CN112285577A

CN112285577A - 检测装置

Info

Publication number: CN112285577A
Application number: CN202010655691.4A
Authority: CN
Inventors: 森本充晃; 杉村一男; 椿和也; 大石英一郎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2021-01-29
Also published as: US11500028B2; EP3764111A1; US20210011088A1; JP2021016247A; JP7055777B2

Abstract

提供一种能够恰当地对车辆的电源电路中的检测对象进行检测的检测装置。传感器单元(1)具有：检测电流的电流传感器(51)、检测电压的电压传感器(52)、检测接地故障的接地故障传感器(53)以及搭载电流传感器(51)、电压传感器(52)和接地故障传感器(53)的共用的基板(10)。传感器单元(1)例如在车辆的电源电路中能够将高电压系统的3个传感器集中在共用的基板(10)，因此能够抑制元件个数的增加。

Description

检测装置

技术领域

本发明涉及检测装置。

背景技术

现有技术中，作为检测装置，例如在专利文献1中记载了一种车辆控制系统，该系统根据搭载于车辆的蓄电池的充电状况来控制该蓄电池与车载设备的电连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-217544号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

然而，上述专利文献1中记载的车辆控制系统中，例如，有时为了检测蓄电池的充电状况而在车辆中搭载电流检测器、电压检测器、接地故障检测器等，但是在将这些检测器搭载于车辆的情况下，有可能导致元件个数增加，存在进一步改善的余地。

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对车辆的电源电路中的检测对象恰当地进行检测的检测装置。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述课题，达成目的，本发明涉及的检测装置的特征在于具有：检测电流的电流检测器；检测电压的电压检测器；检测接地故障的接地故障检测器；以及搭载所述电流检测器、所述电压检测器和所述接地故障检测器的共用的基板。

在上述检测装置中，优选地，具有：正极端子，所述正极端子与所述电压检测器和所述接地故障检测器皆连接并且被连接到从车辆的电源向负载部供给电力的电源电路的正极侧；以及负极端子，所述负极端子与所述电压检测器和所述接地故障检测器皆连接并且被连接到所述电源电路的负极侧。

在上述检测装置中，优选地，具有控制部，所述控制部对从所述电流检测器、所述电压检测器和所述接地故障检测器分别输出的信号共同进行处理。

发明效果

本发明涉及的检测装置能够将各检测器集中在共用的基板上，因此能够抑制元件个数的增加，其结果，能够恰当地检测电源电路中的检测对象。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的电源电路的结构例的框图。

图2是示出实施方式涉及的传感器单元的结构例的框图。

图3是示出比较例涉及的功率计算例的图。

图4是示出实施方式涉及的功率计算例的图。

图5是示出实施方式涉及的高电压电池的劣化状态的第1判定例的图。

图6是示出实施方式涉及的高电压电池的劣化状态的第2判定例的图。

图7是示出实施方式的第1变形例涉及的传感器单元的结构例的框图。

图8是示出实施方式的第2变形例涉及的传感器单元的结构例的框图。

符号说明

1、1A、1B 传感器单元(检测装置)

10 基板

41 正极端子

42 负极端子

51 电流传感器(电流检测器)

52 电压传感器(电压检测器)

53 接地故障传感器(接地故障检测器)

60、60A 控制部

100 电源电路

101 高电压电池(电源)

102 负载部

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。本发明不限于以下实施方式中记载的内容。另外，在以下记载的构成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。进一步地，以下记载的结构可以适当组合。另外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的各种省略、替换或变更。

〔实施方式〕

参照附图，对实施方式涉及的电源电路100的传感器单元1进行说明。图1是示出实施方式涉及的电源电路100的结构例的框图。图2是示出实施方式涉及的传感器单元1的结构例的框图。图3是示出比较例涉及的功率计算例的图。图4是示出实施方式涉及的功率计算例的图。图5是示出实施方式涉及的高电压电池101的劣化状态的第1判定例的图。图6是示出实施方式涉及的高电压电池101的劣化状态的第2判定例的图。

电源电路100从高电压电池101向负载部102供给电力。电源电路100例如被搭载于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)等车辆。如图1所示，电源电路100具备：作为电源的高电压电池101、负载部102以及高电压J/B(Junction Box，接线盒)103。

高电压电池101是能够对电力进行充放电的二次电池。高电压电池101例如由多个电池单元串联连接而构成。高电压电池101与车辆的车身电绝缘。高电压电池101经由高电压J/B 103而连接到负载部102，将高电压的直流电力向负载部102供给。

负载部102是消耗电力的部分，例如被构成为包含用于使电动车辆等行驶的电动机、逆变器电路等。负载部102消耗从高电压电池101供给的电力。

高电压J/B 103是将高电压电池101和负载部102电连接的电连接箱。高电压J/B103被设置在高电压电池101与负载部102之间。高电压J/B 103利用将铜板等金属板作为母材而压制成形为板状的汇流条等，将高电压电池101与负载部102之间连接。高电压J/B 103具有：上游侧继电器103a、下游侧继电器103b、103c以及作为检测装置的传感器单元1。

上游侧继电器103a对流过汇流条的电流进行通电或切断。上游侧继电器103a被设置在高电压电池101的正极与负载部102之间。上游侧继电器103a具备：开关SW1和线圈CL1。

开关SW1具有：第1触点M1和第2触点N1。第1触点M1被连接到高电压电池101的正极，第2触点N1被连接到负载部102。开关SW1通过将第1触点M1和第2触点N1电连接(接通)，从而将高电压电池101的正极和负载部102电连接。另一方面，开关SW1通过将第1触点M1和第2触点N1电气地切断(断开)，从而将高电压电池101的正极和负载部102电气地切断。

线圈CL1将开关SW1接通或者断开。线圈CL1与开关SW1对置地配置，利用磁力将开关SW1接通或断开。线圈CL1与未图示的ECU(电子控制单元；Electronic Control Unit)连接。在从ECU输出了继电器驱动信号的情况下，线圈CL1通过磁力使开关SW1接通。另一方面，在未从ECU输出继电器驱动信号的情况下，线圈CL1未施加磁力，开关SW1断开。

下游侧继电器103b对流过汇流条的电流进行通电或切断。下游侧继电器103b被设置在高电压电池101的负极与负载部102之间。下游侧继电器103b具备：开关SW2和线圈CL2。

开关SW2具有：第1触点M2和第2触点N2。第1触点M2被连接到高电压电池101的负极，第2触点N2被连接到负载部102。开关SW2通过将第1触点M2和第2触点N2电连接(接通)，从而将高电压电池101的负极和负载部102电连接。另一方面，开关SW2通过将第1触点M2和第2触点N2电气地切断(断开)，从而将高电压电池101的负极和负载部102电气地切断。

线圈CL2将开关SW2接通或者断开。线圈CL2与开关SW2对置地配置，通过磁力使开关SW2接通或断开。线圈CL2与ECU连接。在从ECU输出了继电器驱动信号的情况下，线圈CL2利用磁力使开关SW2接通。另一方面，在未从ECU输出继电器驱动信号的情况下，线圈CL2未施加磁力，开关SW2断开。

下游侧继电器103c对流过汇流条的电流进行通电或切断。下游侧继电器103c被设置在高电压电池101的负极与负载部102之间，经由电阻器R而与下游侧继电器103b并联连接。下游侧继电器103c具有：开关SW3和线圈CL3。

开关SW3具有：第1触点M3和第2触点N3。第1触点M3被连接到高电压电池101的负极，第2触点N3经由电阻器R而连接到负载部102。开关SW3通过将第1触点M3和第2触点N3电连接(接通)，从而将高电压电池101的负极和负载部102电连接。另一方面，开关SW3通过将第1触点M3和第2触点N3电气地切断(断开)，从而将高电压电池101的负极和负载部102电气地切断。

线圈CL3将开关SW3接通或者断开。线圈CL3与开关SW3对置地配置，通过磁力将开关SW3接通或断开。线圈CL3被连接到ECU。在从ECU输出了继电器驱动信号的情况下，线圈CL3利用磁力使开关SW3接通。另一方面，在未从ECU输出继电器驱动信号的情况下，线圈CL3未施加磁力，开关SW3断开。

在从高电压电池101向负载部102供给电力的情况下，ECU将上游侧继电器103a接通。接着，ECU为了防止流向负载部102的冲击电流而使下游侧继电器103c接通，并在负载部102的电容器被充电后，使下游侧继电器103b接通。当使上游侧继电器103a和下游侧继电器103b接通并且开始向负载部102供给电力时，ECU将下游侧继电器103c断开。在未从高电压电池101向负载部102供给电力的情况下，ECU将上游侧继电器103a和下游侧继电器103b、103c断开。

传感器单元1对电源电路100中的检测对象进行检测。在本实施方式中，传感器单元1被设置在高电压J/B 103内，并且与该高电压J/B103的汇流条连接。基于此，传感器单元1比较容易获取传感器用的高电压信号。另外，传感器单元1被设置在具有上游侧继电器103a和下游侧继电器103b、103c的高电压J/B 103内，因此线束仅需连接到高电压J/B 103即可。因此，没有将线束和传感器单元1直接连接，因此能够省去线束上的绝缘处理。如图1和图2所示，传感器单元1具有：基板10、电源20、通信I/F 30、端子部40、传感器部50和控制部60。

基板10被安装各种电子元件并且构成将该电子元件电连接的电子电路，是所谓的印刷电路基板(Printed Circuit Board)。基板10例如利用铜箔等导电性部件在由环氧树脂、玻璃环氧树脂、纸环氧树脂、陶瓷等绝缘性材料构成的绝缘层上形成(印刷)了布线图案(印刷图案)。在基板10上同时搭载作为电流检测器的电流传感器51、作为电压检测器的电压传感器52以及作为接地故障检测器的接地故障传感器53。也就是说，电流传感器51、电压传感器52以及接地故障传感器53被集中搭载于1个基板10。在本实施方式中，在电源电路100中，在正极侧配置电流传感器51，在负极侧配置接地故障传感器53，在电流传感器51与接地故障传感器53之间配置电压传感器52。

电源20向控制部60供给电力。电源20经由连接器CN而连接到外部的电源(省略图示)，将从该外部的电源供给的电力转换为规定的电力，将转换后的电力供给到控制部60。

通信I/F 30是用于与外部通信设备通信的接口。通信I/F 30经由连接器CN而连接到ECU，并且与控制部60连接。通信I/F 30例如将从控制部60输出的传感器输出信号转换为ECU能够输入的信号的形式并向该ECU输出。

端子部40与电源电路100的正极侧和负极侧电连接。端子部40具有正极端子41和负极端子42。正极端子41搭载于基板10，并同时与电压传感器52和接地故障传感器53连接。正极端子41的例如从该正极端子41起在基板10上延伸的导线在中途分支为2个，分支后的一个导线与电压传感器52连接，并且分支后的另一个导线与接地故障传感器53连接。进一步地，正极端子41与电源电路100的正极侧连接。正极端子41例如被连接在高电压电池101的正极与上游侧继电器103a之间。

负极端子42搭载于基板10，并同时与电压传感器52和接地故障传感器53连接。负极端子42的例如从该负极端子42起在基板10上延伸的导线在中途分支为2个，分支后的一个导线与电压传感器52连接，并且分支后的另一个导线与接地故障传感器53连接。进一步地，负极端子42与电源电路100的负极侧连接。负极端子42例如被连接在高电压电池101的负极与下游侧继电器103b、103c之间。

传感器部50对车辆的电源电路100中的检测对象进行检测。传感器部50搭载于基板10。传感器部50具有：电流传感器51、电压传感器52和接地故障传感器53。

电流传感器51是检测电流的传感器。电流传感器51搭载于基板10。电流传感器51具有：电流检测电路51a和I/F电路51b。电流检测电路51a具有电流检测元件，该电流检测元件被设置在高电压电池101的正极与上游侧继电器103a之间。电流检测电路51a利用电流检测元件对从高电压电池101流向负载部102的电流进行检测。电流检测电路51a被连接到I/F电路51b，并将检测到的电流的电流值向I/F电路51b输出。

I/F电路51b将电流值转换为规定的数据的形式。I/F电路51b与电流检测电路51a和控制部60连接，将从该电流检测电路51a输出后的电流值转换为控制部60能够输入的数据的形式，并且将转换后的电流值向控制部60输出。

电压传感器52是检测电压的传感器。电压传感器52搭载于基板10。电压传感器52具有：电压检测电路52a和I/F电路52b。电压检测电路52a与正极端子41和负极端子42连接。而且，电压检测电路52a经由正极端子41而连接到电源电路100的正极侧，并且经由负极端子42而连接到电源电路100的负极侧。电压检测电路52a对表示电源电路100的正极侧与负极侧的电位差的电压进行检测。电压检测电路52a与I/F电路52b连接，将检测到的电压的电压值向I/F电路52b输出。

I/F电路52b将电压值转换为规定的数据的形式。I/F电路52b与电压检测电路52a和控制部60连接，将从该电压检测电路52a输出后的电压值转换为控制部60能够输入的数据的形式，并将转换后的电压值向控制部60输出。

接地故障传感器53是检测接地故障的传感器。接地故障传感器53搭载于基板10。接地故障传感器53具有：接地故障检测电路53a和I/F电路53b。接地故障检测电路53a与正极端子41和负极端子42连接。而且，接地故障检测电路53a经由正极端子41而与电源电路100的正极侧连接，并且经由负极端子42而与电源电路100的负极侧连接。接地故障检测电路53a检测用于判定接地故障(漏电)的电压。接地故障检测电路53a与I/F电路52b连接，将检测出的电压的电压值向I/F电路52b输出。

I/F电路53b将电压值转换为规定的数据的形式。I/F电路53b与接地故障检测电路53a和控制部60连接，将从该接地故障检测电路53a输出后的电压值转换为控制部60能够输入的数据的形式，并将转换后的电压值向控制部60输出。

控制部60根据由传感器部50检测到的检测结果进行各种计算。控制部60被构成为包含以具有CPU、构成存储部的ROM、RAM和接口在内的公知的微型计算机为主体的电子电路。在本实施方式中，控制部60搭载于基板10，作为接地故障传感器53中判定接地故障的CPU而发挥作用，也作为处理电流值和电压值的CPU而发挥作用。

控制部60将从电流传感器51、电压传感器52和接地故障传感器53分别输出的信号共同处理。控制部60例如与接地故障传感器53的I/F电路53b连接，从该I/F电路53b输出电压值。控制部60根据从接地故障传感器53的I/F电路53b输出的电压值来判定接地故障。

另外，控制部60与电流传感器51的I/F电路51b连接，从该I/F电路51b输出电流值。进一步地，控制部60与电压传感器52的I/F电路52b连接，从该I/F电路52b输出电压值。控制部60根据从I/F电路51b输出的电流值和从I/F电路52b输出的电压值来计算功率值。这种情况下，控制部60根据以预先确定的采样周期获取的电流值和电压值来计算功率值。也就是说，功率值根据由1个(共用的)控制部60以共用的采样周期获取到的电流值和电压值来计算。

此处，对于比较例涉及的电流传感器，该电流传感器的控制部以预先确定的采样周期来获取电流值。另外，对于比较例涉及的电压传感器，与电流传感器的控制部不同的电压传感器的控制部以预先确定的采样周期来获取电压值。基于此，在比较例中，利用分别不同的控制部来获取电流值和电压值，因此如图3所示，在计算功率值P(t)时，获取电流值I(t)和电压值V(t)的时刻错开时间T，存在计算求出的功率值P(t)与实际的功率值Pw之间产生误差的问题。需要说明的是，在图3中，“V0”表示初始电压，“a”表示电压下降的常数，“P”表示额定功率，“t”表示时间。

与此相对，实施方式涉及的传感器单元1中，1个(共用的)控制部60根据以共用的采样周期获取到的电流值和电压值(各自的信号)来计算功率值。基于此，如图4所示，控制部60在计算功率值P(t)时，使得获取电流值I(t)和电压值V(t)的时刻同步，并通过将电流值I(t)和电压值V(t)相乘，从而能够正确地计算瞬时功率(功率值P(t))。基于此，控制部60能够使算出的功率值P(t)与实际的功率值Pw一致。而且，控制部60如果对瞬时功率进行时间积分，则能够对高电压电池101所使用的电量或者对高电压电池101充电后的电量进行计算。需要说明的是，在图4中，“V0”表示初始电压，“a”表示电压下降的常数，“P”表示额定功率，“t”表示时间。

ECU也可以通过将由控制部60算出的电量与由电池监视单元(省略图示)监视的高电压电池101的充电状态(SOC；State Of Charge)进行比较，来判定高电压电池101的劣化状态。例如图5所示，在高电压电池101的SOC为50％的情况下，如果高电压电池101的使用状态K1的使用电量小于高电压电池101的初始状态K2的使用电量(产生差分D1的情况)，则ECU能够判定高电压电池101劣化。需要说明的是，在图5中，纵轴表示使用电量(Wh)，横轴表示充电状态(SOC)。

另外，例如图6所示，在高电压电池101的使用电量为预定值的情况下，如果高电压电池101的使用状态K1的SOC小于高电压电池101的初始状态K2的SOC(产生差分D2的情况)，则ECU能够判定高电压电池101劣化。需要说明的是，在图6中，纵轴表示使用电量(Wh)，横轴表示充电状态(SOC)。这样，ECU能够通过对由传感器单元1算出的电量和由电池监视单元获取的SOC进行比较，来判定高电压电池101的劣化状态。虽然在现有技术中，利用电池监视单元诊断了高电压电池101的劣化状态，但是在本实施方式中，利用该结构，能够简单地构成高电压电池101的劣化诊断的冗余结构。

如上所述，实施方式涉及的传感器单元1具有：检测电流的电流传感器51、检测电压的电压传感器52、检测接地故障的接地故障传感器53以及搭载电流传感器51、电压传感器52和接地故障传感器53的共用的基板10。在现有技术中，由于各传感器具有各自独立的基板10，因此导致元件个数的增加。与此相对，对于实施方式涉及的传感器单元1，在车辆的电源电路100中，能够将高电压系统的3个传感器集中在共用的基板10，因此能够抑制元件个数的增加。其结果，传感器单元1能够恰当地检测电源电路100中的检测对象。

上述传感器单元1还具有正极端子41和负极端子42。正极端子41同时与电压传感器52和接地故障传感器53连接，并且被连接到从车辆的高电压电池101向负载部102供给电力的电源电路100的正极侧。负极端子42同时与电压传感器52和接地故障传感器53连接，并且被连接到电源电路100的负极侧。利用这样的结构，传感器单元1能够经由共用的正极端子41和负极端子42来进行电源电路100的高电压部的取出，能够使从高电压部的分支成为最小限度。其结果，传感器单元1能够削减高电压的线束，能够提高高电压线束的布线性。

在上述传感器单元1中，具有控制部60，该控制部60将从电流传感器51、电压传感器52和接地故障传感器53分别输出的信号共同处理。利用该结构，传感器单元1的1个(共用的)控制部60能够根据以共用的采样周期获取到的电流值和电压值来计算功率值，能够正确算出功率值。

〔变形例〕

接着，针对实施方式的变形例进行说明。在变形例中，对与实施方式等同的结构要素标注相同的符号，并省略其说明。图7是示出实施方式的第1变形例涉及的传感器单元1A的结构例的框图。第1变形例涉及的传感器单元1A在控制部60A未包含在传感器单元1A内这一点上与实施方式涉及的传感器单元1不同。如图7所示，传感器单元1A具有基板10、端子部40和传感器部50。传感器单元1A经由连接器CN而连接到外部的控制部60A(其他ECU)。控制部60A根据由传感器部50检测到的检测结果来进行各种计算。这样，传感器单元1A中，控制部60A也可以不包含于传感器单元1A而设置在外部。

图8是示出实施方式的第2变形例涉及的传感器单元1B的结构例的框图。第2变形例涉及的传感器单元1B在还具有温度传感器54这一点上与实施方式的传感器单元1和第1变形例的传感器单元1A不同。如图8所示，传感器单元1B具有：基板10、电源20、通信I/F 30、端子部40、传感器部50以及控制部60。传感器部50具有：电流传感器51、电压传感器52、接地故障传感器53以及温度传感器54。

温度传感器54是检测温度的传感器。温度传感器54被搭载于基板10，并且具有温度检测电路54a和I/F电路54b。温度检测电路54a检测传感器单元1的温度。温度检测电路54a与I/F电路54b连接，将检测到的检测温度向I/F电路54b输出。

I/F电路54b将检测温度转换为规定的数据的形式。I/F电路54b与温度检测电路54a和控制部60连接，将从该温度检测电路54a输出后的检测温度转换为控制部60能够输入的数据的形式，并将转换后的检测温度向控制部60输出。这样，传感器单元1B还具有温度传感器54。需要说明的是，除了上述4个传感器以外，传感器单元1B也可以具有其他传感器。

在上述说明中，传感器单元1、1A、1B以具有共用的正极端子41和负极端子42的例子进行了说明，但是不限于此，也可以构成为：对电压传感器52、接地故障传感器53中的每个而分别具有正极端子41和负极端子42。

另外，虽然以具有对从电流传感器51、电压传感器52和接地故障传感器53分别输出的信号共同进行处理的控制部60的例子进行说明，但是不限于此，也可以具有对从各传感器分别输出的信号独立地进行处理的多个控制部。

另外，传感器单元1针对设置在高电压J/B 103内的例子进行了说明，但是不限于此，也可以不设置在高电压J/B 103内。

Claims

1.一种检测装置，其特征在于，具有：

电流检测器，所述电流检测器对电流进行检测；

电压检测器，所述电压检测器对电压进行检测；

接地故障检测器，所述接地故障检测器对接地故障进行检测；以及

共用的基板，所述电流检测器、所述电压检测器和所述接地故障检测器被搭载于所述共用的基板。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，具有：

正极端子，所述正极端子与所述电压检测器和所述接地故障检测器皆连接并且被连接到从车辆的电源向负载部供给电力的电源电路的正极侧；以及

负极端子，所述负极端子与所述电压检测器和所述接地故障检测器皆连接并且被连接到所述电源电路的负极侧。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，

所述检测装置具有控制部，所述控制部对从所述电流检测器、所述电压检测器和所述接地故障检测器分别输出的信号共同进行处理。