JP7226307B2 - アーク抑制装置、移動体及び電力供給システム - Google Patents
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Description
1.本開示の実施の形態
1.1.第1の構成例
1.2.第2の構成例
1.3.第3の構成例
1.4.第4の構成例
1.5.第5の構成例
1.6.第6の構成例
1.7.第7の構成例
2.応用例
3.まとめ
[1.1.第1の構成例]
まず、図1を参照して、本開示の実施の形態の第1の構成例を説明する。図1は、本開示の実施の形態に係るアーク抑制装置の構成例を示す説明図である。図1に示したのは、電力の遮断時にアークの発生を抑制させるためのアーク抑制装置の構成例である。図1に示したアーク抑制装置は、例えばSSR(Solid State Relay)で構成されるスイッチS1と、電流制限回路AF1aと、を含んで構成される。
第1の構成例のように、スイッチS1と並列に電流制限回路AF1aを備えることで、スイッチS1での電力の遮断時にアークの発生を抑えることができる。一方、遮断しようとする電力の電圧が上昇すると、その上昇に伴ってMOSFET M1に掛かる電圧やMOSFET M1に流れる電流が0になるまでの時間も長くなる。図2に示したように、MOSFET M1に掛かる電圧やMOSFET M1に流れる電流は、時間と共に比例して低下する。従って、MOSFET M1に掛かる電圧が2倍になると、MOSFET M1に掛かる電圧やMOSFET M1に流れる電流が0になるまでの時間が2倍になり、MOSFET M1での発熱量は4倍になる。
第2の構成例のように電流制限回路を構成することで、MOSFET M1の消費電力量を大きく低下させることが可能になる。次に、負荷にコイル成分が含まれている際に生じうるサージを抑制する構成を追加したアーク抑制装置の例を説明する。
第3の構成例のように電流制限回路を構成することで、MOSFET M1の消費電力量を大きく低下させるとともに、遮断時に発生しうるサージ成分を抑制することが可能になる。次に、MOSFET M1が故障した場合(スイッチとして機能しなくなった場合)に安全に電力を遮断できる構成を追加したアーク抑制装置の例を説明する。
第4の構成例のように、MOSFET M1が故障した場合であっても、安全に電力を遮断することができる。次に、一方向では無く双方向に電力が供給される場合にも、回路規模の増大を防ぎつつ電力の遮断時にアークを抑制できるアーク抑制装置の例を説明する。
第5の構成例のように、一方向では無く双方向に電力が供給される場合にも、回路規模の増大を防ぎつつ電力の遮断時にアークを抑制できる。第5の構成例では、電流制限回路は直列に接続されていたが、電流制限回路は並列に接続されていても良い。
図10は、本開示の実施の形態に係るアーク抑制装置の構成例を示す説明図である。図10に示したのは、電力の遮断時にアークの発生を抑制させるためのアーク抑制装置の構成例である。図10に示したアーク抑制装置は、例えばSSRで構成されるスイッチS1a、S1bと、電流制限回路AF1gと、を含んで構成される。図10には、電源V1または電源V3から供給される電力を遮断する際のアーク抑制装置の構成例が示されている。電源V1は直流電力を供給する電源であり、電源V3は交流電力を供給する電源である。
図11は、アーク抑制装置を備えた移動体40の機能構成例を示す説明図である。移動体40は、例えば、ガソリン車のようにガソリンを動力源とする移動体であってもよく、電気自動車、ハイブリッド車、電気オートバイ等の、充放電可能なバッテリを主な動力源とする移動体であってもよい。図11には、移動体40に、バッテリ210と、バッテリから供給される電力により駆動する駆動部220と、バッテリ210からの電力の遮断時にアークを抑制するアーク抑制装置100と、が備えられた場合の例が示されている。駆動部220には、例えばワイパー、パワーウィンドウ、ライト、カーナビゲーションシステム、エアーコンディショナのような車両に備えられる装備品や、モーター等の移動体40を駆動させる装置などが含まれうる。
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、電力の遮断に用いられる機械接点を小型化して、電力の遮断時の電力消費を低減させることが可能なアーク抑制装置、アーク抑制装置を備えた移動体、及びアーク抑制装置を備えた電力供給システムが提供される。
(1)
電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断器と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、前記電源からの電力が遮断機を介して負荷に供給される際には前記電源からの電流を遮断し、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差により生じる電圧が所定電圧以上になったとき前記電源からの電流を遮断する、アーク抑制装置。
(2)
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が前記遮断機を介して前記負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
を備える、前記(1)に記載のアーク抑制装置。
(3)
前記電流制限回路は、前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断された際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子を備える、前記(2)に記載のアーク抑制装置。
(4)
前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のゲート端子に電圧を印加する時間を、前記容量素子と共に設定する抵抗素子を備える、前記(3)に記載のアーク抑制装置。
(5)
前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードを備える、前記(3)に記載のアーク抑制装置。
(6)
前記電流制限回路は、さらに、前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際にオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させるスイッチを備える、前記(2)~(5)のいずれかに記載のアーク抑制装置。
(7)
前記電源から供給される電力は、直流電力である、前記(1)~(6)のいずれかに記載のアーク抑制装置。
(8)
電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断器と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が遮断機を介して負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの交流電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該電位差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
を備える、アーク抑制装置。
(9)
前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のゲート端子に電圧を印加する時間を、前記容量素子と共に設定する抵抗素子を備える、前記(8)に記載のアーク抑制装置。
(10)
前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードを備える、前記(8)または(9)に記載のアーク抑制装置。
(11)
前記電流制限回路は、さらに、前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際にオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させるスイッチを備える、前記(8)~(10)のいずれかに記載のアーク抑制装置。
(12)
前記電源から供給される電力は、直流電力である、前記(8)~(11)に記載のアーク抑制装置。
(13)
1以上の前記(1)~(12)のいずれかに記載のアーク抑制装置を備える、移動体。
(14)
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも1つの、前記(1)~(12)のいずれかに記載のアーク抑制装置と、
を備える、電力供給システム。
100 :アーク抑制装置
210 :バッテリ
220 :駆動部
AF1a、AF1b、AF1c、AF1d、AF1e、AF1f、AF1g、AF2e、AF2f :電流制限回路
F1 :ヒューズ
PF1 :プロテクタ
S1、S1a、S1b :スイッチ
V1 :電源
V2 :直流電源
Claims (12)
- 電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断機と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、前記電源からの電力が前記遮断機を介して負荷に供給される際には前記電源からの電流を遮断し、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差により生じる電圧が所定電圧以上になったとき前記電源からの電流を遮断し、
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が前記遮断機を介して前記負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際にオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させるスイッチと、
を備える、アーク抑制装置。 - 前記電流制限回路は、前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断された際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子を備える、請求項1に記載のアーク抑制装置。
- 前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のゲート端子に電圧を印加する時間を、前記容量素子と共に設定する抵抗素子を備える、請求項2に記載のアーク抑制装置。
- 前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードを備える、請求項2に記載のアーク抑制装置。
- 電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断機と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、前記電源からの電力が前記遮断機を介して負荷に供給される際には前記電源からの電流を遮断し、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差により生じる電圧が所定電圧以上になったとき前記電源からの電流を遮断し、
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が前記遮断機を介して前記負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断された際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子と、
前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードと、
を備える、アーク抑制装置。 - 電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断機と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が前記遮断機を介して負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの交流電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該電位差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際にオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させるスイッチと、
を備える、アーク抑制装置。 - 前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のゲート端子に電圧を印加する時間を、前記容量素子と共に設定する抵抗素子を備える、請求項6に記載のアーク抑制装置。
- 前記電流制限回路は、前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードを備える、請求項6に記載のアーク抑制装置。
- 電源からの電力の供給と遮断とを切り替える遮断機と並列に設けられる電流制限回路を少なくとも一つ備え、
前記電流制限回路は、
前記電源からの電力が前記遮断機を介して負荷に供給される際にはオフ状態となり、前記電源からの交流電力の前記負荷への供給が前記遮断機により遮断される際には遮断時に発生する前記遮断機の接点間の電位差によりオン状態となった後、該電位差により生じる電流を流した後にオフ状態となる第1スイッチング素子と、
前記電源からの電力の前記負荷への供給が遮断される際に前記第1スイッチング素子のゲート電圧を上昇させる容量素子と、
前記電位差に応じてオン状態となり前記第1スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間を短絡させる第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子のソース端子とゲート端子との間にツェナーダイオードと、
を備える、アーク抑制装置。 - 前記電源から供給される電力は、直流電力である、請求項1から9のいずれか一項に記載のアーク抑制装置。
- 1以上の請求項1から10のいずれか一項に記載のアーク抑制装置を備える、移動体。
- 直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力による駆動する駆動部と、
前記バッテリと前記駆動部との間に設けられる、少なくとも1つの、請求項1から10のいずれか一項に記載のアーク抑制装置と、
を備える、電力供給システム。
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