JP2022013791A - 車両用電力遮断システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力の遮断動作に関する信頼性を向上させる。【解決手段】車両用電力遮断システム１は、補機用バッテリー１４から電力供給を受ける第１電力端８および第２電力端１０と、遮断制御部９と、遮断制御部９によって制御される火工遮断部１１と、を有し、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３への電力供給を遮断することが可能な、遮断ユニット２と、蓄電部７と、蓄電部７の電力を遮断制御部９に第１電圧で出力することが可能な第１放電回路５と、第１放電回路５が遮断制御部９に第１電圧を出力しているときに、蓄電部７の電力を火工遮断部１１へ第１電圧よりも高い値の第２電圧で出力することが可能な第２放電回路６と、第１放電回路５および第２放電回路６の動作を制御する電源制御部４と、を有するバックアップユニット３と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、各種蓄電池駆動車両に使用される車両用電力遮断システムに関するものである。

以下、従来の遮断装置について説明する。従来の遮断装置は、推進駆動用蓄電装置と推進駆動用負荷との間に設けられた。そして、遮断装置が動作するための電力は蓄電池から供給されていた。遮断装置は、車両が衝突などによって損傷を受けたときに直に、推進駆動用蓄電装置から推進駆動用負荷への電力供給を遮断し、推進駆動用蓄電装置が漏電を起こすことによって車両や搭乗者がさらに危険な状況に陥ることを防止していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１１－２５９１２号公報

しかしながら従来の遮断装置では、蓄電池からの電力供給が不安定な状態となった場合には、遮断装置が正しく動作できなくなるおそれがあった。

そこで本発明は、電力の遮断動作に関する信頼性を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本開示は、補機用バッテリーから動作電圧の供給を受ける第１電力端および第２電力端と、前記第１電力端に接続された遮断制御部と、前記第２電力端に接続されて前記遮断制御部によって制御される火工遮断部と、を有し、車両推進駆動蓄電部から車両推進駆動負荷への電力供給を遮断することが可能な、遮断ユニットと、蓄電部と、前記第１電力端に接続されて、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記遮断制御部に第１電圧で出力することが可能な第１放電回路と、前記第２電力端に接続されて、前記第１放電回路が前記遮断制御部に第１電圧を出力しているときに、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記火工遮断部へ前記第１電圧よりも高い値の第２電圧で出力することが可能な第２放電回路と、前記第１放電回路および前記第２放電回路の動作を制御する電源制御部と、を有するバックアップユニットと、を備える、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、遮断制御部と火工遮断部とは、補機用バッテリーと蓄電部との双方からの電力の供給を受けることが可能な状態となる。このため、一時的に補機用バッテリーの電圧が不安定な状況に陥った際や、車両が事故に遭遇して補機用バッテリーの失陥が生じた場合であっても、バックアップユニットから車両推進駆動蓄電部から車両推進駆動負荷への電力遮断のために必要となる遮断制御部への安定した電力供給が可能となる。さらにバックアップユニットから火工遮断部に十分に高い電圧を供給することが可能となる。これにより、遮断制御部の動作は安定し、火工遮断部は高速動作が可能となり、遮断制御部と火工遮断部とによる電力の遮断動作に関する信頼性が向上する。

本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第１回路ブロック図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第２回路ブロック図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第３回路ブロック図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第４回路ブロック図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第５回路ブロック図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムに用いる火工遮断部の第１模式図 本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムに用いる火工遮断部の第２模式図

以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第１回路ブロック図である。車両用電力遮断システム１は、遮断ユニット２とバックアップユニット３とを含む。

バックアップユニット３は、電源制御部４と第１放電回路５と第２放電回路６と蓄電部７とを含む。遮断ユニット２は第１電力端８と、第１電力端８に接続された遮断制御部９と、第２電力端１０と、第２電力端１０に接続された火工遮断部１１とを含む。遮断制御部９は火工遮断部１１の動作に対する制御を行う。

遮断ユニット２は、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３への電力の供給および電力の遮断が可能である。第１電力端８と第２電力端１０とは動作電力の供給を受ける。第１電力端８と第２電力端１０とは補機用バッテリー１４に接続されている。第１放電回路５は第１電力端８に接続されている。第２放電回路６は第２電力端１０に接続されている。

蓄電部７は、蓄えた電力を第１放電回路５と第２放電回路６とに電力を供給する。そして、第１放電回路５は第１電力端８を通じて遮断制御部９に第１電圧Ｖ１を出力することが可能である。さらに、第１放電回路５が遮断制御部９に第１電圧Ｖ１を出力しているときに、第２放電回路６は第２電力端１０を通じて火工遮断部１１へ第１電圧Ｖ１よりも高い値の第２電圧Ｖ２を出力することが可能である。

以上の構成および動作によって、遮断制御部９と火工遮断部１１とは、補機用バッテリー１４と蓄電部７との双方からの電力の供給を受けることが可能な状態となる。このため、車両１５が事故に遭遇して補機用バッテリー１４の失陥が生じたときや、あるいは事故に遭遇する以前に、補機用バッテリー１４の電圧が不安定な状況に陥った場合であっても、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３への電力を火工遮断部１１によって遮断させる制御を実行する遮断制御部９は、安定した電力供給を第１放電回路５から受けることが可能となる。さらに第２放電回路６から火工遮断部１１に十分に高い電圧を供給することが可能となる。これにより、遮断制御部９の動作は安定し、火工遮断部１１は高速遮断動作が可能となり、遮断制御部９と火工遮断部１１とによる電力の遮断動作に関する信頼性が向上する。

以下で、車両用電力遮断システム１の構成および動作の詳細について図２の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第２回路ブロック図、図３の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第３回路ブロック図、図４の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第４回路ブロック図、および図５の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムの構成を示す第５回路ブロック図を用いて説明する。

車両用電力遮断システム１は、車両１５の車体１６に搭載されている。車両用電力遮断システム１の遮断ユニット２は、車両推進駆動蓄電部１２と車両推進駆動負荷１３との間に配置されていて、車両推進駆動蓄電部１２と車両推進駆動負荷１３とを接続状態あるいは遮断状態とすることが可能であり、車両１５や車体１６が正常な状態であるときには接続状態となっている。

いいかえると、遮断ユニット２は初期状態として接続状態となっていて、車両１５や車体１６に事故が発生したときや、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３へと過電流が流れたときなどに、遮断ユニット２は遮断状態となる。車両推進駆動蓄電部１２には、例えば５００Ｖ程度の端子電圧が得られるように、リチウム電池などの二次電池が蓄電素子に用いられたうえで、複数の蓄電素子が設けられている。車両推進駆動負荷１３には、例えば車両１５を推進駆動させるためのモータおよびモータへ交流電力を供給するインバータ装置などが用いられる。

遮断ユニット２は通常、補機用バッテリー１４から供給される電力を用いることによって動作が可能となっている。遮断ユニット２は先にも述べたように、第１電力端８および第１電力端８に接続された遮断制御部９と、第２電力端１０および第２電力端１０に接続された火工遮断部１１とを含む。遮断制御部９は火工遮断部１１の動作に対する制御を行う。遮断制御部９は例えば、車両１５が異常状態に陥ったときや、後述する導体部１８に過電流や異常電流が生じた際に、火工遮断部１１を接続状態から遮断状態へと物理的に破壊することで切り替える。

またあるいは、遮断ユニット２は通常、補機用バッテリー１４から供給される電力を用いることによって動作が可能となっている。遮断ユニット２は、第１電力端８および第１電力端８に接続された遮断制御部９と、第２電力端１０および第２電力端１０にスイッチ２６を介して接続された火工遮断部１１とを含む。遮断制御部９はスイッチ２６を接続状態あるいは遮断状態とする制御を実行することで火工遮断部１１の動作に対する制御を行う。遮断制御部９は例えば、車両１５が異常状態に陥ったときや、後述する導体部１８に状過電流や異常電流が生じた際に、スイッチ２６を遮断状態から接続状態とすることで火工遮断部１１へ電力を供給する。そして、火工遮断部１１は接続状態から遮断状態へと物理的に破壊されることで切り替えられる。

またさらに、遮断ユニット２は通常、補機用バッテリー１４から供給される電力を用いることによって動作が可能となっている。遮断ユニット２は、第１電力端８および第１電力端８に接続された遮断制御部９と、第２電力端１０および第２電力端１０に接続されたスイッチ２６とを含む。遮断制御部９は接続状態のスイッチ２６を介して第２電力端１０からの電力の供給をうけたうえで、火工遮断部１１の動作に対する制御を行うことが可能である。遮断制御部９は例えば、車両１５が異常状態に陥ったときや、後述する導体部１８に過電流や異常電流が生じた際に、接続状態のスイッチ２６から供給された電力を用いて火工遮断部１１へ電力を供給する。そして、火工遮断部１１は接続状態から遮断状態へと物理的に破壊されることで切り替えられる。ここで図示はしていないが、遮断制御部９とスイッチ２６との間は制御用の導体と電力供給用の導体によって接続されていてよい。また、図示していないが、第２電力端１０と遮断制御部９とはスイッチ２６を介さずに電力供給用の導体で直接に接続されていてもよい。

本実施例では、遮断制御部９とスイッチ２６とは異なる素子や回路として説明しているが、遮断制御部９とスイッチ２６とは単一の制御回路である遮断回路部（図示せず）として設けられていてもよい。いいかえると遮断回路部（図示せず）は、第１電力端８と第２電力端１０とから供給された信号や電力を用いて火工遮断部１１が動作するための電力供給が可能であってもよい。

遮断ユニット２の特に火工遮断部１１は、先に述べた車両推進駆動蓄電部１２と車両推進駆動負荷１３とを初期状態で接続状態としている。図６の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムに用いる火工遮断部１１の第１模式図に示すように、火工遮断部１１は火工部１７と導体部１８とを有する。火工部１７はさらに、火薬が爆発することなどによって大きな機械的エネルギーを発生させるエネルギー生成部１７Ａと、エネルギー生成部１７Ａで発生した機械的エネルギーを運動エネルギーとして用いて位置変化を起こす破壊片１７Ｂとを有する。遮断制御部９は火工遮断部１１へ遮断指示を行うことで、火工部１７を起爆させて導体部１８を破壊する遮断動作を火工遮断部１１に実行させる、
いいかえると、火工部１７は遮断制御部９からエネルギー生成部１７Ａが起爆するための信号と、第２電力端１０からエネルギー生成部１７Ａにおける起爆を促進するための電力を受ける。

あるいは、図７の本開示の実施の形態における車両用電力遮断システムに用いる火工遮断部１１の第２模式図に示すように、火工部１７はからエネルギー生成部１７Ａが起爆するために、遮断制御部９の制御によって遮断状態から接続状態へと切り替えられたスイッチ２６を通じて第２電力端１０から電力を受けてもよい。そして、エネルギー生成部１７Ａが起爆することによって、破壊片１７Ｂが導体部１８を不可逆的な機械的破壊を行い、車両推進駆動蓄電部１２と車両推進駆動負荷１３との接続状態が遮断状態へと切り換えられる。ここで、破壊片１７Ｂはブレード状の金属片やあるいは弾丸状の金属片などが用いられることが一般的であるが、導体部１８を破壊して切断可能な物質であればよく、金属片に限定される必要はない。

ここで、遮断ユニット２の遮断制御部９が火工遮断部１１を接続状態から遮断状態へと状態変化をさせるのは、車体１６に搭載された車両制御部１９が事故の発生などを検知し、車両制御部１９から遮断の指示を遮断制御部９が受信したときや、あるいは、遮断制御部９が遮断ユニット２における過電流を検知したときなどである。

先にも述べたように、第１電力端８から遮断制御部９へと、遮断制御部９が動作可能となるために供給される電力は、補機用バッテリー１４が正常なときや車両１５が正常なときは、補機用バッテリー１４によって供給される。また、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力は、補機用バッテリー１４が正常なときや車両１５が正常なときは、補機用バッテリー１４によって供給される。

ここで、第１電力端８および第２電力端１０には、バックアップユニット３が接続されている。厳密には、第１電力端８は第１放電回路５に接続されている。また第２電力端１０は第２放電回路６に接続されている。第１放電回路５および第２放電回路６は蓄電部７に蓄えられた電力を用いて、第１電力端８から遮断制御部９へ、あるいは第２電力端１０から火工遮断部１１へ、電圧の出力あるいは電力の供給が可能となっている。いいかえると、第１電力端８および第２電力端１０には、補機用バッテリー１４とバックアップユニット３とが並列して接続された状態となっている。

また、第１放電回路５および第２放電回路６は、互いに独立した回路であっても、あるいは分圧回路によって異なった電圧の出力が可能な回路で構成されていてもよい。ここでは第１放電回路５および第２放電回路６は、異なったタイミングでそれぞれが起動し、異なった電力を安定して、かつ、継続して電力を出力するために電源制御部４による制御が可能なように、ＤＣＤＣコンバータが用いられるとよい。

これにより、遮断制御部９と火工遮断部１１とは、補機用バッテリー１４と蓄電部７との双方からの電力の供給を受けることが可能な状態となる。このため、車両１５が事故に遭遇して補機用バッテリー１４の失陥が生じたときや、あるいは事故に遭遇する以前に、補機用バッテリー１４の電圧が不安定な状況に陥った場合であっても、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３への電力を火工遮断部１１によって遮断させる制御を実行する遮断制御部９は、安定した電力供給を第１放電回路５から受けることが可能となる。

ここで、第１放電回路５が第１電力端８を通じて遮断制御部９へ出力が可能な電圧の第１電圧Ｖ１よりも、第２放電回路６が第２電力端１０を通じて火工遮断部１１へ出力が可能な電圧の第２電圧Ｖ２は高い電圧値としている。遮断制御部９は、演算素子や記憶素子などによって構成されているため、例えば３Ｖ～５Ｖ程度の低い電圧値で制御や検知に関する動作が可能である。この一方で、火工遮断部１１が動作する際には、火工遮断部１１に例えば１０Ｖ程度の高い電圧を印加することによって火工遮断部１１の特に火工部１７に大きな電流を流すことができ、エネルギー生成部１７Ａでの起爆の速度を高めることが可能となる。したがって、第１電力端８を通じて遮断制御部９へと電力が供給され、かつ、第２電力端１０を通じて火工遮断部１１へと電力が供給されたとき、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

ここで、バックアップユニット３には、第１電力端８と第１放電回路５とを接続するダイオード２０が配置されるとよい。同様にバックアップユニット３には、第２電力端１０と第２放電回路６とを接続するダイオード２０が配置されるとよい。ここで、ダイオード２０のアノードは、第１放電回路５および第２放電回路６に接続される。また、ダイオード２０のカソードは、第１電力端８および第２電力端１０に接続される。これにより、補機用バッテリー１４が正常なときや車両１５が正常なときに、補機用バッテリー１４によって第１電力端８および第２電力端１０へ供給される電圧が標準電圧Ｖ０として、第１電圧Ｖ１や第２電圧Ｖ２よりも高い電圧値であっても、バックアップユニット３に電力が逆流する状態とはならない。

補機用バッテリー１４によって第１電力端８および第２電力端１０へ供給される電圧は、電圧変換回路２１が車両用電力遮断システム１に設けられることによって、電圧変換回路２１を介して補機用バッテリー１４から第１電力端８および第２電力端１０に、異なる電圧値で供給されてもよい。このとき、第１電力端８は補機用バッテリー１４から電圧変換回路２１を介して第１定常電圧Ｖ０１の供給を受け、第２電力端１０は補機用バッテリー１４から電圧変換回路２１を介して第２定常電圧Ｖ０２の供給を受ける。このとき、電圧変換回路２１は互いに独立した２つのＤＣＤＣコンバータを有し、それぞれのＤＣＤＣコンバータが第１定常電圧Ｖ０１と第２定常電圧Ｖ０２とを供給してもよい。あるいは電圧変換回路２１が有する分圧回路によって第１定常電圧Ｖ０１と第２定常電圧Ｖ０２とが供給されるように構成されていてもよい。

ここで、第１定常電圧Ｖ０１よりも、先に述べた第１電圧Ｖ１を低い値とすることによって、仮に第１放電回路５から第１電圧を出力した状態であっても、実質的に第１放電回路５から電力の放電は起こらない状態となり、蓄電部７に蓄えられた電力を維持することができる。

以上の構成および動作によって、遮断制御部９と火工遮断部１１とは、補機用バッテリー１４と蓄電部７との双方からの電力の供給を受けることが可能な状態となる。このため、車両１５が事故に遭遇して補機用バッテリー１４の失陥が生じたときや、あるいは事故に遭遇する以前に、補機用バッテリー１４の電圧が不安定な状況に陥った場合であっても、車両推進駆動蓄電部１２から車両推進駆動負荷１３への電力を火工遮断部１１によって遮断させる制御を実行する遮断制御部９は、安定した電力供給を第１放電回路５から受けることが可能となる。さらに第２放電回路６から火工遮断部１１に十分に高い電圧を、そして大きな値の電流を供給することが可能となる。これにより、遮断制御部９の動作は安定し、火工遮断部１１は高速遮断動作が可能となり、遮断制御部９と火工遮断部１１とによる電力の遮断動作に関する信頼性が向上する。

以下で、バックアップユニット３の動作の詳細について説明する。バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めてもよい。例えば、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが、車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行してもよい。ここで、第１放電回路５が第１電圧Ｖ１を出力するのは、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信したときと同時であっても、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信してから所定時間後であって車両１５が走行を始めるまでのタイミングであってもよい。

さらに、電源制御部４は第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させるように制御を実行する。ここで、第２放電回路６が第２電圧Ｖ２を出力するのは、第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力し始めると同時、あるいは、第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力し始めた後とすればよい。いいかえると、第１放電回路５が優先的に動作を始める。よって、遮断ユニット２の遮断制御部９は優先的に駆動電力のバックアップを有した状態となり、火工遮断部１１の動作は遮断制御部９が動作していることが必須であるため、遮断ユニット２の動作信頼性は向上する。

ここで、第１電圧Ｖ１は遮断制御部９を動作させることが可能であって第１定常電圧Ｖ０１よりも低い電圧値で、第２電圧Ｖ２は第２定常電圧Ｖ０２よりも低い電圧値とすればよい。したがって、補機用バッテリー１４が正常であれば、バックアップユニット３が電圧を印加していても電力の出力は行わない。よって、蓄電部７に蓄えられた電力は浪費されず、長時間にわたっての維持が可能となる。

これにより、バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めることで、特に第１放電回路５は車両１５が起動している間においては概ね常時において遮断ユニット２の遮断制御部９に対しての電力供給が可能な状態となっている。さらに、第２放電回路６もまた、車両１５が起動している間においては概ね常時において遮断ユニット２の火工遮断部１１に対しての電力供給が可能な状態となっている。この結果、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、間断なく遮断ユニット２は動作することが可能となる。

バックアップユニット３の動作は、例えば、車両１５の起動と、車両１５や車体１６からの事故に関する情報と、にもとづいて実行されてもよい。

ここでは、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から発せられた車両起動信号を、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行する。そのあと、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から、電源制御部４に設けられた第１受信端４Ｂが、車両事故信号を受信したときに、電源制御部４は第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させるように制御を実行する。さらに、遮断制御部９に設けられた車両事故信号を受信可能な第２受信端９Ａが電源制御部４と同時に車両事故信号を受信する。そして、遮断制御部９は火工遮断部１１に遮断動作を実行させる。

これにより、バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めることで、特に第１放電回路５は車両１５が起動している間においては概ね常時において遮断ユニット２の遮断制御部９に対しての電力供給が可能な状態となっている。

さらにここでは、第２放電回路６は車両１５が事故に遭遇したことにより火工遮断部１１への電力供給を行う。そして、車両１５が事故に遭遇したことにより火工遮断部１１は遮断制御部９から遮断実行の指示を受ける。これにより、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、間断なく遮断ユニット２は動作することが可能となる。あるいは、車両１５が事故に遭遇したことにより遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り換え、火工遮断部１１は第２電力端１０から電力供給を受けることで遮断状態へと切り替わる。これにより、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、間断なく遮断ユニット２は動作することが可能となる。ここでスイッチ２６には電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）をはじめとする、半導体スイッチが用いられるとよい。

また、補機用バッテリー１４の状態に関係なく、第２放電回路６は第２電圧Ｖ２を第２定常電圧Ｖ０２よりも高い電圧値で出力することもできる。これにより、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力を大きな値とすることが可能となる。この結果として、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

バックアップユニット３の動作については、また例えば、車両１５の起動と、火工遮断部１１における過電流が発生したこと関する情報と、にもとづいて実行されてもよい。

ここでは、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から発せられた車両起動信号を、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行する。そのあと、火工遮断部１１に設けられた電流検出回路１１Ａは導体部１８に流れる電流を検出し始める。そして、電流検出回路１１Ａは導体部１８に流れる電流が過電流閾値を超えたことを検出すると、過電流検出信号を遮断制御部９の検出信号受信部９Ｂへ発信する。またこのとき、電源制御部４は電流検出回路１１Ａから、もしくは遮断制御部９から、過電流検出信号を第３受信端４Ｃで受信する。電源制御部４は過電流検出信号を受信すると、第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させる。また、遮断制御部９は火工遮断部１１に遮断実行の指示を行う。あるいは、遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り替える制御を行い火工遮断部１１に遮断を実行させる。

これにより、バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めることで、特に第１放電回路５は車両１５が起動している間においては概ね常時において、遮断ユニット２の遮断制御部９に対しての電力供給が可能な状態となっている。

さらにここでは、第２放電回路６は、車両１５が事故などに遭遇したことなどにより車両推進駆動負荷１３などで短絡が生じ、導体部１８に過電流が流れたときに、火工遮断部１１への電力供給を行う。そして、導体部１８に過電流が発生したことにより火工遮断部１１は遮断制御部９から遮断実行の指示を受ける。あるいは、導体部１８に過電流が流れたときに遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り替える制御を行い火工遮断部１１に遮断を実行させる。これにより、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、間断なく遮断ユニット２は動作することが可能となる。

このとき、補機用バッテリー１４の状態に関係なく、第２放電回路６は第２電圧Ｖ２を第２定常電圧Ｖ０２よりも高い電圧値で出力することもできる。これにより、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力を大きな値とすることが可能となる。この結果として、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

ここでは説明の便宜上、電流検出回路１１Ａ、遮断制御部９、検出信号受信部９Ｂは異なる要素として説明しているが、これらは一括して遮断制御部９に含まれた機能としても構わない。

いいかえると、上記の説明では電流検出回路１１Ａはシャント抵抗（図示せず）やホール素子（図示せず）などを用いて導体部１８に流れる電流を検出電圧値として検出し、電流検出回路１１Ａは検出電圧値によって、予め記憶装置（図示せず）に記憶されていた過電流閾値に対応する電圧値との比較を演算装置（図示せず）で実施する機能を有している。そして、導体部１８に流れる電流が過電流閾値を超えたと演算装置（図示せず）が判断した結果が、過電流検出信号の発信に相当する。上記のように説明のうえでは記憶装置（図示せず）や演算装置（図示せず）は電流検出回路１１Ａを構成する要素として、遮断制御部９と別の要素としている。しかしながら、記憶装置（図示せず）や演算装置（図示せず）を含め、電流検出回路１１Ａの機能は遮断制御部９が設けられていてもよい。いいかえると、シャント抵抗（図示せず）やホール素子（図示せず）などを除き、電流検出回路１１Ａ、検出信号受信部９Ｂを有した遮断制御部９が火工遮断部１１に設けられていると考えてよい。

バックアップユニット３の動作については、また例えば、車両１５の起動と、補機用バッテリー１４からの電力供給の状態と、車両１５や車体１６からの事故に関する情報と、にもとづいて実行されてもよい。

ここでは、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から発せられた車両起動信号を、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行する。また、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信しているときには、電源制御部４はバックアップユニット３に設けられた受電端２２の電圧を検出する。補機用バッテリー１４は受電端２２を通じて蓄電部７へ電力を供給する。あるいは、補機用バッテリー１４は受電端２２を通じて蓄電部７を充電する。

このあと、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信している状態で、いいかえると、車両１５が駆動状態で、受電端２２の電圧がバッテリー電圧閾値よりも低下したことを電源制御部４が検出すると、電源制御部４は第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させる。さらに電源制御部４は、遮断制御部９に設けられて車両事故信号を受信可能な第２受信端９Ａへ車両事故信号を発信する。そして、遮断制御部９は火工遮断部１１に遮断動作を実行させる。あるいは、遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り替える制御を行い火工遮断部１１に遮断を実行させる。

これにより、バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めることで、特に第１放電回路５は車両１５が起動している間においては概ね常時において遮断ユニット２の遮断制御部９に対しての電力供給が可能な状態となっている。

さらにここでは、車両１５が駆動中であるにもかかわらず、補機用バッテリー１４の電圧がバッテリー電圧閾値よりも低下したことによって、第２放電回路６は火工遮断部１１への電力供給を行う。そして、電源制御部４は遮断制御部９に対して強制的に火工遮断部１１に遮断を実行するよう遮断指示を行う。これは、いいかえると、車両１５が駆動しているときに、補機用バッテリー１４を失うバッテリー失陥状態となったことに対応して、第２放電回路６は火工遮断部１１への電力供給を行い、さらに火工遮断部１１に遮断を実行させることとなる。このため、バッテリー電圧閾値は通常では起こりえない水準のバッテリー電圧変動範囲からはるかにかけ離れて低い値である０Ｖに近い水準とすればよい。これにより、バッテリー失陥に関する誤検知が抑制される。

これにより、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、過電流状態の有無に関係なく漏電などを防止するために間断なく遮断ユニット２は動作することが可能となる。

ここで、第２放電回路６は第２電圧Ｖ２を第２定常電圧Ｖ０２よりも高い電圧値で出力することもできる。これにより、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力を大きな値とすることが可能となる。この結果として、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

バックアップユニット３の動作については、また例えば、車両１５の起動と、補機用バッテリー１４からの電力供給の状態と、火工遮断部１１における過電流が発生したこと関する情報と、にもとづいて実行されてもよい。

ここでは、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から発せられた車両起動信号を、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行する。また、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信しているときには、電源制御部４はバックアップユニット３に設けられた受電端２２の電圧を検出する。補機用バッテリー１４は受電端２２を通じて蓄電部７へ電力を供給する。あるいは、補機用バッテリー１４は受電端２２を通じて蓄電部７を充電する。

このあと、車両起動信号受信端４Ａが車両起動信号を受信している状態で、いいかえると、車両１５が駆動状態で、受電端２２の電圧がバッテリー電圧閾値よりも低下したことを電源制御部４が検出すると、電源制御部４は第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させる。さらにこのあと、遮断制御部９が導体部１８に過電流の発生を検出したことにより火工遮断部１１は遮断制御部９から遮断実行の指示を受ける。あるいは、遮断制御部９が導体部１８に過電流の発生を検出したことにより遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り替える制御を行い火工遮断部１１に遮断を実行させる。

これにより、バックアップユニット３は、車両１５の起動に対応して動作を始めることで、特に第１放電回路５は車両１５が起動している間においては概ね常時において遮断ユニット２の遮断制御部９に対しての電力供給が可能な状態となっている。

さらにここでは、車両１５が駆動中であるにもかかわらず、補機用バッテリー１４の電圧がバッテリー電圧閾値よりも低下したことによって、第２放電回路６は火工遮断部１１への電力供給可能な状態となる。そしてこのあとで、過電流が発生したときに火工遮断部１１は遮断を実行する。これは、いいかえると、車両１５が駆動しているときに、補機用バッテリー１４を失うバッテリー失陥状態となったことに対応して、第２放電回路６は火工遮断部１１への電力供給が可能な状態となる。このため、バッテリー電圧閾値は通常では起こりえない水準のバッテリー電圧変動範囲からはるかにかけ離れて低い値である０Ｖに近い水準とすればよい。これにより、バッテリー失陥に関する誤検知が抑制される。

これにより、補機用バッテリー１４が車両１５の事故などによって失陥した場合であっても、過電流状態となったときに十分な電圧および電力を火工遮断部１１に供給することができ、遮断ユニット２は正常に動作することが可能となる。仮に、車両１５が駆動しているときにバッテリー失陥状態となったタイミングと、遮断制御部９による過電流検出とのタイミングに時間差がある場合は、第２放電回路６は、火工遮断部１１への電力供給が可能な状態を維持したうえで遮断制御部９による過電流検出を待つ、待機状態を有すればよい。

ここで、遮断制御部９や電流検出回路１１Ａが導体部１８における過電流を検出した際の手順は先に述べた場合と同様であってよい。

また、第２放電回路６は第２電圧Ｖ２を第２定常電圧Ｖ０２よりも高い電圧値で出力することもできる。これにより、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力を大きな値とすることが可能となる。この結果として、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

バックアップユニット３の動作については、また例えば、車両１５における衝突予測と、車両１５や車体１６からの事故に関する情報あるいは火工遮断部１１における過電流が発生したこと関する情報と、にもとづいて実行されてもよい。

ここでは、車両制御部１９などの車両１５に設けられた装置から発せられた衝突予測をはじめとする危険予測信号を、電源制御部４に設けられた第４受信端４Ｄが車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４は第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を出力させるように制御を実行する。そして電源制御部４は第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させるように制御を実行する。第１電圧Ｖ１が出力されるタイミングは、第２電圧Ｖ２が出力されるタイミングよりも先であってもよいが、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とは同時に出力されることが望ましい。

そしてこのあと、遮断制御部９は、遮断制御部９に設けられた第２受信端９Ａで車両事故信号を受信したとき、あるいは遮断ユニット２の電流検出回路１１Ａで導体部１８に流れる電流が過電流閾値を超越したことを検出したとき、火工遮断部１１に遮断動作を実行させる。

つまり、車両１５に衝突などの事故が生じる事前で危険な状態が迫った時点で、補機用バッテリー１４の状態に関係なく電源制御部４は、第１放電回路５に第１電圧Ｖ１を、第２放電回路６に第２電圧Ｖ２を出力させるように制御を実行する。そしてそのあとで、実際に車両１５が事故に遭遇したことや、車両１５が事故に遭遇したことに伴って過電流が生じた際に、遮断制御部９は火工遮断部１１に遮断動作を実行させる。あるいは、実際に車両１５が事故に遭遇したことや、車両１５が事故に遭遇したことに伴って過電流が生じた際に、遮断制御部９はスイッチ２６を遮断状態から接続状態へと切り替える制御を行い火工遮断部１１に遮断を実行させる。

これにより、車両１５が事故に遭遇する事前に、補機用バッテリー１４の状態に関係なく、バックアップユニット３は遮断ユニット２が必要とする全ての電力を供給することが可能となっている。よって、車両１５が事故に遭遇して遮断ユニット２は動作が必要となったときに即座に、かつ、正常に動作することが可能となる。

ここで、遮断制御部９や電流検出回路１１Ａが導体部１８における過電流を検出した際の手順は先に述べた場合と同様であってよい。

また、第２放電回路６は第２電圧Ｖ２を第２定常電圧Ｖ０２よりも高い電圧値で出力することもできる。これにより、第２電力端１０から火工遮断部１１へと供給されてエネルギー生成部１７Ａにおいて起爆を促進させるための電力を大きな値とすることが可能となる。この結果として、火工遮断部１１における遮断速度は向上し、遮断の信頼性もまた向上する。

バックアップユニット３の蓄電部７は、補機用バッテリー１４から受電端２２を介して電力の供給を受けることで充電される。ここで、受電端２２と蓄電部７との間には充電回路２３が設けられてよい。いいかえると、蓄電部７の充電経路には充電回路２３が設けられ、蓄電部７の放電経路には第１放電回路５と充電回路２３とが並列する状態で設けられている。ここで充電回路２３は電源制御部４からの制御によって、蓄電部７の充電状態や充電速度などを調節するとよい。充電回路２３は昇圧動作あるいは降圧動作の何れの動作で蓄電部７を充電してもよい。

また充電回路２３は電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが、車両起動信号を受信したことに対応して、電源制御部４に設けられた車両起動信号受信端４Ａが、車両起動信号を受信したことに対応して、対する充電動作を始めるとよい。また、蓄電部７には車両１５の起動時に充電が実行される事前に、蓄電部７に多少の電力を残存電力として蓄えていてもよい。

蓄電部７の蓄電素子（図示せず）には電気二重層コンデンサやリチウムイオンキャパシタなどの大きな電流密度で放電することが可能な素子が用いられることが望ましい。

以上の実施例では、構成要素間で信号や電力を伝える接続点には、車両起動信号受信端４Ａ、第１受信端４Ｂ、第２受信端９Ａ、第３受信端４Ｃ、第４受信端４Ｄ、第１電力端８、第２電力端１０として説明の便宜上、特定の名称が付与されている。上記の接続点は端子として置き換えてもよいが、その一方で構成要素間を接続する導体そのものや、電気回路の一部が、上記の接続点に相当してもよい。いいかえると、特定の構成要素として接続点を設ける必要はない。

また以上の実施例では、車両起動信号受信端４Ａ、第１受信端４Ｂ、第３受信端４Ｃ、第４受信端４Ｄは、説明の便宜上、異なる受信端を設けた構成として説明している。しかしながら、車両起動信号受信端４Ａ、第１受信端４Ｂ、第３受信端４Ｃ、第４受信端４Ｄは、異なる受信端として設けられても、あるいは、単一の受信端として設けられても、またあるいは、任意の複数の受信端として設けられてもよく、電源制御部４が受信した信号が如何なる信号であるかを、電源制御部４が認識できればよい。

先にも説明したように、第２放電回路６から第２電力端１０を通じて火工遮断部１１へ供給する第２電圧Ｖ２は、第１放電回路５から第１電力端８を通じて遮断制御部９へ供給する第１電圧Ｖ１よりも高い値としている。遮断制御部９では演算や記憶および制御が主に実行されることから消費電力は小さく、第１電力端８を流れる電流は微弱な値である。この一方で、火工遮断部１１のエネルギー生成部１７Ａでの動作時間は遮断制御部９に比較して非常に短く短時間ではあるものの、動作時には火工遮断部１１の消費電力は遮断制御部９の消費電力よりも大きくなり、第１電力端８よりも大きな値の電流が第２電力端１０に流れる。

このため、第１放電回路５と遮断制御部９とを接続する第１導体２４よりも、第２放電回路６と火工遮断部１１とを接続する第２導体２５は断面積が大きく電流容量は大きい。これにより、第２放電回路６から火工遮断部１１への電力供給は安定し、火工遮断部１１の動作信頼性は向上する。

本発明の車両用電力遮断システムは、電力の遮断動作に関する信頼性を向上させるという効果を有し、各種蓄電池駆動車両において有用である。

１ 車両用電力遮断システム
２ 遮断ユニット
３ バックアップユニット
４ 電源制御部
４Ａ 車両起動信号受信端
４Ｂ 第１受信端
４Ｃ 第３受信端
４Ｄ 第４受信端
５ 第１放電回路
６ 第２放電回路
７ 蓄電部
８ 第１電力端
９ 遮断制御部
１０ 第２電力端
１１ 火工遮断部
１１Ａ 電流検出回路
１２ 車両推進駆動蓄電部
１３ 車両推進駆動負荷
１４ 補機用バッテリー
１５ 車両
１６ 車体
１７ 火工部
１７Ａ エネルギー生成部
１７Ｂ 破壊片
１８ 導体部
１９ 車両制御部
２０ ダイオード
２１ 電圧変換回路
２２ 受電端
２３ 充電回路
２４ 第１導体
２５ 第２導体

Claims (13)

1. 補機用バッテリーから動作電圧の供給を受ける第１電力端および第２電力端と、前記第１電力端に接続された遮断制御部と、前記第２電力端に接続されて前記遮断制御部によって制御される火工遮断部と、を有し、車両推進駆動蓄電部から車両推進駆動負荷への電力供給を遮断することが可能な、遮断ユニットと、
   蓄電部と、
   前記第１電力端に接続されて、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記遮断制御部に第１電圧で出力することが可能な第１放電回路と、
   前記第２電力端に接続されて、前記第１放電回路が前記遮断制御部に第１電圧を出力しているときに、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記火工遮断部へ前記第１電圧よりも高い値の第２電圧で出力することが可能な第２放電回路と、
   前記第１放電回路および前記第２放電回路の動作を制御する電源制御部と、
   を有するバックアップユニットと、
   を備える、
   車両用電力遮断システム。
2. 補機用バッテリーから動作電圧の供給を受ける第１電力端および第２電力端と、前記第１電力端に接続された遮断制御部と、前記遮断制御部によって開閉制御されるスイッチを介して前記第２電力端に接続される火工遮断部と、を有し、車両推進駆動蓄電部から車両推進駆動負荷への電力供給を遮断することが可能な、遮断ユニットと、
   蓄電部と、
   前記第１電力端に接続されて、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記遮断制御部に第１電圧で出力することが可能な第１放電回路と、
   前記第２電力端に接続されて、前記第１放電回路が前記遮断制御部に第１電圧を出力しているときに、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記火工遮断部へ前記第１電圧よりも高い値の第２電圧で出力することが可能な第２放電回路と、
   前記第１放電回路および前記第２放電回路の動作を制御する電源制御部と、
   を有するバックアップユニットと、
   を備える、
   車両用電力遮断システム。
3. 補機用バッテリーから動作電圧の供給を受ける第１電力端および第２電力端と、前記第１電力端に接続され、かつ、前記第２電力端にスイッチを介して接続された遮断制御部と、前記遮断制御部によって電力が供給されることが可能な火工遮断部と、を有し、車両推進駆動蓄電部から車両推進駆動負荷への電力供給を遮断することが可能な、遮断ユニットと、
   蓄電部と、
   前記第１電力端に接続されて、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記遮断制御部に第１電圧で出力することが可能な第１放電回路と、
   前記第２電力端に接続されて、前記第１放電回路が前記遮断制御部に第１電圧を出力しているときに、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記火工遮断部へ前記第１電圧よりも高い値の第２電圧で出力することが可能な第２放電回路と、
   前記第１放電回路および前記第２放電回路の動作を制御する電源制御部と、
   を有するバックアップユニットと、
   を備える、
   車両用電力遮断システム。
4. 前記火工遮断部は、
   前記車両推進駆動蓄電部から前記車両推進駆動負荷への電力供給が導体部と、
   前記導体部を破壊することが可能な火工部と、を有し、
   前記遮断制御部が前記火工遮断部へ遮断指示を行う、もしくは前記スイッチを遮断状態から接続状態へと切り替えることで、前記火工部を起爆させて前記導体部を破壊する遮断動作を前記火工遮断部に実行させる、
   請求項１から請求項３に記載のいずれかの車両用電力遮断システム。
5. 前記電源制御部は車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端を、さらに有し、
   前記電源制御部は、
   前記車両起動信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第１電圧を出力させ、前記第１放電回路が前記第１電圧を出力すると同時に、もしくは、前記第１放電回路が前記第１電圧を出力したあとに、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させる、
   請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
6. 前記電源制御部は、車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端および車両事故信号を受信可能な第１受信端を、
   前記遮断制御部は、前記車両事故信号を受信可能な第２受信端を、さらに有し、
   前記電源制御部は、前記車両起動信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第２電圧を出力させ、前記車両事故信号を受信したとき、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させ、
   前記遮断制御部は、前記車両事故信号を受信したときに前記火工遮断部に前記遮断動作を実行させる、
   請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
7. 前記火工遮断部は、前記導体部に流れる過電流を検出可能な電流検出回路を、
   前記遮断制御部は、前記電流検出回路から発せられる過電流検出信号を受信可能な検出信号受信部を、
   前記電源制御部は、車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端、および、前記遮断制御部もしくは前記電流検出回路からの前記過電流検出信号を受信可能な第３受信端を、
   さらに有し、
   前記電源制御部は、前記車両起動信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第１電圧を出力させ、前記過電流検出信号を前記第３受信端で受信した場合に、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させ、
   前記遮断制御部は、前記過電流検出信号を前記検出信号受信部で受信したときに前記火工遮断部に前記遮断動作を実行させる、
   請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
8. 前記蓄電部へ電力を供給する受電端をさらに備え、
   前記電源制御部は、車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端をさらに有し、かつ、前記受電端の電圧を検出することが可能であり、
   前記遮断制御部は、車両事故信号を受信可能な第２受信端を、さらに有し、
   前記電源制御部は、前記車両起動信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第１電圧を出力させたあと、前記車両起動信号を受信しているときに前記受電端の電圧が閾値よりも低下したことを検出すると、
   前記電源制御部は、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させ、前記遮断制御部へ前記車両事故信号を発信し、前記遮断制御部は前記火工遮断部に前記遮断動作を実行させる、
   請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
9. 前記蓄電部へ電力を供給する受電端をさらに備え、
   前記電源制御部は、車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端をさらに有し、かつ、前記受電端の電圧を検出することが可能であり、
   前記遮断制御部は、前記火工遮断部に流れる電流を検出する電流検出回路を、さらに有し、
   前記電源制御部は、前記車両起動信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第１電圧を出力させたあと、前記車両起動信号を受信しているときに前記受電端の電圧が閾値よりも低下したことを検出すると、
   前記電源制御部は、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させ、そのあと前記電流検出回路が過電流を検出したときに、前記遮断制御部は前記火工遮断部に前記遮断動作を実行させる、
   請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
10. 前記電源制御部は、危険予測信号を受信可能な第４受信部を、
    前記遮断制御部は、前記車両事故信号を受信可能な第２受信部、および前記火工遮断部に流れる電流を検出する電流検出回路の少なくとも何れか一方を、
    さらに有し、
    前記電源制御部は、前記危険予測信号を受信したことに対応して前記第１放電回路に前記第１電圧を出力させ、さらに、前記第２放電回路に前記第２電圧を出力させ、
    前記遮断制御部は、前記車両事故信号を受信したとき、あるいは前記電流検出回路で電流が閾値を超越したことを検出したときに前記火工遮断部に前記遮断動作を実行させる、
    請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
11. 前記蓄電部を充電する充電回路を、
    前記電源制御部は車両起動信号を受信可能な車両起動信号受信端を、
    さらに備え、
    前記電源制御部は、前記車両起動信号を受信したことに対応して前記充電回路は、前記充電回路に接続された受電端を介して供給される電力を用いて前記蓄電部を充電する、
    請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
12. 電圧変換回路をさらに備え、
    前記第１電力端は前記補機用バッテリーから前記電圧変換回路を介して第１定常電圧の供給を受け、前記第２電力端は前記補機用バッテリーから前記電圧変換回路を介して第２定常電圧の供給を受ける、
    請求項４に記載の車両用電力遮断システム。
13. 前記第１電圧は、前記第１定常電圧よりも低くした、
    請求項１２に記載の車両用電力遮断システム。

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