(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができるジャンクションボックスを提供する。【解決手段】直流電源３と、負荷５との間に配置されるジャンクションボックス１であって、直流電源３の正極側と負極側とのそれぞれに配置された機械式リレーと、直流電源３の正極側に配置された機械式リレー１２＿１及び直流電源３の負極側に配置された機械式リレー１２＿２のうち、少なくとも一方と直列に接続された半導体リレー１１と、機械式リレー及び半導体リレー１１のそれぞれの駆動を制御する制御部１５とを備え、制御部１５は、異常状態となった場合、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレーをオフ状態に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、負荷との間に配置されるジャンクションボックスであって、
前記直流電源の正極側と負極側とのそれぞれに配置された機械式リレーと、
前記直流電源の正極側に配置された機械式リレー及び前記直流電源の負極側に配置された機械式リレーのうち、少なくとも一方と直列に接続された半導体リレーと、
前記機械式リレー及び前記半導体リレーのそれぞれの駆動を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
異常状態となった場合、前記半導体リレーをオフ状態にしてから前記機械式リレーをオフ状態に制御する
ことを特徴とするジャンクションボックス。
【請求項２】
前記制御部は、
前記異常状態として、前記半導体リレーに流れる電流が定常電流よりも大きい場合、前記半導体リレーに流れる電流を過電流制限値に制限する
ことを特徴とする請求項１に記載のジャンクションボックス。
【請求項３】
前記制御部は、
前記過電流制限値に制限している際、
予め設定された継続時間を経過した場合、又は前記半導体リレーの両端電圧が予め設定された短絡判定閾値を超えた場合、前記半導体リレーをオフ状態にしてから前記機械式リレーをオフ状態に制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のジャンクションボックス。
【請求項４】
前記制御部は、
前記直流電源の電力を前記負荷に供給させる場合、前記機械式リレーをオン状態にしてから前記半導体リレーをオン状態に制御する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のジャンクションボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャンクションボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車又はハイブリッド車等のように高電圧電源を持つ車両には機械式リレーを使用した高電圧のジャンクションボックスが搭載される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、高電圧電源を供給する経路上には高電圧用のヒューズが設けられる。高電圧システムは、正常時には機械式リレーのオン状態及びオフ状態の何れかへの切替動作は、高電圧の経路に電流がほとんど流れない状況で行われる。よって、高電圧の接続及び遮断の動作が機械式リレーにより確実に行うことができる。
【０００４】
また、機械式リレーではなく、半導体リレーを使用する構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。半導体リレーは、接点を有さない構成であるため、電流異常時のような通電中の電流遮断であっても、アークの発生がない。よって、半導体リレーを用いれば、アークによる故障を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８９２２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２１１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術は、事故又はシステム異常時に電源遮断を行う場合、高電圧通電中の遮断動作となる。よって、機械式リレーの接点にアークが発生する。よって、機械式リレーの接点に発生したアークの影響により、接点溶着等の機械式リレーの接点故障を引き起こす恐れがある。したがって、機械式リレーの接点故障を防ぐため、機械式リレーの接点耐量を大きくする必要がある。その結果、機械式リレーの大型化が避けられない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の技術は、接点を有さない構成であるため、機械式リレーのように接点故障を引き起こす恐れがない。よって、機械式リレーのように接点耐量を大きくするための回路部品の大型化を図る必要がない。
【０００８】
しかし、半導体リレーは、機械式リレーのように高電圧と負荷とを物理的に遮断することができる回路構成ではない。よって、事故等により遮断した場合、漏電等の恐れがある。つまり、特許文献２に記載の技術は、漏れ電流を防ぐことができないため、安全性を向上させることができない。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができるジャンクションボックスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るジャンクションボックスは、直流電源と、負荷との間に配置されるジャンクションボックスであって、前記直流電源の正極側と負極側とのそれぞれに配置された機械式リレーと、前記直流電源の正極側に配置された機械式リレー及び前記直流電源の負極側に配置された機械式リレーのうち、少なくとも一方と直列に接続された半導体リレーと、前記機械式リレー及び前記半導体リレーのそれぞれの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、異常状態となった場合、前記半導体リレーをオフ状態にしてから前記機械式リレーをオフ状態に制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るジャンクションボックスによれば、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係るジャンクションボックスにおいて、前記制御部は、前記異常状態として、前記半導体リレーに流れる電流が定常電流よりも大きい場合、前記半導体リレーに流れる電流を過電流制限値に制限することが好ましい。
【００１３】
このジャンクションボックスによれば、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００１４】
また、本発明に係るジャンクションボックスにおいて、前記制御部は、前記過電流制限値に制限している際、予め設定された継続時間を経過した場合、又は前記半導体リレーの両端電圧が予め設定された短絡判定閾値を超えた場合、前記半導体リレーをオフ状態にしてから前記機械式リレーをオフ状態に制御することが好ましい。
【００１５】
このジャンクションボックスによれば、機械式リレーの接点耐量を小さくすることができる。
【００１６】
また、本発明に係るジャンクションボックスにおいて、前記制御部は、前記直流電源の電力を前記負荷に供給させる場合、前記機械式リレーをオン状態にしてから前記半導体リレーをオン状態に制御することが好ましい。
【００１７】
このジャンクションボックスによれば、プリチャージ動作に必要なプリチャージリレー及びプリチャージ抵抗を削減でき、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体リレーと機械式リレーとが直列に接続され、異常状態となった場合、半導体リレーをオフ状態にしてから機械式リレーをオフ状態に制御することにより、半導体リレーが過電流を制限することができ、機械式リレーが高電圧回路から物理的に遮断できるため、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができるジャンクションボックスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るジャンクションボックス１の構成例を示す図である。
【図２】実施形態１に係る制御部１５の通常時の制御例を説明するタイミングチャートである。
【図３】実施形態１に係るプリチャージ電流制限設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。
【図４】実施形態１に係る制御部１５の通常時の制御例のうち、プリチャージ動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、過電流が発生した場合に過電流制限値設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。
【図６】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、過電流が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、短絡が発生した場合に過電流制限値設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。
【図８】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、短絡が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、システム異常又は衝突が発生した場合にシステム異常信号又は衝突信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。
【図１０】実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、システム異常又は衝突が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】実施形態１に係る制御部１５の動作例を説明するフローチャートである。
【図１２】実施形態２に係るジャンクションボックス１の構成例を示す図である。
【図１３】完全な絶縁が必要ない場合に部品点数を削減させた構成の一例を示す図である。
【図１４】完全な絶縁が必要ない場合に部品点数を削減させた構成の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、実施形態１に係るジャンクションボックス１の構成例を示す図である。図１に示すように、ジャンクションボックス１は、直流電源３と、負荷５との間に配置されるものである。
【００２１】
直流電源３は、高電圧の電源であり、例えば、複数のセルが接続された組電池からなり、車両に搭載される。なお、直流電源３は、一次電池又は二次電池のような安定した直流電圧を供給するものであればよい。また、負荷５は、例えば、コンデンサからなる。
【００２２】
ジャンクションボックス１は、直流電源３と、負荷５との間を接続する正極側経路７及び負極側経路９を備える。ジャンクションボックス１は、半導体リレー１１、機械式リレー１２＿１、機械式リレー１２＿２、及び制御部１５を備える。ジャンクションボックス１は、電流検出部１３及び電圧検出部１４を備える。
【００２３】
機械式リレー１２＿１は、直流電源３の正極側に配置され、正極側経路７に設けられるものであり、正極側経路７の接続状態を制御する。機械式リレー１２＿２は、直流電源３の負極側に配置され、負極側経路９に設けられるものであり、負極側経路９の接続状態を制御する。
【００２４】
なお、機械式リレー１２＿１及び機械式リレー１２＿２の何れかを特定しない場合、機械式リレー１２と称する。
【００２５】
半導体リレー１１は、直流電源３の正極側に配置された機械式リレー１２＿１及び直流電源３の負極側に配置された機械式リレー１２＿２のうち、少なくとも一方と直列に接続されたものである。図１の一例においては、半導体リレー１１は、機械式リレー１２＿１と直列に接続され、正極側経路７に設けられ、正極側経路７の接続状態を制御可能に構成されている。
【００２６】
電流検出部１３は、正極側経路７、すなわち、高電圧経路上の電流を検出し、検出結果を制御部１５に供給する。これにより、半導体リレー１１に流れる電流が検出される。電圧検出部１４は、半導体リレー１１の両端電圧を検出し、検出結果を制御部１５に供給する。これにより、半導体リレー１１がＭＯＳＦＥＴからなる場合、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが検出される。
【００２７】
制御部１５は、ジャンクションボックス１を制御するものであり、例えば、マイコンを主体に構成されるものである。具体的には、制御部１５は、機械式リレー１２及び半導体リレー１１のそれぞれの駆動を制御する。より具体的には、制御部１５は、電流検出部１３又は電圧検出部１４に基づいて、半導体リレー１１及び機械式リレー１２を制御することにより、直流電源３から負荷５に供給される電力の供給経路である正極側経路７及び負極側経路９の接続と遮断とを制御する。
【００２８】
図２は、実施形態１に係る制御部１５の通常時の制御例を説明するタイミングチャートである。図２に示すように、直流電源３、すなわち、高電圧電源から負荷５に電力を供給する場合、第１に、正極側の機械式リレー１２＿１をオン状態に制御する。第２に、負極側の機械式リレー１２＿２をオン状態に制御する。第３に、半導体リレー１１をオン状態に制御する。一方、高電圧電源から負荷５への電力の供給を遮断する場合、第１に、半導体リレー１１をオフ状態に制御する。第２に、負極側の機械式リレー１２＿２をオフ状態に制御する。第３に、正極側の機械式リレー１２＿１をオフ状態に制御する。
【００２９】
具体的には、ジャンクションボックス１を含む高電圧システムがオン時、すなわち、高電圧システムにオン信号が入力された場合、機械式リレー１２＿１及び機械式リレー１２＿２がオン状態に制御された後、半導体リレー１１がオン状態に制御される。図２においては、機械式リレー１２＿１がオン状態に制御された後、機械式リレー１２＿２がオン状態に制御されているが、順番は逆であってもよい。
【００３０】
半導体リレー１１がオン状態に制御された後、一定期間において、負荷５側のコンデンサに充電するプリチャージ動作が行われる。プリチャージ動作が終了した場合、通常の動作が開始される。
【００３１】
一方、高電圧システムがオフ時、すなわち、高電圧システムにオフ信号が入力された場合、通常、高電圧電流は流れない状態に移行する。高電圧電流が流れなくなった後、制御部１５は、半導体リレー１１をオフ状態に制御する。制御部１５は、半導体リレー１１をオフ状態に制御してから機械式リレー１２＿２をオフ状態に制御し、機械式リレー１２＿１をオフ状態に制御する。なお、図２に示すように、半導体リレー１１をオフ状態に制御してから機械式リレー１２＿１をオフ状態に制御し、機械式リレー１２＿２をオフ状態に制御してもよい。
【００３２】
このように動作させることにより、機械式リレー１２の接点にアークが発生するのを防ぐことができる。よって、機械式リレー１２の接点信頼性は向上する。また、電源遮断中、半導体リレー１１はオフ状態であっても漏れ電流が存在するが、機械式リレー１２が負荷５側と、直流電源３、すなわち、高電圧電池とを分離するため、漏れ電流を防止できる。
【００３３】
つまり、機械式リレー１２のオン状態又はオフ状態にするタイミングでは高電圧電流が流れている状態が無い。仮に、高電圧電流が流れていたとしても、機械式リレー１２がオン状態又はオフ状態となる時点では、半導体リレー１１により電流が遮断される。これにより、機械式リレー１２の接点が高電圧電流に起因して損傷する事態を防ぐことができる。
【００３４】
図３は、実施形態１に係るプリチャージ電流制限設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。図４は、実施形態１に係る制御部１５の通常時の制御例のうち、プリチャージ動作を説明するタイミングチャートである。図４は、図３に示すプリチャージ電流制限設定信号が制御部１５に入力され、電源供給を開始してからの電流の推移の一例を示すものである。
【００３５】
図４に示すように、半導体リレー１１がオン状態になるとき、半導体リレー１１の電流制限機能により、半導体リレー１１に流れる電流は、ある一定の時間にわたり、一定の電流に制限される。このような制御を行うことにより、電源供給開始時に負荷５側のコンデンサに流れる突入電流を防ぐことができ、プリチャージ機能が実現される。これにより、従来のように、プリチャージリレー及びプリチャージ抵抗が必要でなくなるため、回路全体の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００３６】
具体的には、プリチャージ動作は、半導体リレー１１がオン状態に移行した直後、負荷５側のコンデンサに流入する突入電流を防止するために行われるものである。プリチャージ動作時、電流検出部１３で検出される電流は、予め設定されたプリチャージ電流になるように、半導体リレー１１のゲート電圧ＶＧＳを、制御部１５により調整し、半導体リレー１１が電流制限動作をする。
【００３７】
負荷５側のコンデンサに電荷がチャージされ、コンデンサに流入する電流が電流制限値より下がると、半導体リレー１１のゲート電圧ＶＧＳが完全オン状態に移行する。プリチャージ動作終了後、すなわち、半導体リレー１１がオン状態になってから一定時間が経過し、そのときの電流値がプリチャージ完了判定電流値以下のとき、高電圧システムは通常動作に移行する。通常動作に移行した場合、プリチャージ電流制限設定は解除される。
【００３８】
よって、通常動作時にプリチャージ電流設定値以上の電流が流れても、電流が制限されることはない。なお、プリチャージ電流の設定値と、プリチャージ時間とは使用する車両によって異なる場合があるため、これらの設定値は適宜変更可能である。
【００３９】
図５は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、過電流が発生した場合に過電流制限値設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。図６は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、過電流が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【００４０】
図６は、負荷５に高電圧を供給しているときに異常状態となった場合の電流の推移を示す。図６に示すように、定常電流よりも大きな電流が流れると、過電流状態となり、一定の電流値で制限される。過電流状態が一定時間継続した場合、すなわち、過電流制限値に制限している際、予め設定された継続時間を経過した場合、ジャンクションボックス１を含む高電圧システムの異常と判定し、半導体リレー１１をオフ状態に制御して高電圧システムを保護する。
【００４１】
このような動作をすることにより、ヒューズを削減することができるため、回路全体の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００４２】
具体的には、高電圧システムの動作中に定格上限以上の電流、すなわち、過電流が発生した場合、機械式リレー１２の接点の保護、高電圧システムの保護、及び半導体リレー１１の保護を目的として、予め設定された過電流制限値で過電流を制限する。
【００４３】
このとき、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳの監視を行う。過電流制限値と、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳとの関係が、図６の第１の過電流のように半導体リレー１１の安全動作領域を超えない範囲では、電流制限動作を継続し、過電流状態が解除されれば、通常動作に復帰させる。
【００４４】
一方、図６の第２の過電流のように、過電流状態が一定時間継続した場合、半導体リレー１１を保護するために、半導体リレー１１をオフ状態に制御し、その後、機械式リレー１２をオフ状態に制御し、高電圧システムを直流電源３から遮断する。
【００４５】
図７は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、短絡が発生した場合に過電流制限値設定信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。図８は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、短絡が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【００４６】
図８に示すように、過電流状態が一定時間経過しなくても過電流状態時に半導体リレー１１の両端電圧がある閾値を超えた場合、すなわち、過電流制限値に制限している際、半導体リレー１１の両端電圧が予め設定された短絡判定閾値を超えた場合、ジャンクションボックス１を含む高電圧システムの短絡と判定し、半導体リレー１１をオフ状態に制御して高電圧システムを保護する。
【００４７】
具体的には、高電圧システムの動作中に短絡が発生した場合、短絡電流は半導体リレー１１の過電流制限機能により過電流制限値に保持される。このような電流制限中、半導体リレー１１のゲート電圧ＶＧＳを調整することにより、半導体リレー１１の内部抵抗を可変抵抗のように利用する。よって、短絡が低抵抗になるにつれ、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは上昇する。
【００４８】
そこで、過電流制限が動作している最中に、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが一定値を超えた場合、短絡が発生したと判定し、半導体リレー１１を遮断する。半導体リレー１１の遮断後、機械式リレー１２をオフ状態に制御し、高電圧システムを停止する。
【００４９】
このように、通常、高電圧での短絡は電源電圧が高いため、短絡電流が大電流になる。従来の高電圧ヒューズと機械式リレー１２とによる短絡対応では、ヒューズが溶断するまでの間、大電流に機械式リレー１２の接点が耐えられるような構成がされている。よって、回路全体でのサイズが大きくなると共に、コストがかかっていた。しかし、本実施形態のように、半導体リレー１１で電流を制限すれば、直流電源３から高電圧システムを遮断するための機械式リレー１２は、短絡電流を考慮する必要がない。したがって、機械式リレー１２は定格電流を流すことができるものが選定されればよい。
【００５０】
図９は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、システム異常又は衝突が発生した場合にシステム異常信号又は衝突信号が制御部１５に入力される構成の一例を示す図である。図１０は、実施形態１に係る制御部１５の異常時の制御例のうち、システム異常又は衝突が発生した場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【００５１】
図１０は、図９に示すように、外部システムからシステム異常信号又は衝突信号が供給されたことにより、電源遮断が行われるときの回路部品の挙動を示す。図１０に示すように、半導体リレー１１がオフ状態に制御した後、機械式リレー１２をオフ状態に制御することにより、直流電源３の電源遮断を行う。このように、機械式リレー１２のオフ状態にすることにより、直流電源３との確実な絶縁を実現することができる。
【００５２】
具体的には、車両にシステム異常又は事故等による衝突が発生し、その信号を受け取ると、高電圧システムを停止するため、最初に半導体リレー１１をオフ状態に制御する。その後、機械式リレー１２をオフ状態に制御する。
【００５３】
このように遮断することにより、高電圧電流が通電中の遮断であっても、半導体リレー１１で電流を遮断するため、アーク無しに遮断が可能となる。また、半導体リレー１１をオフ状態に制御した後、機械式リレー１２もオフ状態に制御するため、直流電源３、すなわち、高電圧電池と、負荷５とが完全に切り離される。これにより、漏電が発生しなくなるため、事故後の処理等も安全に行うことができる。
【００５４】
図１１は、実施形態１に係る制御部１５の動作例を説明するフローチャートである。
【００５５】
（ステップＳ１１）
制御部１５は、高電圧システムにオン信号が入力されたか否かを判定する。高電圧システムにオン信号が入力された場合、ステップＳ１２に移行する。一方、高電圧システムにオン信号が入力されない場合、ステップＳ１１に戻る。
【００５６】
（ステップＳ１２）
制御部１５は、機械式リレー１２をオン状態に制御し、ステップＳ１３に移行する。
【００５７】
（ステップＳ１３）
制御部１５は、半導体リレー１１をオン状態に制御し、ステップＳ１４に移行する。
【００５８】
（ステップＳ１４）
制御部１５は、高電圧システムにオフ信号が入力されたか否かを判定する。高電圧システムにオフ信号が入力された場合、ステップＳ２１に移行する。一方、高電圧システムにオフ信号が入力されない場合、ステップＳ１５に移行する。
【００５９】
（ステップＳ１５）
電流検出部１３は、半導体リレー１１に流れる電流を検出し、検出結果を制御部１５に供給し、ステップＳ１６に移行する。
【００６０】
（ステップＳ１６）
制御部１５は、半導体リレー１１に流れる電流が定常状態よりも大きいか否かを判定する。半導体リレー１１に流れる電流が定常状態よりも大きい場合、ステップＳ１７に移行する。一方、半導体リレー１１に流れる電流が定常状態以下の場合、ステップＳ１４に戻る。
【００６１】
（ステップＳ１７）
制御部１５は、半導体リレー１１に流れる電流を過電流制限値に制限し、ステップＳ１８に移行する。
【００６２】
（ステップＳ１８）
制御部１５は、予め設定された継続時間が経過したか否かを判定する。予め設定された継続時間が経過した場合、ステップＳ１９に移行する。一方、予め設定された継続時間が経過しない場合、ステップＳ１９に移行する。
【００６３】
（ステップＳ１９）
電圧検出部１４は、半導体リレー１１の両端電圧、すなわち、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出し、検出結果を制御部１５に供給し、ステップＳ２０に移行する。
【００６４】
（ステップＳ２０）
制御部１５は、半導体リレー１１の両端電圧、すなわち、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが予め設定された閾値、すなわち、短絡判定閾値を超えたか否かを判定する。半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが予め設定された短絡判定閾値を超えた場合、ステップＳ２１に移行する。一方、半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが予め設定された短絡判定閾値を超えない場合、ステップＳ１８に戻る。
【００６５】
（ステップＳ２１）
制御部１５は、半導体リレー１１をオフ状態に制御し、ステップＳ２２に移行する。
【００６６】
（ステップＳ２２）
制御部１５は、機械式リレー１２をオフ状態に制御し、処理を終了する。
【００６７】
以上のことから、実施形態１に係るジャンクションボックス１は、直流電源３の正極側と、直流電源３の負極側との両方に機械式リレー１２が配置され、直流電源３の正極側及び直流電源３の負極側の少なくとも一方に半導体リレー１１が配置されている。
【００６８】
よって、直流電源３の正極側にも直流電源３の負極側にも機械式リレー１２が配置されているため、直流電源３から負荷５への電力の供給が遮断時には、直流電源３と、負荷５とが物理的に切り離される。よって、機械式リレー１２により、半導体リレー１１の漏れ電流を防ぐことができる。これにより、ジャンクションボックス１の安全性を向上させることができる。
【００６９】
さらに、高電圧システムがオン時には、機械式リレー１２をオン状態にしてから半導体リレー１１をオン状態に制御し、高電圧システムがオフ時には、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２をオフ状態に制御する。よって、アークが発生しない半導体リレー１１を利用して電源供給及び電源遮断の何れかを実施するため、機械式リレー１２の接点を保護することができる。つまり、半導体リレー１１と、機械式リレー１２とを連携させるため、機械式リレー１２を小型化することができる。
【００７０】
また、半導体リレー１１の電流制限機能を用いることにより、プリチャージリレー及びプリチャージ抵抗の機能を半導体リレー１１に置換できるため、さらなる回路部品の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００７１】
また、半導体リレー１１の電流制限機能を用いることにより、短絡時であっても、ジャンクションボックス１内部の回路網に大電流が流れないため、機械式リレー１２の接点耐量を大きくする必要がない。これにより、機械式リレー１２を小型化することができる。
【００７２】
また、半導体リレー１１の内部抵抗を利用することにより、過電流時の電流制限及び短絡保護を実現することができるため、ヒューズを削減することができ、さらなる回路部品の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００７３】
衝突時等の異常時であっても、半導体リレー１１をオフ状態に制御した後、機械式リレー１２をオフ状態に制御する。よって、機械式リレー１２により、直流電源３と、負荷５とを物理的に遮断することができるため、直流電源３を含む高電圧回路からの遮断が可能となる。これにより、ジャンクションボックス１の安全性を向上させることができる。
【００７４】
また、遮断機能を持つデバイス、すなわち、半導体リレー１１及び機械式リレー１２が直列に配置されているため、半導体リレー１１及び機械式リレー１２の何れか一方がオン故障したとしても、電源供給と、電源遮断とを実現できるため、冗長回路を実現することができ、さらなる安全性を実現することができる。
【００７５】
換言すれば、ジャンクションボックス１は、半導体リレー１１と機械式リレー１２とが直列に接続され、異常状態となった場合、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２をオフ状態に制御することにより、半導体リレー１１が過電流を制限することができ、機械式リレー１２が高電圧回路から物理的に遮断できるため、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができる。
【００７６】
また、半導体リレー１１に流れる電流が定常電流よりも大きい場合には、半導体リレー１１に流れる電流を過電流制限値に制限するため、ヒューズを削減することができ、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００７７】
また、過電流制限時に制限している際、継続時間を経過した場合、又は半導体リレー１１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが短絡判定閾値を超えた場合、の何れかであっても、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２をオフ状態に制御するため、機械式リレー１２に大電流が流れることがない。これにより、機械式リレー１２の接点耐量を小さくすることができる。
【００７８】
また、直流電源３の電力を負荷５に供給させる場合、機械式リレー１２をオン状態にしてから半導体リレー１１をオン状態に制御するため、半導体リレー１１による電流制限機能を利用したプリチャージ動作を行うことができる。これにより、プリチャージ動作に必要なプリチャージリレー及びプリチャージ抵抗を削減でき、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００７９】
実施形態２．
実施形態１に係るジャンクションボックス１と、実施形態２に係るジャンクションボックス１とは、機械式リレー１２の配置構成と、半導体リレー１１及び機械式リレー１２の連携動作において同様の機能及び構成を有するので、その説明については省略する。実施形態２に係るジャンクションボックス１は、半導体リレー１１の配置構成において実施形態１に係るジャンクションボックス１と相違する。そこで、半導体リレー１１の配置構成について具体的に説明する。
【００８０】
図１２は、実施形態２に係るジャンクションボックス１の構成例を示す図である。図１２に示すように、半導体リレー１１は、直流電源３の負極側に配置された機械式リレー１２＿２に直列に接続されている。
【００８１】
これにより、高電圧システムが異常状態となったとしても、半導体リレー１１をオフ状態に制御してから機械式リレー１２＿２をオフ状態に制御することにより、半導体リレー１１が過電流を制限することができ、機械式リレー１２＿２が高電圧回路から物理的に遮断できるため、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができる。
【００８２】
以上のことから、実施形態２に係るジャンクションボックス１は、直流電源３と、負荷５との間に配置されるジャンクションボックス１であって、直流電源３の正極側と負極側とのそれぞれに配置された機械式リレー１２と、直流電源３の負極側に配置された機械式リレー１２＿２と直列に接続された半導体リレー１１と、機械式リレー１２＿２及び半導体リレー１１のそれぞれの駆動を制御する制御部１５とを備え、制御部１５は、異常状態となった場合、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２＿２をオフ状態に制御するものである。
【００８３】
したがって、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができる。
【００８４】
以上、本実施形態に係るジャンクションボックス１は、直流電源３と、負荷５との間に配置されるジャンクションボックス１であって、直流電源３の正極側と負極側とのそれぞれに配置された機械式リレー１２と、直流電源３の正極側に配置された機械式リレー１２＿１及び直流電源３の負極側に配置された機械式リレー１２＿２のうち、少なくとも一方と直列に接続された半導体リレー１１と、機械式リレー１２及び半導体リレー１１のそれぞれの駆動を制御する制御部１５とを備え、制御部１５は、異常状態となった場合、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２をオフ状態に制御するものである。
【００８５】
このような構成により、ジャンクションボックス１は、小型化及び軽量化を実現しつつ、安全性を向上させることができる。
【００８６】
また、本実施形態に係るジャンクションボックス１において、制御部１５は、異常状態として、半導体リレー１１に流れる電流が定常電流よりも大きい場合、半導体リレー１１に流れる電流を過電流制限値に制限するものである。
【００８７】
このような構成により、ジャンクションボックス１は、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００８８】
また、本実施形態に係るジャンクションボックス１において、制御部１５は、過電流制限値に制限している際、予め設定された継続時間を経過した場合、又は半導体リレー１１の両端電圧が予め設定された短絡判定閾値を超えた場合、半導体リレー１１をオフ状態にしてから機械式リレー１２をオフ状態に制御するものである。
【００８９】
このような構成により、ジャンクションボックス１は、機械式リレー１２の接点耐量を小さくすることができる。
【００９０】
また、本実施形態に係るジャンクションボックス１において、制御部１５は、直流電源３の電力を負荷５に供給させる場合、機械式リレー１２をオン状態にしてから半導体リレー１１をオン状態に制御するものである。
【００９１】
このような構成により、ジャンクションボックス１は、プリチャージ動作に必要なプリチャージリレー及びプリチャージ抵抗を削減でき、回路全体の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００９２】
以上、実施形態１，２に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００９３】
例えば、実施形態１，２において負荷５がコンデンサからなる一例について説明したが、これに限らず、複数のスイッチング素子を含む回路構成であってもよい。
【００９４】
また、実施形態１，２において、半導体リレー１１がＭＯＳＦＥＴからなる一例について説明したが、これに限らず、内部抵抗を調整可能な半導体スイッチング素子からなるものであればよい。
【００９５】
また、実施形態１，２において、半導体リレー１１と連携動作する回路部品として、機械式リレー１２について説明したが、これに限らず、ジャンクションボックス１を、直流電源３から物理的に絶縁できる回路部品であればよい。
【００９６】
また、本実施形態において、完全な絶縁が必要な場合のジャンクションボックス１の構成の一例について説明したが、これに限らず、完全な絶縁が必要ない場合には、ジャンクションボックス１の構成は上記と異なっていてもよい。
【００９７】
例えば、図１３は、完全な絶縁が必要ない場合に部品点数を削減させた構成の一例を示す図である。図１３に示すように、直流電源３、半導体リレー１１、負荷５、機械式リレー１２＿２、及び直流電源３の順に電流が循環する回路網が構成される。よって、負荷５を介して、半導体リレー１１と、機械式リレー１２＿２とは直列に接続されている。したがって、半導体リレー１１及び機械式リレー１２＿２の何れか一方がオン故障したとしても、他方でオン状態とオフ状態とを制御することができるため、小型化及び軽量化を実現することができる。
【００９８】
また、例えば、図１４は、完全な絶縁が必要ない場合に部品点数を削減させた構成の別の一例を示す図である。図１４に示すように、直流電源３、半導体リレー１１、機械式リレー１２＿１、負荷５、及び直流電源３の順に電流が循環する回路網が構成される。よって、半導体リレー１１と、機械式リレー１２＿２とは直列に接続されている。したがって、半導体リレー１１及び機械式リレー１２＿２の何れか一方がオン故障したとしても、他方でオン状態とオフ状態とを制御することができるため、小型化及び軽量化を実現することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１      ：ジャンクションボックス
３      ：直流電源
５      ：負荷
７      ：正極側経路
９      ：負極側経路
１１    ：半導体リレー
１２、１２＿１、１２＿２  ：機械式リレー
１３    ：電流検出部
１４    ：電圧検出部
１５    ：制御部
【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】
2017114373.tif 000007
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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