JP7690342B2 - 車載電力分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載電力分配装置に関する。

近年、車両の自動運転、運転支援技術の進歩と共に、車両に搭載されるセンサや電動負荷、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等の機器、すなわち電装品は増加の一途をたどっている。これらの電装品に対して、一般的な車両においては車載バッテリなどの電源からワイヤハーネスを介して電源電力がそれぞれ供給される。また、車載電源の下流側に複数系統の電装品をそれぞれ接続可能にするために電源ボックスが用いられる場合もある。

例えば、特許文献１には、電源ボックスに対して接続対象機器を容易に追加可能にする技術が開示されている。特許文献１の車載システムは、車両に設けられ、複数の機器用コネクタ、および複数の機器用コネクタに対して電源から受電した電力を供給する制御部２を有する電源ボックスと、電源ボックスにおける複数の機器用コネクタに対する電力供給の遮断と許可とを切り替えるスイッチと、を含む。また、制御部は機器用コネクタに対する電力供給をスイッチによって許可された際に、機器用コネクタに接続された接続対象機器の種類の識別と、当該接続対象機器が接続されている機器用コネクタの位置の特定とを行う接続対象確認処理を実行する。

特開２０２０－８３１６５号公報

例えば特許文献１に示された電源ボックスにはオプション機器を接続するためのコネクタが予め装備されている。したがって、電源ボックスの空き状態のコネクタに対して所定のオプション機器を後付けすれば、電源ボックスを介してオプション機器に車両側の電源電力を供給できる。

ところで、車両の自動運転技術や運転支援技術の進歩に伴って、車両の開発当初には想定されていなかった新たな電装品や機能が後付けで車載システムに追加される可能性がある。また、その場合に後付けされる各電装品について、消費電力などの仕様を事前に低めに決めてしまうと、後付け可能な機能に大きな制約が生じることになり、設計の自由度が低くなってしまう。

一方、車載バッテリなどの電源と電源ボックス等との接続部位には、通常はヒューズや電源電力供給用の電線、あるいはバスバーなどの部品が設けられている。また、ヒューズの仕様は、電源電力供給用の電線の許容電流を超える過電流の影響で電線に発煙等の異常が生じる前に通電を遮断できるように決定される。

したがって、電源ボックス等の下流側に接続される全ての電装品が消費する電流の上限値の仕様を事前に定め、この上限値に基づいて電源電力供給用の電線の芯線の太さ又は断面積を決定し、更に前記ヒューズの遮断特性を決定する必要がある。

しかしながら、車両の開発当初には想定されていなかった新たな電装品を追加し、この電装品を電源ボックスの下流側に接続した場合には、電源ボックスの下流側に流れる電流の総和が、上流側の電線における電流上限値の仕様を超える可能性がある。その場合は、電源ボックスの上流側においてワイヤハーネスの電線、端子、ヒューズ等の部品を大型化せざるを得ないが、そのような改造は容易ではない。また、改造に伴う設計コスト、作業コスト、交換する部品のコスト等が増大する懸念がある。

一方、車両の開発当初から、後で追加する可能性のある電装品の消費電力の仕様について、予め大きな余裕を見込んで設計しておけば、上記のような改造は不要になる。しかし、その場合は電源ボックスの上流側に接続されるワイヤハーネスの電線、端子、ヒューズ等の部品が必要以上に大型化するので、実際に大電流を消費する電装品を電源ボックスの下流側に接続しない限り無駄が多くなる。その結果、ワイヤハーネス等の部品コスト上昇に繋がり、ワイヤハーネス等の部品が占有する空間が必要以上に増大する。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワイヤハーネス等の部品を必要以上に大型化することなく、設計時に想定していない新たな電装品や新たな機能であっても、その追加接続が容易な車載電力分配装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る車載電力分配装置は、下記（１）～（５）を特徴としている。
（１） 車載電源と、
複数の負荷を接続可能なメイン電源ボックスと、
前記車載電源の出力と前記メイン電源ボックスの入力との間を接続する上流電線と、
前記メイン電源ボックスの下流側に接続される複数の負荷のそれぞれに流れる電流のオンオフを個別に制御可能な複数の半導体スイッチと、
前記複数の半導体スイッチを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記複数の半導体スイッチのそれぞれについて、前記半導体スイッチの下流側に接続された負荷に流れる電流の値と、前記負荷に電流が流れる時間の長さと、を取得すると共に、前記複数の負荷のそれぞれについての前記電流の値に基づいて、全ての前記負荷に流れる電流の総和である総電流値を算出し、且つ、前記複数の負荷のそれぞれについての前記時間の長さに基づいて、通電時間長を算出し、
時間と電流値との間の関係を規定し且つ時間が長くなるにつれて電流値が次第に減少していく特性を有する、電力制御特性を予め記憶しており、
前記総電流値が、前記通電時間長と前記電力制御特性とに基づいて得られる電流値である前記上流電線における電流許容値に近づいた場合には、前記総電流値が前記電流許容値以下に制限されるように、前記メイン電源ボックスの下流側に接続された複数の負荷のそれぞれの優先度に応じて前記複数の負荷に対する電力配分を調整するように、前記複数の半導体スイッチを制御する、
車載電力分配装置。

（２） 前記上流電線は前記上流電線を流れる電流を制限する上流ヒューズを備え、
前記上流電線の電流許容値は、前記上流電線の発煙特性、及び前記上流ヒューズの遮断特性の少なくとも一方より小さい値に決定される、
上記（１）に記載の車載電力分配装置。

（３） 前記制御部は、前記上流ヒューズの遮断特性を表すヒューズ情報を予め保持するデータ保持部を有する、
上記（２）に記載の車載電力分配装置。

（４） 前記制御部は、前記総電流値が前記上流電線における電流許容値に近づいた場合には、オンに維持されている前記複数の半導体スイッチのうち、優先度が相対的に低い負荷に接続されている特定の半導体スイッチに対して、オンオフを周期的に繰り返すパルス幅変調制御を行い、前記パルス幅変調制御の実行後においてもなお、前記総電流値が前記上流電線における電流許容値に近づいていく場合には、前記特定の半導体スイッチをオフに切り替える、
上記（１）～（３）のいずれかに記載の車載電力分配装置。

（５） 前記制御部は、前記半導体スイッチの下流側に接続された各負荷の優先度の情報を、各負荷が接続されるコネクタの位置に基づいて、又は各負荷から通信により取得した情報により特定する、
上記（１）～（４）のいずれかに記載の車載電力分配装置。

上記（１）の構成の車載電力分配装置によれば、メイン電源ボックスの上流側の電線等を必要以上に大型化しなくても、設計時に想定していない新たな電装品や新たな機能を容易に追加接続できる。例えば、大きな電源電力を消費する新たな電装品を負荷としてメイン電源ボックスの下流側に接続した場合には、負荷電流の総和が上流電線における電流許容値に近づく程度まで増大する可能性があり、何も制御しなければ例えばヒューズが回路を遮断するか、又は上流電線が異常に発熱して発煙状態に至る可能性も想定される。しかし、制御部が複数の負荷に対する電力配分を自動的に調整するので、負荷電流の総和が増大するのを避けることができる。しかも、メイン電源ボックスの下流側に実際に接続された複数の負荷のそれぞれの優先度を考慮して電力配分が調整されるので、優先度の高い負荷の機能が制限されるのを避けることができる。したがって、メイン電源ボックスの上流側の電線やヒューズ等の部品を交換するための改造は不要になる。

上記（２）の構成の車載電力分配装置によれば、大きな電源電力を消費する新たな電装品を負荷としてメイン電源ボックスの下流側に接続した場合であっても、制御部の電力配分調整により、負荷電流の総和が上流電線の発煙特性、又は上流ヒューズの遮断特性まで届かないように制御される。したがって、上流電線が発煙状態になるのを未然に防止でき、上流ヒューズが回路を遮断するのも避けることができる。

上記（３）の構成の車載電力分配装置によれば、制御部は、データ保持部から上流ヒューズの遮断特性の情報を取得できるので、上流ヒューズが回路を遮断する状態にならないように、負荷電流の総和の増大を抑制できる。

上記（４）の構成の車載電力分配装置によれば、制御部が優先度の低い負荷の経路に接続されている特定の半導体スイッチをオフに切り替えることで、負荷電流の総和の増大を抑制できる。また、特定の半導体スイッチが通電時間を制限するように間欠的な通電制御に切り替える場合にも、負荷電流の総和の増大を抑制できる。

上記（５）の構成の車載電力分配装置によれば、制御部は、半導体スイッチの下流側に未知の電装品が新たな負荷として接続された場合でも、該当する負荷の優先度の情報を容易に把握できる。

本発明の車載電力分配装置によれば、メイン電源ボックスの上流側の電線等を必要以上に大型化しなくても、設計時に想定していない新たな電装品や新たな機能を容易に追加接続できる。例えば、大きな電源電力を消費する新たな電装品を負荷としてメイン電源ボックスの下流側に接続した場合には、負荷電流の総和が上流電線における電流許容値に近づく程度まで増大する可能性があり、何も制御しなければ例えばヒューズが回路を遮断するか、又は上流電線が異常に発熱して発煙状態に至る可能性も想定される。しかし、制御部が複数の負荷に対する電力配分を自動的に調整するので、負荷電流の総和が増大するのを避けることができる。しかも、メイン電源ボックスの下流側に実際に接続された複数の負荷のそれぞれの優先度を考慮して電力配分が調整されるので、優先度の高い負荷の機能が制限されるのを避けることができる。したがって、メイン電源ボックスの上流側の電線やヒューズ等の部品を交換するための改造は不要になる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る車載電力分配装置の構成例を示すブロック図である。 図２（ａ）、及び図２（ｂ）は、それぞれ一般的な車両、及び実施形態の車両における電源特性の例を示すグラフである。 図３は、図１に示したエリアＥＣＵの動作例を示すフローチャートである。 図４は、エリアＥＣＵの動作の変形例を示すフローチャートである。 図５は、マイクロコンピュータが負荷の優先度を把握するための処理の例を示すフローチャートである。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車載電力分配装置１００の構成例を示すブロック図である。

図１に示した車載電力分配装置１００は、エリアＥＣＵ２０を主体として構成されている。このエリアＥＣＵ２０は、車両上で予め定めた特定のエリアを管理するための機能を有し、その下流側に接続される様々な電装品などの負荷に対して電源電力を供給する機能を有している。なお、エリアＥＣＵ２０が管理するエリアについては、車両上の空間における特定の領域に対して割り当てられる場合もあるし、特定の機能グループに対して割り当てられる場合もある。

図１に示した車載電源１０は、例えば車両に搭載されたメインバッテリ、オルタネータ、ＤＣ／ＤＣコンバータなどに相当し、車両に搭載された様々な電装品がそれぞれ必要とする電源電力の供給元として機能する。車載電源１０の出力電圧は例えば１２［Ｖ］であるが、４８［Ｖ］等の電圧を出力するものであってもよい。

図１に示した例では、車載電源１０の出力に複数の上流電線１１及び１２が接続されている。また、各上流電線１１、１２は、それぞれ上流ヒューズ１３、１４を備えている。上流ヒューズ１３及び１４は、それぞれ上流電線１１及び１２に許容値を超える大電流が流れた場合に溶断して回路を遮断する機能を有している。つまり、各上流電線１１、１２に大電流が流れ続けて異常に発熱すると、発煙等の問題が生じる可能性があるので、それを未然に防止するための機能を上流ヒューズ１３、１４が有している。

エリアＥＣＵ２０の電源入力端子２０ａが、上流電線１１の下流側に接続されている。したがって、車載電源１０により出力される電源電力が、上流ヒューズ１３及び上流電線１１を介してエリアＥＣＵ２０に供給される。

エリアＥＣＵ２０は、複数の信号入力端子２０ｂを備えている。これらの信号入力端子２０ｂには複数の信号線５１が接続されている。したがって、様々な車両上のセンサやスイッチなどの信号は、信号線５１を介してエリアＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

また、エリアＥＣＵ２０は、通信用端子２０ｃを備えている。この通信用端子２０ｃは、車両側の通信バス５２と接続されている。通信バス５２は、例えばＣＡＮ (Controller Area Network)のような車両用の通信規格に従い構成された通信ネットワークの伝送路であり、車両上の様々なＥＣＵやその他の電装品の間でのデータ通信を可能にする。

また、エリアＥＣＵ２０の出力側には、電源出力端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、・・・、電源出力端子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、・・・、電源出力端子２７ａ、２７ｂ、・・・、及び通信用端子２８が備えられている。

電源出力端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、・・・は、車両の走行のために必要な、例えばエンジン制御系統、走行用モータの制御系統、操舵系統、ブレーキ系統などに属する様々な電装品に対して必要な電源電力をそれぞれ供給するために設けられている。したがって、図１の例では電源出力端子２５ａに走行系負荷３１Ａが接続され、電源出力端子２５ｂに走行系負荷３１Ｂが接続されている。

電源出力端子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、・・・は、車両の走行とは直接の関係がない補機系統の様々な電装品に対して必要な電源電力をそれぞれ供給するために設けられている。例えば、ヘッドライト、ウインカーなどのランプ類、ワイパ装置、エアコン、ドアロック装置、カーナビゲーション装置、オーディオ装置などが補機系統に属する。したがって、図１の例では電源出力端子２６ａに補機系負荷３２Ａが接続され、電源出力端子２６ｂに補機系負荷３２Ｂが接続されている。

一方、電源出力端子２７ａ、２７ｂ、・・・、及び通信用端子２８は、将来の機能追加の可能性に備えて設けられた予備系統の端子である。図１の例では、電源出力端子２７ａに追加負荷３３Ａが接続され、電源出力端子２７ｂに追加ＥＣＵ３３Ｂが接続された状態が表されている。但し、追加負荷３３Ａ、及び追加ＥＣＵ３３Ｂは、この車両の設計当初では接続される可能性がある対象としか想定されていない電装品である。したがって、例えば追加負荷３３Ａ、及び追加ＥＣＵ３３Ｂのそれぞれが消費する電源電流の仕様などは、車両を設計した後で必要に応じて定められる。

しかし、図１に示したエリアＥＣＵ２０に対して追加機能４０の要素が接続される前と後とでは、エリアＥＣＵ２０の下流側の負荷全体が消費する電源電流の総和が大きく変化することが想定される。この変化は、上流電線１１に流れる電流の大きさに影響し、上流電線１１の許容電流を超える大電流が上流電線１１に流れる可能性がある。

一般的な設計の場合は、上流電線１１を流れる電流の最大値が増大する場合には、許容電流を増やすために上流電線１１をより太い電線に変更しなければならない。また、上流電線１１の許容電流や太さの変化に合わせて、上流ヒューズ１３や各部の端子等の部品の仕様も変更しなければならず、大規模な改造が必要になる。

一方、将来の追加機能４０の接続により新たに消費される電源電流の増大分を事前に見込んで、上流電線１１の許容電流に余裕を持たせるように設計する場合もある。その場合は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続された負荷が実際に消費する電源電流の総和に比べて必要以上に大きな余裕を持たせることになるので、上流電線１１等が太くなり、全体として電源が大型化する。

図１に示した車載電力分配装置１００においては、上流電線１１の太さ等に必要以上の余裕を持たせる必要がなく、しかも消費する電源電流などの仕様が当初設計時に未定の追加機能４０をエリアＥＣＵ２０に接続した場合でも、特別な改造を加えることなく、上流電線１１の発煙等を未然に防止できる。そのための機能がエリアＥＣＵ２０に搭載されている。

エリアＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータ２１、通信回路２２、スイッチ部２３、及び不揮発性メモリ２４を備えている。
また、図１の例ではスイッチ部２３が第１スイッチ部２３ａ、第２スイッチ部２３ｂ、及び予備スイッチ部２３ｃを備えている。また、スイッチ部２３において第１スイッチ部２３ａ、第２スイッチ部２３ｂ、及び予備スイッチ部２３ｃは、それぞれに接続可能な負荷の数だけＩＰＤ（Intelligent Power Device）を備えている。

各ＩＰＤは、負荷に流れる電流のオンオフを切り替える半導体スイッチ（ＭＯＳ型ＦＥＴ）、ゲートドライバ、電流検出機能、保護回路などを内蔵している。

図１に示した状態において、例えば第１スイッチ部２３ａ内の最も上にあるＩＰＤがオンになると、電源入力端子２０ａから、電源線２９、第１スイッチ部２３ａ内のＩＰＤ、電源出力端子２５ａを通る電源電流が走行系負荷３１Ａに供給される。また、このＩＰＤがオフになると、走行系負荷３１Ａへの電源電力供給は遮断される。

したがって、スイッチ部２３内の各ＩＰＤがオンオフされることで、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続されている複数の負荷への電源電力供給が個別にオンオフされるようになっている。また、短い周期で周期的にオンオフが繰り返されることで、例えばパルス幅変調制御（ＰＷＭ）のような間欠的な通電制御を実施することも可能である。

スイッチ部２３内の各ＩＰＤの制御入力は、それぞれマイクロコンピュータ２１の出力ポートと接続されている。また、スイッチ部２３内の各ＩＰＤが検出した電流の情報は、それぞれマイクロコンピュータ２１の入力ポートに入力される。したがって、マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続された各負荷に流れる電源電流を個別に把握できる。また、マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続された各負荷に対する電源電力供給のオンオフを個別に制御できる。

また、図１では記載を省略してあるが、各電源出力端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、・・・、電源出力端子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、・・・、電源出力端子２７ａ、２７ｂ、・・・の箇所には、物理的及び電気的な接続の着脱を可能にするためにコネクタが備えられている。それぞれのコネクタの箇所に接続する電装品については、コネクタ毎に電源電力供給に関する優先度を事前に決定してある。また、この例では優先度として「高」、「中」、「低」の３種類が定められている。

本実施形態では、図１に示すように走行系負荷３１Ａ、３１Ｂのコネクタの優先度が「高」、補機系負荷３２Ａのコネクタの優先度が「高」、補機系負荷３２Ｂのコネクタの優先度が「低」、追加負荷３３Ａ、追加ＥＣＵ３３Ｂのコネクタの優先度が「中」に定めてある。

但し、追加機能４０として後で接続する追加負荷３３Ａ、追加ＥＣＵ３３Ｂについては設計当初の時点で優先度を含む仕様を固定すると、高度な機能を実現する新たな機器の接続が困難になる。そこで、通信用端子２８を利用して追加ＥＣＵ３３Ｂがマイクロコンピュータ２１と通信することで、割り当てた優先度を変更できるように構成してある。

マイクロコンピュータ２１は、予め組み込んであるプログラムを実行することで、エリアＥＣＵ２０の制御に必要な各種機能を実現できる。例えば、信号入力端子２０ｂに入力される様々な信号の状態に基づいて状況を識別することができ、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続された各負荷のオンオフ制御などを行うことができる。また、マイクロコンピュータ２１は、通信回路２２及び通信バス５２を介して他のＥＣＵとの間で情報の交換を必要に応じて行うことができる。

不揮発性メモリ２４は、予め定めた様々な定数データを保持することができる。例えば、各上流電線１１、１２に接続されている各上流ヒューズ１３、１４の仕様を表す値（例えば３０［Ａ］、４０［Ａ］等）のデータや、エリアＥＣＵ２０の出力側の各コネクタに割り当てた優先度のデータなどが、予め不揮発性メモリ２４上の所定の記憶領域に保持されている。

図２（ａ）、及び図２（ｂ）は、それぞれ一般的な車両、及び実施形態の車両における電源特性の例を示すグラフである。

図１に示した車載電力分配装置１００において、エリアＥＣＵ２０の上流側にある上流電線１１は、この電線の内部抵抗とこの電線を通過する電流（Ｉｙ）とで定まる電力損失に応じたジュール熱により発熱する。また、電線の芯線の太さ（断面積）が小さいと単位長あたりの内部抵抗が増大するので発熱量が増大する。したがって、上流電線１１の許容電流を超える大電流が流れ続けると、温度が上昇し続けて上流電線１１が発煙状態に至る可能性がある。それを未然に防止するために、大電流が流れると上流ヒューズ１３が回路を遮断する。

上流電線１１に発煙が生じ始める条件の境界は、一般的には図２（ａ）に示した上流電線発煙特性Ｃ０のような曲線で表すことができる。すなわち、より大きな電流が流れるとより短い時間の通電だけで発煙状態に至る可能性がある。また、電流が継続的に長時間流れた場合には、許容電流よりも少し大きい程度の過電流であっても発煙状態に至る可能性がある。

一方、上流電線１１と直列に挿入されている上流ヒューズ１３の特性については、図２（ａ）に示した上流ヒューズ溶断特性Ｃ１のような曲線で表すことができる。すなわち、上流電線１１に実際に流れる電流（Ｉｙ）が上流電線発煙特性Ｃ０の曲線の境界に近づく前に上流ヒューズ１３が溶断して回路を遮断する特性（Ｃ１）の部品を採用するように設計される。

また、上流電線１１に流れる総電流値Ｉｙが図２（ａ）に示した上流ヒューズ溶断特性Ｃ１の境界まで到達しないように、エリアＥＣＵ２０の仕様、及びその下流側に接続する各負荷の仕様が予め決定される。例えば、それぞれの負荷に流れる電源電流の最大値を制限したり、大きな電源電流が長時間に亘って流れ続けないように制限される。したがって、図２（ａ）に示した総電流値Ｉｙの特性曲線のように、実際に上流電線１１に流れる総電流値Ｉｙは、上流ヒューズ溶断特性Ｃ１の境界よりも下にあるように動作する。そのため、上流ヒューズ１３が溶断する状況は発生しない。

しかし、例えば図１に示した追加機能４０を接続していない状況の総電流値Ｉｙを基準にして、上流電線１１の太さや上流ヒューズ１３の仕様を設計した場合には、追加機能４０を接続した場合に、総電流値Ｉｙが上流ヒューズ溶断特性Ｃ１まで到達する可能性がある。そのため、上流ヒューズ１３の溶断が発生してしまう。そして、上流ヒューズ１３の溶断によりエリアＥＣＵ２０の下流側に対する電源電力の供給が全て停止するので、エリアＥＣＵ２０に接続した各負荷の機能も停止してしまう。

そこで、図１に示したエリアＥＣＵ２０は、図２（ｂ）に示した電力制御特性Ｃ２に基づいて制御する機能を備えている。図２（ｂ）に示すように、電力制御特性Ｃ２の曲線は、上流ヒューズ溶断特性Ｃ１の曲線の境界よりも低い位置にある。

実際には、エリアＥＣＵ２０は追加機能４０が接続される前後のいずれにおいても、総電流値Ｉｙが電力制御特性Ｃ２以下に制限されるように負荷側の電流を制御する。そのため、総電流値Ｉｙが上流ヒューズ溶断特性Ｃ１の曲線の境界に接近する前に、総電流値Ｉｙが低減される。これにより、エリアＥＣＵ２０の設計当初に想定していない追加機能４０をエリアＥＣＵ２０の下流側に接続した場合でも、上流ヒューズ１３の溶断が生じるのを避けることができる。

図３は、図１に示したエリアＥＣＵ２０の動作例を示すフローチャートである。すなわち、エリアＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２１がプログラムに従い図３の各ステップの制御を実行する。図３の動作について以下に説明する。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵの電源がオンになると、Ｓ１１からＳ１２に進み、不揮発性メモリ２４内の情報記憶部Ｍ０１から上流ヒューズ１３の特性（例えば電流の仕様が３０［Ａ］）を表すヒューズ仕様情報Ｄ１を取得する。

また、不揮発性メモリ２４内の情報記憶部Ｍ０２は、様々な特性のヒューズの電流値と溶断特性との関係を表す溶断特性情報一覧を予め保持している。

マイクロコンピュータ２１は、Ｓ１２で取得したヒューズ仕様情報Ｄ１に基づき、情報記憶部Ｍ０２から上流ヒューズ１３に対応する上流ヒューズ溶断特性Ｃ１（図２（ｂ）参照）のデータをＳ１３で取得する。

マイクロコンピュータ２１は、Ｓ１３で取得した上流ヒューズ溶断特性Ｃ１に基づいて電力制御特性Ｃ２のデータをＳ１４で決定する。この電力制御特性Ｃ２の曲線は、図２（ｂ）に示すように上流ヒューズ溶断特性Ｃ１よりも電流及び時間が例えば一定値だけ小さくなるように決定される。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続されている負荷毎に、その優先度を表す優先度情報Ｄ２をＳ１５で取得する。なお、各優先度については初期値が各負荷を接続するコネクタの位置に予め割り当てられているが優先度の変更は可能である。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続されている負荷毎に、その通電を制御するスイッチ部２３内のＩＰＤに流れる通電電流値ＩｘをＳ１６で各ＩＰＤからそれぞれ取得する。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続されている負荷毎に、その通電を制御するＩＰＤに電流が流れた時間の長さを通電時間長ＴｘとしてＳ１７で常時監視する。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続されている全ての負荷に流れる電流の総和を総電流値Ｉｙとして算出すると共に、通電時間長Ｔｙを算出する（Ｓ１８）。ここで、総電流値Ｉｙは上流電線１１及び上流ヒューズ１３に流れる電流値に相当する。

総電流値Ｉｙ及び通電時間長Ｔｙは、エリアＥＣＵの電源がオフからオンに切り替わった直後は０であり、各負荷に対する通電のオンオフに伴って図２（ｂ）のグラフ上で階段状に逐次変化する。また、上流電線１１に発生する電力損失に応じた発熱および放熱の状況を考慮し、実際の上流電線１１の温度変化を反映するように、各負荷の通電時間長Ｔｘに基づいて適切な通電時間長Ｔｙが算出される。

マイクロコンピュータ２１は、Ｓ１８で算出した最新の総電流値Ｉｙ、通電時間長ＴｙをＳ１４で決定した電力制御特性Ｃ２の境界を表す閾値と比較する（Ｓ１９）。そして、最新の総電流値Ｉｙ、通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に接近した場合はＳ２１の処理に進む。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続され、通電状態になっている負荷の中でＳ１５で把握した優先度が低い負荷について、その通電を制御するＩＰＤをオフに切り替えて通電を遮断する（Ｓ２１）。

一方、マイクロコンピュータ２１は、Ｓ１９での比較により、最新の総電流値Ｉｙ及び通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に対して十分に余裕がある（電流が小さい）ことを検知した場合はＳ２２からＳ２３に進む。その場合は、Ｓ２１で遮断した負荷に対する通電遮断をマイクロコンピュータ２１がＳ２３で解除する。

図３に示した動作を実行することにより、上流電線１１及び上流ヒューズ１３に流れる総電流値Ｉｙが図２（ｂ）における電力制御特性Ｃ２の境界以下に制限されるように自動的に制御される。

したがって、車載電力分配装置１００の設計当初には想定されていなかった新たな追加機能４０を追加してこれをエリアＥＣＵ２０に接続した場合でも、上流ヒューズ１３の溶断を未然に防止できる。しかも、総電流値Ｉｙが電力制御特性Ｃ２に近づいた場合に通電が遮断されるのは優先度が低い負荷だけであるので、優先度が高い負荷の機能は常時維持できる。また、追加機能４０に流す未確定の電源電流を考慮することなく上流電線１１及び上流ヒューズ１３に流れる総電流値Ｉｙの設計仕様を決定できるので、上流電線１１を太くする必要がなく、追加機能４０を追加した場合の変更も不要になる。更に、総電流値Ｉｙが比較的小さい場合には、優先度の低い負荷に対しても電源電力を供給できる。

図４は、エリアＥＣＵ２０の動作の変形例を示すフローチャートである。図４に示した動作は、図３に示した動作の変形例であり、各ステップＳ２１Ａ、Ｓ２３Ａのみが変更されている。変更された部分の動作について以下に説明する。

図４の動作においては、マイクロコンピュータ２１は、最新の総電流値Ｉｙ、通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に接近した場合はＳ２１Ａの処理に進む。そして、エリアＥＣＵ２０の下流側に接続され、通電状態になっている負荷の中でＳ１５で把握した優先度が低い負荷に通電するときに、短い周期でＩＰＤのオンオフを周期的に繰り返してパルス幅変調制御（ＰＷＭ）を実施する（Ｓ２１Ａ）。つまり、負荷に流す電流のパルス幅を制限して、電流の実効値が通常よりも小さくなるように制御する。

一方、マイクロコンピュータ２１は、Ｓ１９での比較により、最新の総電流値Ｉｙ及び通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に対して十分に余裕がある（電流が小さい）ことを検知した場合はＳ２２からＳ２３Ａに進む。その場合は、Ｓ２１ＡでＰＷＭ制御に変更した負荷に対する通電制御をＳ２３Ａで通常のオンオフ制御に戻す。

図４の動作を実施する場合には、総電流値Ｉｙ、通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に接近した場合に優先度の低い負荷へ供給する電源電力が制限されるので、優先度の低い負荷について機能が一時的に低下するが、最低限の機能は常時維持することが可能である。

なお、図３及び図４の動作を組み合わせても良い。例えば、最新の総電流値Ｉｙ、通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に接近した場合に、最初はＳ２１Ａと同様に優先度が低い負荷の制御をＰＷＭ制御に移行し、そのＰＷＭ制御でも総電流値Ｉｙ、通電時間長Ｔｙが電力制御特性Ｃ２に接近してしまう場合に、Ｓ２１と同様に該当する負荷の通電を完全に遮断するように制御する。

図５は、マイクロコンピュータ２１が負荷の優先度を把握するための処理の例を示すフローチャートである。すなわち、図３中のステップＳ１５の詳細が図５に示されている。

マイクロコンピュータ２１は、エリアＥＣＵ２０の下流側の各電源出力端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、・・・、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、・・・、２７ａ、２７ｂにそれぞれ対応する各コネクタの位置と、その位置に接続されている負荷との対応関係をＳ３１で把握する。

不揮発性メモリ２４内の情報記憶部Ｍ０３には、コネクタ毎の優先度の一覧を表すデータが予め保持されている。例えば、図１に示す優先度の状況であれば、各電源出力端子２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、及び２７ｂのコネクタに割り当てられた優先度は、それぞれ「高」、「高」、「高」、「低」、「中」、及び「中」である。

マイクロコンピュータ２１は、負荷毎にそれが接続されたコネクタの位置の優先度を表す優先度情報Ｄ２を不揮発性メモリ２４の情報記憶部Ｍ０３から取得して優先度を把握する（Ｓ３２）。

また、各負荷が通信機能を有するＥＣＵの場合には、負荷側のＥＣＵとエリアＥＣＵ２０との間で通信を行うことができる。例えば、図１に示した追加ＥＣＵ３３Ｂは通信用端子２８と接続されているので、通信回路２２を経由してマイクロコンピュータ２１との間で通信することができる。

マイクロコンピュータ２１は、各負荷との間で通信ができる場合には、それぞれの負荷が送信する優先度情報Ｄ２をＳ３３で取得する。本実施形態では、マイクロコンピュータ２１が把握している各負荷の優先度情報Ｄ２は、後で取得した情報により上書きされる。したがって、通信ができない負荷の優先度は事前にコネクタ位置に割り当てられた優先度に固定されるが、通信ができる負荷の場合は、負荷の仕様に合わせてマイクロコンピュータ２１が把握する優先度を変更することが可能である。

なお、図１に示した追加機能４０のうち、予備スイッチ部２３ｃや、電源出力端子２７ａ、２７ｂ、通信用端子２８等の部品については、予めエリアＥＣＵ２０に組み込んでおいても良いし、追加負荷３３Ａ、追加ＥＣＵ３３Ｂ等を追加する際に後付けでエリアＥＣＵ２０に組み込んでもよい。

以上のように、車載電力分配装置１００においては、設計当初に想定していない仕様の追加機能４０が後からエリアＥＣＵ２０に追加接続される場合であっても、総電流値Ｉｙが電力制御特性Ｃ２に基づいて制御され、上流ヒューズ１３の溶断が未然に防止される。したがって、追加機能４０を接続する場合に上流電線１１、上流ヒューズ１３等の部品に改造を加える必要がなく、プラグアンドプレイのように容易な接続が実現できる。また、上流ヒューズ１３の溶断を防止することで、優先度が高い負荷については電源電力の供給が常時維持され、機能が停止しないので信頼性を高めることができる。しかも、上流電線１１、上流ヒューズ１３等の部品の大きさ等に必要以上の余裕を持たせる必要がないので、上流電線１１等の部品の大型化を回避できる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る車載電力分配装置の特徴をそれぞれ以下［１］～［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 車載電源（１０）と、
複数の負荷を接続可能なメイン電源ボックス（エリアＥＣＵ２０）と、
前記車載電源の出力と前記メイン電源ボックスの入力との間を接続する上流電線（１１）と、
前記メイン電源ボックスの下流側に接続される複数の負荷のそれぞれに対する電力供給を個別に制御可能な複数の半導体スイッチ（スイッチ部２３内の各ＩＰＤ）と、
前記複数の半導体スイッチを制御する制御部（マイクロコンピュータ２１）と、
を備え、
前記制御部は、前記複数の半導体スイッチのそれぞれについて、前記半導体スイッチの下流側に接続された負荷に流れる負荷電流の情報を収集し（Ｓ１６）、少なくとも前記負荷電流の総和（総電流値Ｉｙ）が前記上流電線における電流許容値（電力制御特性Ｃ２）に近づいた場合には、前記メイン電源ボックスの下流側に接続された複数の負荷のそれぞれの優先度に応じて前記複数の負荷に対する電力配分を調整する（Ｓ１９～Ｓ２３）ように、前記複数の半導体スイッチを制御する、
車載電力分配装置。

［２］ 前記上流電線は前記上流電線を流れる電流を制限する上流ヒューズ（１３）を備え、
前記上流電線の電流許容値（電力制御特性Ｃ２）は、前記上流電線の発煙特性（Ｃ０）、及び前記上流ヒューズの遮断特性（上流ヒューズ溶断特性Ｃ１）の少なくとも一方より小さい値に決定される（図２（ｂ）参照）、
上記［１］に記載の車載電力分配装置。

［３］ 前記制御部は、前記上流ヒューズの遮断特性を表すヒューズ情報（ヒューズ仕様情報Ｄ１）を予め保持するデータ保持部（不揮発性メモリ２４、情報記憶部Ｍ０１）を有する、
上記［２］に記載の車載電力分配装置。

［４］ 前記制御部は、前記負荷電流の総和が前記上流電線における電流許容値に近づいた場合には、前記複数の半導体スイッチのうち、優先度の低い負荷の経路に接続されている特定の半導体スイッチをオフに切り替える（Ｓ２１）か、又は前記特定の半導体スイッチが通電時間を制限するように間欠的な通電制御に切り替える（Ｓ２１Ａ）、
上記［１］～［３］のいずれかに記載の車載電力分配装置。

［５］ 前記制御部は、前記半導体スイッチの下流側に接続された各負荷の優先度の情報を、各負荷が接続されるコネクタの位置に基づいて（Ｓ３２）、又は各負荷から通信により取得した情報により特定する（Ｓ３３）、
上記［１］～［４］のいずれかに記載の車載電力分配装置。

１０ 車載電源
１１，１２ 上流電線
１３，１４ 上流ヒューズ
２０ エリアＥＣＵ
２０ａ 電源入力端子
２０ｂ 信号入力端子
２０ｃ 通信用端子
２１ マイクロコンピュータ
２２ 通信回路
２３ スイッチ部
２３ａ 第１スイッチ部
２３ｂ 第２スイッチ部
２３ｃ 予備スイッチ部
２４ 不揮発性メモリ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 電源出力端子
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 電源出力端子
２７ａ，２７ｂ 電源出力端子
２８ 通信用端子
２９ 電源線
３１Ａ，３１Ｂ 走行系負荷
３２Ａ，３２Ｂ 補機系負荷
３３Ａ 追加負荷
３３Ｂ 追加ＥＣＵ
４０ 追加機能
５１ 信号線
５２ 通信バス
１００ 車載電力分配装置
Ｃ０ 上流電線発煙特性
Ｃ１ 上流ヒューズ溶断特性
Ｃ２ 電力制御特性
Ｄ１ ヒューズ仕様情報
Ｄ２ 優先度情報
Ｉｘ 通電電流値
Ｉｙ 総電流値
Ｔｘ，Ｔｙ 通電時間長
Ｍ０１，Ｍ０２，Ｍ０３ 情報記憶部

Claims (5)

1. 車載電源と、
   複数の負荷を接続可能なメイン電源ボックスと、
   前記車載電源の出力と前記メイン電源ボックスの入力との間を接続する上流電線と、
   前記メイン電源ボックスの下流側に接続される複数の負荷のそれぞれに流れる電流のオンオフを個別に制御可能な複数の半導体スイッチと、
   前記複数の半導体スイッチを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記複数の半導体スイッチのそれぞれについて、前記半導体スイッチの下流側に接続された負荷に流れる電流の値と、前記負荷に電流が流れる時間の長さと、を取得すると共に、前記複数の負荷のそれぞれについての前記電流の値に基づいて、全ての前記負荷に流れる電流の総和である総電流値を算出し、且つ、前記複数の負荷のそれぞれについての前記時間の長さに基づいて、通電時間長を算出し、
   時間と電流値との間の関係を規定し且つ時間が長くなるにつれて電流値が次第に減少していく特性を有する、電力制御特性を予め記憶しており、
   前記総電流値が、前記通電時間長と前記電力制御特性とに基づいて得られる電流値である前記上流電線における電流許容値に近づいた場合には、前記総電流値が前記電流許容値以下に制限されるように、前記メイン電源ボックスの下流側に接続された複数の負荷のそれぞれの優先度に応じて前記複数の負荷に対する電力配分を調整するように、前記複数の半導体スイッチを制御する、
   車載電力分配装置。
2. 前記上流電線は前記上流電線を流れる電流を制限する上流ヒューズを備え、
   前記上流電線の電流許容値は、前記上流電線の発煙特性、及び前記上流ヒューズの遮断特性の少なくとも一方より小さい値に決定される、
   請求項１に記載の車載電力分配装置。
3. 前記制御部は、前記上流ヒューズの遮断特性を表すヒューズ情報を予め保持するデータ保持部を有する、
   請求項２に記載の車載電力分配装置。
4. 前記制御部は、前記総電流値が前記上流電線における電流許容値に近づいた場合には、オンに維持されている前記複数の半導体スイッチのうち、優先度が相対的に低い負荷に接続されている特定の半導体スイッチに対して、オンオフを周期的に繰り返すパルス幅変調制御を行い、前記パルス幅変調制御の実行後においてもなお、前記総電流値が前記上流電線における電流許容値に近づいていく場合には、前記特定の半導体スイッチをオフに切り替える、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の車載電力分配装置。
5. 前記制御部は、前記半導体スイッチの下流側に接続された各負荷の優先度の情報を、各負荷が接続されるコネクタの位置に基づいて、又は各負荷から通信により取得した情報により特定する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の車載電力分配装置。