(57)【要約】【課題】電動装置の負荷回路の短絡を検知する短絡検知回路に関し、負荷回路の抵抗値が大きく変動する場合でも、大電流を流すことなく精度よく短絡を検出し、かつ、短絡検知の測定電圧又は測定電流の値の範囲を縮減することができる短絡検知回路を提供する。【解決手段】主電源３−１の給電端子に第１のスイッチ３−２を介して負荷回路３−３の一端が接続され、その他端が第２のスイッチを介して接地端子に接続される。短絡検知回路は、主電源の供給電圧より低い電子制御ユニット用の電圧を供給する給電端子１−１に短絡検知用の抵抗１−２とダイオード１−３とを接続し、該抵抗と該ダイオードとの接続点の電圧を制御部１−５により検出する。制御部１−５は、第１のスイッチ３−２が非導通で、第２のスイッチ３−４が導通の状態で、抵抗１−２とダイオード１−３との接続点の電圧が、所定の閾値電圧以下のとき、負荷回路が短絡状態であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源の給電端子に第１のスイッチを介して一端が接続され、他端が第２のスイッチを介して接地端子に接続された負荷回路の短絡を検出する短絡検出回路であって、
前記主電源の供給電圧より低い、電子制御ユニット用の電圧を供給する低電圧給電部に一端が接続され、他端がダイオードの一端に接続された短絡検知用の抵抗と、
前記抵抗と前記ダイオードとの接続点の電圧又は電流を検出する測定部と、
前記測定部で測定した電圧又は電流の値を入力する制御部と、
前記ダイオードの他端を、前記第１のスイッチと前記負荷回路との接続点に接続する接続線とを備え、
前記制御部は、前記第１のスイッチが非導通で、前記第２のスイッチが導通の状態で、前記測定部で測定された電圧が、所定の閾値電圧以下のとき、又は、前記測定部で測定された電流が、所定の閾値電流以上のとき、前記負荷回路が短絡状態であると判定することを特徴とする短絡検出回路。
【請求項２】
前記低電圧給電部、前記抵抗、前記ダイオード、前記測定部及び前記制御部は、電子制御ユニット用の一つの基板上に実装されたことを特徴とする請求項１に記載の短絡検出回路。
【請求項３】
前記負荷回路は、抵抗値が変化する負荷回路であり、前記短絡検知用の抵抗は、該負荷回路の変化する抵抗値のうちの最小の抵抗値及び許容される電流の上限を基に決定された抵抗値のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の短絡検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ電源等により駆動される電動装置の負荷回路の短絡を検知する短絡検知回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動リフト等、バッテリ電源で駆動される電動装置は、負荷回路の短絡を検知する短絡検知回路を備えている。図３は、従来の短絡検知回路の一例を示している。図３に示すように、負荷回路３−３は、主電源３−１の給電端子に第１のスイッチ３−２を介して一端が接続され、他端がメインスイッチ３−４を介して接地端子３−５に接続される。
【０００３】
負荷回路３−３は、所定の抵抗値を有し、所定の電流消費量を消費し、また、動作中の抵抗値又は電流消費量を、制御用電子制御ユニット（ＥＣＵ）３−６の制御部３−７へ、図示省略の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の通信部により通知する。制御用電子制御ユニット（ＥＣＵ）３−６の制御部３−７は、負荷回路３−３側から通知される抵抗値又は電流消費量を基に、負荷回路３−３の状態が正常か否か、即ち、短絡状態か否かを判断することができる。
【０００４】
しかし、負荷回路３−３のメインスイッチ３−４が投入される前は、負荷回路３−３内の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が起動しないため、メインスイッチ３−４が投入される前に、負荷回路３−３が短絡状態であるか否かを判断することはできない。
【０００５】
そこで、メインスイッチ３−４と並列に、短絡検知用の抵抗３−９と第２のスイッチ３−１０との直列回路を接続し、該短絡検知用の抵抗３−９の両端電圧又は該抵抗３−９に流れる電流を検出する電圧／電流測定部３−８を設ける。
【０００６】
そして、メインスイッチ３−４を投入する前に、第１及び第２のスイッチ３−２，３−１０を導通させ、主電源３−１から負荷回路３−３に短絡検知用の抵抗３−９を通して電流を流し、電圧／電流測定部３−８により短絡検知用の抵抗３−９の両端の電圧、又は短絡検知用の抵抗３−９に流れる電流を測定する。
【０００７】
電圧／電流測定部３−８は、この測定した電圧又は電流の値を、制御用電子制御ユニット（ＥＣＵ）３−６の制御部３−７に通知し、制御部３−７は、この通知された電圧又は電流の値を基に、負荷回路３−３が短絡状態か否かを判断する。
【０００８】
従来の短絡検知回路の他の一例を図４に示す。図４に示す回路例は、主電源電圧Ｂを供給する第１の電源と負荷回路Ｌ１との間に介在するスイッチング素子ＴＲ１のオン／オフにより、負荷回路Ｌ１及びスイッチング素子ＴＲ１の異常を検出する故障検出回路であり、下記の特許文献１に開示されている。なおダイオードＤ１は、負荷回路Ｌ１のサージ電流を吸収するためのものである。
【０００９】
図４に示す故障検出回路は、スイッチング素子ＴＲ１と負荷回路Ｌ１との接続点ａに、主電源電圧Ｂと異なる電圧Ｖｃｃを、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２との直列回路を介して印加し、負荷回路Ｌ１の短絡又は断線、及びスイッチング素子ＴＲ１の短絡故障又は開放故障を検出する。なお、ダイオードＤ２は、スイッチング素子ＴＲ１がオン状態のときに、第１の電源（主電源電圧Ｂ）から、第２の電源（電圧Ｖｃｃ）への電流の流れ込みを防止するためのものである。
【００１０】
制御部４−１は、ポートＰ１からバッファ４−２を介してスイッチング素子ＴＲ１のオン／オフを制御する信号を送出し、スイッチング素子ＴＲ１をオン状態とさせたとき、及びオフ状態とさせたときの、接続点ａのそれぞれの電圧を、Ａ／Ｄ変換器４−３を介してポートＰ２から取り込み、該接続点ａの電圧を基に、負荷回路Ｌ１の短絡又は断線、及びスイッチング素子ＴＲ１の短絡故障又は開放故障を検出する。
【００１１】
ポートＰ１からスイッチング素子ＴＲ１をオフ状態にする信号を送出した状態で、ポートＰ２で観測されるａ点の電圧が、
（１）０Ｖのとき、負荷回路Ｌ１は短絡、
（２）第１の電源の電圧Ｂのとき、スイッチング素子ＴＲ１は短絡、
（３）第２の電源の電圧Ｖｃｃのとき、負荷回路Ｌ１は断線、
（４）第２の電源の電圧Ｖｃｃを、抵抗Ｒ２と負荷回路Ｌ１とで分圧した電圧のとき、負荷回路Ｌ１及びスイッチング素子ＴＲ１は正常、又はスイッチング素子ＴＲ１は開放故障と判定する。
【００１２】
また、ポートＰ１からスイッチング素子ＴＲ１をオン状態にする信号を送出した状態で、ポートＰ２で観測されるａ点の電圧が、
（１）０Ｖのとき、負荷回路Ｌ１は短絡、
（２）第１の電源の電圧Ｂのとき、負荷回路Ｌ１及びスイッチング素子ＴＲ１は正常、又はスイッチング素子ＴＲ１は短絡故障、又は負荷回路Ｌ１は断線、
（３）第２の電源の電圧Ｖｃｃのとき、スイッチング素子ＴＲ１は開放故障、かつ負荷回路Ｌ１は断線、
（４）第２の電源の電圧Ｖｃｃを、抵抗Ｒ２と負荷回路Ｌ１とで分圧した電圧のとき、スイッチング素子ＴＲ１は開放故障、と判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実開平３−１０９１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
電動リフト等の負荷回路は、イグニションキーをオフしたときでも、補機類の電装機器を使用し得るようにカスタム化され、ユーザによって任意に投入される各種補機（ヒータ、ライト、警報機等）のスイッチのオン／オフ状態に応じて、負荷回路の抵抗値は、大きな範囲（例えば１Ω〜１ＭΩ）に亘って変動し、また、電流消費量も大きな範囲（例えば０Ａ〜２１Ａ）に亘って変動する。
【００１５】
このように負荷回路が大きく変動する場合、負荷回路がどのような状態でも、負荷回路の短絡を精度よく判定することが要求される。例えば、図３の短絡検知用の抵抗３−９の両端の電圧を測定して短絡状態を判定する場合、該電圧は、負荷回路３−３の抵抗と短絡検知用の抵抗３−９との分圧比となる。
【００１６】
そのため、変動する負荷回路３−３の最小負荷抵抗値と、短絡状態の微小抵抗値とを、精度よく判別し得るよう、短絡検知用の抵抗３−９を、負荷回路３−３の最小負荷抵抗値と釣り合った小さな抵抗値とする必要がある。この理由について説明すると、負荷回路３−３の抵抗値をｒ、短絡検知用の抵抗３−９の抵抗値をＲとし、主電源の電圧を４８Ｖとすると、短絡検知用の抵抗３−９の両端の電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝４８・Ｒ／（ｒ＋Ｒ）＝４８／（ｒ／Ｒ＋１）
となる。
【００１７】
従って、（ｒ／Ｒ）の値が、短絡検知の際の判定電圧に影響を与えるので、短絡検知の判定電圧Ｖｄが、短絡したか否かで大きく変化するようにするためには、短絡したか否かで（ｒ／Ｒ）の値が大きく変化するよう、短絡検知用の抵抗３−９の抵抗値Ｒを成るべく小さな値にする必要がある。
【００１８】
短絡検用の抵抗３−９の抵抗値Ｒを小さくすると、短絡判定時に該短絡検用の抵抗３−９流れる電流が大きくなり、該電流に耐え得る大型の抵抗器を用いなければならない。また、短絡検知用の抵抗３−９の両端の電圧を測定する電圧／電流測定部３−８は、負荷回路３−３の抵抗値ｒが非常に小さい値から非常に大きい値に変化するため、ほぼゼロに近い電圧からほぼ主電源の供給電圧（例えば４８Ｖ）に近い電圧まで変化し、広い範囲に亘る電圧の値を測定し得るものを用いなければならない。
【００１９】
また、短絡検知用の抵抗３−９に流れる電流を測定して短絡状態を判定する場合、該電流は、負荷回路３−３の抵抗と短絡検知用の抵抗３−９との直列回路に流れる電流となる。変動する負荷回路３−３の最小負荷抵抗値と、短絡状態の微小抵抗値とを、精度よく判別し得るようにするには、やはり、短絡検知用の抵抗３−９を、負荷回路３−３の最小負荷抵抗値と釣り合った小さな抵抗値とする必要がある。短絡検用の抵抗３−９の抵抗値を小さくすると、短絡判定時に該短絡検用の抵抗３−９流れる電流が大きくなり、該電流に耐え得る大型の抵抗器を用いなければならない。
【００２０】
また、短絡検知用の抵抗３−９に流れる電流を測定する電圧／電流測定部３−８は、負荷回路３−３の抵抗値が非常に小さい値から非常に大きい値に変化するため、ほぼゼロに近い電流から、主電源の供給電圧（例えば４８Ｖ）を、微小抵抗を介して短絡したほぼ短絡状態に近い電流に近い電流まで変化し、広い範囲に亘る電流の値を測定し得るものを用いなければならない。
【００２１】
また、前述の図４の故障検出回路は、ポートＰ２で観測されるａ点の電圧は、（１）負荷回路Ｌ１が短絡のとき０Ｖ、（２）負荷回路Ｌ１が正常のとき、抵抗Ｒ２と負荷回路Ｌ１とによる第２の電源の電圧Ｖｃｃの分圧電圧、（３）スイッチング素子ＴＲ１をオン状態にしたとき、第１の電源の電圧Ｂとなり、やはり、０Ｖから主電源の電圧Ｂまでの広い範囲に亘る電圧の値となる。従って、Ａ／Ｄ変換器４−３及び制御部４−１は、この広い範囲に亘る電圧の値を測定し得るものでなければならない。
【００２２】
上記課題に鑑み、本発明は、負荷回路の抵抗値が大きく変動する場合でも、大電流を流すことなく、従って、短絡検知用の抵抗として小型の低抵抗値のものを用いて、精度よく負荷回路の短絡を検出することができ、かつ、短絡を検出するための測定電圧又は測定電流の値が大きな範囲に亘ることなく、精度よく短絡を検出することが可能な短絡検知回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る短絡検出回路は、主電源の給電端子に第１のスイッチを介して一端が接続され、他端が第２のスイッチを介して接地端子に接続された負荷回路の短絡を検出する短絡検出回路であって、前記主電源の供給電圧より低い、電子制御ユニット用の電圧を供給する低電圧給電部に一端が接続され、他端がダイオードの一端に接続された短絡検知用の抵抗と、前記抵抗と前記ダイオードとの接続点の電圧又は電流を検出する測定部と、前記測定部で測定した電圧又は電流の値を入力する制御部と、前記ダイオードの他端を、前記第１のスイッチと前記負荷回路との接続点に接続する接続線とを備え、前記制御部は、前記第１のスイッチが非導通で、前記第２のスイッチが導通の状態で、前記測定部で測定された電圧が、所定の閾値電圧以下のとき、又は、前記測定部で測定された電流が、所定の閾値電流以上のとき、前記負荷回路が短絡状態であると判定することを特徴とする。
【００２４】
また、前記低電圧給電部、前記抵抗、前記ダイオード、前記測定部及び前記制御部は、電子制御ユニット用の一つの基板上に実装されたことを特徴とする。
また、前記負荷回路は、抵抗値が変化する負荷回路であり、前記短絡検知用の抵抗は、該負荷回路の変化する抵抗値のうちの最小の抵抗値及び許容される電流の上限を基に決定された抵抗値のものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低電圧の電子制御ユニット用の電圧を供給して、短絡検知用の電流を流し、短絡判定を行うことにより、短絡検知用の抵抗として低抵抗値のものを用いても、主電源の電圧を供給した場合に比べて、小電流の給電で短絡を検知することができ、短絡検知用の抵抗の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、短絡検知の観測点の電圧又は電流の値の範囲が、主電源の電圧を供給した場合に比べて狭い範囲となり、該観測点の電圧又は電流を測定する電圧／電流測定部等の部品に高耐圧性や高耐電流性の電子部品を用いることなく、短絡検知回路の部品を電子制御ユニットと同一の基板上に実装することが可能となる。従って、一つの基板上に実装された短絡検知回路を、１本の接続線で負荷回路の一端に接続するだけで、負荷回路の短絡を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】発明の短絡検知回路の構成例を示す図である。
【図２】負荷回路の抵抗値の変化に対する観測点の電圧の変化の一例を示す図である。
【図３】従来の短絡検知回路の一例を示す図である。
【図４】従来の短絡検知回路の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の短絡検知回路の構成例を図１に示す。図１に示すように、負荷回路３−３は、主電源３−１の給電端子に第１のスイッチ３−２を介して一端が接続され、他端がメインスイッチ３−４を介して接地端子３−５に接続される。
【００２９】
この負荷回路３−３に対して、電子制御ユニット１−１０内に、主電源３−１の電圧より低い電子制御ユニット用の電圧を供給する低電圧給電部１−１と、短絡検知用の抵抗１−２と、ダイオード１−３と、電圧／電流測定部１−４と、制御部１−５とを備えた短絡検出回路を構成する。
【００３０】
低電圧給電部１−１は、例えば５Ｖ又は１２Ｖ等、主電源３−１の電圧４８Ｖに比べて約１０分の１〜４分の１程度の低い電圧を供給する。短絡検知用の抵抗１−２は、低電圧給電部１−１に一端が接続され、他端がダイオード１−３の一端に接続される。ダイオード１−３の他端は、第１のスイッチ３−２と負荷回路３−３との接続点に、接続線１−６により接続される。そして、短絡検知用の抵抗１−２とダイオード１−３との接続点を観測点とし、該観測点の電圧又は電流を電圧／電流測定部１−４により測定する。
【００３１】
電圧／電流測定部１−４は、測定した電圧又は電流の値を制御部１−５に通知する。制御部１−５は、第１のスイッチ３−２を非導通とし、第２のスイッチ３−４が導通した状態で、短絡検知用の抵抗１−２とダイオード１−３との接続点（観測点）の電圧を、所定の閾値と比較し、該接続点（観測点）の電圧が所定の閾値以下のとき、負荷回路３−３が短絡状態であると判定する。
【００３２】
このように、短絡判定時に、主電源３−１と負荷回路とを接続する正極側の第１のスイッチ３−２を非導通とし、主電源３−１の電圧ではなく、電池ＥＣＵ等の電子制御ユニット１−１０の電源である低電圧給電部１−１から低電圧（５Ｖや１２Ｖ等の電圧）を短絡検知に用いる。
【００３３】
そして、該低電圧給電部１−１から低電圧を、短絡検知用の抵抗１−２と負荷回路３−３の抵抗とにより分圧した観測点の電圧又は電流を測定することによって、短絡の判定を行う。なお、短絡検知用の抵抗１−２の抵抗値は、負荷回路３−３の変化する抵抗値のうちの最小の抵抗値及び許容される電流の上限値を基に決定される。
【００３４】
図２に、負荷回路３−３の抵抗値の変化に対して観測される観測点の電圧の変化の一例を示す。同図の（ａ）は、負荷回路のスイッチがオフの状態で、負荷回路の抵抗値が１ＭΩの状態のとき、（ｂ）は、負荷回路のスイッチがオンの状態で、負荷回路の抵抗値が１Ωの状態のとき、（ｃ）は、負荷回路が短絡状態で、負荷回路の抵抗値が０．１Ωの状態のとき、それぞれの観測点の電圧を示している。
【００３５】
ここで、低電圧給電部１−１から５Ｖの低電圧が供給されるものとし、短絡検知用の抵抗１−２は４Ωであるとする。また、ダイオード１−３の通電時の電圧降下が０．６Ｖであるとする。
【００３６】
（ａ）に示す負荷回路の抵抗値が１ＭΩのとき、観測点の電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝（５−０．６）÷（４＋１００００００）×１００００００＋０．６＝５．０Ｖ
となる。また、このとき流れる電流Ｉｄは、
Ｉｄ＝（５−０．６）÷（４＋１００００００）＝４．４μＡ
となる。
【００３７】
（ｂ）に示す負荷回路の抵抗値が１Ωのとき、観測点の電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝（５−０．６）÷（４＋１）×１＋０．６＝１．４８Ｖ
となる。また、このとき流れる電流Ｉｄは、
Ｉｄ＝（５−０．６）÷（４＋１）＝０．８８Ａ
となる。
【００３８】
（ｃ）に示す負荷回路の抵抗値が０．１Ωのとき、観測点の電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝（５−０．６）÷（４＋０．１）×０．１＋０．６＝０．７０７３Ｖ
となる。また、このとき流れる電流Ｉｄは、
Ｉｄ＝（５−０．６）÷（４＋０．１）＝１．０７３Ａ
となる。
【００３９】
短絡か否かは、観測点の電圧Ｖｄを基に判定する。短絡と判定する閾値は、（ｂ）と（ｃ）の電圧の中間値、例えば１．１Ｖとして設定し、電圧Ｖｄが１．１Ｖ以下であれば、短絡と判定する。電流で判定する場合には、（ｂ）と（ｃ）の電流の中間値、例えば０．９８Ａとして設定し、電流が０．９８Ａ以上であれば、短絡と判定する。
【００４０】
図２に示した例から分かるように、観測点の電圧Ｖｄは、０．７０７３Ｖから５．０Ｖの範囲、その電流Ｉｄは、４．４μＡから１．０７３Ａの範囲となり、従来、主電源３−１の例えば４８Ｖを給電して観測した場合と比べて、約１０分の１まで、電流量を低減することができ、その分、短絡検知用の抵抗として小型の抵抗を用いることができる。また、観測点の電圧又は電流を測定する電圧／電流測定部１−４の測定範囲の値も、約１０分の１に減少する。
【００４１】
そのため、高耐圧性の電子部品等を用いることなく、これらの短絡検知回路の部品を電子制御ユニットと同一の基板上に実装することが可能となる。従って、一つの基板上に実装した短絡検知回路を、１本の接続線１−６で負荷回路３−３の一端に接続するだけで、負荷回路３−３の短絡を検出することが可能となる。また、図３に示した従来の短絡検知回路におけるリレー３−１０を省くことが可能となる。
【００４２】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１−１      低電圧給電部
１−２      短絡検知用の抵抗
１−３      ダイオード
１−４      電圧／電流測定部
１−５      制御部
１−６      接続線
１−１０      電子制御ユニット
３−１      主電源
３−２      第１のスイッチ
３−３      負荷回路
３−４      メインスイッチ
３−５      接地端子
【図１】
2014091495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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