JP6164788B1 - 車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

本実施形態の車両用電源供給システムは、車両を駆動するモーターに電力を供給する電源の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧してバッテリーに電力を供給する車両用電源供給システムにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられており、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられており、前記バッテリーから前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ流れる逆流電流を検出し、前記逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にするスイッチ部と、を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法に関する。

電動車両において、モーター駆動用の高圧側バッテリーの電圧を降圧して、電装部品等への電力供給用の低圧側バッテリーを充電するＤＣ−ＤＣコンバータがある。このＤＣ−ＤＣコンバータの保護を行うためのトランジスタおよび当該トランジスタを制御するための制御回路を搭載する車両用電源供給システムがある（例えば、特許文献１、２）。

日本国特開２００７−８２３７４号公報 日本国特開２０１０−２３３２８４号公報

しかしながら、従来技術では、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する２次側整流回路の整流素子に大電流の逆流電流が流れたときのＤＣ−ＤＣコンバータの保護、あるいはＤＣ−ＤＣコンバータを構成する２次側整流回路の整流素子に小電流の逆流電流が継続的に流れたときの当該整流素子を含む車体配線などの部品の保護を行うためには、ＤＣ−ＤＣコンバータにトランジスタおよび当該トランジスタを制御するための制御回路、当該トランジスタを監視するための制御回路等を搭載する必要がある。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータを大きくしてしまい、かつ安価なものとすることができなかった。本願は、大電流または小電流の逆流電流から保護しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータを従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る車両用電源供給システムは、車両を駆動するモーターに電力を供給する電源の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧してバッテリーに電力を供給する車両用電源供給システムにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられており、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられており、前記バッテリーから前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ流れる逆流電流を検出し、前記逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にするスイッチ部と、を備える。前記溶断部材は、前記スイッチをオン状態からオフ状態にする判定基準となる前記逆流電流の値である第１基準値よりも大きな値である第２基準値を超えた場合に溶断する。前記スイッチ部は、前記逆流電流が前記第１基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合に前記スイッチをオン状態からオフ状態にする。前記溶断部材は、前記所定の遅延時間よりも短い時間で溶断する。

また、上記車両用電源供給システムにおいて、前記第１基準値と、前記所定の遅延時間と、前記溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値と該電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性とは、前記整流素子を含む、前記逆流電流が流れる部品の部品定格に応じて決定されてもよい。

また、上記車両用電源供給システムにおいて、前記溶断部材は、前記第２基準値に応じて本数と断面積が設定されていてもよい。

また、本発明の他の一態様に係る車両用電源供給システムの制御方法は、車両を駆動するモーターに電力を供給する電源と、バッテリーと、前記電源の電圧を降圧して前記バッテリーに電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられ、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられたスイッチ部と、を備える車両用電源供給システムの制御方法である。この車両用電源供給システムの制御方法は、前記整流回路により、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する工程と、スイッチ部により、前記バッテリーから前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ流れる逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にする工程と、を含む。前記溶断部材は、前記スイッチをオン状態からオフ状態にする判定基準となる前記逆流電流の値である第１基準値よりも大きな値である第２基準値を超えた場合に溶断する。前記スイッチ部により前記スイッチをオン状態からオフ状態にする工程では、前記逆流電流が前記第１基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合に前記スイッチをオン状態からオフ状態にする。前記溶断部材は、前記所定の遅延時間よりも短い時間で溶断する。

本発明によれば、大電流または小電流の逆流電流から保護しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータを従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用電源供給システムの構成例を示す図である。 図１に示すＯＮ／ＯＦＦ回路３２の構成例を示すブロック図である。 図１に示す車両用電源供給システム１の動作例を説明するための特性図である。 図２に示すスイッチ部３の動作例を説明するための図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用電源供給システム１の構成例を示す図である。図１に示す車両用電源供給システム１は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、水素燃料電池自動車等の電動車両に搭載されている。車両用電源供給システム１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２と、スイッチ部３とを備える。車両用電源供給システム１は、車両を駆動するモーター６１に電力を供給する電源４の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２によって降圧してバッテリー５等に電力を供給するシステムである。バッテリー５は、電源４の定格電圧より低い定格電圧を有する蓄電装置であり、電装品等の電気負荷９にヒューズ８を介して接続されている。

電源４は、直流電源であり、例えば、バッテリー５の定格電圧より高い定格電圧の高圧バッテリーである。電源４の正極はＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力端子２５に接続されていて、電源４の負極はＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力端子２６に接続されている。なお、電源４は、高圧バッテリーに限らず、例えば、キャパシタ、水素燃料電池、発電機等の電源や、それら複数種類の電源の組み合わせであってもよい。図１に示す例では、電源４に対して制御装置６を介してモーター６１が接続されている。モーター６１は、電動機であって車両用電源供給システム１を搭載する車両の駆動源であり、電源４を電力源として制御装置６によって駆動制御される。モーター６１は、複数であってもよく、また、車両に搭載されている図示していない内燃機関等のエンジンと協働して車両を駆動するものであってもよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ（直流−直流変換器）２は、入力端子２５および入力端子２６間に入力された電源４の直流電圧を降圧して出力端子２７および出力端子２８間から出力する。なお、図１ではＤＣ−ＤＣコンバータ２内に設けられている電圧の検出部、一部の電流の検出部や、制御線等の図示を省略している。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、インバータ回路２１と、トランスＴと、整流回路２２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御部２４と、コイルＬと、コンデンサＣｏｕｔとを備える。この例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、トランスＴを用いた絶縁型であり、また整流回路２２の整流素子をトランジスタで構成する同期整流方式の構成を有する。

インバータ回路２１は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）からなる４個のトランジスタＱ１〜Ｑ４を備える。トランジスタＱ１〜Ｑ４はブリッジ接続されていて、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御部２４によって制御され、入力端子２５および入力端子２６間から入力された直流電力を交流電力に変換してトランスＴの一次コイル２０１へ出力する。この一次コイル２０１には変流器ＣＴが直列接続されている。

トランスＴの二次コイルは、直列接続された二次コイル２０２と二次コイル２０３から構成されている。二次コイル２０２と二次コイル２０３の接続端はコイルＬの一端に接続されている。二次コイル２０２の他端は整流回路２２内の金属電極（ボンディングパッド）２２１に接続されている。二次コイル２０３の他端は整流回路２２内の金属電極２２２に接続されている。

整流回路２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２がバッテリー５に供給する電力を直流に整流する回路であり、例えば絶縁金属基板等の基板上に構成されている。整流回路２２は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなる２個のトランジスタＱ５およびＱ６を備える。トランジスタＱ５およびＱ６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御部２４によって１次側のトランジスタＱ１〜Ｑ４のオン／オフ動作と同期してオン／オフ制御され、トランスＴの２次側から出力された交流電力を直流電力に整流する。トランジスタＱ５およびＱ６が整流素子の一構成例である。

トランジスタＱ５およびトランジスタＱ６は、モールド成形されていないベアチップであり、例えば整流回路２２を構成する基板上に接着されている。トランジスタＱ５およびトランジスタＱ６を構成するチップ上の金属電極（ボンディングパッド）２３１〜２３６と、基板上の金属電極２２１〜２２４等とは、溶断部材であるボンディングワイヤー２２５〜２２８等によって、ボンディング接続されている。ボンディング接続された状態のトランジスタＱ５およびトランジスタＱ６は、シリコーンゲル等の封止材料によって気密封止されている。ボンディングワイヤー２２５〜２２８あるいはボンディングワイヤー２２５〜２２８のうちの一部は、所定の電流が所定の時間通電した場合に溶断するような溶断特性を有している。なお、ボンディングワイヤー２２５〜２２８は、一本の細線で構成されていてもよいし、複数本の細線で構成されていてもよい。また、溶断特性は、トランジスタＱ５についてはボンディングワイヤー２２５とボンディングワイヤー２２６の両方で同一であってもよいし、異なっていてもよい。同様に、トランジスタＱ６についてはボンディングワイヤー２２７とボンディングワイヤー２２８の溶断特性は、両方で同一であってもよいし、異なっていてもよい。この溶断特性については後述する。本実施形態の整流回路２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２に設けられており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２がバッテリー５に供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子であるトランジスタＱ５およびトランジスタＱ６と整流回路２２の外部との間の少なくとも一部が溶断部材であるボンディングワイヤー２２５〜２２８を介して接続されている。ここで整流回路２２の外部とは、整流回路２２の外部の回路、外部の素子あるいは外部の配線を意味する。

トランジスタＱ５のドレインに接続されているチップ上の金属電極２３１は、ボンディングワイヤー２２５を介して基板上の金属電極２２１に接続されている。トランジスタＱ５のソースに接続されているチップ上の金属電極２３２は、ボンディングワイヤー２２６を介して基板上の金属電極２２３に接続されている。トランジスタＱ５のゲートに接続されているチップ上の金属電極２３３は、図示していないボンディングワイヤーを介して図示していない基板上の金属電極に接続されている。

トランジスタＱ６のドレインに接続されているチップ上の金属電極２３４は、ボンディングワイヤー２２７を介して基板上の金属電極２２２に接続されている。トランジスタＱ６のソースに接続されているチップ上の金属電極２３５は、ボンディングワイヤー２２８を介して基板上の金属電極２２４に接続されている。トランジスタＱ６のゲートに接続されているチップ上の金属電極２３６は、図示していないボンディングワイヤーを介して図示していない基板上の金属電極に接続されている。

一方、コイルＬの他端はコンデンサＣｏｕｔの一端と出力端子２７に接続されている。コンデンサＣｏｕｔの他端は、金属電極２２３および金属電極２２４に配線パターンＰ１およびＰ２を介して接続されるとともに、出力端子２８に接続されている。コイルＬとコンデンサＣｏｕｔは平滑回路を構成する。

一方、スイッチ部３は、スイッチ３１と、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２と、ダイオード３３と、電流検出部３４とを備える。スイッチ部３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２内の整流回路２２とバッテリー５との間に設けられており、バッテリー５からＤＣ−ＤＣコンバータ２へと流れる逆流電流Ｉｏが検出された場合に、逆流電流Ｉｏに応じて、バッテリー５と整流回路２２との間に接続されたスイッチ３１をオン状態からオフ状態にすることで逆流電流Ｉｏを遮断する機能を有する。スイッチ部３の入力端子３５はスイッチ３１の一方の端子に接続され、スイッチ３１の他方の端子はダイオード３３のアノードに接続されるとともに、電流検出部３４を通して（あるいは介して）スイッチ部３の出力端子３７に接続されている。入力端子３５はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端子２７に接続されていて、出力端子３７はヒューズ７を介してバッテリー５の正極に接続されている。スイッチ３１の入力端子３６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端子２８、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２の電源端子（負側電源端子）、スイッチ部３の出力端子３８、およびバッテリー５の負極に接続されている。

スイッチ３１はメーク接点を有するリレーであり、当該リレーが有する図示していないコイルにダイオード３３およびＯＮ／ＯＦＦ回路３２を介してバッテリー５から直流電流が通電された場合にスイッチ３１はオン状態となる。スイッチ３１を構成するリレーのコイルが通電していない場合はスイッチ３１はオフ状態となる。この構成では、例えばバッテリー５が逆接された場合、ダイオード３３が逆方向となるので、スイッチ３１はオフ状態となる。バッテリー５が順方向で接続されている場合、スイッチ３１は、電流検出部３４の検出結果に応じてＯＮ／ＯＦＦ回路３２によってオン状態またはオフ状態に制御される。

ＯＮ／ＯＦＦ回路３２は、電流検出部３４の検出結果に応じてスイッチ３１をオン状態またはオフ状態に制御する。

ダイオード３３はアノードを出力端子３７に接続し、カソードをＯＮ／ＯＦＦ回路３２の電源端子（正側電源端子）に接続する。ダイオード３３は、バッテリー５が順方向に接続されている場合、バッテリー５から供給された直流電力を、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２に入力するとともに、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２を介してスイッチ３１のコイルに入力する。

電流検出部３４は、変流器、シャント抵抗等の電流検出器を有して構成されていて、出力端子３７からスイッチ３１方向へ流れる逆流電流Ｉｏの発生を検出して、検出した結果をＯＮ／ＯＦＦ回路３２へ出力する。電流検出部３４は、所定の（例えば数Ａ程度以上の）逆流電流Ｉｏが発生しているか否かを検出することができる性能を少なくとも有していればよい。ただし、電流検出部３４は、例えば、電流の大きさに応じて出力信号を変化させる性能や、バッテリー５から短絡電流（大電流）が発生しているか否かを検出する性能を有していてもよい。

ヒューズ７は、大容量の電流ヒューズであり、定格電流は例えば数十〜数百Ａ程度である。ヒューズ７の定格電流は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ２の定格電流に応じて決定することができる。ヒューズ７は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端子２７および出力端子２８間が故障等により短絡状態となってバッテリー５から短絡電流が出力されたとき等に溶断して配線等の部品を保護するために設けられている。

他方、ヒューズ８は、小容量の電流ヒューズであり、定格電流は数Ａ〜数十Ａ程度である。ヒューズ８の定格電流は電気負荷９の定格電流等に応じて決定することができる。ヒューズ８は、例えば電気負荷９が故障等により短絡状態となってバッテリー５から短絡電流が発生したとき等に溶断して配線等を保護するために設けられている。なお、ヒューズ８は複数並列接続されたものであってもよく、各ヒューズ８に対して１または複数の電気負荷９が接続されていてもよい。

次に、図２を参照して、スイッチ部３の構成例について説明する。図２において図１に示すものと同一の構成には同一の符号を付けている。

図２に示す構成例において、スイッチ３１は、メーク接点３１１と、コイル３１２とを備える。メーク接点３１１は入力端子３５と出力端子３７の間をオン状態またはオフ状態に切り替える。メーク接点３１１はコイル３１２に所定の電流が通電している場合にオンし、通電していない場合にオフする。コイル３１２は駆動部３２６がオンした場合にダイオード３３を通して図１に示すバッテリー５からバッテリー５の出力電圧に応じた（あるいは駆動部３２６によって所定値に制御された）電流を通電する。

図２に示す構成例では、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２が、電源部３２１と、入力部３２２と、判定部３２３と、遅延部３２４と、遮断部３２５と、駆動部３２６を備える。電源部３２１は、ダイオード３３を介して入力したバッテリー５から供給された直流電力をそのままで、あるいは電圧を変換して各部に電力を供給する。入力部３２２は、電流検出部３４の出力信号を入力し、入力信号に対して、増幅、電流電圧変換、平滑等の信号処理を施した結果の信号を出力する。判定部３２３は、入力部３２２の出力信号に基づき、電流検出部３４が所定の基準値以上の大きさの逆流電流Ｉｏを検出しているか否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する。遅延部３２４は、所定の基準値以上の大きさの逆流電流Ｉｏが検出されていることを示す信号が判定部３２３から入力された場合に、その信号を所定時間遅延させて出力する。遮断部３２５は、遅延部３２４が所定の信号を出力した場合に駆動部３２６によるコイル３１２の通電を遮断する。すなわち、遮断部３２５は、遅延部３２４が所定の信号を出力した場合に駆動部３２６をオフ状態に制御する。

駆動部３２６は、電源部３２１から電力が供給されるとオン状態となり、コイル３１２に所定の電流を通電する。また、駆動部３２６は、遮断部３２５からオフ状態を指示する制御信号が入力された場合、オフ状態となり、コイル３１２の通電を停止する。なお、一旦、駆動部３２６が遮断部３２５によってオフ状態とされた場合、オフ状態の制御は、遅延部３２４の信号出力の有無に関わらず継続する。このオフ状態は、例えば、図示していない所定の解除信号が入力されたり、電源部３２１からの電力の供給が停止されたりするまで継続される。駆動部３２６は、例えば、ダイオード３３と直列となるようにコイル３１２のハイサイドまたはローサイドに設けられたトランジスタと、そのトランジスタの駆動回路、オフ状態を継続させるためのフリップフロップ回路等を有して構成されている。

次に、図３を参照して、溶断部材であるボンディングワイヤー２２５、２２７等の溶断特性と、スイッチ部３の動作特性の設定例について説明する。図３は、横軸に図１に示す逆流電流Ｉｏの大きさをとり、単位は任意としている。縦軸は時間であり、単位は秒である。

特性Ｂは部品の定格値を示す。ここで部品とは、整流素子、配線、ヒューズ等を含む逆流電流Ｉｏが流れる構成要素を意味する。ある電流値において、その電流値に対応して特性Ｂが示す時間より逆流電流Ｉｏの通電時間が短時間であれば部品は安全に動作することができる。

一方、網掛けして示す領域Ａは、スイッチ３１がオフ状態となる電流の大きさおよび継続時間に対応する領域である。電流の大きさは、判定部３２３の判定の基準値によって設定される。継続時間は、遅延部３２４の遅延時間によって設定される。図３に示す例では、判定部３２３による逆流電流Ｉｏの大きさの判定基準値を変化させることで領域Ａを矢印Ａ１で示す左右方向に調整することができる。このスイッチ３１をオン状態からオフ状態にする判定基準となる逆流電流Ｉｏの値を第１基準値とする。図３に示す例では、第１基準値以上の逆流電流Ｉｏが１秒以上継続した場合にスイッチ３１がオフ状態となる。また、遅延部３２４の遅延時間を変化させることで領域Ａを矢印Ａ２で示す上下方向に調整することができる。図３に示す例では、遅延部３２４の遅延時間が１秒に設定されている。

また、特性Ｃ１および特性Ｃ２は、ボンディングワイヤー２２５〜２２８の溶断特性である。特性Ｃ１は、例えば、ボンディングワイヤーの断面積（あるいは線径）が特性Ｃ２の場合と同じで本数が特性Ｃ２の場合より少ないか、ボンディングワイヤーの本数が特性Ｃ２と同じで断面積が特性Ｃ２より小さい場合の特性である。特性Ｃ２は、例えば、ボンディングワイヤーの断面積が特性Ｃ１と同じで本数が特性Ｃ１より多いか、ボンディングワイヤーの本数が特性Ｃ１と同じで断面積が特性Ｃ１より大きい場合の特性である。ボンディングワイヤーの溶断特性は、矢印Ｃのようにボンディングワイヤーの本数や断面積（あるいは線径）で調整することができる。なお、ボンディングワイヤーを複数本の細線とする場合、複数の細線の断面積は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、図１に示すボンディングワイヤー２２５の構成（本数と断面積）とボンディングワイヤー２２６の構成（本数と断面積）を異ならせたり、ボンディングワイヤー２２７の構成（本数と断面積）とボンディングワイヤー２２８の構成（本数と断面積）を異ならせたりすることで、溶断特性を調整することもできる。

例えば、ボンディングワイヤーの溶断特性を特性Ｃ１に設定した場合、逆流電流Ｉｏの値が、特性Ｃ１の曲線が領域Ａから外れる点の逆流電流Ｉｏの値である第２基準値を超えたとき、遅延部３２４に設定された遅延時間（１秒）より短い時間でボンディングワイヤーが溶断し、逆流電流Ｉｏが遮断することになる。この場合の溶断時間は、逆流電流Ｉｏの大きさによって特性Ｃ１に応じて変化する。例えばバッテリー５の最大出力電流が破線で示す特性であるとすると、領域Ａで示すスイッチ部３による逆流電流Ｉｏの遮断と、特性Ｃ１で示すボンディングワイヤー（溶断部材）による逆流電流Ｉｏの遮断とを組み合わせることで、特性Ｂで示される定格領域内で逆流電流Ｉｏを遮断することができる。なお、ボンディングワイヤーの溶断特性を特性Ｃ２とした場合でも、特性Ｃ２は特性Ｂとバッテリーの最大出力電流との交点を通る曲線であるため、領域Ａで示すスイッチ部３による逆流電流Ｉｏの遮断と、特性Ｃ２で示すボンディングワイヤー（溶断部材）による逆流電流Ｉｏの遮断とを組み合わせることで、特性Ｂで示される定格領域内で逆流電流Ｉｏを遮断することができる。なお、ボンディングワイヤー（溶断部材）は、第２基準値に応じて本数と断面積を設定することができる。

また、図３に示すように、逆流電流Ｉｏの大きさに応じて、逆流電流Ｉｏが比較的大きい場合の部品の保護をボンディングワイヤーによる溶断で行い、逆流電流Ｉｏが比較的小さい場合の部品の保護をスイッチ部３による遮断で行うことで、次の効果が得られる。すなわち、スイッチ部３による遮断を逆流電流Ｉｏが比較的小さい場合に限定することでスイッチ３１の遮断容量を小さくすることができる。すなわち、スイッチ３１を遮断する際のアークの発生を抑制することができる。また、ボンディングワイヤーによる溶断特性は、電流の向きによらないため、例えば、順方向の大電流では溶断せず、比較的小さい逆流電流Ｉｏでは溶断するというような特性とすることはできない。これに対し、本実施形態の構成では、溶断部材とスイッチ部３とを組み合わせることで、大電流の逆流電流Ｉｏからの部品の保護と、小電流の逆流電流Ｉｏからの部品の保護を容易に両立させることができる。

図４は、図１に示す車両用電源供給システム１の動作状態を場合分けして示す図である。図４は、左から順に、バッテリー５の接続状態、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の整流素子（トランジスタＱ５およびトランジスタＱ６）の状態、電流の方向（スイッチ部３の通電電流の方向）、電流の大きさ（スイッチ部３の通電電流の大きさ）、スイッチ部３の状態、および溶断部材（ボンディングワイヤー２２５〜２２８）の状態を示す。なお、スイッチ部３の動作領域Ａと溶断部材（ボンディングワイヤー２２５〜２２８）の溶断特性Ｃ１と部品の特性Ｂとバッテリー５の最大出力電流は図３に示す通りであるとする。

バッテリー５の接続状態が「順接続」（正常状態）の場合で、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の整流素子の状態が「正常」のとき、電流の方向は「順方向」であり、電流の大きさはＤＣ−ＤＣコンバータ２等の制御により「定格以下」である。また、スイッチ部３は「オン状態」であり、溶断部材の状態は「非溶断」である。参考に、図３には、定格電流の大きさを破線で示している。

バッテリー５の接続状態が「順接続」（正常状態）の場合で、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の整流素子の状態が「故障発生」のとき、電流の方向は「逆方向」である。ただし、「故障発生」の内容は、トランジスタＱ５またはＱ６のドレイン−ソース間が短絡した状態での故障、あるいは低抵抗で常時オンした状態での故障であるとする。このとき電流の大きさが図３に示す第１基準値未満のとき、スイッチ部３の状態が「オン状態」であり、溶断部材の状態は図３に鎖線で示す特性Ｃ１内なので「非溶断」状態である。また、電流の大きさが図３に示す第１基準値以上（でかつ第２基準値以下）のとき、スイッチ部３の状態は遅延時間が経過した後「オフ状態」となり、溶断部材の状態は図３に鎖線で示す特性Ｃ１内なので「非溶断」状態である。また、電流の大きさが図３に示す第２基準値より大きいとき、スイッチ部３の状態は遅延時間が経過した後「オフ状態」となり、溶断部材の状態は図３に鎖線で示す溶断特性Ｃ１に応じて所定の時間経過後に「溶断」状態になる。ただし、電流の大きさが図３に示す第２基準値より大きいときには、溶断部材が「溶断」するのに要する時間は、スイッチ部３が「オフ状態」となる遅延時間より短いため、溶断部材が先に「溶断」するので、スイッチ部３が第２基準値より大きい逆流電流Ｉｏを「オフ状態」とする動作は実際には行われない。

また、バッテリー５の接続状態が「逆接続」（異常状態）の場合は、ＯＮ／ＯＦＦ回路３２に電源が供給されなくなるので、スイッチ部３は「オフ状態」であり、スイッチ３１がオフするので整流回路２２にはバッテリー５から電流が流れ込まないので溶断部材は「非溶断」状態である。

以上のように、第１の実施形態は、車両を駆動するモーター６１に電力を供給する電源４の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２によって降圧してバッテリー５に電力を供給する車両用電源供給システム１において、次の構成の整流回路２２とスイッチ部３を有する。すなわち、整流回路２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２に設けられており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２がバッテリー５に供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子（トランジスタＱ５およびＱ６）と外部との間の少なくとも一部が溶断部材（ボンディングワイヤー２２５〜２２８）を介して接続されている。スイッチ部３は、整流回路２２とバッテリー５との間に設けられており、バッテリー５からＤＣ−ＤＣコンバータ２へ流れる逆流電流Ｉｏを検出し、逆流電流Ｉｏに応じて、バッテリー５と整流回路２２との間に接続されたスイッチ３１をオン状態からオフ状態にする。すなわち、第１の実施形態は、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路２２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２とバッテリー５との間に逆流電流検出による遮断機能を備えたスイッチ部３と、を備える。これにより、逆流電流Ｉｏが生じた場合に、大電流については溶断部材が溶断し、小電流については、スイッチ部３をオフすることができるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム１を提供することができる。

また、図３に示すように、第１の実施形態において、溶断部材は、スイッチ３１をオン状態からオフ状態にする判定基準となる逆流電流Ｉｏの値である第１基準値よりも大きな値である第２基準値を超えた場合に溶断する。この構成によれば、第２基準値を超えた場合に、スイッチ３１をオフ状態とする前に溶断部材が溶断するように設定することで、スイッチ３１をオン状態からオフ状態する際にスイッチ３１でのアークの発生を防止することができる。そのため、第１の実施形態では、スイッチ部３は、逆流電流Ｉｏが第１基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合において、スイッチ３１をオン状態からオフ状態にするようにしている。また、溶断部材は、その所定の遅延時間よりも短い時間で溶断するようにしている。

また、第１の実施形態では、第１基準値と、所定の遅延時間と、溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値とその電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性が、整流素子を含む、逆流電流Ｉｏが流れる部品の部品定格に応じて決定されている。これによって、第１の実施形態によれば、整流素子を含む、逆流電流Ｉｏが流れる部品を保護することができる。

また、溶断部材は、第２基準値に応じて本数と断面積が設定することができる。この場合、スイッチ部３による保護と溶断部材による保護との協働を容易に設定することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比べて次の構成が異なる。すなわち、第１の実施形態では、整流素子（トランジスタＱ５およびトランジスタＱ６）を構成する半導体チップと半導体チップ外とを接続するボンディングワイヤー２２５〜２２８を溶断部材としている。これに対し、第２の実施形態では、整流回路２２内の基板上の配線パターンＰ１およびＰ２に溶断部材を設けている。溶断部材は、配線パターンＰ１およびＰ２の全部あるいは一部の導体の厚さや幅を所定の溶断特性を有するように構成したパターン自体であってもよいし、配線パターンＰ１およびＰ２内にヒューズとして機能するチップ部品を直列に介在させる構成としてもよい。また、第２の実施形態においても第１の実施形態と同じくボンディングワイヤー２２５〜２２８に所定の溶断特性を持たせてもよい。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、大電流または小電流の逆流電流Ｉｏから保護しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム１を提供することができる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態は、例えば、次のように変形することができる。すなわち、上記各実施形態では、整流回路２２を同期整流方式の構成としたが、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６を例えばベアチップのダイオードに代えて非同期の整流方式の構成としてもよい。また、上記実施形態では、スイッチ部３が電流検出部３４を備えているが、電流検出部３４をスイッチ部３の外部に設けて逆流電流Ｉｏの検出信号を入力部３２２が受信するようにしてもよい。また、スイッチ部３に対して外部のＥＣＵ（電子制御装置）あるいはＤＣ−ＤＣコンバータ制御部２４から制御信号を入力して、その制御信号に従ってスイッチ３１をオンまたはオフする機能をスイッチ部３に付加してもよい。また、スイッチ部３とＤＣ−ＤＣコンバータ２を一体的に構成してもよい。また、図１において大容量のヒューズ７を省略してもよい。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ 車両用電源供給システム
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３ スイッチ部
４ 電源
５ バッテリー
２２ 整流回路
３１ スイッチ
Ｑ５、Ｑ６ トランジスタ（整流素子）
２２５〜２２８ ボンディングワイヤー（溶断部材）

Claims (4)

1. 車両を駆動するモーターに電力を供給する電源の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧してバッテリーに電力を供給する車両用電源供給システムにおいて、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられており、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、
   前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられており、前記バッテリーから前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ流れる逆流電流を検出し、前記逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にするスイッチ部と、
   を備え、
   前記溶断部材は、前記スイッチをオン状態からオフ状態にする判定基準となる前記逆流電流の値である第１基準値よりも大きな値である第２基準値を超えた場合に溶断し、
   前記スイッチ部は、前記逆流電流が前記第１基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合に前記スイッチをオン状態からオフ状態にし、
   前記溶断部材は、前記所定の遅延時間よりも短い時間で溶断する、
   ことを特徴とする車両用電源供給システム。
2. 前記第１基準値と、前記所定の遅延時間と、
   前記溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値と該電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性とは、
   前記整流素子を含む、前記逆流電流が流れる部品の部品定格に応じて決定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源供給システム。
3. 前記溶断部材は、前記第２基準値に応じて本数と断面積が設定されている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源供給システム。
4. 車両を駆動するモーターに電力を供給する電源と、バッテリーと、前記電源の電圧を降圧して前記バッテリーに電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられ、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられたスイッチ部と、を備える車両用電源供給システムの制御方法であって、
   前記整流回路により、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する工程と、
   前記スイッチ部により、前記バッテリーから前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ流れる逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にする工程と、
   を含み、
   前記溶断部材は、前記スイッチをオン状態からオフ状態にする判定基準となる前記逆流電流の値である第１基準値よりも大きな値である第２基準値を超えた場合に溶断し、
   前記スイッチ部により前記スイッチをオン状態からオフ状態にする工程では、前記逆流電流が前記第１基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合に前記スイッチをオン状態からオフ状態にし、
   前記溶断部材は、前記所定の遅延時間よりも短い時間で溶断する、
   ことを特徴とする車両用電源供給システムの制御方法。

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