CN111033288B - 异常检测装置 - Google Patents

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Abstract

桥式电路(10)中，形成有电阻(R1)与电阻(R2)串联连接且电阻(R2)与电阻(R4)串联连接的串联电路(11)。而且，桥式电路(10)中，串联电路(11)与负载部(R3)并联连接，电阻(R5)的一端连接在电阻(R2)与电阻(R4)之间，电阻(R5)的另一端连接在电阻(R1)与负载部(R3)之间。而且，桥式电路(10)中，电压供给部(20)连接在电阻(R1)与电阻(R2)之间。控制部(40)基于通过在断开开关(3)的状态下从电压供给部(20)施加电压(V)而检测出的桥式电路(10)的检测电压来检测负载部(R3)的异常。通过该结构，异常检测装置(1)能够在抑制大型化的基础上检测异常。

Description

异常检测装置
技术领域
本发明涉及一种异常检测装置。
背景技术
以往，车辆搭载有电压检测装置，其检测向负载部供给电力的主电源的电压。另外，有时车辆搭载有异常检测装置，其在从主电源向负载部供给电力之前检测负载部的短路等异常(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-250258号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，以往的异常检测装置需要对负载部的短路等异常进行检测的专用的电子部件，因此存在大型化的倾向，在这一点上存在进一步改进的余地。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制大型化的异常检测装置。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题并达成目的，本发明涉及的异常检测装置的特征在于，具备：异常检测对象，所述异常检测对象与主电源连接，并且从所述主电源被供给电力；桥式电路，所述桥式电路构成为包含第一电阻、第二电阻、作为所述异常检测对象的第三电阻、第四电阻和第五电阻；电压供给部，所述电压供给部是与所述主电源不同的电源，并且对所述桥式电路施加电压；以及控制部，所述控制部控制所述主电源和所述电压供给部，所述桥式电路中，形成有所述第一电阻与所述第二电阻串联连接且所述第二电阻与所述第四电阻串联连接而成的串联电路，所述串联电路与所述第三电阻并联连接，所述第五电阻的一端连接在所述第二电阻与所述第四电阻之间，所述第五电阻的另一端连接在所述第一电阻与所述第三电阻之间，所述电压供给部连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述控制部基于检测电压来检测所述第三电阻的异常，所述检测电压是通过在断开所述主电源的状态下从所述电压供给部施加电压从而检测出的所述桥式电路的检测电压。
在上述异常检测装置中，优选地，所述控制部基于所述检测电压和表示所述第三电阻短路的短路基准电压来检测所述第三电阻的短路，所述控制部基于所述检测电压和表示所述第三电阻断路的断路基准电压来检测所述第三电阻的断路。
发明效果
本发明涉及的异常检测装置具备桥式电路，该桥式电路中，由第一电阻、第二电阻和第四电阻构成的串联电路与第三电阻并联连接，第五电阻的一端连接在第二电阻与第四电阻之间，第五电阻的另一端连接在第一电阻与第三电阻之间，电压供给部连接在第一电阻与第二电阻之间。第三电阻与主电源连接，从主电源被供给电力。所述控制部基于检测电压来检测所述第三电阻的异常，所述检测电压是通过在断开所述主电源的状态下从所述电压供给部施加电压从而检测出的所述桥式电路的检测电压。根据该结构，异常检测装置能够使用共用的电路(第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻以及控制部)来进行主电源的电压检测和第三电阻的异常检测。作为其结果，异常检测装置能够抑制大型化。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的异常检测装置的结构例的电路图。
图2是示出实施方式涉及的异常检测装置的工作例的电路图。
图3是示出实施方式涉及的异常检测装置的工作例的电路图。
图4是示出实施方式涉及的桥式电路的结构例的概略图。
图5是示出实施方式涉及的桥式电路发生短路时的概略图。
图6是示出实施方式涉及的桥式电路发生断路时的概略图。
图7是示出实施方式涉及的异常检测装置的工作例的流程图。
图8是示出实施方式涉及的向高电压J/B应用的应用例的电路图。
符号说明
1、1A 异常检测装置
2 电池(主电源)
10 桥式电路
11 串联电路
20 电压供给部
40 控制部
R1 电阻(第一电阻)
R2 电阻(第二电阻)
R3 负载部(第三电阻)
R4 电阻(第四电阻)
R5 电阻(第五电阻)
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容。另外，在以下记载的结构要素中包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。并且，以下记载的结构能够适当组合。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、替换或变更。
[实施方式]
对实施方式涉及的异常检测装置1进行说明。异常检测装置1是检测负载部R3的异常的装置。异常检测装置1组装于对作为车辆的主电源的电池2进行控制的车辆电源控制***100。车辆电源控制***100是对从电池2向负载部R3供给的电力进行控制的***。如图1所示，车辆电源控制***100具备电池2、开关3、负载部R3、异常检测装置1。
电池2向负载部R3供给电力。电池2是能够蓄积电力的充电电池，经由开关3与负载部R3连接。电池2向负载部R3供给电压E的电力。
开关3是使从电池2流向负载部R3的电流通电或切断的电路。开关3设置在电池2的正极与负载部R3之间。开关3与后述的异常检测装置1的控制部40连接，根据从控制部40输出的开关控制信号而接通/断开。开关3例如在开关控制信号为使该开关3接通的开关接通信号的情况下接通，将电池2与负载部R3电连接。另外，开关3例如在开关控制信号为使该开关3断开的开关断开信号的情况下断开，将电池2与负载部R3切断。
负载部R3消耗从电池2供给的电力，例如是车辆的行驶用的发动机等。
异常检测装置1是检测负载部R3的短路等异常的装置。异常检测装置1具备桥式电路10、电压供给部20、电压检测部30以及控制部40。桥式电路10构成为包含作为第一电阻的电阻R1、作为第二电阻的电阻R2、作为第三电阻的负载部R3、作为第四电阻的电阻R4、作为第五电阻的电阻R5。如上所述，负载部R3与电池2连接，从电池2被供给电力。负载部R3是被检测电连接的异常的异常检测对象，例如可被检测出短路或断路等异常。桥式电路10中，形成有电阻R1与电阻R2串联连接且电阻R2与电阻R4串联连接的串联电路11。而且，桥式电路10中串联电路11与负载部R3并联连接。另外，桥式电路10中，电阻R5的一端连接在电阻R2与电阻R4之间，电阻R5的另一端连接在电阻R1与负载部R3之间。而且，桥式电路10中，电压供给部20连接在电阻R1与电阻R2之间。另外，桥式电路10中，负载部R3与电阻R4的连接点接地(与GND连接)。
电压供给部20是与电池2不同的电源，是向桥式电路10施加电压V的电源。如图2所示，电压供给部20具有N沟道的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor field-effecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)即FET21、P沟道的MOSFET即FET22、二极管23以及副电源24。FET21中，栅极端子与控制部40连接，漏极端子与FET22的栅极端子连接，源极端子接地(与GND连接)。FET22中，栅极端子与FET21的漏极端子连接，源极端子与副电源24连接，漏极端子与二极管23连接。二极管23的阳极端子与FET22的漏极端子连接，阴极端子连接在电阻R1与电阻R2之间。
电压供给部20在驱动信号(接通)被从控制部40输出并对FET21的栅极端子施加电压V时，FET21导通而电流从FET21的漏极端子流向源极端子。电压供给部20中，当电流从FET21的漏极端子流向源极端子时，FET22的栅极端子的电压比源极端子的电压低，从而FET22导通。电压供给部20中，当FET22导通时，电流从副电源24经由二极管23流向桥式电路10。换言之，电压供给部20对桥式电路10施加电压V。另一方面，电压供给部20在驱动信号(断开)被从控制部40输出而FET21的栅极端子的电压降低时，FET21截止从而电流不会从FET21的漏极端子流向源极端子。电压供给部20中，当电流不从FET21的漏极端子流向源极端子时，FET22的栅极端子的电压与源极端子的电压变得相等从而FET22截止。电压供给部20中，当FET22截止时，电流不从副电源24经由二极管23流向桥式电路10。换言之，电压供给部20停止向桥式电路10施加的电压V。
电压检测部30是检测电压的电路。电压检测部30例如与电阻R4并联连接。另外，电压检测部30与控制部40连接。电压检测部30将表示已检测出的检测电压Vdtc的检测信号S(S1～S4)向控制部40输出。电压检测部30例如在开关3接通而从电池2向负载部R3供给电力的情况下，换言之在正常工作的情况下，将电阻R1、电阻R2及电阻R5的合成电阻与电阻R4的分压值作为正常工作时的检测电压Vdtc进行检测。正常工作时的检测电压Vdtc是由以下的式(1)确定的电压值。式(1)中记载的R1、R2、R4、R5是电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5各自的电阻值，式(1)中记载的E是电池2的电压值。电压检测部30将表示正常工作时的检测电压Vdtc的检测信号S1向控制部40输出。
【数学式1】
正常工作时的检测电压：
Figure BDA0002383488290000061
另外，在开关3断开而从电压供给部20向桥式电路10施加电压V时负载部R3的电连接为正常的情况下，即在异常检测工作中为正常的情况下，电压检测部30从桥式电路10检测异常检测工作时的检测电压Vdtc(参照图4)。异常检测工作时的检测电压Vdtc是由以下的式(2)确定的电压值。式(2)中记载的R1～R5是电阻R1～电阻R5各自的电阻值，式(2)中记载的V是电压供给部20的电压值。电压检测部30将表示异常检测工作时的检测电压Vdtc的检测信号S2向控制部40输出。
【数学式2】
异常检测工作时的检测电压
Figure BDA0002383488290000071
另外，在异常检测工作时，在负载部R3短路(short)时，即负载部R3的电阻为0Ω时，电压检测部30从桥式电路10检测短路检测时的检测电压Vdtc(参照图5)。短路检测时的检测电压Vdtc是由以下的式(3)确定的电压值。式(3)中记载的R1、R2、R4、R5是电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5各自的电阻值，式(3)中记载的V是电压供给部20的电压值。电压检测部30将表示短路检测时的检测电压Vdtc的检测信号S3向控制部40输出。
【数学式3】
Figure BDA0002383488290000072
另外，在异常检测工作时，在负载部R3断路(open)时，即负载部R3的电阻为∞Ω时，电压检测部30从桥式电路10检测断路检测时的检测电压Vdtc(参照图6)。断路检测时的检测电压Vdtc是由以下的式(4)确定的电压值。式(4)中记载的R1、R2、R4、R5是电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5各自的电阻值，式(4)中记载的V是电压供给部20的电压值。电压检测部30将表示断路检测时的检测电压Vdtc的检测信号S4向控制部40输出。
【数学式4】
Figure BDA0002383488290000073
控制部40是控制电池2的开关3和电压供给部20的电路。控制部40构成为包含以包括CPU、构成存储部的ROM、RAM以及接口在内的公知的微型计算机为主体的电子电路。控制部40是未图示的上级ECU(电子控制单元；Electronic Control Unit)。例如使开关3接通的外部信号(驱动信号)从ECU输出到控制部40。在存储部中存储有各种基准电压。例如，在存储部中预先存储有表示正常工作时的电压的正常基准电压、以及表示异常检测工作时的电压的异常基准电压。正常基准电压由上述式(1)决定，异常基准电压由上述式(2)决定。另外，在存储部中预先存储有表示负载部R3短路的短路基准电压以及表示负载部R3断路的断路基准电压。短路基准电压由上述式(3)决定，断路基准电压由上述式(4)决定。
控制部40与电压供给部20连接，驱动电压供给部20。控制部40例如通过向电压供给部20输出驱动信号(接通)而从电压供给部20向桥式电路10施加电压V。另外，控制部40通过向电压供给部20输出驱动信号(断开)而使从电压供给部20向桥式电路10施加的电压V停止。控制部40与电压检测部30连接，从电压检测部30输出检测信号S(S1～S4)。控制部40与开关3连接，基于检测信号S(S1～S4)使开关3接通、断开。控制部40在检测信号S(S1～S4)表示异常的情况下，向上级ECU输出异常检测信号等。
控制部40使开关3接通而使电流从电池2流向电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及负载部R3，从该电池2向负载部R3供给电力。控制部40在从电池2向负载部R3供给电力时，对存储于存储部的正常基准电压与从电压检测部30输出的检测信号S进行比较。并且，控制部40在判定为从电压检测部30输出了表示正常工作时的检测电压Vdtc的检测信号S1的情况下，判定为电力正常地从电池2向负载部R3供给。而且，控制部40维持开关3的接通状态。另外，控制部40例如在从电压检测部30不输出检测信号S1而判定为未从电池2向负载部R3正常地供给电力的情况下，使开关3断开。此外，控制部40在开关3接通的状态下，在正常工作时的检测电压Vdtc为0V的情况下，判定为开关3发生了故障。
在接通开关3之前从电压供给部20向桥式电路10施加电压V时，控制部40对存储于存储部的异常基准电压、短路基准电压和断路基准电压与从电压检测部30输出的检测信号S进行比较。然后，控制部40在判定为从电压检测部30输出了表示异常检测工作时的检测电压Vdtc的检测信号S2的情况下，判定为负载部R3的电连接正常。然后，控制部40停止从电压供给部20向桥式电路10施加的电压V而使开关3导通。
在接通开关3之前从电压供给部20向桥式电路10施加了电压V时，在判定为从电压检测部30输出了表示短路检测时的检测电压Vdtc的检测信号S3的情况下，控制部40判定为负载部R3短路。然后，控制部40停止从电压供给部20向桥式电路10施加的电压V，并且维持开关3的断开状态，向驾驶员报告负载部R3的短路异常。控制部40例如通过显示器显示或语音等来报告短路异常。
在将开关3接通之前从电压供给部20向桥式电路10施加了电压V时，在判定为从电压检测部30输出了表示断路检测时的检测电压Vdtc的检测信号S4的情况下，控制部40判定为负载部R3断路。然后，控制部40停止从电压供给部20向桥式电路10施加的电压V，并且维持开关3的断开状态，向驾驶员报告负载部R3的断路异常。此外，控制部40也可以在负载部R3被断路的情况下，尝试接通开关3而使负载部R3电连接。
接着，参照图7对异常检测装置1的工作例进行说明。异常检测装置1以开关3断开且未从电池2向负载部R3供给电力的状态为前提。控制部40判定是否被输出了使开关3接通的外部信号(步骤ST1)。例如在车辆的点火电源接通时从上级ECU输出使开关3接通的外部信号到控制部40。控制部40在被输出了使开关3接通的外部信号的情况下(步骤ST1；是)，如图3所示，将驱动信号(接通)向电压供给部20输出(步骤ST2)。电压供给部20中，在从控制部40输出驱动信号(接通)时，FET21、FET 22导通，对桥式电路10施加电压V。在桥式电路10被施加电压V时，电压检测部30将检测信号S2～S4中的任一个向控制部40输出。在被输出检测信号S3、S4时，控制部40判定为负载部R3电异常(步骤ST3；是)。例如在被输出检测信号S3时，控制部40判定为负载部R3发生了短路，通过显示器显示或语音等来通知短路异常(步骤ST4)。另外，例如，当被输出检测信号S4时，控制部40判定为负载部R3断路，通过显示器显示或语音等通知断路异常(步骤ST4)。然后，如图2所示，控制部40向电压供给部20输出驱动信号(断开)(步骤ST5)，停止从电压供给部20向桥式电路10施加的电压V，在断开开关3的状态下结束处理。此外，在上述的步骤ST1中，控制部40在未被输出接通开关3的外部信号的情况下(步骤ST1；否)，进行待机直到被输出接通开关3的外部信号为止。在上述的步骤ST3中，当被输出检测信号S2时，控制部40判定为负载部R3电正常(步骤ST3；否)，则使开关3接通(步骤ST6)。
如以上那样，实施方式涉及的异常检测装置1具备桥式电路10、电压供给部20以及控制部40。负载部R3与电池2连接，从该电池2被供给电力。负载部R3是异常检测对象。桥式电路10构成为包含电阻R1、电阻R2、作为第三电阻的负载部R3、电阻R4以及电阻R5。电压供给部20是与电池2不同的电源，对桥式电路10施加电压V。控制部40控制开关3和电压供给部20。桥式电路10中，形成有电阻R1与电阻R2串联连接且电阻R2与电阻R4串联连接而成的串联电路11。而且，桥式电路10中，串联电路11与负载部R3并联连接，电阻R5的一端连接在电阻R2与电阻R4之间，电阻R5的另一端连接在电阻R1与负载部R3之间。而且，对于桥式电路10，电压供给部20连接在电阻R1与电阻R2之间。控制部40基于通过在将开关3断开的状态下从电压供给部20施加电压V而检测出的桥式电路10的检测电压Vdtc，来检测负载部R3的异常。
根据该结构，异常检测装置1能够利用电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电压检测部30来检测电池2的检测电压Vdtc。另外，异常检测装置1能够利用包括电阻R1、电阻R2、负载部R3、电阻R4和电阻R5而构成的桥式电路10、电压检测部30以及电压供给部20来检测负载部R3的异常。根据该结构，异常检测装置1能够使用共用的电路(电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电压检测部30)来进行电池2的电压检测和负载部R3的异常检测。根据该结构，异常检测装置1能够沿用电池2的电压检测的电路来进行负载部R3的电连接的异常检测，因此能够削减电子元件。作为其结果，异常检测装置1能够削减搭载电子元件的空间，能够抑制装置的大型化。另外，异常检测装置1能够削减电子元件，因此能够抑制制造成本。另外，异常检测装置1在即将接通开关3前或者在检测到异常而切断电池2与负载部R3的连接后，通过在从该切断重新起动时进行电路确认，由此能够安全地进行电源供给。
在上述异常检测装置1中，控制部40基于表示负载部R3已短路的短路基准电压和检测电压Vdtc来检测负载部R3的短路，基于表示负载部R3断路的断路基准电压和检测电压Vdtc来检测负载部R3的断路。根据该结构，异常检测装置1将检测电压Vdtc和短路基准电压进行比较，在检测电压Vdtc与短路基准电压一致的情况下，能够判定为负载部R3发生了短路。另外，异常检测装置1将检测电压Vdtc和断路基准电压进行比较，在检测电压Vdtc与断路基准电压一致的情况下，能够判定为负载部R3断路。
[变形例]
接着，对实施方式的变形例进行说明。变形例所涉及的异常检测装置1A作为车辆电源控制***100A组装于高电压车辆的半导体高电压J/B。此外，在变形例中，对与实施方式相同的结构要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。如图8所示，车辆电源控制***100A具有高电压电路7A和12V系电路7B。高电压电路7A与12V系电路7B绝缘。高电压电路7A构成为包括：高电压电池2A、负载部R3、异常检测装置1A的除控制部40以外的构成要素、设置于负载部R3的上游侧的上游半导体继电器3A、驱动上游半导体继电器3A的驱动电路4A、设置于负载部R3的下游侧的下游半导体继电器3B以及驱动下游半导体继电器3B的驱动电路4B。12V系电路7B构成为包括控制部40和12V系电池5。
上游半导体继电器3A以及下游半导体继电器3B具有一对FET3a、FET3b，各FET3a、FET3b的源极端子彼此连接。异常检测装置1A具备桥式电路10、电压供给部20、电压检测部30以及控制部40。控制部40经由绝缘元件6分别与电压供给部20、电压检测部30以及驱动电路4A、4B连接。检测信号S从电压检测部30被输出到控制部40。另外，控制部40向电压供给部20、驱动电路4A、4B输出驱动信号。12V系电池5是绝缘电源，与下游半导体继电器3B绝缘而连接，并向下游半导体继电器3B供给电力。异常检测装置1A例如在断开上游半导体继电器3A且接通下游半导体继电器3B的状态下进行异常检测工作。
这样，异常检测装置1A能够应用于高电压车辆的半导体高电压J/B。异常检测装置1A能够使用共用的电路(电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电压检测部30)来进行高电压电池2A的电压检测和负载部R3的异常检测，因此能够削减电子元件，能够抑制装置的大型化。异常检测装置1A虽然在应用于高电压车辆的半导体高电压J/B的情况下需要使用考虑了高电压的耐压等的电压检测用的电阻，但由于使用在高电压电池2A的电压检测中使用的电阻(电阻R1、电阻R2、电阻R4)，因此能够容易地构成异常检测用的电路。
此外，虽然将控制部40和电压检测部30设置成了不同的功能模块，但也可以将控制部40和电压检测部30设置成一个功能模块。

Claims (2)

1.一种异常检测装置，其特征在于，具备：
异常检测对象，所述异常检测对象与主电源连接，并且从所述主电源被供给电力；
桥式电路，所述桥式电路构成为包含第一电阻、第二电阻、作为所述异常检测对象的第三电阻、第四电阻和第五电阻；
电压供给部，所述电压供给部是与所述主电源不同的电源，并且对所述桥式电路施加电压；以及
控制部，所述控制部控制所述主电源和所述电压供给部，
所述桥式电路中，形成有所述第一电阻与所述第二电阻串联连接且所述第二电阻与所述第四电阻串联连接而成的串联电路，所述串联电路与所述第三电阻并联连接，所述第五电阻的一端连接在所述第二电阻与所述第四电阻之间，所述第五电阻的另一端连接在所述第一电阻与所述第三电阻之间，所述电压供给部连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间，
所述控制部基于检测电压来检测所述第三电阻的异常，所述检测电压是通过在断开所述主电源的状态下从所述电压供给部施加电压从而检测出的所述桥式电路的检测电压。
2.根据权利要求1所述的异常检测装置，其特征在于，
所述控制部基于所述检测电压和表示所述第三电阻短路的短路基准电压来检测所述第三电阻的短路，
所述控制部基于所述检测电压和表示所述第三电阻断路的断路基准电压来检测所述第三电阻的断路。
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