JP3762576B2 - 車両の給電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両に搭載される電源（バッテリー）から各電装品等の電気的負荷に対して電力を供給するための給電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載される電源（バッテリー）の電圧は統一されており（例えば12Ｖ）、かかる電源から電気接続箱や各種電線等を通じて各電気的負荷（電装品）に電力が供給されるように配線がなされているものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ステアリング装置やブレーキ装置をはじめとする車載アクチュエータの電動化が検討されており、かかる電動化が進むと、現行のバッテリーだけでは十分な電圧及び容量が確保できなくなることが予想される。そこで、このような電動化に対応すべく、従来の低電圧電源に加え、それよりもバッテリー電圧の高い高電圧電源（例えば36Ｖ電源）を車両に搭載し、低圧側給電回路と高圧側給電回路とを併設する構想が進められている。その回路案の一例を図６に示す。
【０００４】
図示の回路は、同一の車両に搭載される低電圧電源（低電圧電源；例えば12Ｖバッテリー）１０Ａ及び高電圧バッテリー（高電圧電源；例えば36Ｖバッテリー）１０Ｂを備えている。低電圧バッテリー１０ＡはＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータとアナログ変圧器とＡＣ／ＤＣコンバータとが組み合わされたもの）１２及びＡＣ／ＤＣコンバータ１４を介してオルタネータ１６に接続されており、オルタネータ１６で生成された電力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１２で降圧されて低電圧バッテリー１０Ａに充電されるようになっている。また、高電圧バッテリー１０Ｂは前記ＡＣ／ＤＣコンバータ１４のみを介してオルタネータ１６に接続されており、オルタネータ１６の生成電力がそのまま高電圧バッテリー１０Ｂに充電されるようになっている。
【０００５】
低電圧バッテリー１０Ａの負端子はアースに接続され、正端子には低電圧用負荷１８Ａの一方の端子が接続されており、この低電圧用負荷１８Ａの他方の端子がアースに接続されている。これにより、低電圧バッテリー１０Ａから低電圧用負荷１８Ｂへ電力を供給する低圧側給電回路が形成されている。同様に、高電圧バッテリー１０Ｂの負端子はアースに接続され、正端子には高電圧用負荷１８Ｂの一方の端子が接続され、この低電圧用負荷１８Ｂの他方の端子がアースに接続されており、これにより、高電圧バッテリー１０Ｂから高電圧用負荷１８Ｂへ電力を供給する高圧側給電回路が形成されている。
【０００６】
ここで、低圧側給電回路や高圧側給電回路が事故などでアースに短絡した場合に過電流から回路保護を行う手段としては、図示のように、各回路の途中にヒューズ２０Ａ，２０Ｂを設けるのが一般的である。このような構成にすれば、例えば図に破線Ｌ１に示すようにヒューズ２０Ａの下流側で電線がアースに短絡し、過電流ｉ１が発生してしまった場合、その過電流ｉ１によってヒューズ２０Ａが切れることにより、前記過電流が流れ続けて回路が破損されることが防がれることになる。
【０００７】
しかし、図示のように低圧側給電回路と高圧側給電回路とが併存する場合には、以下のような特有の問題点が発生する。
【０００８】
すなわち、図６の破線Ｌ３に示すように、ヒューズ２０Ａよりも低電圧バッテリー１０Ａに近い位置で低圧側電線が高圧側電線と短絡してしまった場合には、低電圧バッテリー１０Ａの内部抵抗が非常に小さいため、前記高圧側電線から前記短絡箇所を通じて低電圧バッテリー１０Ａ側へ瞬時に大電流ｉ３が流れ込み、これによって低電圧バッテリー１０Ａが過度に急速充電されて破損するおそれがある。
【０００９】
また、図６の破線Ｌ２に示すように、ヒューズ２０Ａの下流側で高圧側電線と低圧側電線とが短絡してしまった場合には、低電圧用負荷１８Ａには高圧側電線から前記短絡箇所を通じてその規格電圧（低電圧）に相当する電流よりも大きな電流ｉ２が流れることになる。しかも、この箇所には前記ヒューズ等の遮断器が設けられていないため、前記大電流ｉ２は流れ続けることになり、これに起因して負荷１８Ａまたはその周辺部位（例えば電線）の故障を引き起こすおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、低圧側給電回路と高圧側給電回路とを併有する車両の給電回路において、両給電回路同士の短絡に起因する回路構成要素の破損等を有効に防止できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、高電圧電源から高電圧用負荷に電力を供給する高圧側給電回路と、低電圧電源から低電圧用負荷に電力を供給する低圧側給電回路とを併せもつ車両の給電装置において、前記低電圧電源の給電方向下流側に設けられ、前記低電圧電源側への電流の逆流を阻止する整流素子と、前記整流素子の給電方向下流側での電圧を検知することにより前記高圧側給電回路と低圧側給電回路との短絡を検知する短絡検知手段と、前記短絡検知手段により短絡検知された時に前記高電圧電源による高圧側給電回路での給電を停止させる給電停止手段とを備えたものである。
【００１２】
この装置において、高圧側給電回路と低圧側給電回路とが短絡すると、その短絡が短絡検知手段により検知され、その検知に基づき高電圧電源による高圧側給電回路での給電が強制的に停止される。従って、前記短絡が生じてもこれに起因して低電圧給電回路側に大電流が流れ続けることが阻止され、この低電圧給電回路における低電圧電源や低電圧用負荷、電線などの回路構成要素が有効に保護される。
【００１３】
ただし、前記低電圧電源は一般に低電圧用負荷や電線よりも内部抵抗が低いため、実際に短絡が生じてから高圧側給電回路での給電が停止するまでの時間差（応答遅れ）が大きいと、それまでの間に低電圧電源に前記短絡箇所から急速に大電流が流れ込んで過剰充電されてしまうおそれがあるが、この低電圧電源の給電方向下流側に当該低電圧電源側への電流の逆流を阻止する整流素子を設けておけば、前記応答遅れにかかわらず低電圧電源を確実に保護することができる。
【００１４】
この場合、前記短絡が生じると整流素子下流側の電圧が過度に上昇するので、この電圧を監視することによって短絡の有無を確認できる。すなわち、前記整流素子の給電方向下流側での電圧を検知する短絡検知手段を備えるだけの簡単な構成で、短絡の発生を的確に検知できる。
【００１５】
前記整流素子は、それよりも下流側で短絡が生じたときにのみ低電圧電源を電流の逆流から保護するものであるため、低電圧電源になるべく近い位置に設けるのが好ましい。特に、この整流素子及び前記短絡検知手段を直接低電圧電源に取付けることにより電源ユニットを構成すれば、低電圧電源と整流素子との間で短絡するおそれがなく、短絡が生じるとしてもその箇所は必ず整流素子よりも下流側となるため、その短絡箇所から低電圧電源への電流の逆流が前記整流素子によって確実に阻止される。しかも、低電圧電源側で回路が組上がっているので、配線も簡単となる。
【００１６】
前記給電停止手段としては、前記短絡検知手段により短絡検知された場合に停止指令信号を出力する制御手段と、その停止指令信号を受けて前記高電圧電源の給電方向下流側で高圧側給電回路を遮断する回路遮断器とを備えたものが好適である。回路遮断器としては、回路中に組み込まれた導体を火薬の爆発力により強制破断するものや、リレースイッチのように電気信号を受けて接点を開閉するもの等が適用可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる車両の給電回路を示したものである。なお、この回路において前記図６に示した回路と同一の部分には当該図６と同じ参照符を付し、その説明を省略する。
【００１８】
この回路の特徴として、低圧側給電回路におけるヒューズ２０Ａよりも低電圧バッテリー１０Ａに近い位置に、この低電圧バッテリー１０Ａ側への電流の逆流を阻止する（換言すれば低電圧バッテリー１０Ａから低電圧用負荷１８Ａへの給電方向の電流のみを許容する）整流素子２２が設けられている。この整流素子２２は、前記整流特性をもつものであればよく、各種ダイオードのほか、トランジスタ等も適用が可能である。
【００１９】
さらに、前記整流素子２２のすぐ下流側（ヒューズ２０Ａに近い側）には、その位置での電圧を検知する電圧検知センサ２６が検知され、その検知信号がＥＣＵ（コントロールユニット；制御手段）２８に入力されるようになっている。
【００２０】
一方、高圧側給電回路において、高電圧バッテリー１０Ｂのすぐ下流側（ヒューズ２０Ｂに近い側）には、その位置で高圧側給電回路を強制的に遮断するための回路遮断器３０が設けられている。そして、前記電圧検知センサ２６により検知された電圧が許容値を上回る場合に、前記ＥＣＵ２８から回路遮断器３０に指令信号が入力され、この信号の入力を受けて回路遮断器３０が回路を遮断する動作を行うように構成されている。
【００２１】
前記回路遮断器３０には、従来から知られている種々のものを適用することが可能である。図４はその一例として火薬を用いたものを示している。図示の回路遮断器３０は、バスバー（導体）３２及びスクイブ３４がケース内に組み込まれたものである。バスバー３２は、その一端が高電圧バッテリー１０Ｂの正端子に接続され、他端がヒューズ２０Ｂ側に接続されており、途中部分には小幅の破断部３２ａが形成されている。スクイブ３４は、前記破断部３２ａのすぐ下方に配置されており、ＥＣＵ２８からの指令信号を受けて内蔵の火薬を爆発させ、その爆発力で前記破断部３２ａを強制破断させる（すなわち回路を強制遮断する）ように構成されている。
【００２２】
その他、前記回路遮断器には例えば図５に示すようなリレースイッチ４０を適用することも可能である。図例では、リレースイッチ４０のリレー接点４１が高圧側給電回路の途中に介設されており、リレーコイル４２の一端が高電圧バッテリー１０Ｂの正端子に接続され、他端がＥＣＵ２８に接続されている。ＥＣＵ２８は、通常状態では前記リレーコイル４２の他端をアースにつないでこれを通電状態にし、リレー接点４１を閉じる一方、電圧検知センサ２６により検知された電圧が許容値を上回る非常時には前記リレーコイル４２の他端をアースから遮断してこれを非通電状態にし、前記リレー接点４１を開くように構成されている。
【００２３】
このように、回路遮断器は非常時に回路を強制遮断する動作を行えるものであれば種々のものを広く適用することが可能である。また、短絡検知手段も、前記電圧検知センサ２６に限られるものではない。
【００２４】
前記整流素子２２は、なるべく低電圧バッテリー１０Ａに近い位置に設けるのが良く、当該整流素子２２を低電圧バッテリー１０Ａに直接取付けて一体化するのが、特に好ましい。この実施の形態では、図２に示すように、前記整流素子２２が前記Ｄ／Ｄコンバータ１２、電圧検知センサ２６、及びＥＣＵ２８とともに低電圧バッテリー１０Ａと一体化されてバッテリーユニット２４を構成している。
【００２５】
その具体的な構造例を図３に示す。図示の低電圧バッテリー１０Ａは、その出力端子として正端子１０ｐと負端子１０ｎとを有し、これらはバッテリー上面から上方に突出している。そして、そのバッテリー上面に前記両出力端子１０ｐ，１０ｎと並べてＤ／Ｄコンバータ１２、整流素子２２、電圧検知センサ２６、及びＥＣＵ２８が直接取付けられている。
【００２６】
前記正端子１０ｐは、バスバー（導体板）１５を介して前記Ｄ／Ｄコンバータ１２の一方の端子と整流素子２２の一方の端子（ダイオードの場合はアノード）とに接続されている。Ｄ／Ｄコンバータ１２の他方の端子には電線接続用端子１３が接続されており、この電線接続用端子１３が図略の電線を介して前記高電圧バッテリー１０Ｂに接続されるようになっている。整流素子２２の他方の端子（ダイオードの場合はカソード）にはバスバー２３を介して電線接続用端子１１Ｐが接続されており、この電線接続用端子１１Ｐが図略の電線を介して前記ヒューズ２０Ａに接続されている。すなわち、整流素子２２は、低電圧バッテリー１０Ｂに設けられている正端子１０ｐと電線接続用端子１１Ｐとの間に介在している。
【００２７】
そして、前記バスバー２３に電圧検知センサ２６が接続されており、当該バスバー２３における電圧が電圧検知センサ２６により検知され、その検知信号がＥＣＵ２８に入力されるようになっている。ＥＣＵ２８は、電線を介して前記回路遮断器３０に接続されるとともに、電源であるオルタネータ１６に接続されている。
【００２８】
一方、低電圧バッテリー１０Ａの負端子１０ｎには、バスバー１７を介して電線接続用端子１１Ｎが接続されており、この電線接続用端子１１Ｎは図略の電線を介してアースに接続されている。
【００２９】
なお、図３において１９は、前記バッテリーユニット２４の各構成素子を覆うように低電圧バッテリー１０Ａに装着されるバッテリーカバーである。
【００３０】
次に、この装置の作用を説明する。
【００３１】
１）正常時：過電流が発生していない正常時には、低圧側給電回路において、低電圧バッテリー１０Ａから整流素子２２に対して順方向に電流が流れ、この整流素子２２及びヒューズ２０Ａを通じて低電圧用負荷１８Ａに給電が行われる。同様に、高圧側給電回路においては、高電圧バッテリー１０Ｂからヒューズ２０Ｂを通じて高電圧用負荷１８Ｂに給電が行われる。
【００３２】
２）アース短絡時（図１の破線Ｌ１）：低圧側電線の被覆が破損するなどして当該電線がヒューズ２０Ａの下流側でアースに短絡した場合、ヒューズ２０Ａには過電流ｉ１が流れる。この過電流により当該ヒューズ２０Ａが溶断し、低圧側給電回路を遮断する。その結果、前記アース短絡部位よりも下流側の回路構成要素（電線等）が過電流から保護される。
【００３３】
３）電線同士の短絡時：ヒューズ２０Ａの上流側で低圧側電線と高圧側電線とが短絡してしまった場合（図１の破線Ｌ３）、前記図６に示した従来回路では、当該短絡部位を通じて高圧側電線から低圧側電線さらには低電圧バッテリー１０Ａにその規格値よりも大きな電流ｉ３が流れ込んでしまい、同バッテリー１０Ａが急速に過剰充電されてしまう。ところが、この実施の形態にかかる回路では、前記低電圧バッテリー１０Ａの正端子１０ｐに整流素子２２が設けられており、この整流素子２２において前記大電流ｉ３の方向は逆方向であるため、当該大電流が低電圧バッテリー１０Ａ側に流れ込むことが当該整流素子２２によって阻止され、これにより低電圧バッテリー１０Ａが有効に保護される。
【００３４】
さらに、前記短絡によって整流素子２２の下流側電圧が過度に上昇し、これを電圧検知センサ２６が検知するため、その検知信号を受けてＥＣＵ２８が回路遮断器３０に指令信号を出力し、高圧側給電回路を高電圧バッテリー１０Ｂから強制的に遮断させる。これにより、高圧側給電回路による給電が強制的に停止されるため、前記短絡箇所から低圧側給電回路への大電流の流れ込みが止められる。これにより、前記低電圧バッテリー１０Ａ以外の回路構成要素（例えば電線）も有効に保護される。
【００３５】
一方、ヒューズ２０Ａの下流側で低圧側電線と高圧側電線とが短絡してしまった場合も（図１の破線Ｌ２）、電圧検知センサ２６による検知電圧が過度に上昇することによりＥＣＵ２８が回路遮断器３０に指令信号を出力して高圧側給電回路を強制遮断させるので、前記短絡部位を通じて高圧側電線から低圧側電線さらには低電圧用負荷１８Ａに過電流ｉ２（図６）が流れ込むことが防がれる。
【００３７】
ただし、前記整流素子２２を設けることにより、実際に短絡が生じてから前記給電停止動作が行われるまでの間に低電圧バッテリー１０Ａ側に急速に大電流が流れ込むのを阻止することができ、同バッテリー１０Ａの保護をより確実なものにすることができる。
【００３８】
また、前記整流素子２２の配設により、そのすぐ下流側の電圧を検知すれば高圧側給電回路と低圧側給電回路との短絡の有無を判定できるので、短絡検知のための構成が簡単になる利点も得られる。
【００３９】
その他、本発明は次のような実施の形態をとることも可能である。
【００４０】
Ａ）本発明では、前記整流素子２２を電線を介して低電圧バッテリー１０Ａの端子に接続するようにしてもよい。ただし、この場合には、整流素子２２と低電圧バッテリー１０Ａとの間の電線が高圧側給電回路と短絡してしまった場合、整流素子２２によるバッテリー保護作用は得られないが、図例のように整流素子２２を低電圧バッテリー１０Ａに直接取付けるようにすれば、低圧側給電回路のどの電線部分が高電圧給電回路と短絡しても、その短絡箇所は整流素子２２の下流側になるため、この整流素子２２の整流作用によって低電圧バッテリー１０Ａを有効に保護することが可能になるとともに、回路の配線も非常に簡単となる。この整流素子２２に加えて前記のように電圧検知センサ２６も低電圧バッテリー１０Ａに直接取付ければ、配線はさらに簡略化される。
【００４１】
Ｂ）本発明では、使用される電圧の具体的な数値を問わず、相対的に電圧差をもつ複数種の給電回路が単一車両に混在する場合に広く適用が可能であり、例えば３ランク以上の電圧系統が存在する場合にも、その低電圧側の回路保護に有効に適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、低圧側給電回路と高圧側給電回路とを併有する車両の給電回路において、両給電回路間の短絡の有無を検知し、短絡検知時に高圧側給電回路での給電を強制停止させるようにしたものであるので、前記短絡に起因する回路構成要素の破損等を未然に防止することができる効果がある。また、低電圧電源への電流の逆流を阻止する整流素子を設けたので、実際に短絡が生じてから高圧側給電回路での給電が停止するまでの間に、低電圧電源に前記短絡箇所から急速に大電流が流れ込んで過剰充電されるのを防止することができ、低電圧電源の破損等を確実に防止することができる効果がある。また、短絡が生じると整流素子下流側の電圧が過度に上昇するので、前記整流素子の給電方向下流側での電圧を検知する短絡検知手段を備えるだけの簡単な構成で、短絡の発生を的確に検知できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる車両の給電装置の回路図である。
【図２】前記給電装置に設けられるバッテリーユニットのブロック図である。
【図３】前記バッテリーユニットの具体的構造を示す斜視図である。
【図４】前記給電装置に設けられる回路遮断器の一例を示す斜視図である。
【図５】前記回路遮断器としてリレースイッチを適用した例を示す回路図である。
【図６】本発明と異なる車両の給電回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０Ａ 低電圧バッテリー（低電圧電源）
１０Ｂ 高電圧バッテリー（高電圧電源）
１８Ａ 低電圧用負荷
１８Ｂ 高電圧用負荷
２２ 整流素子
２４ バッテリーユニット
２６ 電圧検知センサ（短絡検知手段）
３０ 回路遮断器

Claims (3)

1. 高電圧電源から高電圧用負荷に電力を供給する高圧側給電回路と、低電圧電源から低電圧用負荷に電力を供給する低圧側給電回路とを併せもつ車両の給電装置において、前記低電圧電源の給電方向下流側に設けられ、前記低電圧電源側への電流の逆流を阻止する整流素子と、前記整流素子の給電方向下流側での電圧を検知することにより前記高圧側給電回路と低圧側給電回路との短絡を検知する短絡検知手段と、前記短絡検知手段により短絡検知された時に前記高電圧電源による高圧側給電回路での給電を停止させる給電停止手段とを備えたことを特徴とする車両の給電装置。
2. 請求項１記載の車両の給電装置において、前記整流素子及び短絡検知手段を低電圧電源に直接取付けることにより電源ユニットを構成したことを特徴とする車両の給電装置。
3. 請求項１または２に記載の車両の給電装置において、前記給電停止手段として、前記短絡検知手段により短絡検知された場合に停止指令信号を出力する制御手段と、その停止指令信号を受けて前記高電圧電源の給電方向下流側で高圧側給電回路を遮断する回路遮断器とを備えたことを特徴とする車両の給電装置。

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