(57)【要約】【課題】電力パケット伝送技術を利用してワイヤハーネスなどを構成する部品点数や重量の削減を可能にすると共に異常発生時に機器を保護し重要な配電経路を確保すること。【解決手段】各電力ルータ２０の蓄電部の電圧および積算受電電力量を計測する電力計測回路４１〜４３を設け、計測結果に基づいて配電管理ＥＣＵ３０等が各部の異常の有無を識別する。異常を検知すると、該当する経路を遮断して、ミキサ１０又はルータ２０が別の配電経路を自動的に選択する。ヒューズやリレーを削減できるため小型化、軽量化等が可能になる。各電力ルータ２０の蓄電部の入力側に、メイン経路とプリチャージ経路とを設けて選択的に使用する。蓄電部の電圧が低いときは、プリチャージ経路を選択し、パルス状の電力供給による突入電流の発生を防止する。【選択図】図１
2019205252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電源電力に基づいて電力パケットを生成する電力ミキサと、生成された前記電力パケットの配電経路を切り替え可能な１つ以上の電力ルータとを有する電力配電システムであって、
前記電力ルータに搭載された蓄電部における電圧および積算電力量を計測可能な電力計測部を備え、
前記電力計測部の計測結果に基づき、前記電力パケットの配電経路の異常の有無を識別し、異常発生を検知した場合は、異常発生箇所に応じて前記電力ミキサ又は前記電力ルータが配電経路を切り替える、
電力配電システム。
【請求項２】
前記電力ミキサおよび前記電力ルータとの間で通信可能な配電管理制御部を備え、
前記配電管理制御部は、前記電力ルータからの配電要求に応じた配電指示を前記電力ミキサに与え、前記配電指示に対する前記電力ミキサ又は前記電力ルータからの所定の応答を受信できない場合に、配電経路の異常発生を検知し配電経路を切り替える、
請求項１に記載の電力配電システム。
【請求項３】
前記電力ルータは、前記蓄電部の入力側に、電流を抑制する抵抗器を有するプリチャージ経路と、前記抵抗器を有しないメイン経路とを含み、
前記電力計測部が計測した前記蓄電部の電圧の高低に応じて、前記電力ルータが、前記プリチャージ経路および前記メイン経路のいずれか一方を選択的に接続する、
請求項１に記載の電力配電システム。
【請求項４】
前記電力パケットは、ペイロード領域と、当該ペイロード領域で伝送される電力を制御するための制御情報を格納するヘッダを有し、
前記制御情報は、少なくとも該当する電力パケットの宛先又は配電経路と、送電電力の情報とを含む、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の電源電力に基づいて電力パケットを生成する電力ミキサと、生成された電力パケットの配電経路を切り替え可能な１つ以上の電力ルータとを有する電力配電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両上においては、主電源である車載バッテリやオルタネータ（発電機）と、車両上の様々な箇所に配置されている様々な種類の電装品との間が、電線の集合体であるワイヤハーネスを経由してそれぞれ接続されている。したがって、車載バッテリが蓄積している電力を様々な電装品に電源電力として供給することができる。
【０００３】
一方、電力をパケット化して送配電するための技術が、例えば特許文献１に示されている。特許文献１は、受信した電力パケットの電力を蓄える複数の蓄電部と、受信した電力パケットを複数の蓄電部に振り分けるスイッチ部と、複数の蓄電部が蓄電した電力に基づいて電力パケットを生成する出力部とを有する電力ルータを示している。
【０００４】
また、特許文献２の電力パケットシステムは、電力エネルギーをヘッダ情報を付した電力パケットにより配送することを示している。また、充電可能な二次電池と、供給先の識別情報を記憶する記憶手段と、供給する電力量分の時間幅を持った電力パルスを発生する電力パルス発生手段と、電力パケットを生成するパケット合成手段と、この電力パケットを送信する送信手段と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０７７１９１号
【特許文献２】特開２０１１−１４２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に示されるような電力パケット伝送技術は、車載システムに対しても適用可能である。しかしながら、車載用の電力配電システムを構成する場合には、例えば異常な電流が電源ラインに流れるのを阻止するためにヒューズやリレーを接続する必要がある。また、例えば事故や故障の発生時であっても重要度の高い電装品に対して電源電力の供給を継続できるように、バックアップ用の配電経路を用意しておく事が望まれる。
【０００７】
したがって、特許文献１および特許文献２に示されるような電力パケット伝送技術を利用する場合であっても、ジョイント・コネクタ（Ｊ／Ｃ）やジャンクション・ボックス（Ｊ／Ｂ）の箇所に、ヒューズやリレーの機能を搭載する必要がある。また、電力パケット伝送技術を利用するために回路部品の数が増える可能性がある。そのため、車両上で電力の配電に利用するワイヤハーネスの構造が複雑になり、重量も増大すると予想される。
【０００８】
また、上記のような電力パケット伝送技術では蓄電部を搭載する必要がある。このような蓄電部は、蓄電量が少ない状態で充電を行おうとすると非常に大きい突入電流が流れることが予想される。このような突入電流は、異常発熱、大きな高周波ノイズの発生、機器の破損などの原因になりうる。特に、電力パケットを扱う場合には、パルス状に電流が繰り返し流れるので突入電流が頻繁に発生する可能性がある。但し、電流を定常的に抑制すると、蓄電部の充電に時間がかかることになり、迅速な配電の妨げになる。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力パケット伝送技術を利用してワイヤハーネスなどの電力伝送路を構成する部品点数や重量の削減を可能にすると共に、異常発生時に機器を保護し、重要な配電経路の確保を可能とする電力配電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電力配電システムは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）  所定の電源電力に基づいて電力パケットを生成する電力ミキサと、生成された前記電力パケットの配電経路を切り替え可能な１つ以上の電力ルータとを有する電力配電システムであって、
前記電力ルータに搭載された蓄電部における電圧および積算電力量を計測可能な電力計測部を備え、
前記電力計測部の計測結果に基づき、前記電力パケットの配電経路の異常の有無を識別し、異常発生を検知した場合は、異常発生箇所に応じて前記電力ミキサ又は前記電力ルータが配電経路を切り替える、
電力配電システム。
【００１１】
（２）  前記電力ミキサおよび前記電力ルータとの間で通信可能な配電管理制御部を備え、
前記配電管理制御部は、前記電力ルータからの配電要求に応じた配電指示を前記電力ミキサに与え、前記配電指示に対する前記電力ミキサ又は前記電力ルータからの所定の応答を受信できない場合に、配電経路の異常発生を検知し配電経路を切り替える、
上記（１）に記載の電力配電システム。
【００１２】
（３）  前記電力ルータは、前記蓄電部の入力側に、電流を抑制する抵抗器を有するプリチャージ経路と、前記抵抗器を有しないメイン経路とを含み、
前記電力計測部が計測した前記蓄電部の電圧の高低に応じて、前記電力ルータが、前記プリチャージ経路および前記メイン経路のいずれか一方を選択的に接続する、
上記（１）に記載の電力配電システム。
【００１３】
（４）  前記電力パケットは、ペイロード領域と、当該ペイロード領域で伝送される電力を制御するための制御情報を格納するヘッダを有し、
前記制御情報は、少なくとも該当する電力パケットの宛先又は配電経路と、送電電力の情報とを含む、
上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電力配電システム。
【００１４】
上記（１）の構成の電力配電システムによれば、電力計測部を利用して蓄電部の蓄電状態を監視できるので、配電経路各部における異常の有無を把握できる。また、異常発生を検知した場合は、異常発生箇所に応じて電力ミキサ又は前記電力ルータが配電経路を自動的に切り替えるので、一般的な配電システムにおけるヒューズやリレーと同等の機能が実現する。そのため、ヒューズやリレーを内蔵するジョイント・コネクタやジャンクション・ボックスを削減したり小型化することが可能であり、ワイヤハーネス全体の構成も簡略化できる。
【００１５】
上記（２）の構成の電力配電システムによれば、例えば電力ミキサと電力ルータとの間を接続する伝送路において、短絡や断線が発生し、電力ミキサの送出した電力バケットを電力ルータが受電できない場合に、この異常を検知して配電経路を切り替えることができる。
【００１６】
上記（３）の構成の電力配電システムによれば、蓄電部の蓄電量が少なく、その電圧が低い場合に、プリチャージ経路を選択して蓄電部を充電することにより、抵抗器により突入電流の発生を抑制できる。また、蓄電部の蓄電量が十分にあり、その電圧が高い場合に、メイン経路を選択して蓄電部を充電することにより、短時間で充電を完了できる。
【００１７】
上記（４）の構成の電力配電システムによれば、受電側の前記電力ルータは、受け取った電力パケットのヘッダに含まれる制御情報を利用することにより、配電経路を適切に制御できる。したがってシステムの配電制御に必要な通信線を削減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電力配電システムによれば、電力パケット伝送技術を利用してワイヤハーネスなどの電力伝送路を構成する部品の点数、重量、配置に必要な空間の容積などを削減できる。また、異常発生時に機器を保護すると共に、重要な配電経路を自動的に確保することも可能である。
【００１９】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、電力配電システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、電力パケットの構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、ルータの構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、ルータ内部の一部分の構成を詳細に示す電気回路図である。
【図５】図５は、配電管理ＥＣＵの動作例の一部分を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５の続きの部分を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
＜システムの構成例＞
電力配電システムの構成例を図１に示す。
【００２２】
図１に示した電力配電システムは、車両に搭載され、車載バッテリー等から供給される電源電力を車両上の様々な負荷、すなわち車載電装品に向けて配電するために利用することを想定している。勿論、車載システム以外の用途で利用することも可能であるし、細部の構成については必要に応じて変更することができる。
【００２３】
図１に示した電力配電システムは、電力パケットを生成するミキサ１０と、電力パケットを配電する複数のルータ２０−１、２０−２、および２０−３とを含んでいる。また、この車両上での配電を管理するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）として、配電管理ＥＣＵ３０が備わっている。なお、このシステムに複数のミキサ１０を接続してもよく、また、接続するルータ数を増減してもよい。
【００２４】
ミキサ１０は、複数の入力ポート１１を備えており、これらの入力ポート１１は、例えばワイヤハーネスに含まれる伝送路幹線５４を経由して複数の直流電源５０とそれぞれ接続されている。複数の直流電源５０は、例えばメインバッテリ、サブバッテリ、回生電源装置、環境発電装置などに相当する。複数の直流電源５０がそれぞれ出力する電源の電圧については、同じであってもよいし、互いに異なる電圧（例えば１２［Ｖ］、２４［Ｖ］など）であってもよい。ミキサ１０に接続する直流電源５０の数は必要に応じて増減できる。
【００２５】
ミキサ１０の複数の出力ポート１２のそれぞれと各ルータ２０−１、２０−２、２０−３の入力ポート２１との間は、例えばワイヤハーネスに含まれる伝送路幹線５５を介して互いに接続されている。
【００２６】
図１に示した例では、ルータ２０−１の複数の出力ポート２２に、複数の独立した負荷６１がそれぞれ接続されている。また、ルータ２０−２の出力ポート２２には複数の負荷６２がそれぞれ接続され、ルータ２０−３の出力ポート２２には複数の負荷６３がそれぞれ接続されている。これらの負荷６１〜６３は、車両に搭載された様々な電装品、例えばＥＣＵ、電気モータ、ヒータ、ランプなどに相当する。
【００２７】
また、図１に示した例では、ルータ２０−１の出力ポート２２の１つがルータ２０−２の入力ポート２１の１つと接続され、ルータ２０−３の出力ポート２２の１つがルータ２０−２の入力ポート２１の１つと接続されている。また、図１に示した例では、電力計測回路４１、４２、および４３が、ルータ２０−１、２０−２、および２０−３にそれぞれ接続されている。
【００２８】
また、ミキサ１０と配電管理ＥＣＵ３０との間、および各ルータ２０−１〜２０−３と配電管理ＥＣＵ３０との間は、それぞれ通信できるように接続されている。
【００２９】
ミキサ１０は、各直流電源５０から供給される直流電力に基づいて電力パケットを生成し、生成したそれぞれの電力パケットを出力ポート１２から伝送路幹線５５のいずれか１つに選択的に送出する機能を有している。したがって、ミキサ１０が下流側に配電する電力量や電力の種類（電圧など）をパケット単位で制御することができ、また、配電先や配電経路もパケット単位で制御できる。
【００３０】
各ルータ２０−１〜２０−３は、ミキサ１０が送出した電力パケットの電力を伝送路幹線５５を介して受電し、内部の蓄電部に蓄積した後、必要に応じて出力ポート２２に送出することができる。各ルータ２０−１〜２０−３における電力の送出先や配電経路は、電力パケット毎に指定された宛先などに応じて選択することができる。
【００３１】
また、図１に示した例では、ルータ２０−１が伝送路幹線５５から受け取った電力パケットを、ルータ２０−１の出力ポート２２からルータ２０−２の入力ポート２１に転送することもできるし、ルータ２０−３が伝送路幹線５５から受け取った電力パケットを、ルータ２０−３の出力ポート２２からルータ２０−２の入力ポート２１に転送することもできる。
【００３２】
各ルータ２０−１〜２０−３は、必要に応じて、配電要求Ｃ１の情報を配電管理ＥＣＵ３０へ送出する。配電管理ＥＣＵ３０は、各ルータ２０−１〜２０−３から受け取った配電要求Ｃ１に応じて、送電指示Ｃ３の情報をミキサ１０に与える。ミキサ１０は、送電指示Ｃ３に応じた電力パケットを生成して出力ポート１２から伝送路幹線５５へ送出する。また、ミキサ１０は送出した電力パケットの電力量を含む送電情報Ｃ４を配電管理ＥＣＵ３０に通知する。伝送路幹線５５などから電力パケットを受け取ったルータ２０−１〜２０−３は、実際に受け取った電力量を含む受電情報Ｃ２を配電管理ＥＣＵ３０に通知する。
【００３３】
各電力計測回路４１〜４３は、各ルータ２０−１〜２０−３の蓄電部毎に、電圧や電流を計測し、更に積算電力量を計測する機能を有している。
【００３４】
配電管理ＥＣＵ３０は、受電情報Ｃ２として取得したルータ２０−１〜２０−３の蓄電部毎の電圧や積算電力量と、ミキサ１０から取得した送電情報Ｃ４とに基づいて、異常の有無を識別することができる。また、異常発生を検知した場合には、配電管理ＥＣＵ３０は現在選択している配電経路を自動的に遮断したり、その経路を他の配電経路に切り替えることもできる。詳細については後で説明する。
【００３５】
＜電力パケットの構成例＞
電力パケットの構成例を図２に示す。
図２に示した例では、ミキサ１０が伝送路幹線５５に送出する電力パケット７０は、ヘッダ７１およびペイロード７２により構成されている。
【００３６】
ペイロード７２は、下流側に供給する電源電力を格納する領域を表す。ヘッダ７１は、この電力パケット７０の先頭に配置されており、このパケットを管理する上で必要なデジタル情報を格納する領域を表す。ペイロード７２はヘッダ７１の後方に配置されている。なお、例えばペイロード７２の後方にフッタの領域を付加してもよい。
【００３７】
図３の例では、ヘッダ７１の中に同期信号７１ａ、宛先情報７１ｂ、および送電電力情報７１ｃが含まれている。同期信号７１ａは、例えば下流側の各ルータ２０−１〜２０−３が電力パケット７０の先頭のタイミングを正確に把握するために利用される。宛先情報７１ｂは、例えば該当する電力パケット７０で伝送した電力を消費すべき特定の負荷や配電経路などを特定可能な識別子である。送電電力情報７１ｃは、例えば該当する電力パケット７０で伝送する電源電力の種類（１２、４８［Ｖ］など）や送電した電力量を表す情報を伝送するために利用することができる。
【００３８】
＜ルータの構成例＞
ルータの構成例を図３に示す。図３に示したルータ２０は、図１に示した各ルータ２０−１〜２０−３の各々として利用できる。
【００３９】
図３に示したルータ２０は、ヘッダ検出部２３Ａ、ヘッダ生成部２３Ｂ、ルータ制御部２４、入力側スイッチ回路２５、複数の蓄電部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、出力側スイッチ回路２７、電力計測回路２８、および通信部２９を備えている。
【００４０】
また、ルータ２０は独立した複数の入力経路からそれぞれ電力パケット７０を受電できるように、複数の入力ポート２１Ａ、２１Ｂ、および２０Ｃを有している。また、ルータ２０は複数の出力経路にそれぞれ電力を配電できるように、複数の出力ポート２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃを備えている。また、ルータ２０は出力ポート２２Ａ〜２２Ｃの数と同数の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃを備えている。したがって、ルータ２０は出力側の経路毎に独立した状態で受電電力および蓄電電力をそれぞれ管理できる。
【００４１】
各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃは、例えば大容量のキャパシタや二次電池により構成されている。したがって、各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃは、電力パケット７０のペイロード７２として受電した直流電力を蓄電することができ、蓄電した直流電力を出力側に供給することもできる。
【００４２】
入力側スイッチ回路２５は、複数の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの入力側経路と、複数の入力ポート２１Ａ〜２１Ｃとを選択的に接続するための機能を有している。すなわち、ルータ制御部２４の制御により、入力ポート２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれを、蓄電部２６Ａ〜２６Ｃのいずれか１つの入力側経路と接続することができる。
【００４３】
また、経路切替の他に、経路の遮断や通電タイミングの制御を高速でできるように、入力側スイッチ回路２５は系統毎に独立した半導体スイッチを内蔵している。例えば、半導体スイッチとしてＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などを採用できる。また、入力側スイッチ回路２５は電流の逆流を防止するために系統毎に整流器（ダイオード）を内蔵している。
【００４４】
出力側スイッチ回路２７は、複数の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの出力側経路と、複数の出力ポート２２Ａ〜２２Ｃとを選択的に接続するための機能を有している。すなわち、ルータ制御部２４の制御により、複数の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの各々が蓄電している電力を、出力ポート２２Ａ〜２２Ｃの中で選択されたいずれかの系統に出力することができる。
【００４５】
また、経路切替の他に、経路の遮断や通電タイミングの制御を高速でできるように、出力側スイッチ回路２７は系統毎に独立した半導体スイッチを内蔵している。例えば、半導体スイッチとしてＭＯＳ型の電界効果トランジスタなどを採用できる。また、出力側スイッチ回路２７は電流の逆流を防止するために系統毎に整流器を内蔵している。
【００４６】
ヘッダ検出部２３Ａは、入力ポート２１Ａ〜２１Ｃの各々に入力された電力パケット７０のヘッダ７１を監視してそれに含まれる情報を抽出したり、電力パケット７０のタイミングを検出することができる。
【００４７】
ルータ制御部２４は、ヘッダ検出部２３Ａが電力パケット７０のヘッダ７１から抽出した宛先情報７１ｂに従って入力側スイッチ回路２５の接続経路を選択する。また、ルータ制御部２４は同期信号７１ａのタイミングに基づいてペイロード７２のタイミングを把握して、ペイロード７２の電力を該当する系統の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの入力に供給し充電する。
【００４８】
また、ルータ制御部２４は、ヘッダ７１から抽出した宛先情報７１ｂに従って出力側スイッチ回路２７の接続経路を選択し、該当する電力を蓄積している系統の蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの出力を出力ポート２２Ａ〜２２Ｃのいずれかと接続する。これにより、その下流側に接続された負荷などに対して電力を供給することができる。
【００４９】
ヘッダ生成部２３Ｂは、ルータ２０がミキサ１０等から受け取った電力パケット７０を他のルータの入力側に転送する場合に、新たな電力パケット７０のヘッダ７１の信号を生成する。ヘッダ生成部２３Ｂが生成したヘッダ７１の情報は、出力側スイッチ回路２７から出力ポート２２Ａ〜２２Ｃに出力されるペイロード７２の電力の前に付加される。
【００５０】
電力計測回路２８は、各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの電圧および入力される電流を検出し、積算電力量を計測する。すなわち、各時点の電圧の瞬時値、電流の瞬時値、および通電時間を監視することにより、電力値を積算し、電力パケット７０のペイロード７２毎に受電電力量の計測値を算出することができる。電力計測回路２８は、計測結果として、各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの各時点の電圧、およびペイロード７２毎の受電電力量（積算電力量）を出力する。
【００５１】
ルータ制御部２４は、各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの蓄電している電力量を把握し、各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃから各出力ポート２２Ａ〜２２Ｃに接続された負荷等へ供給する電力が不足するような場合に、通信部２９を介して配電管理ＥＣＵ３０に配電要求Ｃ１の情報を送信する。また、ルータ制御部２４は受電量を含む受電情報Ｃ２として電力計測回路２８の計測結果を配電管理ＥＣＵ３０へ通知する。また、ルータ制御部２４が配電管理ＥＣＵ３０へ送信する配電要求Ｃ１の中には、電力計測回路２８が計測した各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの電圧を表す情報も含まれる。
【００５２】
＜突入電流防止のために必要な構成＞
ルータ２０内部の一部分の詳細な回路構成を図４に示す。なお、図４はルータ２０内の１系統の回路だけを表している。また、実際には図示しない整流器等の回路要素も備わっている。
【００５３】
図３に示した入力側スイッチ回路２５の中には、図４に示したように、互いに並列に接続されたメイン経路２５ａおよびプリチャージ経路２５ｂが含まれている。メイン経路２５ａは、この経路の通電のオンオフを制御する半導体スイッチＳＷ１を備えている。また、プリチャージ経路２５ｂは半導体スイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ２の直列回路を備えている。各半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、それぞれルータ制御部２４により個別にオンオフ制御される。
【００５４】
例えば、図４に示した蓄電部２６の蓄電量が少ない状態で、半導体スイッチＳＷ１をオンにしてメイン経路２５ａを接続すると、電力パケット７０のペイロード７２として入力されるパルス状の電力により、蓄電部２６に向かって非常に大きい突入電流が流れる。このような突入電流は、大きな高周波ノイズを発生したり、この回路に接続された機器を破壊する原因になりうる。
【００５５】
この突入電流の抑制を可能にするためにプリチャージ経路２５ｂが設けてある。すなわち、プリチャージ経路２５ｂは抵抗器Ｒ２を含んでいるので、蓄電部２６に流れ込む電流値が増大するのを抑制し、突入電流を防止できる。
【００５６】
図３に示したルータ制御部２４は、ルータ２０が新たに受け取った電力パケット７０のペイロード７２の電力で蓄電部２６を充電する際に、通常は半導体スイッチＳＷ１をオンにしてメイン経路２５ａを接続状態にする。これにより短時間で充電を完了できる。また、蓄電部２６の蓄電量が少ない場合（電圧が低い状態）は、ルータ制御部２４は半導体スイッチＳＷ１をオフにして半導体スイッチＳＷ２をオンにする。これにより、メイン経路２５ａは遮断され、プリチャージ経路２５ｂが接続されるので、蓄電部２６の突入電流が防止される。
【００５７】
＜電力配電システムの動作＞
図１に示した配電管理ＥＣＵ３０の動作例を図５および図６に示す。
なお、本実施形態では、図１に示した電力配電システムの主要な制御を配電管理ＥＣＵ３０が管理する場合を想定しているが、図５および図６に示した動作の一部分をミキサ１０又はルータ２０の自律的な制御動作に置き換えることも可能である。
【００５８】
図１に示した電力配電システムの動作について、図５および図６を参照しながら以下に説明する。各ルータ２０−１〜２０−３は、伝送路幹線５５等から新たな電力パケット７０を受け取ると、各電力計測回路４１〜４３を用いて該当するペイロード７２から受電した電力量を計測する。そして、計測したパケット単位の受電量、すなわち積算受電電力量Ｐｒを含む受電情報Ｃ２を、ルータ２０−１〜２０−３が送出する。また、受電情報Ｃ２は、積算受電電力量Ｐｒの他に、これを受電したルータおよびその内部の蓄電部又は出力ポートの系統を特定する情報も含む。
【００５９】
配電管理ＥＣＵ３０は、各ルータ２０−１〜２０−３が逐次送信する受電情報Ｃ２を図５のＳ１１で受信する。
【００６０】
また、各ルータ２０−１〜２０−３は、例えば内部の各蓄電部２６Ａ〜２６Ｃの蓄電量が不足する状態になると、配電要求Ｃ１の情報を配電管理ＥＣＵ３０に対して送信する。また、この配電要求Ｃ１は、該当する蓄電部の電圧の状態を表す電圧フラグＦｖを含む。電圧フラグＦｖの状態は、該当する蓄電部の現在の電圧を事前に定めた閾値と比較した結果を表す。具体的には、突入電流が発生する可能性が高い（電圧が閾値未満）場合はＦｖ＝「１」になり、突入電流が発生する可能性が低い（電圧が閾値以上）場合はＦｖ＝「０」になる。
【００６１】
配電管理ＥＣＵ３０は、各ルータ２０−１〜２０−３が逐次送信する配電要求Ｃ１の情報を図５のＳ１２で受信する。また、配電管理ＥＣＵ３０は、配電要求Ｃ１の情報を受信すると、図５のＳ１３を通ってＳ１４の処理に進む。
【００６２】
配電管理ＥＣＵ３０は、各ルータ２０−１〜２０−３から受け取った配電要求Ｃ１の情報に基づき、該当する電力パケットを要求元に送電するように、ミキサ１０に対して送電指示Ｃ３として送電指示情報を図５のＳ１４で通知する。また、この送電指示情報は配電管理ＥＣＵ３０が受け取った電圧フラグＦｖの情報を含む。
【００６３】
ミキサ１０は、配電管理ＥＣＵ３０から受け取った送電指示情報に対応する電力パケット７０を生成し、指示された宛先、すなわち配電要求Ｃ１の要求元に対して送信する。この電力パケット７０は、宛先情報７１ｂの中に電圧フラグＦｖの情報を含んでいる。また、ミキサ１０は実際に送電した電力パケット７０のペイロード７２の電力量の情報を、送電情報Ｃ４として配電管理ＥＣＵ３０へ通知する。
【００６４】
各ルータ２０−１〜２０−３は、いずれかの入力ポート２１に電力パケット７０が入力されると、ヘッダ７１の内容を参照して宛先を確認し、自ルータ宛てであれば、宛先の出力ポートに応じて蓄電部２６Ａ〜２６Ｃのいずれかへ振り分けるように入力側スイッチ回路２５を切り替える。また、自ルータ宛てでない電力パケット７０は充電せずにそのまま通過させる。
【００６５】
また、ミキサ１０が送出する電力パケット７０の宛先情報７１ｂの中には電圧フラグＦｖが含まれているので、各ルータ２０−１〜２０−３内のルータ制御部２４は、電圧フラグＦｖに従って入力側スイッチ回路２５を制御する。すなわち、突入電流が発生する可能性が高い（電圧が閾値未満）場合はプリチャージ経路２５ｂを接続し、突入電流が発生する可能性が低い（電圧が閾値以上）場合はメイン経路２５ａを接続するように半導体スイッチＳＷ１およびＳＷ２を切り替える。
【００６６】
配電管理ＥＣＵ３０は、例えばミキサ１０が通知する送電情報Ｃ４により、ミキサ１０の送電開始か否かを把握できる（Ｓ１５）。また、配電管理ＥＣＵ３０はルータ２０−１〜２０−３からの受電情報Ｃ２に基づいて送電終了か否かを把握できる（Ｓ１６）。
【００６７】
配電管理ＥＣＵ３０は、ミキサ１０が送電を開始すると、内部タイマを起動し、これを蓄電部充電待ちタイマとして使用する。そして、蓄電部充電待ちタイマにより、一定の時間間隔で配電管理ＥＣＵ３０が図５のＳ１７を繰り返し実行する。すなわち、要求元のルータ２０−１〜２０−３から該当する蓄電部の電圧（電力計測回路２８が計測した最新の電圧の瞬時値）Ｖｃの情報を配電管理ＥＣＵ３０が取得する。
【００６８】
配電管理ＥＣＵ３０は、Ｓ１７で取得した最新の蓄電部の電圧Ｖｃを事前に定めた電圧閾値Ｖｔｈと比較する（Ｓ１８）。この電圧閾値Ｖｔｈは、前述の電圧フラグＦｖの状態を決定する際に用いる閾値と同等の値である。
【００６９】
したがって、突入電流が発生する可能性が低い（Ｖｃ≧Ｖｔｈ）場合は、配電管理ＥＣＵ３０の処理はＳ１８からＳ１９に進み、突入電流が発生する可能性が高い（Ｖｃ＜Ｖｔｈ）場合は、Ｓ１８から図６のＳ２５に進む。
【００７０】
また、異常の発生により（Ｖｃ＜Ｖｔｈ）の条件を満たす場合もある。例えば、ミキサ１０とルータ２０−１とを接続する伝送路幹線５５で回路ショートや断線が発生した場合や、ルータ２０−１の下流側で回路ショートが発生した場合は、ルータ２０−１内の蓄電部２６に電荷が蓄積されないので、蓄電部の電圧Ｖｃはほぼ０になる。
【００７１】
＜（Ｖｃ≧Ｖｔｈ）の条件を満たす場合の動作＞
この場合は該当する蓄電部の充電が行われているので、少なくともミキサ１０と該当するルータ２０との間の経路には異常は無いと判断した上で、以下の動作を行う。
【００７２】
配電管理ＥＣＵ３０は、該当するルータ２０から送られた受電情報Ｃ２に含まれる積算受電電力量ＰｒをＳ１９で確認する。また、一定時間内に積算受電電力量Ｐｒの通知を検知できない場合には、配電管理ＥＣＵ３０はＳ２０からＳ２１の処理に進む。
【００７３】
配電管理ＥＣＵ３０は、送電指示Ｃ３によりミキサ１０に指示した送電電力量、又はミキサ１０から送電情報Ｃ４として通知された実際の送電電力量Ｐｒ０と、該当する宛先のルータ２０から受電情報Ｃ２として通知された積算受電電力量ＰｒとをＳ２２で比較する。
【００７４】
そして、積算受電電力量Ｐｒと送電電力量Ｐｒ０とがほぼ同じ、つまりそれらの差分が許容可能な誤差の範囲内であれば、配電管理ＥＣＵ３０は異常はないとＳ２２で判断し、次のＳ２３に進む。そして、該当するルータ２０内の入力側スイッチ回路２５がメイン経路２５ａを接続するように、配電管理ＥＣＵ３０がルータ２０に指示を与える（Ｓ２３）。また、ミキサ１０等からの指示によりルータ２０がそれまでにプリチャージ経路２５ｂを選択していた場合には、配電管理ＥＣＵ３０からの指示に従い、ルータ２０はメイン経路２５ａを接続するように選択状態を切り替える。これにより、メイン経路２５ａを利用して蓄電部２６の充電と負荷への給電を行うことができる。
【００７５】
一方、積算受電電力量Ｐｒが送電電力量Ｐｒ０を所定以上下回った場合（Ｐｒ＜＜Ｐｒ０）は、負荷側に所定の電流が流れていないと考えられるので、配電管理ＥＣＵ３０はルータ２０の下流側の経路に断線があると判断し、配電経路の変更をルータ２０に対して指示する（Ｓ２４）。具体的には、現在選択している経路のルータ２０の入力ポート２１に接続される経路を入力側スイッチ回路２５内の半導体スイッチで遮断して選択中の経路による配電を停止し、その後で別系統の経路をルータ２０が選択するように配電経路を切り替える。
【００７６】
一方、ルータ２０から配電管理ＥＣＵ３０に対して受電情報Ｃ２の情報が送られていない場合は、使用しているミキサ１０の出力ポート１２とルータ２０の入力ポート２１の間の伝送路幹線５５に短絡または断線等の異常があると考えられる。したがって、その場合は、配電管理ＥＣＵ３０がＳ２１で配電経路を切り替える。具体的には、該当するミキサ１０の出力ポート１２を制御する半導体スイッチ（図示せず）を遮断し、この出力ポート１２に接続されていたルータ２０の全ての入力ポート２１を入力側スイッチ回路２５で遮断して、現在の経路での配電を停止する。更に、ミキサ１０が別の経路を選択するように切り替えて給電動作を継続する。
【００７７】
＜（Ｖｃ＜Ｖｔｈ）の条件を満たす場合の動作＞
配電管理ＥＣＵ３０は、電力パケット７０を受け取ったルータ２０から受電情報Ｃ２として送られる積算受電電力量Ｐｒの情報を図６のＳ２５で確認する。また、積算受電電力量Ｐｒの通知を一定時間以内に検知できなかった場合には、配電管理ＥＣＵ３０の処理はＳ２６からＳ３１に進む。
【００７８】
配電管理ＥＣＵ３０は、送電指示Ｃ３によりミキサ１０に指示した送電電力量、又はミキサ１０から送電情報Ｃ４として通知された実際の送電電力量Ｐｒ０と、該当する宛先のルータ２０から受電情報Ｃ２として通知された積算受電電力量ＰｒとをＳ２７で比較する。
【００７９】
そして、積算受電電力量Ｐｒと送電電力量Ｐｒ０とがほぼ同じ、つまりそれらの差分が許容可能な誤差の範囲内であれば、配電管理ＥＣＵ３０は異常はないとＳ２７で判断し、次のＳ２８に進む。そして、該当するルータ２０内の入力側スイッチ回路２５がプリチャージ経路２５ｂを接続するように、配電管理ＥＣＵ３０がルータ２０に指示を与える（Ｓ２８）。
【００８０】
また、配電管理ＥＣＵ３０は積算受電電力量Ｐｒと送電電力量Ｐｒ０の大小関係をＳ２９で識別する。そして、積算受電電力量Ｐｒが送電電力量Ｐｒ０を大きく上回った場合（Ｐｒ＞＞Ｐｒ０）は、ルータ２０の下流側の経路に短絡があると配電管理ＥＣＵ３０が認識する。そして、配電管理ＥＣＵ３０がＳ３０でルータ２０に対して経路変更を指示する。具体的には、該当するルータ２０が現在選択している経路について、入力側スイッチ回路２５内の半導体スイッチを遮断することで、該当経路による配電を停止する。更に、ルータ２０が別の経路を選択するように切り替える。
【００８１】
また、積算受電電力量Ｐｒが送電電力量Ｐｒ０を大きく下回った場合（Ｐｒ＜＜Ｐｒ０）、又は、一定時間内に積算受電電力量Ｐｒがルータ２０から通知されなかった場合には、現在使用しているミキサ１０の出力ポート１２とルータ２０の入力ポート２１と間の伝送路幹線５５に短絡または断線等の異常があると配電管理ＥＣＵ３０が判断する。その場合、配電管理ＥＣＵ３０はＳ３１で経路変更を指示する。
【００８２】
具体的には、該当するミキサ１０の出力ポート１２を制御する半導体スイッチ（図示せず）を遮断し、該当する経路に接続されたルータ２０の全ての入力ポート２１の接続を入力側スイッチ回路２５により遮断して配電を停止する。更に、ミキサ１０が現在とは別の経路を選択するように切り替えて給電を継続する。
【００８３】
＜電力配電システムの利点＞
図１に示した電力配電システムは、電力伝送経路上で何らかの異常が発生した場合に、それを自動的に検知して問題のある箇所の通電を遮断したり、利用可能な別の経路に自動的に切り替えることができる。したがって、一般的な車載用の電力配電システムのように、多数のヒューズやリレーをワイヤハーネスのジョイント・コネクタやジャンクション・ボックスの箇所に接続しなくても、それらと同等の機能を実現し、安全性や信頼性を確保できる。しかも、ワイヤハーネスを構成する部品数の削減、ワイヤハーネスの設置に必要な空間の削減、重量の低減などが可能になる。
【００８４】
また、蓄電部２６の蓄電量が少ない場合には、プリチャージ経路２５ｂを選択することで、電力パケット７０のパルス状の電力供給によって突入電流が発生するのを避けることができる。蓄電部２６の蓄電量が充電である場合には、メイン経路２５ａを選択することにより、蓄電部２６の充電および負荷への給電を迅速に行うことができる。
【００８５】
ここで、上述した本発明の実施形態に係る電力配電システムの特徴をそれぞれ以下［１］〜［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  所定の電源電力に基づいて電力パケット（７０）を生成する電力ミキサ（ミキサ１０）と、生成された前記電力パケットの配電経路を切り替え可能な１つ以上の電力ルータ（ルータ２０）とを有する電力配電システムであって、
前記電力ルータに搭載された蓄電部（２６）における電圧および積算電力量を計測可能な電力計測部（電力計測回路２８）を備え、
前記電力計測部の計測結果に基づき、前記電力パケットの配電経路の異常の有無を識別し（Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２９）、異常発生を検知した場合は、異常発生箇所に応じて前記電力ミキサ又は前記電力ルータが配電経路を切り替える（Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２８，Ｓ３０，Ｓ３１）、
電力配電システム。
【００８６】
［２］  前記電力ミキサおよび前記電力ルータとの間で通信可能な配電管理制御部（配電管理ＥＣＵ３０）を備え、
前記配電管理制御部は、前記電力ルータからの配電要求（Ｃ１）に応じた配電指示（Ｃ３）を前記電力ミキサに与え、前記配電指示に対する前記電力ミキサ又は前記電力ルータからの所定の応答（受電量Ｃ２）を受信できない場合に、配電経路の異常発生を検知し配電経路を切り替える（Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２６，Ｓ３１）、
上記［１］に記載の電力配電システム。
【００８７】
［３］  前記電力ルータは、前記蓄電部の入力側に、電流を抑制する抵抗器を有するプリチャージ経路（２５ｂ）と、前記抵抗器を有しないメイン経路（２５ａ）とを含み、
前記電力計測部が計測した前記蓄電部の電圧（Ｖｃ，電圧フラグＦｖ）の高低に応じて、前記電力ルータが、前記プリチャージ経路および前記メイン経路のいずれか一方を選択的に接続する（Ｓ２３，Ｓ２８）、
上記［１］に記載の電力配電システム。
【００８８】
［４］  前記電力パケットは、ペイロード領域と、当該ペイロード領域で伝送される電力を制御するための制御情報を格納するヘッダ（７１）を有し、
前記制御情報は、少なくとも該当する電力パケットの宛先又は配電経路と、送電電力の情報とを含む（図２参照）、
上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の電力配電システム。
【符号の説明】
【００８９】
１０  ミキサ
１１，２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ  入力ポート
１２，２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ  出力ポート
２０，２０−１，２０−２，２０−３  ルータ
２３Ａ  ヘッダ検出部
２３Ｂ  ヘッダ生成部
２４  ルータ制御部
２５  入力側スイッチ回路
２５ａ  メイン経路
２５ｂ  プリチャージ経路
２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ  蓄電部
２７  出力側スイッチ回路
２８，４１，４２，４３  電力計測回路
２９  通信部
３０  配電管理ＥＣＵ
５０  直流電源
５４，５５  伝送路幹線
６１，６２，６３  負荷
７０  電力パケット
７１  ヘッダ
７１ａ  同期信号
７１ｂ  宛先情報
７１ｃ  送電電力情報
７２  ペイロード
Ｃ１  配電要求
Ｃ２  受電情報
Ｃ３  送電指示
Ｃ４  送電情報
ＳＷ１，ＳＷ２  半導体スイッチ
Ｐｒ  積算受電電力量
Ｐｒ０  送電電力量
Ｆｖ  電圧フラグ
Ｖｃ  蓄電部の電圧
Ｖｔｈ  電圧閾値
【図１】
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【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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