JP2021069233A - コネクタ異常検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタで異常が生じているか否かを確実に検知する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するコネクタ異常検知装置は、同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイスのそれぞれの信号線が接続されているコネクタと、コネクタと接続される制御器を備えている。制御器は、コネクタを介して信号線に接続されている。制御器は、少なくとも２個の信号線を通じて送られてくる信号が共に異常を示している場合に、そのコネクタで異常が生じていると判定する。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、コネクタ異常検知装置に関する。

電気デバイス同士を信号線で電気的に接続する場合、コネクタが使われる。一方のデバイスで異常が発生したことを検知するため、他方のデバイスには、一方のデバイスから送られる信号が正常であるか否かを監視する制御器が備えられることがある。ところで、例えば接触不良など、コネクタに異常が発生した場合も、制御器は一方のデバイスで異常が発生したと誤判断してしまう。

特許文献１には、コネクタに接続されているデバイスで異常が発生したのか、コネクタ自体で異常が発生したのかを判別する技術（コネクタ接続判定装置）が開示されている。特許文献１に開示された装置は次の通りである。コネクタ接続判定装置は、自動変速機に設けられる複数のセンサおよび複数のソレノイドと、集合コネクタと、コントロールユニットを備えている。集合コネクタには、複数のセンサ毎からの複数のセンサ端子と、複数のソレノイド毎からの複数のソレノイド端子が接続される。コントロールユニットは、集合コネクタと接続される。コントロールユニットは、起動後、複数のセンサ端子と複数のソレノイド端子のうち少なくとも２個の端子からコントロールユニットへ信号が出力されていないという外れ判定条件が成立すると、集合コネクタが外れていると判定する。

特開２０１８−１３５９２０号公報

特許文献１の技術では、自動変速機で異常が発生すると、複数のセンサの端子から同時にコントロールユニットへ信号が出力されなくなる可能性がある。そのような場合、コントロールユニットは、集合コネクタが外れていると誤判定してしまう。コネクタで異常が生じているか否かを検知する技術には改善の余地がある。

本明細書は、コネクタ異常検知装置を開示する。コネクタ異常検知装置は、同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイスのそれぞれの信号線が接続されているコネクタと、そのコネクタと接続される制御器を備えている。制御器は、コネクタを介してデバイスの信号線に接続されている。制御器は、少なくとも２個の信号線を通じて送られてくる信号が共に異常を示している場合に、コネクタで異常が生じていると判定する。

本明細書が開示するコネクタ異常検知装置は、同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイスのそれぞれの信号線を通じて送られてくる複数の信号に基づいてコネクタの異常を判定するので、誤判定の可能性が低くなる。

本明細書が開示する技術において、「同時に異常が発生する可能性が低いデバイス」とは、典型的には、相互に独立に動作するデバイスであってよい。あるいは、「同時に異常が発生する可能性が低いデバイス」とは、異なる物理量を計測する複数のセンサであってもよい。さらには、異なる物理量を計測する複数のセンサであって異なる場所に設置されている複数のセンサであると、コネクタ異常の判定精度が向上する。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のコネクタ異常検知装置が組み込まれた電力制御器のブロック図である。 コネクタのピン配置を示す図である。

図面を参照して実施例のコネクタ異常検知装置を説明する。実施例のコネクタ異常検知装置は、電力制御器１０に組み込まれている。電力制御器１０は、電気自動車２に搭載されている。図１に電力制御器１０を含む電気自動車２のブロック図を示す。電力制御器１０は、バッテリ３の電力を使って走行用のモータ４の駆動電力を生成する。

電力制御器１０の電気的構造を説明する。電力制御器１０は、２個の電圧コンバータ１１、３１と、インバータ１９を備えている。２個の電圧コンバータ１１、３１は、並列に接続されている。電圧コンバータ１１、３１は、バッテリ３の電力の電圧を昇圧してインバータ１９へ供給する昇圧機能と、インバータ１９から送られてくる回生電力（モータ４の逆駆動により生成される電力）を降圧してバッテリ３に供給する（充電する）降圧機能を備えている。電圧コンバータ１１、３１の低電圧側にはフィルタコンデンサ１６が接続されており、高電圧側には平滑コンデンサ１８が接続されている。また、低電圧側にはバッテリ３から入力される電圧を計測する電圧センサ１７が備えられている。

電圧コンバータ１１を説明する。電圧コンバータ１１は、リアクトル１２、２個のトランジスタ１３ａ、１３ｂ、２個のダイオード１４ａ、１４ｂを備えている。２個のトランジスタ１３ａ、１３ｂは高電圧側の正極と負極の間に直列に接続されている。ダイオード１４ａ（１４ｂ）は、トランジスタ１３ａ（１３ｂ）に逆並列に接続されている。リアクトル１２の一端は低電圧側の正極に接続されている。リアクトル１２の他端は、２個のトランジスタ１３ａ、１３ｂの直列接続の中点に接続されている。

トランジスタ１３ａとダイオード１４ｂが降圧動作に関与し、トランジスタ１３ｂとダイオード１４ａが昇圧動作に関与する。高電位側のトランジスタ１３ａは上アーム（あるいは上アームトランジスタ）と呼ばれることがあり、低電位側のトランジスタ１３ｂは下アーム（あるいは下アームトランジスタ）と呼ばれることがある。トランジスタ１３ａ、１３ｂは、制御器４０が生成する駆動信号によって動作する。電圧コンバータ１１の構成と動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。

電圧コンバータ１１には、リアクトル１２の温度ＴＲａを計測する温度センサ１５も備えられている。温度センサ１５の計測データは、制御器４０へ送られる。図１において点線矢印線は信号線を表している。電圧センサ１７の計測データ（電圧ＶＬ）も制御器４０へ送られる。

図１において、点線矩形３０の範囲の回路は、電力制御器１０に後から追加される回路基板に実装されている。後から追加されるという意味で、点線矩形３０の範囲の回路基板を以下ではアドオン基板３０と称する。

アドオン基板３０には、電圧コンバータ３１が実装されている。電圧コンバータ３１は、２個のトランジスタ３３ａ、３３ｂ、２個のダイオード３４ａ、３４ｂ、リアクトル３２を備えている。図１から明らかなとおり、電圧コンバータ３１の回路構成は電圧コンバータ１１の回路構成と同じである。トランジスタ３３ａ、３３ｂも、制御器４０が生成する駆動信号によって動作する。制御器４０は、トランジスタ１３ａとトランジスタ３３ａを同期してオンオフし、トランジスタ１３ｂとトランジスタ３３ｂを同期してオンオフする。そうすると、並列に接続された２個の電圧コンバータ１１、３１は、あたかも１個の電圧コンバータとして機能する。並列に接続された２個の電圧コンバータ１１、３１を同期して動作させることで、大きな電力を扱えるようになる。

アドオン基板３０には、いくつかのセンサ（２個の電流センサ３７ａ、３７ｂ、温度センサ３５、３６ａ、３６ｂ、フェイルセンサ３９）が備えられている。２個の電流センサ３７ａ、３７ｂは、リアクトル３２を流れる電流を計測する。電流センサ３７ａをＡチャネル電流センサ３７ａと称し、電流センサ３７ｂをＢチャネル電流センサ３７ｂと称する。２個の電流センサ３７ａ、３７ｂで２重系を構成し、一方の電流センサが故障しても、他方の電流センサによってリアクトル３２を流れる電流を計測し続けることができる。

温度センサ３５は、リアクトル３２の温度ＴＲｂを計測する。温度センサ３６ａ（３６ｂ）は、トランジスタ３３ａ（３３ｂ）の温度ＴＨ（温度ＴＬ）を計測する。フェイルセンサ３９は、トランジスタ３３ａの低電位側の電極に流れる電流（フェイル電流Ｉｆ）を検知する。

２個の電流センサ３７ａ、３７ｂ、温度センサ３５、３６ａ、３６ｂ、フェイルセンサ３９も、信号線を通じて制御器４０と接続されている。

電力制御器１０が備えるリアクトル１２、３２、トランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂなどは発熱量が大きい。それゆえ、電力制御器１０のケース内には、冷却水が流れる流路２０も備えられている。ケース内には、冷却水の温度（水温Ｔｗ）を計測する温度センサ２１も備えられており、温度センサ２１も信号線で制御器４０と接続されている。

制御器４０は、電圧センサ１７、電流センサ３７ａ、３７ｂの計測値に基づいてトランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂを制御する。また、制御器４０は、温度センサ１５、２１、３５、３６ａ、３６ｂの計測データに基づいて、電力制御器１０の内部のデバイスが過熱しないように、出力電力を調整する。さらに、制御器４０は、フェイルセンサ３９の計測値に基づいてトランジスタ３３ａの故障の有無をモニタする。

制御器４０には、電源５２とグランド５３も接続されている。制御器４０は、ＴＴＬレベルで動作するデバイスであるので、電源５２は、５乃至１２ボルトの電力を供給可能である。制御器４０には、上位制御器５０が接続されており、上位制御器５０には、インストルメントパネル５１が接続されている。上位制御器５０は、車速とアクセル開度からモータ４の目標出力を決定し、制御器４０へ指令する。制御器４０は、電圧センサ１７、電流センサ３７ａ、３７ｂの計測データに基づいて、モータ４の出力が目標出力に追従するようにトランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂを制御する。

制御器４０は、基板４９に実装されている。

制御器４０は、トランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂを制御するだけでなく、電力制御器１０の内部の各種デバイスで異常が生じていないか常に監視している。電力制御器１０の内部のデバイスで異常が検知された場合、制御器４０は、異常発生を上位制御器５０へ通知する。上位制御器５０は、異常発生の通知を受信すると、インストルメントパネル５１に備えられた警告灯を点灯させる。インストルメントパネル５１には複数の警告灯が備えられており、上位制御器５０は、異常の種類に対応した警告灯を点灯させる。

先に述べたように、各種センサは信号線（図１の点線矢印線）で制御器４０と接続されている。いくつかのセンサはアドオン基板３０に実装されており、アドオン基板３０と基板４９が通信線で接続される。また、残りのセンサからの信号線も基板４９に接続される。制御器４０が生成する駆動信号をトランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂへ送るための信号線も基板４９に接続される。信号線の先端にはコネクタが取り付けられており、基板４９にはコネクタと嵌合するレセプタクルが設けられている。コネクタには複数の端子（ピン）が備えられており、それぞれの端子（ピン）が別々のデバイス（センサ）からの信号線に接続されている。図２に、コネクタとレセプタクルの関係を示す。

基板４９には４個のレセプタクル（第１レセプタクル４１、第２レセプタクル４２、第３レセプタクル４３、第４レセプタクル４４）が備えられている。基板４９にはマイクロコンピュータ４６とメモリ４７も実装されている。マイクロコンピュータ４６とレセプタクル４１−４４は、プリント配線４５で接続されている。

マイクロコンピュータ４６は、メモリ４７に格納されたプログラムを実行することで、各種の機能を実現する。マイクロコンピュータ４６は、上位制御器５０とも接続されている。先に述べたように、上位制御器５０は、インストルメントパネル５１に接続されている。

アドオン基板３０、温度センサ１５、２１、電圧センサ１７、電源５２、グランド５３から信号線６５が延びており、信号線６５の先端にはコネクタ６１−６４が取り付けられている。信号線６５は、４個のコネクタ（第１コネクタ６１、第２コネクタ６２、第３コネクタ６３、第４コネクタ６４）に分散して接続されている。

図２には、コネクタ６１−６４（レセプタクル４１−４４）のそれぞれのピン配置も示してある。第１コネクタ６１（第１レセプタクル４１）には、制御器４０から上アーム駆動禁止信号を送る端子、グランド５３に導通している端子（ＧＮＤ）、温度センサ２１が計測する水温Ｔｗの信号端子、電源５２に導通している端子（ＶＤＤ）、Ａチャネル電流センサ３７ａが計測するＡチャネル電流Ｉｃａの信号端子が配置されている。

第２コネクタ６２（第２レセプタクル４２）には、制御器４０からシャットダウン信号を送る端子、センサグランドに導通している端子（センサＧＮＤ１）、温度センサ３６ａが計測する上アームトランジスタ３３ａの温度ＴＨの信号端子、センサグランドに導通している端子（センサＧＮＤ２）、Ｂチャネル電流センサ３７ｂが計測するＢチャネル電流Ｉｃｂの信号端子が配置されている。

第３コネクタ６３（第３レセプタクル４３）には、制御器４０から下アーム駆動禁止信号を送る端子、フェイルセンサ３９が計測する電流（フェイル電流Ｉｆ）の信号端子（Ｉｆ）、グランド５３に導通している端子（ＧＮＤ）、温度センサ１５が計測するリアクトル１２の温度ＴＲａの信号端子、制御器４０から昇圧駆動信号を送る端子が配置されている。

第４コネクタ６４（第４レセプタクル４４）には、電圧センサ１７が計測する入力電圧ＶＬの信号端子（ＶＬ）、温度センサ３６ｂが計測する下アームトランジスタ３３ｂの温度ＴＬの信号端子、温度センサ３５が計測するリアクトル３２の温度ＴＲｂの信号端子が配置されている。図２のピン配置において、「ＮＣ」はいずれの信号線とも接続されていない端子（Non-Contact）を表している。

マイクロコンピュータ４６は、信号線６５とコネクタ６１−６４、レセプタクル４１−４４を介して送られてくる各種センサの信号に基づいて、トランジスタ１３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂの駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、信号線６５とコネクタ６１−６４、レセプタクル４１−４４を介してマイクロコンピュータ４６からそれぞれのトランジスタへ送られる。

マイクロコンピュータ４６は、各種センサの信号に基づいて、対応するセンサで異常が発生しているか否かをモニタする。具体的には、センサの信号が示す計測値が、物理的に計測可能な範囲を外れている場合、マイクロコンピュータ４６は、そのセンサで異常が生じていると判定する。

また、マイクロコンピュータ４６は、１個のコネクタに接続されている少なくとも２種類の信号線を通じて送られてくる信号が共に以上を示している場合、そのコネクタで異常が生じていると判定する。先に述べたように、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、異常発生を上位制御器５０へ通知する。上位制御器５０は、異常発生の通知を受信すると、インストルメントパネル５１に備えられた警告灯を点灯させる。インストルメントパネル５１には複数の警告灯が備えられており、上位制御器５０は、異常の種類に対応した警告灯を点灯させる。

第１コネクタ６１には、温度センサ２１の計測値（水温Ｔｗ）を送る信号線と、Ａチャネル電流センサ３７ａが計測するＡチャネル電流Ｉｃａを送る信号線が接続されている。温度センサ２１とＡチャネル電流センサ３７ａは、異なる物理量（温度と電流）を計測するセンサであり、互いに独立して動作する。また、温度センサ２１とＡチャネル電流センサ３７ａは、電力制御器１０のケース内で異なる場所に設置されている。それゆえ、温度センサ２１とＡチャネル電流センサ３７ａは、同時に異常が発生する可能性が極めて低い。そこで、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、温度センサ２１から送られてくる信号とＡチャネル電流センサ３７ａから送られてくる信号がともに異常を示していたら、第１コネクタ６１で異常が生じていると判定する。その場合、マイクロコンピュータ４６は、上位制御器５０へ、第１コネクタ６１において異常が発生した旨を示す信号を送る。

第２コネクタ６２には、温度センサ３６ａの計測値（上アームトランジスタ３３ａの温度ＴＨ）を送る信号線と、Ｂチャネル電流センサ３７ｂが計測するＢチャネル電流Ｉｃｂを送る信号線が接続されている。温度センサ３６ａとＢチャネル電流センサ３７ｂは、異なる物理量（温度と電流）を計測するセンサであり、相互に独立して動作する。また、温度センサ３６ａとＢチャネル電流センサ３７ｂは、アドオン基板３０にて異なる場所に設置されている。それゆえ、温度センサ３６ａとＢチャネル電流センサ３７ｂは、同時に異常が発生する可能性が極めて低い。そこで、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、温度センサ３６ａから送られてくる信号とＢチャネル電流センサ３７ｂから送られてくる信号がともに異常を示していたら、第２コネクタ６２で異常が生じていると判定する。第２コネクタ６２での異常発生を検知した後の処理は、第１コネクタ６１の場合と同様である。

第３コネクタ６３には、フェイルセンサ３９の計測値（フェイル電流Ｉｆ）を送る信号線と、温度センサ１５が計測する温度（リアクトル１２の温度ＴＲａ）を送る信号線が接続されている。フェイルセンサ３９と温度センサ１５は、異なる物理量（電流と温度）を計測するセンサであり、相互に独立して動作する。また、フェイルセンサ３９と温度センサ１５は、異なる場所に設置されている。それゆえ、フェイルセンサ３９と温度センサ１５は、同時に異常が発生する可能性が極めて低い。そこで、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、フェイルセンサ３９から送られてくる信号と温度センサ１５から送られてくる信号がともに異常を示していたら、第３コネクタ６３で異常が生じていると判定する。第３コネクタ６３での異常発生を検知した後の処理は、第１コネクタ６１の場合と同様である。

第４コネクタ６４には、電圧センサ１７の計測値（入力電圧ＶＬ）を送る信号線と、温度センサ３６ｂの計測値（下アームトランジスタ３３ｂの温度ＴＬ）を送る信号線が接続されている。電圧センサ１７と温度センサ３６ｂは、異なる物理量（電圧と温度）を計測するセンサであり、相互に独立に動作する。また、電圧センサ１７と温度センサ３６ｂは、異なる場所に設置されている。それゆえ、電圧センサ１７と温度センサ３６ｂは、同時に異常が発生する可能性が極めて低い。そこで、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、電圧センサ１７から送られてくる信号と温度センサ３６ｂから送られてくる信号がともに異常を示していたら、第４コネクタ６４で異常が生じていると判定する。第４コネクタ６４での異常発生を検知した後の処理は、第１コネクタ６１の場合と同様である。

第４コネクタ６４には、温度センサ３５が計測する温度（リアクトル３２の温度ＴＲｂ）を送る信号線も接続されている。電圧センサ１７と温度センサ３５は、異なる物理量（電圧と温度）を計測するセンサであり、相互に独立に動作する。また、電圧センサ１７と温度センサ３５は、異なる場所に設置されている。それゆえ、電圧センサ１７と温度センサ３５も、同時に異常が発生する可能性が極めて低い。そこで、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、電圧センサ１７から送られてくる信号と温度センサ３５から送られてくる信号がともに異常を示していた場合も、第４コネクタ６４で異常が生じていると判定する。

実施例のコネクタ異常検知装置は、同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイス（例えば温度センサ２１と電流センサ３７ａ）のそれぞれの信号線が接続されているコネクタ（例えば第１コネクタ６１と、そのコネクタと接続されるレセプタクル（第１レセプタクル４１と、マイクロコンピュータ４６（制御器４０）を備えている。マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、コネクタ（およびレセプタクル）を介して信号線に接続されている。マイクロコンピュータ４６（制御器４０）は、少なくとも２個の上記した信号線（異なるセンサに接続されている信号線）を通じて送られてくる信号が共に異常を示している場合に、そのコネクタ（例えば第１コネクタ６１）で異常が生じていると判定する。

実施例のコネクタ異常検知装置は、同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイスからの信号に基づいてコネクタ異常を判定するので、誤判定の可能性が極めて小さい。

同時に異常が発生する可能性が低いデバイスとは、典型的には、異なる物理量を計測するセンサであってよい。あるいは、同時に異常が発生する可能性が低いデバイスとは、異なる場所に配置されたデバイスであってもよい。

図２から理解されるように、第１−第４コネクタ６１−６４では、電源線ＶＤＤとグランドＧＮＤが隣り合わないように端子（ピン）が配置されている。電源線ＶＤＤとグランドＧＮＤが隣り合わせで配置されていると、両者が短絡したときに複数のセンサが同時に停止してしまう（異常値の信号が同時に出力されてしまう）からである。また、自動車の場合、電源線が短絡すると走行に支障をきたす可能性が高い。それゆえ、コネクタのピン配置にて、電源線ＶＤＤとグランドＧＮＤは隣り合わせにならないように配置される。

本明細書が開示する技術は、電力制御器以外の電気デバイスに適用されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車 ３：バッテリ ４：モータ １０：電力制御器 １１、３１：電圧コンバータ １２、３２：リアクトル １３ａ、１３ｂ、３３ａ、３３ｂ：トランジスタ １４ａ、１４ｂ、３４ａ、３４ｂ：ダイオード １５、２１、３５、３６ａ、３６ｂ：温度センサ １７：電圧センサ １９：インバータ ２０：流路 ３０：アドオン基板 ３７ａ、３７ｂ：電流センサ ３９：フェイルセンサ ４０：制御器 ４１−４４：レセプタクル ４５：プリント配線 ４６：マイクロコンピュータ ４７：メモリ ４９：基板 ５０：上位制御器 ５１：インストルメントパネル ５２：電源 ５３：グランド ６１−６４：コネクタ ６５：信号線

Claims (3)

1. 同時に異常が発生する可能性が低い少なくとも２個のデバイスのそれぞれの信号線が接続されているコネクタと、
   前記コネクタに接続されており、少なくとも２個の前記信号線を通じて送られてくる信号が共に異常を示している場合に、前記コネクタで異常が生じていると判定する制御器と、
   を備えているコネクタ異常検知装置。
2. 同時に異常が発生する可能性が低い前記デバイスは、相互に独立に動作するデバイスである、請求項１に記載のコネクタ異常検知装置。
3. 同時に異常が発生する可能性が低い前記デバイスは、異なる物理量を計測するセンサである、請求項１に記載のコネクタ異常検知装置。

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