(57)【要約】      （修正有）【課題】電流が流れる方向にかかわらず過電流を遮断しＭＯＳＦＥＴを保護する過電流遮断システムを提供する。【解決手段】過電流遮断システム９０は、ＭＯＳＦＥＴ３と、ＭＯＳＦＥＴを流れる電流の値を検出する電流値検出部５と、ＭＯＳＦＥＴのソース側に接続されたリレー４と、ＭＯＳＦＥＴとリレーを制御可能な制御部６とを有する。制御部は、電流値検出部によって検出された電流に基づいて、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード３１の順方向に過電流が流れていると判定したとき、リレーをオフにし、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの逆方向に過電流が流れていると判定したとき、ＭＯＳＦＥＴをオフにする。【選択図】図１
2017121114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＳＦＥＴと、
前記ＭＯＳＦＥＴを流れる電流の値を検出する電流値検出部と、
前記ＭＯＳＦＥＴのソース側に接続されたリレーと、
前記ＭＯＳＦＥＴと前記リレーとを制御可能な制御部とを有し、
前記制御部は、前記電流値検出部によって検出された電流に基づいて、
前記ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの順方向に過電流が流れていると判定したとき、前記リレーをオフにし、
前記ＭＯＳＦＥＴの前記寄生ダイオードの逆方向に過電流が流れていると判定したとき、前記ＭＯＳＦＥＴをオフにする、
過電流遮断システム。
【請求項２】
請求項１に記載の過電流遮断システムにおいて、
前記制御部は前記ＭＯＳＦＥＴの前記寄生ダイオードの逆方向に過電流が流れていると判定したとき、前記リレーの状態を維持する、過電流遮断システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の過電流遮断システムにおいて、
前記ＭＯＳＦＥＴのソース側には第１電源が接続され、ドレイン側には第２電源が接続される、過電流遮断システム。
【請求項４】
請求項３に記載の過電流遮断システムにおいて、
前記第１電源はリチウムイオン電池であり、前記第２電源は鉛蓄電池である、過電流遮断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過電流遮断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、１つのバッテリを有し、シャント抵抗に過電流が流れたときにＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をオフにして過電流を遮断する過電流遮断回路が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記過電流遮断回路は１つのバッテリのみを有するため、電流は片方向にしか流れ得ない。そのため、ＭＯＳＦＥＴのオンまたはオフを切り替えるだけで過電流を遮断することができる。しかしながら、上記過電流遮断回路が２つのバッテリを有し、上記片方向とは逆方向の過電流が流れたとき、過電流を遮断することができない。このためＭＯＳＦＥＴを保護することができない。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、電流が流れる方向にかかわらず過電流を遮断しＭＯＳＦＥＴを保護することができる過電流遮断システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る過電流遮断システムは、
ＭＯＳＦＥＴと、
前記ＭＯＳＦＥＴを流れる電流の値を検出する電流値検出部と、
前記ＭＯＳＦＥＴのソース側に接続されたリレーと、
前記ＭＯＳＦＥＴと前記リレーとを制御可能な制御部とを有し、
前記制御部は、前記電流値検出部によって検出された電流に基づいて、前記ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの順方向に過電流が流れていると判定したとき、前記リレーをオフにし、前記ＭＯＳＦＥＴの前記寄生ダイオードの逆方向に過電流が流れていると判定したとき、前記ＭＯＳＦＥＴをオフにする。
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の第２の観点に係る過電流遮断システムは、
前記制御部は前記ＭＯＳＦＥＴの前記寄生ダイオードの逆方向に過電流が流れていると判定したとき、前記リレーの状態を維持することが好ましい。
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の第３の観点に係る過電流遮断システムは、
前記ＭＯＳＦＥＴのソース側には第１電源が接続され、ドレイン側には第２電源が接続されることが好ましい。
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の第４の観点に係る過電流遮断システムは、
前記第１電源はリチウムイオン電池であり、前記第２電源は鉛蓄電池であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の観点に係る過電流遮断システムによれば、電流が流れる方向にかかわらず過電流を遮断しＭＯＳＦＥＴを保護することができる。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る過電流遮断システムによれば、リレーの騒音防止および長寿命化を図ることができる。
【００１２】
本発明の第３の観点に係る過電流遮断システムによれば、第１電源および第２電源から過電流遮断システムへの双方向の電力供給を確保しつつも過電流を遮断してＭＯＳＦＥＴを保護することができる。
【００１３】
本発明の第４の観点に係る過電流遮断システムによれば、充電電力を長く保持して電力を有効利用することができる。また、過電流遮断システムの生産コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る過電流遮断システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のＭＯＳＦＥＴを流れる電流と電圧との関係を示すグラフである。
【図３】図１の電流値検出部および制御部の動作フローを示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
はじめに図１を参照して、本発明の実施形態に係る過電流遮断システム９０の概略構成を説明する。図１の実線は電力ラインを示し、破線は情報伝達ラインを示す。過電流遮断システム９０は、例えばハイブリッド車（ＨＥＶ車）等の車両に搭載される。過電流遮断システム９０の概略構成を説明するが、過電流遮断システム９０の他の機能を排除したものではないことに留意されたい。
【００１６】
過電流遮断システム９０は、少なくともＭＯＳＦＥＴ３、リレー４、電流値検出部５および制御部６を有する。過電流遮断システム９０は例えば、第１電源１、第２電源２、ＥＣＵ７、スイッチ制御部８、報知部９、負荷１０、整流素子１１等をさらに有してもよい。
【００１７】
第１電源１は例えばリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池を用いることで、それ以外の電池を用いるときに比べて充電電力を長く保持して電力を有効利用することができる。第１電源１はまた、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の１以上の二次電池（セル）が直列に接続されて構成されてもよい。第１電源１のプラス端子はリレー４と接続され、マイナス端子はグランドに接続される。
【００１８】
第１電源１は過電流遮断システム９０に電力を供給する。第１電源１はＭＯＳＦＥＴ３がオンになっているとき、負荷１０に対して電力を供給可能である。第１電源１はまた、エンジン駆動（アイドリング）の停止中に、補機およびＥＣＵ７（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等に対して電力を供給可能である。第１電源１は第２電源２と並列接続される。
【００１９】
第２電源２は、例えば鉛蓄電池である。鉛蓄電池を用いることで、それ以外の電池を用いるときに比べて過電流遮断システム９０の生産コストを抑制することができる。第２電源２は第１電源１と同じ電圧であっても異なる電圧であってもよいが、異なる電圧である場合はＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。第２電源２のプラス端子は電流値検出部５等に接続され、マイナス端子はグランドに接続される。
【００２０】
第２電源２は過電流遮断システム９０に電力を供給する。第２電源２は、負荷１０に対して電力を供給可能である。第２電源２は第１電源１と並列接続される。
【００２１】
ＭＯＳＦＥＴ３は、電気駆動するスイッチング素子であり、スイッチ制御部８の制御によってオンとオフとを切り替え可能である。ＭＯＳＦＥＴ３のソース側には第１電源１が接続され、ドレイン側には第２電源２が接続される。ＭＯＳＦＥＴ３がオンのときリレー４と電流値検出部５との間には電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ３がオフのときリレー４と電流値検出部５との間には電流が流れない。ＭＯＳＦＥＴ３の数は限定されない。ＭＯＳＦＥＴ３は並列に複数接続されてもよい。ＭＯＳＦＥＴ３の数が多いほど、電力負荷を分散することが可能である。
【００２２】
ＭＯＳＦＥＴ３のソースとゲートとの間には抵抗Ｒａが接続される。このためソースとゲートとの間の電位差を抑制することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートには、ゲート前抵抗Ｒｂが接続される。これにより、寄生キャパシタによる突入電流がＭＯＳＦＥＴ３のゲートに大電流として流れることを防ぐことができる。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ３は、例えば以下のようにオンとオフとを切り替えられてもよい。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３は、第２電源２の電圧が所定値を下回ったときにオンになることによって、オルタネータ（図示しないが、ＭＯＳＦＥＴ３から見て第１電源１が接続される側に設けられる）または第１電源１から第２電源２への充電を行い、第２電源２の過放電保護を行う。またＭＯＳＦＥＴ３は、第２電源２の電圧が別の所定値を上回ったときにオフになることによって、オルタネータまたは第１電源１から第２電源２へ充電が行われることを防ぎ、第２電源２の過充電保護を行う。
【００２４】
ＭＯＳＦＥＴ３は、スイッチ制御部８の制御によってオンになるため、このときオルタネータまたは第１電源１等から負荷１０への電力供給を確保することができる。オルタネータとは発電機であって、スタータによって始動されたエンジンに機械的に接続される。オルタネータはエンジンの駆動によって発電可能である。代替例としてオルタネータは車両の減速時等に回生によって発電してもよい。オルタネータで発電された電力はレギュレータで出力電圧を調整されて第１電源１および第２電源２の充電に使用されてもよい。
【００２５】
リレー４は、ＥＣＵ７を介した制御部６の制御によってオンとオフとを切り替え可能である。本実施形態においてリレー４はＭＯＳＦＥＴ３のソース側に接続される。リレー４がオンのとき第１電源１とＭＯＳＦＥＴ３との間には電流が流れ、リレー４がオフのとき第１電源１とＭＯＳＦＥＴ３との間には電流が流れない。
【００２６】
電流値検出部５は、例えばシャント抵抗、電流センスアンプ、電圧レギュレータ等により構成される。図１において電流値検出部５はＭＯＳＦＥＴ３のドレイン側に接続されているが、電流値検出部５はＭＯＳＦＥＴ３のソース側に接続されていてもよい。電流値検出部５はシャント抵抗の電位差を電流センスアンプにて電流値に変換することによって、ＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流の値を検出する。
【００２７】
図２は図１のＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流（横軸）と、電流値検出部５にかかる電圧（縦軸）との関係を示すグラフである。図１のＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の順方向（ＭＯＳＦＥＴ３から第２電源２への方向）を横軸のプラス方向とし、その逆を横軸のマイナス方向とする。図２に示すように、電圧が４．５Ｖのとき寄生ダイオード３１の順方向に１００Ａの電流が流れ、電圧が０．５Ｖのとき寄生ダイオード３１の逆方向に１００Ａの電流が流れる。電流値検出部５は電流値を検出すると、検出した電流値を制御部６に出力する。
【００２８】
図１の説明に戻る。制御部６は過電流遮断システム９０の動作全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部６はスイッチ制御部８を介してＭＯＳＦＥＴ３を制御可能であり、ＥＣＵ７を介してリレー４を制御可能である。制御部６は電流値を電流値検出部５から取得すると、当該電流値と過電流閾値（以下の第１基準値および第２基準値）とを比較する。図２を参照するに、電流値が第１基準値（本実施形態では−１００Ａ）を下回る（電流値＜−１００Ａ）とき、または第２基準値（本実施形態１００Ａ）を上回る（電流値＞第１基準値）ときに過電流が発生していると制御部６は判定する。過電流が発生していると判定したときに制御部６が実行する処理は後述する。
【００２９】
第１トランジスタＴ１および第２トランジスタＴ２は制御部６の制御によりオンとオフとを切り替えて制御される。第１トランジスタＴ１はＰＮＰ型トランジスタであり、第２トランジスタＴ２はＮＰＮ型トランジスタである。また、第３トランジスタＴ３はＥＣＵ７によりオンとオフとを切り替えて制御される。第３トランジスタＴ３はＰＮＰ型トランジスタである。
【００３０】
ＥＣＵ７は、過電流を検出したことの通知を制御部６から取得し、車両のドライバに通知するために当該通知を報知部９に出力可能である。またＥＣＵ７は、リレー４のオンとオフとを制御可能である。
【００３１】
スイッチ制御部８は、第１電源１と第２電源２との少なくとも一方から電力供給を受け、制御部６の制御によりＭＯＳＦＥＴ３のオンとオフとを制御可能である。すなわち、第２電源２からの電力供給が何らかの理由で途絶えたとしても、スイッチ制御部８は第１電源１から電力供給を受けることでＭＯＳＦＥＴ３のオンとオフとの制御を継続することができる。
【００３２】
報知部９は、過電流を検出したことの通知を制御部６からＥＣＵ７を介して取得すると、その旨を車両のドライバに通知する。具体的には報知部９は、ランプを点灯させることで通知する。代替例として報知部９は、過電流が検出されシステムに異常が生じていることを、音声として通知しまたは画像として車載のモニタに出力して通知する。
【００３３】
負荷１０は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコンおよびナビゲーションシステム等である。負荷１０の一端は電流値検出部５および第２電源２に接続され、もう一端はグランドに接続される。負荷１０は、エンジン駆動の停止中に第１電源１及び第２電源２から電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ、第１電源１および第２電源２から電力供給を受けて動作する。
【００３４】
整流素子１１はダイオードであり第１整流素子１１ａと第２整流素子１１ｂとを有する。第１整流素子１１ａは第１電源１からスイッチ制御部８に電力が供給される向きで第１電源１とスイッチ制御部８との間に設けられる。第２整流素子１１ｂは、第２電源２からスイッチ制御部８に電力が供給される向きで第２電源２とスイッチ制御部８との間に設けられる。図１において第１整流素子１１ａおよび第２整流素子１１ｂはいずれも２つの素子からなっているが、その数は限定されない。素子の数が多いほど、耐圧を上げることが可能である。また整流素子１１より、例えば第１電源１から第２電源２に、または第２電源２から第１電源１に電流が流れ込むことがない。
【００３５】
以下、本実施形態の過電流遮断システム９０がどのように過電流を遮断してＭＯＳＦＥＴ３を保護するかを詳細に説明する。
【００３６】
電流値検出部５は、ＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流値を検出する。電流値検出部５は電流値を制御部６に出力する。制御部６は次のようにして過電流からＭＯＳＦＥＴ３を保護する。すなわち、制御部６は当該電流値に基づいて、過電流が流れているか否か、および当該過電流がどちらの方向に流れているかを判定する。過電流がＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の順方向に流れていると判定したとき、制御部６はリレー４をオフにする。これにより過電流は遮断されＭＯＳＦＥＴ３を流れないのでＭＯＳＦＥＴ３を保護することができる。また制御部６はＥＣＵ７に、過電流が流れていることを通知する。当該通知を取得したＥＣＵ７は、過電流が流れていることを報知部９に通知する。報知部９は過電流遮断システム９０が設けられた車両のドライバに異常を知らせる警告情報（ワーニング）を通知する。
【００３７】
一方、過電流がＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の逆方向に流れていると判定したとき、制御部６はスイッチ制御部８からの出力を止めてＭＯＳＦＥＴ３をオフにする。また制御部６は追加的に、第１トランジスタＴ１および第２トランジスタＴ２をオフにしてＭＯＳＦＥＴ３とスイッチ制御部８とを切り離してもよい。これによりＭＯＳＦＥＴ３を保護することができる。また、このとき制御部６はリレー４の状態を維持する。すなわち、制御部６はリレー４がオンのときにはオンのままにし、リレー４がオフのときにはオフのままにする。このためリレー４の作動頻度は下がり、もってリレー４の騒音防止および長寿命化を図ることができる。また制御部６は、過電流が流れていることをＥＣＵ７に通知する。当該通知を取得したＥＣＵ７は、過電流が流れていることを報知部９に通知する。報知部９は過電流遮断システム９０が設けられた車両のドライバに異常を知らせる警告情報を通知する。
【００３８】
制御部６は過電流が流れていないと判定したとき（異常がないと判定したとき）、ＭＯＳＦＥＴ３およびリレー４をオンにして、ＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流を継続して監視（モニタリング）する。
【００３９】
図３は図１の電流値検出部５および制御部６が定期的または不定期的に実行する動作を示すシーケンス図である。
【００４０】
電流値検出部５は電流値を検出し（ステップＳ１）、検出した電流値を制御部６に出力する（ステップＳ２）。
【００４１】
電流値を取得した制御部６は、当該電流値が第２基準値を上回るか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹｅｓのとき、制御部６はリレー４をオフにし（ステップＳ４）、過電流が流れていることをＥＣＵ７に通知する（ステップＳ５）。また制御部６は過電流が流れ異常が発生している知らせる警告情報を、報知部９を介して車両のドライバに通知する（ステップＳ６）。
【００４２】
ステップＳ３でＮｏのとき、制御部６は電流値が第１基準値を下回るか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＹｅｓのとき、制御部６はスイッチ制御部８の出力を止めてＭＯＳＦＥＴ３をオフにし（ステップＳ８）、第１トランジスタＴ１および第２トランジスタＴ２をオフにして、ＭＯＳＦＥＴ３をスイッチ制御部８から切り離す（ステップＳ９）。次いで制御部６はステップＳ５を実行する。
【００４３】
ステップＳ７でＮｏのとき制御部６は、過電流は流れていないと判定し、ＭＯＳＦＥＴ３およびリレー４をオンにする（ステップＳ１０）。制御部６は、継続して電流を監視する（ステップＳ１１）。
【００４４】
このように、本発明の一実施形態による過電流遮断システム９０によれば、制御部６は、電流値検出部５によって検出された電流に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の順方向に過電流が流れていると判定したとき、リレー４をオフにし、他方ＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の逆方向に過電流が流れていると判定したとき、ＭＯＳＦＥＴ３をオフにする。このため、電流の流れる方向にかかわらず過電流を遮断しＭＯＳＦＥＴ３を保護することができる。
【００４５】
このように、本発明の一実施形態による過電流遮断システム９０によれば、制御部６はＭＯＳＦＥＴ３の寄生ダイオード３１の逆方向に過電流が流れていると判定したとき、リレー４の状態を維持する。このため、リレー４の騒音防止および長寿命化を図ることができる。
【００４６】
このように、本発明の一実施形態による過電流遮断システム９０によれば、ＭＯＳＦＥＴ３のソース側には第１電源１が接続され、ドレイン側には第２電源２が接続される。このため、第１電源１および第２電源２から過電流遮断システム９０への双方向の電力供給を確保しつつも過電流を遮断してＭＯＳＦＥＴ３を保護することができる。
【００４７】
このように、本発明の一実施形態による過電流遮断システム９０によれば、第１電源１はリチウムイオン電池であり、第２電源２は鉛蓄電池である。第１電源１にリチウムイオン電池を用いるため、他の電池を用いる場合に比べて充電電力を長く保持して電力を有効利用することができる。また、鉛蓄電池を用いるため、他の電池を用いる場合に比べて過電流遮断システム９０の生産コストを抑制することができる。
【００４８】
本発明を諸図面、実施形態、変形例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００４９】
また、上述した実施形態において、ハイブリッド車に搭載される過電流遮断システム９０について説明したが、これに限られない。例えば、過電流遮断システム９０は電気自動車（ＥＶ車）に搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    第１電源
２    第２電源
３    ＭＯＳＦＥＴ
３１  寄生ダイオード
４    リレー
５    電流値検出部
６    制御部
７    ＥＣＵ
８    スイッチ制御部
９    報知部
１０  負荷
１１  整流素子
１１ａ  第１整流素子
１１ｂ  第２整流素子
９０  過電流遮断システム
Ｔ１  第１トランジスタ
Ｔ２  第２トランジスタ
Ｔ３  第３トランジスタ
Ｒａ  抵抗
Ｒｂ  ゲート前抵抗
【図１】
2017121114.tif 000003
【図２】
2017121114.tif 000004
【図３】
2017121114.tif 000005