(57)【要約】【課題】高電圧用負荷のメンテナンス作業等を支障なく安全に遂行できるようにする。【解決手段】高電圧バッテリー１２に高電圧用負荷が接続され、かつ、同バッテリー１２と低電圧バッテリー１４との間に半導体スイッチング素子３０を含む電圧変換器２０が介在する車両用給電装置。高電圧用負荷のメンテナンス作業等を目的として、高電圧バッテリー１４と高電圧用負荷との間に両者の通電を遮断するための回路遮断器１６を設けるのに加え、電圧変換器２０から高電圧用負荷に至る経路の途中にその経路を開閉するリレースイッチ４０を設け、このリレースイッチ４０を開いておくことにより、前記回路遮断器１６が遮断操作されたときに低電圧バッテリー１９から半導体スイッチング素子３０の寄生素子を通じて高電圧用負荷側に電流が逆流するのを防ぐようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧バッテリーと低電圧バッテリーとを併有し、前記高電圧バッテリーに高電圧用負荷が接続され、前記高電圧バッテリーと低電圧バッテリーとの間に半導体スイッチング素子を含む電圧変換器が介在する車両用給電装置において、前記高電圧バッテリーと高電圧用負荷との間に両者の通電を遮断するための回路遮断器が設けられるとともに、前記電圧変換器から前記高電圧用負荷に至る経路の途中にその経路を開閉する負荷用開閉手段が設けられていることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用給電装置において、少なくとも車両運転時には前記負荷用開閉手段を閉じさせ、エンジン停止時には前記負荷用開閉手段を開かせる開閉切換手段を備えることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用給電装置において、前記開閉切換手段は、イグニッションスイッチがオンのときには前記負荷用開閉手段を閉じさせ、イグニッションスイッチがオフのときには前記負荷用開閉手段を開かせることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両用給電装置において、前記負荷用開閉手段はリレースイッチに設けられたリレー接点であり、前記開閉切換手段は前記リレースイッチに設けられて前記イグニッションスイッチのオンオフにより通電がオンオフされるリレーコイルであることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の車両用給電装置において、車両に搭載された発電機と、この発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記高電圧バッテリー、高電圧用負荷、及び電圧変換器に供給するインバータと、このインバータと前記高電圧バッテリー及び高電圧用負荷との間の経路を開閉するインバータ用開閉手段とを備え、かつ、このインバータ用開閉手段が前記電圧変換器から前記高電圧用負荷に至る経路の途中に設けられていることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両用給電装置において、前記インバータ用開閉手段が前記インバータの本体に組み込まれていることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の車両用給電装置において、前記インバータの出力部と前記電圧変換器の入力部とが接続用導体によって直結されていることを特徴とする車両用給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両において各種電装品などの電気的負荷に給電を行うための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両装備の電子化は目覚ましく、車両に搭載される電気負荷も多様化している。例えばステアリング装置やブレーキ装置をはじめとするアクチュエータ類の電動化も検討が進められている。しかし、かかる車載アクチュエータは使用電圧が高いため、現行の低電圧電源では対応が困難である。
【０００３】
そこで、特許文献１には、従来の低電圧バッテリー（例えば１２Ｖバッテリー）に加えてそれよりも出力電圧の高い高電圧バッテリー（例えば３６Ｖバッテリー）を車両に搭載し、負荷の使用電圧に応じて適当なバッテリーから電力供給ができるようにした回路が開示されている。
【０００４】
この回路では、前記低電圧バッテリーと高電圧バッテリーとの間にＤＣ−ＤＣコンバータからなる電圧変換器が介在し、前記高電圧バッテリーの出力やオルタネータの出力が前記電圧変換器で降圧されてから前記低電圧バッテリーや低電圧用負荷に供給されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４５３３３号公報（第２頁，図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記給電回路において、高電圧用負荷などのメンテナンスを安全に行うためには、事前に当該高電圧用負荷と高電圧バッテリーとの間の通電を遮断しておくことが望まれる。その手段として、前記高電圧用負荷と高電圧バッテリーとの間に手動で開閉可能な回路遮断器を介在させ、メンテナンス時に作業者が当該回路遮断器を開くようにすることが考えられるが、ここで次に説明するような新たな課題が生じることになる。
【０００７】
図４は、前記給電回路の一例を示したものである。図において、エンジン駆動時にオルタネータ（発電機）１０で生成された交流電力はインバータ１２により直流電力に変換され、高電圧用（例えば４２Ｖ用）ヒューズボックス１４を介して高電圧用負荷（例えば４２Ｖ系負荷）に供給されるとともに、サービスプラグ（回路遮断器）１６を介して高電圧用バッテリー（例えば３６Ｖバッテリー）１８に供給される。このサービスプラグ１６は、その装着状態においてインバータ１２と高電圧バッテリー１８との間の経路を閉じる一方、当該サービスプラグ１６が抜脱されると前記経路が開かれる（遮断される）ようになっている。
【０００８】
さらに、前記インバータ１２の直流出力は、電圧変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータ２０により降圧されてから低電圧バッテリー（例えば１２Ｖバッテリー）１９に供給されるようになっている。このＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、図例では入力端子２２と出力端子２４との間に高速スイッチング用のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）３０が介在する直流チョッパ回路で構成され、前記ＭＯＳＦＥＴ３０のほか、電源回路２５、制御部２６、平滑回路２８等を含み、前記ＭＯＳＦＥＴ３０のドレイン、ソース、ゲートがそれぞれ前記入力端子２２、出力端子２４、制御部２６に接続されている。
【０００９】
また、インバータ１２の近傍には、当該インバータ１２をエンジン停止時に回路から切り離すためのリレースイッチ４０が設けられている。このリレースイッチ４０は、常開接点であるリレー接点４２と、イグニッションスイッチがオンに切換えられたときに通電するリレーコイル４４とを有し、前記リレー接点４２がインバータ内蔵の平滑用コンデンサ１３の負極とアースとの間に介設されている。
【００１０】
この回路によれば、サービスプラグ１６を装着した状態で、インバータ１２の出力が高電圧バッテリー１８に供給され、また、当該高電圧バッテリー１８の出力が高電圧用ヒューズボックス１４やＤＣ／ＤＣコンバータ２０に供給される。その一方、車両が停止した状態で前記サービスプラグ１６を抜脱することにより、前記高電圧バッテリー１８から前記高電圧用ヒューズボックス１４を電気的に切り離してその下流側の高電圧用負荷のメンテナンス等を行うことができる。
【００１１】
ところが、このような回路では、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に含まれるＭＯＳＦＥＴ３０の薄膜構造によって当該ＭＯＳＦＥＴ３０にその設計では意図されていない寄生素子が形成される場合があり、当該寄生素子として例えば図示のような向きの寄生ダイオード３２がＭＯＳＦＥＴ３０に構築されている場合には、前記サービスプラグ１６を抜脱して高電圧バッテリー１８を切り離しても、低電圧バッテリー１９から前記寄生ダイオード３２を経由して前記高負荷用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷に電流が流れてしまい、メンテナンス作業等に支障を来たすおそれがある。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するための手段を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、高電圧バッテリーと低電圧バッテリーとを併有し、前記高電圧バッテリーに高電圧用負荷が接続され、前記高電圧バッテリーと低電圧バッテリーとの間に半導体スイッチング素子を含む電圧変換器が介在する車両用給電装置において、前記高電圧バッテリーと高電圧用負荷との間に両者の通電を遮断するための回路遮断器が設けられるとともに、前記電圧変換器から前記高電圧用負荷に至る経路の途中にその経路を開閉する負荷用開閉手段が設けられているものである。
【００１４】
この装置によれば、前記回路遮断器を操作して前記高電圧バッテリーと高電圧用負荷との間の通電を遮断することにより、当該高電圧バッテリーから高電圧用負荷への給電を強制停止させることができる。
【００１５】
さらに、前記負荷用開閉手段を用いて電圧変換器から高電圧用負荷に至る経路を途中で遮断することにより、前記電圧変換器に含まれる半導体スイッチング素子に当該電圧変換器の出力部から入力部への電流の逆流を許容する寄生素子が形成されている場合でも、当該逆流を伴って低電圧バッテリーから高電圧用負荷へ給電されてしまう不都合を回避できる。
【００１６】
従って、前記回路遮断器と負荷用開閉手段の併用により、高電圧用負荷を確実に無給電状態にすることができ、その結果、当該高電圧用負荷のメンテナンス作業等を支障なく安全に遂行することができる。
【００１７】
ここで、前記負荷用開閉手段は手動で操作されるものでもよいが、少なくとも車両運転時には前記負荷用開閉手段を閉じさせ、エンジン停止時には前記負荷用開閉手段を開かせる開閉切換手段を付加することにより、前記回路遮断器を遮断操作する際に確実に電圧変換器から高電圧用負荷への経路を遮断してより高い安全性を確保することが可能になる。
【００１８】
より具体的に、前記開閉切換手段は、イグニッションスイッチがオンのときには前記負荷用開閉手段を閉じさせ、イグニッションスイッチがオフのときには前記負荷用開閉手段を開かせるものが好適である。
【００１９】
この場合、前記負荷用開閉手段はリレースイッチに設けられたリレー接点であり、前記開閉切換手段は前記リレースイッチに設けられて前記イグニッションスイッチのオンオフにより通電がオンオフされるリレーコイルである構成とすることにより、簡単なリレースイッチを用いてエンジン停止時に確実に電圧変換器から高電圧用負荷への経路を開くことができる。
【００２０】
前記負荷用開閉手段は、それ専用のものであってもよいが、車両に搭載された発電機と、この発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記高電圧バッテリー、高電圧用負荷、及び電圧変換器に供給するインバータと、このインバータと前記高電圧バッテリー及び高電圧用負荷との間の経路を開閉するインバータ用開閉手段とを備えたものにおいては、このインバータ用開閉手段を前記電圧変換器から前記高電圧用負荷に至る経路の途中に設けることにより、当該インバータ用開閉手段を前記負荷用開閉手段すなわち電圧変換器から高電圧用負荷への経路を開閉する手段に兼用することができる。従って、特別なスイッチ要素を付加することなく、エンジン停止時における回路からのインバータの切り離しと電圧変換器からの高電圧用負荷の切り離しとを同時に実現することが可能になる。
【００２１】
その場合、前記インバータ用開閉手段が前記インバータの本体に組み込まれている構成であれば、配線がより簡略化され、装置全体がよりコンパクトになる。
【００２２】
また、このようにインバータ用開閉手段を負荷用開閉手段に兼用すれば、必然的に当該インバータとＤＣ／ＤＣコンバータとが近接して配置されることになるので、当該インバータの出力部と前記電圧変換器の入力部とを接続用導体によって直結することにより、配線がさらに簡略化され、また装置全体がよりコンパクトになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態にかかる車両の給電装置の全体構成を示した回路図である。同図において前記図４に示した構成要素と同等のものについては共通の参照符を付してその説明を省略する。
【００２４】
この装置の特徴は、前記図４に示されている（インバータ用開閉手段としての）リレースイッチ４０が、本発明に係る負荷用開閉手段として兼用されていることである。
【００２５】
具体的に、前記リレースイッチ４０のリレー接点４２は、インバータ１２の出力部と、高電圧バッテリー１８から高電圧用ヒューズボックス１４に至る経路との間に介在しており、しかも、このリレー接点４２が当該経路とＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力端子２２との間に介在するように、配線がなされている。当該リレースイッチ４０のリレーコイル４４は、図略のイグニッションスイッチに接続されており、当該スイッチがオンのときに通電するようになっている。また、インバータ１２に内蔵されているコンデンサ１３の負極はアースに直結されている。
【００２６】
次に、この装置の作用を説明する。
【００２７】
まず、サービスプラグ１６が装着されていてエンジンが駆動されている状態では、当該サービスプラグ１６を介して高電圧バッテリー１８と高電圧用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷が接続されるとともに、イグニッションスイッチがオンであるためにリレースイッチ４０のリレーコイル４４が通電していて当該リレースイッチ４０のリレー接点４２が閉じられる。従って、インバータ１２の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力端子２２に供給され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通じて低電圧バッテリー１９や低電圧用負荷に供給されるとともに、当該インバータ１２の出力が前記リレー接点４２を介して高電圧バッテリー１８や高電圧用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷にも供給される。
【００２８】
その後、エンジンが停止してイグニッションスイッチがオフに切換えられると、リレーコイル４４の通電が切られ、リレー接点４２が開く。これによりインバータ１２が高電圧用バッテリー１８及び高電圧用負荷から切り離され、当該インバータ内蔵の平滑用コンデンサ１３の放電が促進されるのと同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力端子２２から高電圧用ヒューズブロック１４及び高電圧用負荷へ至る経路が前記リレー接点４２で遮断される。
【００２９】
この状態で、さらにサービスプラグ１６を抜脱すると、高電圧用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷が高電圧バッテリーから切り離される。このとき、前記図４に示した装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のＭＯＳＦＥＴ３２に形成されている寄生ダイオード３２を通じて低電圧バッテリー１９から高電圧用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷へ電流が逆流するおそれがあるが、この実施の形態にかかる装置では、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ入力端子２２から高電圧用ヒューズボックス１４及び高電圧用負荷に至る経路が前記リレー接点４２で事前に切り離されているため、前記電流の逆流は生じない。従って、高電圧用負荷を確実に無通電状態にすることができ、この状態で高電圧用負荷のメンテナンス作業等を支障なく安全に行うことができる。
【００３０】
このようにＤＣ／ＤＣコンバータ２０と高電圧用負荷との間を遮断してメンテナンス等の作業性を向上させる効果は、例えば前記図４に示したＡ点やＢ点にリレー接点を介在させるようにしても得ることが可能である。ただし、図１に示すような位置、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力端子２２から高電圧用負荷へ至る経路の途中であって、なおかつ、インバータ１２と前記高電圧バッテリー１８及び高電圧用負荷との間に介在する位置にリレー接点４２を配すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と高電圧用負荷との切り離しに加え、高電圧バッテリー１８及び高電圧用負荷からのインバータ１２の切り離しも同時に行うことができる利点が得られる。
【００３１】
この場合、前記リレースイッチ４０にはインバータ１２を回路から遮断する機能が与えられていることになり、また、必然的にインバータ１２の出力部とＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力端子２２とは互いに近接した位置に配置されることになるので、例えば前記リレースイッチ４０をインバータ１２の本体に組み込んだり、インバータ１２の出力部とＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力端子２２とをバスバーで直結したりすることにより、配線の簡略化及び構造のコンパクト化を促進することが可能になる。
【００３２】
その具体例を図２に示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の本体２１からは、一対の入力端子２２Ａ，２２Ｂ、アース端子２３、及び出力端子２４が突出する一方、インバータ１２の本体５０からは、一対のＤＣ／ＤＣコンバータ用出力端子５２Ａ，５２Ｂ、三相入力端子５４、及び負荷用出力端子５６が突出しており、当該インバータ本体５０にはリレースイッチ装着用凹部（図２）５８が設けられている。そして、このリレースイッチ装着用凹部５８にリレースイッチ４０が装着され、かつ、前記入力端子２２Ａ，２２ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ用出力端子５２Ａ，５２Ｂとが各々バスバー６０Ａ，６０Ｂによって直結された状態で、これを覆うようにカバー６２が取付けられるようになっている。
【００３３】
本発明にかかる「負荷用開閉手段」は手動式のものでもよく、また自動的に開閉させる場合（すなわち開閉切換手段を備える場合）でも、これを開くタイミングはイグニッションスイッチのオフ時に限られない。また開閉手段もリレースイッチ４０に限られない。
【００３４】
例えば、図３に示すように、前記リレースイッチ４０に代えてＭＯＳＦＥＴ６４等の半導体スイッチング素子を介在させ、そのゲートにイグニッションスイッチの信号またはＤＣ／ＤＣコンバータ２０を動作させるための信号を入力することにより、エンジン作動時にのみＤＣ／ＤＣコンバータ２０と高電圧用負荷との間を通電させるようにしてもよい。あるいは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を動作させるための信号のみを採用するようにしてもよい。
【００３５】
また、回路遮断器も前記のようなサービスプラグ１６に限らず、例えばレバー式の開閉スイッチを用いるようにしてもよい。
【００３６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられる半導体スイッチング素子についても前記ＭＯＳＦＥＴに限らず、電圧変換を行うための高速スイッチングに適した素子であって、かつ、前記寄生ダイオード３２のような寄生素子が形成され得る構造のものを使用する場合に本発明は広く適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、高電圧用負荷が接続される高電圧バッテリーと低電圧バッテリーとの間に電圧変換器が介在する車両用給電装置において、前記高電圧バッテリーと高電圧用負荷との間に両者の通電を遮断するための回路遮断器を設け、かつ、前記電圧変換器から前記高電圧用負荷に至る経路の途中にその経路を開閉する負荷用開閉手段を設けたものであるので、前記回路遮断器によって高電圧用負荷を高電圧バッテリーから切り離すのに加え、前記負荷用開閉手段によって前記高電圧用負荷を電圧変換器から切り離すことにより、前記電圧変換器に含まれる半導体スイッチング素子に電流の逆流を許容する寄生素子が形成されている場合でも前記高電圧用負荷のメンテナンス作業等を支障なく安全に遂行することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる車両の給電装置を示す回路図である。
【図２】前記給電装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの接続構造の例を示す斜視図である。
【図３】前記給電装置における負荷用開閉手段の変形例を示す回路図である。
【図４】高電圧バッテリーと低電圧バッテリーを併有する回路において高電圧バッテリー用のサービスプラグが抜かれたときにＤＣ／ＤＣコンバータ内蔵のＭＯＳＦＥＴに形成された寄生ダイオードを通じて電流の逆流が生じる状態を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０  オルタネータ（発電機）
１２  インバータ
１４  高電圧用ヒューズボックス
１６  サービスプラグ（回路遮断器）
１８  高電圧バッテリー
１９  低電圧バッテリー
２０  ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
２２  コンバータ入力端子
２４  コンバータ出力端子
３０  ＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
３２  寄生ダイオード
４０  リレースイッチ
４２  リレー接点
４４  リレーコイル
５０  インバータ本体
５２Ａ，５２Ｂ  インバータのコンバータ用出力端子
６０Ａ，６０Ｂ  バスバー
【図１】
2004216949.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004216949.tif 000005
【図４】
2004216949.tif 000006