CN116137435A - 控制装置及电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供控制装置及电池组，提供一种提高继电器的控制装置中异常检测的可靠性的技术。控制装置(10)是控制继电器(20)的装置。控制装置具备控制元件(12)、监视用电路(14)以及判定部(16)。向控制元件输入输入信号(Vi)。控制元件输出输出信号(Vo)和诊断信号(Vd)。监视用电路生成表示输出信号(Vo)的电平的输出监视信号(Vm)。判定部基于输出监视信号(Vm)与诊断信号(Vd)的关系，判定控制装置有无异常。这里，输出信号(Vo)是驱动继电器(20)的信号。监视用电路(14)的一个端子与控制元件(12)中的输出信号(Vo)的输出端子电连接。并且，诊断信号(Vd)是用于监视输出信号(Vo)的输出目的地的状态的信号。

Description

控制装置及电池组

技术领域

本发明涉及继电器的控制。

背景技术

连接有多个电池的电池组用于向各种负载的电力供给。此时，在电池与负载之间配置继电器，该继电器的接通/断开由继电器驱动电路控制。

在此，在用于驱动电路的控制元件中，存在能够诊断信号的输出目的地的状态的控制元件。通过诊断输出目的地的状态，能够检测继电器有无故障等。

在专利文献1中记载了如下内容：在具有非对称桥的线性螺线管的驱动电路中，向控制单元输入两个诊断结果，基于这些诊断结果来判定非对称半桥电路以及线性螺线管的动作状态。

在专利文献2中记载了如下内容：基于对输入到驱动器的控制信号和从异常检测单元输出的监视信号进行比较的结果，诊断负载驱动系统的异常。

但是，在继电器的控制装置中存在提高可靠性的余地。例如，在专利文献1的技术中，没有设想智能功率开关的故障。另外，在专利文献2的技术中，没有监视从驱动器向负载的输出信号。

专利文献1：日本特开2007-27465号公报

专利文献2：日本特开2007-255413号公报

发明内容

本发明是鉴于所述课题而完成的。本发明的目的在于提供一种提高继电器的控制装置中的异常检测的可靠性的技术。

本发明的第一控制装置为控制继电器的控制装置，具备：

控制元件，其被输入输入信号，并输出输出信号和诊断信号；

监视用电路，其生成表示所述输出信号的电平的输出监视信号；以及

判定部，其基于所述输出监视信号与所述诊断信号的关系来判定该控制装置有无异常，

所述输出信号是驱动所述继电器的信号，

所述监视用电路的一个端子与所述控制元件中的所述输出信号的输出端子电连接，

所述诊断信号是用于监视所述输出信号的输出目的地的状态的信号。

本发明的第一电池组是具备所述的控制装置、电池以及所述继电器的电池组。

根据本发明，能够提供一种提高继电器的控制装置中的异常检测的可靠性的技术。

附图说明

图1是例示第一实施方式的控制装置的功能结构的框图。

图2是例示第一实施方式的控制装置的硬件结构的图。

图3是例示集成电路的硬件结构的图。

图4是例示正常的控制装置中的各信号的关系的表。

图5是对图4的表添加了在控制元件中存在异常、诊断信号未被正确输出的情况下的各信号的关系的表。

图6是对图4的表添加了监视用电路存在异常、输出监视信号未被正确输出的情况下的各信号的关系的表。

图7是例示第一实施方式的电池组的功能结构的框图；

图8是例示第二实施方式的电池组的结构的图。

图9是例示第二实施方式的控制装置的结构的图。

附图标记的说明

10控制装置、12控制元件、14监视用电路、15控制部、16判定部、20继电器、30电池、40集成电路、50电池组、60负载、141晶体管、142电阻、402总线、404处理器、406存储器、408存储设备、410输入输出接口、412网络接口。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在所有的附图中，对相同的结构要素标注相同的附图标记，并适当省略说明。

(第一实施方式)

图1是例示第一实施方式的控制装置10的功能结构的框图。另外，图2是例示本实施方式的控制装置10的硬件结构的图。本实施方式的控制装置10是控制继电器20的装置。控制装置10具备控制元件12、监视用电路14以及判定部16。向控制元件12输入输入信号Vi。控制元件12输出输出信号Vo和诊断信号Vd。监视用电路14生成表示输出信号Vo的电平的输出监视信号Vm。判定部16基于输出监视信号Vm与诊断信号Vd的关系，判定控制装置10有无异常。这里，输出信号Vo是驱动继电器20的信号。监视用电路14的一个端子与控制元件12中的输出信号Vo的输出端子电连接。并且，诊断信号Vd是用于监视输出信号Vo的输出目的地的状态的信号。以下进行详细说明。

在图1的例子中，控制装置10还具备控制部15。控制部15输出输入信号Vi。从控制部15输出的输入信号Vi被输入到控制元件12。控制部15以及判定部16例如使用集成电路40来实现。关于集成电路40将在后面进行详细叙述。另外，从控制部15输出的输入信号Vi也被输入到判定部16。但是，代替向判定部16输入输入信号Vi，判定部16也可以从控制部15取得表示输入信号Vi的信号电平的信息。控制部15和判定部16的信号和信息的输入输出可以在集成电路40内进行。

图3是例示集成电路40的硬件结构的图。在本图中，控制装置10的控制部15以及判定部16使用集成电路40进行安装。集成电路40例如是SoC(System On Chip System OnChip：片上系统)。

集成电路40包含总线402、处理器404、存储器406、存储设备408、输入输出接口410和网络接口412。总线402是用于处理器404、存储器406、存储设备408、输入输出接口410以及网络接口412相互收发数据的数据传送路径。但是，将处理器404等相互连接的方法并不限定于总线连接。处理器404是使用微处理器等实现的运算处理装置。存储器406是使用RAM(随机存取存储器)等实现的存储器。存储设备408是使用ROM(Read Only Memory：只读存储器)或闪存等实现的存储设备。

输入输出接口410是用于将集成电路40与周边设备连接的接口。在本实施方式中，在输入输出接口410至少连接有控制元件12及监视用电路14。

网络接口412是用于将集成电路40连接到通信网络的接口。该通信网例如是CAN(Controller Area Network控制器区域网络)通信网。另外，网络接口412与通信网连接的方法可以是无线连接，也可以是有线连接。

存储设备408分别存储用于实现控制部15以及判定部16的功能的程序模块。处理器404通过将该程序模块读出到存储器406并执行来实现控制部15和判定部16的功能。

集成电路40的硬件结构不限于本图所示的结构。例如，程序模块可以存储在存储器406中。在该情况下，集成电路40也可以不具备存储设备408。

控制元件12由集成电路实现。控制元件12例如是智能功率器件(IPD)。控制元件12输出与所输入的输入信号Vi对应的输出信号Vo。进而，控制元件12输出表示输出信号Vo的输出目的地的状态的诊断信号Vd。在控制元件12内部，按照使用了输出信号Vo的电平的判定的结果，生成诊断信号Vd。诊断信号Vd被输入到判定部16。输入信号Vi、输出信号Vo和诊断信号Vd的信号电平分别以预定的阈值为基准以高电平或低电平表示。输入信号Vi和诊断信号Vd例如是二值的信号。阈值可以是针对输入信号Vi、输出信号Vo和诊断信号Vd而彼此不同的值。控制元件12还可以具有检测过热的功能和针对过热或过电流的保护功能。

从控制元件12输出的输出信号Vo被输入到继电器20。通过该输出信号Vo使继电器20接通/断开。继电器20的种类没有特别限定。继电器20可以是有触点继电器，也可以是无触点继电器。另外，输出信号Vo也被输入到监视用电路14。监视用电路14输出表示所输入的输出信号Vo的电平的输出监视信号Vm。在图2中示出了监视用电路14包含电阻142和晶体管141的例子，但监视用电路14的结构不限于本例。例如，监视用电路14也可以由以预定的比例对输出信号Vo进行分压的多个电阻构成。在该情况下，输出监视信号Vm与图4至图6所示的例子相反。即，将图4至图6所示的输出监视信号Vm的“H”替换为“L”，将“L”替换为“H”即可。

在本图的例子中，晶体管141的基极端子作为监视用电路14的输入端子发挥功能。控制元件12的输出信号Vo的输出端子与晶体管141的基极端子电连接。即，输出信号Vo的输出端子与晶体管141的基极端子成为相同电位。并且，电阻142的一端与晶体管141的集电极端子连接，电阻142的另一端被施加恒定电压Vdc。另一方面，晶体管141的发射极端子与GND连接。并且，晶体管141的集电极端子与集成电路40的输入输出接口410连接。即，晶体管141的集电极端子的电压作为输出监视信号Vm被输入到判定部16。通过这样的结构，能够得到表示输出信号Vo的电平的输出监视信号Vm。

特别是根据本例的监视用电路14，相对于高电平的输出信号Vo输出低电平的输出监视信号Vm，相对于低电平的输出信号Vo输出高电平的输出监视信号Vm。高电平的输出监视信号Vm成为与恒定电压Vdc相同的电压。驱动继电器20的输出信号Vo可以是一定程度的高电压。在此，通过使用监视用电路14能够将输出信号Vo的电压电平转换为能够输入到集成电路40的输入输出接口410的电压电平的范围。

图4是例示正常的控制装置10中的各信号的关系的表。在本图中，“L”表示信号为低电平，“H”表示信号为高电平。在本实施方式中，判定部16能够使用输入信号Vi和诊断信号Vd来判定输出信号Vo的输出目的地有无异常。具体而言，判定部16能够使用输入信号Vi以及诊断信号Vd，进行输出信号Vo的输出目的地是否为开路状态的判定以及输出信号Vo的输出目的地是否为短路状态的判定中的至少一方。输出信号Vo的输出目的地包含继电器20、监视用电路14、连接控制元件12和继电器20的配线以及连接控制元件12和监视用电路14的配线。

参照图4对控制装置10的动作进行说明。首先，在要使继电器20成为断开状态的情况下，从控制部15向控制元件12输入低电平的输入信号Vi。然后，从控制元件12向正常的继电器20输出低电平的输出信号Vo，继电器20成为断开状态。此时，从控制元件12输出的诊断信号Vd成为低电平。另外，从监视用电路14输出的输出监视信号Vm成为高电平。

另一方面，在继电器20断线等输出信号Vo的输出目的地为开路状态的情况下，输出信号Vo相对于低电平的输入信号Vi成为高电平。然后，从控制元件12输出的诊断信号Vd成为高电平，并且输出监视信号Vm成为低电平。

在要使继电器20成为接通状态的情况下，从控制部15向控制元件12输入高电平的输入信号Vi。然后，从控制元件12向正常的继电器20输出高电平的输出信号Vo，继电器20成为接通状态。此时，从控制元件12输出的诊断信号Vd成为高电平。另外，从监视用电路14输出的输出监视信号Vm成为低电平。

另一方面，在输出信号Vo的输出目的地为短路状态的情况下，输出信号Vo相对于高电平的输入信号Vi成为低电平。然后，从控制元件12输出的诊断信号Vd成为低电平，并且输出监视信号Vm成为高电平。另外，输出信号Vo的输出目的地为短路状态意味着相对于GND为短路状态。在控制元件12具有过电流防止功能的情况下，对从输出信号Vo输出的电流施加限制。

在以上的各状态下，判定部16通过监视输入信号Vi和诊断信号Vd，如以下那样判定输出信号Vo的输出目的地有无异常。判定部16在输入信号Vi为低电平且诊断信号Vd为低电平的情况下，判定为输出信号Vo的输出目的地没有异常，继电器20正常地断开。判定部16在输入信号Vi为低电平且诊断信号Vd为高电平的情况下，判定为输出信号Vo的输出目的地为开路状态。判定部16在输入信号Vi为高电平且诊断信号Vd为高电平的情况下，判定为输出信号Vo的输出目的地没有异常，继电器20正常地接通。并且，在输入信号Vi为高电平且诊断信号Vd为低电平的情况下，判定部16判定为输出信号Vo的输出目的地为短路状态。

另外，判定部16通过监视诊断信号Vd和输出监视信号Vm，能够判定控制元件12和监视用电路14中有无异常。以下进行详细说明。

图5是对图4的表添加了控制元件12存在异常、诊断信号Vd没有被正确输出的情况下的各信号的关系的表。另外，图6是对图4的表添加了监视用电路14存在异常、输出监视信号Vm未被正确输出的情况下的各信号的关系的表。在图5及图6中，“L”表示信号为低电平，“H”表示信号为高电平。在本例中，在控制元件12和监视用电路14均正常的情况下，诊断信号Vd和输出监视信号Vm始终高和低的关系相反。即，诊断信号Vd和输出监视信号Vm中的一方成为高电平，且另一方成为低电平。与此相对，在控制元件12存在异常的情况下，应为高电平的诊断信号Vd成为低电平，或者应为低电平的诊断信号Vd成为高电平。另外，在监视用电路14存在异常的情况下，应为高电平的输出监视信号Vm成为低电平，或者应为低电平的输出监视信号Vm成为高电平。其结果，诊断信号Vd与输出监视信号Vm的关系一致。这样，在诊断信号Vd与输出监视信号Vm的关系一致的情况下，判定部16判定为控制装置10存在异常。

此外，控制装置10中的信号的关系并不限定于图4至图6的例子。判定部16将输入信号Vi与诊断信号Vd进行比较，基于它们是否满足预先设定的关系，能够判定输出信号Vo的输出目的地有无异常。另外，判定部16将诊断信号Vd与输出监视信号Vm进行比较，基于它们是否满足预先设定的关系，能够判定控制装置10有无异常。另外，判定部16也可以将诊断信号Vd与输出监视信号Vm进一步与输入信号Vi进行比较，基于它们是否满足预先决定的关系，来判定控制装置10有无异常。

如上所述，本实施方式的控制装置10能够使用控制元件12的诊断信号Vd来检测继电器20的异常。另外，这里，即使在由于控制元件12的故障等而在控制元件12的诊断信号Vd中存在缺陷的情况下，通过使用能够直接监视输出信号Vo的输出监视信号Vm，也能够检测出在控制装置10中产生了异常。即，控制装置10具有双重的异常检测功能，与仅使用控制元件12的诊断信号Vd的情况相比，能够提高异常检测的可靠性。

另外，通常认为控制元件12的结构比监视用电路14的结构复杂，容易引起故障。因此，在判定部16判定为控制装置10产生了异常的情况下，也可以判断为诊断信号Vd异常(即，图5中的异常的情况)。在该情况下，判定部16也可以基于输入信号Vi与输出监视信号Vm的关系是否满足预定的关系来判定输出信号Vo的输出目的地即继电器20的状态。

图7是例示本实施方式的电池组50的功能结构的框图。本实施方式的电池组50具备控制装置10、电池30以及继电器20。控制装置10和继电器20如上所述。电池30没有特别限定，例如为锂离子电池。电池30也可以是连接有一个以上的电池单元的电池模块。在电池30中，多个电池单元可以串联连接，也可以并联连接。另外，在电池30中，三个以上的电池单元可以串联和并联连接。电池组50的用途没有特别限定，例如搭载于车辆等移动体。

电池组50与负载60连接，电池30的电能向负载60供给。此时，通过被控制装置10控制的继电器20，电池30与负载60的电连接被接通/断开。负载60没有特别限定，例如是电机驱动用逆变器、家庭用100V逆变器等逆变器、加热器、DC-DC转换器或空调。另外，在电池30能够充电的情况下，也可以是在电池30上至少暂时经由继电器20连接充电器的结构。本实施方式的电池组50具备能够检测异常的控制装置10。因此，在由于控制元件12等的故障而无法正确地进行电力供给的控制的状态的情况下，能够检测到该情况。

接下来，对本实施方式的作用以及效果进行说明。根据本实施方式的控制装置10，判定部16基于输出监视信号Vm与诊断信号Vd的关系判定控制装置10有无异常。因此，与仅使用控制元件12的诊断信号Vd的情况相比，能够提高异常检测的可靠性。

(第二实施方式)

图8是例示第二实施方式的电池组50的结构的图。本实施方式的电池组50以及控制装置10除了以下说明的点之外，与第一实施方式的电池组50以及控制装置10相同。

本实施方式的电池组50具备多个继电器20。而且，本实施方式的控制装置10控制多个继电器20。在本图的例子中，具体而言，电池组50具备继电器20a、继电器20b以及继电器20c。这些各继电器与在第一实施方式中说明的继电器20相同。在本图的例子中，电池30是串联连接有多个电池单元的电池模块。继电器20a及继电器20b将电池30的阳极与负载60的一个端子的连接进行接通/断开，继电器20c将电池30的阴极与负载60的另一端子的连接进行接通/断开。继电器20b和电阻器并联连接到继电器20a。

在本实施方式中，控制装置10被包含在电池管理系统(BMS)中。并且，控制装置10按照预定的时序控制各继电器20。由此，在预防过大电流等的同时，进行所希望的电力供给动作或充电动作。另外，图8示出了包含三个继电器20的电池组50的例子，但电池组50也可以包含更多的继电器20。

图9是例示本实施方式的控制装置10的结构的图。在本实施方式中，控制装置10为了控制多个继电器20而具备多个控制元件12以及多个监视用电路14。各控制元件12与第一实施方式中说明的控制元件12相同，各监视用电路14与第一实施方式中说明的监视用电路14相同。在本图的例子中，具体而言，控制装置10具备控制元件12a、控制元件12b、控制元件12c、监视用电路14a、监视用电路14b以及监视用电路14c。各控制元件12以及各监视用电路14与集成电路40连接。控制部15为了按照预定的时序控制各继电器20，独立地控制各控制元件12。即，控制部15对各控制元件12独立地输出输入信号Vi。然后，判定部16取得针对各控制元件12的输入信号Vi。在本图的例子中，控制部15输出三个输入信号Vi。向判定部16输入三个输入信号Vi。另外，对判定部16输入从各控制元件12输出的诊断信号Vd以及从各监视用电路14输出的输出监视信号Vm。

在本实施方式中也能够得到与第一实施方式相同的作用以及效果。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了叙述，但这些是本发明的例示，也能够采用所述以外的各种结构。

Claims (4)

1.一种控制装置，控制继电器，其特征在于，

该控制装置具备：

控制元件，其被输入输入信号，输出输出信号和诊断信号；

监视用电路，其生成表示所述输出信号的电平的输出监视信号；以及

判定部，其基于所述输出监视信号与所述诊断信号的关系来判定该控制装置有无异常，

所述输出信号是驱动所述继电器的信号，

所述监视用电路的一个端子与所述控制元件中的所述输出信号的输出端子电连接，

所述诊断信号是用于监视所述输出信号的输出目的地的状态的信号。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述判定部使用所述输入信号和所述诊断信号来判定所述输出信号的输出目的地有无异常。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，

所述判定部使用所述输入信号和所述诊断信号，进行所述输出信号的输出目的地是否为开路状态的判定以及所述输出信号的输出目的地是否为短路状态的判定中的至少一方。

4.一种电池组，其特征在于，

该电池组具备：

权利要求1至3中任一项所述的控制装置；

电池；以及

所述继电器。

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