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公開番号2024085629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-27
出願番号2022200243
出願日2022-12-15
発明の名称過電流保護装置および充電装置
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社デンソー
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02H 3/08 20060101AFI20240620BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本明細書は、正極線と負極線の電流差が所定の電流閾値(第1電流閾値)を超えたら遮断する過電流保護装置を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する過電流保護装置の第1は、第1/第2入力端子、第1/第2出力端子、遮断器、電流センサ、比較器を備える。電源の正極と負極の一方が第1入力端子に接続され、他方が第2入力端子に接続される。第2出力端子は第2入力端子に接続されている。遮断器は、第1入力端子と第1出力端子の間に接続されているスイッチを備える。スイッチは遮断指令信号を受けると開く。すなわち、スイッチが開くと第1入力端子と第1出力端子の間の電流が遮断される。比較器は、第1入力端子と第1出力端子の間に流れる電流と、第2入力端子と第2出力端子の間に流れる電流の差分を計測する。比較器は、電流センサの計測値が第1電流閾値を超えたら遮断指令信号を遮断器へ送る。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電源の正極と負極の一方に接続される第１入力端子と、
前記正極と前記負極の他方に接続される第２入力端子と、
第１出力端子と、
前記第１入力端子と前記第１出力端子の間に接続されており遮断指令信号を受けると開くスイッチを有している遮断器と、
前記第２入力端子に接続されている第２出力端子と、
前記第１入力端子と前記第１出力端子の間に流れる電流と前記第２入力端子と前記第２出力端子の間に流れる電流の差分を計測する電流センサと、
前記電流センサの計測値が第１電流閾値を超えたら前記遮断指令信号を前記遮断器へ送る比較器と、
を備えている、過電流保護装置。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記遮断器は、前記第１電流閾値よりも高い第２電流閾値を超える電流が流れると前記スイッチを開く保護回路を有している、請求項１に記載の過電流保護装置。
【請求項３】
前記保護回路の応答速度が前記比較器の応答速度よりも速い、請求項２に記載の過電流保護装置。
【請求項４】
前記第２入力端子と前記第２出力端子の間に接続されており前記遮断指令信号を受けると開くサブスイッチを有しており、前記第２電流閾値を超える電流が流れると前記サブスイッチを開くサブ保護回路を有しているサブ遮断器を備えており、
前記比較器は、前記電流センサの計測値が前記第１電流閾値を超えたら前記遮断指令信号を前記遮断器と前記サブ遮断器へ送る、請求項２に記載の過電流保護装置。
【請求項５】
前記遮断器の前記保護回路は前記第２電流閾値を超える電流を検知すると前記サブ遮断器へ前記遮断指令信号を送り、
前記サブ遮断器の前記サブ保護回路は前記第２電流閾値を超える電流を検知すると前記遮断器へ前記遮断指令信号を送る、
請求項４に記載の過電流保護装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの過保護電流装置と、
低電圧端子と高電端子を有しており前記低電圧端子に入力された電力の電圧を昇圧する昇圧コンバータであり、前記第１出力端子と前記第２出力端子が前記低電圧端子の正極と負極のそれぞれに接続されており、充電対象のバッテリが前記高電圧端子に接続可能な昇圧コンバータと、
前記バッテリを搭載したデバイスのグランド端子と、前記電源のグランド端子を接続する保護グランド線と、
を備えている、充電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は過電流保護装置と、過電流保護装置を備えた充電装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
大電力が流れる電気デバイスには過電流保護機能が備えられている。特許文献１には、過電流保護機能を備えた充電器が開示されている。特許文献１の充電器は、本体と、コネクタと、本体とコネクタを接続するケーブルを備える。本体とコネクタのそれぞれに、電流閾値を超える電流が流れると開く遮断器が設けられている。本体で漏電が生じると本体の遮断器が開く。コネクタに接続される相手デバイスで漏電が生じるとコネクタ内の遮断器が開く。いずれの場合もケーブルに過電流が流れることがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－３１３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般の過電流保護装置は、ＳＰＤ（Surge Protect Device）と呼ばれており、著しく過大な電流が流れると瞬時に電流を遮断するように設計されている。ＳＰＤは正極線と負極線のそれぞれに配置される。
【０００５】
電源と電気デバイスが正極線と負極線で接続されており、電源の近くで正極線が地絡すると、電源の正極－グランド－電気デバイスの負極－負極線－電源の負極、という地絡経路が形成される。このとき、正極線には過電流が流れない。同様に電源の近くで負極線が地絡すると、負極線には過電流が流れない。仮に、正常時では正極線と負極線のそれぞれに最大で５００［Ａ］の電流が流れると仮定する。ＳＰＤの遮断電流は６００［Ａ］に設定される。正極線と負極線に１００［Ａ］の電流が流れているときに地絡が生じ、正極線だけに５００［Ａ］が流れた場合、ＳＰＤは動作しない。しかしながら、このような地絡のときにも過電流が流れている電力線は遮断されることが望ましい。本明細書は、正極線と負極線の電流差が所定の電流閾値（第１電流閾値）を超えたら遮断する過電流保護装置を提供する。加えて、本明細書は、第２電流閾値（＞第１電流閾値）を超える過電流が流れると瞬時に電流を遮断し、かつ、正極線と負極線の電流差が第１電流閾値を超えたときも電流を遮断する過電流保護装置も提供する。さらに、本明細書は、前述した過電流保護装置を備えた充電装置も提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する過電流保護装置の第１の態様は、第１入力端子、第２入力端子、第１出力端子、第２出力端子、遮断器、電流センサ、比較器を備える。電源の正極と負極の一方が第１入力端子に接続され、他方が第２入力端子に接続される。第２出力端子は第２入力端子に接続されている。遮断器は第１入力端子と第１出力端子の間に接続される。遮断器は遮断指令信号を受けると開くスイッチを備えている。スイッチが開くと第１入力端子と第１出力端子の間の電流が遮断される。比較器は、第１入力端子と第１出力端子の間に流れる電流と、第２入力端子と第２出力端子の間に流れる電流の差分を計測する。比較器は、電流センサの計測値が第１電流閾値を超えたら遮断指令信号を遮断器へ送る。
【０００７】
第１の態様の過電流保護装置は、正極側と負極側のそれぞれに流れる電流の差が第１電流閾値を超えると第１入力端子と第１出力端子の間で電流を遮断する。
【０００８】
本明細書が開示する過電流保護装置の第２の態様は、第１の態様の構造に加えて、次の構造を備える。すなわち、遮断器は、第１電流閾値よりも高い第２電流閾値を超える電流が流れるとスイッチを開く保護回路を有している。正極線と負極線のそれぞれに第１電流閾値を超えるが第２電流閾値より低い電流が流れる場合、過電流保護装置は動作しない。正極線と負極線の電流差が第１電流閾値を超えると過電流保護装置が動作し、電流が遮断される。正極線と負極線の両方に第２電流閾値を超える過電流が流れる場合も過電流保護装置が作動し、電流が遮断される。なお、正極線と負極線の両方に第２電流閾値を超える過電流が流れた場合、電流差はゼロであり、比較器は遮断指令信号を出さない。この過電流保護装置は、著しく高いサージ電流が流れる状況と、地絡により正極線と負極線の一方に過電流が流れる状況の両方に対して電流を遮断することができる。
【０００９】
保護回路の応答速度が比較器の応答速度よりも速いとよい。第２電流閾値よりも高い過電流が流れると遮断器の保護回路が瞬時に作動して遮断器は開く。第２電流閾値よりも低いが第１電流閾値よりも高い過電流が流れても保護回路は作動しない。しかし、第２電流閾値よりも低いが第１電流閾値よりも高い過電流が所定の時間流れると比較器が動作して遮断指令信号を遮断器に送る。遮断指令信号を受けた遮断器（スイッチ）は開き、第１入力端子と第１出力端子の間が遮断される。この過電流保護装置は、第２電流閾値を超える過電流が流れると瞬時に電流を遮断する。この過電流保護装置は、第２電流閾値よりも低いが第１電流閾値を超える電流差（正極線と負極線の電流差）が所定時間流れた場合にも電流を遮断する。第２電流閾値よりも低いが第１電流閾値を超える電流差が所定時間続かなかった場合は、遮断器は作動しない。
【００１０】
第２の態様の過電流保護装置は、さらに、サブ遮断器を備えているとよい。サブ遮断器は、第２入力端子と第２出力端子の間に接続される。サブ遮断器は、遮断指令信号を受けると開くサブスイッチを備えている。また、サブ遮断器は、第２電流閾値を超える電流が流れるとサブスイッチを開くサブ保護回路を有している。比較器は、電流センサの計測値が第１電流閾値を超えたら遮断指令信号を遮断器とサブ遮断器の両方へ送る。サブ遮断器を備えることで、正極線と負極線の電流差が第１電流閾値を超えると正極線と負極線の両方を遮断することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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