WO2019044068A1 - 半導体リレーおよび車両用電流検出装置 - Google Patents
半導体リレーおよび車両用電流検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019044068A1 WO2019044068A1 PCT/JP2018/019850 JP2018019850W WO2019044068A1 WO 2019044068 A1 WO2019044068 A1 WO 2019044068A1 JP 2018019850 W JP2018019850 W JP 2018019850W WO 2019044068 A1 WO2019044068 A1 WO 2019044068A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- semiconductor relay
- electric path
- detection unit
- semiconductor
- high voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
- G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/14—Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor relay and a current detection device for a vehicle.
- Patent Document 1 Some vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs) and plug-in hybrid vehicles (PHEVs) have high voltage relays that connect or disconnect a high voltage battery and a load (Patent Document 1) reference).
- a current sensor is mounted to manage charging / discharging of the high voltage battery and to detect an abnormal current flowing to the high voltage relay.
- a shunt resistor see Patent Document 2.
- JP 2012-85504 A JP-A-7-177751
- An object of the present invention is to provide a semiconductor relay and a current detection device for a vehicle which can efficiently detect the current of a high voltage circuit without increasing the number of parts.
- a semiconductor relay according to the present invention is disposed on a first electric path between a high voltage power supply and a high voltage load receiving power from the high voltage power supply, and the first electric path And at least one detection unit that detects a physical quantity related to the current flowing through the first electric path.
- the semiconductor relay further includes a conductive member which constitutes a part of the first electric path and whose resistance value changes in accordance with a temperature change, and the detection unit detects a temperature of the conductive member. It is preferable to provide the voltage detection part which detects the electrical potential difference between 2 points
- the semiconductor relay it is preferable that two of the detection units are disposed on the first electric path with the semiconductor switching element interposed therebetween.
- the detection unit is a shunting switching element connected in parallel to the semiconductor switching element, and shunts the current flowing through the first electric path to the semiconductor switching element and the shunting switching element. It is preferable that the current flowing through the first electric path be detected based on the split current flowing through the shunt switching element.
- the semiconductor switching element is further connected to an external power supply or an external load, and supplied from the external power supply to the high voltage power supply or supplied from the high voltage power supply to the external load.
- the second electric path is disposed on the second electric path, the second electric path is opened and closed, and the detection unit further detects a physical quantity related to the current flowing through the second electric path.
- a vehicle current detection device includes a semiconductor relay and a control circuit that controls the semiconductor relay, and the control circuit is based on the physical quantity detected by the detection unit. And detecting a current flowing through the semiconductor relay.
- a current detection device for a vehicle includes: a first electric path disposed between a high voltage power supply and a high voltage load receiving power from the high voltage power supply; A semiconductor relay which is disposed in the first electric path and which opens and closes the first electric path, and a second electric path disposed between a connection portion connected to a power source or an external load, the high voltage power source, and the connection portion. And a control circuit for controlling the semiconductor relay, wherein the semiconductor relay is further disposed in the second electric path, and opens and closes the second electric path according to control by the control circuit.
- the semiconductor relays disposed in the first electric path and the second electric path be accommodated in the same housing.
- the above-mentioned semiconductor relay is provided with a detection part which detects the physical quantity about the current which flows through the electric path where the above-mentioned semiconductor relay is arranged, and the above-mentioned control circuit is the above-mentioned It is preferable to detect the current flowing to the semiconductor relay.
- the current detection of the high voltage circuit can be performed without increasing the number of parts.
- FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is an external view of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a partially enlarged view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a voltage detection unit according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing temperature characteristics of the voltage detection unit according to the first embodiment.
- FIG. 8 is a view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a second embodiment.
- FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a diagram for explaining abnormality detection based on current values on the input side and the output side according to the second embodiment.
- FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a detection unit according to a modification of the embodiment.
- FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a current detection device for a vehicle according to a third embodiment.
- FIG. 12 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a vehicle current detection device according to a third embodiment.
- FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 15 is a plan view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the third embodiment.
- FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a detection unit according to a modification of the embodiment.
- FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a current detection device for a vehicle according
- FIG. 16 is a side view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a partial longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a voltage detection unit according to a third embodiment.
- FIG. 19 is a diagram showing the temperature characteristics of the voltage detection unit according to the third embodiment.
- FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the vehicle current detection device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is an external view of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a partially enlarged view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a voltage detection unit according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing temperature characteristics of the voltage detection unit according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a figure which shows the state which removed the cover of case and exposed the internal space outside.
- the X direction in FIGS. 2 to 4 is the width direction of the vehicle current detection device in the present embodiment.
- the Y direction is a depth direction of the vehicle current detection device in the present embodiment, and is a direction orthogonal to the width direction.
- the Y1 direction is the front direction, and the Y2 direction is the back direction.
- the Z direction is the vertical direction of the vehicle current detection device in the present embodiment, and is a direction orthogonal to the width direction and the depth direction.
- the Z1 direction is upward, and the Z2 direction is downward.
- the vehicle current detection device 1A is, for example, an electric connection box mounted on a vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV). As shown in FIG. 1, the vehicle current detection device 1A is disposed between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3 and electrically connected between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3 It performs electrical shutoff.
- the electrical connection is also referred to simply as “connection”
- the electrical disconnection is also referred to simply as "disconnection”.
- the high voltage battery 2 is a high voltage power supply which is mounted on the vehicle described above and supplies power to the high voltage load 3.
- the high voltage battery 2 includes, for example, a battery pack to which a plurality of battery cells are connected, and supplies DC power.
- the high voltage battery 2 is not limited to the assembled battery as long as it can supply direct current power, and may have any form.
- the high voltage battery 2 is connected to the pair of input terminals 14A (14) and 14B (14) on the side of the vehicle current detection device 1A.
- the high voltage load 3 is mounted on the above-described vehicle and operates by being supplied with direct current power from the high voltage battery 2.
- the high voltage load 3 comprises, for example, an inverter.
- the high voltage load 3 is connected to the pair of output terminals 15A (15) and 15B (15) on the side of the vehicle current detection device 1A.
- the vehicle current detection device 1A is configured to include a pair of semiconductor relays 16A and 16B and a control circuit 17.
- the pair of semiconductor relays 16A and 16B and the control circuit 17 are housed in the housing 11.
- the housing 11 is composed of an upper cover 12 and a lower cover 13 as shown in FIG.
- Upper cover 12 and lower cover 13 are made of insulating synthetic resin or the like.
- the pair of semiconductor relays 16A and 16B are disposed on the electric path 4 between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3, and open and close the electric path 4.
- Each of the semiconductor relays 16A and 16B is configured to be able to shut off (open) and conduct (close) bidirectionally, and includes, for example, a plurality of MOS-FETs.
- the semiconductor relay 16A is disposed on the positive electrode side of the high voltage battery 2 and constitutes a part of the electric path 4 on the positive electrode side.
- One end of the semiconductor relay 16A is connected to the input side terminal 14A, and the other side is connected to the output side terminal 15A, thereby electrically interrupting or energizing the electric path 4 on the positive electrode side.
- the semiconductor relay 16A is connected to the control circuit 17, and outputs the positive side signal 21 to the control circuit 17.
- the positive electrode side signal 21 includes, for example, potential difference information detected by a voltage detection unit 33 described later, temperature information detected by the first temperature sensor 34 and the second temperature sensor 35, and the like.
- the semiconductor relay 16A receives the control signal 23 from the control circuit 17 and drives based on the control signal 23.
- the semiconductor relay 16 ⁇ / b> A opens and closes the electric path 4 on the positive electrode side, for example, based on the control signal 23.
- the semiconductor relay 16B is disposed on the negative electrode side of the high voltage battery 2 and constitutes a part of the electric path 4 on the negative electrode side.
- One end of the semiconductor relay 16B is connected to the input side terminal 14B, and the other side is connected to the output side terminal 15B, thereby electrically interrupting or energizing the electric path 4 on the negative side.
- the semiconductor relay 16 B is connected to the control circuit 17 and outputs the negative signal 22 to the control circuit 17.
- the negative side signal 22 includes potential difference information detected by the voltage detection unit 33, temperature information detected by the first temperature sensor 34 and the second temperature sensor 35, and the like.
- the semiconductor relay 16 B receives the control signal 23 from the control circuit 17 and drives based on the control signal 23.
- the semiconductor relay 16B opens and closes the electric path 4 on the negative electrode side, for example, based on the control signal 23.
- the load current IL flows through the electric path 4 on the positive electrode side, and the feedback current IR flows through the electric path 4 on the negative electrode side.
- the closed state of the semiconductor relays 16A and 16B means that the semiconductor relays 16A and 16B are in the on state, and the electric path 4 is energized.
- the semiconductor relays 16A and 16B are in the open state, it means that the semiconductor relays 16A and 16B are in the off state and the electric path 4 is shut off.
- the feedback current IR is, for example, a current having a value equal to the load current IL when the semiconductor relays 16A and 16B are in a normal state.
- Each of the semiconductor relays 16A and 16B includes a bus bar 31, a pair of switching elements 32A (32) and 32B (32), a voltage detection unit 33, and a first temperature sensor 34, as shown in FIGS. And a second temperature sensor 35.
- the bus bar 31, the pair of switching elements 32A and 32B, the voltage detection unit 33, the first temperature sensor 34, and the second temperature sensor 35 are accommodated in a relay case 30 made of synthetic resin or the like having an insulating property.
- a plurality of control terminals 36 are provided upright from the cover on the upper surface side.
- Each control terminal 36 is, for example, a pin terminal, and is connected to the control substrate 18 by inserting an end into a through hole 18 a of the control substrate 18 described later.
- the bus bar 31 is a conductive member which constitutes a part of the electric path 4 and whose resistance value changes in accordance with a temperature change.
- the bus bar 31 is made of, for example, a metal material such as a copper alloy.
- One end of the bus bar 31 in the width direction constitutes the input terminal 14, and the other end constitutes the output terminal 15.
- the bus bar 31 has a pair of contact portions 31a and 31b extending in the front direction (Y1 direction) from the bus bar 31 in a portion accommodated in the relay housing 30.
- Each of the contact portions 31 a and 31 b is bonded to an arbitrary control terminal 36 among the plurality of control terminals 36.
- the contact portions 31a and 31b are provided to detect a potential difference between points AB2 on the bus bar 31 when the semiconductor relay 16 is in a closed state. Therefore, it is preferable that points A and B in the bus bar 31 be provided at positions where a potential difference can be detected.
- the pair of switching elements 32 ⁇ / b> A and 32 ⁇ / b> B are semiconductor switching elements disposed on the electric path 4 and opening and closing the electric path 4.
- Each of the switching elements 32A and 32B is formed of, for example, a power MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) which is a type of field effect transistor.
- MOS-FET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
- the switching element 32B is provided such that the cathode of the parasitic diode is on the high voltage load 3 side. That is, when the pair of switching elements 32A and 32B are in the off state, the flow of power between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3 is interrupted.
- the switching elements 32A and 32B are bonded to an arbitrary control terminal 36 among the plurality of control terminals 36.
- the voltage detection unit 33 is a detection unit, and as shown in FIG. 6, detects a potential difference Vsens between AB points in the bus bar 31.
- the potential difference Vsens is a potential difference between the contact portions 31a and 31b.
- the voltage detection unit 33 is connected to the control terminal 36, and is connected to the control circuit 17 via the control terminal 36.
- the voltage detection unit 33 outputs the potential difference Vsens to the control circuit 17.
- the first temperature sensor 34 is a detection unit and detects the temperature of the bus bar 31.
- the first temperature sensor 34 is disposed, for example, on the bus bar 31 as shown in FIG.
- the first temperature sensor 34 is connected to the control terminal 36 and is connected to the control circuit 17 via the control terminal 36.
- the first temperature sensor 34 outputs the temperature of the bus bar 31 to the control circuit 17.
- the first temperature sensor 34 and the voltage detection unit 33 in the present embodiment constitute a detection unit 19.
- the detection unit 19 detects a physical quantity related to the load current IL flowing through the electric path 4.
- the physical quantity related to the load current IL flowing through the electrical path 4 includes, for example, the potential difference Vsens between the points AB2 in the bus bar 31 detected by the voltage detection unit 33 and the temperature of the bus bar 31 detected by the first temperature sensor 34.
- the second temperature sensor 35 detects the temperature of the switching element 32.
- the second temperature sensor 35 is disposed, for example, in the vicinity of the pair of switching elements 32.
- the second temperature sensor 35 is connected to any one of the plurality of control terminals 36 and is connected to the control circuit 17 via the control terminals 36.
- the second temperature sensor 35 outputs the temperature of the switching element 32 to the control circuit 17.
- the control circuit 17 is mounted on the control board 18, and is configured mainly of, for example, a microcomputer.
- the control circuit 17 outputs control signals 23 for controlling the driving of the semiconductor relays 16A and 16B to the semiconductor relays 16A and 16B, respectively.
- the control signal 23 causes, for example, energization and interruption of the electric path 4 by the pair of semiconductor relays 16A and 16B.
- the control circuit 17 can output the control signal 23 based on the positive side signal 21 input from the semiconductor relay 16A and / or the negative side signal 22 input from the semiconductor relay 16B.
- the control circuit 17 may be configured to output the control signal 23 based on, for example, a control signal received from the outside of the vehicle current detection device 1A.
- the control circuit 17 in the present embodiment calculates the load current IL by the following equation (1) using the resistance value Rbus between the AB2 points in the bus bar 31 and the potential difference Vsens.
- the resistance value Rbus can be obtained from the temperature characteristic of the resistance value Rbus of the bus bar 31 as shown in FIG. In the temperature characteristics shown in FIG. 7, the vertical axis represents the resistance value Rbus [ ⁇ ] of the bus bar 31, and the horizontal axis represents the temperature T [° C.] of the bus bar 31.
- R 0 [ ⁇ ] is the resistance value of the bus bar 31 at T 0 [° C.]
- ⁇ [1 / ° C.] is the temperature coefficient
- T [° C.] is the temperature of the bus bar 31 detected by the first temperature sensor 34
- the resistance value Rbus at T [° C.] is expressed by the following equation (2).
- the bus bar 31 in the present embodiment has a temperature characteristic in which the resistance value Rbus also rises as the temperature rises.
- the potential difference Vsens is detected by the control circuit 17 connected via the control terminal 36.
- the control circuit 17 identifies the open / close state of the semiconductor relays 16A and 16B based on the positive side signal 21 and the negative side signal 22, and determines whether or not the electric path 4 is energized.
- the control circuit 17 detects the potential difference information detected by each voltage detection unit 33 and each first temperature sensor 34 from the positive side signal 21 and the negative side signal 22 in a state where the electric path 4 is energized. Get the temperature information.
- the control circuit 17 specifies each resistance value Rbus of the bus bar 31 from the temperature characteristic of the resistance value Rbus of the bus bar 31 shown in FIG. 7 based on the temperature T of the bus bar 31 indicated by each temperature information.
- the control circuit 17 calculates the load current IL from each resistance value Rbus and the potential difference Vsens between the points AB2 of the bus bars 31 indicated by each potential difference information.
- the control circuit 17 outputs a control signal 23 based on, for example, the load current IL to the semiconductor relays 16A and 16B to control the driving of the semiconductor relays 16A and 16B. Since the feedback current IR is a current having a value equal to the load current IL, it can be calculated by the above method.
- the semiconductor relay 16 includes the semiconductor switching element 32 disposed on the electric path 4 between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3 and opening and closing the electric path 4. This has the effect of being more reliable and prolonging the life than conventional mechanical relays.
- the semiconductor relay 16 according to the present embodiment includes the detection unit 19 that detects a physical quantity related to the load current IL flowing through the electric path 4, there is no need to add a detection unit to the outside, and the number of parts is not increased. It is possible to detect the current of the voltage circuit.
- the space for arranging the detection unit is not necessary, the size can be reduced.
- the semiconductor relay 16 further includes a bus bar 31 which constitutes a part of the electric path 4 and whose resistance value changes in accordance with a temperature change, and the detection unit 19 detects the temperature of the bus bar 31.
- a first temperature sensor 34 and a voltage detection unit 33 that detects a potential difference Vsens between two points on the bus bar 31 are provided.
- the current flowing through the electric path 4 can be detected using the bus bar 31.
- the resistance value Rbus between the AB2 points of the bus bar 31 can be detected with high accuracy.
- the load current IL can be easily calculated by the resistance value Rbus and the potential difference Vsens. Further, since the load current IL can be detected without using a shunt resistor, power loss can be reduced.
- the vehicle current detection device 1A includes the semiconductor relay 16 and the control circuit 17 that controls the semiconductor relay 16, and the control circuit 17 detects the electric path 4 based on the physical quantity detected by the detection unit 19.
- the load current IL flowing to the As a result, the current detection of the high voltage circuit can be efficiently performed without increasing the number of parts.
- FIG. 8 is a view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a second embodiment.
- FIG. 9 is a diagram for explaining abnormality detection based on current values on the input side and the output side according to the second embodiment.
- the vehicle current detection device 1B according to the second embodiment differs from the vehicle current detection device 1A according to the first embodiment in that the semiconductor relay 26 includes a plurality of detection units 19A and 19B.
- the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the vehicle current detection device 1B in the second embodiment is configured to include a pair of semiconductor relays 26 and a control circuit 17.
- Each semiconductor relay 26 includes a bus bar 31, a pair of switching elements 32A and 32B, a pair of voltage detectors 33A (33) and 33B (33), and a pair of first temperature sensors 34A (34) and 34B (34). And a second temperature sensor 35.
- the first temperature sensor 34A and the voltage detection unit 33A in the present embodiment constitute a detection unit 19A.
- the first temperature sensor 34B and the voltage detection unit 33B constitute a detection unit 19B.
- the detection unit 19A and the detection unit 19B are disposed on the electric path 4 with the pair of switching elements 32A and 32B interposed therebetween.
- the detection portion 19A is formed on the input side terminal 14 side in the bus bar 31, as shown in FIG.
- detection unit 19 ⁇ / b> B is arranged on bus bar 31 on the side of output terminal 15 opposite to input terminal 14.
- the semiconductor relay 26 described below is assumed to be disposed on the electric path 4 on the positive electrode side unless stated otherwise, and the same applies to the semiconductor relay 26 disposed on the electric path 4 on the negative electrode side.
- the control circuit 17 performs an abnormality detection operation based on the positive side signal 21 received from the semiconductor relay 26 in a state where the electric path 4 is energized.
- the control circuit 17 acquires, from the positive electrode side signal 21, the potential difference information and the temperature information detected by each of the detection units 19A and 19B.
- the potential difference information includes the potential difference information detected by each of the voltage detection units 33A and 33B.
- the temperature information includes the temperature information detected by each of the first temperature sensors 34A and 34B.
- the control circuit 17 specifies the resistance value Rbus corresponding to each detection unit 19A, 19B from the temperature characteristic shown in FIG. 7 based on the temperature T of the bus bar 31 indicated by the temperature information of each detection unit 19A, 19B.
- a resistance value Rbus corresponding to the detection unit 19A is set as a resistance value Rbus on the input side, and a potential difference Vsens is set as Vsens on the input side.
- the resistance value Rbus corresponding to the detection unit 19B is set as the resistance value Rbus on the output side, and the potential difference Vsens is set as the potential difference Vsens on the output side.
- control circuit 17 uses the above-mentioned equations (1) and (2) to input using the specified input and output resistances Rbus and the input and output potential differences Vsens.
- the side current value 1 and the output side current value 2 are calculated.
- the current value 1 on the input side and the current value 2 on the output side are the load current IL, and when the semiconductor relay 26 is normal, as shown in FIG. 9, they have substantially the same waveform. For example, when an abnormality occurs in one of the pair of switching elements 32A and 32B, the difference between the current value 1 on the input side and the current value 2 on the output side becomes large.
- the control circuit 17 compares the current value 1 on the input side with the current value 2 on the output side, and determines that the semiconductor relay 26 is abnormal if the difference between them exceeds the abnormality determination threshold.
- the abnormality determination threshold is configured by upper and lower thresholds.
- the semiconductor relay 26 includes the two detection units 19A and 19B on the electric path 4 with the switching element 32 interposed therebetween. As a result, even when an abnormality occurs in one of the two detection units 19A and 19B, the current can be detected in the normal one, so the current detection function in the vehicle current detection device 1B without increasing the number of parts. Redundancy can be enhanced. Further, the abnormality of the semiconductor relay 26 can be determined by comparing the difference between the current values 1 and 2 obtained by the two detection units 19A and 19B with the abnormality determination threshold.
- control circuit 17 performs the abnormality determination operation in the state where the electric path 4 is energized, but the present invention is not limited to this, and in the state where the electric path 4 is disconnected. Also, the abnormality determination operation may be performed. This makes it possible to detect, for example, an abnormality in the leak current when the semiconductor relay 26 is in the open state.
- the control circuit 17 detects an abnormality of the semiconductor relay 26 by comparing the difference between the current value 1 on the input side and the current value 2 on the output side with the abnormality determination threshold value.
- the abnormality may be detected by comparing the potential differences (voltages) respectively detected by the voltage detection units 33A and 33B.
- FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a detection unit according to a modification of the embodiment.
- the detection unit 29 according to the modification of the present embodiment is a diversion switching element 37 connected in parallel to the switching element 32.
- the detection unit 29 divides the current flowing in the electric path 4 into the switching element 32 and the switching element for division 37, and detects the load current IL flowing in the electric path 4 based on the division current flowing in the switching element 37 for division.
- the detection unit 29 is configured of, for example, a MOS-FET, similarly to the switching element 32.
- a divided current divided from the drain (Drain) side of the switching element 32 flows toward the terminal on the Sens side.
- the shunt current is set to, for example, 1/5000 with respect to the current flowing between the drain and the source (Source).
- the terminal on the Sens side is connected to the control terminal 36, and is connected to the control circuit 17 via the control terminal 36.
- the load current IL flowing through the electric path 4 can be easily detected.
- the size and cost of the detection unit 19 that detects the current can be reduced.
- the first temperature sensor 34 is disposed on the bus bar 31 as shown in FIG. 4, but if the temperature of the bus bar 31 can be detected, the illustrated example It is not limited to
- the second temperature sensor 35 is disposed in the vicinity of the pair of switching elements 32.
- the second temperature sensor 35 may be at any position where the temperature of the switching elements 32 can be detected.
- FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a current detection device for a vehicle according to a third embodiment.
- FIG. 12 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a vehicle current detection device according to a third embodiment.
- FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 15 is a plan view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the third embodiment.
- FIG. 16 is a side view showing a schematic configuration of the semiconductor relay according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a partial longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor relay according to a third embodiment.
- FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a voltage detection unit according to a third embodiment.
- FIG. 19 is a diagram showing the temperature characteristics of the voltage detection unit according to the third embodiment.
- FIGS. 15 and 16 are views showing the semiconductor relay in a state in which the current detection unit is exposed to the outside.
- FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a current detection unit constituting a semiconductor relay, and a part of the current detection unit is omitted.
- the vehicle current detection device 10 mainly includes a charge inlet 7, an electric path 5 between the charge inlet 7 and the high voltage battery 2, and a semiconductor relay 46 disposed in the electric path 5.
- the present embodiment differs from the vehicle current detection device 1A according to the first embodiment in the points.
- the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the vehicle current detection device 10 includes an electric path 5, a charge inlet 7, and a pair.
- the four semiconductor relays 46A to 46D, a part of the electric paths 4 and 5, and the control circuit 17 are housed in a housing 11 formed of an upper cover 12 and a lower cover 13 as shown in FIG.
- the four semiconductor relays 46A to 46D in the present embodiment are accommodated in one housing 11.
- the electric path 5 is a second electric path disposed between the high voltage battery 2 and the charge inlet 7 with respect to the electric path 4 which is the first electric path.
- the electric path 5 connects the charging inlet 7 and the high voltage battery 2.
- the electric path 5 shares a part with the electric path 4 on the high voltage battery 2 side, and is connected to the high voltage load 3 via the electric path 4.
- the electric path 5 of the present embodiment is connected to an external power supply via, for example, the charge inlet 7 and supplied from the external power supply to the high voltage battery 2.
- the external power source includes, for example, a charging device.
- an external power supply (not shown) is connected to the charge inlet 7, and the conduction current IL flows when the semiconductor relays 46C and 46D are closed.
- the energizing current IL includes the charging current to the high voltage battery 2.
- the charge inlet 7 is a connection portion connected to an external power supply, and is, for example, a charge connector.
- the charge inlet 7 is connected to the electric path 5 and connected to the high voltage battery 2 via the electric path 5. Further, the charge inlet 7 is connected to the high voltage load 3 via the electric path 5 and the electric path 4.
- the pair of semiconductor relays 46A and 46B are disposed in the electric path 4 and open and close the electric path 4 as a main relay, similarly to the pair of semiconductor relays 16A and 16B described above.
- the pair of semiconductor relays 46C and 46D are disposed in the electric path 5 and open and close the electric path 5 as a charging relay.
- Each of the semiconductor relays 46A to 46D is in the closed state when in the on state, and in the open state when in the off state.
- Each of the semiconductor relays 46A to 46D is connected to the control circuit 17 via the signal line 25, and switches to the on state or the off state based on the control signal from the control circuit 17.
- Each of the semiconductor relays 46A and 46B is configured to be able to cut off and energize each electric path 4 in both directions.
- Each of the semiconductor relays 46C and 46D is configured to be able to cut off and energize each electric path 5 in both directions.
- One of the semiconductor relays 46A is connected to the high voltage battery 2 through the input terminal 14A, and the other is connected to the high voltage load 3 through the output terminal 15A.
- the semiconductor relay 46A is connected to the positive electrode side of the high voltage battery 2, constitutes a part of the electric path 4 on the positive electrode side, and cuts off or connects the electric path 4 on the positive electrode side.
- One end of the semiconductor relay 46B is connected to the high voltage battery 2 via the input terminal 14B, and the other is connected to the high voltage load 3 via the output terminal 15B.
- the semiconductor relay 46B is connected to the negative electrode side of the high voltage battery 2, constitutes a part of the electric path 4 on the negative electrode side, and cuts off or connects the electric path 4 on the negative electrode side.
- Each of the semiconductor relays 46A and 46B outputs a detection signal to the control circuit 17 through the signal line 25.
- the detection signal includes a signal indicating the open / close state of each semiconductor relay 46A, 46B, the temperature detected in each semiconductor relay 46A, 46B, the current value, the voltage value, and the like.
- Each of the semiconductor relays 46A and 46B opens and closes the circuit 4 based on a control signal from the control circuit 17.
- One end of the semiconductor relay 46C is connected to the high voltage battery 2 via the semiconductor relay 46A, and the other end is connected to the charging inlet 7.
- the semiconductor relay 46C is connected to the positive electrode side of the high voltage battery 2, constitutes a part of the electric path 5 on the positive electrode side, and cuts off or connects the electric path 5 on the positive electrode side.
- One end of the semiconductor relay 46D is connected to the high voltage battery 2 via the semiconductor relay 46B, and the other end is connected to the charging inlet 7.
- the semiconductor relay 46D is connected to the negative electrode side of the high voltage battery 2, constitutes a part of the electric path 5 on the negative electrode side, and blocks or connects the electric path 5 on the negative electrode side.
- Each of the semiconductor relays 46C and 46D outputs a detection signal to the control circuit 17 through the signal line 25.
- the detection signal includes a signal indicating the open / close state of each semiconductor relay 46C, 46D, and the temperature, current value, voltage value, etc. detected in each semiconductor relay 46C, 46D.
- Each of the semiconductor relays 46C and 46D opens and closes the circuit 5 based on a control signal from the control circuit 17.
- the semiconductor relay 46 of this embodiment includes a current detection unit 53, two voltage detection units 54A (54), 54B (54), and two gate drive units 55A (55), 55B ( 55).
- the current detection unit 53, the voltage detection units 54A and 54B, and the gate drive units 55A and 55B are accommodated in a relay case 50 shown in FIG.
- the relay case 50 is made of insulating synthetic resin or the like, and partially accommodates the pair of bus bar terminals 51 and the plurality of control terminals 52.
- the pair of bus bar terminals 51 are conductive members provided to extend at both ends of the semiconductor relay 46, and are made of, for example, copper, an alloy, or the like. Each bus bar terminal 51 is connected to the bus bar 47 housed in the housing 11.
- the bus bar 47 constitutes a part of each of the electric paths 4 and 5, and connects, for example, the positive and negative busbar terminals 51 of the two semiconductor relays 46.
- two semiconductor relays 46 shown in FIG. 12 are disposed on each of the positive electrode side and the negative electrode side of each of the electric paths 4 and 5 in order to improve the current-carrying performance. That is, the semiconductor relays 46 are connected in parallel to the electric paths 4 and 5 on the positive electrode side and the electric paths 4 and 5 on the negative electrode side.
- Each control terminal 52 is, for example, a pin terminal, and a portion thereof is exposed from the side surface of the relay housing 50.
- Each control terminal 52 is, for example, connected to the control circuit 17 in a state in which one is connected to the current detection unit 53 and the other is inserted into a through hole (not shown) of the control board 18.
- the current detection unit 53 includes a pair of switching elements 32A, 32B, a current detection unit 56, and a temperature sensor 57.
- the current detection unit 53 has a laminated structure centering on the pair of switching elements 32A and 32B as shown in FIGS. 15 to 17, and is connected to each bus bar terminal 51 and the like via bonding wires 64.
- the pair of switching elements 32A and 32B are semiconductor elements disposed on the electric paths 4 and 5 and opening and closing the electric paths 4 and 5, respectively.
- the pair of switching elements 32A and 32B are disposed between one bus bar terminal 51 and the other bus bar terminal 51 with the current detection unit 56 interposed therebetween.
- each of the switching elements 32A and 32B is configured of, for example, a power MOS-FET.
- Each switching element 32A, 32B is connected to an arbitrary control terminal 52 via a bonding wire 64.
- Each of the switching elements 32A and 32B is disposed so as to be sandwiched between the copper pattern 61A and the copper pattern 61B in the stacking direction, as shown in FIG.
- Each of the copper patterns 61A and 61B is a thin plate-like conductive member used for wiring, and is made of, for example, copper or a copper alloy.
- the copper pattern 61A is connected to the drain (D) of each switching element 32A, 32B.
- the copper pattern 61A is disposed on the heat radiation pad 63 via the thin plate-like insulating substrate 62A.
- the heat radiation pad 63 transfers the heat generated by the switching elements 32A and 32B to an external heat sink (not shown) to radiate the heat.
- Copper pattern 61 ⁇ / b> A is connected to bus bar terminal 51 via bonding wire 64.
- the copper pattern 61B constitutes a part of the electric path 4 or the electric path 5, and the resistance value changes in accordance with the temperature change.
- the copper pattern 61B is a bridge portion, and connects between the sources (S) of the switching elements 32A and 32B.
- a thin plate-like insulating substrate 62B, a die bonding material, and a temperature sensor 57 are sequentially stacked on the copper pattern 61B.
- the current detection unit 56 is a detection unit, and detects a physical quantity related to the energizing current IL flowing through the electric path 4 or the electric path 5.
- the physical quantity related to the energizing current IL includes the potential difference Vsens between the two CD points in the copper pattern 61B. That is, as shown in FIG. 18, the current detection unit 56 detects the potential difference Vsens between the two CD points in the copper pattern 61B.
- the current detection unit 56 is connected to the control terminal 52 via the bonding wire 64.
- the current detection unit 56 is connected to the control circuit 17 via the control terminal 52, and outputs a potential difference Vsens to the control circuit 17.
- the temperature sensor 57 is a detection unit, and detects a physical quantity related to the energizing current IL flowing through the electric path 4 or the electric path 5.
- the physical quantity related to the current I L includes the temperature of the copper pattern 61B. That is, the temperature sensor 57 is disposed on the copper pattern 61B to detect the temperature of the copper pattern 61B.
- the temperature sensor 57 is connected to the control terminal 52, and is connected to the control circuit 17 via the control terminal 52.
- the temperature sensor 57 outputs the temperature of the copper pattern 61 B to the control circuit 17.
- the voltage detection units 54A and 54B detect the voltage of the electric path 4 or the electric path 5 passing through the inside of the semiconductor relay 46.
- the voltage detection unit 54A is disposed, for example, on the input side of the electric path 4 or the electric path 5 passing through the inside of the semiconductor relay 46, as shown in FIG.
- the voltage detection unit 54 B is disposed, for example, on the output side of the electric path 4 or the electric path 5 in the semiconductor relay 46.
- the voltage detection units 54A and 54B are connected to the control circuit 17 by the signal line 25 through the control terminal 52, and output voltage values to the control circuit 17.
- the gate drive units 55A and 55B are driver circuits that drive the switching elements 32A and 32B.
- the gate driving unit 55A is connected to the gate (G) of the switching element 32A, and outputs a gate driving signal for driving the switching element 32A.
- the gate driving unit 55B is connected to the gate (G) of the switching element 32B and outputs a gate driving signal for driving the switching element 32B.
- the gate drive units 55A and 55B are connected to the control circuit 17 by the signal line 25 through the control terminal 52.
- Each gate drive unit 55A, 55B outputs a gate drive signal to each switching element 32A, 32B in response to a control signal from the control circuit 17.
- Each switching element 32A, 32B is switched to the on state or the off state according to the gate drive signal.
- the control circuit 17 is mounted on the control board 18, and is configured mainly of, for example, a microcomputer.
- the control circuit 17 outputs control signals for controlling the driving of the respective semiconductor relays 46A to 46D to the respective semiconductor relays 46A to 46D.
- the control signal includes, for example, one for blocking and connecting the electric path 4 by the pair of semiconductor relays 46A and 46B and blocking and connecting the electric path 5 by the pair of semiconductor relays 46C and 46D.
- the control circuit 17 can output a control signal based on the detection signal input from the semiconductor relay 46.
- the control circuit 17 of the present embodiment calculates the conduction current IL by the following equation (3) using the resistance value Rbridge between the two CD points in the copper pattern 61B and the potential difference Vsens.
- the copper pattern 61B has a temperature characteristic in which the resistance value Rbridge rises as the temperature rises.
- the resistance value Rbridge can be obtained from the temperature characteristic of the resistance value Rbridge of the copper pattern 61B shown in FIG.
- the vertical axis represents the resistance value Rbridge [ ⁇ ] of the copper pattern 61B
- the horizontal axis represents the temperature T [° C.] of the copper pattern 61B.
- R 0 [ ⁇ ] is the resistance value of the copper pattern 61 B at T 0 [° C.]
- ⁇ [1 / ° C.] is the temperature coefficient
- T [° C.] is the temperature of the copper pattern 61 B detected by the temperature sensor 57
- the resistance value Rbridge at T [° C.] is expressed by the following equation (4).
- the control circuit 17 identifies the open / close state of the semiconductor relays 46A to 46D based on the received detection signal, and determines whether the electric path 4 or the electric path 5 is energized.
- the control circuit 17 obtains the potential difference Vsens and the temperature T [° C.] from the detection signal in a state where the electric path 4 or the electric path 5 is energized.
- the control circuit 17 specifies the resistance value Rbridge of the copper pattern 61B from the temperature characteristic shown in FIG. 19 based on the temperature T [° C.].
- the control circuit 17 calculates the conduction current IL based on the resistance value Rbridge and the potential difference Vsens. For example, the control circuit 17 outputs a control signal based on the energizing current IL to any of the semiconductor relays 46A to 46D to control the driving of the semiconductor relays 46A to 46D.
- the switching element 32 is on the electric path 4 between the high voltage battery 2 and the high voltage load 3 and from the charge inlet 7 to the high voltage battery 2. It arrange
- the vehicle current detection device 10 includes the semiconductor relay 46 disposed in the electric path 4 and opening and closing the electric path 4, and the semiconductor relay 46 is further between the high voltage battery 2 and the charge inlet 7. Are arranged in the electric path 5 of As a result, the same effect as the above-described semiconductor relay 46 can be obtained, and the entire device can be miniaturized.
- the entire device can be miniaturized.
- the semiconductor relay 46 detects a physical quantity related to the energizing current IL flowing through the electric paths 4 and 5, and therefore, the same effect as the semiconductor relay 16 can be obtained.
- the charge inlet 7 is a connection part connected to an external power supply, it is not limited to this, You may be the structure which can connect an external load.
- the electric path 5 is connected to the external load via the charge inlet 7 and is used to energize the high voltage battery 2 to the external load. By connecting the charge inlet 7 to an external load, it is possible to supply the power of the high voltage battery 2 to the external load.
- the temperature sensor 57 is arrange
- control circuit 17 may be connected to, for example, the external ECU 6, and may output a control signal based on a signal received from the external ECU 6. Further, the control circuit 17 may be configured to perform abnormality detection and abnormality determination of the semiconductor relays 46A to 46D based on detection signals received from the semiconductor relays 46A to 46D. In this case, the control circuit 17 may be configured to transmit, to the external ECU 6, information regarding the detection signal, the presence or absence of abnormality detection, and the result of the abnormality determination.
- the switching element 32 is formed of a power MOS-FET.
- the present invention is not limited to this.
- the switching element 32 may be a transistor or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). It may be configured.
- the semiconductor relay 16 includes the pair of switching elements 32A and 32B.
- the present invention is not limited to this, and the semiconductor relay 16 has the same function as the pair of switching elements 32A and 32B. If it is, it may be one switching element or a plurality of switching elements.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
半導体リレー(16)は、高電圧バッテリ(2)と、高電圧負荷(3)との間の電路(4)上に配置され、電路(4)を開閉するスイッチング素子(32)と、電路(4)を流れる負荷電流(IL)に関する物理量を検出する検出部(19)とを備える。車両用電流検出装置(1A)は、半導体リレー(16)と、半導体リレー(16)を制御する制御回路(17)とを備え、制御回路(17)が、検出部(19)により検出された物理量に基づいて電路(4)に流れる負荷電流(IL)を検出する。この構成により、半導体リレーおよび車両用電流検出装置は、部品点数を増やすことなく、高電圧回路の電流検出が可能となる。
Description
本発明は、半導体リレーおよび車両用電流検出装置に関する。
電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の車両には、高電圧バッテリと、負荷とを接続または遮断する高電圧リレーを搭載するものがある(特許文献1参照)。特許文献1では、高電圧バッテリの充放電を管理すると共に、高電圧リレーに流れる異常な電流を検出するために、電流センサを搭載する。また、一般的な電流検出方法として、シャント抵抗を用いた方法がある(特許文献2参照)。
しかしながら、高電圧リレーに対して電流センサを別個に設置することから、電流センサを構成する部品を追加する必要があり、改善の余地がある。また、大電流が流れる経路にシャント抵抗を設置する場合、電力のロスが発生する。
本発明は、部品を増やさず、効率よく高電圧回路の電流検出が可能となる半導体リレーおよび車両用電流検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体リレーは、高電圧電源と、前記高電圧電源から電力の供給を受ける高電圧負荷との間の第1電路上に配置され、前記第1電路を開閉する少なくとも1つの半導体スイッチング素子と、前記第1電路を流れる電流に関する物理量を検出する少なくとも一つの検出部と、を備えることを特徴とする。
上記半導体リレーにおいて、前記第1電路の一部を構成し、かつ温度変化に応じて抵抗値が変化する導電部材をさらに備え、前記検出部は、前記導電部材の温度を検出する温度検出部と、前記導電部材における2点間の電位差を検出する電圧検出部と、を備えることが好ましい。
上記半導体リレーにおいて、前記検出部は、前記半導体スイッチング素子を挟んで前記第1電路上に2つ配置される、ことが好ましい。
上記半導体リレーにおいて、前記検出部は、前記半導体スイッチング素子に並列に接続された分流用スイッチング素子であり、前記第1電路を流れる電流を前記半導体スイッチング素子と前記分流用スイッチング素子とに分流し、前記分流用スイッチング素子を流れる分流電流に基づいて前記第1電路を流れる電流を検出する、ことが好ましい。
上記半導体リレーにおいて、前記半導体スイッチング素子は、さらに、外部電源または外部負荷に接続し、前記外部電源から前記高電圧電源への通電、または、前記高電圧電源から前記外部負荷への通電に供される第2電路上に配置され、前記第2電路を開閉し、前記検出部は、さらに、前記第2電路を流れる電流に関する物理量を検出する、ことが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電流検出装置は、半導体リレーと、前記半導体リレーを制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記検出部が検出した物理量に基づいて前記半導体リレーを流れる電流を検出する、ことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電流検出装置は、高電圧電源と、前記高電圧電源から電力の供給を受ける高電圧負荷との間に配置される第1電路と、外部電源または外部負荷に接続する接続部と、前記高電圧電源と、前記接続部との間に配置される第2電路と、前記第1電路に配置され、かつ前記第1電路を開閉する半導体リレーと、前記半導体リレーを制御する制御回路と、を備え、前記半導体リレーは、さらに、前記第2電路に配置され、前記制御回路による制御に応じて前記第2電路を開閉する、ことを特徴とする。
上記車両用電流検出装置において、前記第1電路及び前記第2電路に配置される前記半導体リレーは、同一筐体内に収容される、ことが好ましい。
上記車両用電流検出装置において、前記半導体リレーは、前記半導体リレーが配置された電路を流れる電流に関する物理量を検出する検出部を備え、前記制御回路は、前記検出部が検出した物理量に基づいて前記半導体リレーに流れる電流を検出する、ことが好ましい。
本発明に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置によれば、部品点数を増やすことなく、高電圧回路の電流検出が可能となる効果を奏する。
以下に、本発明に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、第1実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図3は、第1実施形態に係る半導体リレーの外観図である。図4は、第1実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す部分拡大図である。図5は、第1実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す図である。図6は、第1実施形態に係る電圧検出部の概略構成図である。図7は、第1実施形態に係る電圧検出部の温度特性を示す図である。なお、図4は、ケースのカバーを取り外して、内部空間を外部に露出させた状態を示す図である。ここで、図2~図4のX方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の幅方向である。Y方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Y1方向は手前方向とし、Y2方向は奥方向とする。Z方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。Z1方向は上方向とし、Z2方向は下方向とする。
図1は、第1実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、第1実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図3は、第1実施形態に係る半導体リレーの外観図である。図4は、第1実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す部分拡大図である。図5は、第1実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す図である。図6は、第1実施形態に係る電圧検出部の概略構成図である。図7は、第1実施形態に係る電圧検出部の温度特性を示す図である。なお、図4は、ケースのカバーを取り外して、内部空間を外部に露出させた状態を示す図である。ここで、図2~図4のX方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の幅方向である。Y方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Y1方向は手前方向とし、Y2方向は奥方向とする。Z方向は、本実施形態における車両用電流検出装置の上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。Z1方向は上方向とし、Z2方向は下方向とする。
本実施形態に係る車両用電流検出装置1Aは、例えば電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の車両に搭載される電気接続箱である。車両用電流検出装置1Aは、図1に示すように、高電圧バッテリ2と、高電圧負荷3との間に配置され、高電圧バッテリ2と、高電圧負荷3との間の電気的接続と電気的遮断とを行うものである。なお、以下の説明において、電気的接続を単に「接続」とも呼び、電気的遮断を単に「遮断」とも呼ぶ。
高電圧バッテリ2は、上述した車両に搭載され、高電圧負荷3に電力を供給する高電圧電源である。高電圧バッテリ2は、例えば、複数の電池セルが接続された組電池から成り、直流電力を供給する。なお、高電圧バッテリ2は、直流電力を供給可能なものであれば組電池に限らず、どのような形態であってもよい。高電圧バッテリ2は、車両用電流検出装置1A側の一対の入力側端子14A(14),14B(14)に接続される。
高電圧負荷3は、上述した車両に搭載され、高電圧バッテリ2から直流電力が供給されて動作するものである。高電圧負荷3は、例えばインバータ等から成る。高電圧負荷3は、車両用電流検出装置1A側の一対の出力側端子15A(15),15B(15)に接続される。
車両用電流検出装置1Aは、一対の半導体リレー16A,16Bと、制御回路17とを含んで構成される。一対の半導体リレー16A,16Bおよび制御回路17は、筐体11に収容される。筐体11は、図2に示すように、アッパーカバー12と、ロアカバー13とで構成される。アッパーカバー12およびロアカバー13は、絶縁性を有する合成樹脂等から成る。
一対の半導体リレー16A,16Bは、高電圧バッテリ2と、高電圧負荷3との間の電路4上に配置され、電路4を開閉するものである。各半導体リレー16A,16Bは、双方向で遮断(開)と通電(閉)が可能に構成され、例えば複数のMOS-FETを含んで構成される。半導体リレー16Aは、高電圧バッテリ2の正極側に配置され、正極側の電路4の一部を構成する。半導体リレー16Aは、一方が入力側端子14Aに接続され、他方が出力側端子15Aに接続され、正極側の電路4の電気的な遮断または通電を行う。半導体リレー16Aは、制御回路17に接続され、制御回路17に正極側信号21を出力する。正極側信号21は、例えば、後述する電圧検出部33で検出される電位差情報、第1温度センサ34および第2温度センサ35で検出される温度情報等が含まれる。また、半導体リレー16Aは、制御回路17から制御信号23を入力し、制御信号23に基づいて駆動する。半導体リレー16Aは、例えば、制御信号23に基づいて正極側の電路4を開閉する。半導体リレー16Bは、高電圧バッテリ2の負極側に配置され、負極側の電路4の一部を構成する。半導体リレー16Bは、一方が入力側端子14Bに接続され、他方が出力側端子15Bに接続され、負極側の電路4の電気的な遮断または通電を行う。半導体リレー16Bは、制御回路17に接続され、制御回路17に負極側信号22を出力する。負極側信号22は、正極側信号21と同様に、電圧検出部33で検出される電位差情報、第1温度センサ34および第2温度センサ35で検出される温度情報等が含まれる。また、半導体リレー16Bは、制御回路17から制御信号23を入力し、制御信号23に基づいて駆動する。半導体リレー16Bは、例えば、制御信号23に基づいて負極側の電路4を開閉する。半導体リレー16A,16Bが閉状態において、正極側の電路4に負荷電流ILが流れ、負極側の電路4に帰還電流IRが流れる。ここで、半導体リレー16A,16Bが閉状態とは、半導体リレー16A,16Bがオン状態であり、電路4が通電していることを意味する。一方、半導体リレー16A,16Bが開状態とは、半導体リレー16A,16Bがオフ状態であり、電路4が遮断されていることを意味する。帰還電流IRは、例えば、半導体リレー16A,16Bが正常な状態において、負荷電流ILと等しい値の電流となる。
各半導体リレー16A,16Bは、図3~図5に示すように、バスバー31と、一対のスイッチング素子32A(32),32B(32)と、電圧検出部33と、第1温度センサ34と、第2温度センサ35とを含んで構成される。バスバー31、一対のスイッチング素子32A,32B、電圧検出部33、第1温度センサ34、および第2温度センサ35は、絶縁性を有する合成樹脂等から成るリレー筐体30に収容される。リレー筐体30は、図3に示すように、上面側のカバーから複数の制御端子36が立設されている。各制御端子36は、例えばピン端子であり、後述する制御基板18のスルーホール18aに端部を差し込むことで制御基板18に接続される。
バスバー31は、電路4の一部を構成し、かつ温度変化に応じて抵抗値が変化する導電部材である。バスバー31は、例えば銅合金等の金属材料で構成される。バスバー31は、幅方向における一方の端部が入力側端子14を構成し、他方の端部が出力側端子15を構成する。バスバー31は、リレー筐体30内に収容されている部分に、当該バスバー31から手前方向(Y1方向)に延在する一対の接点部31a,31bが形成されている。各接点部31a,31bは、複数の制御端子36のうち、任意の制御端子36にボンディングされる。接点部31a,31bは、半導体リレー16が閉状態において、バスバー31におけるAB2点間の電位差を検出するために設けられる。したがって、バスバー31におけるA点およびB点は、電位差が検出可能な位置に設けられることが好ましい。
一対のスイッチング素子32A,32Bは、電路4上に配置され、電路4を開閉する半導体スイッチング素子である。各スイッチング素子32A,32Bは、例えば、電界効果トランジスタの一種である電力用MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)で構成される。一対のスイッチング素子32は、図5に示すように、寄生ダイオードの向きが逆になるように、互いのソース(S)同士が直列に接続される。スイッチング素子32Aは、寄生ダイオードのカソードが高電圧バッテリ2側になるように設けられている。スイッチング素子32Bは、寄生ダイオードのカソードが高電圧負荷3側になるように設けられている。すなわち、一対のスイッチング素子32A,32Bがオフ状態のときに、高電圧バッテリ2と高電圧負荷3との間の電力の流れが遮断される。スイッチング素子32A,32Bは、複数の制御端子36のうち、任意の制御端子36にボンディングされる。
電圧検出部33は、検出部であり、図6に示すように、バスバー31におけるAB2点間の電位差Vsensを検出する。電位差Vsensは、接点部31a,31b間の電位差である。電圧検出部33は、制御端子36に接続され、制御端子36を介して制御回路17に接続されている。電圧検出部33は、制御回路17に対して、電位差Vsensを出力する。
第1温度センサ34は、検出部であり、バスバー31の温度を検出するものである。第1温度センサ34は、図4に示すように、例えばバスバー31上に配置される。第1温度センサ34は、制御端子36に接続され、制御端子36を介して制御回路17に接続されている。第1温度センサ34は、制御回路17に対して、バスバー31の温度を出力する。本実施形態における第1温度センサ34および電圧検出部33は、検出部19を構成する。検出部19は、電路4を流れる負荷電流ILに関する物理量を検出する。電路4を流れる負荷電流ILに関する物理量には、例えば電圧検出部33で検出されるバスバー31におけるAB2点間の電位差Vsens、第1温度センサ34で検出されるバスバー31の温度が含まれる。
第2温度センサ35は、スイッチング素子32の温度を検出するものである。第2温度センサ35は、例えば一対のスイッチング素子32の近傍に配置される。第2温度センサ35は、複数の制御端子36のいずれか一つに接続され、制御端子36を介して制御回路17に接続されている。第2温度センサ35は、制御回路17に対して、スイッチング素子32の温度を出力する。
制御回路17は、制御基板18上に実装されており、例えば、マイコンを主体に構成される。制御回路17は、各半導体リレー16A,16Bの駆動を制御する各制御信号23を、半導体リレー16A,16Bにそれぞれ出力する。制御信号23は、例えば、一対の半導体リレー16A,16Bによる電路4の通電および遮断を行わせるものである。制御回路17は、半導体リレー16Aから入力される正極側信号21および/または半導体リレー16Bから入力される負極側信号22に基づいて、制御信号23を出力することができる。制御回路17は、例えば車両用電流検出装置1Aの外部から受けた制御信号に基づいて、制御信号23を出力する構成であってもよい。本実施形態における制御回路17は、バスバー31におけるAB2点間の抵抗値Rbusおよび電位差Vsensを利用して、下式(1)により負荷電流ILを算出する。抵抗値Rbusは、図7に示すようなバスバー31の抵抗値Rbusの温度特性から得ることができる。図7に示す温度特性は、縦軸がバスバー31の抵抗値Rbus[Ω]、横軸がバスバー31の温度T[℃]である。ここで、R0[Ω]をT0[℃]におけるバスバー31の抵抗値、α[1/℃]を温度係数、T[℃]を第1温度センサ34で検出されるバスバー31の温度、T0[℃]をバスバー31の基準温度とすると、T[℃]における抵抗値Rbusは、下式(2)で表される。本実施形態におけるバスバー31は、温度が上がると、抵抗値Rbusも上がる温度特性を有する。電位差Vsensは、制御端子36を介して接続された制御回路17により検出される。
IL=Vsens/Rbus ・・・(1)
Rbus=R0{1+α(T-T0)} ・・・(2)
Rbus=R0{1+α(T-T0)} ・・・(2)
次に、本実施形態に係る車両用電流検出装置1Aの電流検出動作の一例について説明する。制御回路17は、正極側信号21および負極側信号22に基づいて、半導体リレー16A,16Bの開閉状態を識別し、電路4が通電しているか否かを判定する。次に、制御回路17は、電路4が通電している状態において、正極側信号21および負極側信号22から、各電圧検出部33で検出された電位差情報、各第1温度センサ34で検出された温度情報を取得する。制御回路17は、各温度情報が示すバスバー31の温度Tに基づいて、図7に示すバスバー31の抵抗値Rbusの温度特性からバスバー31の各抵抗値Rbusを特定する。次に、制御回路17は、各抵抗値Rbusと、各電位差情報が示すバスバー31のAB2点間の電位差Vsensとにより、負荷電流ILを算出する。制御回路17は、例えば、負荷電流ILに基づく制御信号23を半導体リレー16A,16Bに出力して、半導体リレー16A,16Bの駆動を制御する。なお、帰還電流IRは、負荷電流ILと等しい値の電流であることから、上記方法により算出することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体リレー16は、高電圧バッテリ2と、高電圧負荷3との間の電路4上に配置され、電路4を開閉する半導体のスイッチング素子32を備える。これにより、従来の機械式リレーよりも信頼性が高く、寿命が長くなるという効果が得られる。また、本実施形態に係る半導体リレー16は、電路4を流れる負荷電流ILに関する物理量を検出する検出部19を備えるので、外部に検出部を追加する必要がなくなり、部品点数を増やすことなく、高電圧回路の電流検出が可能となる。また、検出部を配置するスペースが不要となるので、サイズを小さくすることができる。
また、本実施形態に係る半導体リレー16は、電路4の一部を構成し、かつ温度変化に応じて抵抗値が変化するバスバー31をさらに備え、検出部19が、バスバー31の温度を検出する第1温度センサ34と、バスバー31における2点間の電位差Vsensを検出する電圧検出部33とを備える。これにより、バスバー31を利用して電路4を流れる電流を検出することができる。また、バスバー31の抵抗値Rbusの温度特性を用いて、バスバー31のAB2点間の抵抗値Rbusを精度よく検出することができる。この結果、抵抗値Rbusと電位差Vsensとにより、容易に負荷電流ILを算出することが可能となる。また、シャント抵抗を用いることなく負荷電流ILの検出を行うことができるので、電力ロスを低減することができる。
また、本実施形態に係る車両用電流検出装置1Aは、半導体リレー16と、半導体リレー16を制御する制御回路17とを備え、制御回路17が、検出部19が検出した物理量に基づいて電路4に流れる負荷電流ILを検出する。これにより、部品点数を増やさず、効率よく高電圧回路の電流検出が可能となる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置について図8、図9を参照して説明する。図8は、第2実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す図である。図9は、第2実施形態に係る入力側と出力側の電流値による異常検出を説明する図である。
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置について図8、図9を参照して説明する。図8は、第2実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す図である。図9は、第2実施形態に係る入力側と出力側の電流値による異常検出を説明する図である。
第2実施形態に係る車両用電流検出装置1Bは、半導体リレー26が、複数の検出部19A,19Bを有する点で上記第1実施形態に係る車両用電流検出装置1Aと異なる。なお、以下の説明において、上記第1実施形態と共通する構成は同一の符号を付して、その説明を省略する。
第2実施形態における車両用電流検出装置1Bは、一対の半導体リレー26と、制御回路17とを含んで構成される。各半導体リレー26は、バスバー31と、一対のスイッチング素子32A,32Bと、一対の電圧検出部33A(33),33B(33)と、一対の第1温度センサ34A(34),34B(34)と、第2温度センサ35とを含んで構成される。本実施形態における第1温度センサ34Aおよび電圧検出部33Aは、検出部19Aを構成する。第1温度センサ34Bおよび電圧検出部33Bは、検出部19Bを構成する。検出部19Aおよび検出部19Bは、一対のスイッチング素子32A,32Bを挟んで電路4上に配置される。検出部19Aは、バスバー31において、図4に示すように、入力側端子14側に形成される。一方、検出部19Bは、バスバー31において、入力側端子14と反対側の出力側端子15側に配置される。
次に、本実施形態に係る車両用電流検出装置1Bの異常検出動作の一例について説明する。なお、以下に説明する半導体リレー26は、特に断りがない限り、正極側の電路4上に配置されているものとし、負極側の電路4上に配置される半導体リレー26についても同様とする。
制御回路17は、電路4が通電している状態において、半導体リレー26から受信した正極側信号21に基づいて異常検出動作を行う。制御回路17は、正極側信号21から、各検出部19A,19Bで検出された電位差情報および温度情報を取得する。この電位差情報には、各電圧検出部33A,33Bで検出された電位差情報が含まれる。温度情報には、各第1温度センサ34A,34Bで検出された温度情報が含まれる。制御回路17は、各検出部19A,19Bの温度情報が示すバスバー31の温度Tに基づいて、図7に示す温度特性から各検出部19A,19Bに対応する抵抗値Rbusを特定する。ここで、検出部19Aに対応する抵抗値Rbusを入力側の抵抗値Rbusとし、電位差Vsensを入力側のVsensとする。一方、検出部19Bに対応する抵抗値Rbusを出力側の抵抗値Rbusとし、電位差Vsensを出力側の電位差Vsensとする。
次に、制御回路17は、特定した入力側および出力側の各抵抗値Rbusと、入力側および出力側の各電位差Vsensとにより、上述した式(1)および式(2)を用いて、入力側の電流値1および出力側の電流値2を算出する。入力側の電流値1および出力側の電流値2は、負荷電流ILであり、半導体リレー26が正常な場合には、図9に示すように、略同一の波形となる。例えば、一対のスイッチング素子32A,32Bのいずれか一方に異常が発生した場合、入力側の電流値1と出力側の電流値2との差分が大きくなる。制御回路17は、入力側の電流値1と出力側の電流値2とを比較し、それらの差分が異常判定閾値を超えた場合には、半導体リレー26の異常と判定する。異常判定閾値は、例えば図9に示すように、上下限の閾値で構成される。
以上説明したように、本実施形態に係る車両用電流検出装置1Bは、半導体リレー26が、スイッチング素子32を挟んで電路4上に2つの検出部19A,19Bを有する。これにより、2つの検出部19A,19Bのいずれか一方に異常が発生した場合でも、正常な方での電流検出が可能なので、部品点数を増やすことなく、車両用電流検出装置1Bにおける電流検出機能の冗長性を高めることができる。また、2つの検出部19A,19Bにより得られる電流値1,2の差分を、異常判定閾値と比較することで、半導体リレー26の異常を判定することができる。
なお、上記第2実施形態では、制御回路17は、電路4が通電している状態において異常判定動作を行っているが、これに限定されるものではなく、電路4が遮断している状態においても異常判定動作を行うように構成してもよい。これにより、例えば半導体リレー26の開状態におけるリーク電流の異常を検出することが可能となる。
また、上記第2実施形態では、制御回路17は、入力側の電流値1と出力側の電流値2との差分を、異常判定閾値とを比較することで半導体リレー26の異常を検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、電圧検出部33A,33Bでそれぞれ検出された電位差(電圧)を比較することで異常の検出を行ってもよい。
また、上記第1および第2実施形態では、電路4に流れる電流を、検出部19から得られる物理量に基づいて制御回路17が演算することにより検出しているが、これに限定されるものではない。図10は、実施形態の変形例に係る検出部の概略構成を示す図である。本実施形態の変形例に係る検出部29は、スイッチング素子32に並列に接続された分流用スイッチング素子37である。検出部29は、電路4を流れる電流をスイッチング素子32と分流用スイッチング素子37とに分流し、分流用スイッチング素子37を流れる分流電流にもとづいて電路4を流れる負荷電流ILを検出するものである。検出部29は、スイッチング素子32と同様に、例えばMOS-FETで構成される。検出部29は、スイッチング素子32のドレイン(Drain)側から分流された分流電流がSens側の端子に向けて流れる。この分流電流は、例えば、ドレイン-ソース(Source)間に流れる電流に対して、1/5000に設定される。Sens側の端子は、制御端子36に接続され、制御端子36を介して制御回路17に接続される。これにより、電路4を流れる負荷電流ILを容易に検出することができる。また、バスバー31の接点部31a,31bや第1温度センサ34を搭載することなく、電流を検出する検出部19の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。
また、上記第1および第2実施形態では、第1温度センサ34は、図4に示すように、バスバー31上に配置されるが、バスバー31の温度を検出可能な位置であれば、図示例に限定されるものではない。第2温度センサ35は、一対のスイッチング素子32の近傍に配置されるが、スイッチング素子32の温度を検出可能な位置であればよい。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置について図11~図19を参照して説明する。図11は、第3実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示すブロック図である。図12は、第3実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図13は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示すブロック図である。図14は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す斜視図である。図15は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す平面図である。図16は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す側面図である。図17は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す部分縦断面図である。図18は、第3実施形態に係る電圧検出部の概略構成図である。図19は、第3実施形態に係る電圧検出部の温度特性を示す図である。なお、図15、図16は、電流検出ユニットを外部に露出させた状態の半導体リレーを示す図である。図17は、半導体リレーを構成する電流検出ユニットの縦断面図であり、一部を省略している。
次に、本発明の第3実施形態に係る半導体リレーおよび車両用電流検出装置について図11~図19を参照して説明する。図11は、第3実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示すブロック図である。図12は、第3実施形態に係る車両用電流検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図13は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示すブロック図である。図14は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す斜視図である。図15は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す平面図である。図16は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す側面図である。図17は、第3実施形態に係る半導体リレーの概略構成を示す部分縦断面図である。図18は、第3実施形態に係る電圧検出部の概略構成図である。図19は、第3実施形態に係る電圧検出部の温度特性を示す図である。なお、図15、図16は、電流検出ユニットを外部に露出させた状態の半導体リレーを示す図である。図17は、半導体リレーを構成する電流検出ユニットの縦断面図であり、一部を省略している。
第3実施形態に係る車両用電流検出装置10は、主に、充電インレット7と、充電インレット7と高電圧バッテリ2との間の電路5と、電路5に配置された半導体リレー46とを備える点で上記第1実施形態に係る車両用電流検出装置1Aと異なる。なお、以下の説明において、上記第1実施形態と共通する構成は同一の符号を付して、その説明を省略する。
第3実施形態に係る車両用電流検出装置10は、図11に示すように、一対の半導体リレー46A(46),46B(46)、制御回路17に加えて、電路5、充電インレット7、一対の半導体リレー46C(46),46D(46)を含んで構成される。4つの半導体リレー46A~46D、電路4,5の一部、及び制御回路17は、図12に示すように、アッパーカバー12及びロアカバー13で構成される筐体11に収容される。本実施形態における4つの半導体リレー46A~46Dは、1つの筐体11に収容される。
電路5は、第1電路である電路4に対して、高電圧バッテリ2と、充電インレット7との間に配置される第2電路である。電路5は、充電インレット7と高電圧バッテリ2とを接続する。電路5は、高電圧バッテリ2側の一部が電路4と共有し、電路4を介して高電圧負荷3に接続する。本実施形態の電路5は、例えば、充電インレット7を介して外部電源に接続し、外部電源から高電圧バッテリ2への通電に供される。外部電源は、例えば充電装置等が含まれる。電路5は、例えば、充電インレット7に外部電源(不図示)が接続され、かつ半導体リレー46C,46Dが閉状態において、通電電流ILが流れる。この通電電流ILは、高電圧バッテリ2への充電電流を含むものである。
充電インレット7は、外部電源に接続する接続部であり、例えば充電コネクタである。充電インレット7は、電路5に接続され、当該電路5を介して高電圧バッテリ2に接続する。また、充電インレット7は、電路5及び電路4を介して高電圧負荷3に接続する。
一対の半導体リレー46A,46Bは、上述した一対の半導体リレー16A,16Bと同様に、電路4に配置され、メインリレーとして電路4を開閉するものである。一対の半導体リレー46C,46Dは、電路5に配置され、充電リレーとして電路5を開閉するものである。各半導体リレー46A~46Dは、オン状態のときに閉状態となり、オフ状態のときに開状態となる。各半導体リレー46A~46Dは、信号線25を介して制御回路17に接続され、制御回路17からの制御信号に基づいて、オン状態またはオフ状態に切り替わる。各半導体リレー46A,46Bは、双方向で各電路4の遮断と通電が可能に構成される。各半導体リレー46C,46Dは、双方向で各電路5の遮断と通電が可能に構成される。
半導体リレー46Aは、一方が入力側端子14Aを介して高電圧バッテリ2に接続され、他方が出力側端子15Aを介して高電圧負荷3に接続されている。半導体リレー46Aは、高電圧バッテリ2の正極側に接続されており、正極側の電路4の一部を構成し、正極側の電路4の遮断または接続を行う。半導体リレー46Bは、一方が入力側端子14Bを介して高電圧バッテリ2に接続され、他方が出力側端子15Bを介して高電圧負荷3に接続されている。半導体リレー46Bは、高電圧バッテリ2の負極側に接続されており、負極側の電路4の一部を構成し、負極側の電路4の遮断または接続を行う。各半導体リレー46A,46Bは、信号線25を介して制御回路17に検出信号を出力する。検出信号は、各半導体リレー46A,46Bの開閉状態を示す信号、各半導体リレー46A,46B内で検出される温度、電流値、電圧値等が含まれる。各半導体リレー46A,46Bは、制御回路17からの制御信号に基づいて電路4を開閉する。
半導体リレー46Cは、一方が半導体リレー46Aを介して高電圧バッテリ2に接続され、他方が充電インレット7に接続されている。半導体リレー46Cは、高電圧バッテリ2の正極側に接続されており、正極側の電路5の一部を構成し、正極側の電路5の遮断または接続を行う。半導体リレー46Dは、一方が半導体リレー46Bを介して高電圧バッテリ2に接続され、他方が充電インレット7に接続されている。半導体リレー46Dは、高電圧バッテリ2の負極側に接続されており、負極側の電路5の一部を構成し、負極側の電路5の遮断または接続を行う。各半導体リレー46C,46Dは、信号線25を介して制御回路17に検出信号を出力する。検出信号は、各半導体リレー46C,46Dの開閉状態を示す信号、各半導体リレー46C,46D内で検出される温度、電流値、電圧値等が含まれる。各半導体リレー46C,46Dは、制御回路17からの制御信号に基づいて電路5を開閉する。
本実施形態の半導体リレー46は、図13に示すように、電流検出ユニット53と、2つの電圧検出部54A(54),54B(54)と、2つのゲート駆動部55A(55),55B(55)とを含んで構成される。電流検出ユニット53、電圧検出部54A,54B、及びゲート駆動部55A,55Bは、図14に示すリレー筐体50に収容される。リレー筐体50は、絶縁性を有する合成樹脂等から成り、一対のバスバー端子51、複数の制御端子52を部分的に収容する。一対のバスバー端子51は、半導体リレー46の両端に延在して設けられた導電部材であり、例えば銅や合金等で構成される。各バスバー端子51は、筐体11に収容されるバスバー47に接続される。バスバー47は、各電路4,5の一部を構成するものであり、例えば、2つの半導体リレー46の正極側または負極側のバスバー端子51間を接続する。なお、図12に示す半導体リレー46は、通電性能を向上させるために、各電路4,5の正極側、負極側のそれぞれに2つずつ配置されている。すなわち、正極側の各電路4,5、負極側の各電路4,5に対して、半導体リレー46が並列に接続されている。各制御端子52は、例えばピン端子であり、一部がリレー筐体50の側面から露出している。各制御端子52は、例えば、一方が電流検出ユニット53に接続され、他方が制御基板18のスルーホール(不図示)に差し込まれた状態で制御回路17に接続される。
電流検出ユニット53は、一対のスイッチング素子32A,32Bと、電流検出部56と、温度センサ57とを含んで構成される。電流検出ユニット53は、図15~図17に示すように、一対のスイッチング素子32A,32Bを中心とした積層構造を有し、ボンディングワイヤ64を介して各バスバー端子51等に接続される。
一対のスイッチング素子32A,32Bは、各電路4,5上に配置され、各電路4,5を開閉する半導体素子である。一対のスイッチング素子32A,32Bは、電流検出部56を挟んで一方のバスバー端子51と他方のバスバー端子51との間に配置される。各スイッチング素子32A,32Bは、上述したように、例えば、電力用MOS-FETで構成される。各スイッチング素子32A,32Bは、任意の制御端子52にボンディングワイヤ64を介して接続される。各スイッチング素子32A,32Bは、図17に示すように、銅パターン61Aと銅パターン61Bとで積層方向から挟まれるように配置される。各銅パターン61A,61Bは、配索用として用いられている薄板状の導電部材であり、例えば銅や銅合金等で構成される。銅パターン61Aは、各スイッチング素子32A,32Bのドレイン(D)に接続される。銅パターン61Aは、薄板状の絶縁基板62Aを介して放熱パッド63上に配置される。放熱パッド63は、スイッチング素子32A,32Bで発生した熱を、外部のヒートシンク(不図示)に伝熱して放熱させるものである。銅パターン61Aは、ボンディングワイヤ64を介してバスバー端子51に接続される。銅パターン61Bは、電路4または電路5の一部を構成し、かつ温度変化に応じて抵抗値が変化する。銅パターン61Bは、ブリッジ部であり、スイッチング素子32A,32Bのソース(S)間を接続する。銅パターン61Bには、薄板状の絶縁基板62B、ダイボンド材、及び温度センサ57が順に積層される。
電流検出部56は、検出部であり、電路4または電路5を流れる通電電流ILに関する物理量を検出するものである。通電電流ILに関する物理量は、銅パターン61BにおけるCD2点間の電位差Vsensが含まれる。すなわち、電流検出部56は、図18に示すように、銅パターン61BにおけるCD2点間の電位差Vsensを検出する。電流検出部56は、ボンディングワイヤ64を介して制御端子52に接続される。電流検出部56は、制御端子52を介して制御回路17に接続され、制御回路17に対して、電位差Vsensを出力する。
温度センサ57は、検出部であり、電路4または電路5を流れる通電電流ILに関する物理量を検出するものである。通電電流ILに関する物理量は、銅パターン61Bの温度が含まれる。すなわち、温度センサ57は、銅パターン61B上に配置され、銅パターン61Bの温度を検出する。温度センサ57は、制御端子52に接続され、制御端子52を介して制御回路17に接続される。温度センサ57は、制御回路17に対して、銅パターン61Bの温度を出力する。
電圧検出部54A,54Bは、半導体リレー46内を通る電路4または電路5の電圧を検出するものである。電圧検出部54Aは、図13に示すように、例えば半導体リレー46内を通る電路4または電路5の入力側に配置される。一方、電圧検出部54Bは、例えば半導体リレー46内の電路4または電路5の出力側に配置される。電圧検出部54A,54Bは、制御端子52を介して信号線25により制御回路17に接続され、制御回路17に対して、電圧値を出力する。
ゲート駆動部55A,55Bは、スイッチング素子32A,32Bを駆動するドライバ回路である。ゲート駆動部55Aは、スイッチング素子32Aのゲート(G)に接続され、スイッチング素子32Aを駆動するゲート駆動信号を出力する。ゲート駆動部55Bは、スイッチング素子32Bのゲート(G)に接続され、スイッチング素子32Bを駆動するゲート駆動信号を出力する。ゲート駆動部55A,55Bは、制御端子52を介して信号線25により制御回路17に接続される。各ゲート駆動部55A,55Bは、制御回路17からの制御信号に応じて、各スイッチング素子32A,32Bにゲート駆動信号を出力する。各スイッチング素子32A,32Bは、ゲート駆動信号に応じてオン状態またはオフ状態に切り替わる。
制御回路17は、制御基板18上に実装されており、例えば、マイコンを主体に構成される。制御回路17は、各半導体リレー46A~46Dの駆動を制御する制御信号を、各半導体リレー46A~46Dに出力する。制御信号は、例えば、一対の半導体リレー46A,46Bによる電路4の遮断及び接続、一対の半導体リレー46C,46Dによる電路5の遮断及び接続を行わせるものが含まれる。制御回路17は、半導体リレー46から入力される検出信号に基づいて、制御信号を出力することができる。本実施形態の制御回路17は、銅パターン61BにおけるCD2点間の抵抗値Rbridgeおよび電位差Vsensを利用して、下式(3)により通電電流ILを算出する。銅パターン61Bは、温度が上がると、抵抗値Rbridgeが上がる温度特性を有する。抵抗値Rbridgeは、図19に示す銅パターン61Bの抵抗値Rbridgeの温度特性から得ることができる。図19に示す温度特性は、縦軸が銅パターン61Bの抵抗値Rbridge[Ω]、横軸が銅パターン61Bの温度T[℃]である。ここで、R0[Ω]をT0[℃]における銅パターン61Bの抵抗値、α[1/℃]を温度係数、T[℃]を温度センサ57で検出される銅パターン61Bの温度、T0[℃]を銅パターン61Bの基準温度とすると、T[℃]における抵抗値Rbridgeは、下式(4)で表される。
IL=Vsens/Rbridge ・・・(3)
Rbridge=R0{1+α(T-T0)} ・・・(4)
Rbridge=R0{1+α(T-T0)} ・・・(4)
次に、本実施形態に係る車両用電流検出装置10における電流検出動作の一例について説明する。まず、制御回路17は、受信した検出信号に基づいて、半導体リレー46A~46Dの開閉状態を識別し、電路4または電路5が通電しているか否かを判定する。次に、制御回路17は、電路4または電路5が通電している状態において、検出信号から電位差Vsens、温度T[℃]を取得する。制御回路17は、温度T[℃]に基づいて、図19に示す温度特性から銅パターン61Bの抵抗値Rbridgeを特定する。次に、制御回路17は、抵抗値Rbridgeと電位差Vsensとにより、通電電流ILを算出する。制御回路17は、例えば、通電電流ILに基づく制御信号を、半導体リレー46A~46Dのいずれかに出力して、半導体リレー46A~46Dの駆動を制御する。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体リレー46は、スイッチング素子32が、高電圧バッテリ2と、高電圧負荷3との間の電路4上と、充電インレット7から高電圧バッテリ2への通電に供される電路5上とに配置される。これにより、半導体リレー16と同様の効果を奏すると共に、車両用電流検出装置10内に電路が増えた場合でも、各電路で異なる半導体リレーを用いることなく、部品の共用化(標準化)を図ることが可能となる。
また、本実施形態に係る車両用電流検出装置10は、電路4に配置され、電路4を開閉する半導体リレー46を備え、半導体リレー46が、さらに、高電圧バッテリ2と充電インレット7との間の電路5に配置される。これにより、上述した半導体リレー46と同様の効果を奏すると共に、装置全体の小型化を図ることができる。
また、本実施形態に係る車両用電流検出装置10は、電路4及び電路5に配置される半導体リレー46が同一筐体内に収容されるので、装置全体の小型化を図ることができる。
また、本実施形態に係る車両用電流検出装置10は、半導体リレー46が、各電路4,5を流れる通電電流ILに関する物理量を検出するので、半導体リレー16と同様の効果を奏することができる。
なお、上記第3実施形態では、充電インレット7は、外部電源に接続する接続部であるが、これに限定されるものではなく、外部負荷の接続が可能な構成であってもよい。この場合、電路5は、充電インレット7を介して外部負荷に接続し、高電圧バッテリ2から外部負荷への通電に供される。充電インレット7を外部負荷に接続することで、当該外部負荷に高電圧バッテリ2の電力を供給することが可能となる。
また、上記第3実施形態では、温度センサ57は、ダイボンド材を介在して銅パターン61B上に配置されるが、これに限定されるものではなく、銅パターン61Bの実温度を正確に測ることができる熱伝導部材であれば、どのようなものであってもよい。
また、上記第3実施形態では、制御回路17は、例えば外部ECU6に接続されており、外部ECU6から受信した信号に基づいて、制御信号を出力する構成であってもよい。また、制御回路17は、半導体リレー46A~46Dから受信する検出信号に基づいて半導体リレー46A~46Dの異常検出、異常判定を行う構成であってもよい。この場合、制御回路17は、外部ECU6に対して、検出信号、異常検出の有無や異常判定の結果に関する情報を送信する構成であってもよい。
また、上記第1~第3実施形態では、スイッチング素子32は、電力用MOS-FETで構成されているが、これに限定されるものではなく、例えばトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等で構成されていてもよい。
また、上記第1~第3実施形態では、半導体リレー16は、一対のスイッチング素子32A,32Bを有するが、これに限定されるものではなく、一対のスイッチング素子32A,32Bと同じ機能を有するものであれば、1つのスイッチング素子であっても、複数のスイッチング素子であってもよい。
1A,1B 車両用電流検出装置
2 高電圧バッテリ
3 高電圧負荷
4 電路
11 筐体
12 アッパーカバー
13 ロアカバー
14,14A,14B 入力側端子
15,15A,15B 出力側端子
16,16A,16B,26 半導体リレー
17 制御回路
18 制御基板
18a スルーホール
19,29 検出部
21 正極側信号
22 負極側信号
23 制御信号
31 バスバー
30 リレー筐体
32,32A,32B スイッチング素子
33,33A,33B 電圧検出部
34,34A,34B 第1温度センサ
35 第2温度センサ
36 制御端子
37 分流用スイッチング素子
IL 負荷電流
2 高電圧バッテリ
3 高電圧負荷
4 電路
11 筐体
12 アッパーカバー
13 ロアカバー
14,14A,14B 入力側端子
15,15A,15B 出力側端子
16,16A,16B,26 半導体リレー
17 制御回路
18 制御基板
18a スルーホール
19,29 検出部
21 正極側信号
22 負極側信号
23 制御信号
31 バスバー
30 リレー筐体
32,32A,32B スイッチング素子
33,33A,33B 電圧検出部
34,34A,34B 第1温度センサ
35 第2温度センサ
36 制御端子
37 分流用スイッチング素子
IL 負荷電流
Claims (9)
- 高電圧電源と、前記高電圧電源から電力の供給を受ける高電圧負荷との間の第1電路上に配置され、前記第1電路を開閉する少なくとも1つの半導体スイッチング素子と、
前記第1電路を流れる電流に関する物理量を検出する少なくとも一つの検出部と、
を備えることを特徴とする半導体リレー。 - 前記第1電路の一部を構成し、かつ温度変化に応じて抵抗値が変化する導電部材をさらに備え、
前記検出部は、
前記導電部材の温度を検出する温度検出部と、
前記導電部材における2点間の電位差を検出する電圧検出部と、
を備える請求項1に記載の半導体リレー。 - 前記検出部は、
前記半導体スイッチング素子を挟んで前記第1電路上に2つ配置される、
請求項1または2に記載の半導体リレー。 - 前記検出部は、
前記半導体スイッチング素子に並列に接続された分流用スイッチング素子であり、
前記第1電路を流れる電流を前記半導体スイッチング素子と前記分流用スイッチング素子とに分流し、前記分流用スイッチング素子を流れる分流電流に基づいて前記第1電路を流れる電流を検出する、
請求項1に記載の半導体リレー。 - 前記半導体スイッチング素子は、さらに、
外部電源または外部負荷に接続し、前記外部電源から前記高電圧電源への通電、または、前記高電圧電源から前記外部負荷への通電に供される第2電路上に配置され、前記第2電路を開閉し、
前記検出部は、さらに、
前記第2電路を流れる電流に関する物理量を検出する、
請求項1または2に記載の半導体リレー。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体リレーと、
前記半導体リレーを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記検出部が検出した物理量に基づいて前記半導体リレーを流れる電流を検出する、
ことを特徴とする車両用電流検出装置。 - 高電圧電源と、前記高電圧電源から電力の供給を受ける高電圧負荷との間に配置される第1電路と、
外部電源または外部負荷に接続する接続部と、
前記高電圧電源と、前記接続部との間に配置される第2電路と、
前記第1電路に配置され、かつ前記第1電路を開閉する半導体リレーと、
前記半導体リレーを制御する制御回路と、
を備え、
前記半導体リレーは、さらに、
前記第2電路に配置され、前記制御回路による制御に応じて前記第2電路を開閉する、
ことを特徴とする車両用電流検出装置。 - 前記第1電路及び前記第2電路に配置される前記半導体リレーは、
同一筐体内に収容される、
請求項7に記載の車両用電流検出装置。 - 前記半導体リレーは、
前記半導体リレーが配置された電路を流れる電流に関する物理量を検出する検出部を備え、
前記制御回路は、
前記検出部が検出した物理量に基づいて前記半導体リレーを流れる電流を検出する、
請求項7または8に記載の車両用電流検出装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP18851212.3A EP3678295B1 (en) | 2017-08-30 | 2018-05-23 | Semiconductor relay and vehicle current detection device |
CN201880050485.1A CN111034044B (zh) | 2017-08-30 | 2018-05-23 | 半导体继电器以及车辆用电流检测装置 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017-165795 | 2017-08-30 | ||
JP2017165795 | 2017-08-30 | ||
JP2017205964A JP6797778B2 (ja) | 2017-08-30 | 2017-10-25 | 半導体リレーおよび車両用電流検出装置 |
JP2017-205964 | 2017-10-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019044068A1 true WO2019044068A1 (ja) | 2019-03-07 |
Family
ID=65525775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2018/019850 WO2019044068A1 (ja) | 2017-08-30 | 2018-05-23 | 半導体リレーおよび車両用電流検出装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3678295B1 (ja) |
WO (1) | WO2019044068A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4065989A1 (en) * | 2019-11-27 | 2022-10-05 | Eaton Intelligent Power Limited | Busbar as current sensor |
WO2023110715A2 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Vitesco Technologies GmbH | Current sensing system |
DE102022211434A1 (de) | 2022-10-28 | 2024-05-08 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Schalteinheit |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07177751A (ja) | 1993-12-21 | 1995-07-14 | Toshiba Corp | 電動機用電源装置 |
JPH11326400A (ja) * | 1998-05-07 | 1999-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 過電流検出装置 |
JP2009011112A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Rohm Co Ltd | 過電流保護回路及びこれを用いた電子機器 |
JP2012085504A (ja) | 2010-10-11 | 2012-04-26 | Hyundai Motor Co Ltd | 低電圧及び高電圧統合電圧分配装置 |
JP2014075297A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Toyota Motor Corp | 蓄電システム |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3907998B2 (ja) * | 2001-02-09 | 2007-04-18 | 株式会社東芝 | 変電機器保護制御システム |
JP5910172B2 (ja) * | 2012-03-01 | 2016-04-27 | 株式会社Gsユアサ | スイッチ故障診断装置、電池パックおよびスイッチ故障診断プログラム、スイッチ故障診断方法 |
JP6010468B2 (ja) * | 2013-01-23 | 2016-10-19 | 矢崎総業株式会社 | シャント抵抗式電流センサ |
-
2018
- 2018-05-23 EP EP18851212.3A patent/EP3678295B1/en active Active
- 2018-05-23 WO PCT/JP2018/019850 patent/WO2019044068A1/ja unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07177751A (ja) | 1993-12-21 | 1995-07-14 | Toshiba Corp | 電動機用電源装置 |
JPH11326400A (ja) * | 1998-05-07 | 1999-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 過電流検出装置 |
JP2009011112A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Rohm Co Ltd | 過電流保護回路及びこれを用いた電子機器 |
JP2012085504A (ja) | 2010-10-11 | 2012-04-26 | Hyundai Motor Co Ltd | 低電圧及び高電圧統合電圧分配装置 |
JP2014075297A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Toyota Motor Corp | 蓄電システム |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3678295A4 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3678295A1 (en) | 2020-07-08 |
EP3678295B1 (en) | 2022-03-09 |
EP3678295A4 (en) | 2021-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102194985B1 (ko) | 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩 | |
US20180166673A1 (en) | Connection structure of conductor and conductive module | |
KR20140048980A (ko) | 전류를 측정하기 위한 디바이스 | |
WO2019044068A1 (ja) | 半導体リレーおよび車両用電流検出装置 | |
US20180072179A1 (en) | Vehicle High Voltage Interlock | |
US11437835B2 (en) | Battery pack and power supply system | |
CN105846803B (zh) | 包括电子流检测块的固态继电器 | |
CN110235332A (zh) | 供电控制装置 | |
CN107765073B (zh) | 过电流检测装置、蓄电装置以及电流检测方法 | |
JP7008257B2 (ja) | リレーモジュール | |
JP6668938B2 (ja) | インバータ制御基板 | |
JP6797778B2 (ja) | 半導体リレーおよび車両用電流検出装置 | |
KR20180041608A (ko) | 자동차 애플리케이션을 위한 지능형 스위치 | |
US11241966B2 (en) | Protection circuit unit and vehicle power supply device | |
JP4540429B2 (ja) | 車両用の電源装置 | |
CN112311270A (zh) | 电力转换单元 | |
US11091107B2 (en) | Connection unit and power supply system | |
CN111231675A (zh) | 一种电池管理系统以及车辆 | |
CN110832334B (zh) | 故障诊断装置 | |
JP2017118672A (ja) | 電気接続箱 | |
JP2019047569A (ja) | 車両用配電ボックス | |
US10454405B2 (en) | Driver assembly | |
JP7120112B2 (ja) | 電力制御装置 | |
GB2619306A (en) | Arrangement with circuit breaker | |
KR20220092741A (ko) | 고전압 퓨즈 통합형 파워 릴레이 어셈블리 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18851212 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2018851212 Country of ref document: EP Effective date: 20200330 |