(57)【要約】  電源制御装置であって、正極及び負極を有する直流電源と、直流電源と電気的に接続された負荷と、正極から負荷を介して負極までの電流経路に直列接続されたリレーと、電流経路に直列接続されたスイッチング素子と、リレー及びスイッチング素子を制御するコントローラとを備え、コントローラは、電流経路を電気的に遮断する場合に、スイッチング素子をオフ状態に切り替えた後に、リレーをオフ状態に切り替える。
2016185579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して電気的に接続され、正極及び負極を有する直流電源と、
前記正極から前記負荷を介して前記負極までの電流経路に直列接続されたリレーと、
前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子と、
前記リレー及び前記スイッチング素子を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に遮断する場合には、前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えた後に、前記リレーをオフ状態に切り替える
電源制御装置。
【請求項２】
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、
前記センサを用いて、前記電流経路に流れる電流が所定の電流閾値より低い状態を非導通状態として検出し、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした後に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、前記電流経路を開放させる
請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項２記載の電源制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態に切り替える前に、第１所定期間、前記スイッチング素子をオフ状態にし、
前記第１所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項２又は３記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にする時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項２〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替えた後に、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替える前に、第２所定期間、前記スイッチング素子をオン状態にし、
前記第２所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項６に記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態にする時点から前記スイッチング素子をオン状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記リレーの故障診断を行う
請求項６又は７に記載の電源制御装置。
【請求項９】
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態に切り替えた後で、前記スイッチング素子のターンオン期間中に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子及び前記リレーの故障診断を行う
請求項６〜８のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１０】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーは、前記正極側及び前記負極側の一方の電極側に接続されており、
前記スイッチング素子は、前記正極側及び前記負極側の他方の電極側に接続されており、
前記他方の電極と前記電源用筐体との間の電位差は、前記一方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも小さい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１１】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーと前記スイッチング素子との直列回路が、前記正極側又は前記負極側のうち、一方の電極側に接続されており、
前記一方の電極と前記筐体との間の電位差は、前記正極側又は前記負極側のうち他方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも大きい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１２】
前記リレーは、前記電流経路上で、前記直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されている
請求項１１記載の電源制御装置。
【請求項１３】
前記直流電源を収容する電源用筐体と
前記負荷を収容する負荷用筐体を備え、
前記電源用筐体の電位と前記負荷用筐体の電位が同電位である
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１４】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え
前記電源用筐体の電位は、前記正極側の前記電流経路の電位、又は、前記負極側の前記電流経路の電位のいずれか一方の電位と同電位である
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１５】
直流電源の正極から負荷を介して前記直流電源の負極までの電流経路に直列接続されたリレー、前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子、及び、前記リレーと前記スイッチング素子を制御するコントローラとを備えた電源制御装置の制御方法であって、
前記リレー及び前記スイッチング素子がオンである状態で、前記コントローラにより、前記電流経路を電気的に遮断する旨の信号を受信し、
前記信号を受信した場合に、前記コントローラによって、前記スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替え、
前記スイッチング素子がオフ状態に切り替わった後に、前記リレーをオン状態からオフ状態に切り替える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源制御装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
突入電流を防止するための制限抵抗を廃止した電源制御装置が開示されている。当該電源制御装置において、制御装置は、起動指令ＳＴを受けると、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ３をオンさせてコンデンサＣを充電するプリチャージ処理を実行する。ここで、制限抵抗が設けられていないため、制御装置は、システムメインリレーＳＭＲ３のパワーＭＯＳＦＥＴが最大定格電力を超えない範囲であって、かつ、飽和領域で動作するようにパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御する。そして、プリチャージ処理の完了後に、ＳＭＲ２をオンに、ＳＭＲ３をオフにする（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４３２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の電源制御装置において、バッテリとモータとの間に流れている電流を遮断する場合には、メインリレーＳＭＲ３のパワーＭＯＳＦＥＴパワーＭＯＳＦＥＴがオフになっている状態で、メインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２をオフにすることなる。そのため、電流の遮断時に、メインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２の接点が劣化しやすいという問題があった。【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リレー接点の劣化を抑制できる電源制御装置又はその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、直流電源の正極から負荷を介して直流電源の負極までの電流経路に対して、スイッチング素子及びリレーをそれぞれ直列に接続し、当該電流経路を電気的に遮断する場合には、スイッチング素子をオフ状態に切り替えた後に、リレーをオフ状態に切り替えることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電流経路を電気的に遮断する際、リレーがオフ状態に切り替わる時には、スイッチング素子がオフ状態になっており、電源からの高い突入電流がリレーに流れないため、リレーの接点の劣化を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態において、スイッチング素子の接続例を説明するための回路図である。
【図３】図３は、本実施形態において、スイッチング素子の接続例を説明するための回路図である。
【図４】図４は、電流経路を電気的に導通させる場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図５】図５は、電流経路を電気的に導通させる場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図６】図６は、電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図７】図７は、電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図８】図８は、電流経路が非導通状態である場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図９】図９は、電流経路が非導通状態である場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本実施形態に係る電源制御装置は、例えば車両に設けられており、車両に搭載されたバッテリの電力を、インバータを介してモータに供給するシステムを制御する装置である。以下の説明では、電源制御装置が車両に設けられる場合を前提に説明するが、電源制御装置は車両に限らず他の装置に設けられていてもよい。例えば、電源制御装置は、定置用の電源の電力を負荷に供給する際の電力システムに適用されてもよい。
【００１１】
図１に示すように、電源制御装置は、直流電源１と、負荷装置２と、スイッチング素子３と、リレー４と、駆動制御装置５と、電圧センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃと、電流センサ７Ａ、７Ｂと、制御装置８と、電源ラインＰ、Ｎを備えている。なお、制御装置８は、必ずしも電源制御装置の構成でなくてもよい。図１では、駆動制御装置５と制御装置８を分けて図示しているが、駆動制御装置５及び制御装置８を１つの制御装置としてもよい。なお、図１において、点線の矢印は制御信号を示している。
【００１２】
直流電源１は、負荷装置２に対して電力を供給する装置であって、バッテリ１１と筐体１２とを有している。バッテリ１１は、リチウムイオン電池などの二次電池を複数接続する。バッテリ１１は、正極及び負極を有している。バッテリ１１の正極と負極は、一対の電源ラインＰ、Ｎを介して負荷装置２にそれぞれ接続されている。筐体１２は、バッテリ１１を収容するための金属製のケースである。また直流電源１は、負荷装置２の回生によって発電した電力を、バッテリ１１で蓄電する機能も有している。
【００１３】
負荷装置２は、直流電源１の電力を消費する装置であり、インバータ２１と筐体２２とを有している。負荷装置２は電源ラインＰ、Ｎを介して、直流電源１に電気的に接続されている。インバータ２１は、バッテリ１１の電力を変換し、図示しないモータに変換された電力を供給する電力変換装置である。インバータ２１の入力側（ＤＣ側）は、電源ラインを介してバッテリ１１に接続されており、インバータ２１の出力側（ＡＣ側）は、モータに接続されている。筐体２２は、インバータ２１を収容するための金属製のケースである。なお、負荷装置２は、インバータ２１に限らず、モータを有してもよく、インバータ２１以外の他の負荷（例えば、電熱線）でもよい。
【００１４】
電源ラインＰ、Ｎは、直流電源１と負荷装置２との間を接続する一対の配線である。また、電源ラインＰ、Ｎは、直流電源１の正極から負荷装置２を介して直流電源１の負極までの電流経路となる。
【００１５】
スイッチング素子３は、スイッチング機能をもつ半導体素子である。本実施形態では、スイッチング素子３はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子３は、−電極側（負極側）の電源ラインＮに接続されている。スイッチング素子３は、ＭＯＳＦＥＴに限らずＩＧＢＴでもよい。またスイッチング素子３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、又はＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体材料を用いたユニポーラまたはバイポーラ構造のスイッチング素子でよい。
【００１６】
直流電源１から負荷装置２に向かう方向を順方向とした場合に、本実施形態に係る電源制御装置は、順方向に流れる電流を遮断できるように構成されている。そのため、ＰチャネルＦＥＴの導通方向が、電源ラインＮの順方向となるように、スイッチング素子３は接続されている。なお、スイッチング素子３を用いて、逆方向の回生電流を遮断するように構成する場合には、図１に示すスイッチング素子３のドレインとソースを逆にした上で、スイッチング素子３を接続すればよい。
【００１７】
また順方向及び逆方向の電流を遮断する場合には、図２に示すように、逆耐圧性能をもたない複数のスイッチング素子３を直列に接続すればよい。図２は、両方向の電流の遮断を可能とするスイッチング素子３の接続例を示した回路図である。図２に示すように、２つのスイッチング素子３は、Ｐ型チャネルのＭＯＳＦＥＴであり、互いに逆方向にしつつ、直列に接続されている。
【００１８】
また、両方向の電流の遮断を可能とする他の接続例として、図３に示すように、逆耐圧性能をもつスイッチング素子３を並列に接続してもよい。図３は、両方向の電流の遮断を可能とするスイッチング素子３の接続例を示した回路図である。図３に示すように、２つのスイッチング素子３は、ＩＧＢＴであり、互いに逆方向にしつつ、並列に接続されている。
【００１９】
リレー４は機械式のスイッチである。リレー４には、例えば電磁継電器が用いられる。リレー４は、スイッチング素子３と異なり、スイッチのオン、オフに伴って、機械的に移動する一対の接点を有している。一対の接点のうち、少なくとも一方の接点が動的に移動すればよい。リレー４は、＋電極側（正極側）の電源ラインＰに接続されている。リレー４は、コイルを有しており、当該コイルに電流を流すことで生じる電磁誘導によって、接点が駆動するような構造になっている。
【００２０】
上記のように、本実施形態に係る電源制御装置において、直流電源１と負荷装置２との間で電流を導通させる電流経路は、電源ラインＰ、Ｎで形成されている。電流経路の電気的な導通と遮断を切り替えるために、電源ラインＰ、Ｎにリレー４とスイッチング素子３がそれぞれ接続されている。通常、高電圧である直流電源と負荷との間で、オン、オフを切り替える場合には、一対のリレースイッチを、正極側の電源ラインと、負極側の電源ラインに接続する。一方、本願発明では、正極側に接続したリレースイッチの役割を、リレー４にもたせており、負極側に接続したリレースイッチの役割を、スイッチング素子３にもたせている。言い替えると、本実施形態において、リレー４は、正極又は負極のいずれか一方の極の電流経路を、独立してオン、オフの切り替えを可能とするスイッチである。
【００２１】
バッテリ１１の正極と筐体１２との間の電位差（以下、第１電位差と称す）と、バッテリ１１の負極と筐体との間の電位差（以下、第２電位差と称す）が異なる場合には、スイッチング素子３は、より小さい方の電位差をもつ電極側に、近づくように接続されている。例えば、第２電位差が第１電位差よりも小さい場合には、スイッチング素子３は負極側の電源ラインＮに接続され、リレー４は正極側の電源ラインＰに接続される。このような接続形態は、図１に示した接続形態である。一方、第１電位差が第２電位差よりも小さい場合には、スイッチング素子３は正極側の電源ラインＰに接続され、リレー４は負極側の電源ラインＮに接続される。
【００２２】
スイッチング素子３は、オフ状態でも、素子の内部でリーク電流が発生する可能性がある。そして、電圧が高いほど、リーク電流が増加する。そのため、第１電位差と第２電位差のうち、電位差の低い方の電源ラインに、スイッチング素子３を接続することで、筐体等からスイッチング素子３に流れるリーク電流を抑制することができる。
【００２３】
駆動制御装置５は、スイッチング素子３及びリレー４のオン、オフを制御するコントローラである。駆動制御装置５は、制御装置８から送信される電力供給許可信号に基づき、スイッチング素子３及びリレー４のオン、オフを切り替える。また、駆動制御装置５は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ、電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３及びリレー４のオン、オフを切り替える。また、駆動制御装置５は、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断機能も有している。
【００２４】
電圧センサ６Ａは、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路のうち、入力側の電圧を検出する。電圧センサ６Ａの両端子のうち、高電位側の端子は、バッテリ１１の正極とリレー４との間で、電源ラインＰに接続されており、低電位側の端子は、電源ラインＮに接続されている。
【００２５】
電圧センサ６Ｂは、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路のうち、出力側の電圧を検出する。電圧センサ６Ｂの両端子のうち、高電位側の端子は、リレー４とのインバータ２１間で、電源ラインＰに接続されており、低電位側の端子は、スイッチング素子３とインバータ２１との間で、電源ラインＮに接続されている。
【００２６】
電圧センサ６Ｃは、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路のうち、リレー４の出力側の電圧を検出する。電圧センサ６Ｃの両端子のうち、高電位側の端子は、リレー４とのインバータ２１間で、電源ラインＰに接続されており、低電位側の端子は、スイッチング素子３とバッテリ１１の負極との間で、電源ラインＮに接続されている。
【００２７】
電流センサ７Ａは、電源ラインＰの電流を検出するセンサであって、バッテリ１１の正極とリレー４との間で、電源ラインＰに接続されている。電流センサ７Ｂは、電源ラインＮの電流を検出するセンサであって、バッテリ１１の負極とスイッチング素子３との間で、電源ラインＮに接続されている。
【００２８】
電圧センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの検出電圧及び電流センサ７Ａ、７Ｂの検出電流は、駆動制御装置５に出力される。
【００２９】
制御装置８は、車両全体を制御するコントローラである。制御装置８は、駆動制御装置５との間で制御信号の通信を行うことができる。また制御装置８は、車両のメインスイッチの状態に応じて電力供給許可信号を駆動制御装置５に送信する。電力供給許可信号がオンのときには、直流電源１から負荷装置２への電力の供給が許可されたことを示す。電力供給許可信号がオフのときには、直流電源１から負荷装置２への電力の供給が許可されていないことを示す。そして、制御装置８は、例えば、ユーザの操作により車両のメインスイッチがオフからオンに切り替わった場合には、電力許可信号のレベルをハイにすることで、オン状態にする。一方、メインスイッチがオンからオフに切り替わった場合には、制御装置８は、電力許可信号のレベルをローにすることで、オフ状態にする。
【００３０】
次に、駆動制御装置５の具体的な制御について、説明する。まず、電源制御装置の立ち上げ時（起動時）の制御を説明する。駆動制御装置５は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に導通させることで、電力供給のためのシステムを起動させる。具体的には、駆動制御装置５は、制御装置８から、オン状態の電流許可信号を受信した場合に、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に導通させるように、以下のシーケンスで制御を行う。
【００３１】
図４は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に導通させる場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。図４のグラフの横軸は時間を示している。また、リレー４の駆動電圧は、駆動制御装置５の制御信号に基づき、リレー４のコイルに印加される電圧を示しており、駆動電圧がＶＯＮのときに、リレー４はオン状態となり、駆動電圧がＶＯＦＦのときに、リレー４はオフ状態となる。スイッチング素子３の駆動電圧は、スイッチング素子３のゲート電圧に相当する。なお、後述する図５〜図９に示すグラフの縦軸及び横軸は、図４に示すグラフの縦軸及び横軸と同様である。
【００３２】
電力供給信号がオフの場合に、スイッチング素子３及びリレー４はオフ状態である。すなわち、直流電源１と負荷装置２との間で電流を流す必要がない場合には、スイッチング素子３及びリレー４が共にオフ状態を維持する。これにより、電流経路のインピーダンスが高い状態で保たれ、システムの安全性を高めることができる。なお、スイッチング素子３及びリレー４のうち、いずれか一方のスイッチをオフ状態にすることで、電流経路の高インピーダンスを保つことができる場合には、スイッチング素子３及びリレー４のうち、いずれか一方のみをオフ状態にするだけもよい。
【００３３】
図４に示すように、初期状態で、電力供給信号がオフになっており、リレー４の駆動電圧及びスイッチング素子３の駆動電圧はＶＯＦＦである。時間ｔ１で、電力供給信号がオフからオンに切り替わると、駆動制御装置５は、時間ｔ１から所定時間の経過後の時間ｔ２で、リレー４の駆動電圧をＶＯＦＦからＶＯＮに上げることで、リレー４をオフ状態からオン状態に切り替える。駆動制御装置５は、時間ｔ２から所定時間の経過後の時間ｔ３で、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＦＦから上昇させる。そして、時間ｔ４でスイッチング素子３の駆動電圧はＶＯＮとなり、スイッチング素子３はオン状態に切り替わる。
【００３４】
ところで、電流経路を電気的に導通させて、直流電源１から負荷装置２に電力を供給する場合に、電流は、電位の高いところから低いところに流れる。そして、電位の低いところに寄生容量や、容量成分をもつ回路素子が接続されている場合、例えば、負荷装置２の入力側（ＤＣ側）に平滑用のコンデンサが接続されている場合、電流経路を電気的に導通させる際の初期段階で、直流電源１から負荷装置２に突入電流が流れてしまう。そして、突入電流は、電流経路のインピーダンスが低いほど大きくなる。大きな突入電流が、リレー４に流れた場合には、リレー４の接点の固着やスイッチング素子３の素子への悪影響を誘発する。また、電流経路のインダクタンスと突入電流によって、サージ電圧が発生するおそれもある。そのため、電流経路を電気的に導通させる場合には、直流電源１から電流経路に流れる電流に制限をかけつつ、直流電源１と負荷装置２との間で電流を流さなければならない。
【００３５】
上記のように、本実施形態において、電流経路を電気的に導通させる場合には、駆動制御装置５は、リレー４をオン状態に切り替えた後に、スイッチング素子３をオン状態に切り替える。スイッチング素子３は、ＭＯＳＦＥＴであるため、駆動制御装置５はゲート電圧を制御することで、スイッチング素子３のオン抵抗を調整することができ、電流経路に流れる電流量を任意に変更できる。リレー４は、時間ｔ３の時点で既にオンに状態になっている。そのため、スイッチング素子３のオン抵抗が高くなるように、ゲート電圧を調整しつつ、スイッチング素子３をオン状態に切り替えることで、直流電源１から電流経路に流れ込む突入電流を抑制できる。
【００３６】
また、本実施形態では時間ｔ３から徐々にスイッチング素子３の駆動電圧を低い状態から上昇させている。これにより、スイッチング素子３のオン抵抗が高い状態から徐々に低い状態に調整することができるため、突入電流を抑制することができる。
【００３７】
なお、時間ｔ３から時間ｔ４の期間において、駆動制御装置５は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ又は電流センサ７Ａ、７Ｂを用いて、直流電源１から電流経路に流れる電流を管理しつつ、突入電流を防止するための最適なゲート電圧を調整してもよい。直流電源１から電流経路に流れる電流は、例えば電圧センサ６Ａの検出電圧と電圧センサ６Ｂの検出電圧の電圧差、電圧センサ６Ｃの検出電圧、又は、電流センサ７Ａ、７Ｂの検出電流から検出できる。
【００３８】
ゲート電圧を調整する際には、電流経路に流れる電流が、電流経路に接続された各素子の許容電流値を超えないように、駆動制御装置５は、ゲート電圧を調整するとよい。また、駆動制御装置５は、電流経路に流れることで、各素子の温度が許容温度より高くならないように、又は、各素子の印加電圧が許容値より高くなるように、ゲート電圧を調整するとよい。各素子の温度及び電圧は、別途センサを設け、当該センサの検出値で管理してもよく、又は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ等の検出値から演算により推定値を求めることで、管理されてもよい。また、調整する際のゲート電圧の値は、予め設定されてもよく、又は、センサの検出値に基づきリアルタイムで設定してもよい。
【００３９】
なお、時間ｔ１から時間ｔ２までの所定時間、及び、時間ｔ２から時間ｔ３までの所定時間が短いほど、システムの立ち上げ時間を短くすることができる。
【００４０】
本実施形態では、駆動制御装置５は、電力供給のシステムを起動させる際に、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行うこともできる。図５を用いて、駆動制御装置５の制御シーケンスを説明する。
【００４１】
図５は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に導通させつつ、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行う場合の、電力供給信号のオン、オフの状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【００４２】
初期状態では、電力供給信号がオフになっており、リレー４の駆動電圧及びスイッチング素子３の駆動電圧はＶＯＦＦである。時間ｔ１で電力供給信号がオフからオンになり、時間ｔ２でリレー４の駆動電圧がＶＯＦＦからＶＯＮに立ち上がり、時間ｔ３でスイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＦＦから徐々に上昇し、時間ｔ４でスイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＮとなる点は、図４を用いて説明した上記シーケンスの制御と同様である。
【００４３】
駆動制御装置５は、時間ｔ１から時間ｔ２までの所定期間内に、一時的にスイッチング素子３の駆動電圧を上げて、駆動電圧を上げた後にＶＯＦＦまで下げるように、スイッチング素子３を制御する。駆動制御装置５は、時間ｔ１後の時間ｔａで、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＦＦから上昇させる。時間ｔａ後の時間ｔｂで駆動電圧がＶＯＮになると、駆動制御装置５は、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮから下げる。そして、時間ｔｃで駆動電圧がＶＯＦＦになる。これにより、駆動制御装置５は、電流経路を導通させる場合には、リレー４をオン状態に切り替える前に、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間、スイッチング素子３をオン状態にする。
【００４４】
駆動制御装置５は、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３及びリレー４の故障診断を行う。リレー４が正常であれば、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間、スイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＦＦより高くなっても、電流は直流電源１から電流経路に流れない。そのため、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間中、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に変化はなく、あるいは、変化があったとしても検出値の変動量は小さい。一方、リレー４の短絡故障（オン固着）が発生している場合には、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間、スイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＦＦより高くなると、電流が直流電源１から電流経路に流れ出す。
【００４５】
駆動制御装置５は、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間に、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値と閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、リレー４が故障しているか否かを判断する。閾値は、リレー４の故障診断を行うために予め設定された値である。
【００４６】
駆動制御装置５は、故障診断を行う際に、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ及び電流センサ７Ａ、７Ｂのうち、全てのセンサの検出値を用いる必要はなく、少なくとも１つの検出値を用いればよい。また、センサの検出値のうち、リレー４の故障によって、値が上昇する検出値を用いてリレー４の故障診断を行う場合には、駆動制御装置５は、検出値が閾値よりも高い場合に、リレー４が故障していると判断する。また、ンサの検出値のうち、リレー４の故障によって、値が下降する検出値を用いてリレー４の故障診断を行う場合には、駆動制御装置５は、検出値が閾値よりも低い場合に、リレー４が故障していると判断する。なお、故障診断の際の検出値の選択、及び、検出値と閾値とを比較した場合の判断基準は、リレー４の故障診断に限らず、以下に説明するスイッチング素子３の故障診断の際に適用してもよい。なお、閾値と比較される検出値は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ、電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値としてもよく、これらセンサの検出値の差でもよい。
【００４７】
また、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間は短いほど、システムの立ち上げ時間を短くすることができ、待機電力も抑制できる。また、リレー４の短絡故障を想定すると、時間ｔａから時間ｔｃまでの期間に、直流電源１から電流経路に電流が流れる。そして、時間ｔｂから時間ｔｃの期間、電流が遮断することになるため、電流量の変化によってサージ電圧が発生するおそれがある。そのため、電流経路上の各素子の耐圧及び電流経路のインダクタンスを考慮しつつ、サージ電圧によって、悪影響が素子に及ぼさないように、時間ｔｂから時間ｔｃまでの期間は、できるだけ短い方が望ましい。
【００４８】
このように本実施形態において、電流経路を電気的に導通させる場合には、駆動制御装置５は、リレー４をオン状態に切り替える前に、時間ｔｂから時間ｔｃの期間、スイッチング素子３をオン状態にし、かつ、時間ｔｂから時間ｔｃの期間内に、センサの検出値に基づいて、リレー４の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００４９】
駆動制御装置５は、時間ｔ２の後に、スイッチング素子３の故障診断を行うこともできる。駆動制御装置５は、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３の故障診断を行う。スイッチング素子３が正常であれば、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間、リレー４がオン状態に切り替わっても、電流は直流電源１から電流経路に流れない。そして、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間中、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に変化はなく、あるいは、変化があったとしても検出値の変動量は小さい。一方、スイッチング素子３の短絡故障が発生している場合には、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間、電流が直流電源１から電流経路に流れ出す。そのため、駆動制御装置５は、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間、センサの検出値と予め設定された閾値とを比較しつつ、比較結果に基づきスイッチング素子３の故障を診断できる。
【００５０】
このように本実施形態において、電流経路を電気的に導通させる場合には、駆動制御装置５は、リレー４をオン状態に切り替える時点（時間ｔ２）からスイッチング素子３をオン状態にする時点（時間ｔ３）までの期間内に、センサの検出値に基づき、スイッチング素子３の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００５１】
また、駆動制御装置５は、時間ｔ３の後に、スイッチング素子３及びリレー４の故障診断を行うこともできる。駆動制御装置５は、時間ｔ３以降の所定期間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３の及びリレー４の故障診断を行う。スイッチング素子３及びリレー４が正常であれば、時間ｔ３以降、スイッチング素子３の駆動電圧の上昇に伴って、電流が直流電源１から電流経路に流れる。また、スイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＮになった後も、電流が直流電源１から電流経路に流れる。そして、電流が直流電源１から電流経路に流れることで、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値が変化する。一方、スイッチング素子３の開放故障及びリレー４の開放故障のうち、いずれか一方の故障が発生している場合には、電流は直流電源１から電流経路に流れない。また、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に変化はなく、あるいは、変化があったとしても検出値の変動量は小さい。そのため、駆動制御装置５は、時間ｔ３以降の所定期間、センサの検出値と予め設定された閾値とを比較しつつ、比較結果に基づきスイッチング素子３の故障及びリレー４の故障を診断できる。
【００５２】
このように、本実施形態において、電流経路を電気的に導通させる場合には、駆動制御装置５は、リレー４をオン状態に切り替えた後、センサの検出値に基づき、スイッチング素子３及びリレー４の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００５３】
次に、電源制御装置の立ち下げ時の制御を説明する。駆動制御装置５は、スイッチング素子３及びリレー４がオン状態で、オフ状態の電力供給信号を受信すると、電流経路を電気的に遮断するように、スイッチング素子３及びリレー４を制御する。オフ状態の電力供給信号は、電流経路に流れている電流の導通状態とは関係なく、制御装置８から駆動制御装置５に送信される。そのため、駆動制御装置５は、電流経路に電流が流れている状態で、スイッチング素子３及びリレー４をオフ状態にすることになる。このとき、リレー４に高電流が流れている状態で、リレー４をオンからオフに切り替えると、リレー４の接点における発熱等によって、リレー４の接点が劣化し、接触抵抗が増加するおそれがある。また接点の固着等の原因にもなる。本実施形態では、リレー４の接点の劣化を防止するために、駆動制御装置５は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に遮断させる際、以下のシーケンスでスイッチング素子３及びリレー４を制御している。
【００５４】
図６は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【００５５】
図６に示すように、電流経路を電気的に遮断する前の初期状態として、電力供給信号はオンになっており、リレー４の駆動電圧は、リレー４の駆動電圧及びスイッチング素子３の駆動電圧はＶＯＮである。時間ｔ５で、電力供給信号がオンからオフに切り替わると、駆動制御装置５は、時間ｔ５から所定時間の経過後の時間ｔ６で、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げることで、スイッチング素子３をオン状態からオフ状態に切り替える。そして、駆動制御装置５は、時間ｔ６から所定時間の経過後の時間ｔ７で、リレー４の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げ、リレー４をオン状態からオフ状態に切り替える。
【００５６】
本実施形態において、電流経路を電気的に遮断する場合には、駆動制御装置５は、スイッチング素子３をオフ状態に切り替えた後に、リレー４をオフ状態に切り替える。これにより、リレー４の接点の劣化を防ぐことができ、電源制御装置の信頼性を高めることができる。
【００５７】
また、駆動制御装置５は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に遮断する際に、図６に示したシーケンスの代わりに、図７に示すシーケンスでスイッチング素子３及びリレー４を制御してもよい。
【００５８】
図７は、直流電源１と負荷装置２との間の電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【００５９】
図７において、電力供給信号のレベルが時間ｔ５でオンからオフに立ち下がる点、及び、リレー４の駆動電圧が時間ｔ７でＶＯＮからＶＯＦＦに立ち下がる点は、図６のシーケンスと同様である。駆動制御装置５は、リレー４をオフ状態に切り替える前に、スイッチング素子３の駆動電圧を下げる際に、時間の経過と共に駆動電圧を徐々にさげる。すなわち、駆動制御装置５は、時間ｔ６でスイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮから徐々に下降させて、時間ｔｄでリレー４の駆動電圧をＶＯＦＦまで下げる。これにより、本実施形態では、電流経路の電流を遮断する際（スイッチング素子３をターンオフさせる際）に、電流変化によるサージ電圧の発生を抑制できる。なお、電流経路上の各素子の耐圧及び電流経路のインダクタンスを考慮しつつ、サージ電圧によって、悪影響が素子に及ぼさないように、時間ｔ６から時間ｔｄの期間は、できるだけ短い方が望ましい。また、システムの立ち上げ時間を短くするために、時間ｔ５から時間ｔ６までの期間及び時間ｔｄから時間ｔ７までの期間は、できるだけ短い方が望ましい。
【００６０】
次に、電流経路が非導通状態である場合の、駆動制御装置５の制御について説明する。非導通状態（無電流状態）は、直流電源１又は負荷装置２から電流経路に流れている電流が所定の電流閾値よりも低い状態であって、電流経路に流れる電流が、ゼロ又はゼロに近い状態である。駆動制御装置５は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ又は電流センサ７Ａ、７Ｂを用いて、電流経路の電流を検出する。駆動制御装置５は、検出した電流と電流閾値とを比較し、検出電流が電流閾値よりも低い場合には、非導通状態であると判定する。非導通状態では、直流電源１から負荷装置２に対して電流を供給しなくてもよい状態であり、かつ、負荷装置２の回生により直流電源１に電流を供給しなくてもよい状態であるとみなせる。そのため、駆動制御装置５は、非導通状態で、以下のシーケンスでスイッチング素子３及びリレー４を制御し、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行う。
【００６１】
図８は、電流経路が非導通状態であり、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行う場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【００６２】
図８に示すように、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行う前の初期状態として、電力供給信号はオンになっており、リレー４の駆動電圧は、リレー４の駆動電圧及びスイッチング素子３の駆動電圧はＶＯＮである。駆動制御装置５は、時間ｔ８よりも前に、センサの検出値に基づいて、電流経路の状態が非導通状態であるか否かを判定する。そして、駆動制御装置５は、電流経路の状態が非導通状態である場合には、非導通状態を示す制御信号を制御装置８に送信する。制御装置８は、当該制御信号を受信すると、電流経路を開放することで、負荷装置２の動作又は直流電源の充放電等に影響が無いか否かを判定する。制御装置８は、負荷装置２の動作又は直流電源の充放電等に影響が無い場合には、制御信号に対する応答信号として、オフの電力供給許可信号を駆動制御装置５に送信する。
【００６３】
駆動制御装置５は、時間ｔ８でオフの電力供給許可信号を受信し、時間ｔ８から所定時間の経過後の時間ｔ９で、リレー４の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げ、リレー４をオン状態からオフ状態に切り替える。そして、駆動制御装置５は、時間ｔ９から所定時間の経過後の時間ｔ１０で、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げ、スイッチング素子３をオン状態からオフ状態に切り替える。なお、非導通状態では、リレー４には高電流が流れていないため、リレー４がスイッチング素子３よりも先にオフ状態に切り替えても、リレー４の接点に発熱等が発生する可能性は低い。
【００６４】
駆動制御装置５は、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間に、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、リレー４の故障診断を行う。
【００６５】
インバータ２１の入力側（ＤＣ側）には、平滑用のコンデンサが接続されており、当該コンデンサの放電用の抵抗等も電流経路に接続されている。そのため、例えば、非導通状態になると、コンデンサが放電されて、放電用抵抗で消費するような回路構成を採用した場合には、非導通状態であっても、コンデンサの放電による電流が電流経路を流れる。また、コンデンサの放電以外の例として、例えば、負荷装置２で電力が消費される場合、又は、直流電源１の正極及び負極間のリーク経路が電流経路に存在する場合には、非導通状態でも電流は流れる。そして、このような電流は、リレー４がオン状態からオフ状態に切り替わると、電流経路の開放により、流れなくなる。そのため、リレー４が正常であれば、時間ｔ９でリレーがオフ状態に切り替わるため、時間ｔ９以降、電流経路に電流は流れない。一方、リレー４の短絡故障が発生している場合には、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間、電流が電流経路に流れる。そのため、駆動制御装置５は、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間、センサの検出値と予め設定された閾値とを比較しつつ、比較結果に基づきリレー４の故障を診断できる。
【００６６】
このように本実施形態において、駆動制御装置５は、センサを用いて非導通状態を検出し、電流経路が導通状態である場合には、リレー４をオフ状態にした後に、スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、電流経路を開放させている。これにより、リレー４の接点を保護しつつ、電流経路を開放させることができる。
【００６７】
また本実施形態において、駆動制御装置５は、電流経路が非導通状態である場合に、リレー４をオフ状態にした時点からスイッチング素子３をオフ状態にする時点までの期間に、センサの検出値に基づいてリレー４の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００６８】
駆動制御装置５は、電流経路が非導通状態である場合に、時間ｔ８から時間ｔ９までの期間内、及び、時間ｔ１０以降の期間に、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行うこともできる。図９を用いて、駆動制御装置５の制御シーケンスを説明する。
【００６９】
図９は、電流経路が非導通状態であり、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行う場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレー４の駆動電圧、及び、スイッチング素子３の駆動電圧の特性を示すグラフである。
【００７０】
時間ｔ８で、オフの電力供給信号を受信する点、時間ｔ９でリレー４の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げる点、時間ｔ１０でスイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮからＶＯＦＦに下げる点は、図８に示したシーケンスにおける制御と同様である。
【００７１】
駆動制御装置５は、時間ｔ８後の時間ｔｅで、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＮから下降させる。時間ｔｅ後の時間ｔｆで駆動電圧がＶＯＦＦになると、駆動制御装置５は、スイッチング素子３の駆動電圧をＶＯＦＦから上昇させる。そして、時間ｔｇで駆動電圧がＶＯＮになる。これにより、駆動制御装置５は、電流経路が非導通状態である場合に、リレー４をオフ状態に切り替える前に、時間ｔｅから時間ｔｇまでの期間、スイッチング素子３をオフ状態（ターンオフ及びターンオン）にする。
【００７２】
駆動制御装置５は、時間ｔｅから時間ｔｇまでの期間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３の故障診断を行う。スイッチング素子３が正常であれば、時間ｔｅから時間ｔｇまでの期間、スイッチング素子の駆動電圧がＶＯＮよりも低くなると、時間ｔｅの時点で前に流れていた電流が変化する。時間ｔｅより前に流れる電流は、上記と同様に、コンデンサの放電等により、電流経路に流れる電流である。一方、スイッチング素子３の短絡故障が発生している場合には、スイッチング素子３の駆動電圧がＶＯＮより低くなっても、電流経路が閉回路になっている状態が継続されるため、時間ｔｅの時点で流れていた電流は変化しない、又は、当該電流の変化量は小さい。そのため、駆動制御装置５は、時間ｔｅから時間ｔｇまでの期間、センサの検出値と予め設定された閾値とを比較しつつ、比較結果に基づきスイッチング素子３の故障を診断できる。
【００７３】
また、駆動制御装置５は、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、リレー４の故障診断を行う。リレー４が正常であれば、時間ｔ９でリレー４がオフ状態になると、時間ｔ９の時点で流れていた電流が変化する。時間ｔ９より前に流れる電流は、上記と同様に、コンデンサの放電等により、電流経路に流れる電流である。一方、リレー４の短絡故障が発生している場合には、リレー４の駆動電圧がＶＯＮより低くなっても、時間ｔ９の時点で流れていた電流は変化しない、又は、当該電流の変化量は小さい。そのため、駆動制御装置５は、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間、センサの検出値と予め設定された閾値とを比較しつつ、比較結果に基づきリレー４の故障を診断できる。
【００７４】
このように、本実施形態において、駆動制御装置５は、電流経路が非導通状態である場合に、リレー４をオフ状態に切り替える前に、所定期間、スイッチング素子３をオフ状態にし、センサの検出値に基づいてスイッチング素子の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００７５】
また本実施形態において、駆動制御装置５は、電流経路が非導通状態である場合に、リレー４をオフ状態に切り替える時点（時間ｔ９）からスイッチング素子３をオフ状態にする時点（時間ｔ１０）までの期間内に、センサの検出値に基づき、スイッチング素子３の故障診断を行う。これにより、システムの安全性を確保しつつ、回路素子等の保護を図ることができる。
【００７６】
なお、本実施形態において、リレー４は負極側の電源ラインＮに接続されてもよく、スイッチング素子３は正極側の電源ラインＰに接続されてもよい。
【００７７】
また、本実施形態において、駆動制御装置５は、図４に示す時間ｔ３から時間ｔ４までの期間の間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３及びリレー４の故障診断を行ってもよい。スイッチング素子３及びリレー４が正常であれば、時間ｔ３から時間ｔ４までの期間において、スイッチング素子３のゲート電圧の上昇に伴って、直流電源１から電流経路の流れる電流が徐々に大きくなる。一方、スイッチング素子３の短絡故障が発生している場合、スイッチング素子３の開放故障が生じている場合、又は、リレー４の開放故障（オフ固着）が発生している場合には、駆動制御装置５が、スイッチング素子３のゲート電圧を上昇させるように、スイッチング素子３を制御しても、電流は直流電源１から電流経路に流れない。駆動制御装置５は、スイッチング素子３のゲート電圧を上昇させるように、スイッチング素子３を制御した状態で、センサを用いて、電流経路に電流が流れているか否かを確認する。そして、駆動制御装置５は、電流経路に電流が流れていないことを確認した場合には、スイッチング素子３又はリレー４のいずれか一方のスイッチが故障していると判断する。
【００７８】
なお、本実施形態において、駆動制御装置５は、図４に示す時間ｔ３から時間ｔ４までの期間の間で、センサの検出値に基づき、スイッチング素子３のゲート電圧とスイッチング素子３のオン抵抗の特性の変化を診断してもよい。
【００７９】
なお、本実施形態において、駆動制御装置５は、図６又は図７に示す時間ｔ６から時間ｔ７までの期間の間で、電圧センサ６Ａ〜６Ｃの検出値又は電流センサ７Ａ、７Ｂの検出値に基づき、スイッチング素子３の故障診断を行ってもよい。スイッチング素子３が正常であれば、スイッチング素子３のゲート電圧の下降に伴って、直流電源１から電流経路に流れる電流が徐々に小さくなる。一方、スイッチング素子３の短絡故障が発生している場合には、駆動制御装置５が、スイッチング素子３のゲート電圧を下降させるように、スイッチング素子３を制御しても、電流経路を流れる電流は小さくならない。駆動制御装置５は、スイッチング素子３のゲート電圧を下降させるように、スイッチング素子３を制御した状態で、センサを用いて、電流経路に電流が下がるか否かを確認する。そして、駆動制御装置５は、電流経路に電流が下がっていない、あるいは、電流の減少幅が小さいことを確認した場合には、スイッチング素子３が故障していると判断する。
【００８０】
なお、図９を用いて説明したシーケンスにおいて、電流経路上の各素子の耐圧及び電流経路のインダクタンスを考慮しつつ、サージ電圧によって、悪影響が素子に及ぼさないように、時間ｔｅから時間ｔｆの期間は、できるだけ短い方が望ましい。また、時間ｔｆから時間ｔｇの期間において、駆動制御装置５は、電圧センサ６Ａ〜６Ｃ又は電流センサ７Ａ、７Ｂを用いて、直流電源１から電流経路に流れる電流を管理しつつ、突入電流を防止するための最適なゲート電圧を調整してもよい。また、システムの立ち上げ時間を短くするために、時間ｔ８から時間ｔｅまでの期間及び時間ｔｇから時間ｔ９までの期間は、できるだけ短い方が望ましい。
【００８１】
なお、電源制御装置の立ち下げ時に自己診断を行った場合に、駆動制御装置５は、自己診断の結果を、故障の有無の情報として、次回の立ち上げ時まで保持する。これにより、図５に示す時間ｔａから時間ｔｃまでの期間におけるシーケンスが不要になり、装置の立ち上げ時には図４に示すシーケンスで、装置の立ち下げ時には図８に示すシーケンスで、スイッチング素子３及びリレー４の自己診断を行うことができる。これにより、装置の立ち上げ時間及び立ち下げ時間を短縮することができる。
【００８２】
なお、電流経路が非導通状態であり、図８又は図９に示すシーケンスで自己診断を行った場合には、次回の装置の立ち上げ時に、図５に示すシーケンスで自己診断を行うとよい。図８又は図９に示すシーケンスでは、リレー４の短絡故障の情報を得ることができないため、次回の装置の立ち上げ時に、図５に示すシーケンスで自己診断を行うことで、早期にリレー４の短絡故障を診断することができる。その結果として、冗長性の高いシステムを実現することができる。
【００８３】
なお、本実施形態の変形例として、筐体１２は、直流電源の正極又は負極のいずれか一方と同電位になるように、直流電源１に設けられていてもよい。これにより、ノイズを抑制できる。
【００８４】
上記の筐体１２が本発明の「電源用筐体」に相当し、筐体２２が本発明の「負荷用筐体」に相当する。
【００８５】
《第２実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、スイッチング素子３の接続位置が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。
【００８６】
スイッチング素子３は、電源ラインＰに接続されており、リレー４に対して直列に接続されている。すなわち、スイッチング素子３とリレー４との直列回路が、正極側に接続されている。また、第１の電位差（バッテリ１１の正極と筐体１２との間の電位差）は、第２の電位差（バッテリ１１の負極と筐体との間の電位差）よりも大きい。
【００８７】
本実施形態は、高電位側（正極側）に、高インピーダンスの回路である、スイッチング素子３とリレー４の直列回路を接続する。これにより、筐体１２等から流れるリーク電流を抑制できる。また、本実施形態では、リレー４は、電流経路上で、直流電源１とスイッチング素子３との間に接続されている。これにより、リレー４を直流電源１に近い側に配置できるため、リーク電流を抑制できる。
【００８８】
なお、第２の電位差が第１の電位差よりも大きい場合には、スイッチング素子３とリレー４の直列回路を電源ラインＮに接続すればよい。
【００８９】
《第３実施形態》
図１１は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、筐体１２、電源ラインＮ、及び筐体２２の電位が同電位である点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。
【００９０】
筐体１２、電源ラインＮ、及び筐体２２は接地（アース接地）されているため、筐体１２、電源ラインＮ、及び筐体２２の電位が同じになる。これにより、高電位側（正極側）に、インピーダンスの回路（リレー４）が接続されることになるため、筐体１２等から流れるリーク電流を抑制できる。
【００９１】
なお、本実施形態に係る電源制御装置の変形例として、図１２に示すように、スイッチング素子３を、電源ラインＰに接続してもよい。これにより、高電位側（正極側）に、高インピーダンスの回路である、スイッチング素子３とリレー４の直列回路が接続されているため、筐体１２等から流れるリーク電流を抑制できる。
【符号の説明】
【００９２】
１…直流電源
２…負荷装置
３…スイッチング素子
４…リレー
５…駆動制御装置
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…電圧センサ
７Ａ、７Ｂ…電流センサ
８…制御装置
９…リレー
１１…バッテリ
１２…筐体
２１…インバータ
２２…筐体
Ｐ、Ｎ…電源ライン
【図１】
2016185579.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2016185579.tif 000013
【図１２】
2016185579.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月23日(2016.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して電気的に接続され、正極及び負極を有する直流電源と、
前記正極から前記負荷を介して前記負極までの電流経路に直列接続されたリレーと、
前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子と、
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサと、
前記コントローラは、
前記センサを用いて、前記電流経路に流れる電流が所定の電流閾値より低い状態を非導通状態として検出し、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした後に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、前記電流経路を開放させる
電源制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に遮断する場合に、前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えた後に、前記リレーをオフ状態に切り替える
請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項１又は２記載の電源制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態に切り替える前に、第１所定期間、前記スイッチング素子をオフ状態にし、
前記第１所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にする時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替えた後に、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替える前に、第２所定期間、前記スイッチング素子をオン状態にし、
前記第２所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項６に記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態にする時点から前記スイッチング素子をオン状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記リレーの故障診断を行う
請求項６又は７に記載の電源制御装置。
【請求項９】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態に切り替えた後で、前記スイッチング素子のターンオン期間中に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子及び前記リレーの故障診断を行う
請求項６〜８のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１０】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーは、前記正極側及び前記負極側の一方の電極側に接続されており、
前記スイッチング素子は、前記正極側及び前記負極側の他方の電極側に接続されており、
前記他方の電極と前記電源用筐体との間の電位差は、前記一方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも小さい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１１】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーと前記スイッチング素子との直列回路が、前記正極側又は前記負極側のうち、一方の電極側に接続されており、
前記一方の電極と前記筐体との間の電位差は、前記正極側又は前記負極側のうち他方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも大きい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１２】
前記リレーは、前記電流経路上で、前記直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されている
請求項１１記載の電源制御装置。
【請求項１３】
前記直流電源を収容する電源用筐体と
前記負荷を収容する負荷用筐体を備え、
前記電源用筐体の電位と前記負荷用筐体の電位が同電位である
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１４】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え
前記電源用筐体の電位は、前記正極側の前記電流経路の電位、又は、前記負極側の前記電流経路の電位のいずれか一方の電位と同電位である
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１５】
直流電源の正極から負荷を介して前記直流電源の負極までの電流経路に直列接続されたリレー、前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子、前記電流経路に接続され電流又は電圧を検出するセンサ、及び、前記リレーと前記スイッチング素子を制御するコントローラとを備えた電源制御装置の制御方法であって、
前記センサを用いて、前記電流経路に流れる電流が所定の電流閾値より低い状態を非導通状態として検出し、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした後に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、前記電流経路を開放する制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
路に対して、スイッチング素子及びリレーをそれぞれ直列に接続し、電流経路が非導通状態である場合に、リレーをオフ状態にした後にスイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、電流経路を開放させることによって上記課題を解決する。
発明の効果
［０００７］
本発明によれば、リレーには高電流が流れていない状態で、スイッチング素子より先にリレーをオフ状態に切り換えているため、リレーの接点の劣化を抑制できるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］図１は、本実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
［図２］図２は、本実施形態において、スイッチング素子の接続例を説明するための回路図である。
［図３］図３は、本実施形態において、スイッチング素子の接続例を説明するための回路図である。
［図４］図４は、電流経路を電気的に導通させる場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
［図５］図５は、電流経路を電気的に導通させる場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
［図６］図６は、電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
［図７］図７は、電流経路を電気的に遮断する場合の、電力供給信号のオン、オフ状態、リレーの駆動電圧、及び、スイッチング素子の駆動電圧の特性を示すグラフである。
［図８］図８は、電流経路が非導通状態である場合の、電力供給信号のオン、オ
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月16日(2017.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して電気的に接続され、正極及び負極を有する直流電源と、
前記正極から前記負荷を介して前記負極までの電流経路に直列接続されたリレーと、
前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子と、
前記電流経路に接続され、電流又は電圧を検出するセンサと、
前記リレー及び前記スイッチング素子を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記センサを用いて、前記電流経路に流れる電流が所定の電流閾値より低い状態を非導通状態として検出し、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした後に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、前記電流経路を開放させる
電源制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に遮断する場合に、前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えた後に、前記リレーをオフ状態に切り替える
請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項１又は２記載の電源制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態に切り替える前に、第１所定期間、前記スイッチング素子をオフ状態にし、
前記第１所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にする時点から前記スイッチング素子をオフ状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子の故障診断を行う
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替えた後に、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合には、前記リレーをオン状態に切り替える前に、第２所定期間、前記スイッチング素子をオン状態にし、
前記第２所定期間内に、前記センサの検出値に基づいて前記リレーの故障診断を行う
請求項６に記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態にする時点から前記スイッチング素子をオン状態にする時点までの期間内に、前記センサの検出値に基づき前記リレーの故障診断を行う
請求項６又は７に記載の電源制御装置。
【請求項９】
前記コントローラは、
前記電流経路を電気的に導通させる場合に、前記リレーをオン状態に切り替えた後で、前記スイッチング素子のターンオン期間中に、前記センサの検出値に基づき前記スイッチング素子及び前記リレーの故障診断を行う
請求項６〜８のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１０】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーは、前記正極側及び前記負極側の一方の電極側に接続されており、
前記スイッチング素子は、前記正極側及び前記負極側の他方の電極側に接続されており、
前記他方の電極と前記電源用筐体との間の電位差は、前記一方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも小さい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１１】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え、
前記リレーと前記スイッチング素子との直列回路が、前記正極側又は前記負極側のうち、一方の電極側に接続されており、
前記一方の電極と前記筐体との間の電位差は、前記正極側又は前記負極側のうち他方の電極と前記電源用筐体との電位差よりも大きい
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１２】
前記リレーは、前記電流経路上で、前記直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されている
請求項１１記載の電源制御装置。
【請求項１３】
前記直流電源を収容する電源用筐体と
前記負荷を収容する負荷用筐体を備え、
前記電源用筐体の電位と前記負荷用筐体の電位が同電位である
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１４】
前記直流電源を収容する電源用筐体を備え
前記電源用筐体の電位は、前記正極側の前記電流経路の電位、又は、前記負極側の前記電流経路の電位のいずれか一方の電位と同電位である
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項１５】
直流電源の正極から負荷を介して前記直流電源の負極までの電流経路に直列接続されたリレー、前記電流経路に直列接続されたスイッチング素子、前記電流経路に接続され電流又は電圧を検出するセンサ、及び、前記リレーと前記スイッチング素子を制御するコントローラとを備えた電源制御装置の制御方法であって、
前記センサを用いて、前記電流経路に流れる電流が所定の電流閾値より低い状態を非導通状態として検出し、
前記電流経路が前記非導通状態である場合に、前記リレーをオフ状態にした後に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、前記電流経路を開放する制御方法。
【国際調査報告】
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