CN111034044A - 半导体继电器以及车辆用电流检测装置 - Google Patents

半导体继电器以及车辆用电流检测装置 Download PDF

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Abstract

半导体继电器(16)具备：开关元件(32)，被配置在高电压电池(2)与高电压负载(3)之间的电路(4)上，并且使电路(4)进行开闭；以及检测部(19)，检测与流过电路(4)的负载电流(IL)相关的物理量。车辆用电流检测装置(1A)具备半导体继电器(16)和控制半导体继电器(16)的控制电路(17)，控制电路(17)基于由检测部(19)检测出的物理量来检测流过电路(4)的负载电流(IL)。根据该结构，半导体继电器和车辆用电流检测装置能够在不增加元件数量的前提下进行高电压电路的电流检测。

Description

半导体继电器以及车辆用电流检测装置
技术领域
本发明涉及半导体继电器以及车辆用电流检测装置。
背景技术
在电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等车辆中，存在搭载有将高电压电池与负载连接或切断的高电压继电器的车辆(参照专利文献1)。在专利文献1中，为了管理高电压电池的充放电并检测流过高电压继电器的异常的电流，搭载电流传感器。另外，作为通常的电流检测方法，存在使用分流电阻的方法(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-85504号公报
专利文献2：日本特开平7-177751号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
但是，由于在高电压继电器以外另行设置电流传感器，因此需要追加构成电流传感器的元件，从而存在改进余地。另外，如果在大电流流过的路径中设置分流电阻，则会产生电力的损耗。
本发明的目的在于提供一种能够在不增加部件的前提下高效地进行高电压电路的电流检测的半导体继电器以及车辆用电流检测装置。
用于解决问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明的半导体继电器的特征在于，具备：至少1个半导体开关元件，所述半导体开关元件被配置在高电压电源与从所述高电压电源接受电力供给的高电压负载之间的第一电路上，并且使所述第一电路进行开闭；以及至少1个检测部，所述检测部检测与流过所述第一电路的电流相关的物理量。
在上述半导体继电器中，优选地，还具备导电部件，所述导电部件构成所述第一电路的一部分并且电阻值根据温度变化而变化，所述检测部具备：温度检测部，所述温度检测部检测所述导电部件的温度；以及电压检测部，所述电压检测部检测所述导电部件中的两点间的电位差。
在上述半导体继电器中，优选地，在所述第一电路上隔着所述半导体开关元件配置有两个所述检测部。
在上述半导体继电器中，优选地，所述检测部是与所述半导体开关元件并联连接的分流用开关元件，所述检测部将流过所述第一电路的电流向所述半导体开关元件和所述分流用开关元件分流，并且基于流过所述分流用开关元件的分流电流来检测流过所述第一电路的电流。
在上述半导体继电器中，优选地，所述半导体开关元件还被配置在第二电路上并且使所述第二电路进行开闭，所述第二电路与外部电源或外部负载连接，并且用于从所述外部电源向所述高电压电源的通电或者从所述高电压电源向所述外部负载的通电，所述检测部还检测与流过所述第二电路的电流相关的物理量。
为了实现上述目的，本发明的车辆用电流检测装置的特征在于，具备：半导体继电器；以及控制电路，所述控制电路控制所述半导体继电器，所述控制电路基于所述检测部检测出的物理量来检测流过所述半导体继电器的电流。
具备：第一电路，所述第一电路配置在高电压电源与从所述高电压电源接受电力供给的高电压负载之间；连接部，所述连接部与外部电源或外部负载连接；第二电路，所述第二电路配置在所述高电压电源与所述连接部之间；半导体继电器，所述半导体继电器配置在所述第一电路上并且使所述第一电路进行开闭；以及控制电路，所述控制电路控制所述半导体继电器，所述半导体继电器还配置在所述第二电路上并且根据所述控制电路的控制来使所述第二电路进行开闭。
在上述车辆用电流检测装置中，优选地，配置在所述第一电路和所述第二电路的所述半导体继电器被容纳在同一箱体内。
在上述车辆用电流检测装置中，优选地，所述半导体继电器具备检测部，所述检测部检测与配置有所述半导体继电器的电路中流过的电流相关的物理量，所述控制电路基于所述检测部检测出的物理量来检测流过所述半导体继电器的电流。
发明效果
根据本发明的半导体继电器以及车辆用电流检测装置，实现不增加元件个数即可进行高电压电路的电流检测的效果。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的框图。
图2是示出第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的分解立体图。
图3是第一实施方式涉及的半导体继电器的外观图。
图4是示出第一实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的局部放大图。
图5是示出第一实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的图。
图6是第一实施方式涉及的电压检测部的概略结构图。
图7是示出第一实施方式涉及的电压检测部的温度特性的图。
图8是示出第二实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的图。
图9是说明第二实施方式涉及的基于输入侧和输出侧的电流值的异常检测的图。
图10是示出实施方式的变形例涉及的检测部的概略结构的图。
图11是示出第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的框图。
图12是示出第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的分解立体图。
图13是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的框图。
图14是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的立体图。
图15是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的俯视图。
图16是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的侧视图。
图17是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的局部纵剖视图。
图18是第三实施方式涉及的电压检测部的概略结构图。
图19是示出第三实施方式涉及的电压检测部的温度特性的图。
符号说明
1A、1B 车辆用电流检测装置
2 高电压电池
3 高电压负载
4 电路
11 箱体
12 上盖
13 下盖
14、14A、14B 输入侧端子
15、15A、15B 输出侧端子
16、16A、16B、26 半导体继电器
17 控制电路
18 控制基板
18a 通孔
19、29 检测部
21 正极侧信号
22 负极侧信号
23 控制信号
31 汇流条
30 继电器箱体
32、32A、32B 开关元件
33、33A、33B 电压检测部
34、34A、34B 第一温度传感器
35 第二温度传感器
36 控制端子
37 分流用开关元件
IL 负载电流
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的半导体继电器以及车辆用电流检测装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。另外，在下述的实施方式的结构要素中包含本领域技术人员能够容易想到的要素、或者实质上相同的要素。另外，下述的实施方式中的构成要素在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。并且，以下记载的结构能够适当组合。
[第一实施方式]
图1是示出第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的框图。图2是示出第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的分解立体图。图3是第一实施方式涉及的半导体继电器的外观图。图4是示出第一实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的局部放大图。图5是示出第一实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的图。图6是第一实施方式涉及的电压检测部的概略结构图。图7是示出第一实施方式涉及的电压检测部的温度特性的图。另外，图4是示出卸下壳体的盖而使内部空间露出到外部的状态的图。在此，图2～图4的X方向是本实施方式的车辆用电流检测装置的宽度方向。Y方向是本实施方式的车辆用电流检测装置的纵深方向，是与宽度方向正交的方向。Y1方向为近前方向，Y2方向为进深方向。Z方向是本实施方式的车辆用电流检测装置的上下方向，是与宽度方向和纵深方向正交的方向。Z1方向为上方向，Z2方向为下方向。
本实施方式的车辆用电流检测装置1A例如是搭载于电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等车辆的电气连接箱。如图1所示，车辆用电流检测装置1A配置在高电压电池2与高电压负载3之间，进行高电压电池2与高电压负载3之间的电连接和电切断。另外，在以下的说明中，也将电连接简称为“连接”，将电切断简称为“切断”。
高电压电池2搭载于上述车辆，是向高电压负载3供给电力的高电压电源。高电压电池2例如由多个电池单元连接成的电池组构成，并供给直流电力。需要说明的是，高电压电池2不限于是电池组，只要能够供给直流电力可以是任意的方式。高电压电池2与车辆用电流检测装置1A侧的一对输入侧端子14A(14)、14B(14)连接。
高电压负载3搭载于上述车辆，由高电压电池2供给直流电力而进行工作。高电压负载3例如由逆变器等构成。高电压负载3与车辆用电流检测装置1A侧的一对输出侧端子15A(15)、15B(15)连接。
车辆用电流检测装置1A构成为包含一对半导体继电器16A、16B和控制电路17。一对半导体继电器16A、16B以及控制电路17被容纳于箱体11。如图2所示，箱体11包含上盖12和下盖13。上盖12和下盖13由具有绝缘性的合成树脂等构成。
一对半导体继电器16A、16B配置在高电压电池2与高电压负载3之间的电路4上，使电路4开闭。各半导体继电器16A、16B构成为能够双向切断(断)和通电(闭)，例如构成为包含多个MOS-FET。半导体继电器16A配置在高电压电池2的正极侧，构成正极侧的电路4的一部分。半导体继电器16A一方与输入侧端子14A连接，另一方与输出侧端子15A连接，进行正极侧的电路4的电切断或通电。半导体继电器16A与控制电路17连接，向控制电路17输出正极侧信号21。正极侧信号21例如包含由后述的电压检测部33检测出的电位差信息、由第一温度传感器34和第二温度传感器35检测出的温度信息等。另外，对于半导体继电器16A，从控制电路17输入控制信号23，基于控制信号23进行驱动。半导体继电器16A例如基于控制信号23使正极侧的电路4进行开闭。半导体继电器16B配置在高电压电池2的负极侧，构成负极侧的电路4的一部分。半导体继电器16B的一方与输入侧端子14B连接，另一方与输出侧端子15B连接，进行负极侧的电路4的电切断或通电。半导体继电器16B与控制电路17连接，向控制电路17输出负极侧信号22。负极侧信号22与正极侧信号21一样，包含由电压检测部33检测出的电位差信息、由第一温度传感器34和第二温度传感器35检测出的温度信息等。另外，对于半导体继电器16B，从控制电路17输入控制信号23，基于控制信号23进行驱动。半导体继电器16B例如基于控制信号23使负极侧的电路4进行开闭。在半导体继电器16A、16B为闭状态下，负载电流IL流过正极侧的电路4，反馈电流IR流过负极侧的电路4。在此，半导体继电器16A、16B为闭状态是指半导体继电器16A、16B为接通状态，电路4正在通电。另一方面，半导体继电器16A、16B为开状态是指半导体继电器16A、16B为断开状态而电路4被切断。反馈电流IR例如在半导体继电器16A、16B为正常的状态下，成为与负载电流IL相等的值的电流。
如图3～图5所示，各半导体继电器16A、16B构成为包含汇流条31、一对开关元件32A(32)、32B(32)、电压检测部33、第一温度传感器34以及第二温度传感器35。汇流条31、一对开关元件32A、32B、电压检测部33、第一温度传感器34以及第二温度传感器35被容纳在由具有绝缘性的合成树脂等形成的继电器箱体30中。如图3所示，继电器箱体30中，从上表面侧的盖竖立设置有多个控制端子36。各控制端子36例如为针型端子，通过将端部插入后述的控制基板18的通孔18a从而与控制基板18连接。
汇流条31是构成电路4的一部分并且电阻值根据温度变化而变化的导电部件。汇流条31例如由铜合金等金属材料构成。汇流条31的宽度方向上的一个端部构成输入侧端子14，另一个端部构成输出侧端子15。汇流条31在被容纳在继电器箱体30内的部分形成有从该汇流条31向近前方向(Y1方向)延伸的一对触点部31a、31b。各触点部31a、31b键合于多个控制端子36中的任意控制端子36。设置触点部31a、31b以用于在半导体继电器16为闭状态下检测汇流条31中的AB两点间的电位差。因此，汇流条31的A点和B点优选设置在能够检测电位差的位置。
一对开关元件32A、32B是配置在电路4上并使电路4进行开闭的半导体开关元件。各开关元件32A、32B例如由场效应晶体管的一种即电力MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。如图5所示，一对开关元件32各自的源极(S)以寄生二极管的朝向相反的方式彼此串联连接。开关元件32A以寄生二极管的阴极成为高电压电池2侧的方式设置。开关元件32B以寄生二极管的阴极成为高电压负载3侧的方式设置。即，在一对开关元件32A、32B为断开状态时，高电压电池2与高电压负载3之间的电力的流动被切断。开关元件32A、32B键合于多个控制端子36中的任意的控制端子36。
电压检测部33是检测部，如图6所示，检测汇流条31中的AB两点间的电位差Vsens。电位差Vsens是触点部31a与触点部31b之间的电位差。电压检测部33与控制端子36连接，经由控制端子36与控制电路17连接。电压检测部33对控制电路17输出电位差Vsens。
第一温度传感器34是检测部，检测汇流条31的温度。如图4所示，第一温度传感器34例如配置于汇流条31上。第一温度传感器34与控制端子36连接，经由控制端子36与控制电路17连接。第一温度传感器34向控制电路17输出汇流条31的温度。本实施方式的第一温度传感器34和电压检测部33构成检测部19。检测部19检测与流过电路4的负载电流IL相关的物理量。在与流过电路4的负载电流IL相关的物理量中，例如包含由电压检测部33检测出的汇流条31中的AB两点间的电位差Vsens、由第一温度传感器34检测出的汇流条31的温度。
第二温度传感器35检测开关元件32的温度。第二温度传感器35例如被配置在一对开关元件32的附近。第二温度传感器35与多个控制端子36中的任一个连接，经由控制端子36与控制电路17连接。第二温度传感器35向控制电路17输出开关元件32的温度。
控制电路17安装在控制基板18上，例如以微型计算机为主体而构成。控制电路17将控制各半导体继电器16A、16B的驱动的各控制信号23分别输出到半导体继电器16A、16B。控制信号23例如使一对半导体继电器16A、16B对电路4进行通电和切断。控制电路17能够基于从半导体继电器16A输入的正极侧信号21和/或从半导体继电器16B输入的负极侧信号22，而输出控制信号23。控制电路17例如也可以是基于从车辆用电流检测装置1A的外部接收到的控制信号来输出控制信号23的结构。本实施方式中的控制电路17利用汇流条31中的AB两点间的电阻值Rbus和电位差Vsens而根据下式(1)来计算负载电流IL。电阻值Rbus能够从图7所示的汇流条31的电阻值Rbus的温度特性得到。图7所示的温度特性中，纵轴为汇流条31的电阻值Rbus[Ω]，横轴为汇流条31的温度T[℃]。在此，若将R0[Ω]设为T0[℃]时的汇流条31的电阻值、将α[1/℃]设为温度系数、将T[℃]设为由第一温度传感器34检测出的汇流条31的温度、将T0[℃]设为汇流条31的基准温度，则T[℃]时的电阻值Rbus由下式(2)表示。本实施方式的汇流条31具有当温度上升时电阻值Rbus也上升的温度特性。电位差Vsens由经由控制端子36连接的控制电路17检测。
IL＝Vsens/Rbus···(1)
Rbus＝R0{1+α(T-T0)}···(2)
接着，对本实施方式的车辆用电流检测装置1A的电流检测动作的一例进行说明。控制电路17基于正极侧信号21和负极侧信号22来识别半导体继电器16A、16B的开闭状态，并判定电路4是否正在通电。接着，控制电路17在电路4通电的状态下，从正极侧信号21和负极侧信号22获取由各电压检测部33检测出的电位差信息、由各第一温度传感器34检测出的温度信息。控制电路17基于各温度信息示出的汇流条31的温度T，而根据图7所示的汇流条31的电阻值Rbus的温度特性来确定汇流条31的各电阻值Rbus。接着，控制电路17利用各电阻值Rbus以及各电位差信息示出的汇流条31中的AB两点间的电位差Vsens，来计算负载电流IL。控制电路17例如将基于负载电流IL的控制信号23向半导体继电器16A、16B输出，以控制半导体继电器16A、16B的驱动。另外，反馈电流IR是与负载电流IL相等的值的电流，因此能够通过上述方法来计算。
如以上说明所示，本实施方式涉及的半导体继电器16配置在高电压电池2与高电压负载3之间的电路4上，具备使电路4进行开闭的半导体的开关元件32。由此，能够得到与以往的机械式继电器相比可靠性高且寿命长的效果。另外，本实施方式涉及的半导体继电器16具备对与流过电路4的负载电流IL相关的物理量进行检测的检测部19，因此不需要在外部追加检测部，能够在不增加元件个数的前提下进行高电压电路的电流检测。另外，由于不需要配置检测部的空间，因此能够减小尺寸。
另外，本实施方式涉及的半导体继电器16还具备汇流条31，该汇流条31构成电路4的一部分并且电阻值根据温度变化而变化，检测部19具备对汇流条31的温度进行检测的第一温度传感器34和对汇流条31中的两点间的电位差Vsens进行检测的电压检测部33。由此，能够利用汇流条31检测流过电路4的电流。另外，能够利用汇流条31的电阻值Rbus的温度特性，而高精度地检测汇流条31中的AB两点间的电阻值Rbus。其结果是，能够利用电阻值Rbus和电位差Vsens容易地计算负载电流IL。另外，由于能够在不使用分流电阻的前提下进行负载电流IL的检测，因此能够降低电力损耗。
另外，本实施方式的车辆用电流检测装置1A具备半导体继电器16和控制半导体继电器16的控制电路17，控制电路17基于检测部19检测出的物理量来检测流过电路4的负载电流IL。由此，能够在不增加部件数量的前提下高效地进行高电压电路的电流检测。
[第二实施方式]
接着，参照图8、图9对本发明的第二实施方式涉及的半导体继电器以及车辆用电流检测装置进行说明。图8是示出第二实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的图。图9是说明基于第二实施方式涉及的输入侧和输出侧的电流值的异常检测的图。
第二实施方式涉及的车辆用电流检测装置1B与上述第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置1A的不同之处在于，半导体继电器26具有多个检测部19A、19B。需要说明的是，在以下的说明中，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
第二实施方式涉及的车辆用电流检测装置1B构成为包含一对半导体继电器26和控制电路17。各半导体继电器26构成为包含汇流条31、一对开关元件32A、32B、一对电压检测部33A(33)、33B(33)、一对第一温度传感器34A(34)、34B(34)以及第二温度传感器35。本实施方式中的第一温度传感器34A和电压检测部33A构成检测部19A。第一温度传感器34B和电压检测部33B构成检测部19B。检测部19A和检测部19B隔着一对开关元件32A、32B而配置在电路4上。如图4所示，检测部19A在汇流条31中形成在输入侧端子14侧。另一方面，检测部19B在汇流条31中配置在与输入侧端子14相反侧的输出侧端子15侧。
接着，对本实施方式涉及的车辆用电流检测装置1B的异常检测动作的一例进行说明。需要说明的是，以下说明的半导体继电器26只要没有特别说明则是配置在正极侧的电路4上的半导体继电器，而对于配置在负极侧的电路4上的半导体继电器26也同样。
控制电路17在电路4通电的状态下基于从半导体继电器26接收到的正极侧信号21进行异常检测动作。控制电路17从正极侧信号21获取由各检测部19A、19B检测出的电位差信息和温度信息。该电位差信息中包含由各电压检测部33A、33B检测出的电位差信息。温度信息中包含由各第一温度传感器34A、34B检测出的温度信息。控制电路17基于各检测部19A、19B的温度信息示出的汇流条31的温度T，而根据图7所示的温度特性来确定与各检测部19A、19B对应的电阻值Rbus。在此，将与检测部19A对应的电阻值Rbus作为输入侧的电阻值Rbus，并将电位差Vsens作为输入侧的Vsens。另一方面，将与检测部19B对应的电阻值Rbus作为输出侧的电阻值Rbus，并将电位差Vsens作为输出侧的电位差Vsens。
接着，控制电路17利用已确定的输入侧和输出侧的各电阻值Rbus、输入侧和输出侧的各电位差Vsens，而使用上述的式(1)和式(2)，来算出输入侧的电流值1和输出侧的电流值2。输入侧的电流值1和输出侧的电流值2是负载电流IL，在半导体继电器26正常的情况下，如图9所示，成为大致相同的波形。例如，在一对开关元件32A、32B中的任一者发生了异常的情况下，输入侧的电流值1与输出侧的电流值2的差值变大。控制电路17将输入侧的电流值1与输出侧的电流值2进行比较，在它们的差值超过了异常判定阈值的情况下，判定为半导体继电器26的异常。例如图9所示，异常判定阈值由上下限的阈值构成。
如以上说明所示，本实施方式涉及的车辆用电流检测装置1B中，半导体继电器26隔着开关元件32在电路4上具有两个检测部19A、19B。由此，即使两个检测部19A、19B中的任一者发生了异常，也能够由正常一者进行电流检测，因此能够在不增加元件个数的前提下提高车辆用电流检测装置1B的电流检测功能的冗余性。另外，通过将由2个检测部19A、19B得到的电流值1、2的差值与异常判定阈值进行比较，能够判定半导体继电器26的异常。
此外，在上述第二实施方式中，控制电路17在电路4通电的状态下进行异常判定动作，但并不限定于此，也可以构成为在电路4切断的状态下也进行异常判定动作。由此，例如能够检测半导体继电器26的开状态下的漏电流的异常。
另外，在上述第二实施方式中，控制电路17通过将输入侧的电流值1和输出侧的电流值2的差值与异常判定阈值进行比较来检测半导体继电器26的异常，但并不限定于此。例如，也可以通过对由电压检测部33A、33B分别检测出的电位差(电压)进行比较来进行异常的检测。
另外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，控制电路17基于由检测部19得到的物理量来计算流过电路4的电流，由此进行检测，但并不限定于此。图10是表示实施方式涉及的变形例的检测部的概略结构的图。本实施方式的变形例的检测部29是与开关元件32并联连接的分流用开关元件37。检测部29使流过电路4的电流向开关元件32和分流用开关元件37分流，基于流过分流用开关元件37的分流电流来检测流过电路4的负载电流IL。检测部29与开关元件32同样由例如MOS-FET构成。检测部29使从开关元件32的漏极(Drain)侧分流的分流电流朝向Sens侧的端子流动。该分流电流例如设定为相对于流过漏极-源极(Source)间的电流为1/5000。Sens侧的端子与控制端子36连接，经由控制端子36与控制电路17连接。由此，能够容易地检测流过电路4的负载电流IL。另外，无需汇流条31的触点部31a、31b、或搭载第一温度传感器34，就能够实现检测电流的检测部19的小型化和低成本化。
另外，如图4所示，上述第一实施方式和第二实施方式中第一温度传感器34配置于汇流条31，但只要是能够检测汇流条31的温度的位置则并不限定于图示例。第二温度传感器35配置在一对开关元件32附近而能够检测开关元件32的温度的位置即可。
[第三实施方式]
接着，参照图11～图19对本发明的第三实施方式涉及的半导体继电器以及车辆用电流检测装置进行说明。图11是示出第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的框图。图12是示出第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置的概略结构的分解立体图。图13是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的框图。图14是表示第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的立体图。图15是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的俯视图。图16是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的侧视图。图17是示出第三实施方式涉及的半导体继电器的概略结构的局部纵剖视图。图18是第三实施方式涉及的电压检测部的概略结构图。图19是表示第三实施方式涉及的电压检测部的温度特性的图。另外，图15、图16是示出使电流检测单元露出到外部的状态的半导体继电器的图。图17是构成半导体继电器的电流检测单元的纵剖视图，且省略了一部分。
第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置10与上述第一实施方式涉及的车辆用电流检测装置1A的不同之处在于，具备充电口7、充电口7和高电压电池2之间的电路5以及配置于电路5的半导体继电器46。需要说明的是，在以下的说明中，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
如图11所示，第三实施方式涉及的车辆用电流检测装置10构成为除了包含一对半导体继电器46A(46)、46B(46)、控制电路17以外，还包含电路5、充电口7、一对半导体继电器46C(46)、46D(46)。如图12所示，4个半导体继电器46A～46D、电路4、5的一部分以及控制电路17被容纳在由上盖12和下盖13构成的箱体11中。本实施方式中的4个半导体继电器46A～46D容纳在1个箱体11中。
电路5是相对于第一电路即电路4而配置在高电压电池2与充电口7之间的第二电路。电路5将充电口7与高电压电池2连接。电路5的高电压电池2侧的一部分与电路4共享，电路5经由电路4与高电压负载3连接。本实施方式的电路5例如经由充电口7与外部电源连接，用于从外部电源向高电压电池2通电。外部电源例如包含充电装置等。电路5例如在充电口7连接有外部电源(未图示)，且在半导体继电器46C、46D为闭状态下，流过通电电流IL。该通电电流IL包含向高电压电池2的充电电流。
充电口7是与外部电源连接的连接部，例如是充电连接器。充电口7与电路5连接，并且经由该电路5与高电压电池2连接。另外，充电口7经由电路5以及电路4与高电压负载3连接。
一对半导体继电器46A、46B与上述的一对半导体继电器16A、16B一样，被配置在电路4，作为主继电器使电路4进行开闭。一对半导体继电器46C、46D配置在电路5，作为充电继电器对电路5进行开闭。各半导体继电器46A～46D在接通状态时成为闭状态，在断开状态时成为开状态。各半导体继电器46A～46D经由信号线25与控制电路17连接，基于来自控制电路17的控制信号，切换成接通状态或断开状态。各半导体继电器46A、46B构成为能够双向地进行各电路4的切断和通电。各半导体继电器46C、46D构成为能够双向地进行各电路5的切断和通电。
半导体继电器46A的一方经由输入侧端子14A与高电压电池2连接，另一方经由输出侧端子15A与高电压负载3连接。半导体继电器46A与高电压电池2的正极侧连接，构成正极侧的电路4的一部分，进行正极侧的电路4的切断或连接。半导体继电器46B的一方经由输入侧端子14B与高电压电池2连接，另一方经由输出侧端子15B与高电压负载3连接。半导体继电器46B与高电压电池2的负极侧连接，构成负极侧的电路4的一部分，进行负极侧的电路4的切断或连接。各半导体继电器46A、46B经由信号线25向控制电路17输出检测信号。检测信号包含示出各半导体继电器46A、46B的开闭状态的信号、各半导体继电器46A、46B内检测出的温度、电流值、电压值等。各半导体继电器46A、46B基于来自控制电路17的控制信号使电路4进行开闭。
半导体继电器46C的一方经由半导体继电器46A与高电压电池2连接，另一方与充电口7连接。半导体继电器46C与高电压电池2的正极侧连接，构成正极侧的电路5的一部分，进行正极侧的电路5的切断或连接。半导体继电器46D的一方经由半导体继电器46B与高电压电池2连接，另一方与充电口7连接。半导体继电器46D与高电压电池2的负极侧连接，构成负极侧的电路5的一部分，进行负极侧的电路5的切断或连接。各半导体继电器46C、46D经由信号线25向控制电路17输出检测信号。检测信号包含示出各半导体继电器46C、46D的开闭状态的信号、各半导体继电器46C、46D内检测出的温度、电流值、电压值等。各半导体继电器46C、46D基于来自控制电路17的控制信号使电路5进行开闭。
如图13所示，本实施方式的半导体继电器46构成为包含电流检测单元53、两个电压检测部54A(54)、54B(54)以及两个栅极驱动部55A(55)、55B(55)。电流检测单元53、电压检测部54A、54B以及栅极驱动部55A、55B被容纳在图14所示的继电器箱体50中。继电器箱体50由具有绝缘性的合成树脂等形成，并部分地容纳一对汇流条端子51、多个控制端子52。一对汇流条端子51是在半导体继电器46的两端延伸设置的导电部件，例如由铜或合金等构成。各汇流条端子51与容纳在箱体11中的汇流条47连接。汇流条47构成各电路4、5的一部分，例如将两个半导体继电器46的正极侧或负极侧的汇流条端子51间连接。另外，为了提高通电性能，图12示出的半导体继电器46在各电路4、5的正极侧、负极侧分别各配置有两个。即，半导体继电器46与正极侧的各电路4、5、负极侧的各电路4、5并联连接。各控制端子52例如是针型端子，一部分从继电器箱体50的侧面露出。各控制端子52例如以一方与电流检测单元53连接并且另一方插入控制基板18的通孔(未图示)的状态与控制电路17连接。
电流检测单元53构成为包含一对开关元件32A、32B、电流检测部56以及温度传感器57。如图15～图17所示，电流检测单元53具有以一对开关元件32A、32B为中心的层叠构造，经由接合线64与各汇流条端子51等连接。
一对开关元件32A、32B是配置在各电路4、5上并使各电路4、5进行开闭的半导体元件。一对开关元件32A、32B隔着电流检测部56配置在一个汇流条端子51与另一个汇流条端子51之间。如上所述，各开关元件32A、32B例如由电力MOS-FET构成。各开关元件32A、32B经由接合线64与任意的控制端子52连接。如图17所示，各开关元件32A、32B以被铜图案61A和铜图案61B从层叠方向夹着的方式配置。各铜图案61A、61B是被用作布线用的薄板状的导电部件，例如由铜或铜合金等构成。铜图案61A与各开关元件32A、32B的漏极(D)连接。铜图案61A隔着薄板状的绝缘基板62A配置在散热焊盘63上。散热垫63将由开关元件32A、32B产生的热传递至外部的散热器(未图示)而使其散热。铜图案61A经由接合线64与汇流条端子51连接。铜图案61B构成电路4或电路5的一部分，并且电阻值根据温度变化而变化。铜图案61B是桥接部，连接开关元件32A和32B的源极(S)之间。在铜图案61B上依次层叠薄板状的绝缘基板62B、固晶材料及温度传感器57。
电流检测部56是检测部，检测与流过电路4或电路5的通电电流IL相关的物理量。与通电电流IL相关的物理量包含铜图案61B中的CD两点间的电位差Vsens。即，如图18所示，电流检测部56检测铜图案61B中的CD两点间的电位差Vsens。电流检测部56经由接合线64与控制端子52连接。电流检测部56经由控制端子52与控制电路17连接，对控制电路17输出电位差Vsens。
温度传感器57是检测部，检测与流过电路4或电路5的通电电流IL相关的物理量。与通电电流IL相关的物理量包含铜图案61B的温度。即，温度传感器57配置于铜图案61B上，检测铜图案61B的温度。温度传感器57与控制端子52连接，经由控制端子52与控制电路17连接。温度传感器57向控制电路17输出铜图案61B的温度。
电压检测部54A、54B检测通过半导体继电器46内的电路4或电路5的电压。如图13所示，电压检测部54A例如配置在通过半导体继电器46内的电路4或电路5的输入侧。另一方面，电压检测部54B例如配置在半导体继电器46内的电路4或电路5的输出侧。电压检测部54A、54B经由控制端子52通过信号线25与控制电路17连接，向控制电路17输出电压值。
栅极驱动部55A、55B是驱动开关元件32A、32B的驱动电路。栅极驱动部55A与开关元件32A的栅极(G)连接，输出对开关元件32A进行驱动的栅极驱动信号。栅极驱动部55B与开关元件32B的栅极(G)连接，输出对开关元件32B进行驱动的栅极驱动信号。栅极驱动部55A、55B经由控制端子52通过信号线25与控制电路17连接。各栅极驱动部55A、55B根据来自控制电路17的控制信号，向各开关元件32A、32B输出栅极驱动信号。各开关元件32A、32B根据栅极驱动信号而切换成接通状态或断开状态。
控制电路17安装于控制基板18，例如以微型计算机为主体而构成。控制电路17将控制各半导体继电器46A～46D的驱动的控制信号向各半导体继电器46A～46D输出。控制信号例如包含使一对半导体继电器46A、46B对电路4进行切断和连接、使一对半导体继电器46C、46D对电路5进行切断和连接的信号。控制电路17能够基于从半导体继电器46输入的检测信号来输出控制信号。本实施方式的控制电路17利用铜图案61B中的CD两点间的电阻值Rbridge和电位差Vsens，根据下式(3)计算通电电流IL。铜图案61B具有当温度上升时电阻值Rbridge上升的温度特性。电阻值Rbridge能够根据图19示出的铜图案61B的电阻值Rbridge的温度特性得到。图19示出的温度特性中，纵轴为铜图案61B的电阻值Rbridge[Ω]，横轴为铜图案61B的温度T[℃]。在此，若将R0[Ω]设为T0[℃]时的铜图案61B的电阻值，将α[1/℃]设为温度系数，将T[℃]设为由温度传感器57检测出的铜图案61B的温度，将T0[℃]设为铜图案61B的基准温度，则T[℃]时的电阻值Rbridge由下式(4)表示。
IL＝Vsens/Rbridge···(3)
Rbridge＝R0{1+α(T-T0)}···(4)
接着，对本实施方式涉及的车辆用电流检测装置10的电流检测动作的一例进行说明。首先，控制电路17基于接收到的检测信号，来识别半导体继电器46A～46D的开闭状态，并判定电路4或电路5是否通电。接着，控制电路17在电路4或电路5通电的状态下，根据检测信号获取电位差Vsens、温度T[℃]。控制电路17基于温度T[℃]，而根据图19示出的温度特性来确定铜图案61B的电阻值Rbridge。接着，控制电路17利用电阻值Rbridge和电位差Vsens来计算通电电流IL。控制电路17例如将基于通电电流IL的控制信号向半导体继电器46A～46D中的任一个输出，控制半导体继电器46A～46D的驱动。
如以上说明所示，本实施方式的半导体继电器46的开关元件32配置在高电压电池2与高电压负载3之间的电路4上以及用于从充电口7向高电压电池2的通电的电路5上。由此，能够起到与半导体继电器16同样的效果，并且即使在车辆用电流检测装置10内电路增加的情况下，也不需在各电路中使用不同的半导体继电器，从而能够实现部件的通用化(标准化)。
另外，本实施方式涉及的车辆用电流检测装置10具备配置在电路4并且使电路4进行开闭的半导体继电器46，半导体继电器46还配置在高电压电池2与充电口7之间的电路5。由此，起到与上述的半导体继电器46同样的效果，并且能够实现装置整体的小型化。
另外，在本实施方式涉及的车辆用电流检测装置10中，由于配置在电路4和电路5的半导体继电器46被容纳在同一箱体内，因此能够实现装置整体的小型化。
另外，本实施方式涉及的车辆用电流检测装置10中，半导体继电器46检测与流过各电路4、5的通电电流IL相关的物理量，因此能够实现与半导体继电器16同样的效果。
需要说明的是，在上述第三实施方式中，充电口7是与外部电源连接的连接部，但并不限定于此，也可以是能够连接外部负载的结构。在该情况下，电路5经由充电口7与外部负载连接，用于从高电压电池2向外部负载的通电。通过将充电口7与外部负载连接，能够向该外部负载供给高电压电池2的电力。
另外，在上述第三实施方式中，温度传感器57借助固晶材料而配置在铜图案61B上，但并不限定于此，只要是能够准确地测量铜图案61B的实际温度的导热部件，则可以是任意的部件。
另外，在上述第三实施方式中，控制电路17例如也可以构成为与外部ECU6连接，并基于从外部ECU6接收到的信号来输出控制信号。另外，控制电路17也可以是基于从半导体继电器46A～46D接收的检测信号进行半导体继电器46A～46D的异常检测、异常判定的结构。在该情况下，控制电路17也可以是对外部ECU6发送与检测信号、异常检测的有无、异常判定的结果相关的信息的结构。
另外，在上述第一实施方式～第三实施方式中，开关元件32由电力MOS-FET构成，但并不限定于此，例如也可以由晶体管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等构成。
另外，在上述第一实施方式～第三实施方式中，半导体继电器16具有一对开关元件32A、32B，但并不限定于此，只要具有与一对开关元件32A、32B相同的功能，则可以是1个开关元件，也可以是多个开关元件。

Claims (9)

1.一种半导体继电器，其特征在于，具备：
至少1个半导体开关元件，所述半导体开关元件被配置在高电压电源与从所述高电压电源接受电力供给的高电压负载之间的第一电路上，并且使所述第一电路进行开闭；以及
至少1个检测部，所述检测部检测与流过所述第一电路的电流相关的物理量。
2.根据权利要求1所述的半导体继电器，其特征在于，
还具备导电部件，所述导电部件构成所述第一电路的一部分并且电阻值根据温度变化而变化，
所述检测部具备：
温度检测部，所述温度检测部检测所述导电部件的温度；以及
电压检测部，所述电压检测部检测所述导电部件中的两点间的电位差。
3.根据权利要求1或2所述的半导体继电器，其特征在于，
在所述第一电路上隔着所述半导体开关元件配置有两个所述检测部。
4.根据权利要求1所述的半导体继电器，其特征在于，
所述检测部是与所述半导体开关元件并联连接的分流用开关元件，
将流过所述第一电路的电流向所述半导体开关元件和所述分流用开关元件分流，所述检测部基于流过所述分流用开关元件的分流电流来检测流过所述第一电路的电流。
5.根据权利要求1或2所述的半导体继电器，其特征在于，
所述半导体开关元件还被配置在第二电路上并且使所述第二电路进行开闭，所述第二电路与外部电源或外部负载连接，并且用于从所述外部电源向所述高电压电源的通电或者从所述高电压电源向所述外部负载的通电，
所述检测部还检测与流过所述第二电路的电流相关的物理量。
6.一种车辆用电流检测装置，其特征在于，具备：
权利要求1～5中任1项所述的半导体继电器；以及
控制电路，所述控制电路控制所述半导体继电器，
所述控制电路基于所述检测部检测出的物理量来检测流过所述半导体继电器的电流。
7.一种车辆用电流检测装置，其特征在于，具备：
第一电路，所述第一电路被配置在高电压电源与从所述高电压电源接受电力供给的高电压负载之间；
连接部，所述连接部与外部电源或外部负载连接；
第二电路，所述第二电路被配置在所述高电压电源与所述连接部之间；
半导体继电器，所述半导体继电器被配置在所述第一电路上并且使所述第一电路进行开闭；以及
控制电路，所述控制电路控制所述半导体继电器，
所述半导体继电器还被配置在所述第二电路上并且根据所述控制电路的控制来使所述第二电路进行开闭。
8.根据权利要求7所述的车辆用电流检测装置，其特征在于，
配置在所述第一电路和所述第二电路的所述半导体继电器被容纳在同一箱体内。
9.根据权利要求7或8所述的车辆用电流检测装置，其特征在于，
所述半导体继电器具备检测部，所述检测部检测与配置有所述半导体继电器的电路中流过的电流相关的物理量，
所述控制电路基于所述检测部检测出的物理量来检测流过所述半导体继电器的电流。
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