(57)【要約】【課題】精度の向上を図りつつ、スイッチの両端を導通した状態で固着故障を検出できるスイッチの故障検出装置を提供する。【解決手段】複数のスイッチＱ１〜Ｑ４が、電流経路を複数に分岐する複数の分岐経路Ｌ１、Ｌ２上にそれぞれ設けられている。複数の電流検出部１３が、複数の分岐経路Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ流れる電流を検出する。μＣＯＭ１４が、複数のスイッチＱ１〜Ｑ４をオン制御した後、スイッチＱ１〜Ｑ４を分岐経路Ｌ１、Ｌ２毎に順番に、一定時間だけオフ制御し、このとき、複数の電流検出部１３により検出される電流Ｉ１、Ｉ２に基づいて故障を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流経路を複数に分岐する複数の分岐経路上にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、
前記複数の分岐経路にそれぞれ流れる電流を検出する複数の電流検出部と、
前記複数のスイッチがオン制御された後、前記スイッチを分岐経路毎に順番に、一定時間だけオフ制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御中に、前記複数の電流検出部により検出される前記複数の分岐経路に流れる電流に基づいて前記スイッチの故障を検出する第１故障検出部と、を備えたことを特徴とするスイッチの故障検出装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチが搭載される基板と、
前記複数のスイッチを電源又は負荷に接続するために、前記基板上に設けられた配線パターン又はバスバと、を備え、
前記電流検出部は、前記配線パターン又は前記バスバの抵抗値をシャント抵抗として用いて、前記分岐経路に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１に記載のスイッチの故障検出装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチがオンのときに、前記複数の電流検出部により検出された電流を比較することにより、前記電流検出部の故障を検出する第２故障検出部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したスイッチの故障検出装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。上述した特許文献１の電力供給装置は、ＦＥＴ（スイッチ）をオフしているときのソース電圧と閾値とを比較することにより、ＦＥＴのショート故障（即ち、ＦＥＴがオンのまま固まってオフできない固着故障）を検出している。しかしながら、上述した特許文献１の電力供給装置は、ＦＥＴがオフしているとき、即ちＦＥＴの両端が遮断されているときのみ固着故障を検出している。このため、ＦＥＴがオンしているとき、即ちＦＥＴの両端が導通しているときには固着故障を検出することができず、ＦＥＴがオン中に発生した固着故障を検出することができない。
【０００３】
そこで、スイッチの両端を遮断しない状態で故障を検出する装置として、特許文献２のスイッチ故障検出装置が提案されている。特許文献２のスイッチ故障検出装置は、抵抗とスイッチ素子を直列接続した直列回路を２個並列に接続する。コントロール回路が、２つのスイッチ素子をオンにして、故障を検出するときに片方のスイッチ素子のみ順番にオフする。比較回路が、このときの直列回路の両端の電圧に基づいてスイッチの固着故障を検出している。
【０００４】
上述した特許文献２のスイッチ故障検出装置では、正常時と故障時の直列回路の合成抵抗の差に基づいてスイッチの固着故障を検出している。正常時と故障時の合成抵抗の差は大きくないため、精度よく固着故障を検出できない、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１６３０５１号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、精度の向上を図りつつ、スイッチの両端を導通した状態で固着故障を検出できるスイッチの故障検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様であるスイッチの故障検出装置は、電流経路を複数に分岐する複数の分岐経路上にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、前記複数の分岐経路にそれぞれ流れる電流を検出する複数の電流検出部と、前記複数のスイッチがオン制御された後、前記スイッチを分岐経路毎に順番に、一定時間だけオフ制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御中に、前記複数の電流検出部により検出される前記複数の分岐経路に流れる電流に基づいて前記スイッチの故障を検出する第１故障検出部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前前記複数のスイッチが搭載される基板と、前記複数のスイッチを電源又は負荷に接続するために、前記基板上に設けられた配線パターン又はバスバと、を備え、前記電流検出部は、前記配線パターン又は前記バスバの抵抗値をシャント抵抗として用いて、前記分岐経路に流れる電流を検出してもよい。
【０００９】
また、前記複数のスイッチがオンのときに、前記複数の電流検出部により検出された電流を比較することにより、前記電流検出部の故障を検出する第２故障検出部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように態様によれば、複数の分岐経路を設けて、分岐経路毎に順次、スイッチを一定時間だけオフすることにより、固着故障を検出できるため、スイッチのオン制御中に時に固着故障を検出できる。また、電流に基づいて故障を検出することにより、精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のスイッチの故障検出装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】正常時にスイッチＱ３及びＱ４をオフしたときに流れる電流を説明するための説明図である。
【図３】正常時のスイッチＱ１〜Ｑ４のオンオフ、電流Ｉ０〜Ｉ２のタイムチャートである。
【図４】異常時にスイッチＱ３及びＱ４をオフしたときに流れる電流を説明するための説明図である。
【図５】異常時のスイッチＱ１〜Ｑ４のオンオフ、電流Ｉ０〜Ｉ２のタイムチャートである。
【図６】図１に示すμＣＯＭの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】他の実施形態におけるスイッチの故障検出装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図１に基づいて説明する。図１は、本発明のスイッチの故障検出装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一実施形態を示す回路図である。図１に示す車両用電源供給装置１は、車両に搭載されたメインバッテリ１１と、サブバッテリ１２と、を備えている。
【００１３】
メインバッテリ１１は、例えば、鉛バッテリなどの安価なバッテリから構成され、スタータＳＴ、オルタネータＡＬＴや負荷Ｌｏ１に接続されている。サブバッテリ１２は、例えば、リチウムイオン、ニッケル水素バッテリなどの高性能のバッテリから構成され、負荷Ｌｏ２に接続されている。
【００１４】
上記メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２間の電流経路は２つに分岐され２つの分岐経路Ｌ１、Ｌ２が設けられている。車両用電源供給装置１は、この２つの分岐経路Ｌ１、Ｌ２上にそれぞれ設けられた複数のスイッチＱ１〜Ｑ４と、複数の分岐経路Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ流れる電流を検出する電流検出部１３と、スイッチ制御部、第１故障検出部、第２故障検出部として機能するマイクロコンピュータ（以下、μＣＯＭ）１４と、を備えている。
【００１５】
スイッチＱ１〜Ｑ４は各々、電界効果トランジスタから構成されている。スイッチＱ１、Ｑ２は、分岐経路Ｌ１上に設けられ、ドレイン同士、ソース同士が接続され、互いに並列接続されている。スイッチＱ３、Ｑ４は、分岐経路Ｌ２上に設けられ、ドレイン同士、ソース同士が接続され、互いに並列接続されている。
【００１６】
複数の電流検出部１３は各々、シャント抵抗１３Ａと、シャント抵抗１３Ａの両端電圧を増幅する差動増幅器１３Ｂと、を備えている。シャント抵抗１３Ａは、分岐経路Ｌ１、Ｌ２上にそれぞれ設けられている。分岐経路Ｌ１上に設けられたシャント抵抗１３Ａは、スイッチＱ１、Ｑ２と直列接続されている。分岐経路Ｌ２上に設けられたシャント抵抗１３Ａは、スイッチＱ３、Ｑ４と直列接続されている。差動増幅器１３Ｂは、シャント抵抗１３Ａの両端がそれぞれ入力され、シャント抵抗１３Ａの両端電圧を増幅して、分岐経路Ｌ１、Ｌ２上に流れる電流値としてμＣＯＭ１４に供給する。
【００１７】
μＣＯＭ１４は、車両用電源供給装置１全体の制御を司り、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成される周知のマイクロコンピュータである。μＣＯＭ１４は、スイッチＱ１〜Ｑ４のゲートに接続され、ゲート信号を供給してスイッチＱ１〜Ｑ４のオンオフを制御する。
【００１８】
上記μＣＯＭ１４は、例えば、サブバッテリ１２を回生充電させたい場合など、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２を接続する必要があるときに、スイッチＱ１〜Ｑ４をオン制御する。μＣＯＭ１４は、スイッチＱ１〜Ｑ４がオン制御されると、スイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出する。まず、スイッチＱ１〜Ｑ４の全部をオンした状態について考える。なお、分岐経路Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ設けた電流検出部１３のシャント抵抗１３Ａは、抵抗値が等しいものとする。スイッチＱ１〜Ｑ４の全部がオンであれば、各電流検出部１３により検出された分岐経路Ｌ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２は等しくなる。電流Ｉ１、Ｉ２は、合計電流Ｉ０の１／２倍となる。
【００１９】
次に、スイッチＱ３、Ｑ４のみを一定時間（例えば２ｍｓ〜１０ｍｓ）オフする。このとき、スイッチＱ１〜Ｑ４が正常であれば、図２及び図３に示すように、分岐経路Ｌ２に流れていた電流Ｉ２が０Ａになる。そして、いままで分岐経路Ｌ２に流れていた電流が分岐経路Ｌ１を通って流れるため、分岐経路Ｌ１に流れる電流Ｉ１が増加し（２倍になる）、合計電流Ｉ０と等しくなる。スイッチＱ１、Ｑ２のみを一定時間オフしたときも同様に、スイッチＱ１、Ｑ２が正常にオフすれば、図３に示すように、電流Ｉ１、Ｉ２の変動が発生する。なお、スイッチＱ３、Ｑ４をオフしている間は、スイッチＱ１、Ｑ２がオンしているため、バッテリ１１、１２間の導通は保たれている。同様に、スイッチＱ１、Ｑ２をオフしている間は、スイッチＱ３、Ｑ４がオンしているため、バッテリ１１、１２間の導通は保たれている。
【００２０】
一方、スイッチＱ３、Ｑ４のみを一定時間オフしたときに、図４に示すように、例えば、スイッチＱ３に固着故障が発生してれば、スイッチＱ３を通じて分岐経路Ｌ１に電流が流れ続ける。このため、図５に示すように、スイッチＱ３、Ｑ４をオフしても、電流Ｉ１、Ｉ２が変化しない。本実施形態のμＣＯＭ１４は、分岐経路Ｌ１、Ｌ２を順次遮断したときに電流Ｉ１、Ｉ２に変動がなければ、その分岐経路Ｌ１、Ｌ２上に設けたスイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出する。以上のように、バッテリ１１、１２間の導通を保った状態でスイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出することができる。
【００２１】
次に、上記概略で説明した車両用電源供給装置１の詳細な動作について図６のフローチャートを参照して説明する。上記μＣＯＭ１４は、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２を接続する必要があり、スイッチＱ１〜Ｑ４がオン制御されると、所定の診断周期（例えば１ｓ〜１０ｓ）毎に、スイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出する自己診断処理を開始する。自己診断処理においては、μＣＯＭ１４は、上記固着故障だけでなく、過電流、電流検出部１３の故障診断も実行する。
【００２２】
まず、μＣＯＭ１４は、過電流を検出するため、電流検出部１３の検出値を取り込み、各分岐経路Ｌ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２を測定する（ステップＳ１）。次に、μＣＯＭ１４は、電流Ｉ１、Ｉ２を加算して合計電流Ｉ０を算出する（ステップＳ２）。そして、μＣＯＭ１４は、この合計電流Ｉ０が所定範囲外であれば（ステップＳ３でＮ）、過電流の診断をして（ステップＳ４）、ステップＳ５に進む。μＣＯＭ１４は、合計電流Ｉ０が所定範囲内であれば（ステップＳ３でＹ）、正常と判断して、直ちにステップＳ５に進む。
【００２３】
ステップＳ５において、μＣＯＭ１４は、電流Ｉ１、Ｉ２の比較に基づいて電流検出部１３の故障を検出する。複数の電流検出部１３のシャント抵抗１３Ａが同じ抵抗値であれば、電流Ｉ１、Ｉ２は同じ値である。そこで、μＣＯＭ１４は、電流Ｉ１、Ｉ２を比較した結果、その差分が所定値以上であれば故障と判定し（ステップＳ６でＹ）、電流検出部１３の故障診断した後（ステップＳ７）、ステップＳ８に進む。一方、μＣＯＭ１４は、電流Ｉ１、Ｉ２を比較した結果、差がなければ正常であると判定し（ステップＳ６でＮ）、直ちにステップＳ８に進む。
【００２４】
次に、μＣＯＭ１４は、スイッチＱ１〜Ｑ４の固着故障を検出する。ステップＳ８において、μＣＯＭ１４は、まずスイッチＱ１、Ｑ２をオフし、一定時間経過するとオンに戻す（ステップＳ８）。このとき、スイッチＱ３、Ｑ４はオンのままである。μＣＯＭ１４は、スイッチＱ１、Ｑ２のみがオフのときの電流Ｉ１、Ｉ２を計測して、オフする前にステップＳ１で計測した電流Ｉ１、Ｉ２を比較する。μＣＯＭ１４は、比較した結果、電流Ｉ１、Ｉ２に変動がなければ（ステップＳ９でＮ）、スイッチＱ１、Ｑ２の固着故障と診断した後（ステップＳ１０）、次のステップＳ１１に進む。一方、μＣＯＭ１４は、比較した結果、電流Ｉ１、Ｉ２に変動があれば（ステップＳ９でＹ）、正常と判断し直ちにステップＳ１１に進む。
【００２５】
ステップＳ１１において、μＣＯＭ１４は、まずスイッチＱ３、Ｑ４をオフし、一定時間経過するとオンに戻す。このとき、スイッチＱ１、Ｑ２はオンのままである。μＣＯＭ１４は、スイッチＱ３、Ｑ４のみがオフのときの電流Ｉ１、Ｉ２を計測して、オフする前にステップＳ１で計測した電流Ｉ１、Ｉ２を比較する。μＣＯＭ１４は、比較した結果、電流Ｉ１、Ｉ２に変動がなければ（ステップＳ１２でＮ）、スイッチＱ３、Ｑ４の固着故障と診断した後（ステップＳ１３）、処理を終了する。一方、μＣＯＭ１４は、比較した結果、電流Ｉ１、Ｉ２に変動があれば（ステップＳ１２でＹ）、正常と診断し（ステップＳ１４）、処理を終了する。
【００２６】
μＣＯＭ１４は、上述した自己診断処理を実行した結果、故障診断すると、運転手にその旨を報知したり、自動運転から手動運転に切り替える。
【００２７】
上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４が、複数のスイッチＱ１〜Ｑ４をオン制御した後、スイッチＱ１〜Ｑ４を分岐経路Ｌ１、Ｌ２毎に順番に、一定時間だけオフ制御し、このとき、複数の電流検出部１３により検出される電流Ｉ１、Ｉ２に基づいて故障を検出する。これにより、オフ制御されていない分岐経路Ｌ１、Ｌ２を経由して電流が流れ続けるため、スイッチＱ１〜Ｑ４の両端を導通した状態でオン中に固着故障を検出することができる。
【００２８】
また、上述したように正常時に分岐経路Ｌ１、Ｌ２の一方を遮断すると、その電流Ｉ１、Ｉ２は、合計電流Ｉ０×１／２から０Ａ又は合計電流Ｉ０×１／２から２倍の合計電流Ｉ０に大きく変動する。一方、故障時は、電流Ｉ１、Ｉ２は変動しない。このため、電流検出部１３としては、０Ａ、Ｉ０×１／２、Ｉ０の３段階を検知できる精度のものであればよく、シャント抵抗１３Ａに温度補正も必要ない。よって、安価な電流検出部１３を用いて精度よく、スイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出することができる。
【００２９】
また、上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４は、複数のスイッチＱ１〜Ｑ４がオンのときに、複数の電流検出部１３により検出された電流を比較することにより、電流検出部１３の故障を検出している。これにより、簡単に電流検出部１３の故障を検出することができる。
【００３０】
なお、上述したシャント抵抗１３Ａとしては、抵抗素子を用いてもよいし、図７に示すように、既存のバスバ１５の抵抗成分をシャント抵抗１３Ａとして用いてもよい。同図に示すように、上記スイッチＱ１〜Ｑ４及び電流検出部１３の差動増幅器１３Ｂは、基板１７上に搭載されている。そして、この基板１７上には、スイッチＱ１〜Ｑ４をメインバッテリ１１に接続するためのバスバ１６と、サブバッテリ１２に接続するためのバスバ１５と、が搭載されている。
【００３１】
図７に示す例では、サブバッテリ１２に接続するためのバスバ１５をシャント抵抗１３Ａとして用いている。即ち、差動増幅器１３Ｂの２つの入力の一方をバスバ１５のスイッチＱ１〜Ｑ４側の位置で接続し、他方をバスバ１５の一方との接続位置から離れた位置で接続している。これにより、シャント抵抗１３Ａとして抵抗素子が必要ないため、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
また、図７に示す例では、バスバ１５の抵抗成分をシャント抵抗１３Ａとして用いていたが、これに限ったものではない。バスバ１５の代わりに基板１７上にプリントされた配線パターンで、スイッチＱ１〜Ｑ４とメインバッテリ１１やサブバッテリ１２とを接続している場合には、配線パターンの抵抗素子をシャント抵抗１３Ａとして用いてもよい。
【００３３】
また、上述した実施形態によれば、大電流に耐えられるようにするため、また、冗長のために、スイッチＱ１、Ｑ２を並列接続して、１つの分岐経路Ｌ１に対して２つのスイッチＱ１、Ｑ２を設けていた。また、スイッチＱ３、Ｑ４を並列接続して、１つの分岐経路Ｌ２に対して２つのスイッチＱ３、Ｑ４を設けていた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、１つの分岐経路Ｌ１、Ｌ２には少なくとも１つのスイッチが設けられていればよい。
【００３４】
また、上述した実施形態によれば、電流経路を２つの分岐経路Ｌ１、Ｌ２に分岐していたが、これに限ったものではない。分岐経路Ｌ１、Ｌ２は複数に分岐すればよく、３つ以上に分岐されていてもよい。
【００３５】
また、上述した実施形態によれば、故障検出装置は、バッテリ１１、１２間に設けられたスイッチＱ１〜Ｑ４の故障を検出していたが、これに限ったものではない。バッテリ１１、１２と負荷Ｌｏ１、Ｌｏ２との間に設けられるスイッチの故障検出に用いてもよい。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両用電源供給装置（スイッチの故障検出装置）
１１  メインバッテリ（電源）
１２  サブバッテリ（電源）
１３  電流検出部
１３Ａ  シャント抵抗
１４  μＣＯＭ（スイッチ制御部、第１故障検出部、第２故障検出部）
１５  バスバ
１７  基板
Ｌ１  分岐経路
Ｌ２  分岐経路
Ｌｏ１  負荷
Ｌｏ２  負荷
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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