(57)【要約】【課題】バッテリと負荷との間に複数のスイッチを並列に設けた回路において、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なえるようにする。【解決手段】バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置であって、複数個のスイッチと、バッテリとそれぞれのスイッチの第１端とを接続し、平面部を有する第１分岐経路と、負荷とそれぞれのスイッチの第２端とを接続する第２分岐経路と、第１分岐経路の平面部に平面視で重なる位置に配置された非接触型電流センサと、複数個のスイッチから検査対象スイッチを選択し、他のスイッチのオン状態を維持しつつ、検査対象スイッチのオンオフを切り替えたときの非接触型電流センサの測定値の変化に基づいて検査対象スイッチの故障判定を行なう制御部と、を備える。【選択図】図１
2020098140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置であって、
複数個のスイッチと、
前記バッテリとそれぞれのスイッチの第１端とを接続し、平面部を有する第１分岐経路と、
前記負荷とそれぞれのスイッチの第２端とを接続する第２分岐経路と、
前記第１分岐経路の前記平面部に平面視で重なる位置に配置された非接触型電流センサと、
前記複数個のスイッチから検査対象スイッチを選択し、他のスイッチのオン状態を維持しつつ、前記検査対象スイッチのオンオフを切り替えたときの前記非接触型電流センサの測定値の変化に基づいて前記検査対象スイッチの故障判定を行なう制御部と、
を備えたことを特徴とするスイッチ故障検出装置。
【請求項２】
前記非接触型電流センサは、コアレス磁気センサを用いており、センサ表面と平行に磁束密度感度を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ故障検出装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記検査対象スイッチをオフに切り替えたとき、所定の基準以上前記非接触型電流センサの測定値が変化しない場合に、前記検査対象スイッチが故障していると判定することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチ故障検出装置。
【請求項４】
前記非接触型電流センサを配置した基板をさらに備え、
前記第１分岐経路は、バスバーで構成され、前記基板の上空で前記非接触型電流センサを覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ故障検出装置。
【請求項５】
前記非接触型電流センサを一方の面に配置した基板をさらに備え、
前記第１分岐経路は、前記基板の他方の面に配線パターンで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ故障検出装置。
【請求項６】
前記非接触型電流センサは、前記第１分岐経路において前記バッテリと前記各スイッチとの最短経路が交わる領域に平面視で重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスイッチ故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）等の安全性に係わる負荷を搭載した車両では、メインバッテリが失陥した場合であってもこれらの負荷に電源供給を行なうことができるように、バックアップ用のサブバッテリが備えられている。
【０００３】
一般に、メインバッテリとサブバッテリは、負荷に対して並列に接続されるが、メインバッテリの失陥時、例えば、地絡時には、メインバッテリを負荷から電気的に切り離す必要がある。このため、メインバッテリと負荷との間にスイッチが設けられている。このスイッチは、通常オン状態で、メインバッテリの失陥が検出された場合にオフに切り替えられるが、必要時にオフへの切り替えが確実に行なわれるために、オン固着の故障診断をメインバッテリと負荷とが導通した状態で行なうことが要求される。
【０００４】
特許文献１には、バッテリと負荷とを接続するスイッチの故障を、バッテリと負荷とを接続した状態で診断する装置が記載されている。この装置は、図７に示すように、負荷５３０に電源を供給するメインのバッテリ５１０にサブのバッテリ５２０を並列に接続し、バッテリ５１０と負荷５３０との間を第１スイッチ５５１と第２スイッチ５５２の並列回路で接続している。
【０００５】
第１スイッチ５５１には、一端が接地された抵抗Ｒ１が接続されるとともに、負荷５３０から流れる電流を阻止するダイオードＤ１が接続されている。第２スイッチ５５２には、一端が接地された抵抗Ｒ２が接続されるとともに、負荷５３０から流れる電流を阻止するダイオードＤ２が接続されている。
【０００６】
制御部５４０は、第１スイッチ５５１と第２スイッチ５５２のオンオフ制御を行ない、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２に生じる電圧を測定して第１スイッチ５５１と第２スイッチ５５２の故障を診断する。具体的には、第２スイッチ５５２をオンの状態で第１スイッチ５５１のオンオフを変化させ、抵抗Ｒ１に生じる電圧に基づいて第１スイッチ５５１の故障を診断し、第１スイッチ５５１をオンの状態で第２スイッチ５５２のオンオフを変化させ、抵抗Ｒ２に生じる電圧に基づいて第２スイッチ５５２の故障を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−０９５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された発明により、バッテリ５１０と負荷５３０とを接続した状態でスイッチ５５１、５５２の故障診断を行なうことができる。しかしながら、バッテリ５１０と負荷５３０との接続中には、バッテリ５１０から抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の少なくとも一方に常に電流が流れ、余計な電力が消費されてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、バッテリと負荷との間に複数のスイッチを並列に設けた回路において、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なえるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチ故障検出装置は、バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置であって、複数個のスイッチと、前記バッテリとそれぞれのスイッチの第１端とを接続し、平面部を有する第１分岐経路と、前記負荷とそれぞれのスイッチの第２端とを接続する第２分岐経路と、前記第１分岐経路の前記平面部に平面視で重なる位置に配置された非接触型電流センサと、前記複数個のスイッチから検査対象スイッチを選択し、他のスイッチのオン状態を維持しつつ、前記検査対象スイッチのオンオフを切り替えたときの前記非接触型電流センサの測定値の変化に基づいて前記検査対象スイッチの故障判定を行なう制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記非接触型電流センサは、コアレス磁気センサを用いており、センサ表面と平行に磁束密度感度を有することができる。
また、前記制御部は、前記検査対象スイッチをオフに切り替えたとき、所定の基準以上前記非接触型電流センサの測定値が変化しない場合に、前記検査対象スイッチが故障していると判定することができる。
また、前記非接触型電流センサを配置した基板をさらに備え、前記第１分岐経路は、バスバーで構成され、前記基板の上空で前記非接触型電流センサを覆うようにしてもよい。
あるいは、前記非接触型電流センサを一方の面に配置した基板をさらに備え、前記第１分岐経路は、前記基板の他方の面に配線パターンで形成されていてもよい。
また、前記非接触型電流センサは、前記第１分岐経路において前記バッテリと前記各スイッチとの最短経路が交わる領域に平面視で重なる位置に配置されていることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バッテリと負荷との間に複数のスイッチを並列に設けた回路において、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るスイッチ故障検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】非接触型電流センサの配置箇所を説明する図である。
【図３】制御部が行なうスイッチの故障診断動作について説明するフローチャートである。
【図４】導通状態と遮断状態における電流経路を説明する図である。
【図５】スイッチの別例を示すブロック図である。
【図６】スイッチを２個設けた場合の分岐経路例を示す図である。
【図７】従来のスイッチ故障診断装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチ故障検出装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。本図に示すように、スイッチ故障検出装置１００は、メインバッテリ５１０と負荷５３０との間に接続される。本図の例では、負荷５３０側にサブバッテリ５２０が並列に接続されているが、サブバッテリ５２０を省いた構成であっても本発明を適用することができる。
【００１４】
スイッチ故障検出装置１００は、第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２、第３スイッチ１１３、第１分岐経路１２１、第２分岐経路１２２、非接触型電流センサ１３０、制御部１４０を備えている。
【００１５】
第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２、第３スイッチ１１３は、例えば、基板上に配置され、第１分岐経路１２１、第２分岐経路１２２により並列に接続されている。以下では、並列に接続された第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２、第３スイッチ１１３を、特に区別する必要がない場合には、スイッチ１１０と総称する。
【００１６】
スイッチ１１０は、それぞれの一対のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成されている。具体的には、第１スイッチ１１１は、ソース同士、ゲート同士が連結されたＦＥＴａ１とＦＥＴｂ１とで構成され、第２スイッチ１１２は、ソース同士、ゲート同士が連結されたＦＥＴａ２とＦＥＴｂ２とで構成され、第３スイッチ１１３は、ソース同士、ゲート同士が連結されたＦＥＴａ３とＦＥＴｂ３とで構成されている。このため、各スイッチ１１０を構成する２つのＭＯＳＦＥＴは、同時にオンオフが切り替えられる。
【００１７】
ＦＥＴａ１、ＦＥＴａ２、ＦＥＴａ３のドレインは第１分岐経路１２１に接続され、ＦＥＴｂ１、ＦＥＴｂ２、ＦＥＴｂ３のドレインは第２分岐経路１２２に接続されている。
【００１８】
第１分岐経路１２１は、ある程度の幅を有する平面形状の部分を含んで形成されており、メインバッテリ５１０と接続する側と、スイッチ１１０に接続する側とを有している。平面視で、メインバッテリ５１０と接続する側に凸状が形成され、この凸状部分にメインバッテリ５１０が接続されている。スイッチ１１０に接続する側は、スイッチ１１０の数に応じた歯を持つ櫛状となっており、それぞれの歯部分にＦＥＴａ１、ＦＥＴａ２、ＦＥＴａ３のドレインが接続されている。
【００１９】
第２分岐経路１２２も、ある程度の幅を有しており、負荷５３０と接続する側と、スイッチ１１０に接続する側を有している。負荷５３０と接続する側に凸状が形成され、この凸状部分に負荷５３０およびサブバッテリ５２０が接続されている。スイッチ１１０に接続する側は、スイッチ１１０の数に応じた歯を持つ櫛状となっており、それぞれの歯部分にＦＥＴｂ１、ＦＥＴｂ２、ＦＥＴｂ３のドレインが接続されている。
【００２０】
ただし、第１分岐経路１２１、２分岐経路１２２は、スイッチ１１０とメインバッテリ５１０あるいは負荷５３０とを接続する形状であれば足り、凸状部分、櫛状部分を備えていなくてもよい。
【００２１】
第１分岐経路１２１、第２分岐経路１２２は、例えば、金属板のバスバーで構成することができる。あるいは、基板上に形成された配線バターンで構成してもよい。
【００２２】
非接触型電流センサ１３０は、測定対象の電流経路と非接触で電流を測定する素子である。例えば、ホールＩＣ等のコアレス磁気センサを用いて検出した磁束密度に基づいて電流を測定する素子を用いることができ、特に、素子表面と平行に磁束密度感度を有する電流センサが好ましい。
【００２３】
非接触型電流センサ１３０は、第１分岐経路１２１に近接して配置する。具体的には、第１分岐経路１２１の平面部分と平面視で重なる位置であり、凸状部分のメインバッテリ５１０接続箇所と櫛状の各歯部分のスイッチ１１０接続箇所との最短経路が交わる位置を目安に配置する。このため、第１分岐経路１２１は、この領域が平面状になるように形成する。これにより、非接触型電流センサ１３０は、平面部分の電流分布（磁束密度分）の変化を感度高く検出することができるようになる。
【００２４】
例えば、第１分岐経路１２１、第２分岐経路１２２をバスバーで構成した場合には、図２（ａ）の側面模式図に示すように、第１分岐経路１２１を基板１５０の上空に配索し、基板１５０の上側の面、すなわち、バスバーに対応する面に非接触型電流センサ１３０を配置する。また、第１分岐経路１２１、第２分岐経路１２２を配線パターンで基板１５０の表面に構成した場合には、図２（ｂ）の側面模式図に示すように、基板１５０の裏面に非接触型電流センサ１３０を配置する。なお、非接触型電流センサ１３０を第２分岐経路１２２側に配置してもよい。
【００２５】
制御部１４０は、マイクロコンピュータ等で構成することができ、スイッチ１１０の切り換え制御を行なって、非接触型電流センサ１３０の測定値の変化に基づいてスイッチ１１０の故障診断を行なう。このため、制御部１４０は、スイッチ１１０の各共通ゲートと、非接触型電流センサ１３０と接続している。
【００２６】
制御部１４０が行なうスイッチ１１０の故障診断動作について図３のフローチャートを参照して説明する。スイッチ１１０の故障診断動作は、メインバッテリ５１０から負荷５３０への電源供給を継続した状態で行なうことができる。
【００２７】
まず、全スイッチ１１０をオンにする（Ｓ１０１）。ただし、全スイッチ１１０とも通常オン状態である。そして、非接触型電流センサ１３０で第１分岐経路１２１を流れる電流の測定を開始する（Ｓ１０２）。
【００２８】
次に、いずれかのスイッチ１１０を検査対象スイッチとして選択し（Ｓ１０３）、検査対象となったスイッチ１１０をオフにする（Ｓ１０４）。検査対象以外のスイッチ１１０はオン状態のためメインバッテリ５１０と負荷５３０との接続状態は保たれる。なお、検査対象スイッチは、例えば、所定の順番で選択することができる。
【００２９】
制御部１４０は、非接触型電流センサ１３０が測定する電流値がスイッチ１１０のオフに同期して所定の基準以上変化したかどうかを判定する（Ｓ１０５）。その結果、所定の基準以上の変化があった場合には（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、検査対象のスイッチ１１０はオン固着していないと判定する（Ｓ１０６）。一方、所定の基準以上の変化がなかった場合には（Ｓ１０５：Ｎｏ）、検査対象のスイッチ１１０はオン固着していると判定する（Ｓ１０７）。
【００３０】
これは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、各スイッチ１１０に対応した経路が導通状態の電流の分布状態と、何れかの経路を遮断した場合の電流の分布状態とが異なることを利用したものである。本実施形態では、電流の分布状態の変化に基づく磁束密度の変化を、電流の流れる面と平行な面に感度を有する非接触型電流センサ１３０で検出するようにしている。
【００３１】
ここで、電流の分布状態の変化が非接触型電流センサ１３０の電流測定値に有意に影響を与えることは、シミュレーションで確かめられている。なお、非接触型電流センサ１３０は、電流経路の遮断に伴って測定値の変化量が最も大きくなる位置に配置することが望ましい。
【００３２】
検査対象のスイッチ１１０の判定を終えると、検査対象のスイッチ１１０をオンに戻す（Ｓ１０８）。検査対象のスイッチ１１０のオフからオンに切り替えたときの電流値の変化に基づいて検査対象のスイッチ１１０のオフ固着を検出することも可能である。
【００３３】
未判定のスイッチ１１０があれば（Ｓ１０９：Ｎｏ）、検査対象のスイッチとして選択し（Ｓ１０３）、以降の判定処理を繰り返す。すべてのスイッチ１１０について判定が終了すると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、本動作を終了する。
【００３４】
本発明は上述の実施形態に限られない。例えば、スイッチ１１０は、一対のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴのソース同士を接続した構成に限られない。例えば、図５に示すように、１つのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。あるいは、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いたり、リレー接点を有するマイクロリレー等を用いてもよい。
【００３５】
また、並列に設けられるスイッチ１１０の数も３つに限られない。メインバッテリ５１０と負荷５３０との導通状態を保ったまま故障検出を行なうためには、スイッチ１１０が２個以上並列に設けられていればよい。図６（ａ）、図６（ｂ）は、スイッチ１１０が２個の場合の第１分岐経路１２１の形状の例を示している。いずれの場合も、分岐部分に非接触型電流センサ１３０を配置している。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のスイッチ故障検出装置１００によれば、電圧検出のために抵抗に電流を流す構成を廃し、スイッチ１１０と接続する分岐経路部分に非接触型電流センサ１３０を配置してスイッチの切り替えに伴う電流の変化を検知するようにしているため、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なうことができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  スイッチ故障検出装置
１１０  スイッチ
１２１  第１分岐経路
１２２  第２分岐経路
１３０  非接触型電流センサ
１４０  制御部
１５０  基板
５１０  メインバッテリ
５２０  サブバッテリ
５３０  負荷
５４０  制御部
【図１】
2020098140.tif 000003
【図２】
2020098140.tif 000004
【図３】
2020098140.tif 000005
【図４】
2020098140.tif 000006
【図５】
2020098140.tif 000007
【図６】
2020098140.tif 000008
【図７】
2020098140.tif 000009