CN115943093A - 电子控制装置 - Google Patents

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CN115943093A
CN115943093A CN202180051590.9A CN202180051590A CN115943093A CN 115943093 A CN115943093 A CN 115943093A CN 202180051590 A CN202180051590 A CN 202180051590A CN 115943093 A CN115943093 A CN 115943093A
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山本祐辅
福田隆夫
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Abstract

本发明提供一种在搭载于电动车辆的电子控制装置中，在车辆碰撞时或电源切断电路的故障时，能够可靠地切断高电压电源线，并且容易恢复的可靠性及便利性优异的电子控制装置。电子控制装置的特征在于，具备：外部负载开关元件，其驱动外部负载；控制装置，其驱动所述外部负载开关元件；切断用晶体管，其切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接；诊断电路，其将通过所述外部负载开关元件控制所述外部负载的控制电路的诊断信号以及所述控制装置的诊断信号作为输入，输出诊断结果；以及输出保持电路，其保持所述诊断电路的输出信号，该电子控制装置根据由所述输出保持电路保持的信号，通过所述切断用晶体管切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接。

Description

电子控制装置
技术领域
本发明涉及一种车载电子控制装置的构成，特别涉及适用于搭载在混合动力汽车或电动汽车等电动车辆上的电子控制装置的有效技术。
背景技术
近年来，汽车受到排气限制而推进电动化，混合动力汽车(HEV：Hybrid ElectricVehicle)或电动汽车(EV：Electric Vehicle)的销售台数正在扩大。
例如，在HEV车中，为了使马达动作，从锂离子电池向逆变器供给400V左右的高电压电源。在碰撞等时高电压电源线与车辆的车身接触的情况下，有可能因与车辆接触而触电。
为了防止这样的触电，在HEV车中，通过在锂离子电池与负载之间使用继电器，在车辆动作时以外进行切断高电压电源线的控制。
作为本技术领域的背景技术，例如有专利文献1那样的技术。在专利文献1中公开了“电源切断装置，其具有：电源电路，其搭载在车辆上，具有电池、负载和继电器；继电器控制部，其通过控制所述继电器来进行所述电池与所述负载的接触分离；以及断裂机构，其在车辆碰撞时使设置在所述继电器控制部与所述继电器之间的信号线断裂，由此来将所述电池与所述负载分离”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-159439号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在HEV车中，在锂离子电池与负载之间使用继电器，但由于控制继电器的电路部件的故障、或者车辆的碰撞等引起的单元的破坏，有可能发生因控制继电器的输出电路与周边电路之间的短路等导致继电器固定在接通状态而不能断开的接通故障。
如果在继电器为接通故障的状态下高电压电源线与车身等接触，则存在接触车辆的人未注意到故障而触电的问题。
针对这样的课题，在上述专利文献1中公开了在车辆碰撞的情况下通过用切断刃切断高电压电源线来强制地切断继电器的技术。
根据专利文献1，在车辆碰撞时能够可靠地切断高电压电源线，但在继电器未发生接通故障时也进行线束的切断，因此即使是误动作或轻度碰撞也需要更换线束等。另外，不能防止由电路的故障引起的继电器接通故障。
因此，本发明的目的在于提供一种在搭载在电动车辆上的电子控制装置中，在车辆碰撞时或电源切断电路的故障时，能够可靠地切断高电压电源线，并且容易恢复的、可靠性及便利性优异的电子控制装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述课题，本发明的特征在于，具备：外部负载开关元件，其驱动外部负载；控制装置，其驱动所述外部负载开关元件；切断用晶体管，其切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接；诊断电路，其将通过所述外部负载开关元件控制所述外部负载的控制电路的诊断信号、以及所述控制装置的诊断信号作为输入，输出诊断结果；以及输出保持电路，其保持所述诊断电路的输出信号，电子控制装置根据由所述输出保持电路保持的信号，通过所述切断用晶体管切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接。
发明的效果
根据本发明，能够实现在搭载于电动车辆的电子控制装置中，在车辆碰撞时或电源切断电路的故障时，能够可靠地切断高电压电源线，并且容易恢复的、可靠性及便利性优异的电子控制装置。
上述以外的课题、构成及效果通过以下的实施方式的说明而明确。
附图说明
图1是本发明的实施例1的电子控制装置的概略构成图。
图2是表示图1的电子控制装置的动作的时序图。
图3是本发明的实施例2的电子控制装置的概略构成图。
图4是本发明的实施例3的电子控制装置的概略构成图。
图5是本发明的实施例4的电子控制装置的概略构成图。
图6是本发明的实施例5的电子控制装置的概略构成图。
图7是本发明的实施例6的电子控制装置的概略构成图。
图8是本发明的实施例7的电子控制装置的概略构成图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施例。另外，在各附图中，对于相同的构成赋予相同的符号，对于重复的部分省略其详细的说明。
实施例1
参照图1及图2，对本发明的实施例1的电子控制装置进行说明。图1是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图1所示，本实施例的电子控制装置(ECU：ElectronicControl Unit)100具备用于驱动外部负载101的外部负载开关元件103、以及用于驱动外部负载开关元件103的微控制器等控制装置102。
来自控制装置102的控制装置诊断信号114以正常时成为HI的方式经过滤波器用电容器104、滤波器用电阻105等滤波器被输入到NOR电路106。另外，输出控制电路诊断信号115作为在使外部负载101接通时成为LO的信号，被输入到NOR电路106。
另外，电子控制装置(ECU)100具备保持来自NOR电路106的输出的输出保持电路107，具备抽取切断用晶体管109的栅极电荷的电荷抽取用晶体管108。切断用晶体管109具有切断车辆等的外部GND(车辆GND)111与ECU内部GND(ECU GND)112的功能。
电子控制装置(ECU)100内的GND可以根据将车辆GND 111和ECU GND 112中的哪一个设为GND来控制GND切断时的影响，但为了在切断后保持切断状态，输出保持电路107的GND和电荷抽取用晶体管108的GND设为与外部GND(车辆GND)111共用。
使用图2说明本实施例的电子控制装置(ECU)100的动作。
控制装置诊断信号114被LO输出，直到微控制器等控制器102启动。另一方面，输出控制电路诊断信号115被电池电压VBAT 110上拉，因此维持HI输出。此时，NOR电路106是LO输出，输出保持电路107也是LO输出，因此电荷抽取用晶体管108成为断开状态。
由于切断用晶体管109被电池电压VBAT 110接通，所以ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111连接。
在控制装置102的启动后，如果控制装置102正常，则使控制装置诊断信号114HI输出。由于NOR电路106维持LO输出，所以切断用晶体管109维持接通，ECU内部GND 112维持与车辆等的外部GND 111的连接。
通过控制装置(微控制器)102使外部负载101接通，输出控制电路信号115被LO输出。控制器诊断信号114是HI，NOR电路106维持LO输出，所以切断用晶体管109维持接通，ECU内部GND 112维持与车辆等的外部GND 111的连接。
即使在由于电子控制装置(ECU)100的内部电路的故障或来自外部的外部信号(碰撞信号)113等而控制装置诊断信号11成为LO的情况下，在输出控制电路诊断信号115为HI、外部负载101为断开的情况下，NOR电路106也维持LO输出，因此切断用晶体管109维持接通，ECU内部GND 112维持与车辆等的外部GND 111的连接。
在因电子控制装置(ECU)100的内部电路的故障或来自外部的外部信号(冲突信号)113等而控制装置诊断信号114为LO时，在外部负载101为接通故障的情况下，输出控制电路诊断信号115成为LO，所以NOR电路106成为HI。电荷抽取用晶体管108接收输出保持电路107的HI输出而接通，抽取切断用晶体管109的栅极电压。由于切断用晶体管109断开，所以ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111的连接被切断。
由于ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111断开，外部负载101的通过外部负载开关元件103向车辆等的外部GND 111流通电流的路径被切断，因此外部负载101被切断。
另外，控制装置诊断信号114不仅用作防止内部电路等的故障的用途，还可以用作如下的用途：接收来自与电子控制装置(ECU)100不同的ECU的信号，将控制装置诊断信号114设为LO输出，由此防止外部负载101的接通故障。
进行ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111的切断的切断用晶体管109由输出保持电路107保持切断，因此使供给到电子控制装置(ECU)100的电池电压VBAT 110暂时断开并再次接通，从而解除输出保持电路107的保持，因此，能够再次使外部负载101接通。
如上所述，本实施例的电子控制装置(ECU)100具备：外部负载开关元件103，其驱动外部负载101；控制装置102，其驱动外部负载开关元件103；切断用晶体管109，其切断ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111的连接；诊断电路(NOR电路106)，其将通过外部负载开关元件103控制外部负载101的控制电路的诊断信号(输出控制电路诊断信号115)以及控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)作为输入，输出诊断结果；以及输出保持电路107，其保持诊断电路(NOR电路106)的输出信号，电子控制装置根据由输出保持电路107保持的信号，通过切断用晶体管109切断ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111的连接。
另外，根据通过外部负载开关元件103控制外部负载101的控制电路的诊断信号(输出控制电路诊断信号115)以及控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)，来检测外部负载101的接通故障。
由此，在电路故障或车辆碰撞时外部负载101为接通故障时，能够可靠地断开外部负载101。
另外，在外部负载101是控制高电压电源线的继电器的情况下，通过可靠地切断，即使在高电压电源线与车身接触的情况下也能够防止触电。
实施例2
参照图3说明本发明的实施例2的电子控制装置。图3是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图3所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100相对于实施例1(图1)，为了控制装置诊断信号114，追加了滤波器电路120，该滤波器电路120使用了滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116等。其他的构成与实施例1(图1)相同。
滤波器电路120的目的在于通过滤波用电容器118除去直流分量。在输入PWM输出作为滤波器电路120的输入的情况下，在PWM的HI输入时，由滤波用电容器118和其他电路分压，在滤波用电容器104中蓄积电荷。在LO输入时，通过滤波器用电阻117放出滤波器用电容器118的电荷。由于滤波器用电容器104的电荷被滤波器用二极管116限制，所以不从滤波器用电阻117放出电荷。通过HI、LO的重复，滤波器输出成为HI输出。
控制装置输出信号119在为正常状态下进行PWM输出。控制器诊断信号114通过滤波器电路120成为HI。
在控制器输出信号119为LO输出固定或HI输出固定的情况下，通过滤波器电路120，使得控制器诊断信号114成为LO。
即使在由于车辆的碰撞等而控制装置输出信号119固定为HI输出的情况下，如果是本实施例的构成，则由于控制装置诊断信号114成为LO，所以在外部负载101为接通故障的情况下，也能够切断。
如上所述，本实施例的电子控制装置(ECU)100具备滤波器电路120，该滤波器电路120由滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116构成，滤波器电路120连接在控制装置102与诊断电路(NOR电路106)之间。然后，使来自控制装置102的PWM输出经过滤波器电路120，从而除去从控制装置102输出的直流分量，作为控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)输入到诊断电路(NOR电路106)。
此外，通过调整滤波器电路120的基于滤波器电容器104、118以及滤波器电阻105和117的时间常数，控制从来自控制装置102的PWM输出停止到断开ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111之间的连接为止的时间。
通过改变构成滤波器电路120的电阻的电阻值和电容器的电容值，能够改变使控制装置诊断信号114成为HI、LO的时刻，因此能够调整切断ECU内部GND 112与车辆等的外部GND 111的时刻。
实施例3
参照图4说明本发明的实施例3的电子控制装置。图4是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图4所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100相对于实施例1(图1)，在微控制器等控制装置102与外部负载开关元件103之间追加了滤波器电路120。其他的构成与实施例1(图1)相同。
如图4所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100具备滤波器电路120，该滤波器电路120由滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116构成，滤波器电路120连接在控制装置102与外部负载开关元件103之间。
通过从控制装置102进行PWM输出，外部负载开关元件103的栅极电压成为HI，外部负载开关元件103接通，能够使外部负载101接通。
即使在由于电子控制装置(ECU)100的内部电路的故障等而控制装置输出信号119固定为HI输出的情况下，外部负载开关元件103也不会接通，因此能够防止外部负载101发生接通故障。
另外，在控制装置102未控制外部负载开关元件103时，控制装置诊断信号114成为LO输出，所以在外部负载101为接通故障、输出控制电路诊断信号115成为LO的情况下，切断用晶体管109断开，由此能够切断外部负载101的电流路径，防止外部负载101的接通故障。
实施例4
参照图5说明本发明的实施例4的电子控制装置。图5是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图5所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100相对于实施例1(图1)，不是从控制装置102输出控制装置诊断信号114，而是从电子控制装置(ECU)100的外部信号直接输入控制装置诊断信号114。
另外，控制装置诊断信号114也可以是经由实施例2(图3)那样的滤波器电路120输入到NOR电路106的构成。
如上所述，本实施例的电子控制装置(ECU)100使用从外部输入的外部信号113(例如车辆的碰撞信号)作为控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)。
通过电子控制装置(ECU)100的外部控制器(未图示)，能够强制断开外部负载101的接通状态。
实施例5
参照图6说明本发明的实施例5的电子控制装置。图6是本实施例的电子控制装置的概略构成图。
在实施例1～4的各实施例中，外部负载101是电流通过外部负载开关元件103流向车辆等的外部GND 111的构成，但如图6所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100是通过将电子控制装置(ECU)100的ECU电源VB 121供给到外部负载101来控制外部负载101的方式。
当外部负载开关元件103为接通时，由于向外部负载101供给ECU电源VB 121，所以通过NOT电路122，输出控制电路诊断信号115成为LO。当控制电路诊断信号114为LO时，NOR电路106成为HI。
另外，控制装置诊断信号114也可以是与实施例4同样地使用外部信号113的构成。
NOR电路106的HI输入由输出保持电路107保持，由此切断用晶体管109断开，因此电池电压VBAT 110与ECU电源VB 121的连接被切断。由于ECU电源VB 121的电源被切断，外部负载101的输出被切断，因此外部负载101被切断。
如图6所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100的诊断电路是NOT电路122和NOR电路106，使通过外部负载开关元件103将外部负载101控制为内部电源电压(ECU电源VB 121)的控制电路的诊断信号(输出控制电路诊断信号115)经由NOT电路122输入到NOR电路106，将控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)输入到NOR电路106，根据由输出保持电路107保持的NOR电路106的输出信号，通过切断用晶体管109切断内部电源系统(ECU电源VB121)与外部电源系统(电池电压VBAT 110)的连接。
实施例6
参照图7说明本发明的实施例6的电子控制装置。图7是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图7所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100相对于实施例5(图6)，为了控制装置诊断信号114，追加了滤波器电路120，该滤波器电路120使用了滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116等。其他的构成与实施例5(图6)相同。
如图7所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100具备滤波器电路120，该滤波器电路120由滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116构成，使来自控制装置102的PWM输出经过滤波器电路120，从而去除从控制装置102输出的直流分量，作为控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)输入到NOR电路106。
即使在由于车辆的碰撞等而控制装置输出信号119被固定为HI输出的情况下，如果是本实施例的方法，则由于控制装置诊断信号114c成为LO，所以在外部负载101为接通故障的情况下，也能够切断。
实施例7
参照图8说明本发明的实施例7的电子控制装置。图8是本实施例的电子控制装置的概略构成图。如图8所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100相对于实施例5(图6)，在微控制器等控制装置102与外部负载开关元件103之间追加了滤波器电路120。另外，连接有AND电路123来代替实施例5(图6)的NOR电路106和NOT电路122。其他的构成与实施例5(图6)相同。
如图8所示，本实施例的电子控制装置(ECU)100具备滤波器电路120，该滤波器电路120由滤波器用电容器104、118、滤波器用电阻105、117以及滤波器用二极管116构成，滤波器电路120连接在控制装置102与外部负载开关元件103之间，诊断电路是AND电路123，使来自控制装置102的PWM输出经过滤波器电路120，从而去除从控制装置102输出的直流分量，作为控制装置102的诊断信号(控制装置诊断信号114)输入到AND电路123，根据由输出保持电路107保持的AND电路123的输出信号，通过切断用晶体管109切断内部电源系统(ECU电源VB 121)与外部电源系统(电池电压VBAT 110)的连接。
通过从控制装置输出信号119进行PWM输出，外部负载开关元件103的栅极电压成为LO，外部负载开关元件103接通，能够接通外部负载101。
即使在由于电子控制装置(ECU)100的内部电路的故障等而控制装置输出信号119被固定为LO或HI输出的情况下，外部负载开关元件103也不会接通，因此能够防止外部负载101接通故障。
另外，在控制装置102未控制外部负载开关元件103时，控制装置诊断信号114成为HI输出，所以在外部负载101为接通故障、输出控制电路诊断信号115成为HI的情况下，由AND电路123HI输出，由输出保持电路107保持HI输出，切断用晶体管109切断，由此，能够切断外部负载101的电流路径，防止外部负载101的接通故障。
另外，在上述各实施例中说明的诊断电路(NOR电路106、NOT电路122、AND电路123)以及输出保持电路107优选使用至少这些电路形成在同一半导体芯片上的半导体元件。通过将诊断电路和输出保持电路107形成在同一半导体芯片上，可以消除两电路间的布线延迟，使切断用晶体管109无延迟地动作。
另外，本发明不限于上述实施例，还包含各种变形例。例如，上述实施例是为了便于理解本发明而进行的详细说明，并不一定限定为具备所说明的全部构成。另外，可以将一个实施例的构成的一部分置换为另一个实施例的构成，另外，也可以在一个实施例的构成中添加另一个实施例的构成。另外，对于各实施例的构成的一部分，可以进行其他构成的追加、删除、置换。
符号说明
100…电子控制装置(ECU)，101…外部负载，102…(微控制器等)控制装置，103…外部负载开关元件，104…滤波器用电容器，105…滤波器用电阻，106…NOR电路，107…输出保持电路，108…电荷抽取晶体管，109…切断用晶体管，110…电池电压(VBAT)，111…车辆等的外部GND(车辆GND)，112…ECU内部GND(ECU GND)，113…外部信号(冲突信号)，114…控制装置诊断信号，115…输出控制电路诊断信号，116…滤波器用二极管，117…滤波器用电阻，118…滤波器用电容器，119…(微控制器等的)控制装置输出信号，120…滤波器电路，121…ECU电源(VB)，122…NOT电路，123…AND电路。

Claims (12)

1.一种电子控制装置，其特征在于，具备：
外部负载开关元件，其驱动外部负载；
控制装置，其驱动所述外部负载开关元件；
切断用晶体管，其切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接；
诊断电路，其将通过所述外部负载开关元件控制所述外部负载的控制电路的诊断信号、以及所述控制装置的诊断信号作为输入，输出诊断结果；以及
输出保持电路，其保持所述诊断电路的输出信号，
所述电子控制装置根据由所述输出保持电路保持的信号，通过所述切断用晶体管切断内部GND与外部GND的连接或内部电源系统与外部电源系统的连接。
2.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
根据通过所述外部负载开关元件控制所述外部负载的控制电路的诊断信号、以及所述控制装置的诊断信号，检测所述外部负载的接通故障。
3.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述诊断电路是NOR电路，
将通过所述外部负载开关元件将所述外部负载控制为GND的控制电路的诊断信号、以及所述控制装置的诊断信号输入到所述NOR电路，
根据由所述输出保持电路保持的所述NOR电路的输出信号，通过所述切断用晶体管切断内部GND与外部GND的连接。
4.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
具备由电容器、电阻和二极管构成的滤波器电路，
使来自所述控制装置的PWM输出经过所述滤波器电路，从而去除从所述控制装置输出的直流分量，作为所述控制装置的诊断信号输入到所述诊断电路。
5.根据权利要求4所述的电子控制装置，其特征在于，
通过调整所述滤波器电路的基于电容器和电阻的时间常数，控制从来自所述控制装置的PWM输出停止到切断内部GND与外部GND的连接或者内部电源系统与外部电源系统的连接为止的时间。
6.根据权利要求4所述的电子控制装置，其特征在于，
所述滤波器电路连接在所述控制装置与所述诊断电路之间或所述控制装置与所述外部负载开关元件之间。
7.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述控制装置的诊断信号使用从外部输入的外部信号。
8.根据权利要求7所述的电子控制装置，其特征在于，
所述外部信号是车辆的碰撞信号。
9.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述诊断电路是NOT电路和NOR电路，
将通过所述外部负载开关元件将所述外部负载控制为内部电源电压的控制电路的诊断信号经由所述NOT电路输入到所述NOR电路，将所述控制装置的诊断信号输入到所述NOR电路，
根据由所述输出保持电路保持的所述NOR电路的输出信号，通过所述切断用晶体管切断内部电源系统与外部电源系统的连接。
10.根据权利要求9所述的电子控制装置，其特征在于，
具备由电容器、电阻和二极管构成的滤波器电路，
使来自所述控制装置的PWM输出经过所述滤波器电路，从而去除从所述控制装置输出的直流分量，作为所述控制装置的诊断信号输入到所述NOR电路。
11.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
具备由电容器、电阻和二极管构成的滤波器电路，
所述滤波器电路连接在所述控制装置与所述外部负载开关元件之间，所述诊断电路是AND电路，
使来自所述控制装置的PWM输出经过所述滤波器电路，从而去除从所述控制装置输出的直流分量，作为所述控制装置的诊断信号输入到所述AND电路，
根据由所述输出保持电路保持的所述AND电路的输出信号，通过所述切断用晶体管切断内部电源系统与外部电源系统的连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电子控制装置，其特征在于，
至少所述诊断电路和所述输出保持电路形成在同一半导体芯片上。
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