(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の電源電圧を降圧して電源参照電圧を出力する参照電圧発生器と、
所定の基準電圧を出力する基準電圧発生器と、
前記電源参照電圧を第１の電源電圧検出用電圧として伝送する第１の伝送線路と前記基準電圧を第２の電源電圧検出用電圧として伝送する第２の伝送線路と、
前記第１の電源電圧検出用電圧と前記第２の電源電圧検出用電圧とを差動増幅して断線判定用電圧を出力する差動増幅器と、
前記第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて前記電源電圧を検出し、かつ、前記断線判定用電圧及び前記第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて前記第１、第２の伝送線路の正常／異常を検出する異常検出手段と
を具備することを特徴とする電源電圧検出装置。
【請求項２】
前記異常検出手段は、前記電源電圧が増加すると前記第１の電源電圧検出用電圧が減少すると共に前記断線判定用電圧が増加し、かつ、前記第２の電源電圧検出用電圧が前記電源電圧の変化に関わりなく一定値を維持する場合に前記第１、第２の伝送線路が正常であると判定することを特徴とする請求項１記載の電源電圧検出装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、前記差動増幅における増幅度を１倍よりも低い値として前記断線判定用電圧を取得し、前記断線判定用電圧が特定の値の場合に前記第１の伝送線路の断線を判定することを特徴とする請求項２記載の電源電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、簡易な構成で浮動直流電源の地絡検出及び電源電圧の検出が可能な浮動直流電源の異常検出装置が開示されている。この異常検出装置は、浮動直流電源の正負電極間に直列接続された４個の基準抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄからなり、正負電極側の２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄの抵抗値及び中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃの抵抗値がそれぞれ等しい直列抵抗回路と、上記２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃの接続点に基準直流電圧を印加すると共に回路の一部が接地された基準電圧印加回路と、２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと他の２個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの接続点の電位Ｖｃｄとを同相加算すると共に当該同相加算の値に基いて浮動直流電源の地絡を検出する地絡検出手段と、上記電位Ｖａｂと電位Ｖｃｄとを差動増幅し、当該差動増幅の値の変動に基いて浮動直流電源の電圧を検出する電圧検出手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０８０１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記背景技術は、浮動直流電源の電源電圧を検出することに加え、浮動直流電源における正極側（正極端子に接続される配線等）の地絡及び負極側（負極端子に接続される配線等）の地絡を各々検出するものである。
しかしながら、浮動直流電源と電圧検出手段（制御ユニット）との間の配線異常（地絡、断線）があった場合、浮動直流電源の電源電圧を正確又は/及び確実に検出できない虞がある。浮動直流電源の電源電圧を正確又は/及び確実に検出するためには、上記電位Ｖａｂ及びと電位Ｖｃｄのような電源電圧の検出に必要な電圧（電源電圧検出用電圧）の伝送線路の異常を検知する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、直流電源の電源電圧を検出するに際して電源電圧検出用電圧の伝送線路の異常の発生を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電源電圧検知装置に係る第１の解決手段として、直流電源の電源電圧を降圧して電源参照電圧を出力する参照電圧発生器と、所定の基準電圧を出力する基準電圧発生器と、前記電源参照電圧を第１の電源電圧検出用電圧として伝送すると共に前記基準電圧を第２の電源電圧検出用電圧として伝送する伝送線路と、前記第１の電源電圧検出用電圧と前記第２の電源電圧検出用電圧とを差動増幅する差動増幅器と、前記第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて前記電源電圧を検出すると共に前記伝送線路の異常を検出する異常検出手段とを具備する、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、電源電圧検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記異常検出手段は、所定の増幅度で前記基準電圧と前記電源参照電圧とを差動増幅した電圧を断線判定用電圧として演算し、当該断線判定用電圧及び前記第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて前記伝送線路の異常を検出する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電源電圧検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記差動増幅器は、所定の増幅度を有し、前記異常検出手段は、前記差動増幅器の出力電圧を断線判定用電圧として取り込み、当該断線判定用電圧及び前記第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて前記伝送線路の異常を検出する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異常検出手段で第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて直流電源の電源電圧の検知に際して、第１、第２の電源電圧検出用電圧に基づいて伝送線路の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源電圧検出装置の電気的構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電源電圧検出装置において、ワイヤーハーネスＷＨ（伝送線路）の正常時における各種電圧を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る電源電圧検出装置において、ワイヤーハーネスＷＨ（伝送線路）の異常時における各種電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電源電圧検出装置（以下、本電源電圧検出装置という。）は、図１に示すように、参照電圧発生器Ｋ1、基準電圧発生器Ｋ2、ワイヤーハーネスＷＨ（伝送線路）、差動増幅器Ｋ3、Ｉ/Ｆ回路Ｋ4、第１電圧供給回路Ｋ5、第２電圧供給回路Ｋ6及び演算装置Ｐ（異常検出手段）を具備する。
【００１２】
なお、図１における直流電源Ｄは、本電源異常検出装置の検出対象である。この直流電源Ｄは、多数のセル電池を直列接続した組電池であり、数百ボルトの高電圧を正極端子ａと負極端子ｂとの端子間電圧（電源電圧Ｅ０）として外部負荷に供給する。
【００１３】
このような直流電源Ｄは、例えば電気自動車あるいはハイブリッド自動車等の車両において走行用モータ（負荷）に電源電圧Ｅ０の直流電力を給電する燃料電池あるいはリチウムイオン電池、つまり二次電池である。上記電源電圧Ｅ０は、自らの充電状態や車両の走行状態に応じて、例えば図２の横軸に示すように０〜５００〔Ｖ〕の範囲で変化する。このような電源電圧Ｅ０の変化範囲のうち、例えば４３０〜５００〔Ｖ〕の範囲は、電源電圧Ｅ０として異常な過電圧範囲であり、当該過電圧範囲以外は正常電圧範囲である。
【００１４】
参照電圧発生器Ｋ1は、上記電源電圧Ｅ０を降圧することにより電源参照電圧Ｖ１を生成し、当該電源参照電圧Ｖ１をワイヤーハーネスＷＨの第１電線ｈ1の一端に出力する。この参照電圧発生器Ｋ1は、例えば直流電源Ｄの正極電圧Ｖａを抵抗分圧すると共に直流電源Ｄの負極電圧Ｖｂを抵抗分圧し、各々の分圧値の差電圧を基準電圧ＥＲを電源参照電圧Ｖ１として出力する。図２に示すように、電源電圧Ｅ０が０〜５００〔Ｖ〕の範囲で変化した場合、電源参照電圧Ｖ１は直線的に変化する。
【００１５】
基準電圧発生器Ｋ2は、所定の基準電圧ＥＲを発生させてワイヤーハーネスＷＨの第２電線ｈ2の一端に供給する。上記基準電圧ＥＲは、差動増幅器Ｋ3の増幅動作における動作点を規定するで餡圧である。なお、参照電圧発生器Ｋ1も上記基準電圧ＥＲを取り込むように構成されており、当該基準電圧ＥＲを動作点として電源参照電圧Ｖ１を生成する。
【００１６】
ワイヤーハーネスＷＨは、図示するように第１電線ｈ1及び第２電線ｈ2を少なくとも備える。本電源電圧検出装置は、ワイヤーハーネスＷＨを介して電気的に接続された高圧基板（プリント配線板）と低圧基板（プリント配線板）とに実装されている。上述した参照電圧発生器Ｋ1及び基準電圧発生器Ｋ2は、直流電源Ｄに隣接する高圧基板に実装されている。一方、差動増幅器Ｋ3、第１電圧供給回路Ｋ4、第２電圧供給回路Ｋ5及び演算装置Ｐは、直流電源Ｄから離間して設けられた電池ＥＣＵ内の低圧基板に実装されている。
【００１７】
ワイヤーハーネスＷＨは、このような高圧基板と低圧基板とを電気的に接続するための伝送線路である。このワイヤーハーネスＷＨにおいて、第１電線ｈ1は、上記電源参照電圧Ｖ1を高圧基板から低圧基板に第１の電源電圧検出用電圧として伝送する伝送線路（信号線）である。一方、第２電線ｈ2は、上記基準電圧ＥＲを高圧基板から低圧基板に第２の電源電圧検出用電圧として伝送するための伝送線路（信号線）である。なお、以下の説明では、第１の電源電圧検出用電圧を第１検出用電圧Ｖｏａといい、第２の電源電圧検出用電圧を第２検出用電圧Ｖｏｂという。
【００１８】
差動増幅器Ｋ3は、第１電線ｈ1から入力される第１検出用電圧Ｖｏａと第２電線ｈ2から入力される第２検出用電圧Ｖｏｂとを差動増幅し、断線判定用電圧ＶｄとしてＩ/Ｆ回路Ｋ4に出力する。この差動増幅器Ｋ3は、演算増幅器と複数の抵抗器とか構成されており、１倍から所定量だけ小さな増幅度に設定されている。Ｉ/Ｆ回路Ｋ4は、上記差動増幅器Ｋ3と演算装置Ｐとの間に設けられたインターフェース回路であり、断線判定用電圧Ｖｄを信号変換して演算装置Ｐに出力する。
【００１９】
第１電圧供給回路Ｋ5は、第１電線ｈ1から入力される第１検出用電圧Ｖｏａを演算装置Ｐに供給する回路である。この第１電圧供給回路Ｋ5は、図示するように第１抵抗器Ｒ1によって構成されている。すなわち、第１抵抗器Ｒ1の一端は第１電線ｈ1の他端に接続され、第１抵抗器Ｒ1の他端は、演算装置Ｐの第２入力端子（AD1）に接続されている。
【００２０】
第２電圧供給回路Ｋ6は、第２電線ｈ2から入力される第２検出用電圧Ｖｏｂを演算装置Ｐに供給する回路である。この第２電圧供給回路Ｋ6は、図示するように第２抵抗器Ｒ2によって構成されている。すなわち、第２抵抗器Ｒ2の一端は第２電線ｈ2の他端に接続され、第２抵抗器Ｒ12の他端は、演算装置Ｐの第３入力端子（AD2）に接続されている。
【００２１】
演算装置Ｐは、上述した第１検出用電圧Ｖｏａ、第２検出用電圧Ｖｏｂ及び断線判定用電圧Ｖｄに基づいてワイヤーハーネスＷＨ（伝送線路）の異常を検出する異常検出手段である。また、この演算装置Ｐは、第１検出用電圧Ｖｏａ及び第２検出用電圧Ｖｏｂに基づいて直流電源Ｄの電源電圧Ｅ０を検出する電源電圧検出機能を基本機能として備える。
【００２２】
すなわち、この演算装置Ｐは、専用の電源電圧検出プログラム及び異常検出プログラムを内部メモリに記憶している。この演算装置Ｐは、第１電圧供給回路Ｋ5から入力される第１検出用電圧Ｖｏａ、第２電圧供給回路Ｋ6から入力される第２検出用電圧Ｖｏｂ、差動増幅器Ｋ3から入力される断線判定用電圧Ｖｄに基づいて、直流電源Ｄの電源電圧Ｅ０を検出すると共にワイヤーハーネスＷＨの異常（地絡又は／及び断線）をソフトウエア的に検出する。
【００２３】
詳細については後述するが、ワイヤーハーネスＷＨが正常な場合、第１検出用電圧Ｖｏａは電源参照電圧Ｖ１と等しくなり、また第２検出用電圧Ｖｏｂは基準電圧ＥＲと等しくなる。しかしながら、ワイヤーハーネスＷＨに地絡又は／及び断線等の異常が発生すると、第１検出用電圧Ｖｏａ、第２検出用電圧Ｖｏｂ、また断線判定用電圧Ｖｄは、ワイヤーハーネスＷＨの正常時とは異なる電圧となる。
【００２４】
次に、このように構成された本電源異常検出装置の動作について、図２及び図３をも参照して詳しく説明する。
【００２５】
ワイヤーハーネスＷＨが正常な場合、第１検出用電圧Ｖｏａは、電源参照電圧Ｖ１と等しく、図２に示すように電源電圧Ｅ０の変化に対して直線的に変化する。演算装置Ｐは、例えば第１検出用電圧Ｖｏａと電源電圧Ｅ０との対応関係を規定する係数あるいはテーブルを記憶しており、これら係数あるいはテーブルを用いることにより第１検出用電圧Ｖｏａに対応する電源電圧Ｅ０を演算する。そして、演算装置Ｐは、このような電源電圧Ｅ０の算出処理（電源電圧検出処理）に加えて、以下のワイヤーハーネスＷＨの異常検出処理を行う。
【００２６】
すなわち、図２に示すように、ワイヤーハーネスＷＨが正常な場合、第１検出用電圧Ｖｏａは、電源電圧Ｅ０が増加すると直線的に減少する。一方、第２検出用電圧Ｖｏｂは、ワイヤーハーネスＷＨが正常な場合に基準電圧ＥＲと等しいので、電源電圧Ｅ０の変化に関係なく一定値である。また、差動増幅器Ｋ3は、電源電圧Ｅ０が増加すると、直線的に増加する断線判定用電圧Ｖｄを出力する。
【００２７】
すなわち、ワイヤーハーネスＷＨが正常な場合、つまりワイヤーハーネスＷＨの第１電線ｈ1や第２電線ｈ2に地絡や断線が発生していない場合、直流電源Ｄの電源電圧Ｅ０が取り得る範囲において、第１検出用電圧Ｖｏａ及び断線判定用電圧Ｖｄは図２に示すように直線的に変化し、一方、第２検出用電圧Ｖｏｂは一定値を維持する。
【００２８】
ここで、図２における電圧ＶＳは、第１検出用電圧Ｖｏａと第２検出用電圧Ｖｏｂとの差分電圧（＝Ｖｏｂ−Ｖｏａ）である。差動増幅器Ｋ3の増幅度は１倍よりも若干低い値に設定されているが、上記差分電圧ＶＳは、差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍に設定した場合の差動増幅器Ｋ3の出力電圧に相当する。このような差分電圧ＶＳは、図２に示すように、電源電圧Ｅ０が増加した場合に直線的に増加する。
【００２９】
このようなワイヤーハーネスＷＨの正常状態に対して、第１電線ｈ1が地絡する異常が発生すると、第１電線ｈ1の電位がゼロ電位（接地電位）となるので、第１検出用電圧Ｖｏａは、図３（ａ）に示すように、直流電源Ｄの電源電圧Ｅ０の値に関わりなく０〔Ｖ〕になる。一方、第２検出用電圧Ｖｏｂは、第１電線ｈ1の地絡の影響を受けないので、ワイヤーハーネスＷＨの正常状態と同様に一定値である。また、断線判定用電圧Ｖdは、第１電線ｈ1の電位がゼロ電位（接地電位）となるので、第２検出用電圧Ｖｏｂと同様に一定値となる。
【００３０】
すなわち、第１検出用電圧Ｖｏａは、第１電線ｈ1が正常な場合に所定範囲内の値となるが、第１電線ｈ1に地絡が発生すると、電源電圧Ｅ０の全範囲において上記所定範囲（正常範囲）とは異なる０〔Ｖ〕になる。演算装置Ｐは、第１電線ｈ1の地絡の有無を判定するために、特定のしきい値と第１検出用電圧Ｖｏａとを比較することにより、第１電線ｈ1の地絡の有無を判断する。
【００３１】
ここで、仮に第１電線ｈ1が地絡した場合の第１検出用電圧Ｖｏａが電源電圧Ｅ０の正常範囲内の電位となった場合には、演算装置Ｐは、第１検出用電圧Ｖｏａが第１電線ｈ1の地絡に基づく電位なのか、あるいはその時点における電源電圧Ｅ０に基づく電位なのかを判別することができないので、第１電線ｈ1の地絡を検出することができない。
【００３２】
一方、第２電線ｈ2に地絡が発生すると、当該第２電線ｈ2の電位はゼロ電位（接地電位）となるので、第２検出用電圧Ｖｏｂは、図３（ｂ）に示すように、電源電圧Ｅ０の値に関わりなく、０〔Ｖ〕になる。また、第１検出用電圧Ｖｏａは、図３（ｂ）に示すように所定範囲内の電位となる。さらに、断線判定用電圧Ｖｄは、第２検出用電圧Ｖｏｂと同様に０〔Ｖ〕になる。
【００３３】
すなわち、第２検出用電圧Ｖｏｂは、第２電線ｈ2が正常な場合に一定値であるが、第２電線ｈ2が地絡すると、当該一定値とは全く異なる０〔Ｖ〕になる。演算装置Ｐは、特定のしきい値と第２検出用電圧Ｖｏｂとを比較することにより、第２電線ｈ2の地絡の有無を判断する。この場合においても、第２検出用電圧Ｖｏｂは、第２電線ｈ2に地絡が発生した場合の電位と第２電線ｈ2が正常な場合の電位とは全く異なる値となるので、演算装置Ｐは、第２電線ｈ2の地絡を検出することができる。
【００３４】
一方、第１電線ｈ1に断線が発生すると、差動増幅器Ｋ3における演算増幅器の反転入力端子（−）は、一般的な演算増幅器における周知の「イマジナリ・ショート」の原理に基づいて非反転入力端子（＋）の電位と等しくなる。この結果、断線判定用電圧Ｖｄは、図３（ｃ）に示すように特定の値となる。また、第１検出用電圧Ｖｏａも断線判定用電圧Ｖｄと同様に上記特定の値となる。一方、第２検出用電圧Ｖｏｂは、第１電線ｈ1の断線の影響を受けないので、本来の値を維持する。
【００３５】
ここで、上記断線判定用電圧Ｖｄは、図３（ｃ）に示すように、ワイヤーハーネスＷＨが正常な状態における断線判定用電圧Ｖｄとして見た場合に、点Ｐ１で示すように電源電圧Ｅ０の過電圧範囲に属する電圧値である。この電圧値は、上述したように差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍よりも低く設定したことによって得られたものである。
【００３６】
仮に、差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍に設定すると、断線判定用電圧Ｖｄは、図３（ｃ）の点Ｐ2で示すように、電源電圧Ｅ０の正常電圧範囲に属する値となる。したがって、この場合には第１電線ｈ1における断線の発生を正常に判定することができない。これに対して、本実施形態では、上述したように差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍から所定量だけ低く設定することにより、第１電線ｈ1に断線が発生した場合の断線判定用電圧Ｖｄを電源電圧Ｅ０の過電圧範囲に属するように調整し、以って第１電線ｈ1の断線の発生を正常に判定することを可能としている。
【００３７】
一方、第２電線ｈ2に断線が発生すると、差動増幅器Ｋ3における演算増幅器の非反転入力端子（＋）の電位は０〔Ｖ〕になるので、第１入力端子（AD1）に入力される断線判定用電圧Ｖｄは０〔Ｖ〕になる。一方、第１検出用電圧Ｖｏａは、ワイヤーハーネスＷＨの正常時と同様な電位なる。また、第２検出用電圧Ｖｏｂは、断線判定用電圧Ｖｄと同様に０〔Ｖ〕になる。
【００３８】
すなわち、第２電線ｈ2に断線が発生した場合、断線判定用電圧Ｖｄ、第１検出用電圧Ｖｏａ及び第２検出用電圧Ｖｏｂは、第１電線ｈ1に地絡が発生した場合と同様な値となる。演算装置Ｐは、断線判定用電圧Ｖｄを所定のしきい値と比較することにより、第２電線ｈ2の断線の有無を判断する。
【００３９】
このような本実施形態によれば、演算装置Ｐ（異常検出手段）において電源電圧Ｅ０を検出することに加え、演算装置ＰにおいてワイヤーハーネスＷＨの異常、つまり第１電線ｈ1の地絡及び断線並びに第２電線ｈ2の地絡及び断線を判定することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍から所定量だけ小さく設定することにより、第１電線ｈ1に断線が発生した場合の断線判定用電圧Ｖｄを電源電圧Ｅ０の過電圧範囲に属するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば演算装置Ｐ内で第１検出用電圧Ｖｏａ及び第２検出用電圧Ｖｏｂを１倍から所定量だけ小さな増幅度で差動増幅することにより断線判定用電圧Ｖｄを演算してもよい。この場合には、差動増幅器Ｋ3の増幅度を規定する抵抗器の抵抗値のばらつきの影響を排除することができるので、第１電線ｈ1の断線の有無をより正確に判定することが可能となる。
【００４１】
（２）上記実施形態では、参照電圧発生器Ｋ1として直流電源Ｄの正極電圧と負極電圧とをそれぞれ降圧すると共に差動増幅する差動増幅器として構成したが、本発明はこれに限定されない。参照電圧発生器Ｋ1として種々の回路構成が考えられ、例えば抵抗分圧器と抵抗加算器を組み合わせた構成としてもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態では、差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍から所定量だけ低く設定したが、本発明はこれに限定されない。例えば第１電線ｈ1及び第２電線ｈ2の地絡のみをワイヤーハーネスＷＨ（伝送線路）の異常として検出すればよい場合には、第１検出用電圧Ｖｏａ及び第２検出用電圧Ｖｏｂのみによって第１電線ｈ1及び第２電線ｈ2の地絡を検出することができるので、差動増幅器Ｋ3の増幅度を１倍から所定量だけ低く設定する必要はない。
【符号の説明】
【００４３】
Ｄ…直流電源、Ｋ1…参照電圧発生器、Ｋ2…基準電圧発生器、ＷＨ…ワイヤーハーネス（伝送線路）、Ｋ3…差動増幅器、Ｋ4…Ｉ/Ｆ回路、Ｋ5…第１電圧供給回路、Ｋ6…第２電圧供給回路、Ｐ…演算装置（異常検出手段）  
【図１】
0006478200.tif 000002
【図２】
0006478200.tif 000003
【図３】
0006478200.tif 000004