える動作であり、
    前記第２切替動作は、前記蓄電部に基づく電力を前記第３導電路に供給する第２供給動作と、前記蓄電部から前記第３導電路への電力供給を停止する第２停止動作とを切り替える動作であり、
    前記検出動作は、前記第１供給動作及び前記第２停止動作を行っている状態で前記第３導電路の電圧を検出する動作である
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電源切替装置。
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