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  • 特許-電流検出装置及び電源装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-22
(45)【発行日】2024-01-30
(54)【発明の名称】電流検出装置及び電源装置
(51)【国際特許分類】
   G01R 19/00 20060101AFI20240123BHJP
   G01R 15/00 20060101ALI20240123BHJP
   G01R 15/09 20060101ALI20240123BHJP
【FI】
G01R19/00 B
G01R15/00 500
G01R15/09
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2021098243
(22)【出願日】2021-06-11
(65)【公開番号】P2022189584
(43)【公開日】2022-12-22
【審査請求日】2022-10-17
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 隼人
(72)【発明者】
【氏名】奥田 定治
【審査官】永井 皓喜
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-80396(JP,A)
【文献】国際公開第2004/053507(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/122781(WO,A1)
【文献】特開2001-197723(JP,A)
【文献】特開2016-212005(JP,A)
【文献】特開2010-19840(JP,A)
【文献】特開平6-273476(JP,A)
【文献】特開2021-45023(JP,A)
【文献】特許第4624400(JP,B2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01R 19/00
G01R 15/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷に供給される消費電流に応じたセンス電流が流れるセンス抵抗と、
前記センス抵抗に前記センス電流を流すことにより発生する電圧降下をA/D変換して、前記消費電流を検出するA/D変換器と、を備え、
前記センス抵抗の抵抗値が可変に設けられ、
メモリに格納された前記消費電流が流れる電線のサイズ情報を読み取り、前記サイズ情報に応じた抵抗値に前記センス抵抗を設定する設定部と、
外部機器との通信に応じて前記サイズ情報を書き換える書き換え部と、を備えた、
電流検出装置。
【請求項2】
請求項1に記載の電流検出装置において、
前記センス抵抗は、並列接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗にそれぞれ直列接続され、互いに並列接続されたスイッチと、を有する、
電流検出装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の電流検出装置と、
前記負荷に供給される消費電流をオンオフする半導体スイッチ素子と、
前記A/D変換器により検出された前記消費電流に基づいて、該消費電流が流れる電線の過熱を検出する過熱検出部と、
前記過熱検出部により前記過熱が検出されると、前記半導体スイッチ素子をオフするスイッチ制御部と、を備えた、
電源装置。
【請求項4】
請求項3に記載の電源装置において、
前記半導体スイッチ素子は、前記センス電流を出力する出力端子を有し、
前記出力端子から出力される前記センス電流が前記センス抵抗に流される、
電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流検出装置及び電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、車両に搭載されたバッテリから負荷へ供給される消費電流を検出するための電流検出装置が知られている。電流検出装置としては、消費電流に応じたセンス電流をセンス抵抗に流し、センス抵抗に生じる電圧降下をA/D変換して電圧を検出している。
【0003】
ところで、近年、CASE(Connected,Autonomous,Shared&Services,Electric)やMaas(Mobility as a Service)の対応のため、車両の仕様が増大し、車両に搭載される負荷の種類が増大している。例えば、同じランプ負荷でも、消費電流0.5Aのイルミランプや、消費電流10Aの外灯ランプがある。このため、消費電流0.5Aのイルミランプ及び消費電流10Aの外灯ランプのどちらとも電流を検出できるようにするためには、A/D変換器として広大なダイナミックレンジのものを用いる必要があった。
【0004】
しかしながら、広大なダイナミックレンジのA/D変換器を用いると、消費電流が小さい場合、電流検出精度が低くなってしまう。そこで、従来では、負荷の消費電流に合わせたダイナミックレンジのA/D変換器を用いていた。しかしながら、この場合、電流検出装置の品番数が増加する、という問題があった。
【0005】
また、接点スイッチのオンオフを検出するためのオンオフ検出回路に用いられる抵抗を可変とするものが考えられている(特許文献1)。しかしながら、特許文献1は、可変の抵抗は、負荷に流れる電流を検出する抵抗ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2012-138835号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、品番数を削減することができる電流検出装置及び電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電流検出装置及び電源装置は、下記[1]~[4]を特徴としている。
[1]
負荷に供給される消費電流に応じたセンス電流が流れるセンス抵抗と、
前記センス抵抗に前記センス電流を流すことにより発生する電圧降下をA/D変換して、前記消費電流を検出するA/D変換器と、を備え、
前記センス抵抗の抵抗値が可変に設けられ、
メモリに格納された前記消費電流が流れる電線のサイズ情報を読み取り、前記サイズ情報に応じた抵抗値に前記センス抵抗を設定する設定部と、
外部機器との通信に応じて前記サイズ情報を書き換える書き換え部と、を備えた、
電流検出装置であること。
[2]
[1]に記載の電流検出装置において、
前記センス抵抗は、並列接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗にそれぞれ直列接続され、互いに並列接続されたスイッチと、を有する、
電流検出装置であること。
[3]
[1]又は[2]に記載の電流検出装置と、
前記負荷に供給される消費電流をオンオフする半導体スイッチ素子と、
前記A/D変換器により検出された前記消費電流に基づいて、該消費電流が流れる電線の過熱を検出する過熱検出部と、
前記過熱検出部により前記過熱が検出されると、前記半導体スイッチ素子をオフするスイッチ制御部と、を備えた、
電源装置であること。
[4]
[3]に記載の電源装置において、
前記半導体スイッチ素子は、前記センス電流を出力する出力端子を有し、
前記出力端子から出力される前記センス電流が前記センス抵抗に流される、
電源装置であること。
【0009】
上記[1]の構成の電流検出装置によれば、センス抵抗の抵抗値が可変に設けられている。これにより、センス抵抗の抵抗値を負荷の消費電流に合わせて設定することができ、負荷を変更したとしても、センス抵抗の電圧降下範囲をほぼ同じとすることができ、負荷電流毎にA/D変換器を変更する必要がなく、品番数を削減することができる。
更に、上記[]の構成の電流検出装置によれば、外部機器との通信に従ってセンス抵抗の抵抗値を設定することができる。これにより、簡単にセンス抵抗の抵抗値を消費電流に合わせて変更できる。
上記[2]の構成の電流検出装置によれば、簡単な構成でセンス抵抗の抵抗値を可変に設けることができる。
上記[]の構成の電源装置によれば、電線の過熱を抑制することができる。
上記[4]の構成の電流検出装置によれば、簡単な構成で消費電流に応じたセンス電流をセンス抵抗に流すことができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、品番数を削減することができる電流検出装置及び電源装置を提供することができる。
【0011】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1図1は、本実施形態の電源装置としてのゾーンECUを組み込んだ通信システムの一実施形態を示すブロック図である。
図2図2は、図1に示すゾーンECUの構成を示す回路図である。
図3図3は、車両A、Bそれぞれに搭載される負荷と、ゾーンECUと、を示す回路図である。
図4図4は、図2に示すゾーンECUのCPUが実行する過熱防止処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【0014】
図1は、本実施形態の電源装置としてのゾーンECUを組み込んだ通信システム1を示すブロック図である。本実施形態の通信システム1は、車両に搭載されている。通信システム1は、セントラルECU(Electronic Control Unit)2と、電流検出装置及び電源装置としてのゾーンECU3と、を備えている。
【0015】
セントラルECU2は、プログラムに従って動作するCPU(Central Processing Unit)から構成され、例えば、車両のインストルメントパネルに設けられている。セントラルECU2は、通信システム1全体を制御する。
【0016】
ゾーンECU3は、左右ドアや天井など車両の各エリアに設けられている。ゾーンECU3は、セントラルECU2と通信を行い、セントラルECU2の指示に従ってエリア内に配置された負荷4に対する電源供給を制御する。
【0017】
ゾーンECU3は、図2に示すように、負荷4に供給される電源をオンオフする半導体スイッチ素子としての半導体FET(field-effect transistor)31と、負荷4に供給される消費電流に応じたセンス電流Isが流れるセンス抵抗32と、A/D変換器33aが内蔵され、プログラムに従って動作するCPU33と、を備えている。
【0018】
半導体FET31は、ドレイン・ソース間が図示しない電源と、負荷4と、の間に接続され、負荷4に供給される電源をオンオフする。なお、図2に示す例では、半導体FET31は1つしか設けられていないが、複数設けられる場合もある。
【0019】
負荷4は、車両の仕様によって異なる消費電流のものが半導体FET31に接続される。図3に示すように、車両Aでは、消費電流0.5Aのイルミランプが負荷4として半導体FET31に接続される。車両Bでは、消費電流10Aの外灯ランプが負荷4として半導体FET31に接続される。半導体FET31と、負荷4と、を接続する電線Lは、負荷4に供給される消費電流に応じた太さのものが接続される。例えば、消費電流0.5Aのイルミランプが負荷4として接続されている場合、径の小さい0.13sqの電線Lが接続される。一方、消費電流10Aの外灯ランプが負荷4として接続されている場合、径の大きい1.25sqの電線Lが接続される。
【0020】
本実施形態の半導体FET31は、所謂、電流センス機能を有し、負荷4に電源を供給するためのFET本体(図示せず)と、負荷4に供給される消費電流を検出するためのセンスFET(図示せず)と、が内蔵されている。センスFETは、FET本体とゲート・ドレインが共通接続され、FET本体に流れる電流(=消費電流)に応じた電流がセンス電流Isとして流れる。半導体FET31には、図2に示すように、このセンス電流Isを出力する出力端子としてのセンス電極31aが設けられている。半導体FET31のゲートは、CPU33に接続され、CPU33によってオンオフが制御される。
【0021】
センス抵抗32は、センス電極31aと、グランドと、の間に設けられ、その抵抗値が可変に設けられている。本実施形態では、センス抵抗32は、並列接続された複数の抵抗Rs1、Rs2、Rs3と、複数の抵抗Rs1、Rs2、Rs3のそれぞれに直列接続され、互いに並列接続されたスイッチS1、S2、S3と、を有している。抵抗Rs1、Rs2、Rs3は、互いに異なる抵抗値であってもよいし、全部または一部が同じ抵抗値であってもよい。
【0022】
また、抵抗Rs1、Rs2、Rs3は各々、一端がグランドに接続され、他端がスイッチS1、S2、S3に接続されている。スイッチスイッチS1、S2、S3は、一端がセンス電極31aに接続され、他端が抵抗Rs1、Rs2、Rs3に接続されている。このスイッチS1、S2、S3のオンオフの組み合わせによって、センス抵抗S1、S2、S3の抵抗値を変更することができる。また、スイッチS1、S2、S3は、CPU33に接続され、CPU33によりオンオフが制御される。
【0023】
上述したセンス抵抗32にセンス電流Isが流れたことにより発生する電圧降下(電圧)は、消費電流情報Vsとして、抵抗R2を介してA/D変換器33aに入力される。A/D変換器33aは、この消費電流情報VsをA/D変換して、消費電流を検出する。
【0024】
次に、上述した構成の通信システム1の動作について説明する。イグニッションスイッチがオンされると、ゾーンECU3のCPU33は、セントラルECU2と通信を開始し、セントラルECU2の指示に従って半導体FET31のオンオフを制御する。また、これと並行にゾーンECU3は、図4に示す過熱防止処理を実行する。
【0025】
イグニッションスイッチがオンされるとCPU33は、図示しないメモリに格納された電線情報を読み込み、読み込んだ電線情報に応じてスイッチS1~S3をオンオフする(Sp1)。電線情報には、電線Lの太さ(サイズ)の情報が含まれている。これにより、電線Lの太さ、即ち電線Lに流れる消費電流に応じた抵抗値に設定することができる。詳しく説明すると、CPU33は、電線Lが太く、消費電流が多くなるに従ってセンス抵抗32の合成抵抗値が小さくなるように、スイッチS1~S3をオンオフし、電線Lが細く、消費電流が小さくなるに従ってセンス抵抗32の合成抵抗値が大きくなるように、スイッチS1~S3をオンオフする。
【0026】
次に、CPU33は、A/D変換器33aが変換した消費電流情報Vsを取り込んで、消費電流を検出する(Sp2)。その後、CPU33は、過熱検出部として機能し、検出した消費電流に基づいて、電線Lの発熱量を計算し、電線Lの過熱を検出する(Sp3)。過熱を検出すると(Sp3でY)、CPU33は、スイッチ制御部として機能し、半導体FET31をオフして電線Lに流れる消費電流を遮断し(Sp4)、処理を終了する。一方、過熱を検出しなければ(Sp3でN)CPU33は、Sp2に戻る。
【0027】
上記通信システム1には、セントラルECU2やゾーンECU3のメモリに格納されたプログラムやデータを書き換えることができる図示しないリプログラミング装置(外部機器)が着脱可能に接続される。セントラルECU2は、リプログラミング装置と通信を行って、自身のプログラムやデータを書き換えたり、ゾーンECU3のプログラムやデータの書き換えを命令したり、する。上述したゾーンECU3に格納された電線情報は、このリプログラミング装置(外部)との通信によって書き換えることができる。即ち、ゾーンECU3のCPU33は、設定部として機能し、リプログラミング装置との通信に従って抵抗値にセンス抵抗32の抵抗値を設定することができる。
【0028】
なお、上述した例では、ゾーンECU3は、セントラルECU2を介してリプログラミング装置との通信を行っていたが、ゾーンECU3とリプログラミング装置とが直接通信を行ってもよい。また、リプログラミング装置は、通信システム1に有線で接続されてもよいし、無線で接続されていてもよい。
【0029】
上述した実施形態によれば、センス抵抗32の抵抗値が可変に設けられている。これにより、センス抵抗32を負荷4の消費電流に合わせた抵抗値に設定することができ、仕様などにより、負荷4を付け替えても、消費電流を精度よく検出することができる。即ち、消費電流0.5Aのイルミランプを負荷4として接続した場合であっても、消費電流10Aの外灯ランプを負荷4として接続した場合であっても、消費電流情報Vsの電圧範囲をほぼ同じにすることができ、負荷電流毎にゾーンECU3のA/D変換器33aを変更する必要がない。このため、ゾーンECU3の品番数を削減することができる。また、負荷4の付け替えによる開発工程も削減し、マスボリュームによるゾーンECU3の低コスト化も図ることができる。
【0030】
上述した実施形態によれば、ゾーンECU3のCPU33は、リプログラミング装置との通信により電線情報を書き換え、通信に従った抵抗値にセンス抵抗32の抵抗値を設定する。これにより、リプログラミング装置との通信によりセンス抵抗32の抵抗値を設定することができる。
【0031】
上述した実施形態によれば、センス抵抗32は、並列接続された複数の抵抗Rs1、Rs2、Rs3と、この抵抗Rs1、Rs2、Rs3にそれぞれ接続されたスイッチS1、S2、S3と、を有する。これにより、簡単な構成でセンス抵抗32を可変に設けることができる。
【0032】
上述した実施形態によれば、CPU33が、A/D変換器33aによれ検出された消費電流に基づいて、電線Lの過熱を検出し、過熱が検出されると、半導体FET31をオフにする。これにより、電線Lの過熱を抑制することができる。
【0033】
上述した実施形態によれば、半導体FET31は、センス電流Isを出力するセンス電極31aを有し、センス電極31aから出力されるセンス電流Isがセンス抵抗32に流される。これにより、簡単な構成でセンス抵抗32にセンス電流Isを流すことができる。
【0034】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【0035】
上述した実施形態によれば、CPU33は、リプログラミング装置との通信に従って電線情報を書き換え可能に設け、書き換えられた電線情報に応じてセンス抵抗32の抵抗値を設定していたが、これに限ったものではない。例えば、ゾーンECU3に操作スイッチを設け、この操作スイッチのオンオフ情報に応じてCPU33が、センス抵抗32の抵抗値を設定していてもよい。
【0036】
また、上述した実施形態によれば、半導体FET31としては、電流センス機能を備えたものを用いていたが、これに限ったものではない。電線Lに流れる消費電流を分流する回路を設け、その分流回路に流れるセンス電流Isをセンス抵抗32に流すようにしてもよい。
【0037】
ここで、上述した本発明に係る電流検出回路及び電源装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下[1]~[5]に簡潔に纏めて列記する。
[1]
負荷(4)に供給される消費電流に応じたセンス電流(Is)が流れるセンス抵抗(32)と、
前記センス抵抗(32)に前記センス電流(Is)を流すことにより発生する電圧降下をA/D変換して、前記消費電流を検出するA/D変換器(33a)と、を備え、
前記センス抵抗(32)の抵抗値が可変に設けられている、
電流検出装置(3)。
[2]
[1]に記載の電流検出装置(3)において、
外部機器との通信に従った抵抗値に前記センス抵抗(32)の抵抗値を設定する設定部(33)をさらに備えた、
電流検出装置(3)。
[3]
[1]又は[2]に記載の電流検出装置(3)において、
前記センス抵抗(32)は、並列接続された複数の抵抗(Rs1~Rs3)と、前記複数の抵抗(Rs1~Rs3)にそれぞれ直列接続され、互いに並列接続されたスイッチ(S1~S3)と、を有する、
電流検出装置(3)。
[4]
[1]~[3]の何れか1項に記載の電流検出装置(3)と、
前記負荷(4)に供給される消費電流をオンオフする半導体スイッチ素子(31)と、
前記A/D変換器(33a)により検出された前記消費電流に基づいて、該消費電流が流れる電線の過熱を検出する過熱検出部(33)と、
前記過熱検出部(33)により前記過熱が検出されると、前記半導体スイッチ素子(31)をオフするスイッチ制御部(33)と、を備えた、
電源装置(3)。
[5]
[4]に記載の電源装置(3)において、
前記半導体スイッチ素子(31)は、前記センス電流(Is)を出力する出力端子(31a)を有し、
前記出力端子(31a)から出力される前記センス電流(Is)が前記センス抵抗(32)に流される、
電流装置(3)。
【符号の説明】
【0038】
3 ゾーンECU(電流検出装置、電源装置)
4 負荷
31 半導体FET(半導体スイッチ素子)
31a センス電極(出力端子)
32 センス抵抗
33 CPU(設定部、過熱検出部、スイッチ制御部)
33a A/D変換器
Is センス電流
Rs1~Rs3 抵抗
S1~S3 スイッチ
図1
図2
図3
図4