JP2016024912A - 遮断装置及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流経路を遮断した場合において、2つの導線間にアーク放電が発生する確率が低い遮断装置と、該遮断装置を備え、負荷(発熱器)の作動/停止を制御する制御装置とを提供する。【解決手段】2つの導線W1,W2によって電流経路が構成されており、電流経路では、電流が発熱器16に向かって一方向に流れる。遮断器30は2つの導線W1,W2間に介装されている。遮断器30は、所定の条件が満たされた場合、2つの導線W1,W2間の接続を物理的に外すことによって電流経路を遮断する。遮断器30が電流経路を遮断していない間、コンデンサC1は、電流経路の下流側に設けられた導線W2から給電されている。【選択図】図2
Description
本発明は、電流経路を遮断する遮断装置と、該遮断装置を備え、前記電流経路を介して電流が供給される負荷の作動/停止を制御する制御装置とに関する。
車両には車室内を暖める暖房機器(例えば、特許文献1を参照)が搭載されている。特許文献1に記載の暖房機器では、給電することによって発熱器に発熱させる。発熱器が発生させた熱によって暖められた空気は、送風機の送風によって車室内に送り込まれ、車室内が暖められる。
また、特許文献1に記載の暖房機器では、発熱器に流れる電流の電流経路に設けられたスイッチをオン/オフすることによって、発熱器の作動/停止が制御される。
また、特許文献1に記載の暖房機器では、発熱器に流れる電流の電流経路に設けられたスイッチをオン/オフすることによって、発熱器の作動/停止が制御される。
特許文献1に記載してあるような従来の暖房機器においては、一般的に多量の電流が前述した電流経路を介して発熱器に流れる。このとき、電流経路を構成する導線及びスイッチの温度が上昇し、この温度上昇は、最悪の場合、発煙又は発火に繋がる可能性がある。発火又は発煙を防止する構成として、電流経路を構成する導線及びスイッチ周辺の温度が所定温度以上となった場合、又は、電流経路に所定電流以上の電流が流れた場合等に、前述した電流経路を構成する2つの導線間の接続を物理的に外して電流経路を遮断する構成が考えられる。
この構成では、2つの導線間の接続が外された瞬間に、2つの導線間に大きな電位差が生じる。また、2つの導線間の接続が外された後、2つの導線間の距離は徐々に長くなる。
2つの導線間の接続を物理的に外す前述した構成では、2つの導線間の接続が外された場合において、2つの導線間の距離が短いとき、2つの導線間の電位差が大きいため、2つの導線間でアーク放電が発生する確率が高い。アーク放電が発生した場合、高熱が発生し、この高熱によって2つの導線が焼損する虞がある。また、アーク放電が発生した場合、電流経路が完全に遮断されない虞もある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流経路を遮断した場合において、2つの導線間にアーク放電が発生する確率が低い遮断装置と、該遮断装置を備え、負荷(発熱器)の作動/停止を制御する制御装置と提供することにある。
本発明に係る遮断装置は、一方向に電流が流れる電流経路を構成する2つの導線間に介装され、該電流経路を遮断する遮断器と、前記2つの導線の内、前記電流経路の下流側に設けられた導線から給電される蓄電部とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、2つの導線は一方向に電流が流れる電流経路を構成し、2つの導線間には遮断器が介装されている。遮断器は、例えば、自身の温度が所定温度以上である場合、2つの導線間の接続を物理的に外すことによって、電流経路を遮断する。2つの導線が互いに接続されている間、2つの導線の内、電流経路の下流側に設けられた導線から蓄電部に給電される。
従って、遮断器が電流経路を遮断した場合において、蓄電部に電荷が蓄積されているため、2つの導線間の電位差は小さく、2つの導線間にアーク放電が発生する確率は低い。
従って、遮断器が電流経路を遮断した場合において、蓄電部に電荷が蓄積されているため、2つの導線間の電位差は小さく、2つの導線間にアーク放電が発生する確率は低い。
本発明に係る遮断装置は、前記遮断器は、自身の温度が所定温度以上になった場合に前記電気経路を遮断するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、遮断器は、自身の温度が所定温度以上となった場合に電気経路を遮断するので、電流経路における発火又は発煙を未然に防止することが可能となる。
本発明に係る遮断装置は、前記蓄電部はコンデンサであることを特徴とする。
本発明にあっては、2つの導線が互いに接続されている間、2つの導線の内、電流経路の下流側に設けられた導線から電流がコンデンサに流れ、コンデンサは給電される。遮断器が電流経路を遮断した場合において、コンデンサが充電されているため、2つの導線間の電位差は小さい。
本発明に係る制御装置は、前述した遮断装置と、前記電流経路に設けられているスイッチと、該スイッチをオン/オフすることによって、前記電流経路に流れる電流が供給される負荷の作動/停止を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、電流経路を流れる電流が負荷に供給される。負荷は、給電された場合に作動し、給電が途絶えた場合に停止する。電流経路に設けられたスイッチをオン/オフすることによって、負荷の作動/停止を制御する。
本発明に係る制御装置は、前記負荷は発熱器であり、前記制御手段は、前記スイッチを間欠的にオン/オフすることによって、前記発熱器に供給される電力を調整するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、電流経路を流れる電流は発熱器に供給される。電流経路に設けられたスイッチを間欠的にオン/オフすることによって、発熱器に供給される電力を調整し、発熱器が発生させる熱の量を調整する。例えば、発熱器が発生させた熱を用いて暖房を行っている場合、発熱器に供給されている電力を調整することによって、暖められている室内の温度を調整する。
本発明によれば、電流経路を遮断した場合において、2つの導線間の電位差が小さいので、2つの導線間にアーク放電が発生する確率が低い。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は、本実施の形態における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、車両に好適に搭載され、発電機10、第1蓄電器11、第2蓄電器12、制御装置13、負荷14,15、発熱器16及びDCDCコンバータ17を備える。DCDCコンバータ17は第1端、第2端及び第3端を有する。
図1は、本実施の形態における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、車両に好適に搭載され、発電機10、第1蓄電器11、第2蓄電器12、制御装置13、負荷14,15、発熱器16及びDCDCコンバータ17を備える。DCDCコンバータ17は第1端、第2端及び第3端を有する。
発電機10の一端は、第1蓄電器11の正極と、制御装置13及び負荷14夫々の一端と、DCDCコンバータ17の第1端とに接続されている。制御装置13の他端は発熱器16の一端に接続されている。DCDCコンバータ17の第2端は、第2蓄電器12の正極と、負荷15の一端とに接続されている。発電機10、負荷14,15及び発熱器16夫々の他端と、第1蓄電器11及び第2蓄電器12夫々の負極と、DCDCコンバータ17の第3端とは接地されている。
発電機10は、車両の運動エネルギーを回生電力に変換することによって発電する。発電機10は、例えば、図示しないアクセルペダルが踏み込まれておらず、図示しないブレーキペダルが踏み込まれており、かつ、車速が低下している場合に回生電力を発生させる。発電機10は、交流の回生電力を発生させ、発生させた交流の回生電力を直流の回生電力に整流し、整流した回生電力に係る直流電圧、例えば48ボルトの電圧を出力電圧として出力する。発電機10は、出力電圧を第1蓄電器11と、負荷14と、DCDCコンバータ17の第1端とに出力する。更に、発電機10は、制御装置13を介して発熱器16に出力電圧を出力する。
第1蓄電器11は例えばリチウムイオン電池である。発電機10が発電している場合、第1蓄電器11には、発電機10の出力電圧が印加され、第1蓄電器11は充電される。発電機10が発電していない場合、第1蓄電器11は、出力電圧、例えば48ボルトの電圧を、負荷14とDCDCコンバータ17の第1端とに出力する。第1蓄電器11は、更に、出力電圧を、制御装置13を介して発熱器16に出力する。
負荷14は車両に搭載されている電気機器である。負荷14には、発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧が印加される。これにより、負荷14は給電される。
発熱器16は、給電された場合に発熱する抵抗体であり、車両に搭載されている1つの負荷である。発熱器16には、制御装置13を介して、発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧が印加される。発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧が印加されることによって発熱器16に給電された場合、発熱器16は熱を発生させる。発電機10又は第1蓄電器11から発熱器16への給電が途絶えた場合、発熱器16は熱を発生させず、停止する。発熱器16が発生させる熱の量は、発電機10及び第1蓄電器11から供給される電力の大/小に応じて大/小となる。発熱器16に供給される電力は制御装置13によって調整される。発熱器16は、車両に搭載される図示しない暖房機器の一部として機能する。発熱器16が発生させた熱によって暖められた空気は、図示しない送風機の送風によって、車室内に送り込まれ、車室内が暖められる。
制御装置13は、前述したように、発熱器16に供給される電力を調整すると共に、電力の供給/非供給を行うことによって、発熱器16の作動/停止を制御する。制御装置13は、制御装置13内に設けられた後述する遮断器30(図2参照)の温度が閾値温度以上になった場合、発電機10又は第1蓄電器11から発熱器16に流れる電流の電流経路を物理的に遮断する。更に、制御装置13は、電流経路に所定の閾値電流以上の電流が流れた場合においても、電流経路を電気的に遮断する。
DCDCコンバータ17は、第1端に印加された発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧を目標電圧、例えば12ボルトの電圧に変圧し、該目標電圧を第2蓄電器12及び負荷15に出力する。DCDCコンバータ17は、所定の条件を満たす場合、例えば、負荷15が作動する場合に変圧を停止し、第1端及び第2端間を開放する。この場合、DCDCコンバータ17は、作動している間、目標電圧を第2蓄電器12に印加する。
第2蓄電器12は例えば鉛蓄電池である。DCDCコンバータ17が作動している場合、DCDCコンバータ17の第2端子から目標電圧が第2蓄電器12に印加され、第2蓄電器12は充電される。DCDCコンバータ17が停止している場合、第2蓄電器12は負荷15に給電する。
負荷15も、負荷14と同様に、車両に搭載された電気機器である。DCDCコンバータ17が作動している場合、DCDCコンバータ17の第2端から目標電圧が負荷15に印加され、負荷15は給電される。DCDCコンバータ17が停止している場合、負荷15は第2蓄電器12から給電される。
図2は制御装置13の要部構成を示すブロック図である。制御装置13は、遮断装置20、IPD(Intelligent Power Device)21及び制御部22を有する。遮断装置20は2つの導線W1,W2間に介装されており、遮断装置20に接続されていない導線W1の一端は、発電機10の一端と、第1蓄電器11の正極とに接続されている。遮断装置20に接続されていない導線W2の一端はIPD21に接続されている。IPD21は、導線W2の他に、発熱器16の一端と、制御部22とに接続されている。
電流は、発電機10の一端、又は、第1蓄電器11の正極から遮断装置20及びIPD21を介して発熱器16へ流れる。2つの導線W1,W2によって、発電機10の一端又は第1蓄電器11の正極から発熱器16への一方向に電流が流れる電流経路が構成されており、この電流経路にはIPD21が設けられている。遮断装置20は2つの導線W1,W2によって構成される電流経路を遮断する。
IPD21はスイッチとして機能する。IPD21には、制御部22から、オンを指示するオン指示と、オフを指示するオフ指示とが入力される。IPD21は、制御部22からオン指示が入力された場合にオンとなり、2つの導線W1,W2によって構成される電流経路を流れる電流が発熱器16に供給され、発熱器16は給電される。IPD21は、制御部22からオフ指示が入力された場合にオフとなり、2つの導線W1,W2によって構成される電流経路を流れる電流が発熱器16に供給されることはなく、発熱器16は給電されない。
IPD21は、2つの導線W1,W2によって構成される電流経路に流れる電流を検出している。IPD21は、検出した電流が閾値電流以上である場合、制御部22から入力されるオン指示及びオフ指示に無関係にオフとなる。
制御部22は、オン指示/オフ指示をIPD21に出力し、IPD21をオン/オフする。制御部22は、IPD21をオン/オフすることによって、発熱器16の作動/停止を制御する。制御部22は制御手段として機能する。
制御部22には、発熱器16の作動指示が入力される。制御部22は、作動指示が入力された場合、IPD21を間欠的にオン/オフすることによって、発熱器16に電力を供給し、発熱器16を作動させる。具体的に、制御部22は、IPD21について、オフからオンへの切替え、又は、オンからオフへの切替えを周期的に行う。そして、制御部22は、デューティ、即ち、1周期におけるIPD21のオン期間の割合を調整することによって、発熱器16に供給される電力を調整する。IPD21のオン/オフに係るデューティが大きい場合、IPD21がオンであるオン期間が長いため、発熱器16に供給される電力は大きく、発熱器16が発生させる熱の量は大きい。IPD21のオン/オフに係るデューティが小さい場合、IPD21のオン期間が短いため、発熱器16に供給される電力が小さく、発熱器16が発生させる熱の量は小さい。以上のように、制御部22は、作動指示が入力された場合、発熱器16に供給される電力のPWM(Pulse Width Modulation)制御を行う。
また、制御部22には車室内の温度を示す温度情報が入力されている。制御部22は、入力された温度情報が示す温度と、予め設定されている設定温度とに基づいてデューティを決定する。制御部22は、決定したデューティでIPD21を間欠的にオン/オフすることによって、車室内の温度を設定温度に調整する。
更に、制御部22には発熱器16の停止を指示する停止指示が入力される。制御部22は、停止指示が入力された場合、IPD21をオフに維持して発熱器16を停止させる。
遮断装置20は遮断器30及びコンデンサC1を有する。遮断器30は2つの導線W1,W2間に介装されている。2つの導線W1,W2について、導線W1は電流経路の上流側に設けられており、導線W2は電流経路の下流側に設けられている。コンデンサC1の一端は、導線W2の中途に接続されており、コンデンサC1の他端は接地されている。
図3は遮断器30の仕組みの説明図である。遮断器30は、2つの導線W1,W2間の接続を物理的に外すことによって電流経路を遮断する。遮断器30が電流経路を遮断する前、図3Aに示すように、2つの導線W1,W2夫々の一端は互いに接続している。このとき、発電機10又は第1蓄電器11から電流が導線W2に流れ、この電流の一部が導線W2からコンデンサC1に流れる。このように、コンデンサC1は、導線W2から給電され、蓄電する。給電されたコンデンサC1の両端間の電圧は、発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧と略同じであり、例えば48ボルトである。コンデンサC1は蓄電部として機能する。
遮断器30では、導線W1が図示しない載置台の上に載置されており、載置台の下側には、図示しないばねが配置されている。載置台は、ばねが収縮してある状態で図示しない半田によって固定されている。遮断器30の温度が、閾値温度、即ち、半田の融点以上になった場合、半田が溶け、ばねが伸びる。これによって、載置台が動かされ、載置台に載置されている導線W1は幅方向に移動し、図3Bに示すように、2つの導線W1,W2は、接続が外れた状態になる。
このように、遮断器30は、遮断器30の温度が閾値温度以上になった場合、2つの導線W1,W2によって構成される電流経路を遮断する。電流経路が遮断された後、2つの導線W1,W2夫々の軸間距離Dは徐々に長くなり、2つの導線W1,W2の状態は図3Bに示す状態から図3Cに示す状態に遷移する。
なお、遮断器30の温度には、遮断器30内の温度、及び、遮断器30そのものの温度が含まれる。
なお、遮断器30の温度には、遮断器30内の温度、及び、遮断器30そのものの温度が含まれる。
図4は遮断装置20の効果の説明図である。図4では、導線W1の電圧を導線電圧Vuで示し、導線W2の電圧を導線電圧Vdで示している。図4には、電流経路を遮断した場合における軸間距離D及び導線電圧Vu,Vd夫々の推移が示されている。比較のため、図4には、コンデンサC1が設けられていない遮断装置が有する遮断器30が電流経路を遮断した場合における導線電圧Vu及びVd夫々の推移も示されている。導線電圧Vuの推移は細線で示されており、導線電圧Vdの推移は太線で示されている。導線電圧Vu,Vdが一致する部分は太線で示されている。
遮断器30は、前述したように、遮断器30の温度が閾値温度以上となった場合、2つの導線W1,W2によって構成される電流経路を遮断する。これにより、電流経路における発火又は発煙を未然に防止することができる。
前述したように、IPD21は電流経路に閾値電流以上の電流が流れた場合にオフとなるので、電流経路に閾値電流以上の電流が流れることはない。しかしながら、遮断器30の温度が閾値温度以上になる可能性はある。
遮断器30が電流経路を遮断する前、コンデンサC1は、発電機10又は第1蓄電器11によって充電されており、コンデンサC1の両端間の電圧は、発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧と略同じである。このため、遮断器30が電流経路を遮断する前、導線電圧Vu,Vdは発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧と略同じである。
遮断器30が電流経路を遮断した後、軸間距離Dは徐々に長くなる。遮断器30は、電流経路を、通常、制御部22が発熱器16を作動させている間に遮断する。このため、遮断器30が電流経路を遮断した後、コンデンサC1は、蓄えた電力を発熱器16へ放出する。この放電によって、コンデンサC1の両端間の電圧は徐々に低下し、導線電圧Vdも徐々に低下する。導線電圧Vuは発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧に維持されるため、時間の経過と共に、2つの導線電圧Vu,Vdの差は徐々に大きくなる。
コンデンサC1の静電容量が160マイクロファラドであり、かつ、発電機10及び第1蓄電器11の出力電圧が48ボルトである場合において、遮断器30が電流経路を遮断してから423マイクロ秒経過したときであっても、導線電圧Vdは32.2ボルト以上であり、2つの導線電圧Vu,Vdの差は15.8ボルト以下に抑えられている。
以上のように構成された遮断装置20においては、遮断器30が電流経路を遮断して軸間距離Dが短い場合、コンデンサC1に十分な電荷が蓄積されているため、2つの導線電圧Vu,Vdの差、即ち、2つの導線W1,W2間の電位差は小さく、2つの導線W1,W2間にアーク放電が発生する確率は低い。更に、コンデンサC1の放電によって、2つの導線電圧Vu,Vdの差が大きくなった場合には、軸間距離Dが十分に長いため、2つの導線W1,W2間にアーク放電が発生する確率は低い。
一方、コンデンサC1を有していない遮断装置の遮断器30が電流経路を遮断した場合、導線電圧Vuが発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧に維持されている状態で、導線電圧Vdが瞬間的にゼロボルトに低下する。このため、電流経路が遮断された瞬間から、2つの導線電圧Vu,Vdの差が、発電機10又は第1蓄電器11の出力電圧、例えば48ボルトに維持される。従って、軸間距離Dが短い場合に、2つの導線W1,W2間にアーク放電が発生する確率が高い。アーク放電が発生した場合、高熱が発生し、この高熱によって2つの導線W1,W2が焼損する虞がある。また、アーク放電が発生した場合、電流経路が完全に遮断されない虞もある。従って、遮断装置20のように、導線W2から給電されるコンデンサC1を設けることは、アーク放電を防止するために非常に有効である。
なお、導線W2から給電される蓄電部は、コンデンサC1に限定されず、例えば、電力を蓄える機能を有する蓄電池であってもよい。
また、制御部22は、発熱器16に供給される電力のPWM制御を行わなくてもよい。制御部22は、例えば、IPD21をオンに維持することによって発熱器16を作動させ、IPD21をオフに維持することによって発熱器16を停止させてもよい。
また、制御部22は、発熱器16に供給される電力のPWM制御を行わなくてもよい。制御部22は、例えば、IPD21をオンに維持することによって発熱器16を作動させ、IPD21をオフに維持することによって発熱器16を停止させてもよい。
更に、発熱器16は、暖房機器に用いられる発熱器に限定されず、窓を暖めるために用いられる発熱器であってもよい。この場合であっても発熱器16は大電力を消費する。また、電流経路を流れる電流が供給される負荷は、発熱器16に限定されず、大きな電力を消費する電気機器であればよい。従って、発熱器16の代わりに、エアコンディショナーのコンプレッサー、ラジエータを冷却するファン、パワーステアリング、又は、動的に車両の横滑りを防止する装置を用いても、遮断装置20は同様の効果を奏する。
また、遮断装置20が搭載される装置は、IPD21のオン/オフによって、電流経路を流れる電流が供給される負荷の作動/停止を制御する制御装置13に限定されず、大きな電流が流れる電流経路であればよい。
更に、遮断器30は、遮断器30の温度が閾値温度以上になった場合に電気経路を遮断する構成でなくてもよい。例えば、電流経路に閾値電流以上の電流が流れた場合に電流経路を電気的に遮断する機能をIPD21が有していない場合、遮断器30は、電流経路に所定の電流以上の電流が流れた場合に電気経路を遮断する構成であってもよい。この場合であっても、遮断器30が電流経路を遮断した場合に2つの導線W1,W2間でアーク放電が発生する確率は低い。
また、遮断器30が電流経路を遮断する構成は、導線W2に対して導線W1を幅方向に移動させることによって、2つの導線W1,W2間の接続を外す構成に限定されない。遮断器30は、例えば、導線W2に対して導線W1を長さ方向に移動させることによって、2つの導線W1,W2間の接続を外してもよい。この場合であっても、電流経路を遮断したときに、2つの導線W1,W2間でアーク放電が発生する確率は低い。
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
16 発熱器
20 遮断装置
21 IPD(スイッチ)
22 制御部(制御手段)
30 遮断器
C1 コンデンサ(蓄電部)
W1,W2 導線
20 遮断装置
21 IPD(スイッチ)
22 制御部(制御手段)
30 遮断器
C1 コンデンサ(蓄電部)
W1,W2 導線
Claims (5)
- 一方向に電流が流れる電流経路を構成する2つの導線間に介装され、該電流経路を遮断する遮断器と、
前記2つの導線の内、前記電流経路の下流側に設けられた導線から給電される蓄電部と
を備えることを特徴とする遮断装置。 - 前記遮断器は、自身の温度が所定温度以上になった場合に前記電気経路を遮断するように構成してあること
を特徴とする請求項1に記載の遮断装置。 - 前記蓄電部はコンデンサであること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遮断装置。 - 請求項1乃至請求項3に記載の遮断装置と、
前記電流経路に設けられているスイッチと、
該スイッチをオン/オフすることによって、前記電流経路に流れる電流が供給される負荷の作動/停止を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする制御装置。 - 前記負荷は発熱器であり、
前記制御手段は、前記スイッチを間欠的にオン/オフすることによって、前記発熱器に供給される電力を調整するように構成してあること
を特徴とする請求項4に記載の制御装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114726241A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-08 | 北京索科曼正卓智能电气有限公司 | 一种基于igbt技术的电解水制氢电源装置 |
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- 2014-07-17 JP JP2014147149A patent/JP2016024912A/ja active Pending
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