JP6651941B2 - 車載電源用のスイッチ装置および制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車載電源用のスイッチ装置および制御装置に関する。

特許文献１には、鉛蓄電池およびリチウムイオン蓄電池を搭載した車両が記載されている。鉛蓄電池はオルタネータ、スタータおよび第１電気負荷に直接に接続される。またこの鉛蓄電池は双方向の半導体スイッチを介して第２電気負荷にも接続されている。リチウムイオン蓄電池はＬｉ（リチウム）蓄電池リレーを介して第２電気負荷に接続されている。

特許文献１では、鉛蓄電池およびリチウムイオン蓄電池の充電率を算出し、その充電率などを用いた条件に基づいて、半導体スイッチおよびＬｉ蓄電池リレーを制御している。

特開２０１２−１３０１０８号公報

例えば特許文献１において、鉛蓄電池と半導体スイッチとの間において、地絡が生じたときには、半導体スイッチをオフすることで、リチウムイオン蓄電池を当該地絡から切り離すことができる。これにより、リチウムイオン蓄電池は第２電気負荷に給電できる。したがって、地絡発生時には、当該スイッチをより確実にオフすることが望ましい。

そこで本発明は、２つの蓄電装置の間に設けられるスイッチをより確実にオフできる車載電源用のスイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第１の態様は、分離スイッチ、第１制御回路、第２制御回路、論理回路、第１スイッチおよび第２スイッチを備える。分離スイッチは、第１系統と第２系統との間に接続される。第１系統は、発電機、第１蓄電装置および第１車両負荷を備える。発電機は少なくとも車両の回生時に発電する。第１蓄電装置は、発電機によって充電される。第１車両負荷は第１蓄電装置から給電される。第２系統は、第２蓄電装置および第２車両負荷を備える。第２車両負荷は、第２蓄電装置から給電される。第１制御回路は、分離スイッチのオン／オフを制御するための第１仮制御信号を出力する。第２制御回路は、分離スイッチのオン／オフを制御するための第２仮制御信号を出力する。論理回路は、第１仮制御信号および第２仮制御信号の少なくともいずれか一方がオフを示すときに分離スイッチをオフし、第１仮制御信号および第２仮制御信号のいずれもがオンを示すときに分離スイッチをオンする。第１制御回路および第２制御回路は、発電機の発電の開始に応じて、オンを示す第１仮制御信号および第２仮制御信号を出力し、第１系統または第２系統に地絡が生じたと判断したときには、オフを示す第１仮制御信号および第２仮制御信号を出力する。第１スイッチは、発電機および第１車両負荷の各々と、第１蓄電装置との間に接続され、第１制御回路によってオン／オフが制御される。第２スイッチは、第２車両負荷と第２蓄電装置との間に接続され、第２制御回路によってオン／オフが制御される。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第２の態様は、第１の態様にかかる車載電源用のスイッチ装置であって、電圧検出回路を更に備える。電圧検出回路は、第１スイッチよりも第１蓄電装置側において、第１蓄電装置の端子電圧を検出する。第１スイッチがオフし、第２スイッチがオンし、分離スイッチがオンした状態で、第１制御回路は、端子電圧に基づいて第１蓄電装置の充電率を求める。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる車載電源用のスイッチ装置であって、車両の力行中および駐車中に、第１制御回路は、第１スイッチをオンし、オフを示す第１仮制御信号を出力し、第２制御回路は、第２スイッチをオンし、オフを示す第２仮制御信号を出力する。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる車載電源用のスイッチ装置であって、第１スイッチおよび第２スイッチはノーマリオン型のスイッチであり、分離スイッチはノーマリオフ型のスイッチである。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第５の態様は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかる車載電源用のスイッチ装置であって、分離スイッチ、第１制御回路、第２制御回路および論理回路を収納するパッケージを備える。

本発明にかかる制御装置の態様は、車載電源用のスイッチ装置を制御する装置である。当該スイッチ装置は、分離スイッチ、第１スイッチおよび第２スイッチを備える。分離スイッチは第１系統と第２系統との間に接続される。第１系統は発電機、第１蓄電装置および第１車両負荷を備える。発電機は、少なくとも車両の回生時に発電する。第１蓄電装置は発電機によって充電される。第１車両負荷は第１蓄電装置から給電される。第２系統は第２蓄電装置および第２車両負荷を備える。第２車両負荷は第２蓄電装置から給電される。制御装置は、第１制御回路、第２制御回路および論理回路を備える。第１スイッチは、発電機および第１車両負荷の各々と、第１蓄電装置との間に接続される。第２スイッチは、第２車両負荷と第２蓄電装置との間に接続される。第１制御回路は、分離スイッチのオン／オフを制御するための第１仮制御信号を出力する。第２制御回路は、分離スイッチのオン／オフを制御するための第２仮制御信号を出力する。論理回路は、第１仮制御信号および第２仮制御信号の少なくともいずれか一方がオフを示すときに、分離スイッチをオフし、第１仮制御信号および第２仮制御信号のいずれもがオンを示すときに、分離スイッチをオンする。第１制御回路および第２制御回路は、発電機の発電の開始に応じて、オンを示す第１仮制御信号および第２仮制御信号を出力し、第１系統または第２系統に地絡が生じたと判断したときには、オフを示す第１仮制御信号および第２仮制御信号を出力する。第１制御回路は第１スイッチのオン／オフを制御し、第２制御回路は第２スイッチのオン／オフを制御する。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第１の態様および制御装置の態様によれば、第１制御回路および第２制御回路の一方が暴走したとしても、他方によって分離スイッチをオフできるので、第１系統および第２系統の一方で生じた地絡の、他方への影響をより確実に抑制することができる。

しかも、第１スイッチおよび第２スイッチの各々については、これを制御するための論理回路を設ける必要がない。この場合、製造コストおよび回路規模を低減できる。また第１スイッチよりも第１蓄電装置側の地絡に対しては、第１スイッチのオフにより、当該地絡と第２系統を遮断できる。同様に、第２スイッチよりも第２蓄電装置側の地絡に対しては、第２スイッチのオフにより、当該地絡と第１系統を遮断できる。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第２の態様によれば、開放電圧に基づいて充電率を算出できるので、高い精度で充電率を算出できる。また第２スイッチのみならず第３スイッチをもオンしているので、第２蓄電装置から第２車両負荷のみならず第１車両負荷へも電力を供給しつつ、開放電圧に基づいて第１蓄電装置の充電率を算出できる。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第３の態様によれば、第１系統および第２系統が互いに独立した状態で、第１車両負荷および第２車両負荷へ給電できる。またこの状態で第１系統および第２系統の一方に地絡が生じたときには、地絡発生の判断を待つことなく、当該地絡の、他方の系統への影響を回避できる。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第４の態様によれば、例えば駐車時に、消費電力を抑制して、第１スイッチおよび第２スイッチをオンしつつ、分離スイッチをオフできる。

本発明にかかる車載電源用のスイッチ装置の第５の態様によれば、スイッチ装置を一体で取り扱うことができるので、取り付けを容易にできる。

車載電源システムの一例を概略的に示す図である。 制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。 制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。 車載電源システムの一例を概略的に示すブロック図である。 制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。 制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。

＜構成＞
図１は、車載電源システム１００の構成の一例を概略的に示す図である。この車載電源システム１００は車両に搭載される。車載電源システム１００は、車載電源用のスイッチ装置１０と発電機１と蓄電装置２１，２２と車両負荷５１，５２とを備えている。

発電機１は例えばオルタネータであって、図１の例示では「ＡＬＴ」と表記されている。例えば発電機１はエンジンの回転に伴って発電して、直流電圧を出力する。この発電機１は、例えば車両の回生時に発電して、回生電力を出力してもよい。これにより、車両の回生に伴うエネルギーを有効に活用することができる。なおここでいう回生とは、例えば、アクセル開度が初期値（運転手によってアクセルペダルが踏まれていないときの値）である状態での車両の走行をいう。

蓄電装置２１は例えば鉛バッテリであり、蓄電装置２２は例えばリチウムイオンバッテリまたはニッケル水素バッテリである。蓄電装置２１，２２はスイッチ装置１０を介して発電機１によって充電され、またスイッチ装置１０を介して車両負荷５１，５２に給電する。

車両負荷５１，５２は車両に搭載される負荷である。例えば車両負荷５１，５２は同じ機能を有していてもよい。この場合、車両負荷５１，５２のいずれか一方に異常が生じても、他方がその機能を発揮することで、当該機能の消失を回避することができる。つまり車両負荷の機能を冗長できる。車両負荷５１，５２は、例えばヘッドライト、ステアリング用の電動機、または、ブレーキ用の電動機である。例えば自動運転を行うことができる車両においては、走行に関する負荷の機能を冗長することが、安定的な自動運転にとって有効である。

スイッチ装置１０は発電機１、蓄電装置２１，２２および車両負荷５１，５２を適宜に接続することができる。例えばスイッチ装置１０はスイッチ４１，４２と分離スイッチ４３と制御回路３１１，３２１と論理回路１１とを備えている。なお図１に例示するように、スイッチ装置１０は、通信回路３１６，３２６と電源回路３１２，３２２と電圧検出回路３１３，３２３，３３２，３３３と電流検出回路３１４，３２４，３３４とダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２とを更に備えていてもよい。

スイッチ４１は例えばリレーであって、発電機１と蓄電装置２１との間に接続されており、また車両負荷５１と蓄電装置２１との間に接続されている。スイッチ４２は例えばリレーであって、車両負荷５２と蓄電装置２２との間に接続されている。分離スイッチ４３は例えばリレーであって、スイッチ４１の車両負荷５１側の一端と、スイッチ４２の車両負荷５２側の一端との間に接続されている。つまり分離スイッチ４３はスイッチ４１を介して蓄電装置２１に接続され、スイッチ４２を介して蓄電装置２２に接続される。

スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３のオン／オフによって、スイッチ装置１０は発電機１，蓄電装置２１，２２および車両負荷５１，５２を適宜に導通する。例えばスイッチ４１，４２がオンし、分離スイッチ４３がオフしているときには、発電機１、蓄電装置２１および車両負荷５１は互いに導通し、蓄電装置２２および車両負荷５２は互いに導通する。また発電機１、蓄電装置２１および車両負荷５１は蓄電装置２２および車両負荷５２と電気的に切り離される。このとき、車両負荷５１は発電機１または蓄電装置２１から給電され、車両負荷５２は蓄電装置２２から給電される。

制御回路３１１はスイッチ４１のオン／オフを制御する。具体的には、制御回路３１１はスイッチ４１へと制御信号Ｓ１を出力する。スイッチ４１は制御信号Ｓ１に応じてオン／オフする。また、制御回路３１１は分離スイッチ４３用の仮制御信号Ｓ３１を論理回路１１へと出力する。

制御回路３２１はスイッチ４２のオン／オフを制御する。具体的には、制御回路３２１はスイッチ４２へと制御信号Ｓ２を出力する。スイッチ４２は制御信号Ｓ２に応じてオン／オフする。また制御回路３２１は分離スイッチ４３用の仮制御信号Ｓ３２を論理回路１１へと出力する。

論理回路１１は、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２に基づいて制御信号Ｓ３を分離スイッチ４３へと出力する。論理回路１１は、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２のいずれもが分離スイッチ４３のオンを示しているときに、分離スイッチ４３をオンさせ、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２の少なくともいずれか一方が分離スイッチ４３のオフを示しているときに、分離スイッチ４３をオフさせる。論理回路１１は例えばアンド回路である。

以上のように、制御回路３１１，３２１および論理回路１１の一組は、スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３を制御する制御装置である。

なおここでは、制御回路３１１はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御回路３１１はこれに限らず、制御回路３１１によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。制御回路３２１も同様である。

制御回路３１１，３２１は通信回路３１６，３２６を介して相互に通信することができる。この通信は例えばＣＡＮ(Controller Area Network)に準拠して行ってもよい。制御回路３１１，３２１は互いに通信して、スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３を協調して制御することができる。

また制御回路３１１，３２１は、それぞれ通信回路３１６，３２６を介して、他の装置と通信を行ってもよい。例えば不図示のエンジンＥＣＵ(Electronic Control Unit)が設けられる場合、制御回路３１１，３２１は、車両の回生を示す情報を、このエンジンＥＣＵから受信してもよい。あるいは、エンジンＥＣＵはアクセルの開度を制御回路３１１，３２１に送信してもよい。

＜回生電力＞
例えば制御回路３１１，３２１は、発電機１の発電の開始に応じて、それぞれスイッチ４１，４２をオンするための制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力し、また、分離スイッチ４３をオンするための仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２をそれぞれ出力する。なお発電機１が回生電力を出力していることは、例えば他の装置から制御回路３１１，３２１へと通知されればよい。例えば、エンジンＥＣＵが車両の回生を制御回路３１１，３２１に送信し、制御回路３１１，３２１がこれに基づいて発電機１が回生電力を出力していると判断してもよい。論理回路１１は、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２に基づいて、分離スイッチ４３をオンするための制御信号Ｓ３を出力する。これにより、スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３がオンする。よって、発電機１からの回生電力が蓄電装置２１，２２の両方に供給され、蓄電装置２１，２２を充電することができる。

図２は、制御回路３１１，３２１の上記動作の具体的な一例を示すフローチャートである。まずステップＳＴ１にて、制御回路３１１，３２１は発電機が回生電力の出力を開始しているかどうかを判断する。これは、外部の装置（例えばエンジンＥＣＵ）からの通知に基づいて判断されればよい。回生電力の出力を開始していないと判断したときには、制御回路３１１，３２１は再びステップＳＴ１を実行する。回生電力の出力を開始していると判断したときには、ステップＳＴ２にて、制御回路３１１はスイッチ４１をオンし、オンの仮制御信号Ｓ３１を出力する。次にステップＳＴ３にて制御回路３２１はスイッチ４２をオンし、オンの仮制御信号Ｓ３２を出力する。したがって制御信号Ｓ３により、分離スイッチ４３がオンする。

なおステップＳＴ２，ＳＴ３の実行順序は逆でもよく、互いに並行して実行されてもよい。またステップＳＴ１の判断は、制御回路３１１，３２１の一方が行い、その判断結果を他方に通知してもよい。

＜地絡＞
以下では、電力系統に生じる地絡を考慮する。ここでいう電力系統とは、発電機１、蓄電装置２１，２２、スイッチ４１，４２、分離スイッチ４３および車両負荷５１，５２を繋ぐ経路を示す。また以下では、分離スイッチ４３よりも発電機１、蓄電装置２１および車両負荷５１側の電力系統を第１系統７１とも呼び、分離スイッチ４３よりも蓄電装置２２および車両負荷５２側の電力系統を第２系統７２とも呼ぶ。スイッチ４１は第１系統７１に属し、スイッチ４２は第２系統７２に属する。分離スイッチ４３は第１系統７１と第２系統７２とに間に接続されて、これらの導通／非導通を選択する。

第２系統７２側に地絡が発生したときには、第２系統７２を第１系統７１から切り離すべく、制御回路３１１，３２１は、それぞれ分離スイッチ４３をオフするための仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力する。これにより、この地絡の第１系統７１への影響を回避することができる。

また地絡が発生していない第１系統７１を機能させるべく、制御回路３１１はスイッチ４１をオンする。これにより、車両負荷５１は蓄電装置２１または発電機１によって給電されて、機能を発揮することができる。

第２系統７２では地絡が発生しているので、制御回路３２１はスイッチ４２をオフしてもよい。蓄電装置２２は車両負荷５２へと給電できないからである。

第１系統７１側に地絡が発生したときにも、第１系統７１を第２系統７２から切り離すべく、制御回路３１１，３２１は、それぞれ分離スイッチ４３をオフするための仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力する。これにより、この地絡の第２系統７２への影響を回避することができる。

また地絡が発生していない第２系統７２を機能させるべく、制御回路３２１はスイッチ４２をオンする。これにより、車両負荷５２は蓄電装置２２によって給電されて、機能を発揮することができる。

第１系統７１では地絡が発生しているので、制御回路３１１はスイッチ４１をオフしてもよい。蓄電装置２１は車両負荷５１へと給電できないからである。

次に地絡の検出について述べる。地絡は電圧または電流に基づいて検出される。図１の例示では、例えば地絡検出部として機能する、電圧検出回路３１３，３２３，３３２，３３３および電流検出回路３１４，３２４，３３４が設けられている。

電圧検出回路３１３は、例えばスイッチ４１よりも蓄電装置２１側において、蓄電装置２１の端子電圧を検出し、検出した電圧を制御回路３１１へと出力する。電圧検出回路３２３は、例えばスイッチ４２よりも蓄電装置２２側において、蓄電装置２２の端子電圧を検出し、検出した電圧を例えば制御回路３２１へと出力する。電圧検出回路３３２は、スイッチ４１および分離スイッチ４３の間の配線と、接地との間に印加される電圧を検出し、検出した電圧を制御回路３１１へと出力する。電圧検出回路３３３は、スイッチ４２および分離スイッチ４３の間の配線と、接地との間に印加される電圧を検出し、検出した電圧を例えば制御回路３１１へと出力する。

電流検出回路３１４は蓄電装置２１を流れる電流を検出し、検出した電流を制御回路３１１へと出力する。図１の例示では、シャント抵抗３１５が設けられている。シャント抵抗３１５は、発電機１および車両負荷５１の各々と蓄電装置２１との間において、スイッチ４１と直列に接続されている。電流検出回路３１４はシャント抵抗３１５の両端電圧を検出する。シャント抵抗３１５を流れる電流は、シャント抵抗３１５の両端電圧および抵抗値に基づいて算出できる。

電流検出回路３２４は蓄電装置２２を流れる電流を検出し、検出した電流を制御回路３２１へと出力する。図１の例示では、シャント抵抗３２５が設けられている。シャント抵抗３２５は、分離スイッチ４３および車両負荷５２の各々と蓄電装置２２との間において、スイッチ４２と直列に接続されている。電流検出回路３２４はシャント抵抗３２５の両端電圧を検出する。シャント抵抗３２５を流れる電流は、シャント抵抗３２５の両端電圧および抵抗値に基づいて算出できる。

電流検出回路３３４は分離スイッチ４３を流れる電流を検出し、検出した電流を制御回路３１１へと出力する。図１の例示では、シャント抵抗３３５が設けられている。シャント抵抗３３５は、発電機１、車両負荷５１およびスイッチ４１の各々と、車両負荷５２およびスイッチ４２の各々との間において、分離スイッチ４３と直列に接続されている。電流検出回路３３４はシャント抵抗３３５の両端電圧を検出する。シャント抵抗３３５を流れる電流は、シャント抵抗３３５の両端電圧および抵抗値に基づいて算出できる。

地絡が発生すると、大きな電流（地絡電流）が発生したり、あるいは、電圧が低下するので、各電圧検出部または各電流検出部によって、地絡を検出できる。例えばスイッチ４１，４２および分離スイッチ４３がオンしているときに、電圧検出回路３１３，３２３，３３２，３３３のいずれかによって検出される電圧が所定値よりも小さかったり、あるいは、電流検出回路３１４，３２４，３３４のいずれかによって検出される電流が所定値よりも大きいときに、地絡の発生を検出してもよい。これらの所定値は、それぞれ予め設定されて記憶媒体に記憶されていてもよい。

制御回路３１１，３２１は、この地絡の検出に応答して、それぞれ、分離スイッチ４３をオフする仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力する。上述のように、地絡が第１系統７１に発生しても第２系統７２に発生しても、分離スイッチ４３をオフさせるためである。これにより、第１系統７１と第２系統７２とが分離される。

この状態において、例えば電圧検出回路３１３，３３２によって検出される電圧が所定値よりも小さかったり、あるいは、電流検出回路３１４によって検出される電流が所定値よりも大きいときには、第１系統７１側において地絡が発生していると判断して、制御回路３１１はスイッチ４１をオフする。

あるいは、上記の状態において、例えば電圧検出回路３２３，３３３によって検出される電圧が所定値よりも小さかったり、あるいは、電流検出回路３２４によって検出される電流が所定値よりも大きいときには、第２系統７２側において地絡が発生していると判断して、制御回路３２１はスイッチ４２をオフする。

ところで、このような地絡発生時には、スイッチ４１，４２に比べて、分離スイッチ４３をより確実にオフすることが望ましい。例えば第１系統７１において地絡が発生したときには、たとえスイッチ４１をオフできなくても、分離スイッチ４３さえオフできれば、当該地絡の第２系統７２への影響を回避することができる。これにより、第２系統７２において蓄電装置２２から車両負荷５２へと電力を供給できる。なお例えば第１系統７１において蓄電装置２１とスイッチ４１との間に地絡が生じている場合には、スイッチ４１をオフできれば、当該地絡の第２系統７２への影響を回避できる。しかしながら、スイッチ４１に対して蓄電装置２１とは反対側で地絡が発生しているときにはスイッチ４１をオフしても地絡と第２系統７２側との遮断を行えないが、分離スイッチ４３をオフすれば当該遮断が実現される。つまり第１系統７１における地絡がスイッチ４１に対して蓄電装置２１側で発生しても、蓄電装置２１と反対側で発生しても、またスイッチ４１の動作の良否に拘わらず、分離スイッチ４３のオフによって上記遮断を実現できる。

同様に、第２系統７２に地絡が生じている場合、仮にスイッチ４２をオフできなくても、分離スイッチ４３さえオフできれば、当該地絡の第１系統７１側への影響を回避できる。したがって、スイッチ４１，４２のオフに優先して、分離スイッチ４３を確実にオフすることが望ましい。

そこで、本スイッチ装置１０では、制御回路３１１，３２１および論理回路１１が設けられている。これにより、たとえ制御回路３１１，３２１の一方が誤動作によって、分離スイッチ４３のオンを維持しようとしても、他方が分離スイッチ４３をオフすることができる。例えば、制御回路３１１が誤動作により、オンの仮制御信号Ｓ３１を出力しても、制御回路３２１が適切にオフの仮制御信号Ｓ３２を出力することで、論理回路１１はオフの制御信号Ｓ３を出力する。これにより、分離スイッチ４３をより確実にオフすることができる。

一方で上述のように、制御回路３１１，３２１は互いに独立してスイッチ４１，４２を制御する。つまり、制御回路３１１は制御回路３２１とは独立してスイッチ４１を制御し、制御回路３２１は制御回路３１１とは独立してスイッチ４２を制御する。よって、スイッチ４１，４２を、制御回路３１１，３２１によって制御する構造に比して、制御回路３１１，３２１の処理を簡易にできる。また論理回路が不要になるので、製造コストおよび回路規模を低減することができる。

図３は、制御回路３１１，３２１の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ１１にて、制御回路３１１，３２１は、それぞれ地絡が発生したか否かを判断する。なお制御回路３１１，３２１は判断結果を互いに送信するとよい。これにより、制御回路３１１，３２１が異なる箇所の地絡を検出する場合であっても、制御回路３１１，３２１は地絡の発生を認識することができる。

地絡が発生したと判断したときには、ステップＳＴ１２にて、制御回路３１１，３２１はオフの仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２をそれぞれ出力する。次にステップＳＴ１３にて、制御回路３１１は、第１系統７１において地絡が発生しているか否かを判断する。第１系統７１に地絡が発生していると判断したときには、ステップＳＴ１４にて、制御回路３１１はスイッチ４１をオフする。ステップＳＴ１４の次、または、ステップＳＴ１３にて第１系統７１に地絡が発生していないと判断したときには、ステップＳＴ１５にて、制御回路３２１は、第２系統７２に地絡が発生しているか否かを判断する。第２系統７２に地絡が発生したと判断したときには、制御回路３２１はスイッチ４２をオフする。第２系統７２において地絡が発生していないと判断したときには、ステップＳＴ１６を実行することなく処理を終了する。

なおステップＳＴ１３，ＳＴ１４の一組とステップＳＴ１５，ＳＴ１６の一組との実行順序は逆であってもよい。またステップＳＴ１２は、必ずしもステップＳＴ１１，ＳＴ１３の間で実行される必要はなく、ステップＳＴ１１において肯定的な判断がなされた時点よりも後に実行されればよい。

なお、第１系統７１の地絡が、スイッチ４１よりも蓄電装置２１側で発生しているときには、制御回路３１１がスイッチ４１をオフすれば、分離スイッチ４３をオンしても、当該地絡の蓄電装置２２への影響を回避することができる。つまり、第１系統７１の地絡による第２系統７２への影響を回避するために、分離スイッチ４３をより確実にオフすることが望まれるものの、スイッチ４１のオフによって、当該地絡の第２系統７２への影響を回避できる場合には、分離スイッチ４３をオンしてもよいのである。よってこのとき、制御回路３１１，３２１は、分離スイッチ４３をオンする仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力してもよい。これによれば、蓄電装置２２が車両負荷５１，５２へと給電することができる。以下に具体的な処理の一例を説明する。

例えば第１系統７１の地絡に応答して、スイッチ４１および分離スイッチ４３をオフした状態で、制御回路３１１，３２１は、分離スイッチ４３を再びオンすべく、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２をそれぞれ出力する。もし地絡がスイッチ４１よりも発電機１または車両負荷５１側に発生していれば、蓄電装置２２からスイッチ４２および分離スイッチ４３を経由して、地絡電流が流れる。逆に言えば、この状態で、蓄電装置２２を流れる電流が所定値よりも小さいときには、スイッチ４１よりも蓄電装置２１側に地絡が生じていると判断することができる。よって、当該電流が所定値よりも小さいときには、分離スイッチ４３をオンに維持する。これにより、蓄電装置２２は車両負荷５１へも給電できる。その一方で、当該電流が所定値よりも大きいときには、制御回路３１１，３２１は、分離スイッチ４３をターンオフすべく、仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２をそれぞれ出力する。これにより、当該地絡の蓄電装置２２への影響を回避することができる。

なおスイッチ４１よりも蓄電装置２１側に地絡が生じたと判断したときに、制御回路３１１が暴走してスイッチ４１をオンしたとしても、制御回路３２１が単独で分離スイッチ４３をオフできる。よってこの場合でも、当該地絡の第２系統７２への影響を回避することができる。なお制御回路３２１は、例えば制御回路３１１から適切に信号を受信しないことにより、制御回路３１１の暴走を認識できる。

また第２系統７２において、スイッチ４２よりも蓄電装置２２側に地絡が発生したときにも同様に処理できる。つまり、このとき制御回路３１１がスイッチ４２をオフすれば、分離スイッチ４３をオンしても、当該地絡の蓄電装置２１への影響を回避することができるので、制御回路３１１，３２１は、分離スイッチ４３をオンする仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力してもよい。これにより、発電機１または蓄電装置２１は車両負荷５１のみならず、車両負荷５２へも給電できる。

車両負荷５１，５２が同一機能を有している場合には、車両負荷５１，５２の両方に電力を供給することにより、車両負荷５１，５２の機能冗長を実現できる。

＜制御回路の電源＞
図１の例示では、制御回路３１１は電源回路３１２から電力を受け取って動作する。電源回路３１２は、例えばその入力側において、それぞれダイオードＤ１１，Ｄ２１を介して蓄電装置２１，２２に接続されている。ダイオードＤ１１の順方向は、蓄電装置２１から電源回路３１２へと電流が流れる方向であり、ダイオードＤ２１の順方向は、蓄電装置２２から電源回路３１２へと電流が流れる方向である。ダイオードＤ１１の順方向とダイオードＤ２１の順方向とは電源回路３１２から見て同じ方向であって、ダイオードＤ１１，Ｄ２１は、蓄電装置２１，２２間の電流の回り込みを回避する。電源回路３１２は、入力された電圧を制御回路３１１の動作電圧として適した電圧に変換し、当該電圧を出力する。電源回路３１２は例えばスイッチングレギュレータである。

制御回路３２１も、制御回路３１１と同様に、電源回路３２２から電力を受け取って動作する。電源回路３２２は、例えばその入力側において、それぞれダイオードＤ１２，Ｄ２２を介して蓄電装置２１，２２に接続されている。ダイオードＤ１２の順方向は、蓄電装置２１から電源回路３２２へと電流が流れる方向であり、ダイオードＤ２２の順方向は、蓄電装置２２から電源回路３２２へと電流が流れる方向である。ダイオードＤ１２の順方向とダイオードＤ２２の順方向とは電源回路３２２から見て同じ方向であって、ダイオードＤ１２，Ｄ２２は蓄電装置２１，２２間の電流の回り込みを回避する。電源回路３２２は、入力された電圧を制御回路３２１の動作電圧として適した電圧に変換して、当該電圧を出力する。電源回路３２２は例えばスイッチングレギュレータである。

このような構成によれば、蓄電装置２１，２２の一方が消失しても、他方が制御回路３１１，３２１へと電源を供給することができる。

＜スイッチ装置＞
スイッチ装置１０は例えばパッケージを備えている。このパッケージには、スイッチ装置１０が備える上述の構成の全てを収納していてもよい。これにより、スイッチ装置１０を一体で取り扱うことができ、スイッチ装置１０の取り付けが容易である。またスイッチ装置１０が備える上述の全ての構成は、所定の基板上に実装されていてもよい。

＜車両＞
図４は、車載電源システム１００の構成の一例を示すブロック図である。図４の例示では、車載電源システム１００は車両２００に搭載されている。車両２００には、例えばエンジンルーム２１０、車室２２０およびラゲッジルーム２３０が設けられている。ラゲッジルーム２３０は車室２２０に対してエンジンルーム２１０とは反対側に設けられる。エンジンルーム２１０は例えば車両２００の進行方向の前方に設けられている。

図４の例示では、蓄電装置２１、スイッチ装置１０および発電機１は、エンジンルーム２１０に配置されている。また蓄電装置２２はラゲッジルーム２３０側に配置されている。車両負荷５１，５２は例えば車室２２０側に配置されている。

＜スイッチ制御の例＞
以下、スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３の制御の例について述べる。

＜力行時および駐車時＞
制御回路３１１，３２１は、車両の力行時または駐車時には、それぞれスイッチ４１，４２をオンする。車両が力行していることは、例えばエンジンＥＣＵから制御回路３１１，３２１へと通知されてもよい。なおここでいう力行とは、例えば、アクセル開度が初期値よりも大きい状態での車両の走行をいう。また、車両が駐車していることは、例えばエンジンＥＣＵからエンジンの停止の通知に基づいて判断してもよい。

車両の力行時または駐車時において、スイッチ４１，４２がオンするので、このとき車両負荷５１，５２には電力が供給される。よって車両負荷５１，５２の機能冗長が実現できる。また制御回路３１１，３２１は分離スイッチ４３をオンしてもよく、オフしてもよい。分離スイッチ４３がオンしているときには、発電機１および蓄電装置２１，２２が車両負荷５１，５２に電源を供給できる。

分離スイッチ４３がオフしているときには、車両負荷５１は蓄電装置２１から給電され、車両負荷５２は蓄電装置２２から給電される。つまり、第１系統７１および第２系統７２が互いに独立した状態で、車両負荷５１，５２へ給電できる。またこの状態で第１系統７１および第２系統７２の一方に地絡が生じたときには、地絡発生の判断を待つことなく、当該地絡の、他方の系統への影響を回避できる。もし分離スイッチ４３がオンしていると、地絡が発生してから分離スイッチ４３がオフするまでの期間において、車両負荷５１，５２への給電に不備が生じることが考えられる。力行時または駐車時に分離スイッチ４３がオフしていると、たとえ第１系統７１および第２系統７２の一方に地絡が発生しても、他方の系統において、車両負荷へ安定的に給電できるのである。

図５は、制御回路３１１，３２１の上記動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ２１にて、制御回路３１１，３２１は、車両が力行しているか、駐車しているかを判断する。この判断は例えば外部の装置（例えばエンジンＥＣＵ）からの通知に基づいて行うことができる。否定的な判断がなされると、制御回路３１１，３２１は再びステップＳＴ２１を実行する。

肯定的な判断がなされると、ステップＳＴ２２にて、制御回路３１１はスイッチ４１をオンし、オフの仮制御信号Ｓ３１を出力する。次にステップＳＴ２３にて、制御回路３２１はスイッチ４２をオンし、オフの仮制御信号Ｓ３２を出力する。なおステップＳＴ２２，ＳＴ２３の実行順序は逆であってもよく、あるいは、ステップＳＴ２２，ＳＴ２３が並行して実行されてもよい。

＜スイッチ＞
例えば、スイッチ４１，４２はノーマリオン型のスイッチであり、分離スイッチ４３はノーマリオフ型のスイッチであってもよい。これによれば、例えば駐車時に、制御回路３１１，３２１が動作を停止しても、スイッチ４１，４２をオンでき、分離スイッチ４３をオフできる。したがって、駐車時における消費電力を低減することができる。

＜蓄電装置の充電率の算出＞
＜開放電圧に基づく充電率の算出＞
スイッチ４１をオフしたときに電圧検出回路３１３によって検出される蓄電装置２１の端子電圧は、蓄電装置２１の開放電圧とみなすことができる。制御回路３１１はこの開放電圧に基づいて蓄電装置２１の充電率を算出してもよい。開放電圧と充電率との関係は例えば予め設定されて、記憶媒体に記憶されていてもよい。開放電圧と充電率との関係はほぼ正確に予め求めることができるので、制御回路３１１は蓄電装置２１の充電率を高い精度で求めることができる。以下、この算出を高精度算出とも呼ぶ。

なおスイッチ４１をオフしているときには、車両負荷５１，５２への電力の供給を維持すべく、スイッチ４２および分離スイッチ４３をオンすることが望ましい。つまり、高精度算出を行うときには、スイッチ４２および分離スイッチ４３をオンすることが望ましい。

図６は、蓄電装置２１の充電率を算出するときの、制御回路３１１，３２１の動作の一例を示すフローチャートである。まずステップＳＴ３１にて、制御回路３１１はスイッチ４１をオフし、制御回路３２１はスイッチ４２をオンし、制御回路３１１，３２１は、それぞれオンの仮制御信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力する。これにより、分離スイッチ４３はオンする。次にステップＳＴ３２にて、電圧検出回路３１３は蓄電装置２１の端子電圧を開放電圧として検出し、これを制御回路３１１へと出力する。次にステップＳＴ３３にて、制御回路３１１は開放電圧に基づいて蓄電装置２１の充電率を算出する。なお、開放電圧を検出した後には、制御回路３１１，３２１は、スイッチ４１，４２および分離スイッチ４３を、ステップＳＴ３１の前の状態に戻してもよい。

＜電流に基づく充電率の算出＞
上記高精度算出方法では、蓄電装置２１の開放電圧を検出するためにスイッチ４１をオフする必要がある。よって、蓄電装置２１からの給電を行うことができない。そこで、スイッチ４１をオンしているときには、高精度算出において算出された充電率を用いた以下の方法によって蓄電装置２１の充電率を算出してもよい。つまり一旦はスイッチ４１をオフして高精度算出により充電率を求めた上で、スイッチ４１をオンし、以下のように充電率を算出する。

例えば制御回路３１１は、スイッチ４１をオンしているときには、蓄電装置２１を流れる電流を、電流検出回路３１４を用いて検出し、開放電圧に基づいて算出された上記の充電率と、検出した電流の積算とに基づいて、公知の手法により、蓄電装置２１の充電率を算出してもよい。この算出方法は、高精度算出に比べて、充電率の算出精度は低いものの、スイッチ４１をオンできるので、蓄電装置２１を車両負荷５１の電源として機能させることができる。以下では、電流の積算に基づく算出を、低精度算出とも呼ぶ。

制御回路３１１は、高精度算出と低精度算出とを繰り返し行ってもよい。例えば低精度算出を複数回行うたびに、高精度算出を行ってもよい。また低精度算出では、直近の高精度算出を用いて算出された充電率と、電流の積算とに基づいて、充電率を算出するとよい。これによれば、複数回の低精度算出の度に生じる誤差を、高精度算出の度に低減することができる。

なお上述の例では、蓄電装置２１の充電率について述べたものの、蓄電装置２２でも同様である。つまり、スイッチ４１と分離スイッチ４３とをオンしつつ、スイッチ４２をオフした状態で、蓄電装置２２の端子電圧を開放電圧として検出し、この開放電圧に基づいて蓄電装置２２の充電率を算出する。これにより、高精度に蓄電装置２２の充電率を算出できる。

一方で、スイッチ４１をオンしているときには、蓄電装置２２を流れる電流と、開放電圧に基づいた算出した充電率とを用いて、蓄電装置２２の充電率を算出する。蓄電装置２２においても、高精度算出と低精度算出とを繰り返し実行してもよい。

上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０ 車載電源用のスイッチ装置
１１ 論理回路
２１，２２ 蓄電装置（第１蓄電装置および第２蓄電装置）
４１，４２ スイッチ（第１スイッチおよび第２スイッチ）
４３ 分離スイッチ
５１，５２ 車両負荷（第１車両負荷および第２車輌負荷）
７１ 第１系統
７２ 第２系統
３１１，３２１ 制御回路（第１制御回路および第２制御回路）
３１３ 電圧検出回路
Ｓ３１，Ｓ３２ 仮制御信号（第１仮制御信号および第２仮制御信号）

Claims (6)

1. 少なくとも車両の回生時に発電する発電機、前記発電機によって充電される第１蓄電装置、および、前記第１蓄電装置から給電される第１車両負荷を含む第１系統と、第２蓄電装置、および、前記第２蓄電装置から給電される第２車両負荷を含む第２系統との間に接続される分離スイッチと、
   前記分離スイッチのオン／オフを制御するための第１仮制御信号を出力する第１制御回路と、
   前記分離スイッチのオン／オフを制御するための第２仮制御信号を出力する第２制御回路と、
   前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号の少なくともいずれか一方がオフを示すときに前記分離スイッチをオフし、前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号のいずれもがオンを示すときに前記分離スイッチをオンする論理回路と、
   前記発電機および前記第１車両負荷の各々と、前記第１蓄電装置との間に接続され、前記第１制御回路によってオン／オフが制御される第１スイッチと、
   前記第２車両負荷と前記第２蓄電装置との間に接続され、前記第２制御回路によってオン／オフが制御される第２スイッチと
   を備え、
   前記第１制御回路および前記第２制御回路は、前記発電機の発電の開始に応じて、オンを示す前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号を出力し、前記第１系統または前記第２系統に地絡が生じたと判断したときには、オフを示す前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号を出力する、車載電源用のスイッチ装置。
2. 請求項１に記載の車載電源用のスイッチ装置であって、
   前記第１スイッチよりも前記第１蓄電装置側において、前記第１蓄電装置の端子電圧を検出する電圧検出回路を更に備え、
   前記第１スイッチがオフし、前記第２スイッチがオンし、前記分離スイッチがオンした状態で、前記第１制御回路は、前記端子電圧に基づいて前記第１蓄電装置の充電率を求める、車載電源用のスイッチ装置。
3. 請求項１または２に記載の車載電源用のスイッチ装置であって、
   前記車両の力行中および駐車中に、
   前記第１制御回路は、前記第１スイッチをオンし、オフを示す前記第１仮制御信号を出力し、
   前記第２制御回路は、前記第２スイッチをオンし、オフを示す前記第２仮制御信号を出力する、車載電源用のスイッチ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車載電源用のスイッチ装置であって、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチはノーマリオン型のスイッチであり、前記分離スイッチはノーマリオフ型のスイッチである、車載電源用のスイッチ装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車載電源用のスイッチ装置であって、
   前記分離スイッチ、前記第１制御回路、前記第２制御回路および前記論理回路を収納するパッケージを備える、車載電源用のスイッチ装置。
6. 少なくとも車両の回生時に発電する発電機、前記発電機によって充電される第１蓄電装置、および、前記第１蓄電装置から給電される第１車両負荷を含む第１系統と、第２蓄電装置、および、前記第２蓄電装置から給電される第２車両負荷を含む第２系統との間に接続される分離スイッチと、
   前記発電機および前記第１車両負荷の各々と、前記第１蓄電装置との間に接続される第１スイッチと、
   前記第２車両負荷と前記第２蓄電装置との間に接続される第２スイッチと
   を備える車載電源用のスイッチ装置を制御する装置であって、
   前記分離スイッチのオン／オフを制御するための第１仮制御信号を出力する第１制御回路と、
   前記分離スイッチのオン／オフを制御するための第２仮制御信号を出力する第２制御回路と、
   前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号の少なくともいずれか一方がオフを示すときに、前記分離スイッチをオフし、前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号のいずれもがオンを示すときに、前記分離スイッチをオンする論理回路と
   を備え、
   前記第１制御回路および前記第２制御回路は、前記発電機の発電の開始に応じて、オンを示す前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号を出力し、前記第１系統または前記第２系統に地絡が生じたと判断したときには、オフを示す前記第１仮制御信号および前記第２仮制御信号を出力し、
   前記第１制御回路は、前記第１スイッチのオン／オフを制御し、
   前記第２制御回路は、前記第２スイッチのオン／オフを制御する、制御装置。

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