JP6701950B2 - 給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
車両には、バッテリから負荷への給電経路に設けられたスイッチをオン又はオフに切替えることによって、バッテリから負荷への給電を制御する給電制御装置(例えば、特許文献1を参照)が搭載されている。
特許文献1に記載の給電制御装置では、バッテリから負荷への給電経路に、半導体スイッチ及びリレー接点の並列回路が設けられている。負荷への給電を開始する場合、半導体スイッチをオンに切替えた後、リレー接点をオンに切替える。その後、半導体スイッチをオフに切替える。負荷への給電を停止する場合、半導体スイッチをオンに切替えた後、リレー接点をオフに切替える。その後、半導体スイッチをオフに切替える。
特許第5669086号公報
特許文献1に記載の給電制御装置では、負荷に給電する場合にリレー接点をオフからオンに切替え、負荷への給電を停止する場合にリレー接点をオンからオフに切替える。このため、リレー接点では、オン又はオフへの切替えが頻繁に行われる。
リレー接点は、NO(Normally Open)端子と、COM(Common)端子と、COM端子に端部が接続されている棒状の導体とを有する。導体をNO端子に接触させることによって、リレー接点をオフからオンに切替え、導体をNO端子から離すことによって、リレー接点をオンからオフに切替える。このように、リレー接点では、導体を物理的に移動させることによってリレー接点をオン又はオフに切替えるので、オン又はオフへの切替え回数が制限される。従って、オン又はオフへの切替え回数が所定回数、例えば3万回を超えた場合、リレー接点を交換する必要がある。
特許文献1に記載の給電制御装置では、リレー接点がオン又はオフへ頻繁に切替えられるため、短い時間間隔でリレー接点を交換しなければならないという問題がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リレー接点のオン又はオフへの切替え頻度が低い給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
本発明の一態様に係る給電制御装置は、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御装置であって、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定する第1判定部と、該第1判定部によって前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて前記半導体スイッチをオフに切替える第1切替え部と、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定する第2判定部と、該第2判定部によって前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて前記リレー接点をオフに切替える第2切替え部とを備える。
本発明の一態様に係る給電制御方法は、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御方法であって、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップとを含む。
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップとを実行させる。
なお、本発明を、このような特徴的な処理部を備える給電制御装置として実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする給電制御方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができる。また、本発明を、給電制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、給電制御装置を含む給電制御システムとして実現したりすることができる。
上記の態様によれば、リレー接点のオン又はオフへの切替え頻度が低い。
実施形態1における電源システムの要部構成を示すブロック図である。 状態フラグを説明するための図表である。 負荷制御処理の手順を示すフローチャートである。 変更処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態2における電源システムの要部構成を示すブロック図である。 温度更新処理の手順を示すフローチャートである。 変更処理の手順を示すフローチャートである。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本発明の一態様に係る給電制御装置は、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御装置であって、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定する第1判定部と、該第1判定部によって前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて前記半導体スイッチをオフに切替える第1切替え部と、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定する第2判定部と、該第2判定部によって前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて前記リレー接点をオフに切替える第2切替え部とを備える。
(2)本発明の一態様に係る給電制御装置では、前記半導体スイッチはFETであり、前記スイッチ温度は該半導体スイッチのドレインの温度である。
(3)本発明の一態様に係る給電制御装置では、前記スイッチ回路が有する前記半導体スイッチの数は2であり、一方の前記半導体スイッチのソースは、他方の前記半導体スイッチのソースに接続され、前記リレー接点は、2つの前記半導体スイッチのドレイン間に接続され、前記スイッチ温度は、前記2つの半導体スイッチのドレインの温度の中で高い方の温度である。
(4)本発明の一態様に係る給電制御装置は、前記スイッチ回路を介して流れる電流値を検出する電流検出部と、該電流検出部が検出した電流値に基づいて前記スイッチ温度を算出する温度算出部とを備える。
(5)本発明の一態様に係る給電制御装置は、前記スイッチ回路の周囲温度を検出する温度検出部を備え、前記温度算出部は、前記スイッチ回路の周囲温度及び前記スイッチ温度の温度差を時系列的に算出する温度差算出部を有し、該温度差算出部は、前記電流検出部が検出した電流値と、先行して算出した先行温度差とに基づいて前記温度差を算出し、前記スイッチ温度は、前記温度検出部が検出した周囲温度に、前記温度差算出部が算出した温度差を加算することによって算出される。
(6)本発明の一態様に係る給電制御方法は、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御方法であって、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップとを含む。
(7)本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップとを実行させる。
本発明の一態様に係る給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラムにあっては、半導体スイッチがオンであり、かつ、リレー接点がオフである場合において、スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定する。スイッチ温度が第1閾値以上である場合、リレー接点をオンに切替えて、半導体スイッチをオフに切替える。また、半導体スイッチがオフであり、かつ、リレー接点がオンである場合において、スイッチ回路のスイッチ温度が第2閾値未満であるか否かを判定する。スイッチ温度が第2閾値未満である場合、半導体スイッチをオンに切替えて、リレー接点をオフに切替える。第2閾値は第1閾値以下である。
半導体スイッチに電流が流れた場合、半導体スイッチのオン抵抗で電力が消費され、半導体スイッチの温度が上昇する。半導体スイッチの温度が上昇した場合、スイッチ回路のスイッチ温度が上昇する。スイッチ温度が第1閾値以上である場合、リレー接点がオンに切替わり、半導体スイッチがオフに切替わる。このため、スイッチ温度が第1閾値を超えることはなく、半導体スイッチが高温となることが防止される。更に、スイッチ温度が第1閾値以上となるか、又は、スイッチ温度が第2閾値未満となった場合にのみ、リレー接点がオン又はオフに切替わる。このため、リレー接点がオン又はオフに切替わる頻度は低い。
本発明の一態様に係る給電制御装置にあっては、半導体スイッチはFETであり、スイッチ温度は半導体スイッチのドレインの温度である。半導体スイッチでは、ドレインの温度は、他の部分の温度よりも高い。このため、半導体スイッチの全ての部分において、温度が第1閾値を超えることはない。
本発明の一態様に係る給電制御装置にあっては、スイッチ回路は2つの半導体スイッチを有し、一方の半導体スイッチのソースが他方の半導体スイッチのソースに接続されている。半導体スイッチはFETであるため、半導体スイッチのドレイン及びソース間に寄生ダイオードが形成されている。例えば、2つの半導体スイッチのタイプが同じである場合、一方の半導体スイッチに係る寄生ダイオードのカソード(又はアノード)が他方の半導体スイッチに係る寄生ダイオードのカソード(又はアノード)に接続される。従って、2つの半導体スイッチがオフである限り、たとえ、2つの半導体スイッチのドレイン間において電圧が誤った方向に印加された場合であっても、2つの半導体スイッチ夫々のドレイン間を電流が流れることはない。
また、スイッチ温度は、2つの半導体スイッチのドレインの温度の中で高い方の温度であるので、2つの半導体スイッチのドレインの温度が第1閾値を超えることはない。
本発明の一態様に係る給電制御装置にあっては、スイッチ回路を介して流れる電流値を検出し、検出した電流値に基づいてスイッチ温度を算出する。算出したスイッチ温度に基づいて、スイッチ回路が有する半導体スイッチと、リレー接点とがオン又はオフに切替えられる。
本発明の一態様に係る給電制御装置にあっては、スイッチ回路の周囲温度と、スイッチ温度との温度差を時系列的に算出する。ここで、先行して算出した先行温度差と、スイッチ回路を介して流れる電流値とに基づいて温度差が正確に算出され、この温度差を、スイッチ回路の周囲温度に加算することによって、正確なスイッチ温度が算出される。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る給電制御装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(実施形態1)
図1は、実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、給電制御装置10、バッテリ11及び負荷12を備える。給電制御装置10は、バッテリ11の正極と、負荷12の一端とに接続されている。バッテリ11の負極と、負荷12の他端とは接地されている。
バッテリ11は、給電制御装置10を介して負荷12に給電する。負荷12は車両に搭載された電気機器である。負荷12は、バッテリ11から負荷12に給電された場合に作動し、バッテリ11から負荷12への給電が停止した場合に動作を停止する。給電制御装置10には、負荷12について、作動、又は、動作の停止を指示する制御信号が入力される。給電制御装置10は、入力された制御信号が指示する内容に従って、バッテリ11から負荷12への給電を制御する。
給電制御装置10は、スイッチ回路2、リレー3、駆動回路4、スイッチ温度センサ5a,5b及びマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)6を有する。スイッチ回路2は2つの半導体スイッチ20a,20bを有する。半導体スイッチ20a,20b夫々はNチャネル型のFET(Field Effect Transistor)である。リレー3はリレー接点30及びリレーコイル31を有する。リレー接点30は、NO端子30a、COM端子30b及び棒状の導体30cを有する。導体30cの端部はCOM端子30bに接続されている。駆動回路4は入力端及び出力端を有する。
給電制御装置10では、スイッチ回路2の半導体スイッチ20aのドレインがバッテリ11の正極に接続されている。スイッチ回路2では、半導体スイッチ20aのソースが半導体スイッチ20bのソースに接続されている。半導体スイッチ20bのドレインは負荷12の一端に接続されている。リレー接点30は、スイッチ回路2に並列に接続されている。具体的には、リレー接点30のNO端子30aが半導体スイッチ20aのドレインに接続され、リレー接点30のCOM端子30bが半導体スイッチ20bのドレインに接続されている。
ここで、「並列」は厳密な意味での並列を示していない。リレー接点30は、実質的に、スイッチ回路2に並列に接続されていればよい。例えば、スイッチ回路2及び抵抗の直列回路にリレー接点30が並列に接続されていてもよい。
半導体スイッチ20aのドレインには、更に、リレーコイル31の一端が接続されている。リレーコイル31の他端はマイコン6に接続されている。半導体スイッチ20a,20b夫々のゲートは、駆動回路4の出力端に接続されている。駆動回路4の入力端はマイコン6に接続されている。マイコン6には、更に、2つのスイッチ温度センサ5a,5bが各別に接続されている。
半導体スイッチ20a,20b夫々について、ゲートの電圧値が一定値以上である場合、ドレイン及びソース間に電流が流れることが可能となる。このとき、半導体スイッチ20a,20bはオンである。また、半導体スイッチ20a,20b夫々について、ゲートの電圧値が一定値未満である場合、ドレイン及びソース間に電流が流れることはない。このとき、半導体スイッチ20a,20bはオフである。
駆動回路4は、半導体スイッチ20a,20bのゲートの電圧値を調整することによって、半導体スイッチ20a,20bを略同時にオン又はオフに切替える。駆動回路4には、半導体スイッチ20a,20bのオン又はオフへの切替えを指示する切替え信号が入力される。駆動回路4は、入力された切替え信号が指示する内容に従って、半導体スイッチ20a,20bをオン又はオフに切替える。
スイッチ温度センサ5aは、半導体スイッチ20aのドレインの温度を検出する。スイッチ温度センサ5aは、検出した温度を示すアナログのスイッチ温度情報をマイコン6に出力する。
同様に、スイッチ温度センサ5bは、半導体スイッチ20bのドレインの温度を検出する。スイッチ温度センサ5bは、検出した検出温度を示すアナログのスイッチ温度情報をマイコン6に出力する。
リレー3のリレーコイル31の他端では、開放又は接地が行われる。リレーコイル31の他端が開放されている場合、リレーコイル31に電流は流れない。このとき、リレー接点30では、導体30cはNO端子30aから離れる。導体30cがNO端子30aから離れている場合、NO端子30a及びCOM端子30b間に電流が流れることはなく、リレー接点30はオフである。
リレーコイル31の他端が接地された場合、バッテリ11からリレーコイル31に電流が流れ、リレーコイル31周辺に磁場が発生する。これにより、リレー接点30の導体30cはNO端子30aに引付けられ、導体30cはNO端子30aに接触する。このとき、リレー接点30のNO端子30a及びCOM端子30b間に電流が流れることが可能であり、リレー接点30はオンである。
マイコン6は、リレーコイル31の他端を開放することによってリレー接点30をオフに切替え、リレーコイル31の他端を接地することによってリレー接点30をオンに切替える。
マイコン6には、制御信号が入力される。マイコン6は、入力された制御信号が指示する内容と、スイッチ温度センサ5a,5bから入力されたスイッチ温度情報が示す検出温度とに基づいて、駆動回路4に2つの半導体スイッチ20a,20bをオン又はオフに切替えさせると共にリレー接点30をオン又はオフに切替える。
マイコン6は、A(Analog)/D(Digital)変換部60a,60b、出力部61、電流供給部62、入力部63,64a,64b、記憶部65及び制御部66を有する。A/D変換部60a,60b、出力部61、電流供給部62、入力部63、記憶部65及び制御部66はバス67に接続されている。A/D変換部60a,60b夫々は、バス67の他に、入力部64a,64bに接続されている。入力部64a,64b夫々は、更に、スイッチ温度センサ5a,5bに接続されている。電流供給部62は、バス67の他に、リレー3のリレーコイル31の他端に接続されている。また、電流供給部62は接地されている。
入力部64a,64b夫々には、スイッチ温度センサ5a,5bからアナログのスイッチ温度情報が入力される。入力部64a,64b夫々は、スイッチ温度センサ5a,5bから入力されたアナログのスイッチ温度情報をA/D変換部60a,60bに出力する。
A/D変換部60a,60b夫々は、入力部64a,64bから入力されたアナログのスイッチ温度情報をデジタルのスイッチ温度情報に変換する。制御部66は、A/D変換部60a,60b夫々からデジタルのスイッチ温度情報を取得する。制御部66がA/D変換部60aから取得したスイッチ温度情報が示す検出温度は、取得時点において、スイッチ温度センサ5aが検出した検出温度と略一致する。同様に、制御部66がA/D変換部60bから取得したスイッチ温度情報が示す検出温度は、取得時点において、スイッチ温度センサ5bが検出した検出温度と略一致する。
出力部61は、制御部66の指示に従って、駆動回路4に切替え信号を出力する。
電流供給部62は、制御部66の指示に従って、リレーコイル31の他端の開放及び接地を行う。前述したように、リレーコイル31の他端が開放された場合、リレー接点30はオフに切替わり、リレーコイル31の他端が接地された場合、リレー接点30はオンに切替わる。
入力部63には制御信号が入力される。入力部63は、入力された制御信号が指示する内容を制御部66に通知する。
記憶部65は不揮発性メモリである。記憶部65には制御プログラムP1が記憶されている。
制御部66は図示しないCPU(Central Processing Unit)を有する。制御部66のCPUは、記憶部65に記憶されている制御プログラムP1を実行することによって、負荷12の動作を制御する負荷制御処理と、バッテリ11及び負荷12間を接続するスイッチを半導体スイッチ20a,20b又はリレー接点30に変更する変更処理とを実行する。制御プログラムP1は、制御部66に負荷制御処理及び変更処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。
なお、制御プログラムP1は、コンピュータが読み取り可能に、記憶媒体A1に記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体A1から読み出された制御プログラムP1が記憶部65に記憶される。記憶媒体A1は、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。光ディスクは、CD(Compact Disc)−ROM(Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、又は、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)等である。磁気ディスクは、例えばハードディスクである。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置から制御プログラムP1をダウンロードし、ダウンロードした制御プログラムP1を記憶部65に記憶してもよい。
記憶部65には状態フラグの値が記憶されている。状態フラグの値は、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30のスイッチ状態を示す。
図2は状態フラグを説明するための図表である。図2に示すように、状態フラグの値がゼロであることは、半導体スイッチ20a,20bがオフであり、かつ、リレー接点30がオフであることを意味する。状態フラグの値が1であることは、半導体スイッチ20a,20bがオンであり、かつ、リレー接点30がオフであることを意味する。状態フラグの値が2であることは、半導体スイッチ20a,20bがオフであり、かつ、リレー接点30がオンであることを意味する。状態フラグの値は、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30のスイッチ状態に応じて、制御部66によって変更される。
図3は負荷制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部66は、制御信号が入力部63に入力される都度、負荷制御処理を実行する。負荷12の作動を示す制御信号は、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30がオフである状態で入力部63に入力される。負荷12の動作の停止を示す制御信号は、半導体スイッチ20a,20bがオンであるか、又は、リレー接点30がオンである状態で入力部63に入力される。
まず、制御部66は、入力部63に入力された制御信号が負荷12の作動を指示しているか否かを判定する(ステップS1)。制御部66は、制御信号が作動を指示していると判定した場合(S1:YES)、駆動回路4に、半導体スイッチ20a,20bをオフからオンに切替えさせる(ステップS2)。具体的には、制御部66は、出力部61に指示して、半導体スイッチ20a,20bのオンへの切替えを指示する切替え信号を駆動回路4に出力させる。これにより、駆動回路4は半導体スイッチ20a,20bをオンに切替える。
前述したように、負荷12の作動を示す制御信号は、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30がオフである状態で入力部63に入力されるので、ステップS2は、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30がオフである状態で実行される。ステップS2の実行により、リレー接点30がオフに維持されている状態で半導体スイッチ20a,20bがオンに切替わり、スイッチ回路2を介してバッテリ11から負荷12に給電される。
制御部66は、ステップS2を実行した後、状態フラグの値を1に変更する(ステップS3)。制御部66は、ステップS3を実行した後、負荷制御処理を終了する。
制御部66は、入力部63に入力された制御信号が負荷12の作動を指示していない、即ち、入力部63に入力された制御信号が負荷12の動作の停止を指示していると判定した場合(S1:NO)、駆動回路4に、半導体スイッチ20a,20bをオフに切替えさせる(ステップS4)。具体的には、制御部66は、出力部61に指示して、半導体スイッチ20a,20bのオフへの切替えを指示する切替え信号を駆動回路4に出力させる。これにより、駆動回路4は半導体スイッチ20a,20bをオフに切替える。
制御部66は、ステップS4を実行した後、電流供給部62に、リレー接点30をオフに切替えさせる(ステップS5)。具体的には、制御部66は、電流供給部62に指示して、リレーコイル31の他端を開放させる。これにより、導体30cはNO端子30aから離れ、リレー接点30はオフに切替わる。制御部66がステップS4,S5を実行することによって、バッテリ11から負荷12への給電が停止される。
制御部66は、ステップS5を実行した後、状態フラグの値をゼロに変更する(ステップS6)。制御部66は、ステップS6を実行した後、負荷制御処理を終了する。
図4は変更処理の手順を示すフローチャートである。制御部66は変更処理を周期的に実行する。まず、制御部66は、状態フラグの値がゼロであるか否かを判定する(ステップS11)。制御部66は、状態フラグの値がゼロであると判定した場合(S11:YES)、変更処理を終了する。
制御部66は、状態フラグの値がゼロではないと判定した場合(S11:NO)、A/D変換部60a,60b夫々からデジタルのスイッチ温度情報を取得する(ステップS12)。制御部66は、ステップS12で取得した2つのスイッチ温度情報が示す2つの検出温度の中で高い方の検出温度を、スイッチ回路2のスイッチ温度として扱う。
制御部66は、ステップS12を実行した後、状態フラグの値が1であるか否かを判定する(ステップS13)。制御部66は、状態フラグの値が1であると判定した場合(S13:YES)、スイッチ温度がリレーオン閾値以上であるか否かを判定する(ステップS14)。リレーオン閾値は、一定であり、記憶部65に予め記憶されている。制御部66は、スイッチ温度がリレーオン閾値未満であると判定した場合(S14:NO)、変更処理を終了する。リレーオン閾値は第1閾値に該当し、制御部66は第1判定部として機能する。
制御部66は、スイッチ温度がリレーオン閾値以上であると判定した場合(S14:YES)、電流供給部62に、リレー接点30をオンに切替えさせる(ステップS15)。具体的には、制御部66は、電流供給部62に指示して、リレーコイル31の他端を接地させる。これにより、リレー接点30はオンに切替わる。
制御部66は、ステップS15を実行した後、駆動回路4に半導体スイッチ20a,20bをオフに切替えさせる(ステップS16)。制御部66は、負荷制御処理のステップS4と同様にステップS16を実行する。制御部66がステップS15,S16を実行することによって、リレー接点30を介してバッテリ11から負荷12に給電される。駆動回路4及び電流供給部62は第1切替え部として機能する。
制御部66は、ステップS16を実行した後、状態フラグの値を2に変更し(ステップS17)、変更処理を終了する。
制御部66は、状態フラグの値が1ではない、即ち、状態フラグの値が2であると判定した場合(S13:NO)、スイッチ温度がリレーオフ閾値未満であるか否かを判定する(ステップS18)。リレーオフ閾値は、一定であり、予め記憶部65に記憶されている。リレーオフ閾値は、リレーオン閾値よりも低い。制御部66は、スイッチ温度がリレーオフ閾値以上であると判定した場合(S18:NO)、変更処理を終了する。リレーオフ閾値は第2閾値に該当し、制御部66は第2判定部としても機能する。
制御部66は、スイッチ温度がリレーオフ閾値未満であると判定した場合(S18:YES)、駆動回路4に半導体スイッチ20a,20bをオンに切替えさせ(ステップS19)、電流供給部62に、リレー接点30をオフに切替えさせる(ステップS20)。制御部66は、負荷制御処理のステップS2と同様にステップS19を実行し、負荷制御処理のステップS5と同様にステップS20を実行する。制御部66がステップS19,S20を実行することによって、半導体スイッチ20a,20bを介してバッテリ11から負荷12に給電される。駆動回路4及び電流供給部62は第2切替え部としても機能する。
制御部66は、ステップS20を実行した後、状態フラグの値を1に変更し(ステップS21)、変更処理を終了する。
以上のように、負荷制御処理及び変更処理では、制御部66は、駆動回路4及び電流供給部62に、半導体スイッチ20a,20b及びリレー接点30をオン又はオフに切替えさせることによって、スイッチ回路2及びリレー接点30を介した給電を制御する。
給電制御装置10では、半導体スイッチ20a,20bに電流が流れた場合、半導体スイッチ20a,20b夫々のオン抵抗で電力が消費され、半導体スイッチ20a,20bの温度が上昇する。変更処理では、スイッチ温度、即ち、半導体スイッチ20a,20bのドレインの温度の中で高い方の温度がリレーオン閾値以上である場合、リレー接点30はオンに切替わり、半導体スイッチ20a,20bはオフに切替わる。このため、半導体スイッチ20a,20bのドレインの温度がリレーオン閾値を超えることはなく、半導体スイッチ20a,20bが高温になることが防止される。
半導体スイッチ20a,20b夫々において、ドレインの温度は他の部分の温度よりも高い。このため、半導体スイッチ20a,20bの全ての部分において、温度がリレーオン閾値を超えることはない。
また、リレー接点30のオン又はオフへの切替えは、状態フラグの値が1である状態でスイッチ温度がリレーオン閾値以上となるか、又は、状態フラグの値が2である状態でスイッチ温度がリレーオフ閾値未満となった場合にのみ行われる。従って、リレー接点30がオン又はオフに切替わる頻度は低い。
更に、半導体スイッチ20a,20b夫々のドレイン及びソース間には、図示しない寄生ダイオードが形成されている。Nチャネル型のFETでは、寄生ダイオードのカソード及びアノード夫々はドレイン及びソースに接続される。給電制御装置10では、半導体スイッチ20aのソースが半導体スイッチ20bのソースに接続されている。このため、2つの半導体スイッチ20a,20bがオフである限り、たとえ、2つの半導体スイッチ20a,20bのドレイン間において電圧が誤った方向に印加された場合であっても、2つの半導体スイッチ20a,20b夫々のドレイン間を電流が流れることはない。例えば、バッテリ11の正極が接地され、かつ、バッテリ11の負極が半導体スイッチ20aのドレインに接続された場合、2つの半導体スイッチ20a,20bのドレイン間において電圧が誤った方向に印加される。
前述したように、リレーオフ閾値はリレーオン閾値よりも低い。このため、スイッチ温度が、リレーオン閾値又はリレーオフ閾値を含む狭い温度範囲で変動している場合であっても、この温度範囲にリレーオン閾値及びリレーオフ閾値が共に含まれていない限り、リレー接点30がオン又はオフに頻繁に切替えられることはない。
なお、スイッチ温度センサ5a,5bが検出する温度は、半導体スイッチ20a,20b夫々のドレインの温度に限定されず、例えば、半導体スイッチ20a,20b夫々の周囲温度であってもよい。この場合、スイッチ温度は、半導体スイッチ20a,20bの周囲温度中の高い方の周囲温度である。
このように構成された給電制御装置10は、前述した効果の中で、スイッチ温度が半導体スイッチ20a,20bのドレインの温度中の高い方の温度であることによって得られる効果を除く他の効果を奏する。
(実施形態2)
実施形態1では、スイッチ温度はスイッチ温度センサ5a,5bが検出した温度の1つである。しかしながら、スイッチ温度を検出する代わりに、スイッチ温度を算出してもよい。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図5は、実施形態2における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。実施形態2における給電制御装置10は、実施形態1と同様に、スイッチ回路2、リレー3、駆動回路4及びマイコン6を有する。これらは、実施形態1と同様に接続されている。実施形態2における給電制御装置10は、更に、周囲温度センサ70及び電流センサ71を有する。周囲温度センサ70及び電流センサ71はマイコン6に各別に接続されている。電流センサ71は、負荷12の一端と、半導体スイッチ20bのドレインとを接続する導線を囲繞している。電流センサ71は、リレー接点30のCOM端子30bと、半導体スイッチ20bのドレインとの接続点よりも半導体スイッチ20b側に位置している。
周囲温度センサ70は、スイッチ回路2の周囲温度を検出し、検出した周囲温度を示すアナログの周囲温度情報をマイコン6に出力する。周囲温度センサ70は温度検出部として機能する。
電流センサ71は、スイッチ回路2を介して、バッテリ11から負荷12に流れる電流値を検出し、検出した電流値を示すアナログの電流情報をマイコン6に出力する。電流センサ71は電流検出部として機能する。
マイコン6は、周囲温度センサ70から入力された周囲温度情報が示す周囲温度と、電流センサ71から入力された電流情報が示す電流値とに基づいて、スイッチ回路2のスイッチ温度を算出する。マイコン6は、入力された制御信号が示す内容と、算出したスイッチ温度とに基づいて、駆動回路4に2つの半導体スイッチ20a,20bをオン又はオフに切替えさせると共に、リレー接点30をオン又はオフに切替える。
実施形態2では、マイコン6は、実施形態1と同様に、出力部61、電流供給部62、入力部63、記憶部65及び制御部66を有する。これらは、実施形態1と同様に接続されている。実施形態2におけるマイコン6は、更に、A/D変換部80,81及び入力部82,83を有する。A/D変換部80,81は、出力部61、電流供給部62、入力部63、記憶部65及び制御部66と同様に、バス67に接続されている。A/D変換部80,81夫々は、更に、入力部82,83に接続されている。入力部82は、更に周囲温度センサ70に接続され、入力部83は、更に電流センサ71に接続されている。
入力部82には、周囲温度センサ70からアナログの周囲温度情報が入力される。入力部82は、周囲温度センサ70から入力されたアナログの周囲温度情報をA/D変換部80に出力する。
A/D変換部80は、入力部82から入力されたアナログの周囲温度情報をデジタルの周囲温度情報に変換する。制御部66は、A/D変換部80からデジタルの周囲温度情報を取得する。制御部66がA/D変換部80から取得した周囲温度情報が示す周囲温度は、取得時点において、周囲温度センサ70が検出した周囲温度と略一致する。
入力部83には、電流センサ71からアナログの電流情報が入力される。入力部83は、電流センサ71から入力されたアナログの電流情報をA/D変換部81に出力する。
A/D変換部81は、入力部83から入力されたアナログの電流情報をデジタルの電流情報に変換する。制御部66は、A/D変換部81からデジタルの電流情報を取得する。制御部66がA/D変換部81から取得した電流情報が示す電流値は、取得時点において、電流センサ71が検出した電流値と略一致する。
制御部66は、制御プログラムP1を実行することによって、負荷12の動作を制御する負荷制御処理と、バッテリ11及び負荷12間を接続するスイッチを半導体スイッチ20a,20b又はリレー接点30に変更する変更処理と、スイッチ温度を更新する温度更新処理とを実行する。
実施形態2における負荷制御処理は、実施形態1における負荷制御処理と同様である。
制御部66は、温度更新処理を周期的に実行し、温度更新処理ではスイッチ回路2のスイッチ温度及び周囲温度の温度差ΔTsを算出する。具体的には、制御部66は、A/D変換部80から取得した周囲温度情報が示す周囲温度Taと、A/D変換部81から取得した電流情報が示す電流値Isと、前回算出した先行温度差ΔTpを下記の演算式(1),(2)に代入することによって温度差ΔTsを算出する。
ΔTs=ΔTp×exp(−Δt/τ)+Rth×Rs
×Is2 ×(1−exp(−Δt/τ))・・・(1)
Rs=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))・・・(2)
演算式(1),(2)で用いられる変数及び定数を説明する。変数及び定数の説明では、変数又は定数の単位も併せて示している。ΔTs、ΔTp、Ta及びIs夫々は、前述したように、算出する温度差(℃)、先行温度差(℃)、スイッチ回路2の周囲温度(℃)、及び、スイッチ回路2を介して流れる電流値(A)である。Δtは、温度差ΔTsを算出する時間間隔(s)である。τはスイッチ回路2の放熱時定数(s)である。
Rthはスイッチ回路2の熱抵抗(℃/W)であり、Rsはスイッチ回路2の抵抗値(Ω)、即ち、半導体スイッチ20a,20bのオン抵抗値の和である。Toは所定の温度(℃)であり、Roは温度Toにおけるスイッチ回路2の抵抗値(Ω)である。κはスイッチ回路2の抵抗温度係数(/℃)である。ΔTs、ΔTp、Iw及びTaは変数であり、Δt、τ、Rth、Ro、κ及びToは、予め設定されている定数である。
演算式(1)の第1項の値は、時間間隔Δtが長い程、低下するので、演算式(1)の第1項はスイッチ回路2の放熱を表す。また、演算式(1)の第2項の値は、時間間隔Δtが長い程、上昇するので、演算式(1)の第2項はスイッチ回路2の発熱を表す。
当然のことながら、半導体スイッチ20a,20bがオフである場合、電流値IsはゼロAである。この場合、演算式(1)は、放熱を表す第1項のみによって構成されるので、算出される温度差ΔTsは低下する。
記憶部65には先行温度差ΔTpが記憶されている。温度更新処理では、制御部66は、記憶部65に記憶されている先行温度差ΔTpを、算出した温度差ΔTsに更新する。
記憶部65にはスイッチ回路2のスイッチ温度も記憶されている。温度更新処理では、制御部66は、算出した温度差ΔTsを、A/D変換部80から取得した周囲温度情報が示す周囲温度Taに加算することによってスイッチ温度を算出し、記憶部65に記憶されているスイッチ温度を、算出したスイッチ温度に更新する。
図6は温度更新処理の手順を示すフローチャートである。前述したように、制御部66は、温度更新処理を周期的に実行し、スイッチ回路2のスイッチ温度及び周囲温度の温度差を周期的に算出する。まず、制御部66は、A/D変換部81から電流情報を取得し(ステップS31)、記憶部65に記憶されている先行温度差を読み出し(ステップS32)、A/D変換部80から周囲温度情報を取得する(ステップS33)。次に、制御部66は、ステップS31で取得した電流情報が示す電流値Isと、ステップS32で読み出した先行温度差ΔTpと、ステップS33で取得した周囲温度情報が示す周囲温度Taとを演算式(1),(2)に代入することによって、スイッチ回路2のスイッチ温度及び周囲温度の温度差ΔTsを算出する(ステップS34)。制御部66は、温度差算出部としても機能する。
制御部66は、記憶部65に記憶されている先行温度差ΔTpを、ステップS34で算出した温度差ΔTsに更新する(ステップS35)。次に、制御部66は、ステップS33で取得した周囲温度情報が示す周囲温度Taに、ステップS34で算出した温度差ΔTsを加算することによって、スイッチ回路2のスイッチ温度を算出する(ステップS36)。制御部66は、温度算出部としても機能する。
制御部66は、ステップS36を実行した後、記憶部65に記憶されているスイッチ温度を、ステップS36で算出したスイッチ温度に更新し(ステップS37)、温度更新処理を終了する。
図7は変更処理の手順を示すフローチャートである。制御部66は、実施形態1と同様に、変更処理を周期的に実行する。温度更新処理及び変更処理に係る周期は略同一である。温度更新処理は変更処理の直前に実行されることが好ましい。
実施形態2における変更処理のステップS41,S43〜S51夫々は、実施形態1における変更処理のステップS11,S13〜S21と同様である。このため、ステップS41,S43〜S51の詳細な説明を省略する。
制御部66は、状態フラグの値がゼロではないと判定した場合(S41:NO)、記憶部65に記憶されているスイッチ温度を読み出す(ステップS42)。その後、制御部66はステップS43を実行する。
ステップS44では、制御部66は、ステップS42で読み出したスイッチ温度がリレーオン閾値以上であるか否かを判定する。ステップS48では、制御部66は、ステップS42で読み出したスイッチ温度がリレーオフ閾値未満であるか否かを判定する。
実施形態2における給電制御装置10の温度更新処理では、前回算出した先行温度差と、スイッチ回路2を介して流れる電流値と、スイッチ回路2の周囲温度とに基づいて、スイッチ回路2のスイッチ温度及び周囲温度の温度差が正確に算出される。そして、この温度差を、スイッチ回路2の周囲温度に加算することによって、正確なスイッチ温度が算出される。
実施形態2における給電制御装置10は、実施形態1における給電制御装置10が奏する効果の中で、スイッチ温度が半導体スイッチ20a,20bのドレインの温度中の高い方の温度であることによって得られる効果を除く他の効果を同様に奏する。
なお、実施形態2において、制御部66は、温度更新処理、即ち、スイッチ温度の演算を周期的に実行しなくてもよい。制御部66は、温度更新処理を時系列的に実行していればよい。この場合、マイコン6は、温度更新処理が実行される時間間隔を計測するタイマを有する。温度更新処理のステップS34では、制御部66は、タイマが計測した時間間隔を、時間間隔τとして、演算式(1),(2)に代入する。
また、先行温度差として用いる温度は、前回の温度更新処理で算出した温度差に限定されず、例えば、前々回の温度更新処理で算出した温度差であってもよい。
更に、スイッチ回路2を介して流れる電流値を検出する構成は、電流センサ71を用いた構成に限定されない。実施形態2における給電制御装置10は、電流センサ71の代わりに、スイッチ回路2に直列に接続される抵抗と、該抵抗の両端間の電圧値、及び、所定数の積を、電流情報として、入力部83に出力する差動増幅器とを有してもよい。この場合、抵抗及び差動増幅器は電流検出部として機能する。更に、前述した抵抗の代わりに、半導体スイッチ20a,20bのオン抵抗の両方又は一方を用いてもよい。
なお、実施形態1,2において、リレーオフ閾値は、リレーオン閾値未満に限定されず、リレーオン閾値以下であればよい。また、リレー接点30において、NO端子30a及びCOM端子30b夫々が接続する対象を交換してもよい。
更に、スイッチ回路2は、半導体スイッチ20aのソースが半導体スイッチ20bのソースに接続される回路に限定されない。スイッチ回路2は、例えば、半導体スイッチ20aのドレインが半導体スイッチ20bのドレインに接続される回路であってもよい。この場合、半導体スイッチ20a,20b夫々において、ドレイン及びソース夫々が接続する対象が交換される。半導体スイッチ20aのドレインが半導体スイッチ20bのドレインに接続されている場合、実施形態1における給電制御装置10が有するスイッチ温度センサの数は1であってもよい。この場合、実施形態1における給電制御装置10はスイッチ温度センサ5a,5bの一方を有していればよい。
また、実施形態1,2において、半導体スイッチ20a,20b夫々はNチャネル型のFETに限定されず、半導体スイッチ20a,20bのタイプが同一であれば、Pチャネル型のFETであってもよい。
更に、スイッチ回路2が有する半導体スイッチの数は1であってもよい。この場合、半導体スイッチを、該半導体スイッチのドレイン及びソース間に接続される寄生ダイオードの順方向が負荷12からバッテリ11に向かう方向に一致するように配置する。
また、スイッチ回路2が有する半導体スイッチは、FETに限定されず、例えば、バイポーラトランジスタであってもよい。
以上のように構成された実施形態1,2における給電制御装置10であっても、半導体スイッチが高温となることが防止され、リレー接点30がオン又はオフに切替わる頻度が低い。
開示された実施形態1,2はすべ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、上述した意味ではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。
1 電源システム
10 給電制御装置
11 バッテリ
12 負荷
2 スイッチ回路
20a,20b 半導体スイッチ
3 リレー
30 リレー接点
30a NO端子
30b COM端子
30c 導体
31 リレーコイル
4 駆動回路(第1切替え部の一部、第2切替え部の一部)
5a,5b スイッチ温度センサ
6 マイコン
60a,60b,80,81 A/D変換部
61 出力部
62 電流供給部(第1切替え部の一部、第2切替え部の一部)
63,64a,64b,82,83 入力部
65 記憶部
66 制御部(第1判定部、第2判定部、温度算出部、温度差算出部)
67 バス
70 周囲温度センサ(温度検出部)
71 電流センサ(電流検出部)
A1 記憶媒体
P1 制御プログラム(コンピュータプログラム)

Claims (7)

  1. 半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御装置であって、
    前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定する第1判定部と、
    該第1判定部によって前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて前記半導体スイッチをオフに切替える第1切替え部と、
    前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定する第2判定部と、
    該第2判定部によって前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて前記リレー接点をオフに切替える第2切替え部と
    を備える給電制御装置。
  2. 前記半導体スイッチはFETであり、
    前記スイッチ温度は該半導体スイッチのドレインの温度である
    請求項1に記載の給電制御装置。
  3. 前記スイッチ回路が有する前記半導体スイッチの数は2であり、
    一方の前記半導体スイッチのソースは、他方の前記半導体スイッチのソースに接続され、
    前記リレー接点は、2つの前記半導体スイッチのドレイン間に接続され、
    前記スイッチ温度は、前記2つの半導体スイッチのドレインの温度の中で高い方の温度である
    請求項2に記載の給電制御装置。
  4. 前記スイッチ回路を介して流れる電流値を検出する電流検出部と、
    該電流検出部が検出した電流値に基づいて前記スイッチ温度を算出する温度算出部と
    を備える請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の給電制御装置。
  5. 前記スイッチ回路の周囲温度を検出する温度検出部を備え、
    前記温度算出部は、前記スイッチ回路の周囲温度及び前記スイッチ温度の温度差を時系列的に算出する温度差算出部を有し、
    該温度差算出部は、前記電流検出部が検出した電流値と、先行して算出した先行温度差とに基づいて前記温度差を算出し、
    前記スイッチ温度は、前記温度検出部が検出した周囲温度に、前記温度差算出部が算出した温度差を加算することによって算出される
    請求項4に記載の給電制御装置。
  6. 半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電を制御する給電制御方法であって、
    前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、
    前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、
    前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと、
    前記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップと
    を含む給電制御方法。
  7. 半導体スイッチを有するスイッチ回路と、該スイッチ回路に並列に接続されたリレー接点とを介した給電をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    前記半導体スイッチがオンであり、かつ、前記リレー接点がオフである場合にて前記スイッチ回路のスイッチ温度が第1閾値以上であるか否かを判定するステップと、
    前記スイッチ温度が前記第1閾値以上であると判定された場合に、前記リレー接点をオンに切替えて、前記半導体スイッチをオフに切替えるステップと、
    前記半導体スイッチがオフであり、かつ、前記リレー接点がオンである場合にて前記スイッチ温度が、前記第1閾値以下である第2閾値未満であるか否かを判定するステップと
    記スイッチ温度が前記第2閾値未満であると判定された場合に、前記半導体スイッチをオンに切替えて、前記リレー接点をオフに切替えるステップと
    を実行させるためのコンピュータプログラム。
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