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公開番号2022073490
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-17
出願番号2020183511
出願日2020-11-02
発明の名称車両用電源装置
出願人株式会社今仙電機製作所
代理人個人,個人
主分類H02J 7/00 20060101AFI20220510BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 車両に搭載され高圧電源から降圧手段を介して低電圧電源を得る車両用電源装置において、トランス等の絶縁手段を用いることなく人体の感電を防止する。
【解決手段】 蓄電素子を直列に接続して形成した高圧電源から、所定の蓄電素子グループを選択的に低電圧電気負荷と接続することによって、高電圧から低電圧へと電力変換を行う構成において、該蓄電素子グループを低電圧電気負荷と接続していないデッドタイム期間中に高圧電源からの漏電電流を測定し、所定値以上の時に蓄電素子グループと低電圧電気負荷との接続を中断することで感電を防止する。
【選択図】 図2
特許請求の範囲【請求項1】
所定低電圧で作動する電気負荷と、
前記所定低電圧を供給する各ノードを構成する複数の蓄電素子を直列に接続して高電圧の直流電源を得る高電圧電源と、
前記電気負荷に前記所定低電圧を供給する各ノードに対応して設けられた複数のスイッチ手段と、
少なくとも1のノードからの電圧を供給する前記スイッチ手段をオンし、他のノードからの電圧を供給する前記スイッチ手段をオフにすることで電圧を供給するとともに、一旦全てのスイッチ手段をオフにするデッドタイム期間を設けた後、次に電圧を供給するノードの前記スイッチ手段をオンとし、他のノードからの電圧を供給するスイッチ手段をオフにする制御を順次繰り返すことで、全ての前記蓄電素子から電圧を供給させる制御手段と、
高電圧電源と接地電位との間の漏電電流を検出して前記制御手段に信号を送出する漏電検出手段と、を備えた車両用電源装置であって、
前記制御手段が、前記複数のスイッチング手段が全てオフ状態である前記デッドタイム期間に前記漏電検出手段から送出される信号を判定し、漏電電流が所定の電流以上である場合には、前記スイッチング手段が全てオフである状態を所定期間保持することを特徴とする車両用電源装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記高電圧電源は、n個(n:自然数)で前記所定低電圧となるノードを構成する複数の蓄電素子を直列に(n×N(N:自然数))個接続して、前記所定低電圧のN倍の高電圧の直流電源を得ることを特徴とする請求項1の車両用電源装置。
【請求項3】
前記制御手段は、前記選択する複数のノードを周期的に変更するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項1の車両用電源装置。
【請求項4】
前記制御手段は、前記複数の蓄電素子の充放電状態が略均一となるように、前記選択するノードを決定することを特徴とする請求項3に記載の車両用電源装置。
【請求項5】
前記制御手段は、前記複数の蓄電素子の充放電状態が略均一となるように、各ノードの選択保持時間を決定することを特徴とする請求項3に記載の車両用電源装置。
【請求項6】
前記スイッチング手段によって前記各ノードのいずれかと前記電気負荷とを接続する時間を、前記高電圧電源から人体に流れる漏電電流の継続時間が、人体の感電事故が起きる時間未満となるように設定したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1に記載の車両用電源装置。
【請求項7】
前記スイッチング手段が前記各ノードと前記電気負荷とを接続している時間を、前記高電圧電源の電圧値に反比例した継続時間、又は、前記漏電検出手段が検出する電流値に反比例した継続時間とすることを特徴とする請求項6に記載の車両用電源装置。
【請求項8】
前記制御手段は、前記漏電検出手段の漏電検出値が所定の電流値以上の時、前記スイッチング手段を全てオフの状態に固定することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1に記載の車両用電源装置。
【請求項9】
前記制御手段は、前記漏電検出手段の漏電検出値が所定の電流値以上の時、前記スイッチング手段が全てオフである状態を所定の時間保持した後、再度、前記スイッチング手段が前記各ノードと前記電気負荷を選択的に接続する動作を繰り返すことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1に記載の車両用電源装置。
【請求項10】
前記制御手段は、前記漏電検出手段の漏電検出値が所定の第一の閾値以上の時、前記スイッチング手段をオフとし、該漏電検出値が前記第一の閾値より小さい所定の第二の閾値以下となった場合に、再度、前記スイッチング手段をオンとする動作を繰り返すことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の車両用電源装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載される電源装置であって、特に走行駆動等に用いる高圧蓄電手段と、走行駆動用以外の電気負荷へ供給する低電圧電源とを具備するとともに、該高圧蓄電手段から降圧手段を介して前記低電圧電源を得るがごとく構成したものである。
続きを表示(約 1,900 文字)【背景技術】
【0002】
上記電源装置として、本出願人の提案に係る車両用電源装置が公知である(特許文献1)。これによると、蓄電素子を直列に接続して形成した高圧電源から、所定の蓄電素子グループを選択的に低電圧電気負荷と接続することで、高電圧から低電圧へと電力変換を行う構成において、該蓄電素子グループを高速で切り替えることによってスイッチング手段のスイッチング損失を略ゼロにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018-26973号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
車両の走行駆動用電力蓄電手段の電圧は48V程度の低電圧から600V程度の高電圧を用いたシステムまで様々な実施形態があり、一般的に60Vを超える電圧範囲においては人体が車両の蓄電手段と接続された電気回路部分に触れた際の感電事故防止に配慮することが必要である。
その為、車両の一般的な高電圧システムにおいては図1に示すように高電圧部位と低電圧部位との間に絶縁トランスを備えたDC-DCコンバータを配置すると共に、高電圧回路は車体との直接接続を避けて負電位回路と正電位回路の双方をフローティングとすることで、人体が高電圧蓄電手段を含む回路部分のいずれの部位に触っても感電しない構成となっている。
【0005】
ここで、特許文献1によると、低電圧回路である負荷手段50の低電位側は一般的に12V電源のボディーアースとして車体に接続されることになるから、スイッチ手段30~35の内、いずれか1つ以上が閉じている場合には高電圧側の直列に接続された蓄電手段20a~20Lの接続点のどこかが車体と直接接続されるので、人体が高電圧回路に触れると感電する。具体的には、蓄電手段20a~20Lの直列合計電圧が仮に480Vであるとして、スイッチ手段35が閉じている瞬間に蓄電手段20aの正電位側と車体との間に触れると人体に480Vの高電圧が印加されて感電事故が発生する可能性が考えられる。
【0006】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、車両に搭載され高電圧電源から降圧手段を介して低電圧電源を得る車両用電源装置において、高電圧側の電圧が人体の感電限界である60Vを超えるシステムとした場合においても、トランス等の絶縁手段を用いることなく感電事故を防止することができ、且つ低電圧側への電力変換機能において容易に略100%の電力変換効率を得る車両用電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明による車両用電源装置は、所定低電圧で作動する電気負荷と、前記所定低電圧を供給する各ノード(グループノード)を構成する複数の蓄電素子を直列に接続して高電圧の直流電源を得る高電圧電源と、前記電気負荷に前記所定低電圧を供給する各ノードに対応して設けられた複数のスイッチ手段と、少なくとも1のノードからの電圧を供給する前記スイッチ手段をオンし、他のノードからの電圧を供給する前記スイッチ手段をオフにすることで電圧を供給するとともに、一旦全てのスイッチ手段をオフにするデッドタイム期間を設けた後、次に電圧を供給するノードの前記スイッチ手段をオンとし、他のノードからの電圧を供給するスイッチ手段をオフにする制御を順次繰り返すことで、全ての蓄電素子から電圧を供給させる制御手段と、高電圧電源と接地電位との間の漏電電流を検出して前記制御手段に信号を送出する漏電検出手段と、を備える。そして、前記制御手段が、前記複数のスイッチング手段が全てオフ状態である前記デッドタイム期間に前記漏電検出手段から送出される信号を判定し、漏電電流が所定の電流以上である場合には、前記スイッチング手段が全てオフである状態を所定期間保持することを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明による車両用電源装置では、前記高電圧電源は、n個(n:自然数)で前記所定低電圧となるノードを構成する複数の蓄電素子を直列に(n×N(N:自然数))個接続して、前記所定低電圧のN倍の高電圧の直流電源を得る。
【0009】
請求項3の発明による車両用電源装置では、前記制御手段は、前記選択する複数のノードを周期的に変更するように前記スイッチ手段を制御する。
【0010】
請求項4の発明による車両用電源装置では、前記制御手段は、前記複数の蓄電素子の充放電状態が略均一となるように、前記選択するノードを決定する。
(【0011】以降は省略されています)

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