(57)【要約】【課題】部品の共用化を図ることができる車両用配電ボックスを提供する。【解決手段】車両用配電ボックス１は、高電圧バッテリ２と、高電圧バッテリ２から電力の供給を受ける複数の高電圧負荷５Ａ〜５Ｄとの間の各電路２１に配置され、かつ各電路２１を遮断する複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄと、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄを制御する制御部１６とを備える。各半導体遮断器１５は、電路２１を流れる電流の電流値を検出する電流検出部３６と、電路２１を遮断する半導体スイッチ３２とを有する。制御部１６は、各半導体遮断器１５に対して、各高電圧負荷５に対応する遮断特性に基づいて電路２１を遮断するように制御する。各遮断特性は、電路２１を流れる電流の電流値に応じて、半導体スイッチ３２による電路２１を遮断するまでの遮断時間ｔが設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、前記電源から電力の供給を受ける複数の負荷との間の各電路に配置され、かつ各前記電路を遮断する複数の半導体遮断器と、
複数の前記半導体遮断器を制御する制御部と、
を備え、
各前記半導体遮断器は、
前記電路を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記電路を遮断する半導体スイッチと、
を有し、
前記制御部は、
各前記半導体遮断器に対して、各負荷に対応する遮断特性に基づいて前記電路を遮断するように制御し、
各前記遮断特性は、
前記電路を流れる電流の電流値に応じて、前記半導体スイッチによる前記電路を遮断するまでの遮断時間が設定される、
ことを特徴とする車両用配電ボックス。
【請求項２】
前記遮断特性は、
前記負荷の負荷特性および前記電路を構成する電線の電線発煙特性に基づいて設定される、
請求項１に記載の車両用配電ボックス。
【請求項３】
前記半導体遮断器は、さらに、
前記半導体スイッチの温度を検出する温度検出部と、
前記半導体スイッチを挟む前記電路上の２点間の電圧を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記遮断特性にかかわらず、前記温度および前記電圧の少なくとも一つに基づいて前記電路を遮断するように制御する、
請求項１または２に記載の車両用配電ボックス。
【請求項４】
前記電源と、複数の前記半導体遮断器との間の電路に配置され、かつ前記制御部からの制御信号に基づいて前記電路を開閉するメインリレーをさらに備え、
複数の前記半導体遮断器は、
前記メインリレーの下流に並列で接続される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用配電ボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用配電ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の車両には、高電圧回路の保護を目的とする遮断器が搭載される（特許文献１，２参照）。特許文献１では、高電圧回路に対応する機械式の遮断器が用いられた高電圧配電ボックスが開示されている。特許文献２では、ヒューズメンテナンスを考慮した自動車用電源ボックスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５０２１５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７７５８９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、従来の遮断器では、各種の高電圧負荷に対応するヒューズを選定したり、車両ごとに新規に設計する必要があり、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、部品の共用化を図ることができる車両用配電ボックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用配電ボックスは、電源と、前記電源から電力の供給を受ける複数の負荷との間の各電路に配置され、かつ各前記電路を遮断する複数の半導体遮断器と、複数の前記半導体遮断器を制御する制御部と、を備え、各前記半導体遮断器は、前記電路を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、前記電路を遮断する半導体スイッチと、を有し、前記制御部は、各前記半導体遮断器に対して、各負荷に対応する遮断特性に基づいて前記電路を遮断するように制御し、各前記遮断特性は、前記電路を流れる電流の電流値に応じて、前記半導体スイッチによる前記電路を遮断するまでの遮断時間が設定される、ことを特徴とする。
【０００７】
上記車両用配電ボックスにおいて、前記遮断特性は、前記負荷の負荷特性および前記電路を構成する電線の電線発煙特性に基づいて設定される、ことが好ましい。
【０００８】
上記車両用配電ボックスにおいて、前記半導体遮断器は、さらに、前記半導体スイッチの温度を検出する温度検出部と、前記半導体スイッチを挟む前記電路上の２点間の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記制御部は、前記遮断特性にかかわらず、前記温度および前記電圧の少なくとも一つに基づいて前記電路を遮断するように制御する、ことが好ましい。
【０００９】
上記車両用配電ボックスにおいて、前記電源と、複数の前記半導体遮断器との間の電路に配置され、かつ前記制御部からの制御信号に基づいて前記電路を開閉するメインリレーをさらに備え、複数の前記半導体遮断器は、前記メインリレーの下流に並列で接続される、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る車両用配電ボックスによれば、部品の共用化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る車両用配電ボックスの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係る車両用配電ボックスの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る車両用配電ボックスの平面図である。
【図４】図４は、実施形態に係る半導体遮断器の外観図である。
【図５】図５は、実施形態に係る半導体遮断器の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施形態に係る半導体遮断器の遮断特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る車両用配電ボックスの実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。
【００１３】
［実施形態］
図１は、実施形態に係る車両用配電ボックスの概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る車両用配電ボックスの概略構成を示す分解斜視図である。図３は、実施形態に係る車両用配電ボックスの平面図である。図４は、実施形態に係る半導体遮断器の外観図である。図５は、実施形態に係る半導体遮断器の概略構成を示すブロック図である。図６は、実施形態に係る半導体遮断器の遮断特性の一例を示す図である。ここで、図２〜図４におけるＸ方向は、本実施形態における車両用配電ボックスの幅方向である。Ｙ方向は、本実施形態における車両用配電ボックスの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｙ１方向は手前方向とし、Ｙ２方向は奥方向とする。Ｚ方向は、本実施形態における車両用配電ボックスの上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。Ｚ１方向は上方向とし、Ｚ２方向は下方向とする。
【００１４】
本実施形態に係る車両用配電ボックス１は、例えば電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の車両に搭載される電気接続箱である。車両用配電ボックス１は、図１に示すように、高電圧バッテリ２と、インバータ３および複数の高電圧負荷５Ａ（５）〜５Ｄ（５）との間に配置され、高電圧バッテリ２と、インバータ３等との間の電気的接続および電気的遮断を行うものである。なお、以下の説明において、電気的接続を「接続」、電気的遮断を「遮断」とも呼ぶ。
【００１５】
高電圧バッテリ２は、上述した車両に搭載され、インバータ３等を駆動するための電力を供給する電源である。高電圧バッテリ２は、例えば、複数の電池セルが接続された組電池から成り、直流電力を供給する。なお、高電圧バッテリ２は、直流電力を供給可能なものであれば組電池に限らず、どのような形態であってもよい。高電圧バッテリ２は、車両用配電ボックス１側の一対の電源端子１１Ａ（１１），１１Ｂ（１１）に接続される。一対の電源端子１１Ａ，１１Ｂは、図２および図３に示すように、例えば車両用配電ボックス１の幅方向（Ｘ方向）の一方に設けられている。
【００１６】
インバータ３および複数の高電圧負荷５Ａ〜５Ｄは、上述の車両に搭載され、高電圧バッテリ２から直流電力が供給されて動作するものである。インバータ３は、主に、高電圧バッテリ２からの直流電流を交流電流に変換し、交流電流により車両駆動用の交流モータを駆動するものである。インバータ３は、車両用配電ボックス１側の一対のインバータ端子１２Ａ（１２），１２Ｂ（１２）に接続される。複数の高電圧負荷５Ａ〜５Ｄは、例えば電動コンプレッサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、車載充電器、ＰＴＣ（Positive  Temperature  Coefficient）ヒータ等の各種機器である。各高電圧負荷５は、車両用配電ボックス１側の一対の負荷端子１３に接続される。具体的には、高電圧負荷５Ａは、負荷端子１３ＡＡ，１３ＡＢに接続され、高電圧負荷５Ｂは、負荷端子１３ＢＡ，１３ＢＢに接続される。高電圧負荷５Ｃは、負荷端子１３ＣＡ，１３ＣＢに接続され、高電圧負荷５Ｄは、負荷端子１３ＤＡ，１３ＤＢに接続される。負荷端子１３は、図２および図３に示すように、例えば車両用配電ボックス１の幅方向と直交する奥行き方向（Ｙ方向）の一方である奥方向（Ｙ２方向）に設けられている。
【００１７】
車両用配電ボックス１は、一対のメインリレー１４Ａ（１４），１４Ｂ（１４）と、複数の半導体遮断器１５Ａ（１５）〜１５Ｄ（１５）と、制御部１６とを含んで構成される。一対のメインリレー１４、複数の半導体遮断器１５、および制御部１６は、図２および図３に示すように、筐体７に収容される。筐体７は、アッパーカバー８と、ロアカバー９とで構成される。アッパーカバー８およびロアカバー９は、絶縁性を有する合成樹脂等から成る。
【００１８】
一対のメインリレー１４Ａ，１４Ｂは、高電圧バッテリ２と、インバータ３との間の電路４（４Ａ，４Ｂ）上に配置され、電路４を開閉するものである。ここでメインリレー１４Ａ，１４Ｂが開状態とは、メインリレー１４Ａ，１４Ｂがオフ状態であり、電路４が遮断されていることを意味する。一方、メインリレー１４Ａ，１４Ｂが閉状態とは、メインリレー１４Ａ，１４Ｂがオン状態であり、電路４が通電していることを意味する。各メインリレー１４Ａ，１４Ｂは、例えばバスバー、半導体リレー等で構成される。バスバーは、電路４の一部を構成する導電部材であり、例えば銅合金等の金属材料で構成される。半導体リレーは、双方向で電路４Ａ，４Ｂの遮断と通電とを行うものであり、例えば少なくとも一つの電力用ＭＯＳ−ＦＥＴを含んで構成される。なお、メインリレー１４は、電力用ＭＯＳ−ＦＥＴを含んで構成されるが、これに限定されるものではなく、いわゆる機械式リレーで構成されていてもよい。メインリレー１４Ａは、電路４のうち正極側の電路４Ａの一部を構成し、一方が電源端子１１Ａに接続され、他方がインバータ端子１２Ａに接続される。メインリレー１４Ａは、制御部１６に接続され、制御部１６からの制御信号２３に基づいて、正極側の電路４Ａの遮断または通電を行う。メインリレー１４Ｂは、電路４のうち負極側の電路４Ｂの一部を構成し、一方が電源端子１１Ｂに接続され、他方がインバータ端子１２Ｂに接続される。メインリレー１４Ｂは、制御部１６に接続され、制御部１６からの制御信号２３に基づいて、負極側の電路４Ｂの遮断または通電を行う。各メインリレー１４が受信する制御信号２３は、同一であってもよいし、異なるものであってもよい。
【００１９】
複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄは、高電圧バッテリ２と、複数の高電圧負荷５Ａ〜５Ｄとの間の各電路２１上に配置される。各電路２１は、メインリレー１４Ａとインバータ３との間の電路４Ａから分岐して、各高電圧負荷５に接続するように構成される。つまり、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄは、メインリレー１４Ａの下流に並列で接続されている。各半導体遮断器１５は、過電流から各高電圧負荷５を含む電気回路を保護するものであり、電路２１を流れる電流の電流値に応じて電路２１を遮断する。ここで電路２２は、メインリレー１４Ｂとインバータ３との電路４Ｂから分岐して、各高電圧負荷５に接続するように構成される。各半導体遮断器１５は、電路２１の一部を構成し、一方が電路４Ａに接続され、他方が負荷端子１３ＡＡ，１３ＢＡ，１３ＣＡ，１３ＤＡに接続される。各半導体遮断器１５は、図２に示すように、例えば制御基板１７の上方向（Ｚ１方向）の面に実装されている。各半導体遮断器１５は、制御部１６に接続され、制御部１６からの各制御信号２４に基づいて各電路２１の遮断を行う。一方、各半導体遮断器１５は、遮断器信号２５として、後述する温度情報、電圧情報、および電流情報を制御部１６に出力する。各半導体遮断器１５は、図４に示すように、一対の端子部３０と、複数の制御端子３１とを備える。一対の端子部３０は、一方が負荷端子１３（１３ＡＡ，１３ＢＡ，１３ＣＡ，１３ＤＡを含む）に接続され、他方が電路２１を介してメインリレー１４Ａに接続される。複数の制御端子３１は、それぞれが手前方向（Ｙ１方向）にＬ字状に形成されたピン端子であり、制御部１６に接続される。各半導体遮断器１５は、図５に示すように、半導体スイッチ３２と、温度検出部３３と、電圧検出部３４と、ゲート駆動部３５と、電流検出部３６とを含んで構成される。すなわち、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄは、高電圧負荷５の種類にかかわらず、それぞれが同一の構成を有する。
【００２０】
半導体スイッチ３２は、電路２１の一部を構成し、電路２１を遮断するものである。半導体スイッチ３２は、例えば、電界効果トランジスタの一種である電力用ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）で構成される。半導体スイッチ３２は、ドレインＤがメインリレー１４Ａ側の電路２１に接続され、ソースＳが負荷端子１３側の電路２１に接続される。半導体スイッチ３２は、ゲートＧがゲート駆動部３５に接続されており、ゲート駆動部３５からのゲート信号に応じて電路２１を遮断する。ここで半導体スイッチ３２がオフ状態のときに、電路２１が遮断され、オン状態のときに電路２１が通電される。
【００２１】
温度検出部３３は、半導体スイッチ３２の近傍に配置され、半導体スイッチ３２の温度を検出する温度センサである。温度検出部３３は、例えばサーミスタ等で構成される。温度検出部３３は、複数の制御端子３１のいずれか一つに接続され、制御端子３１を介して制御部１６に接続される。温度検出部３３は、制御部１６に対して、温度情報として半導体スイッチ３２の温度を常時出力する。
【００２２】
電圧検出部３４は、半導体スイッチ３２を挟む電路２１上の２点間の電圧（電位差）を検出するものである。電路２１上の２点間は、図５に示すように、例えば半導体スイッチ３２におけるソースＳとドレインＤ間であるが、これに限定されるものではない。電圧検出部３４は、複数の制御端子３１のうちの一対の制御端子３１に接続され、一対の制御端子３１を介して制御部１６に接続される。電圧検出部３４は、制御部１６に対して、電圧情報として電路２１上の２点間の電圧値を常時出力する。
【００２３】
ゲート駆動部３５は、制御部１６に接続され、制御部１６からの制御信号２４に基づいて半導体スイッチ３２のゲートＧにゲート信号を出力するものである。ゲート駆動部３５がゲート信号を出力すると、半導体スイッチ３２のゲートＧに駆動電圧が印加されて、半導体スイッチ３２がオン状態となる。
【００２４】
電流検出部３６は、電路２１を流れる電流の電流値を検出するものである。すなわち、電流検出部３６は、高電圧負荷５に流れる過電流を検出するものである。電流検出部３６は、複数の制御端子３１のうちのいずれか一つに接続され、制御端子３１を介して制御部１６に接続される。電流検出部３６は、制御部１６に対して、電流情報として電路２１を流れる電流の電流値を常時出力する。
【００２５】
制御部１６は、例えばマイコンを主体に構成され、制御基板１７上に実装されている。制御部１６は、各メインリレー１４の駆動を制御する制御信号２３を、メインリレー１４Ａ，１４Ｂにそれぞれ出力する。制御信号２３は、例えば、各半導体遮断器１５による電路４Ａ，４Ｂの通電および遮断を行わせるものである。制御部１６は、外部ＥＣＵ６に接続され、例えば外部ＥＣＵ６から入力される制御信号に基づいて、制御信号２３を出力することができる。なお、制御部１６は、半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄから受けた遮断器信号２５に基づいて、制御信号２３を出力する構成であってもよい。
【００２６】
制御部１６は、さらに、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄを制御する。制御部１６は、各半導体遮断器１５に対して、各高電圧負荷５に対応する遮断特性に基づいて電路２１を遮断するように制御する。この遮断特性は、図６に示すように、高電圧負荷５の負荷特性および高電圧負荷５につながる電線の電線発煙特性に基づいて設定される。図６に示す遮断特性は、縦軸が時間ｔ［ｓｅｃ］、横軸が電流Ｉ［Ａ］である。遮断特性は、図示の電線発煙特性と負荷特性とで囲まれた領域に設定される。すなわち、本実施形態における遮断特性は、車両用配電ボックス１に接続される各種の高電圧負荷５の負荷特性に基づいて設定され、かつ高電圧負荷５に接続される電線の電線発煙特性に基づいて設定される。遮断特性は、電路２１を流れる電流Ｉの電流値に応じて、半導体スイッチ３２による電路２１を遮断するまでの遮断時間ｔが設定される。例えば、図示の遮断特性では、電流Ｉの電流値がａ［Ａ］未満では、電流値が大きくなるにつれて遮断時間ｔが短くなっていき、電流Ｉの電流値がａ［Ａ］以上になると、即時に電路２１が遮断される。遮断特性は、制御部１６に対して書き換え可能に構成される。例えば、制御部１６は、負荷端子１３に新たに接続された高電圧負荷５に対応する遮断特性を外部ＥＣＵ６から受信して、マイコン内のメモリに新たに保存するか、またはメモリ内の遮断特性を書き換える。
【００２７】
次に、本実施形態に係る車両用配電ボックス１の遮断動作について説明する。半導体遮断器１５は、例えば制御部１６からの制御信号に応じて起動し、電路２１に流れる電流の電流値を電流検出部３６により検出し、電流情報として制御部１６に出力する。制御部１６は、各半導体遮断器１５から出力された電流情報により電路２１を流れる電流Ｉを監視する。制御部１６は、高電圧負荷５に対応する遮断特性に基づいて電流Ｉが過電流と判断した場合、該当する半導体遮断器１５に対して制御信号２４を出力する。半導体遮断器１５は、制御部１６から出力された制御信号２４に基づいて、ゲート駆動部３５が半導体スイッチ３２に対してゲート信号を出力し、ゲート信号に応じて半導体スイッチ３２が電路２１を遮断する。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る車両用配電ボックス１は、従来の機械式の遮断器を、各種の高電圧負荷５に応じた遮断特性の設定が可能な半導体遮断器に置き換えることで、車両ごとに遮断器を製作することがなくなり、部品点数を減らして部品の共用化（標準化）を図ることができる。また、部品を管理するための部品品番の削減が可能となる。また、機械式の遮断器のように、遮断特性の誤差や物理的な劣化を考慮して設計マージンを十分に取る必要がなくなるので、より太い電線を使用することなく、車両の重量増を抑制し、搭載性を容易にできる。また、部品のメンテナンス性を考慮する必要がなく、車両のレイアウト設計の自由度を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係る車両用配電ボックス１は、遮断特性が、車両用配電ボックス１に接続される各種の高電圧負荷５の負荷特性に基づいて設定され、かつ高電圧負荷５につながる電線の電線発煙特性に基づいて設定される。これにより、従来の機械式の遮断器と同等の遮断特性を得られることができ、かつ接続される各種の高電圧負荷５に応じて制御部１６で遮断特性を個別に設定することが可能になる。つまり、車両ごとの仕様差（例えば、高電圧負荷５の種類や遮断時の電流値）を吸収することができ、部品の共用化が容易に可能となる。また、遮断特性の最適化により、高電圧回路を構成する電線のサイズダウンを図ることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態に係る車両用配電ボックス１は、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄが、メインリレー１４Ａの下流に並列で接続される。低電圧系（１２Ｖ系）の負荷とは異なり、ＥＶ等の車両に搭載される高電圧負荷の数や種類が限られているので、一つの車両用配電ボックス１により当該車両の負荷仕様に対応することが可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、制御部１６が、遮断特性にかかわらず、温度検出部３３により検出された温度および電圧検出部３４により検出された電圧の少なくとも一つに基づいて電路２１を遮断するように制御してもよい。これにより、半導体遮断器１５が故障した場合でも、過電流から各高電圧負荷５を含む電気回路を保護することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、制御部１６が、複数の半導体遮断器１５Ａ〜１５Ｄを個別に、遮断状態から通電状態に切り替える。これにより、部品のメンテナンス性を考慮する必要がなく、車両のレイアウト設計の自由度を向上させることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、半導体スイッチ３２は、電力用ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されているが、これに限定されるものではなく、複数の電力用ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されていてもよいし、トランジスタやＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等で構成されていてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、本発明を高電圧バッテリ２や高電圧負荷３を含む高電圧回路に適用した場合について説明したが、これに限定されず、低電圧回路に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  車両用配電ボックス
２  高電圧バッテリ
３  インバータ
４，４Ａ，４Ｂ，２１，２２  電路
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ  高電圧負荷
６  外部ＥＣＵ
７  筐体
８  アッパーカバー
９  ロアカバー
１１，１１Ａ，１１Ｂ  電源端子
１２，１２Ａ，１２Ｂ  インバータ端子
１３  負荷端子
１４，１４Ａ，１４Ｂ  メインリレー
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ  半導体遮断器
１６  制御部
１７  制御基板
２３，２４  制御信号
２５  遮断器信号
３０  端子部
３１  制御端子
３２  半導体スイッチ
３３  温度検出部
３４  電圧検出部
３５  ゲート駆動部
３６  電流検出部
【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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